DE112009003725T5 - Rauschunterdrückende Bildsensoren - Google Patents

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Abstract

Ein Bildsensor, der über eine Vielzahl von Pixeln innerhalb einer Pixelanordnung verfügt, die an eine Steuerschaltung und eine oder mehrere Subtraktionsschaltungen gekoppelt ist. Die Steuerschaltung kann einen an ein Pixel gekoppelten Ausgangstransistor veranlassen, ein erstes Referenzausgangssignal, ein gemeinsames Resetausgangssignal und ein erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitzustellen, aus denen eine Subtraktionsschaltung eine gewichtete Differenz bilden kann, um ein Rauschsignal zu erzeugen. Die Steuerschaltung kann den Ausgangstransistor veranlassen, ein zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal, ein Lichtreaktions-Ausgangssignal und ein zweites Referenzausgangssignal bereitzustellen, aus denen eine Subtraktionsschaltung eine gewichtete Differenz bilden kann, um ein normalisiertes Lichtreaktionssignal zu erzeugen. Das Lichtreaktions-Ausgangssignal entspricht dem Bild, das von dem Sensor erfasst werden soll. Das Rauschsignal kann von dem normalisierten Lichtreaktionssignal subtrahiert werden, um ein entrauschtes Signal zu erzeugen.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/138,085, eingereicht am 16. Dezember 2008, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/257,825, eingereicht am 3. November 2009.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Festkörperbildsensoren.
  • 2. Hintergrundinformationen
  • Fotographische Geräte wie Digitalkameras und digitale Camcorder können elektronische Bildsensoren enthalten, die Licht zur Verarbeitung in Fest- oder Videobilder erfassen. Elektronische Bildsensoren enthalten typischerweise Millionen von Lichterfassungselementen wie z. B. Fotodioden.
  • Festkörperbildsensoren treten in zwei Formen auf: als ladungsgekoppelte Anordnungen (charge coupled device, CCD) und als komplementäre Metalloxid-Halbleiter (complimentary metal oxide semiconductor, CMOS). Bei beiden Bildsensortypen werden die Fotosensoren von einem Substrat getragen und in einem zweidimensionalen Schema angeordnet. Bildsensoren enthalten meistens Millionen von Pixeln, um ein hochaufgelöstes Bild liefern zu können.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Bildsensor, der über eine Vielzahl von Pixeln innerhalb einer Pixelanordnung verfügt, die an eine Steuerschaltung und eine oder mehrere Subtraktionsschaltungen gekoppelt ist. Die Steuerschaltung kann einen an ein Pixel gekoppelten Ausgangstransistor veranlassen, ein erstes Referenzausgangssignal, ein gemeinsames Resetausgangssignal und ein erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitzustellen, aus denen eine Subtraktionsschaltung eine gewichtete Differenz bilden kann, um ein Rauschsignal zu erzeugen. Die Steuerschaltung kann den Ausgangstransistor veranlassen, ein zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal, ein Lichtreaktions-Ausgangssignal und ein zweites Referenzausgangssignal bereitzustellen, aus denen eine Subtraktionsschaltung eine gewichtete Differenz bilden kann, um ein normalisiertes Lichtreaktionssignal zu erzeugen. Das Lichtreaktions-Ausgangssignal entspricht dem Bild, das von dem Sensor erfasst werden soll. Das Rauschsignal kann von dem normalisierten Lichtreaktionssignal subtrahiert werden, um ein entrauschtes Signal zu erzeugen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Bildsensors und eines Bilderfassungssystems.
  • ist eine bildliche Darstellung einer Methode zur Ausgabe von Pixeldaten eines Bilds an einen externen Speicher oder Prozessor;
  • ist eine bildliche Darstellung einer Methode zum Abrufen und Kombinieren von Pixeldaten eines Bilds;
  • ist eine bildliche Darstellung eines Kondensators in der Pixelschaltung von .
  • ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines variablen Kondensators in der Lichtleseschaltung von ;
  • ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines variablen Kondensators in der Lichtleseschaltung von ;
  • ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines variablen Kondensators in der Lichtleseschaltung von ;
  • ist eine bildliche Darstellung einer weiteren Methode zum Abrufen und Kombinieren von Pixeldaten eines Bilds;
  • ist eine bildliche Darstellung, die die Sequenzierung von Bilddaten für die Methode aus zum Speichern und Kombinieren von Pixeldaten eines Bilds zeigt;
  • zeigt eine Anordnung von Pixeln zweier unterschiedlicher Ausrichtungen in einer Matrix;
  • zeigt eine andere Anordnung von Pixeln zweier unterschiedlicher Ausrichtungen in einer Matrix;
  • ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Paars von Pixeln, die sich einen Resetschalter, einen Ausgangstransistor und einen Auswahlschalter teilen, und eines Treibers einer IN-Leitung;
  • ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Pixels des Bildsensors und eines Treibers einer IN-Leitung;
  • ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Lichtleseschaltung;
  • ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Lichtleseschaltung;
  • ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer dreifach abtastenden Lichtleseschaltung;
  • ist ein Ablaufdiagramm für eine Betriebsmethode des Bildsensors gemäß dem zweiten Rausch- und zweiten Normalisierungsverfahren;
  • ist ein Ablaufdiagramm für eine alternative Betriebsmethode des Bildsensors gemäß dem ersten Rausch- und ersten Normalisierungsverfahren;
  • ist ein Ablaufdiagramm für eine alternative Betriebsmethode des Bildsensors gemäß dem dritten Rausch- und dritten Normalisierungsverfahren;
  • ist ein Ablaufdiagramm für eine Betriebsmethode des Bildsensors gemäß dem vierten Rausch- und vierten Normalisierungsverfahren;
  • ist ein Taktdiagramm für den Betrieb des Bildsensors in ;
  • ist eine bildliche Darstellung der Pegel von Spannungssignalen an einem Speicherknoten und einem entsprechenden Abtastknoten, die eine Abtastsequenz zeigt, die für das zweite Rausch- und Normalisierungsverfahren verwendet werden kann;
  • ist eine bildliche Darstellung der Pegel von Spannungssignalen an einem Speicherknoten und einem entsprechenden Abtastknoten, die eine Abtastsequenz zeigt, die für das erste Rausch- und Normalisierungsverfahren verwendet werden kann;
  • ist eine bildliche Darstellung der Pegel von Spannungssignalen an einem Speicherknoten und einem entsprechenden Abtastknoten, die eine Abtastsequenz zeigt, die für das dritte Rausch- und Normalisierungsverfahren verwendet werden kann;
  • ist eine bildliche Darstellung der Pegel von Spannungssignalen an einem Speicherknoten und einem entsprechenden Abtastknoten, die eine Abtastsequenz zeigt, die für das dritte Rausch- und zweite Normalisierungsverfahren verwendet werden kann;
  • ist eine bildliche Darstellung der Pegel von Spannungssignalen an einem Speicherknoten und einem entsprechenden Abtastknoten, die eine Abtastsequenz zeigt, die für das dritte Rausch- und erste Normalisierungsverfahren verwendet werden kann;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber für das zweite Rausch- und Normalisierungsverfahren angepasst wurde und einen Referenz-Offset zeigt;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber für das zweite Rausch- und Normalisierungsverfahren angepasst wurde und eine zweite Referenz vor dem zweiten Reset des Abtastknotens zeigt;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber für das zweite Rausch- und Normalisierungsverfahren angepasst wurde und einen ersten Sprungbrett-Offset zeigt;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber für das zweite Rausch- und Normalisierungsverfahren angepasst wurde und eine GND1-Stufe zeigt;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber für das erste Rausch- und Normalisierungsverfahren angepasst wurde und eine dritte und vierte Referenz zeigt;
  • ist eine bildliche Darstellung, die gegenüber modifiziert wurde, um den Betrieb der vierten Ausführungsform mit dem ersten Rausch- und Normalisierungsverfahren zu erläutern;
  • ist ein Diagramm, das gegenüber modifiziert wurde, um den Betrieb der vierten Ausführungsform mit dem zweiten Rausch- und Normalisierungsverfahren zu erläutern;
  • ist ein Diagramm, das gegenüber modifiziert wurde, um den Betrieb der vierten Ausführungsform mit dem dritten Rausch- und Normalisierungsverfahren zu erläutern;
