RU2352080C2 - Method for operation of image signal generation module and device for its realisation - Google Patents

Method for operation of image signal generation module and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2352080C2
RU2352080C2 RU2006141414/09A RU2006141414A RU2352080C2 RU 2352080 C2 RU2352080 C2 RU 2352080C2 RU 2006141414/09 A RU2006141414/09 A RU 2006141414/09A RU 2006141414 A RU2006141414 A RU 2006141414A RU 2352080 C2 RU2352080 C2 RU 2352080C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
switch
time
shutter
image signal
Prior art date
Application number
RU2006141414/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006141414A (en
Inventor
Чжен-Сяо ЛАЙ (CN)
Чжен-Сяо ЛАЙ
Я-Чжинь КИН (CN)
Я-Чжинь КИН
Юэх-Пин Ю (CN)
Юэх-Пин Ю
Original Assignee
Вайа Текнолоджиз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CNB2004100867681A external-priority patent/CN1323549C/en
Application filed by Вайа Текнолоджиз, Инк. filed Critical Вайа Текнолоджиз, Инк.
Publication of RU2006141414A publication Critical patent/RU2006141414A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2352080C2 publication Critical patent/RU2352080C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/571—Control of the dynamic range involving a non-linear response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
    • H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
    • H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
    • H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
    • H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: module of image signal generation contains shutter, photodiode configured with shutter (212), and the first switch (M1). One output of the first switch is connected to reference voltage (Vcc), and the other output - to photodiode (212). Method for operation of image signal generation module includes the following stages; (a) application of the first voltage to shutter, (b) connection of the first switch, (c) disconnection of the first switch in the first time, (d) photodiode illumination by light, (e) interruption of voltage application to shutter, in the second time, (f) application of the second voltage in the third time and (g) maintenance of disconnected condition of the first switch until the fourth time.
EFFECT: method for operation of image signal generation module makes it possible for the device of image signal generation to increase its dynamic range.
19 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к работе модуля формирования сигнала изображения и устройству для формирования сигнала изображения на его основе. Более конкретно, настоящее изобретение относится к работе модуля формирования сигнала изображения и устройству для формирования сигнала изображения на его основе, способного к увеличению динамического диапазона модулей формирования сигнала изображения.The present invention relates to the operation of an image signal generation module and an apparatus for generating an image signal based on it. More specifically, the present invention relates to the operation of an image signal generation module and an apparatus for generating an image signal based thereon, capable of increasing the dynamic range of the image signal generation modules.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Все больше и больше появляется электронных изделий с встроенными функциями фотокамеры, например мобильные телефоны, персональные цифровые секретари и игрушки. С быстрым развитием электронной технологии формирователи сигнала изображения постепенно заменили традиционные (фото) пленки и основные элементы восприятия изображения. Задачей формирователей сигнала изображения является преобразование световых сигналов в электронные сигналы. В настоящее время множество формирователей сигнала изображения, имеющееся на рынке, использует встроенные фотодиоды для захвата световых сигналов.More and more electronic products are appearing with built-in camera features, such as mobile phones, personal digital assistants, and toys. With the rapid development of electronic technology, image conditioners have gradually replaced traditional (photo) films and the basic elements of image perception. The task of image signal conditioners is the conversion of light signals into electronic signals. Currently, many image signal conditioners on the market use built-in photodiodes to capture light signals.

На фиг.1 приведена принципиальная схема стандартного формирователя сигнала изображения. Как следует из фиг.1, формирователь 100 изображения содержит опорное напряжение Vcc, фотодиод 120, первый переключатель 130, истоковый повторитель 140, второй переключатель 180 и запоминающую схему 160. Первый переключатель 130, истоковый повторитель 140 и второй переключатель 180 могут быть транзисторами. Фотодиод 120 и истоковый повторитель 140 оба электрически соединены с первым переключателем 130, и фотодиод 120, и истоковый повторитель 140 оба соединены с опорным напряжением Vcc. Первый переключатель 130 расположен между диодом 120 и опорным напряжением Vcc. Кроме того, затвор истокового повторителя 140 электрически соединен между первым переключателем 130 и фотодиодом 120. Запоминающую схему 160 формирователя сигнала изображения используют для записи изменения выходного напряжения Vout второго переключателя, которое пропорционально величине напряжения затвора истокового повторителя 140. Ниже подробно описан процесс работы формирователя 100 изображения.Figure 1 shows a schematic diagram of a standard shaper image signal. As follows from FIG. 1, the imaging device 100 comprises a reference voltage Vcc, a photodiode 120, a first switch 130, a source follower 140, a second switch 180, and a storage circuit 160. The first switch 130, the source follower 140, and the second switch 180 may be transistors. The photodiode 120 and the source follower 140 are both electrically connected to the first switch 130, and the photodiode 120 and the source follower 140 are both connected to the reference voltage Vcc. The first switch 130 is located between the diode 120 and the reference voltage Vcc. In addition, the source follower gate 140 is electrically connected between the first switch 130 and the photodiode 120. The image signal conditioning circuit 160 is used to record a change in the output voltage V out of the second switch, which is proportional to the gate voltage of the source follower 140. The operation of the former 100 is described in detail below. Images.

