DE112007000475B4

DE112007000475B4 - Verfahren und System zur Kompensation vonBildsensorleck- und -dunkelströmen

Info

Publication number: DE112007000475B4
Application number: DE112007000475.4T
Authority: DE
Inventors: Robert Glenn; Edward Milligan
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: DE112007000475T5; CN101166241A; US20070222879A1; WO2007112208A1

Abstract

Ein Verfahren mit: Akkumulieren von Ladung an einer ersten Haltekapazität eines bildgebenden Pixels und Akkumulieren von Ladung auf einer zweiten Haltekapazität des Pixels in Antwort darauf, dass die erste Haltekapazität einen vorgegebenen Ladungspegel erreicht.

Description

Ein Pixel speichert in einer typischen bildgebenden Einrichtung mit komplementären Metalloxidhalbleitern (CMOS) licht-induzierte Ladungen auf einem einzelnen Haltekondensator. Die Menge der Ladung, die ein CMOS bildgebender Pixel speichern kann, ist auch bekannt als die „Sättigungskapazität” des Pixels, sie ist proportional zu der Kapazität oder „Größe” des Haltekondensators. Es gibt jedoch konkurrierende Effekte, die die Wahl der Größe des Haltekondensators zu einer schwierigen Entscheidung machen für die Entwicklung von CMOS bildgebenden Einrichtungen. Einerseits erhöht eine größere Pixelsättigungskapazität das Signal-zu-Rausch (S/N) Verhältnis eines Pixels aufgrund der größeren Ladekapazität, die den dynamischen Bereich des Pixels vergrößert und damit die Größe des Schussrauschens relativ zu der gespeicherten Spannung reduziert. Andererseits ist eine kleinere Kapazität vorteilhaft, da eine kleinere Sättigungskapazität die Antwort bei geringerem Licht vergrößert, während der Lesefehler verringert wird (beispielsweise kTC-Rauschen usw.).
Die US 6777660 B1 betrifft ein CMOS-Bildsensor-Array mit Zeilen und Spalten aus aktiven Pixeln. Zusätzlich gibt es eine oder mehrere Spaltenleitung(en), die mit den aktiven Pixeln in den jeweiligen Spalten zusammenwirken. Jedes akive Pixel weist einen mit einer Spaltenlinie verbundenen Ausgang auf. Jedes aktive Pixel enthält eine Photodiode, die ein Signal erzeugt, das zur Intensität des einfallenden Lichts proportional ist. Das proportionale Signal wird an den Ausgang des aktiven Pixels angelegt, wenn die Spaltenauswahl und die Zeilenauswahl geeignet eingestellt sind. Zusätzlich weist jedes aktive Pixel einen Rücksetztransistor zum Zurücksetzen des aktiven Pixels auf. Jeder Rücksetztransistor weist ein Gate und erste und zweite Anschlüsse auf. Eine Rücksetzspannung wird an das Gate jedes Rücksetztransistors zum Zurücksetzen angelegt.
Die US 6762401 B2 betrifft einen CMOS-Bildsensor zur Erhöhung des Füllfaktors und ein Verfahren zur Ansteuerung desselben. Der Bildsensor weist eine Vielzahl von Einheitspixeln auf, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei das Einheitspixel enthält: (a) ein Ladungserzeugungsmittel zum Erzeugen von Ladung in Antwort auf von einem Objekt reflektierte Lichter; (b) einen ersten Rücksetztransistor zum Zurücksetzen des Ladungserzeugungsmittels; (c) eine bewegliche Diffusionsregion, die die Ladungen von dem Ladungserzeugungsmittel erhält, und (d) einen Übertragungstransistor zum Empfangen eines Adresssignals zum Übertragen der Ladungen von dem Ladungserzeugungsmittel zur beweglichen Diffusionsregion; und eine Vielzahl von Sourcefolgereinheiten, von denen jede mit der Spalte eines Einheitspixels gekoppelt ist.
Die US 6215113 B1 betrifft einen CMOS-Sensor mit aktiven Pixeln mit Bewegungsdetektion, der eine Photodiode, einen Rücksetzschalter, zwei Abtast-Halte-Schaltungen und zwei Ausleseschaltungen enthält. Jede Abtast-Halte-Schaltung enthält einen MOS-Schalter und einen Kondensator. Die Ausleseschaltung enthält eine Sourcefolgereinrichtung und einen Zeilenwählschalter. Die beiden Ablast-Halte-Schaltungen können aktuelle Frame-Pixeldaten sowie vorangehende Frame-Pixeldaten speichern, und diese beiden Bilddaten können von den beiden Ausleseschaltungen ausgelesen werden. Somit kann die Frame-Differenz in einem Differenzialmodus direkt erhalten werden. Der CMOS-Sensor mit aktiven Pixeln kann in Einzelchip-Kamerasystemen mit Bewegungsdetektions- und Videokomprimierungsfunktionen verwendet werden. Ferner ist der CMOS-Sensor mit aktiven Pixeln aufgrund der Berücksichtigung von niedrigerer Versorgungsspannung in der Pixelschaltung für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch geeignet.
Die US 6757017 B1 ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Belichtungszeit bei einem CMOS-Bildsensor gerichtet. Das Verfahren enthält die Schritte: (a) Schätzen von grünen Pixelwerten und Zählen von grünen Pixeln gemäß jeweiligen vorab festgelegten Bereichen, (b) Berechnen eines ersten Gesamtzählwerts und eines ersten maximalen Zählwerts von grünen Pixeln mit Pixelwerten, die größer als ein vorab festgelegter Referenzbereich sind, und eines zweiten Gesamtzählwerts und eines zweiten maximalen Zählwerts der grünen Pixel mit Pixelwerten, die kleiner als die Referenzbereiche sind, (c) Vergleichen des ersten Gesamtzählwerts mit dem zweiten Gesamtzählwert, (d) Vergleichen eines dritten Gesamtzählwerts der grünen Pixel mit einem Pixelwert innerhalb des vorab festgelegten Referenzbereiches mit dem ersten maximalen Zählwert, wenn der erste Gesamtzählwert größer als der zweite Gesamtzählwert ist, und Vergleichen des dritten Gesamtzählwerts mit dem zweiten maximalen Zählwert, wenn der zweite Gesamtzählwert größer als der erste Gesamtzählwert ist, (e) Aufnehmen eines nächsten Bildes gemäß einem aktuellen Belichtungszeitsteuersignal, wenn der dritte Gesamtzählwert größer ist, und Berechnen einer Belichtungssteuerrate und eines Belichtungszeitsteuersignals und Aufnehmen des nächsten Bildes gemäß dem nächsten Belichtungszeitsteuersignal, wenn der dritte Gesamtzählwert kleiner ist, und (f) Wiederholen der Schritte (a) bis (e), bis die Aufnahme des Bildes abgeschlossen ist.