  • – sind schematische Darstellungen einer Logikschaltung zur Erzeugung von Steuersignalen;
  • ist eine schematische Darstellung einer Logikschaltung zur Erzeugung der Signale SAM3, SAM4 und TF für ;
  • ist eine schematische Darstellung einer Einheit des Zeilendekodierers, um globale RST-, TF- und SEL-Signale von der Logikschaltung von – als Zeilensignale RST(n), TF(n) und SEL(n) zu einer Pixelzeile zu leiten;
  • ist ein Taktdiagramm für die in gezeigte Einheit des Zeilendekodierers;
  • ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Bildsensors und eines Bilderfassungssystems;
  • ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Bildsensors und eines Bilderfassungssystems;
  • ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Bildsensors und eines Bilderfassungssystems;
  • ist eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Bildsensors und eines Bilderfassungssystems;
  • ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung des Restrauschens für einen bestimmten Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen für eine Gruppe von Pixeln mit ähnlicher Struktur und Ausrichtung;
  • ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung des Restrauschens für mehrere Sätze von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen für mehrere Pixelgruppen;
  • ist eine schematische Darstellung einer Treiberschaltung zum Treiben der Signale TF[n] und RST[n] für eine Pixelzeile.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Beschrieben wird ein Bildsensor, der ein oder mehrere Pixel in einer Pixelanordnung umfasst, wobei jedes Pixel einen Fotodetektor und einen Transferschalter aufweist, welcher den Fotodetektor mit einem Abtastknoten verbindet. Der Abtastknoten ist über einen Resetschalter mit einer vertikalen Signalleitung verbunden. Ein Ausgangstransistor ist angeschlossen, der ein Ausgangssignal an eine vertikale Ausgangsleitung vom Abtastknoten ankoppelt. Die Pixelanordnung kann an eine Steuerschaltung und eine oder mehrere Subtraktionsschaltungen gekoppelt sein. Die Steuerschaltung kann den Ausgangstransistor ein erstes Referenzausgangssignal, ein gemeinsames Resetausgangssignal und ein erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitstellen lassen. Der Transferschalter befindet sich in einem Triodenbereich, wenn das gemeinsam Resetausgangssignal bereitgestellt wird. Der Resetschalter befindet sich in einem Triodenbereich, wenn das erste Referenzausgangssignal bereitgestellt wird. Sowohl der Reset- als auch der Transferschalter werden ausgeschaltet, wenn das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitgestellt wird. Eine Subtraktionsschaltung kann das gemeinsame Resetausgangssignal, das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal und das erste Referenzausgangssignal abtasten. Eine Subtraktionsschaltung kann aus dem abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignal, dem abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignal und dem abgetasteten ersten Referenzausgangssignal eine gewichtete Differenz berechnen, um ein Rauschsignal zu erzeugen. Die Steuerschaltung kann das Pixel ein zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal, ein Lichtreaktions-Ausgangssignal und ein zweites Referenzausgangssignal bereitstellen lassen. Der Transferschalter befindet sich in einem Triodenbereich, wenn das Lichtreaktions-Ausgangssignal bereitgestellt wird. Der Resetschalter befindet sich in einem Triodenbereich, wenn das zweite Referenzausgangssignal bereitgestellt wird. Sowohl der Reset- als auch der Transferschalter sind ausgeschaltet, wenn das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitgestellt wird. Eine Subtraktionsschaltung kann das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal, das Lichtreaktions-Ausgangssignal und das zweite Referenzausgangssignal abtasten. Das Lichtreaktions-Ausgangssignal entspricht einem Bild, das vom Sensor erfasst werden soll. Eine Subtraktionsschaltung kann aus dem abgetasteten zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignal, dem abgetasteten zweiten Referenzausgangssignal und dem abgetasteten Lichtreaktions-Ausgangssignal eine gewichtete Differenz berechnen, um ein normalisiertes Lichtreaktionssignal zu erzeugen. Das Rauschsignal kann von dem normalisierten Lichtreaktionssignal abgezogen werden, um ein entrauschtes Signal des Sensors zu erzeugen. Weiterhin kann zur Erzeugung des entrauschten Signals ein DC-Offset abgezogen werden. Ein Bilderfassungssystem kann den Bildsensor und einen Prozessor umfassen, die das entrauschte Signal erzeugen. Einer oder mehrere der Schritte können vom Prozessor durchgeführt werden.