На фиг.2 схематически иллюстрируется изменение выходного напряжения, показанного на фиг.1, в рабочем цикле формирователя сигнала изображения. Как показано на фиг.1 и фиг.2, как только начинается рабочий цикл, включается переключатель 130. Напряжение V1 фотодиода 120 и величина напряжения истокового повторителя 140 будут равны опорному напряжению Vcc. Затем переключатель 120 выключают в первое время T1 и внешний свет 150 облучает (освещает) фотодиод 120 через линзы (не показано). Вследствие освещения света 150 фотодиодом 120 генерируется фототок и по этой причине напряжение V1 фотодиода понижается. Следовательно, напряжение затвора истокового повторителя 140 уменьшается тоже. Между тем, выходное напряжение Vout изменяется в соответствии с изменением напряжения затвора истокового повторителя 140. Позднее, во второе время Т2, снова включают переключатель для начала нового цикла. Выходное напряжение первого времени T1 и выходное напряжение второго времени Т2 записывают с помощью запоминающей схемы 160 и благодаря изменению разности между ними формирователь изображения может определять силу внешнего света 150.Figure 2 schematically illustrates the change in the output voltage shown in figure 1, in the duty cycle of the imaging device. As shown in FIGS. 1 and 2, as soon as the duty cycle begins, the switch 130 is turned on. The voltage V 1 of the photodiode 120 and the voltage value of the source follower 140 will be equal to the reference voltage V cc . Then, the switch 120 is turned off for the first time T 1 and external light 150 irradiates (illuminates) the photodiode 120 through lenses (not shown). Due to the illumination of light 150 by the photodiode 120, a photocurrent is generated, and for this reason, the voltage V 1 of the photodiode decreases. Therefore, the gate voltage of the source follower 140 decreases too. Meanwhile, the output voltage V out changes in accordance with the change in the gate voltage of the source follower 140. Later, at the second time T 2 , the switch is turned on again to start a new cycle. The output voltage of the first time T 1 and the output voltage of the second time T 2 are recorded using the storage circuit 160, and by changing the difference between them, the imager can determine the strength of the external light 150.

Из приведенных фиг.1 и фиг.2, можно видеть, что чем больше сила внешнего света 150, тем быстрее уменьшается выходное напряжение Vout. Когда выходное напряжение Vout падает до нуля перед вторым временем Т2, формирователь 100 изображения не способен определять силу внешнего света 150. Следовательно, имеется предел динамического диапазона для формирователя 100 изображения (Динамический диапазон = максимальная сила света, детектируемая формирователем изображения/минимальная сила света, детектируемая формирователем изображения).From the above figures 1 and 2, it can be seen that the greater the power of external light 150, the faster the output voltage V out decreases. When the output voltage V out drops to zero before the second time T 2 , the imager 100 is not able to determine the strength of the external light 150. Therefore, there is a limit to the dynamic range for the imager 100 (Dynamic range = the maximum light intensity detected by the imager / minimum light intensity detected by the imager).

СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE PRESENT INVENTION

Настоящее изобретение обеспечивает способ работы модуля формирования сигнала изображения для увеличения его динамического диапазона и чувствительности.The present invention provides a method for operating an image signal conditioning module to increase its dynamic range and sensitivity.

Настоящее изобретение также обеспечивает получение устройства для формирования сигнала изображения для увеличения динамического диапазона и чувствительности модулей формирования сигнала изображения.The present invention also provides an apparatus for generating an image signal to increase the dynamic range and sensitivity of the image signal generation modules.

Настоящее изобретение обеспечивает способ работы модуля формирования сигнала изображения. Модуль формирования сигнала изображения содержит фотозатвор, фотодиод, скомпонованный с фотозатвором, и первый переключатель. Один вывод первого переключателя соединен с опорным напряжением, а другой вывод - с фотодиодом. Способ работы модуля формирования сигнала изображения предусматривает следующие этапы: (а) приложение первого напряжения к фотозатвору, (b) включение первого переключателя, (с) выключение первого переключателя в первое время, (а) освещение фотодиода светом, (е) уменьшение напряжения, прикладываемого к фотозатвору, во второе время, (f) увеличение напряжения, прикладываемого к фотозатвору, в третье время и (g) поддержание выключенного состояния первого переключателя впредь до четвертого времени.The present invention provides a method of operating an image signal generating unit. The image signal generating module comprises a photo gate, a photo diode arranged with a photo gate, and a first switch. One terminal of the first switch is connected to a reference voltage, and the other terminal is connected to a photodiode. The method of operation of the image signal generation module includes the following steps: (a) applying a first voltage to the photo-gate, (b) turning on the first switch, (c) turning off the first switch at first, (a) lighting the photodiode with light, (e) reducing the voltage applied to the shutter at a second time, (f) increasing the voltage applied to the shutter at the third time, and (g) keeping the first switch off until the fourth time.