Ferner offenbart die EP 1 783 467 A1 einen Photodetektor zum Umwandeln von Licht in ein elektrisches Signal und danach Ausgeben des Signals. Der Photodetektor weist einen Pixelabschnitt auf, der eine Photodiode, einen ersten Kapazitätsabschnitt, einen zweiten Kapazitätsabschnitt und Transistoren enthält. Einer der Transistoren überträgt die von der Photodiode erzeugte elektrische Ladung auf den ersten Kapazitätsabschnitt. Ein weiterer der Transistoren überträgt die von der Photodiode erzeugte elektrische Ladung auf den zweiten Kapazitätsabschnitt. Ein weiterer der Transistoren ist ein Verstärkungstransistor und gibt einen Spannungswert aus, der der Menge an elektrischer Ladung entspricht, die sich in dem ersten Kapazitätsabschnitt angesammelt hat. Ein weiterer der Transistoren gibt selektiv den von dem Verstärkungstransistor ausgegebenen Spannungswert an eine Leitung. Der Verstärkungstransistor und der vorgenannte Transistor bilden einen Sourcefolger. Zwei weitere der Transistoren geben die elektrische Ladung, die sich in dem ersten Kapazitätsabschnitt und dem zweiten Kapazitätsabschnitt angesammelt hat, selektiv an eine Leitung aus. Die beiliegenden Zeichnungen, zeigen eine oder mehrere Implementationen der Prinzipien der Erfindung und erläutern gemeinsam mit der Beschreibung derartige Implementationen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise masstabsgerecht, stattdessen werden (Überhebungen wiedergegeben, um die Prinzipien der Erfindung darzustellen. In den Zeichnungen gibt wieder:
1 ein Beispiel eines Bildwiedergabesystems in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung;
2 ist ein schematisches Diagramm eines bildgebenden Pixels in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
3 ein schematisches Diagramm, das ein anderes bildgebendes Pixel in Übereinstimmung mit einigen Ausfürungsbeispielen der Erfindung zeigt;
4 ein schematisches Diagramm, das noch ein weiteres bildgebendes Pixel in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt;
5 ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 300 in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung zeigt;
6 ein schematisches Diagramm, das ein weiteres bildgebendes Pixel in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung zeigt;
7 ein Flussdiagramm, das ein weiteres beispielhaftes Verfahren 500 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeipielen der Erfindung zeigt; und
8 ein schematisches Diagramm, das ein weiteres bildgebendes Pixel in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende eingehende Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Dieselben Bezugszeichen können in unterschiedlichen Zeichnungen verwendet werden, um dasselbe oder ähnliche Elemente anzugeben. In der folgenden Beschreibung können bestimmte Einzelheiten angegeben sein, wie bestimmte Strukturen, Architekturen, Schnittstellen, Techniken, usw., um ein vollständiges Verständnis der verschiedenen Aspekte der beanspruchten Erfindung zu ermöglichen. Derartige Einzelheiten sind jedoch zum Zwecke der Erläuterung vorgesehen und sollten nicht als die beanspruchte Erfindung begrenzend angesehen werden. Dem Fachmann wird die vorliegende Offenbarung deutlich machen, dass verschiedene Aspekte der beanspruchten Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen, die sich von den bestimmten Einzelheiten lösen, verwirklicht werden können. Weiter werden in bestimmten Beispielen Beschreibungen von bekannten Einrichtungen, Schaltungen und Verfahren weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten zu belasten.
1 zeigt ein beispielhaftes System 100 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das System 100 weist einen Bildsensor 102, Licht einfangende Optiken 104, einen Speicher 106, einen Kontroller 108, eine oder mehrere Eingangs-/Ausgangs-(I/O)Schnittstellen 110 (beispielsweise Universal Synchronous Bus (USB) Schnittstellen, parallele Ports, serielle Ports, Telefonports, verdrahtete und drahtlose Netzwerkschnittstellen und/oder andere I/O Schnittstellen), einen Bildprozessor 114 und einen geteilten Bus oder andere Kommunikationswege 112, die die Einrichtungen 102 und 106–110 miteinander koppeln zum Austausch von Bilddaten und/oder Steuerdaten. Das System 100 kann weiter eine Antenne 111 (beispielsweise eine Dipolantenne, eine engbandige Meander Line Antenna (MLA) eine breitbandige MLA, eine invertierte „F” Antenne, eine ebeneninvertierte „F” Antenne, eine Goubau Antenne, eine Patchantenne, usw.), die mit einer drahtlosen I/O Schnittstelle 110 gekoppelt sind.
Das System 100 kann eine Vielzahl von physikalischen Manifestationen einnehmen, die zur Verwirklichung des Sub-Ranging Pixel Sample and Hold in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindungen annehmen. Beispielsweise kann das System 100 innerhalb einer digitalen bildgebenden Einrichtung (beispielsweise Digitalkamera, Kamerahandy, usw.) verwirklicht werden. Weiter können verschiedene Komponenten des Systems 100 in einer integrierten Ausbildung, nicht also als diskrete Komponenten verwirklicht werden. Beispielsweise können das Feld 102 und/oder der Speicher 106 und/oder der Kontroller 108 und/oder die Schnittstellen 110 in einem oder mehreren Halbleitereinheiten und/oder integrierten Schaltungen (IC) (beispielsweise in einem Chipsatz, in einem System-on-a-chip (SOC), usw.) verwirklicht sein. Weiter sind in 1 verschiedene Komponenten, die dem System 100 zugehörig sein können, für die beanspruchte Erfindung aber nicht besonders relevant sind (beispielsweise Audiokomponenten, auf eine Display bezogene Einrichtungen usw.) weggelassen, um die Erfindung nicht zu verundeutlichen.
Licht, dass die Optik 104 erreicht, kann jede Sammlung von Licht sein, dass die optischen Elemente erreicht, dass dazu in der Lage ist und/oder geeignet ist zu sammeln von Licht und zum Werfen des Lichts auf den Sensor 102. Obwohl der Fachmann erkennt, dass die Optik 104 verschiedene optische Komponenten und/oder Anordnungen von optischen Komponenten aufweist, ist die bestimmte Natur der Optiken 104 nicht die Erfindung begrenzend und wird daher nicht in weiterer Einzelheit dargelegt.
Der Speicher 106 kann jede Einrichtung und/oder jeder Mechanismus sein, der zum Speichern und/oder Halten von Bilddaten einschließlich Farbpixeldaten und/oder Komponentenwerten, um nur einige wenige Beispiele zu nennen, in der Lage ist. Obwohl die Erfindung diesbezüglich nicht beschränkt ist, kann der Speicher 106 beispielsweise ein volatiler Speicher sein wie ein Static Random Access Memory (SRAM), Dynamic Random Access Memory (DRAN) oder ein nicht-flüchtiger Speicher wie ein Flashspeicher.
Der Kontroller 108 kann bei einigen Implementationen eine beliebige Logik und/oder Sammlung von logischen Einrichtungen sein, die dazu in der Lage ist, bildgebende Daten zu manipulieren um ein Sub-Ranging Pixelmuster zu verwirklichen und Prozess in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung zu halten. Der Kontroller 108 kann ein Bildkontroller und/oder Signalprozessor sein. Die Erfindung ist jedoch diesbezüglich nicht beschränkt und der Kontroller 108 kann implementiert sein in einem Allzweckprozessor, einem Mikroprozessor und/oder Mikrokontrollern, um einige wenige andere Beispiele zu nennen. Der Kontroller 108 kann weiter eine einzelne Einheit aufweisen (beispielsweise einen Mikroprozessor oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC) oder kann mehrere Einheiten aufweisen. Bei einer Implementation kann der Kontroller in der Lage sein zum Ausführen einer Anzahl von Aufgaben, die Prozesse für Sub-ranging Pixel sample and hold unterstützen. Diese Aufgaben können, beispielsweise, ohne dass die Erfindung diesbezüglich eingeschränkt sein, das Downloaden eines Mikrocodes, das Initialisieren und/oder Konfigurieren von Registern und/oder die Bedienung eines Interrupts einschließen. Der Kontroller 108 kann mit einer Antenne 111 gekoppelt sein, so dass die Antenne 111 Steuerdaten führen kann, etwa einen Mikrocode, zu einem Kontroller 108, wo die Kontrolldaten durch eine Einrichtung geschaffen wird, die außerhalb des Systems 100 ist. Der Kontroller 108 kann Steuersignale für das Feld 102 aufweisen, wie dies später in weiteren Einzelheiten beschrieben werden wird.