  • Eine Subtraktionsschaltung kann ein Rauschsignal bereitstellen, indem das gemeinsame Resetausgangssignal und das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal abgetastet und vom ersten Referenzausgangssignal subtrahiert werden, wobei jedes Signal anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wird. Die Subtraktionsschaltung kann ein normalisiertes Lichtreaktionssignal bereitstellen, indem das Lichtreaktions-Ausgangssignal und das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal abgetastet und vom zweiten Referenzausgangssignal subtrahiert werden, wobei jedes Signal durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert wird.
  • Das Rauschsignal kann im Bildsensor von dem normalisierten Lichtreaktionssignal abgezogen werden, um ein entrauschtes Signal zu erzeugen. Alternativ können das Rauschsignal und das normalisierte Lichtreaktionssignal an einen externen Prozessor übermittelt werden, wo das Rauschsignal dann vom normalisierten Lichtreaktionssignal abgezogen wird.
  • Alternativ können das Rauschsignal und/oder das normalisierte Lichtreaktionssignal teilweise in der Subtraktionsschaltung des Bildsensors und teilweise im Prozessor erzeugt werden. Das Rauschsignal kann in einem Speicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt aus dem Speicher geladen werden, um von dem normalisierten Lichtreaktionssignal abgezogen zu werden.
  • Weiterhin kann zur Erzeugung des entrauschten Bildsignals ein im Voraus kalibriertes Offsetsignal von dem normalisierten Lichtreaktionssignal subtrahiert werden. Das im Voraus kalibrierte Offsetsignal kann aus einem Speicher geladen werden, zum Beispiel aus einem nichtflüchtigen Speicher wie einem Flash-Speicher.
  • Das Rauschsignal kann mit Hilfe eines von mehreren verschiedenen jeweils äquivalenten Verfahren erzeugt werden, die im Folgenden als die Rauschverfahren bezeichnet werden. Jedes dieser Verfahren kann vollständig im Bildsensor oder teilweise im Bildsensor und teilweise im Prozessor durchgeführt werden.
  • Bei einem ersten Rauschverfahren wird eine zweite Rauschdifferenz von einer ersten Rauschdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wurden. Die erste Rauschdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignals vom abgetasteten ersten Referenzausgangssignal. Die zweite Rauschdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignal vom abgetasteten ersten Referenzausgangssignal.
  • Bei einem zweiten Rauschverfahren wird eine dritte Rauschdifferenz von der ersten Rauschdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors skaliert wurden. Die erste Rauschdifferenz ist die obene beschriebene. Die dritte Rauschdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals vom gemeinsamen Resetausgangssignal.
  • Bei einem dritten Rauschverfahren wird die dritte Rauschdifferenz von der zweiten Rauschdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wurden. Die zweite und dritte Rauschdifferenz sind die oben beschriebenen Differenzen.
  • Bei einem vierten Rauschverfahren wird das Rauschsignal unmittelbar aus dem ersten Referenzausgangssignal, dem ersten Abtastknoten-Resetausgangssignal und den gemeinsamen Resetausgangssignalen abgeleitet, wobei jedes Signal anhand eines Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wird, ohne dass die erste, zweite oder dritte Rauschdifferenz gebildet wird.
  • Es gibt andere mögliche Verfahren zur Ableitung des Rauschsignals aus dem gemeinsamen Resetausgangssignal, dem ersten Abtastknoten-Resetausgangssignal und dem ersten Referenzausgangssignal, die durch Methoden der Algebra hergeleitet werden können und die, wie einem Fachmann ersichtlich, äquivalent sind oder sich nur durch einen Multiplikationsfaktor oder eine Konstante unterscheiden.
  • Das Rauschverfahren kann teilweise im analogen Bereich und teilweise im digitalen Bereich oder vollständig im analogen bzw. digitalen Bereich durchgeführt werden. Ein Teil des Rauschverfahrens kann von einem externen Prozessor eines Bilderfassungssystems durchgeführt werden, das den Bildsensor und den Prozessor umfasst. Das Bilderfassungssystem kann einen nichtflüchtigen Speicher umfassen, der Computeranweisungen enthält, deren Ausführung den Prozessor oder den Bildsensor eine oder mehrere der Berechnungen eines oder mehrerer Rauschverfahren durchführen lässt.