Настоящее изобретение обеспечивает также получение устройства для формирования сигнала изображения, содержащего модуль формирования сигнала изображения и схему управления. Модуль формирования сигнала изображения содержит фотозатвор, фотодиод, первый переключатель, истоковый повторитель и второй переключатель. Фотодиод и фотозатвор скомпонованы вместе. Первый вывод первого переключателя соединен с опорным напряжением, а второй вывод первого переключателя соединен с одним выводом фотодиода. Первый вывод истокового повторителя соединен с опорным напряжением, а управляющий вывод истокового повторителя соединен с другим выводом фотодиода. Первый вывод второго переключателя соединен со вторым выводом истокового повторителя, а второй вывод второго переключателя обеспечивает выход одного выходного напряжения.The present invention also provides an apparatus for generating an image signal comprising an image signal generation module and a control circuit. The image signal generating module comprises a photo gate, a photodiode, a first switch, a source follower and a second switch. A photodiode and a photo shutter are arranged together. The first terminal of the first switch is connected to the reference voltage, and the second terminal of the first switch is connected to one terminal of the photodiode. The first output of the source follower is connected to the reference voltage, and the control output of the source follower is connected to the other output of the photodiode. The first terminal of the second switch is connected to the second terminal of the source follower, and the second terminal of the second switch provides the output of one output voltage.

Схема управления устройства для формирования сигнала изображения соединена с модулем формирования сигнала изображения. Величина первого напряжения прикладывается схемой управления к фотозатвору и включается первый переключатель. Затем первый переключатель выключается в первое время. После этого фотодиод может быть облучен (освещен) светом. Затем первое напряжение, приложенное к фотозатвору, прерывается во второе время. Второе напряжение позднее прикладывается к фотозатвору в третье время. Первый переключатель также сохраняет выключенное состояние впредь до четвертого времени. Между тем, второй переключатель включается для обеспечения выхода выходного напряжения.The control circuit of the device for generating the image signal is connected to the module for generating the image signal. The magnitude of the first voltage is applied by the control circuit to the photo-gate and the first switch is turned on. Then, the first switch turns off for the first time. After that, the photodiode can be irradiated (lit) with light. Then, the first voltage applied to the shutter is interrupted for a second time. The second voltage is later applied to the shutter in the third time. The first switch also keeps the off state until the fourth time. Meanwhile, the second switch is turned on to provide output voltage output.

В общем, в способе работы модуля формирования сигнала изображения и устройства для формирования сигнала изображения при его использовании, соответствующих настоящему изобретению, вследствие этапов остановки приложения первого напряжения к фотодиоду и приложения второго напряжения к фотозатвору в третье время емкость электрического заряда может быть увеличена и может быть увеличено выходное напряжение. В соответствии с этим может быть увеличен динамический диапазон модуля формирования сигнала изображения.In general, in the method of operation of the image signal generating module and the device for generating the image signal when using it according to the present invention, due to the steps of stopping the application of the first voltage to the photodiode and the application of the second voltage to the photocell in the third time, the electric charge capacity can be increased and can be increased output voltage. Accordingly, the dynamic range of the image signal generating unit can be increased.

Должно быть очевидным, что в вышеприведенном общем описании и следующем подробном описании описаны только характерные примеры для обеспечения дополнительного объяснения заявляемого изобретения.It should be obvious that in the foregoing general description and the following detailed description, only representative examples are described to provide further explanation of the claimed invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Сопроводительные чертежи, включенные в эту заявку, обеспечивают дополнительное понимание настоящего изобретения и образуют неотъемлемую часть описания. Сопроводительные чертежи иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.The accompanying drawings included in this application provide an additional understanding of the present invention and form an integral part of the description. The accompanying drawings illustrate embodiments of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the present invention.

Фиг.1 - схематическая иллюстрация принципиальной схемы стандартного формирователя сигнала изображения.Figure 1 is a schematic illustration of a schematic diagram of a standard image signal former.

Фиг.2 - схематическая иллюстрация изменения выходного напряжения в рабочем цикле формирователя сигнала изображения.Figure 2 is a schematic illustration of a change in the output voltage in the duty cycle of the imaging device.

Фиг.3 - схематическая иллюстрация устройства формирователя сигнала изображения, соответствующего одному варианту осуществления настоящего изобретения.Figure 3 is a schematic illustration of an image signal conditioning apparatus according to one embodiment of the present invention.

Фиг.4 - иллюстрация, показывающая зависимость напряжения RST возврата в исходное состояние от времени и зависимость от времени PG напряжения.4 is an illustration showing the dependence of the reset voltage RST on time and the time dependence PG of the voltage.

Фиг.5 - иллюстрация зависимости выходного напряжения от времени при различных значениях силы света для одного варианта осуществления настоящего изобретения.5 is an illustration of the dependence of the output voltage on time for various luminous intensities for one embodiment of the present invention.

Фиг.6 - схематическая иллюстрация кармана потенциальной энергии фотодиода.6 is a schematic illustration of a pocket of potential energy of a photodiode.

Фиг.7 - схематическая иллюстрация того, как динамический диапазон формирователя сигнала изображения модулируется благодаря изменению разности между третьим временем и четвертым временем.7 is a schematic illustration of how the dynamic range of the image driver is modulated by changing the difference between the third time and the fourth time.

