NL1013911C2 - Inrichting voor het omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens in een CMOS-beeldsensor. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het omzetten van analoge beeld- gegevens in digitale beeldgegevens in een CMOS-beeldsensor.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een CMOS-beeld-sensor en meer in het bijzonder op een inrichting voor het omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens volgens kleurka-rakteristieken.

5 In het algemeen is een beeldsensor een inrichting om beelden onder gebruikmaking van lichtdetecterende halfgeleidermaterialen op te vangen. De beeldsensor bevat een pixelmatrix, die een aantal beeldopneemelementen, bijv. lichtdiodes, bevat en van een voorwerp afkomstig licht ontvangt om een elektrisch beeldsignaal op te wekken. 10 De beeldsensor bevat een besturing- en systeemkoppelingseenheid voor het besturen van de beeldsensor door middel van het besturen van stuursignalen, een pixelmatrix en een analoog/digitaal-omzetter voor het omzetten van van de pixelmatrix afkomstige analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens. De analoog/digitaal-omzetter. bevat ook een 15 hellingspanningsgenerator voor het opwekken van een referentiespan-ning met een voorafbepaalde helling, een comparator voor het vergelijken van de referentiespanning met de analoge beeldgegevens om digitale beeldgegevens op te wekken, en een dubbel buffer voor het opslaan van de digitale beeldgegevens.

20 Onder verwijzing naar fig. 2, die een ketendiagram van een CMOS-beeldsensorkern toont, bevat een CMOS-beeldsensorkern een een-heidspixel 200, een comparator 320 en een eenheidvergrendelingsketen 400. Het eenheidspixel 200 bevat ook een lichtdiode 21 voor het opwekken van elektron-gatparen en vier NMOS-transistoren Ml tot en met 25 M4. De in de lichtdiode 21 opgewekte ladingen worden aan een zwevende overgang overgedragen, wanneer de overdrachtstransistor Ml is aangeschakeld en er treedt een spanningsverandering op in de zwevende overgang. De tijd waarover de overdrachtstransistor Ml is uitgeschakeld, wordt een integratietijd of een belichtingstijd genoemd, over-30 eenkomend met de belichtingstijd in een optisch instrument.

De terugsteltransistor M2 heeft betrekking op de gecorreleerde dubbele bemonstering (hierna met CDS aangeduid). Indien de terugsteltransistor M2 is aangeschakeld en de overdrachtstransistor Ml is uitgeschakeld, kan de zwevende overgang worden opgeladen tot een terug- 10 1 3 9 1 1 - 2 - stelspanning. De met het terugstelniveau corresponderende spanning kan dienovereenkomstig worden verkregen door het detecteren van de spanning over de zwevende overgang onder de bovenstaande omstandigheden. Wanneer de terugsteltransistor M2 is uitgeschakeld en de over-5 drachtstransistor Ml is aangeschakeld, worden de in de lichtdiode 21 opgewekte ladingen overgedragen aan de zwevende overgang en de spanning over de zwevende overgang vormt vervolgens een gegevensniveau. Een door de eenheidspixel 200 en de comparator 320 veroorzaakte verschuiving kan worden verwijderd door het gegevensniveau van het te-10 rugstelniveau af te trekken. Deze verwijdering van de verschuiving is essentieel voor de CDS. Dit wil zeggen, dat het mogelijk is om door het verwijderen van een onverwachte spanning in de eenheidspixel 200 een netto beeldgegevenswaarde te verkrijgen.

Er wordt nu verwezen naar fig. 3, waarin de digitale waarde 15 wordt verkregen door de van de hellingspanningsgenerator afkomstige hellingsspanning te vergelijken met de. van het pixel afkomstige analoge signaal. Door gebruik te maken van een analoog/digitaal-omzetter met een enkele helling, worden de uiteindelijke digitale waarden geproduceerd door de comparator 320 en in het dubbele buffer 400 opge-20 slagen. De hellingspanningsgenerator wekt een spanning op, waarvan de grootte elke klok volgens een voorafbepaalde helling wordt verlaagd en deze dalende hellingsspanning wordt als een referentiespanning met het van het pixel afkomstige analoge signaal of pixelspanning vergeleken. De beginwaarde van de hellingsspanning kan op een geschikt ni-25 veau worden ingesteld, welke niveau groter is dan het verwachte maximum van het analoge maximum van het analoge signaal, of door gebruikers. De besturings- en koppelingseenheid telt met de kloksynchroni-satie totdat de analoge signalen gelijk zijn aan de dalende hellingsspanning. Indien een dergelijk pixelspanningdetectiepunt wordt gede-30 tecteerd, schrijft de besturings- en koppelingseenheid een corresponderend telsignaal als een digitale waarde in het dubbele buffer 400.