Der Bildprozessor 114 kann hier aus einer Sammlung von Steuer- und/oder Prozesslogiken bestehen, die zur Verarbeitung von Bilddaten geeignet sind, die durch das Feld 102 und/oder den Kontroller 108 geschaffen werden, so dass die Bilddaten in einem geeigneten Format zur Verwendung durch andere Einrichtungen angeordnet sind, die mit dem System 100 gekoppelt, aber in 1 nicht gezeigt sind, etwa einem Display oder einem Drucker. Bei einer Verwirklichung kann der Prozessor 114 einen Displayprozessor und/oder einen Kontroller aufweisen, der wenigstens in der Lage ist zum Verarbeiten des Bilddatenausgangs des Feldes 102, um dieses in eine Form zur Wiedergabe auf einem Monitor oder einem anderen Typ eines Displays (nicht gezeigt) anzuordnen. Der Prozessor 114 kann beispielsweise zum Interpolieren der Bilddaten, die von dem Feld 102 geliefert werden, in der Lage sein.
Bei einer anderen Implementation kann der Prozessor 114 einen Druckerprozessor und/oder einen Kontroller aufweisen, der wenigstens zur Verarbeitung des Ausgangs des Feldes 102 in der Lage ist, um dieses in einer Form anzuordnen, das zum Drucken auf einem Drucker (oder einer nicht gezeigten) ähnlichen Einrichtung geeignet ist. Der Prozessor 114 kann beispielsweise zum Wandeln der Farbe der Feldbilddaten in der Lage sein. Bei einer anderen Implementation kann der Prozessor 114 einen Multimediaprozessor oder- kontroller aufweisen, der wenigstens zum Multimediaverarbeiten des Ausgangs des Feldes 102 in der Lage ist. Der Prozessor 114 kann beispielsweise dazu in der Lage sein, die Bilddaten des Feldes 102 mit anderen Bilddaten zu vermischen.
2 ist ein schematisches Diagramm, dass ein Pixel 200 eines Bildsensorfeldes, etwa dem Feld 102 von 1, in Übereinstimmumg mit einigen Implementationen der Erfindung wiedergibt. Das Pixel 200 weist eine Photodiode 202, eine Transfergattereinheit oder einen Transistor 204, einen Sample/Hold Reset Transistor 206, einen Puffertransistor 208, eine erste Haltekapazität 210, einen Komparator 212, einen AND logisches Gatter 214, einen Inverter 216, einen globalen Reset Transistor 218, einen Impulstakttransistor 220, einen Impulsladetransistor 222, einen Sammeltransistor 224, eine zweite Haltekapazität oder Überstromhaltekapazität 228, einen 2-Bit-Spaltenadressbus 230, Analog-zu-Digital-Wandler (ADCs) 232 und 234, Reihenauswahleinrichtungen 233 und 235 auf Der Fachmann wird erkennen, dass einige übliche Komponenten eines bildgebenden Pixels (beispielsweise eine Reihenadressleitung usw.), die nicht insbesondere für die Erfindung von Bedeutung sind, in 2 zum Zwecke der Verdeutlichung weggelassen worden sind. Um weiter die Diskussion von 2 und den nachfolgenden Figuren zu erleichtern, können die Komponenten 202 und 210 des Pixels 200 beschrieben werden als kollektiv ein Pixelsättigungsmodul 234 aufweisend, während die Komponenten 212–228 des Pixels 200 beschrieben werden können als kollektiv ein Übersprungmodul 236 aufweisend.
In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann der Komparator 212 die Spannung an der Kapazität mit einer Bezugsspannung vergleichen, wobei die Bezugsspannung einer vorbestimmten Spannung oder einem Spannungspegel alle der Kapazität 210 entsprechen kann (d. h. der Spannung entsprechend dem maximal akzeptablem dynamischen Bereich (MDR) der Kapazität 210). Der Komparator 212 kann bei einer Modulation durch den Taktquellen (CK) den Transistor 222 triggern, den zweiten Ladungshaltekondensator 228 mit einer Menge einer Ladung (d. h. einer Einheitsmenge von Ladung, die durch die Dauer des CK bestimmt wird) laden, wenn die Spannung oder die Ladung 210 die Bezugsspannung MDR erreicht oder überschreitet. In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann der Wert der Bezugsspannung MDR ausgewählt sein, um im wesentlichen der Spannung oder der Ladung zu entsprechen, die der Kapazität 210 festgestellt wird, wenn diese geschlossen wird und/oder bei Sättigung.
Die Kapazität 210 und andere Kapazitäten, die hier beschrieben sind, können jede Einheit oder Struktur aufweisen, die dazu in der Lage ist, Ladung zu speichern oder zu sammeln. Die Kapazität 210 kann beispielsweise ein Dünnfilmkondensator sein, der in einer bildgebenden Einrichtung vorgesehen ist, beispielsweise einem bildgebenden IC, obwohl die Erfindung diesbezüglich nicht beschränkt ist. Weiter wird der Fachmann verstehen, dass, obwohl die Einheit 210 und ähnliche Einheiten hier als „Kapazitäten” bezeichnet werden, die Erfindung diesbezüglich nicht eingeschränkt ist und die Einheit 210 und ähnliche Einheiten jede Einheit oder Struktur sein kann, die zum Speichern oder Sammeln von Ladung in der Lage ist. Die Einheit 210 kann beispielsweise eine Potenzialsättigungsspeichereinheit sein, die gewandelte Ladung einfängt, die sich aus halbleiter-photonischen Interaktionen ergeben.
In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann die Haltekapazität 210 einen kleinen Kapazitätswert haben (beispielsweise 0.25 Femtofarad (fF)), um Lesefehler zu reduzieren und/oder die Schwachlichteigenschaften des Pixels 200 zu verbessern. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann dann, wenn der Komparator 212 den Transistor 222 triggert, um den Kondensator 208 zu laden, auch eine Ladung weg von den Haltekapazitäten 210 durch das Rücksetzen und/oder Entladen des Kondensators 219 über dem Resettransistors 206 abziehen. Auf diese Weise kann, in Übereinstimmung mit der Erfindung, der Kondensator durch Speichern von inkrementalen Einheiten der Ladung, die von dem Komparator 212 abgezogen werden, als ein „Zähler” der Anzahl von Malen, die die Kapazität 210 bei einem maximal akzeptablen dynamischen Bereich erreicht hat, wirken. Auf dieselbe Weise wird, da die Ladung von der Kapazität 210 abgezogen wird, die Pixelsättigungskapazität des Pixels 200 im Ergebnis erhöht.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Pixel 250 eines Bildsensorfeldes wiedergibt, etwa des Feldes 102 von 1, in Übereinstimmung mit anderen Implementationen der Erfindung. Während das Pixel 250 viele Einheiten, wie sie vorangehend beschrieben worden sind bezüglich des Pixels 200 von 1, implementiert das Pixel 250 ein Pixelsättigungsmodul 252 gesondert von dem Sättigungsmodul 234 des Pixels 200. Insbesondere weist das Sättigungsmodul 252 ein Shunt oder einen Dumpkondensator 254 und eine Ladeflusseinheit 256 auf.
Wie weiter unten in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, kann der Komparator 212, wenn er den Transistor 222 zum Laden des Kondensators 228 triggert, auch Ladung von einer Kapazität 210 abziehen durch Shunten oder Löschen einer Ladungsmenge von der Kapazität 211 zu der Kapazität 254 über den Resettransistor 206. Auf diese Weise kann in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung, die Kondensatoren 228 und 254 durch Entfernen von Ladungsmengen von dem Haltekondensator 210 als ein „ Zähler” der Anzahl von Malen wirken, die die Kapazität 210 seinen maximalen dynamischen Bereich erreicht hat, während er auch teilweise die Ladung entlädt oder reduziert, die in der Kapazität 210 gespeichert ist, wodurch effektiv eine größere Pixelsättigungskapazität für den Pixel 250 erreicht wird ohne vollständiges Rücksetzen oder Laden des Kondensators 210. Die Ladungslöscheinheit 256 erlaubt, dass Ladung auf dem Kondensator 254 zur Masse abgezogen zu werden in Antwort auf ein Ladelösch (CD) Steuersignal.