Фиг.8 - схематическая иллюстрация того, как динамический диапазон формирователя сигнала изображения модулируется благодаря изменению напряжения, прикладываемого к фотодиоду.Fig. 8 is a schematic illustration of how the dynamic range of the image driver is modulated by a change in voltage applied to the photodiode.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION

На фиг.3 приведена схематическая иллюстрация устройства для формирования сигнала изображения, соответствующего одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как следует из фиг.3, устройство 200 для формирования сигнала изображения содержит модуль 210 формирования сигнала изображения, схему 220 управления и запоминающую схему 230. Модуль 210 формирования сигнала изображения содержит фотозатвор PG, фотодиод 212, первый переключатель М1, истоковый повторитель М2 и второй переключатель М3. Например, фотодиод может иметь структуру металл-оксид-полупроводник, скомпонованную с фотозатвором PG, и, таким образом, два вывода фотодиода 212 расположены на двух сторонах фотозатвора, соответственно. Первый вывод М1а первого переключателя М1 соединен с опорным напряжением Vcc, а второй вывод M1b первого переключателя М1 соединен с одним выводом фотодиода 212. Первый вывод М2а истокового повторителя М2 соединен с опорным напряжением Vcc, а управляющий вывод М2 с истокового повторителя М2 соединен с другим выводом фотодиода 212. Первый вывод М3а второго переключателя М3 соединен со вторым выводом M2b истокового повторителя М2, а второй вывод M3b второго переключателя М3 обеспечивает выход выходного напряжения Vout. Необходимо отметить, что первый переключатель М1, истоковый повторитель М2 и второй переключатель М3 могут быть, например, транзисторами.FIG. 3 is a schematic illustration of an apparatus for generating an image signal in accordance with one embodiment of the present invention. As follows from figure 3, the device 200 for generating an image signal contains a module 210 for generating an image signal, a control circuit 220 and a storage circuit 230. The module 210 for generating an image signal contains a photo gate PG, a photodiode 212, a first switch M1, a source repeater M2 and a second switch M3. For example, a photodiode may have a metal oxide semiconductor structure arranged with a PG gate, and thus, the two terminals of the photodiode 212 are located on two sides of the gate, respectively. The first terminal M1a of the first switch M1 is connected to the reference voltage Vcc, and the second terminal M1b of the first switch M1 is connected to one terminal of the photodiode 212. The first terminal M2a of the source follower M2 is connected to the reference voltage Vcc, and the control terminal M2 from the source follower M2 is connected to another terminal photodiode 212. The first terminal M3a of the second switch M3 is connected to the second terminal M2b of the source follower M2, and the second terminal M3b of the second switch M3 provides an output voltage V out . It should be noted that the first switch M1, the source follower M2 and the second switch M3 can be, for example, transistors.

На фиг.4 приведена иллюстрация, показывающая зависимость напряжения RST возврата в исходное состояние от времени и зависимость между напряжением PG и временем. Как следует из фиг.3 и фиг.4, схема 220 управления устройства 200 для формирования сигнала изображения соединена с модулем 210 формирования сигнала изображения. Первое напряжение V1 прикладывается к фотозатвору PG схемой 220 управления. Затем схема 220 управления прикладывает напряжение VRST возврата в исходное состояние к управляющему выводу RST первого переключателя М1 для включения первого переключателя М1. А затем подача напряжения VRST прекращается для выключения первого переключателя М1 в первое время t1. Между тем, запоминающая схема 230 записывает величину Vout выходного напряжения первого времени t1. Позднее внешний свет (не показан) начинает освещать фотодиод 212 и в соответствии с этим величина Vout выходного напряжения начинает уменьшаться. Схема 220 управления прекращает приложение первого напряжения V1 к фотозатвору PG во второе время t2, а позднее схема 220 управления прикладывает второе напряжение V2 к фотозатвору PG в третье время t3. Второе напряжение V2 по существу равно первому напряжению V1, но первое напряжение V1 и второе напряжение V2 могут быть равны или неравны Vcc. Схема управления поддерживает выключенное состояние первого переключателя М1 вплоть до четвертого времени t4, а между тем схема 220 управления включает второй переключатель М3 для обеспечения выхода выходного напряжения Vout, тогда как запоминающая схема 230 записывает выходное напряжение Vout времени t4. Благодаря использованию разности между выходным напряжением Vout времени t1 и выходным напряжением Vout времени t4, записанной в запоминающей схеме 230, устройство для формирования сигнала изображения может определять силу внешнего света.4 is an illustration showing the dependence of the reset voltage RST on time and the relationship between the voltage PG and time. As follows from figure 3 and figure 4, the control circuit 220 of the device 200 for generating an image signal is connected to the module 210 of the formation of the image signal. The first voltage V1 is applied to the PG shutter by the control circuit 220. Then, the control circuit 220 applies the reset voltage V RST to the control terminal RST of the first switch M1 to turn on the first switch M1. And then the voltage supply V RST is stopped to turn off the first switch M1 at the first time t1. Meanwhile, the storage circuit 230 records the value V out of the output voltage of the first time t1. Later, external light (not shown) begins to illuminate the photodiode 212 and, accordingly, the value V out of the output voltage begins to decrease. The control circuit 220 stops applying the first voltage V1 to the PG shutter at a second time t2, and later, the control circuit 220 applies a second voltage V2 to the PG shutter at a third time t3. The second voltage V2 is substantially equal to the first voltage V1, but the first voltage V1 and the second voltage V2 may be equal or unequal to Vcc. The control circuitry keeps the first switch M1 turned off until the fourth time t4, and meanwhile, the control circuitry 220 includes a second switch M3 to provide output voltage V out , while the storage circuit 230 records the output voltage V out of time t4. By using the difference between the output voltage V out of time t1 and the output voltage V out of time t4 recorded in the storage circuit 230, the device for generating the image signal can determine the intensity of external light.