Bij gebruikmaking van de gangbare werkwijze voor het omzetten van de analoge beeldgegevens in de digitale beeldgegevens wordt de analoog/digitaal-omzettingswerking echter slechts uitgevoerd door 35 middel van het vergelijken van de referentiespanning met de analoge beeldgegevens zonder beschouwing van kleurkarakteristieken.

Het is daarom een doel van de onderhavige uitvinding een inrichting voor het volgens kleurkarakteristieken omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens in een CMOS-beeldsensor.

1013 9 11 - 3 -

Volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is een inrichting verschaft voor het omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens'in een CMOS-beeldsensor, die een pixelma-trix met M (rijlijn) x N (kolomlijn) kleurpixels bevat, waarbij de 5 kleurpixels een eerste kleurpixel voor het detecteren van een eerste kleur, een tweede kleurpixel voor het detecteren van een tweede kleur en een derde kleurpixel voor het detecteren van een derde kleur be- · vatten, waarbij de inrichting omvat: a) een analoge-referentiespan-ningopwekmiddel voor het volgens de kleurpixels opwekken van ver-10 schillende analoge referentiespanningen, die een verschillende waarde en een verschillende afnamesnelheid hebben; b) een selectiemiddel, voor het in reactie op een seléctiebesturingssignaal volgens de kleurpixels selecteren van een van de corresponderende analoge referentiespanningen; en c) een vergelijkingsmiddel voor het vergelijken 15 van de analoge referentiespanning en de analoge beeldgegevens om de met de kleurpixels corresponderende digitale beeldgegevens op te wekken, waardoor een omzettingswerking van de analoge beeldgegevens in de digitale beeldgegevens volgens de kleurkarakteristiek verschillend wordt uitgevoerd.

20 Andere doelen en aspecten van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving van de uitvoeringsvormen van de uitvinding onder verwijzing naar de bijgevoegde tekening, waarin: fig. 1 een blokschema is, dat een CMOS-beeldsensor toont; fig. 2 een ketendiagram is, dat-een CMOS-beeldsensörkern toont; 25 fig. 3 een diagram is, dat de werking van een comparator en een dubbel buffer toont; en fig. 4 een blokschema is, dat een CMOS-beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding toont.

Fig. 1 is een blokschema, dat een CMOS-beeldsensor toont. De 30 CMOS-beeldsensor bevat een besturings- en systeemkoppelingseenheid 10, een pixelmatrix 20 met een aantal beeldopneemelementen, en een analoog/digitaal-omzetter 30. De analoog/digitaal-omzetter 30 bevat ook een hellingspanningsgenerator 31 voor het opwekken van een referentiespanning, een comparator 32 voor het vergelijken van de span-35 ning met van de pixelmatrix 20 afkomstige analoge beeldgegevens om digitale beeldgegevens op te wekken, en een dubbel buffer 40 voor het opslaan van de digitale beeldgegevens.

In de onderhavige uitvinding is de analoog/digitaal-omzetting gemodificeerd, zoals is weergegeven in fig. 4.

10 13 911 - 4 -

Fig. 4 is een blokschema, daf een CMOS-beeldsensor volgens de onderhavige uitvinding toont. Onder verwijzing naar fig. 4, bevat een CMOS-beeldsensor eén pixelmatrix 50 van Bayer-patroontype, welke matrix MxN in een matrix gerangschikte kleurpixels bevat, en een ana-5 loog/digitaal-omzettingseenheid 60 voor het omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegegevens.