4 ist ein schematisches Diagramm, dass ein Pixel 260 eines Bildsensorfeldes, etwa eines Feldes 102 von 1, in Übereinstimmung mit einer weiteren Verwirklichung der Erfindung zeigt. Während das Pixel 260 wie oben unter Bezugnahme auf die Pixel 200 und 250 nach den 2–3 beschrieben aufweist, implementiert das Pixel 260 sowohl ein Pixelsättigungsmodul 260 gesondert von dem Sättigungsmodul 234 des Pixels 200 und ein Überstrommodul 270 gesondert von dem Modul 236 des Pixels 200. Insbesondere koppelt das Pixel 260 einen Shunt- oder Löschkondensator 254 zum Überströmen des Haltekondensators 228 über die Einheit 220 in Antwort auf ein Ladungsinkrementsteuerungsignal (CI). Wie bei dem Pixel 250 kann der Shuntkondensator 254 in Antwort auf ein Ladedumpsignal (CD), das an die Einheit 256 angelegt wird, rückgestellt werden.
Wie unten in weiteren Einzelheiten beschrieben werden wird, kann, wenn der Komparator 212 getriggert wird, es als Ladungsquelle weg von der Kapazität 210 durch Shunten oder Löschen einer Ladungsmenge von der Kapazität 210 zur Kapazität 254 über den Rücksetztransistor 206 wirken. Zusätzlich kann eine Ladung an der Kapazität 254 abgezogen werden zum Überströmen des Haltekondensators 228 in Antwort auf ein Ladungserhöhungs-(CI) Steuersignal. Auf diese Weise können, in Übereinstimmung mit der Erfindung, die Kondensatoren 254 und 228 durch Abziehen einer Ladung weg von dem Haltekondensator 210 als „Zähler” der Anzahl von Malen wirken, die die Kapazität 210 einen maximal akzeptablen dynamischen Bereich erreicht hat, während also die Ladung teilweise entladen oder reduziert wird, die auf der Kapazität 210 gespeichert ist, wodurch effektiv eine größere Pixelsättigungkapazität für das Pixel 260 erreicht wird oder vollständiges Rücksetzen oder Entladen des Kondensators 210. In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann die Kapazität 260 eine wesentlich kleinere Ladung Speicherkapazität haben als die Kapazität 228.
5 ist ein Flussdiagramm, dass ein Verfahren 300 zum Verwirklichen eines sub-ranging Pixel sample and holds erreicht in Übereinstimmung mit der Verwirklichung der Erfindung. Obwohl der Prozess 300 und die zugehörigen Prozesse zur Vereinfachung der Erläuterung beschrieben werden können unter Bezugnahme auf das System 100 von 1 und/oder Pixeln 200, 250 oder 260 nach den 2–4, ist die Erfindung diesbezüglich nicht eingeschränkt und andere Verfahren und Schemen, die unterstützt und/oder ausgeführt werden durch geeignete Einheiten und/oder Kombinationen von Einheiten sind in Übereinstimmung mit der Erfindung möglich.
Das Verfahren 300 kann mit der Anwendung einer globalen Rückstellung eines Pixelfeld (Schritt 402) beginnen. Bei derartigen Implementationen kann, zu dem Pixel 200, der Kontroller 108 eine globale Rücksetzung des Pixels 208 initiieren durch Zuführen eines globalen Rückstellsignals (GR) an das Gatter 214. Wenn mit dem Rückstellsignal GR versorgt, kann der Rückstelltransistor 206 ein Rückstellpotenzial oder -spannung (VR) an die Kapazität 210 anlegen, wodurch die erste Haltekapazität angeordnet und/oder geladen und/oder rückgestellt wird auf eine Spannungscharakteirtstik eines unbelichteten Pixels. Zusätzlich kann das globale Rückstellsignal GR von dem Inverter 216 invertiert werden und das invertierte GR-Signal wird an den globalen Rückstelltransistor 218 angelegt, wodurch der zweite Haltekondensator 228 entladen wird und/oder rückgestellt wird auf eine Spannung eines nicht belichteten Pixels.
Bei anderen Implementationen kann, unter Bezugnahme auf Pixel 250, der Kontroller 108 eine globale Rückstellung durch Anlegen eines globalen Rückstellsignals (GR) an das Gate 214 initiieren. Wenn mit dem Rückstellsignal GR versorgt, kann der Transistor 206 sowohl die erste Haltekapazität 210 und die Dumpkapazität 254 plazieren und/oder entladen und/oder rückstellen auf eine Spannungseigenschaft eines nicht belichteten Pixels. Weiter kann das globale Rückstellsignal GR, wie oben das Pixel 200, durch den Inverter 216 invertiert werden und das invertierte GR Signal, das an den globalen Rückstelltransistor 216 angelegt ist, kann dadurch den zweiten Haltekondensator entladen und/oder rückstellen auf eine Spannungscharakteristik eines nicht belichteten Pixels.
Der Prozess 300 kann sich fortsetzen unter Ermöglichen eines Ladungstransfers (Schritt 304) in Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann der Schritt 304 durch Anlegen eines Ladetransfersignals durch den Kontroller 108 an den Transistor 204 des Pixels 200 ausgeführt werden, wodurch das Belichten der ersten Haltekapazität 210 oder jede photoinduzierte Ladung, die durch die Photodiode 202 geliefert wird. Bezüglich der Implementationen unter Verwendung der Pixel 250 und 260 muss der Schritt 304 nicht ausgeführt werden.
Der Prozess 300 kann mit einer Bestimmung fortgesetzt werden, ob der erste Haltekondensator einen Bezugsladewert erreicht hat (Schritt 306). Eine Weise, um dies auszuführen, ist es, dass der Kontroller 108 den Komparator 212 entweder der Pixel 200, 250 oder 260 mit einer Bezugsspannung (beispielsweise MDR) versorgt. Der Komparator 212 kann dann getriggert werden, wenn die Spannung (Ladung) an der ersten Haltekapazität 210 diesen vorbestimmten Spannungswert erreicht oder überschreitet.
Wenn die Bestimmung des Schritts 306 positiv ist, wenn, in anderen Worten, die Ladung an dem Kondensator als einen Bezugsladewert erreichend oder übersteigend bestimmt worden ist, so dass der Komparator 212 getriggert wird, kann der Prozess 300 mit dem Zuführen von Ladung an den zweiten Haltekondensator fortsetzen (Schritt 308). Bei einigen Implementationen kann, unter Bezugnahme auf Pixel 200, dann, wenn die Ladung an der ersten Haltekapazität 210 ist als einen Bezugsladewert erreichend oder diesen überschreitend bestimmt worden, der Komparator 212 unter Modulation des Transistors 220 durch die Taktquelle CK einen Impuls eine kleine Menge von Ladung auf den zweiten Haltekondensator 228 über die Transistoren 220 und 222. Die Taktquelle CK kann, während sie den Ausgang des Komparators 212 moduliert, auch zum Rücksetzen des Ausgangs des Komparators während der Implementation der Schritte 308–310 wirken. Im Übereinstimmung mit einigen Ausführungen der Erfindung kann der Schritt 308 zum Speichern einer Einheit oder einer Menge einer Ladung an dem zweiten Haltekondensator 228 wirken, um anzugeben, dass die erste Haltekapazität 210 erneut die Sättigung erreicht hat.