На фиг.5 приведена иллюстрация зависимости выходного напряжения от времени при разных значениях силы света в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как следует из фиг.3 и фиг.5, схема 220 управления прерывает подачу напряжения на фотозатвор PG во второе время t2 и возобновляет подачу напряжения в третье время t3. Можно обнаружить, что, когда сила света увеличивается, скорость уменьшения выходного напряжения увеличивается. Кроме того, выходное напряжение после третьего времени t3 увеличивается и причина этого будет подробно описана ниже.5 is an illustration of the dependence of the output voltage on time for different luminous intensities in accordance with one embodiment of the present invention. As follows from figure 3 and figure 5, the control circuit 220 interrupts the voltage supply to the photocell PG at the second time t2 and resumes the voltage supply at the third time t3. You may find that when the light intensity increases, the rate of decrease in the output voltage increases. In addition, the output voltage after the third time t3 increases and the reason for this will be described in detail below.

На фиг.6 схематически иллюстрируется карман потенциальной энергии фотодиода. Как следует из фиг.6, емкость СPD находится между областью 212а легирующей примеси n-типа и карманом 212b р-типа, когда напряжение не прикладывается к фотозатвору. Когда напряжение прикладывается к фотозатвору, один инверсионный слой генерируется в кармане 212b р-типа в положении, соответствующем фотозатвору. Кроме емкости СPD также запоминается емкость CPG. Вследствие емкостей СPD и СPG карман 212b р-типа будет формировать карманы потенциальной энергии, где хранится часть электронов, возбужденных освещением внешним светом.6 schematically illustrates a pocket of potential energy of a photodiode. As follows from FIG. 6, the capacitance C PD lies between the n-type dopant region 212a and the p-type pocket 212b when voltage is not applied to the photocell. When voltage is applied to the photocell, one inversion layer is generated in the p-type pocket 212b in the position corresponding to the photocell. In addition to the capacitance C PD, the capacitance C PG is also stored. Due to the capacitances C PD and C PG, the p-type pocket 212b will form pockets of potential energy, where a part of the electrons excited by illumination by external light is stored.

Как следует из фиг.5 и фиг.6, когда сила света увеличивается, увеличивается скорость убывания выходного напряжения. Причина этого в том, что чем больше сила света, тем выше скорость генерирования электронов. В соответствии с этим напряжение области 212а легирующей примеси n-типа уменьшается, что вызывает падение выходного напряжения. Когда напряжение, прикладываемое к фотозатвору, выключается при втором времени t2, емкость СPD плюс СPG упадет до емкости СPD и поток электронов ниже емкости СPG будет проходить к области ниже емкости СPD. Если максимум электронов, хранимых ниже емкости CPD+CPG, превышает максимум электронов, хранимых ниже емкости СPD, то избыточные электроны будут выбиты посредством вывода заземления. Когда напряжение прикладывают к фотозатвору при третьем времени t3, выходное напряжение увеличивается, так как напряжение области легирующей примеси n-типа увеличивается в ответ на напряжение, прикладываемое к фотозатвору, а количество электронов становится меньше количества перед выключением напряжения фотозатвора при втором времени t2.As follows from figure 5 and 6, when the light intensity increases, the rate of decrease of the output voltage increases. The reason for this is that the greater the light intensity, the higher the electron generation rate. Accordingly, the voltage of the n-type dopant region 212a decreases, which causes a drop in the output voltage. When the voltage applied to the shutter is turned off at the second time t2, the capacitance C PD plus C PG will drop to the capacitor C PD and the electron flow below the capacitor C PG will pass to the region below the capacitor C PD . If the maximum of the electrons stored below the capacitance C PD + C PG exceeds the maximum of the electrons stored below the capacitance C PD , then the excess electrons will be knocked out via the ground terminal. When a voltage is applied to the shutter at the third time t3, the output voltage increases, since the voltage of the n-type dopant region increases in response to the voltage applied to the shutter, and the number of electrons becomes less than the number before turning off the shutter voltage at the second time t2.