De pixelmatrix 50 van het Bayer-patroontype is voorzien van herhaalde opstellingen van een RGRG-type en een GBGB-type in oneven rijlijnen respectievelijk even rijlijnen. Hierin geeft "R" een rood 10 kleurpixel voor het slechts detecteren van een rode kleur, "G" een groene kleurpixel voor het slechts detecteren van een groene kleur en "B" een blauwe kleurpixel voor het detecteren van een blauwe kleur weer. Elk met respectieve kleurpixels corresponderend analoog span-ningssignaal heeft een verschillende karakteristiek. Door het toepas-15 sen van de verschillende kleurkarakteristieken, wekt'de analoog/digi-taal-omzetter een verschillende referentiespanning bij de analoog/di-gitaal-omzetting op om analoge beeldgegevens in digitale' beeldgegevens om te zetten.

De analoog/digitaal-omzettingseenheid 60 bevat analoge-referen-20 tiespanningopwekeenheden 601A, 601B en 601C, N multiplexers 602A en 602B, en N comparatoren 603A en 60-3B. De analoge-referentiespanning-opwekeenheden bevatten hier een eerste referentiespanningsgenerator 601A voor het blauwe kleurpixel, een tweede referentiespanningsgenerator 601B voor het groene kleurpixel en een derde referentiespan-25 ningsgenerator 601C voor het rode kleurpixel, welke 'generatoren elk een respectieve analoge referentiespanning met een verschillende af-namesnelheid opwekken. De multiplexers 602A en 602B geven in reactie op een selectiebesturingssignaal SEL selectief een van de analoge re-ferentiespanningen af en de comparatoren 603A en 603B vergelijken de 30 van de multiplexers 602A en 602B afkomstige geselecteerde referentie-' spanning met de van de pixelmatrix 50 afkomstige analoge beeldgegevens. Aangezien de rode pixels en groene pixels afwisselend zijn ge-' plaatst op oneven kolomlijnen, geven de op de oneven kolomlijnen geplaatste multiplexers 602A een van de referentiespanningen van de 35 tweede en derde referentiespanningsgeneratoren 601B en 601C volgens de kleurpixels af. Aangezien groene pixels en blauwe pixels afwisselend op even kolomlijnen zijn geplaatst, geven daarentegen de op even kolomlijnen geplaatste multiplexers 602B een van de analoge referentiespanningen van de eerste en tweede referentiespanningsgeneratoren 40 601A en 601B volgens de kleurpixels af.

.10 1 3 9 1 1 - 5 -

Allereerst zal de omzettingswerking op de eerste rijlijn worden beschreven.

Aangezien de rode pixels en de groene pixels op de oneven ko-loralijnen respectievelijk, de even kolomlijnen zijn geplaatst, geven 5 de op de oneven kolomlijnen geplaatste multiplexers 602A in reactie op het selectiebesturingssignaal SEL op selectieve wijze de analoge referentiespanning van de derde referentiespanningsgenerator 601C aan de op de oneven kolomlijn geplaatste ' comparatoren 603A af. De op de even kolomlijnen geplaatste multiplexers 602B geven eveneens in reac-10 tie op het selectiebesturingssignaal SEL de referentiespanning van de tweede referentiespanningsgenerator 601B op selectieve wijze af aan de op de even kolomlijnen geplaatste comparatoren 603B. De op de oneven kolomlijnen geplaatste comparatoren 603A ’vergelijken vervolgens de van de rode pixels afkomstige analoge beeldgegevens met het uit-15 gangssignaal van de multiplexers 602A. Op soortgelijke wijze vergelijken de op de even kolomlijnen geplaatste comparatoren 603B dé van de groene pixels afkomstige analoge beeldgegevens met het uitgangssignaal van de multiplexers 602B. De daaropvolgende procedure is dezelfde als volgens de stand van de techniek.' 20 Nu zal een omzettingswerking op de tweede rij lijn ’ worden be schreven .

Aangezien de groene pixels en de blauwe pixels op de oneven kolomlijnen respectievelijk de even kolomlijnen zijn geplaatst, geven de op de oneven kolomlijnen geplaatste multiplexers 602A in reactie 25 op het selectiebesturingssignaal SEL de analoge referentiespanning van de tweede referentiespanningsgenerator 601C aan de op de oneven kolomlijnen geplaatste comparatoren 603A af. Ook geven de op de even kolomlijnen geplaatste multiplexers 602B in reactie op het selectiebesturingssignaal SEL op selectieve wijze de referentiespanning van 30 de eerste referentiespanningsgenerator 601B aan de op de even kolomlijnen geplaatste comparatoren 603B af. De op de oneven kolomlijnen geplaatste comparatoren 603A vergelijken vervolgens de van de groene pixels afkomstige analoge beeldgegevens met het uitgangssignaal van de multiplexers 602A. Op soortgelijke wijze vergelijken de op de even 35 kolomlijnen geplaatste comparatoren 603B de van de blauwe pixels afkomstige analoge beeldgegevens met het uitgangssignaal van de multiplexers 602B. De daaropvolgende· procedure is dezelfde als in de stand van de techniek.