Bei anderen Implementationen kann, unter Bezugnahme auf Pixel 250, dann, wenn die Ladung an der ersten Haltekapazität 210 ist als einen Bezugsladewert erreichend oder diesen überschreitend bestimmt worden, den Schritt 308 ausführen, indem der Komparator 212 unter der Modulation des Transistors 220 durch die Taktquelle CK, einen Impuls hat mit einer kleinen Ladungsmenge auf einen zweiten Haltekondensator 228 über Transistoren 220 und 222. Die Taktquelle CK kann bei Modulieren des Ausgangs des Komparators 212 auch zum Rückstellen des Ausgangs des Komparators 212 während der Implementation der Schritte 308–310 wirken. Weiter kann der Komparator 212 über das Gatter 214 den Transistor 206 verursachen, eine Menge oder eine Erhöhung der Ladung von der Kapazität 210 zu der Dump- oder Shuntkapazität 254. Auf diese Weise erlaubt es der Schritt 308 dem Pixel 250, dass die Ladung oder die Spannung an der Kapazität 210 wenigstens reduziert wird, wenn nicht rückgesetzt wird, durch Führen von Ladung zu der Kapazität 254. Wenn die Kapazität 254 einmal zum Shunten von Ladung weg von der Kapazität 210 verwendet worden ist, kann die Kapazität 254 rückgestellt werden oder kurzgeschlossen werden zur Masse in Antwort auf ein CD Signal, dass dem Transistor 256 zugeführt wird.
Bei anderen Implementationen kann, unter Bezugnahme auf das Pixel 260, dann, wenn die Ladung an der ersten Haltekapazität 210 bestimmt worden ist als einen Bezugsladungswert erreichend oder diesen übersteigend, Schritt 308 ausgeführt werden, indem der Komparator 212 über das Gatter 214 den Transistor 206 veranlasst, eine Menge oder ein Inkrement von Ladung von der Kapazität 210 abzuziehen zum Dumpen oder Shunten der Kapazität 254. Wenn die Kapazität 254 einmal als Shuntladung weg von der Kapazität 210 verwendet worden ist, kann die Kapazität 254 rückgesetzt oder kurzgeschlossen werden an Masse in Antwort auf ein CD Signal, das an den Transistor 256 angelegt wird.
Bei noch anderen Implementationen kann, unter Bezugnahme auf das Pixel 260, dann, wenn die Ladung an der ersten Haltekapazität 210 als einen Bezugsladungswert erreichend oder diesen überschreitend bestimmt worden ist, der Schritt 308 ausgeführt werden, indem der Komparator 212 über das Gatter 214 den Transistor 206 veranlasst, eine Menge oder ein Inkrement an Ladung von der Kapazität 210 zum Dumpen oder Shunten der Kapazität 254. In Antwort auf ein Ladungsinkrement (CI) Signal, das an die Einheit 220 angelegt wird, kann die Ladung, die zu der Kapazität 254 übertragen werden kann, um die Haltekapazität 228 zu überströmen. Auf die Weise erlaubt es der Schritt 308, der mit dem Pixel 260 ausgeführt ist, die Ladung oder die Spannung an der Kapazität wenigstens zu reduzieren, wenn nicht rückstellen, durch das Führen der Ladung zu der Kapazität 254.
Das Verfahren 300 kann weiter das Entfernen von Ladung von der ersten Haltekapazität einschließen (Schritt 310). Unter Bezugnahme auf das Pixel 200 kann der Komparator 212 in Verbindung mit Schritt 308, auch einen Schritt 310 ausführen durch Pulsieren des Beaufschlagen des Gatters 214 mit einem lokalen Rückstellsignal, wodurch der Rückstelltransistor 206 veranlasst wird, momentan ein Rückstellpotenzial oder eine Spannung (VR) an die erste Haltekapazität 210 anzulegen. In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann daher die Ausführung der Schritte 306–310 zu dem Rückstellen der ersten Haltekapazität 210 führen, so dass die erste Haltekapazität weiterhin eine lichtinduzierte Spannung sammeln kann, falls erforderlich.
Unter Bezugnahme auf die Implementation des Pixels 250 oder des Pixels 260 kann die Menge von Ladung, die pulsierend auf den zweiten Haltekondensator 228 aufgebracht wird, während des Schritts 380 abhängen von dem Kapazitätswert der Kapazität 254. In dem Kontext der Pixel 250 und 260 kann der Schritt 310 so dazu führen, dass ein Teil oder die gesamte Ladung von der Kapazität 210 entfernt wird.
An den Vorgang 300 kann sich eine Bestimmung anschließen, ob die Belichtung des Feldes fortzusetzen ist (Schritt 312). Bei einer Implementation der Erfindung kann der Kontroller 108 weiterhin das Pixel 200 abhängig von einer vorgegebenen Belichtungsdauer belichten. Wenn die Belichtung des Feldes fortzusetzen ist (das heißt die Bestimmung des Schrittes 312 positiv ist), kann die Bestimmung des Schrittes 306 erneut ausgeführt werden. Wie 5 zeigt, werden, solange die Bestimmung des Schritts 312 positiv ist, nachfolgende Iterationen der Schritte 306–312 erfolgen. Bei der Implementation unter Verwendung des Pixels 200 kann jede Iteration der Schritte 308 und 310 zu dem Speichern einer zusätzlichen Einheit der Ladung auf dem zweiten Haltekondensator 228 und das Rücksetzen der ersten Haltekapazität 210 führen. Bei Implementationen unter Verwendung der Pixel 250 und 260 kann jede Iteration der Schritte 308 und 310 zu dem Speichern einer zusätzlichen Einheit von Ladung auf dem zweiten Haltekondensator 228 und das Entfernen einer Ladung von der ersten Kapazität 210 führen.
Wenn die Bestimmung in Schritt 312 negativ ist, wenn, mit anderen Worten, die Belichtung des Feldes nicht fortzusetzen ist, kann der Prozess 300 mit dem Unmöglichmachen des Ladungstransfers (Schritt 314) fortfahren. Bei Implementationen unter Verwendung des Pixels 200 ist ein Weg, um dieses zu tun, dann, wenn bei dem Ausführen des Schrittes 312, der Kontroller 108 bestimmt, dass eine vorgegebene Belichtungsdauer erreicht worden ist, der Kontroller das Ladungsübertragungssignal freigeben kann, das dem Transistor 204 zugeführt worden ist, wodurch die erste Haltekapazität 210 von der Photodiode 202 isoliert wird, so dass keine signifikante zusätzliche Licht induzierte Ladung an der ersten Haltekapazität 210 akkumuliert wird. Bei Implementationen unter Verwendung von Pixel 250 und 260 kann der Schritt 314 ausgeführt werden durch einen globalen Shuttermechanismus (nicht gezeigt), der zum Verhindern der Belichtung der Diode 202 mit zusätzlichem Licht wirkt.
Das Verfahren 300 kann mit dem Lesen des Signals von dem ersten Haltekondensator (Schritt 316) und von dem zweiten Haltekondensator (Schritt 318) fortfahren. In Übereinstimmung mit der Implementation der Pixel 200, 250 oder 260 durch Liefern eines Reihenauswahlsignals (RS) durch den Kontroller 108 an die Reihenauswahltransistoren 236 und 238 wodurch jeweilige Spannungspegel von der ersten Kapazität 210 und dem zweiten Haltekondensator 228 an den Spaltenadressbus 230 geliefert werden.
Der Fachmann wird erkennen, dass analoge Spannungspegel der ersten Kapazität 210, die in Schritt 316 abgetastet worden ist, gedacht werden kann als repräsentativ für die niederwertigsten Bits (LSBs) der Gesamtspannung (Ladung) entsprechend der Belichtung, die von den Pixeln 200, 250 oder 260 während der Schritte 304–314 aufgefallen sind. Wenn die analogen Spannungssignale von den Kondensatoren 210 und 228 in den Schritten 316 und 318 gesammelt oder abgetastet sind, können diese Signale von den ADCs 234 und 232 von analogen in digitale Signale gewandelt werden, um entsprechende digitale Ausgangssignale MSB und LSB des Pixels 200 zu erzeugen.