На фиг.7 схематически иллюстрируется то, как динамический диапазон формирователя сигнала изображения модулируется благодаря изменению разности между третьим временем и четвертым временем. В соответствии с фиг.6 и фиг.7, как следует из экспериментальных результатов, можно видеть, что динамический диапазон будет уменьшаться при увеличении разности между временем t3 и временем t4. Это имеет место, поскольку при большей разности между временем t3 и временем t4 большее время освещения (облучения) вызывает уменьшение выходного напряжения при четвертом времени t4.7 schematically illustrates how the dynamic range of the image driver is modulated by varying the difference between the third time and the fourth time. In accordance with Fig.6 and Fig.7, as follows from the experimental results, it can be seen that the dynamic range will decrease with increasing difference between time t3 and time t4. This is the case, since with a larger difference between time t3 and time t4, a longer illumination (irradiation) time causes a decrease in the output voltage at the fourth time t4.

На фиг.8 схематически иллюстрируется то, как динамический диапазон формирователя сигнала изображения модулируется благодаря изменению напряжения, прикладываемого к фотозатвору. В соответствии с фиг.5 и фиг.8, как следует из экспериментальных результатов, динамический диапазон формирователя сигнала изображения больше, тогда как напряжение, прикладываемое к фотозатвору, увеличивается в большем поле. Это имеет место, поскольку величина выходного напряжения при первом времени t1 увеличивается с напряжением фотозатвора. Кроме того, величина выходного напряжения поднимающейся задней части при третьем времени t3 также поднимается.Fig. 8 schematically illustrates how the dynamic range of the image driver is modulated by changing the voltage applied to the photo-gate. In accordance with Fig. 5 and Fig. 8, as follows from the experimental results, the dynamic range of the imager is larger, while the voltage applied to the photo-gate increases in a larger field. This takes place, since the value of the output voltage at the first time t1 increases with the voltage of the shutter. In addition, the output voltage of the rising rear at the third time t3 also rises.

Необходимо отметить, что фотодиод формирователя сигнала изображения в настоящем изобретении не ограничен структурой металл-оксид-полупроводник и другие диоды с фотозатвором еще находятся в пределах объема настоящего изобретения. Кроме того, в описанном выше варианте осуществления второе напряжение V2, как правило, равно первому напряжению V1, но первое напряжение V1 и второе напряжение V2 оба могут быть равны опорному напряжению Vcc или оба могут быть не равны ему. Помимо всего прочего схема управления может прикладывать третье напряжение к фотозатвору во второе время и не обязательно выключать напряжение. Пока третье напряжение меньше первого напряжения и второго напряжения, формирователь изображения способен достигать требуемого эффекта.It should be noted that the photodiode of the imager of the image signal in the present invention is not limited to the structure of a metal oxide semiconductor and other diodes with a photocell are still within the scope of the present invention. In addition, in the above embodiment, the second voltage V2 is generally equal to the first voltage V1, but the first voltage V1 and the second voltage V2 may both be equal to the reference voltage Vcc or both may not be equal to it. In addition, the control circuit can apply a third voltage to the photo-gate at a second time and it is not necessary to turn off the voltage. As long as the third voltage is less than the first voltage and the second voltage, the imager is able to achieve the desired effect.

Подводя итог, в устройстве для формирования сигнала изображения, соответствующем настоящему изобретению, схема управления останавливает приложение первого напряжения к фотозатвору во второе время или уменьшает напряжение фотозатвора ниже первого напряжения и затем прикладывает второе напряжение к фотозатвору в третье время, чтобы поднять напряжение фотозатвора до второго напряжения. Вышеописанные этапы дают возможность увеличения выходного напряжения, увеличивая в соответствии с этим динамический диапазон модуля формирования сигнала изображения. Кроме того, динамический диапазон формирователя сигнала изображения может также увеличиваться путем изменения разности между четвертым временем и третьим временем. Подобные результаты могут быть получены путем модулирования напряжения фотозатвора.To summarize, in the image signal generating apparatus according to the present invention, the control circuit stops applying the first voltage to the photo-gate in a second time or reduces the voltage of the photo-gate below the first voltage and then applies the second voltage to the photo-gate in the third time to raise the photo-gate voltage to the second voltage . The above steps make it possible to increase the output voltage, increasing in accordance with this the dynamic range of the image signal generating module. In addition, the dynamic range of the imager can also be increased by changing the difference between the fourth time and the third time. Similar results can be obtained by modulating the shutter voltage.

Квалифицированным специалистам в этой области техники будет очевидно, что без отклонения от объема или сущности настоящего изобретения могут быть сделаны различные модификации и изменения структуры настоящего изобретения. В виду вышеприведенного описания предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и изменения этого изобретения, если они находятся в пределах объема следующей формулы изобретения и ее эквивалентов.Qualified specialists in this field of technology will be obvious that without deviating from the scope or essence of the present invention, various modifications and changes in the structure of the present invention can be made. In view of the above description, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention if they are within the scope of the following claims and their equivalents.