10 1 3911 - 6 -

Door het herhaaldelijk uitvoeren van de hierboven genoemde bewerking, kunnen de analoge beeldgegevens van alle kleurpixels worden omgezet in corresponderende digitale beeldgegevens.

Aangezien verschillende analoge referentiespanningen worden op-5 gewekt volgens de beeldgegevenskarakteristiek, kunnen de rode-, groene- en blauwe-kleurkarakteristieken nauwkeurig worden bestuurd.

Hoewel de onderhavige uitvinding is beschreven met betrekking tot slechts bepaalde voorkeursuitvoeringsvormen, kunnen modificaties en variaties worden aangebracht zonder buiten de gedachte en het ka-10 der van de onderhavige uitvinding, zoals deze in de volgende conclusies uiteen is gezet, te treden.

10139 11

Claims (6)

1. Inrichting voor het omzetten van analoge beeldgegevens in digitale beeldgegevens in een CMOS-beeldsensor, die een pixelmatrix met M (rijlijn) x N (kolomlijn) kleurpixels bevat, waarbij de kleur-pixels een eerste kleurpixel voor het detecteren van een eerste 5 kleur, een tweede kleurpixel voor het detecteren van een tweede kleur en een derde kleurpixel voor het detecteren van een derde kleur bevatten, waarbij de inrichting omvat: a) een analoge-referentiespanningopwekmiddel voor het volgens de kleurpixels opwekken van verschillende analoge referentiespannin- 10 gen, die een verschillende waarde en een verschillende afnamesnelheid hebben; b) een selectiemiddel, voor het in reactie op een selectiebe-sturingssignaal volgens de kleurpixels selecteren van een van de corresponderende analoge referentiespanningen; en 15 c) een vergelijkingsmiddel voor het vergelijken van de analoge referentiespanning en de analoge beeldgegevens om de met de kleurpixels corresponderende digitale beeldgegevens op te wekken, waardoor een omzettingswerking van de analoge beeldgegevens in de digitale beeldgegevens volgens de kleurkarakteristiek verschillend 20 wordt uitgevoerd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het analoge-referen-tiespanningopwekmiddel bevat: een eerste referentiespanningsgenerator voor het opwekken van een eerste referentiespanning met betrekking tot het eerste kleur-25 pixel; een tweede referentiespanningsgenerator voor het opwekken van een tweede referentiespanning met betrekking tot het tweede kleurpixel; en een derde referentiespanningsgenerator voor het Opwekken van 30 een derde referentiespanning met betrekking tot het derde kleurpixel.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij de in de pixelmatrix opgenomen kleurpixels in de vorm van een Bayer-patroon zijn gerangschikt, waarbij het Bayer-patroon bevat: de eerste kleurpixels en de tweede kleurpixels die in deze 35 volgorde herhaald geplaatst zijn op oneven rij lijnen van de pixelmatrix; en 10 1 39 1 1 - 8 - de tweede kleurpixels en de derde kleurpixels die in deze volgorde herhaald geplaatst zijn op even rijlijnen van de pixelmatrix in deze volgorde. · ··

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij het selectiemiddel 5 omvat: een eerste op de oneven kolomlijnen geplaatst selectiemiddel voor het in reactie op het selectiebesturingssignaal volgens de kleurpixels selecteren van de eerste referentiespanning of de tweede referentiespanning; en 10 een tweede op de even kolomlijnen geplaatst selectiemiddel voor het in reactie op het selectiebesturingssignaal volgens de kleurpixels selecteren van de tweede referentiespanning of de derde referentiespanning.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij het eerste kleur-15 pixel een rode kleurpixel, het tweede kleurpixel een groene kleur- pixel en het derde kleurpixel een blauwe kleurpixel is.

6. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij het selectiemiddel een multiplexer is. 10 1 3 9 1 1