6 zeigt ein weiteres beispielhaftes Pixel 400 in Übereinstimmung mit einer weiteren Implementation der Erfindung. Das Pixel 400 weist ein erstes Überstrommodul 402 auf, das mit einem Pixelsättigungsmodul gekoppelt ist und ein zweites Überstrommodul 406, das mit dem ersten Überstrommodul 402 gekoppelt ist. Bei der Implementation des Pixels 400 kann das Sättigungsmodul 404 des Pixels 400 dem Sättigungsmodul 234 von 2, dem Modul 252 von 3 oder dem Modul 262 von 4 ähnlich sein und solche Komponenten im Inneren des Sättigungsmoduls 404 sind in ihren Einzelheiten in 4 nicht gezeigt. Entsprechend können die Überstrommodule 402 und 406 des Pixels 400 Komponenten beinhalten ähnlich denjenigen von Überstrommodulen 236 der Pixel 200 oder 250. Wenn das Sättigungsmodul 404 des Pixels 400 ähnlich dem Modul 262 des Pixels 260 ist, können die Überstrommodule 406 und 408 des Pixels 400 entsprechend ähnlich dem Überflussmodul 270 des Pixels 260 sein. Das Pixel 400 weist ein AND Gatter 407, Reihenauswahltransistoren 408, 410 und 412 auf, das, in Antwort auf ein Reihenselektsignal (RS) jeweilige analoge Ausgangssignale LSB_out, MSB_1 und MSB_2 an einen 3-Bit-Reihenadressbus 414 liefert. Der Adressbus 414 kann wiederum in ADCs 416–420 enden.
Eine Art, in der die Implementation des Pixels 400 von 4 sich von der Implementation anderer Pixel 200, 250 oder 260 nach den 2–4 unterscheidet, ist, dass das Überstrommodul 402 des Pixels 400 als ein Überstromzähler des Sättigungsmoduls 400 wirken kann, während der Überflussmodul 406 als ein Überstrommodulzähler des Überstrommoduls 402 wirken kann. Das Überstrommodul 402 kann, mit anderen Worten, die Anzahl von Malen zählen, die das Sättigungsmodul 404 überströmt ist, während, wiederum, das Überstrommodul 406 die Anzahl von Malen zählen kann, die das Überstrommodul 402 überströmt worden ist. In Übereinstimmung mit einigen Implementation der Erfindung kann das Pixel 400 einen kaskadierten Satz von Überstrommodulen 402 und 406 beinhalten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl von Pixelüberstrommodulen begrenzt und andere Pixelarchitekturen einschließlich einem, zwei oder mehr als zwei Überstrommodulen können in Übereinstimmung mit der Erfindung implementiert sein.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zum Implementieren eines Sample and Hold niederrangiger Pixel in Übereinstimmung mit einer Implementation der beanspruchten Erfindung zeigt, bei der zwei Überstrommodule verwendet werden. Obwohl zur Erleichterung der Erläuterung der Prozess 500 und zugehöriger Prozesse beschrieben werden können unter Bezug auf das System 100 von 1 und/oder dem Pixel 400 von 4, ist die beanspruchte Erfindung diesbezüglich nicht beschränkt und andere Prozessen oder Schemata, die gestützt werden oder ausgeführt werden durch geeignete Einheiten und/oder Kombinationen von Einheiten sind in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung möglich.
Der Prozess 500 kann mit der Anwendung eines globalen Rückstellen eines Pixelfeldes (Schritt 502) beginnen. Bei einer Verwirklichung kann der Kontroller 108 ein globales Rückstellen des Pixels 400 des Feldes 102 durch Anlegen eines globalen Rückstellsignals (GR) initiieren. Wenn mit dem Rückstellsignal GR versorgt, können die Kapazitäten der beiden Überstrommodule 402 und 406 entladen werden und/oder gesetzt und/oder rückgesetzt werden auf eine Spannungseigenschaft eines im wesentlichen nicht geladenen Kondensators.
Der Prozess 500 kann mit dem Ermöglichen des Ladungstransfers fortschreiten (Schritt 504). Der Schritt 504 ist dem Schritt 304 ähnlich, der oben beschrieben worden ist, und wird daher in weiteren Einzelheiten nicht beschrieben. Der Prozess 500 kann fortschreiten mit einer Bestimmung, ob der Haltekondensator des Sättigungsmoduls eine Bezugsladungshöhe erreicht hat (Schritt 506). Ein Weg, um dies auszufahren, ist für den Kontroller 108, den Komparator des Überlaufmoduls 402 mit einer Bezugsspannung (MDR(1)) zu versorgen. Der Komparator des Moduls 402 kann sodann getriggert werden, wenn die Spannung (Ladung) des Haltekondensators der Sättigung 404 diese Bezugsspannungshöhe erreicht oder überschreitet.
Wenn die Bestimmung des Schritts 506 positiv ist, wenn, mit anderen Worten, die Ladung auf dem Haltekondensator des Sättigungsmoduls 404 bestimmt worden ist, dass sie die Bezugsladehöhe überschreitet, kann der Prozess 500 mit dem Anlegen einer Spannung an den Haltekondenator des ersten Überlaufmoduls 402 fortsetzen (Schritt 508) und Ladung von dem Haltekondensator des Sättigungsmoduls entfernen (Schritt 510). Bei manchen Implementationen der Erfindung kann dann, wenn die Ladung auf dem Kondensator des Sättigungsmoduls als die Referenzladungshöhe erreichend oder überschreitend erkannt worden ist, der Komparator des Überlaufmoduls 402 eine kleine Menge der Ladung auf den Überlaufhaltekondensator des Moduls 402 pulsieren. In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann die Ausführung der Schritte 506–510 in dem Speichern einer Einheit der Ladung auf dem Überlaufhaltekondensator des Überlaufmoduls 402 führen, um anzugeben, dass der Haltekondensator der Sättigung 404 wenigstens einmal die Sättigung erreicht hat.
Bei dem Ausführen des Schritts 508 kann das Modul 402 dann, wenn die Pixelsättigung 404 ähnlich ist der Sättigung 234 des Pixels 200, den Schritt 510 auch durch Anlegen eines lokalen Rückstellsignals an das Sättigungsmodul 404 ausführen, sodass an das Sättigungsmodul 404 momentan ein Rückstellpotenzial oder eine Spannung an seinen Haltekondensator angelegt werden kam. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Ablauf der Schritte 506–510 auch zu dem Rückstellen des Haltekondensators des Sättigungsmoduls führen, sodass es weiterhin eine lichtinduzierte Ladung akkumulieren kann, wenn dies erforderlich ist. In dem Zusammenhang der Pixelsättigung 404, die eine Pixelsättigung ähnlich der Sättigung 252 des Pixels 250 oder der Sättigung 262 des Pixels 260, kann der Schritt 508 zu der Reduktion der Ladung führen, die auf dem Haltekondensator der Sättigung 404 gespeichert ist, sodass es fortschreiten kam, lichtinduzierte Ladung zu akkumulieren, falls dies erforderlich ist.
Der Prozess 500 kam fortschreiten mit einer Bestimmung, ob der Überlauf-Haltekondensator des Überlaufmoduls 402 einen Bezugsladungswert überschritten hat (Schritt 512). Ein Weg, um dies zu tun, ist es, dass der Kontroller 108 den Komparator des Überlaufmoduls 406 mit einer Bezugsspannung (MDR(2)) versorgt. Der Komparator des Moduls 406 kann dann getriggert werden, wenn die Spannung (Ladung) an dem ersten Überlaufhaltekondensator des Moduls 402 diesen Bezugsspannungswert erreicht hat oder überschritten hat. Der Schritt 512 wird in einer ähnlichen Weise in anderen Implementationen der Erfindungen untemommen, wobei, zum Beispiel, das Modul 404 ist ähnlich der Sättigung 252 des Pixels 250 oder Implementationen, bei denen das Modul 404 ähnlich ist der Sättigung 262 und die Module 402 und 406 ähnlich dem Modul 270 des Pixel 260 sind.