Claims (19)

1. Способ работы модуля формирования сигнала изображения, содержащего фотозатвор, фотодиод, скомпонованный с фотозатвором, и первый переключатель, один вывод которого соединен с опорным напряжением, а другой вывод соединен с фотодиодом, предусматривающий приложение первого напряжения к фотозатвору; включение первого переключателя; выключение первого переключателя в первое время; уменьшение величины напряжения, прикладываемого к фотозатвору, во второе время; увеличение величины напряжения, прикладываемого к фотозатвору, в третье время; и поддержание выключенного состояния первого переключателя до четвертого времени.1. The method of operation of the module for generating an image signal containing a photo-gate, a photodiode arranged with a photo-gate, and a first switch, one terminal of which is connected to a reference voltage, and the other terminal is connected to a photodiode, providing a first voltage is applied to the photo-gate; inclusion of the first switch; turning off the first switch at first; a decrease in the voltage applied to the shutter in the second time; an increase in the voltage applied to the shutter in the third time; and maintaining the off state of the first switch until the fourth time. 2. Способ работы по п.1, в котором первую величину напряжения прекращают подавать на фотозатвор во второе время.2. The method of operation according to claim 1, in which the first voltage is stopped applied to the shutter at a second time. 3. Способ работы по п.2, в котором вторую величину напряжения прикладывают к фотозатвору в третье время.3. The method of operation according to claim 2, in which a second voltage value is applied to the photocell in the third time. 4. Способ работы по п.3, в котором вторую величину напряжения модулируют равной первой величине напряжения.4. The method of operation according to claim 3, in which the second voltage value is modulated equal to the first voltage value. 5. Способ работы по п.1, в котором первую величину напряжения модулируют равной величине опорного напряжения.5. The method of operation according to claim 1, in which the first voltage value is modulated equal to the value of the reference voltage. 6. Способ работы по п.1, в котором первую величину напряжения модулируют не равной величине опорного напряжения.6. The method of operation according to claim 1, in which the first voltage value is modulated not equal to the value of the reference voltage. 7. Способ работы по п.2, в котором вторую величину напряжения модулируют равной величине опорного напряжения.7. The method of operation according to claim 2, in which the second voltage value is modulated equal to the value of the reference voltage. 8. Способ работы по п.2, в котором вторую величину напряжения модулируют не равной величине опорного напряжения.8. The method of operation according to claim 2, in which the second voltage value is modulated not equal to the value of the reference voltage. 9. Способ работы по п.1, в котором напряжение, прикладываемое к фотозатвору, модулируют от первой величины напряжения до третьей величины напряжения, которая меньше первой величины напряжения, во второе время.9. The method of operation according to claim 1, in which the voltage applied to the shutter is modulated from a first voltage value to a third voltage value, which is less than the first voltage value, in a second time. 10. Способ работы по п.1, в котором напряжение, прикладываемое к фотозатвору, модулируют от третьей величины напряжения до второй величины напряжения, которая больше третьей величины напряжения, в третье время.10. The method of operation according to claim 1, in which the voltage applied to the shutter is modulated from a third voltage value to a second voltage value, which is greater than a third voltage value, in a third time. 11. Способ работы по п.1, дополнительно предусматривающий модулирование четвертого времени для изменения динамического диапазона модуля формирования сигнала изображения.11. The method of operation according to claim 1, further comprising modulating the fourth time to change the dynamic range of the image signal generating module. 12. Способ работы по п.11, в котором динамический диапазон уменьшают путем увеличения интервала между четвертым временем и третьим временем.12. The method of operation according to claim 11, in which the dynamic range is reduced by increasing the interval between the fourth time and the third time. 13. Способ работы по п.1, дополнительно предусматривающий модулирование первой величины напряжения для изменения максимального детектирования света модуля формирования сигнала изображения.13. The method of operation according to claim 1, further comprising modulating a first voltage value to change the maximum light detection of the image signal generation module. 14. Способ работы по п.13, в котором максимальное детектирование света повышают путем увеличения первой величины напряжения.14. The method of operation of claim 13, wherein the maximum light detection is increased by increasing the first voltage value. 15. Устройство для формирования сигнала изображения, содержащее модуль формирования сигнала изображения, содержащий фотозатвор; фотодиод, скомпонованный с фотозатвором; первый переключатель, первый вывод которого соединен с опорным напряжением, а второй вывод которого соединен с одним выводом фотодиода; истоковый повторитель, первый вывод которого соединен с опорным напряжением, а управляющий вывод которого соединен с другим выводом фотодиода; и второй переключатель, первый вывод которого соединен со вторым выводом истокового повторителя, а второй вывод которого обеспечивает выход выходного напряжения; и схему управления, соединенную с модулем формирования сигнала изображения, причем схема управления прикладывает разные величины напряжения в разное время к первому переключателю, фотодиоду и второму переключателю соответственно.15. An apparatus for generating an image signal, comprising: an image signal generating module, comprising: a photo shutter; a photodiode arranged with a photo shutter; the first switch, the first terminal of which is connected to the reference voltage, and the second terminal of which is connected to one terminal of the photodiode; a source follower whose first terminal is connected to a reference voltage, and whose control terminal is connected to another terminal of the photodiode; and a second switch, the first terminal of which is connected to the second terminal of the source follower, and the second terminal of which provides an output voltage output; and a control circuit connected to the image signal generating unit, the control circuit applying different voltage values at different times to the first switch, the photodiode and the second switch, respectively. 16. Устройство по п.15, в котором схема управления может модулировать величины напряжения на первом переключателе, фотодиоде и втором переключателе соответственно в соответствии со следующими этапами приложение первого напряжения к фотозатвору и включение первого переключателя; выключение первого переключателя в первое время и облучение фотодиода светом; прекращение приложения первой величины напряжения к фотозатвору во второе время; приложение второй величины напряжения к фотозатвору в третье время; поддержание выключенного состояния первого переключателя впредь до четвертого времени; и включение второго переключателя для обеспечения выхода выходного напряжения.16. The device according to clause 15, in which the control circuit can modulate the voltage on the first switch, the photodiode and the second switch, respectively, in accordance with the following steps, the application of the first voltage to the shutter and the inclusion of the first switch; turning off the first switch at first and irradiating the photodiode with light; the termination of the application of the first voltage to the shutter in the second time; the application of the second voltage value to the shutter in the third time; keeping the first switch off until the fourth time; and turning on the second switch to provide output voltage output. 17. Устройство по п.16, в котором схема управления, как правило, делает первое напряжение равным второму напряжению, но соотношение между первым напряжением, вторым напряжением и опорным напряжением неограничено.17. The device according to clause 16, in which the control circuit, as a rule, makes the first voltage equal to the second voltage, but the ratio between the first voltage, the second voltage and the reference voltage is unlimited. 18. Устройство по п.16, в котором схема управления может, по меньшей мере, модулировать одно из следующего: четвертое время, интервал между четвертым временем и третьим временем, первую величину напряжения и вторую величину напряжения.18. The device according to clause 16, in which the control circuit can at least modulate one of the following: the fourth time, the interval between the fourth time and the third time, the first voltage value and the second voltage value. 19. Устройство по п.15, в котором первый переключатель является транзистором, истоковый повторитель является транзистором и второй переключатель является транзистором. 19. The device according to clause 15, in which the first switch is a transistor, the source follower is a transistor, and the second switch is a transistor.
RU2006141414/09A 2004-06-09 2004-12-03 Method for operation of image signal generation module and device for its realisation RU2352080C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57847704P 2004-06-09 2004-06-09
US60/578,477 2004-06-09
CN200410086768.1 2004-11-01
CNB2004100867681A CN1323549C (en) 2004-06-09 2004-11-01 Operation method of image sensing unit and image sensing detector using same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006141414A RU2006141414A (en) 2008-07-20
RU2352080C2 true RU2352080C2 (en) 2009-04-10