Wenn die Bestimmung des Schrittes 512 positiv ist, wenn, mit anderen Worten, die Ladung auf dem ersten Überlaufhaltekondensator des Überlaufmoduls 402 die Bezugsladungshöhe erreicht oder überschritten hat, kann der Prozess 500 fortschreiten mit dem Anlegen der Ladung an den Überlaufhaltekondensator des zweiten Überlaufmoduls (Schritt 514) und das Entfernen von Ladung von dem ersten Überlaufhaltekondensator (Schritt 516). Bei einigen Implementationen der Erfindung kann dann, wenn die Ladung des ersten Überlaufhaltekondensators des Moduls 402 die Bezugsladungshöhe MDR(2) erreicht oder überschritten hat, der Komparator des Moduls 406 eine kleine Menge von Ladung von der Stromquelle des Moduls zum seinen Überlaufkondensator pulsieren.
Bei dem Ausführen des Schritts 514, kann der Komparator 408 auch den Schritt 516 ausführen durch Zuführen eines lokalen Rückstellsignals an das Sättigungsmodul 404, sodass zum Überstrommodul 402 momentan ein Rückstellpotenzial eine Spannung an den ersten Überstromhaltkondensator 403 angelegt werden kann. Es kann so in Übereinstimmung mit der Erfindung die Ausführung der Schritte 512–514 auch zu dem Rückstellen des Überflusshaltekondensators 403 des Überlaufmoduls 402 fortgesetzt werden kann zum Ansammeln von Überlaufereignissen, falls erforderlich. In Übereinstimmung mit einigen Implementationen der Erfindung kann der Ablauf der Schritte 512–516 zu dem Rückstellen des Überlaufhaltekondensators des Überlaufmoduls 402 und zum Speichern einer Einheit der Ladung auf dem Überlaufhaltekondensator des Moduls 406 führen, um anzugeben, dass der Überlaufhaltekondensator des Moduls 402 wenigstens einmal seine Sättigung erreicht hat.
Bei anderen Implementationen der Erfindung kann im Zusammenhang der Pixelsättigung 404 das Implementieren einer Pixelsättigung ähnlich der Sättigung 252 des Pixels 250 und Überlaufmodule 402/406 ähnlich dem Modul 256 des Pixels 250, der Ablauf der Schritte 512–516 zu einer Reduktion der Ladung führen, die auf dem Überlaufhaltekondensator des Überstrommoduls 402 führen und zum Speichern der Ladung auf dem Überlaufhaltekondensator des Überlaufmoduls 406 um anzugeben, dass der Überlaufhaltekondensator des Überlaufmoduls 402 wenigstens einmal die Sättigung erreicht hat. Ähnliche Ergebnisse werden erreicht, wenn die Pixelsättigung 404 eine Pixelsättigung ähnlich der Sättigung 262 des Pixels 260 und Überstrommodule 402/406 ähnlich den Modulen 270 des Pixels 260 implementiert.
Der Prozess 500 kann mit einer Bestimmung weitergeben, ob mit der Belichtung des Feldes fortzuschreiten ist (Schritt 518). Bei einer Implementation der Erfindung kann der Kontroller 108 fortsetzen, das Pixel abhängig von einer vorbestimmten Belichtungsdauer zu belichten. Wenn die Belichtung des Feldes fortzusetzen ist (d. h. die Bestimmung bei dem Schritt 518 positiv ist), kann die Bestimmung der Schritte 506 und 516 wieder vorgenommen werden. Wie 5 zeigt, kann daher, solange wie die Bestimmung bei dem Schritt 518 positiv ist, aufeinanderfolgende Iterationen von Schritten 506–516 auftreten. In Übereinstimmung mit der Erfindung kann jede Iteration der Schritte 508 und 510 zu dem Speichern einer zusätzlichen Ladung durch den Überstromhaltekondensator des Überstrommoduls 402 führen, während jede Iteration der Schritte 514 und 516 zu dem Speichern einer zusätzlichen Ladung durch den Überstromhaltekondensator des Überstrommoduls 406 und das Rücksetzen oder teilweise Entladen des Überstromhaltekondensators des Überstrommoduls 402 führen kann.
Wenn die Bestimmung des Schritts 518 negativ ist, wenn also, mit anderen Worten, die Belichtung des Feldes nicht fortzusetzen ist, kann der Prozess 500 mit dem Verhindern des Datumstransfers (Schritt 520) fortfahren. Ein Weg dies zu tun, ist, dass der Kontroller 108 bei dem Ausführen des Schrittes 518 bestimmt, dass eine vorgegebene Belichtungsdauer gegeben ist, der Kontroller 108 kann sodann, wenn das Modul 404 eine Pixelsättigungsstruktur ähnlich der Pixelsättigung 234 des Pixels 200 verwirklicht, das Freigeben des Ladungstransfersignals, das an das Sattigungsmodul 404 gegeben wird, und dadurch ein Isolieren der Sättigung 404 des Haltekondensators von der Sättigung der Photodiode, so dass keine erhebliche zusätzliche Licht induzierte Ladung auf der Haltekapazität der Sättigung akkumuliert wird.
Der Prozess 500 kann weitergehen mit dem Lesen des Signals aus dem Haltekondensator der Sättigung (Schritt 522) aus dem Überstromhaltekondensator des ersten Überstrommoduls (Schritt 524) und aus dem Überstromhaltekondensator des zweiten Überstrommoduls (Schritt 526). In Übereinstimmung mit einer Verwirklichung der Erfindung können die Schritte 522–526 ausgeführt werden, indem der Kontroller 108 ein Reihenauswahlsignal (RS) an Reihenauswahltransistoren 408–412 anlegt, wodurch die Module 402, 404 und 406 veranlasst werden, ihre jeweiligen Spannungshöhen an den Spaltenadressbus 414 anzulegen.
Wie der Fachmann erkennt, kann der Spannungspegel des Haltekondensators des Sättigungsmoduls 404, der in Schritt 522 abgetastet ist, als die LSBs (beispielsweise LSB_out) der Gesamtspannung entsprechend der Beleuchtung repräsentieren, der das Pixel 400 während der Schritte 504–520 unterworfen war. Entsprechend kann der Spannungspegel des Überlaufhaltekondensators des ersten Überlaufmoduls 402, das in Schritt 524 abgetastet worden ist, als die LSBs der MSBs (beispielsweise MSB_out(1)) der Gesamtspannung entsprechend der Beleuchtung, die das Pixel 400 während der Schritte 504–520 unterworfen war, repräsentierend verstanden werden. Entsprechend können die Spannungspegel des Überlaufhaltekondensators des zweiten Überlaufmoduls 406, die in Schritt 526 abgetastet sind, als die MSBs des MSBs (beispielsweise MSB_out(2)) der Gesamtspannung entsprechend der Beleuchtung des Pixels 400 während der Schritte 504–520 repräsentierend verstanden werden.
Die in den 3 und 5 gezeigten Schritte müssen nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert sein, es müssen auch nicht notwendigerweise alle Schritte ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Entfernen der Ladung von dem ersten Haltekondensator in Schritt 310 zuvor, während oder nach dem Zuführen von Ladung zu dem zweiten Kondensator in Schritt 308 erfolgt sein. Auch diese Schritte sind nicht notwendigerweise voneinander abhängige Schritte, sie können parallel mit anderen Schritten ausgeführt werden. Beispielsweise können die Schritte 316–318 und die Schritte 522–526 parallel ausgeführt werden. Weiter können einige Schritte der Prozesse 300 und 500 implementiert sein in und/oder ausgeführt werden unter Verwendung von Hardware und/oder Firmware und/oder Software. Beispielsweise können die Schritte im Prozess 300 des Rückstellen des ersten Kondensators und das Zuführen einer Einheitsladung auf den zweiten Haltekondensator (Schritte 310 bzw. 308) unter Verwendung von Hardware und/oder Firmware implementiert sein, während andere Schritte wie das Bestimmen, ob das Beleuchten des Feldes fortzusetzen ist (Schritt 312) in Software implementiert sein kann. Die Erfindung ist diesbezüglich jedoch nicht eingeschränkt und die Schritte, die in Hardware und/oder Firmware verwirklicht werden, können alternativ in Software implementiert sein. Es versteht sich, dass manche solcher Kombinationen von Software und/oder Hardware und/oder Firmware der Implementation der Prozesse 300 und/oder 500 als übereinstimmend mit dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung verstanden werden können. Weiter können wenigstens einige der Schritte in den Prozessen 300 und/oder 500 als Befehle oder Gruppen von Befehlen in einem maschinenlesbaren Medium implementiert sein.
Zusätzlich ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Überlaufmodulen begrenzt. Beispielsweise hat das Pixel 200 von 2 ein Überstrommodul 236 während das Pixel 400 von 4 zwei Überlaufmodule 402 und 406 hat. Um diesen Punkt zu illustrieren, zeigt 6 ein Pixel 600 mit einem Pixelsättigungsmodul, das mit einer Kaskade von N Überlaufmodulen 604(1)–604(N) gekoppelt ist. Die Module 602 und 604(1)–604(N) können mit einem N + 1 Bitsäulenbus 606 durch entsprechende Reihenauswahleinheiten 608 und 610(1)–610(N) gekoppelt sein. Der Bus 606 kann sodann in N + 1 ADCs 612 auslaufen. Besondere Implementationen des Pixels 600 können, in Übereinstimmung mit dieser Erfindung, in einem Prozess zum Sample and Hold von unterrangigen Pixeln verwendet werden ähnlich zu den Prozessen 300 und 500 mit einer entsprechenden Modifikation zur Berücksichtigung der Anzahl N von Überlaufmodulen, die in dem Pixel 600 verwendet werden.
Die vorangehende Beschreibung ist von einem oder mehreren Implementationen in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung, liefert eine Darstellung und eine Beschreibung, die ist jedoch nicht erschöpfend oder für den Schutzbereich der Erfindung in der genau offenbarten Form begrenzend zu verstehen. Modifikationen und Variationen sind im lichte der obigen Techniken möglich und können erforderlich sein für die Praxis bei den verschiedenen Implementationen der Erfindung. Es versteht sich, dass einige Implementationen verwendet werden können um ein Verfahren, eine Vorrichtung und/oder ein System zum Implementieren von Sample und Hold von unterrangigen Pixeln in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung sein.
Kein Element, Schritt oder Befehl, der in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, sollte als kritisch oder wesentlich für die Erfindung verstanden werden, soweit dies nicht ausdrücklich als solches bezeichnet wird. Auch ist der Artikel „ein” gemeint als das ein oder mehrere Gegenstände vorhanden sind. Zusätzlich werden einige Ausdrücke verwendet zum Beschreiben von Implementationen der Erfindung, wie etwa „Daten” und „Wert”, diese können unter manchen Umständen austauschbar verwendet werden. Beispielsweise versteht sich für den Fachmann, dass die Ausdrücke „Kondensatorspannung” und „Kondensatorladung” austauschbar verwendet werden können, ohne sich von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung zu lösen. Weiter werden hier Begriffe wie „gekoppelt” oder „ansprechend” verwendet oder hier oder in den Ansprüchen, die folgen, verwendet werden, wobei die hier verwendeten Begriffe „gekoppelt” oder „ansprechend”, wie sie hier oder in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, breit zu interpretieren gemeint sind. Beispielsweise kann die Phrase „gekoppelt mit” gemeint sein als kommunikativ, elektrisch und/oder operativ gekoppelt, wie dies für den Kontext, in dem die Phrase verwendet wird, geeignet ist. Variationen und Modifikationen können bei den oben beschriebenen Implementationen der beanspruchten Erfindung gemacht werden, ohne sich wesentlich von dem Grundgedanken und den Prinzipien der Erfindung zu lösen.

Claims

Ein Verfahren mit: Akkumulieren von Ladung an einer ersten Haltekapazität eines bildgebenden Pixels und Akkumulieren von Ladung auf einer zweiten Haltekapazität des Pixels in Antwort darauf, dass die erste Haltekapazität einen vorgegebenen Ladungspegel erreicht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Ladungspegel einer Überladung der ersten Kapazität entspricht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit: Rückstellen der ersten Haltekapazität in Antwort darauf, dass die erste Haltekapazität den vorgegebenen Ladepegel erreicht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit: teilweises Entfernen von Ladung von der ersten Haltekapazität in Antwort darauf, dass die erste Haltekapazität den vorgegebenen Ladepegel erreicht.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das teilweise Entfernen von Ladung von der ersten Kapazität das Abziehen von Ladung von der Shuntkapazität zu der zweiten Haltekapazität aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei akkumulierte Ladung auf der zweiten Haltekapazität des Pixels das Beschaffen von Ladung von der Shuntkapazität zu der zweiten Haltekapazität beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit: Akkumulieren von Ladung auf einer dritten Kapazität des Pixels in Antwort darauf, dass die zweite Kapazität einen anderen vorgegebenen Ladungspegel erreicht.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der andere vorgegebene Ladungspegel einer Überladung der zweiten Haltekapazität entspricht.
Ein System mit: einem Bildsensorfeld, wobei das bildgebende Pixel des Feldes eine Haltekapazität und wenigstens eine erste Überlaufkapazität aufweist und einem Kontroller zum Liefern von Steuersignalen zu dem Bildsensorfeld.
Das System von Anspruch 9, wobei das bildgebende Pixel weiter eine Logik aufweist, die wenigstens dazu in der Lage ist, eine Ladung auf der ersten Überlaufkapazität zu plazieren, in Antwort darauf, dass die Haltekapazität eine vorgegebene Ladungsmenge akkumuliert hat.
Das System von Anspruch 10, wobei die Logik weiter dazu in der Lage ist, wenigstens einige Ladung von der Haltekapazität wegzuschaffen in Antwort darauf, dass die Haltekapazität die vorgegebene Ladungsmenge akkumuliert hat.
Das System von Anspruch 9, weiter mit: einer zweiten Überlaufkapazität, wobei die Logik dazu in der Lage ist, eine Ladung auf der zweiten Überlaufkapazität zu plazieren in Antwort darauf, dass die erste Überlaufkapazität eine vorgegebene Ladungsmenge akkumuliert hat.
Das System von Anspruch 12, wobei die Logik weiter dazu in der Lage ist, wenigstens etwas von der Ladung von der ersten Überlaufkapazität zu beseitigen in Antwort darauf, dass die erste Überlaufkapazität die vorbestimmte Ladungsmenge akkumuliert hat.
Das System von Anspruch 9, weiter mit: einer Antenne, die mit dem Kontroller gekoppelt ist, wobei die Antenne Steuerdaten an den Kontroller liefert.
Das System von Anspruch 9, weiter mit: einem Prozessor, der mit der bildgebenden Einheit gekoppelt ist, wobei der Prozessor Bilddaten von der bildgebenden Einrichtung empfängt und entweder ein Bildprozessor, ein Displayprozessor, einen Multimediaprozessor oder einen Druckprozessor beinhaltet.