Family

ID=35503496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006141414/09A RU2352080C2 (en) 2004-06-09 2004-12-03 Method for operation of image signal generation module and device for its realisation

Country Status (3)

Country Link
BR (1) BRPI0418823B1 (en)
RU (1) RU2352080C2 (en)
WO (1) WO2005122555A1 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3031606B2 (en) * 1995-08-02 2000-04-10 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and image imaging device
JP3496918B2 (en) * 1997-12-26 2004-02-16 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device
KR100266657B1 (en) * 1998-01-20 2000-10-02 김영환 Mos type amplifying image sensing device having double reset structure
JP3833027B2 (en) * 1998-11-02 2006-10-11 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and image input device
JP3031367B1 (en) * 1998-12-02 2000-04-10 日本電気株式会社 Image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0418823B1 (en) 2018-04-03
RU2006141414A (en) 2008-07-20
BRPI0418823A (en) 2007-11-13
WO2005122555A1 (en) 2005-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109155322B (en) Image sensor with electronic shutter
US10598546B2 (en) Detecting high intensity light in photo sensor
CN108280432B (en) Fingerprint identification detection circuit, driving method thereof and display device
US9800807B2 (en) Image sensor operation for shutter modulation and high dynamic range
US20180249109A1 (en) Active pixel sensor circuit, driving method and image sensor
TW201911855A (en) Detection circuit of photo sensor with stacked substrates
RU2444771C2 (en) Liquid crystal display panel, liquid crystal display, photodetector and method of regulating illumination
US11620848B2 (en) Detection circuit, skin print recognition device and driving method
JP2003525543A (en) High sensitivity storage pixel sensor with automatic exposure detection
CN110248121A (en) Imaging pixel with storage
Delbruck Investigations of analog VLSI visual transduction and motion processing
CN108259790B (en) Image sensor pixel circuit and working method thereof
JPH05219443A (en) Solid-state image pickup device
US9310937B2 (en) Touch driving circuit, optical in cell touch panel and display device
TWI764161B (en) light detection device
RU2352080C2 (en) Method for operation of image signal generation module and device for its realisation
US11018170B2 (en) Image sensor and control method for the same
US7714921B2 (en) Operating method of image-sensing unit and image-sensing device using the same
CN107787580B (en) Optical sensor using correlated double sampling
CN102569325B (en) Multifunctional image sensor and manufacturing method thereof
KR101158811B1 (en) Image sensor
TW201714408A (en) Pre-flash time adjusting circuit and image sensor thereof
Smagulova et al. Cmos-memristor hybrid integrated pixel sensors
CN110278391A (en) Image sensering device and the display device for utilizing it
CN114627788A (en) Photoelectric sensing pixel compensation circuit, driving method and display device