  • In analoger Weise kann das normalisierte Lichtreaktionssignal mit Hilfe eines mehrerer jeweils äquivalenter Verfahren erzeugt werden, die im Folgenden als die Normalisierungsverfahren bezeichnet werden. Jedes dieser Verfahren kann vollständig im Bildsensor oder teilweise im Bildsensor und teilweise im Prozessor durchgeführt werden.
  • Zu jedem Normalisierungsverfahren gehört ein entsprechendes Rauschverfahren, das über einen ähnlichen Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen verfügt.
  • Bei einem ersten Normalisierungsverfahren wird eine zweite Normalisierungsdifferenz von einer ersten Normalisierungsdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wurden. Die erste Normalisierungsdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des Lichtreaktions-Ausgangssignals vom zweiten Referenzausgangssignal. Die zweite Normalisierungsdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals vom zweiten Referenzausgangssignal.
  • Bei einem zweiten Normalisierungsverfahren wird eine dritte Normalisierungsdifferenz von der ersten Normalisierungsdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wurden. Die erste Normalisierungsdifferenz ist die obene beschriebene. Die drite Normalisierungsdifferenz ist das Ergebnis der Subtraktion des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals vom Lichtreaktions-Ausgangssignal.
  • Bei einem dritten Normalisierungsverfahren wird die dritte Normalisierungsdifferenz von der zweiten Normalisierungsdifferenz abgezogen, die jeweils anhand eines entsprechenden Skalierungsfaktors mit Vorzeichen skaliert wurden. Die zweite und dritte Normalisierungsdifferenz sind die oben beschriebenen Differenzen.
  • Bei einem vierten Normalisierungsverfahren wird das normalisierte Lichtreaktionssignal unmittelbar aus dem Lichtreaktions-Ausgangssignal, dem zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignal und dem zweiten Referenzausgangssignal abgeleitet, ohne dass die erste, zweite oder dritte Differenz gebildet wird.
  • Es gibt andere mögliche Verfahren zur Ableitung des normalisierten Lichtreaktionssignals aus dem gemeinsamen Resetausgangssignal, dem zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignal und dem zweiten Referenzausgangssignal, die durch Methoden der Algebra hergeleitet werden können und die, wie einem Fachmann ersichtlich, äquivalent sind oder sich nur durch einen Multiplikationsfaktor oder eine Konstante unterscheiden.
  • Das Normalisierungsverfahren kann teilweise im analogen Bereich und teilweise im digitalen Bereich oder vollständig im analogen bzw. digitalen Bereich durchgeführt werden. Ein Teil des Normalisierungsverfahrens kann von einem externen Prozessor eines Bilderfassungssystems durchgeführt werden, das den Bildsensor und den Prozessor umfasst.
  • Das Bilderfassungssystem kann einen nichtflüchtigen Speicher umfassen, der Computeranweisungen enthält, deren Ausführung den Prozessor oder den Bildsensor eine oder mehrere der Berechnungen eines oder mehrerer Rausch- und/oder Normalisierungsverfahren durchführen lässt.
  • Das erste Rauschverfahren kann einen mit dem ersten Normalisierungsverfahren identischen Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen verwenden oder einen Satz mit einer Abweichung von weniger als 10% und kann Schaltkreise mit diesem teilen, die zumindest für einen Teil der Verfahren zuständig sind, z. B. die Skalierungsfaktoren. In analoger Weise kann das zweite Rauschverfahren einen mit dem zweiten Normalisierungsverfahren identischen Satz von Skalierfaktoren mit Vorzeichen verwenden, das dritte Rauschverfahren einen mit dem dritten Normalisierungsverfahren identischen und das vierte Rauschverfahren einen mit dem vierten Normalisierungsverfahren identischen.
  • Dieser Vorgang bewirkt ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise ratio, SNR) des entrauschten Bilds.
  • Das Pixel 14 aus umfasst einen Transferschalter 117 und einen Fotodetektor 100, z. B. eine Fotodiode. Der Transferschalter 177 verfügt über eine Source, die mit dem Fotodetektor 100 verbunden ist, sowie einen Drain, der an ein Gate eines Ausgangstransistors 116 gekoppelt ist, z. B. eines Sourcefolger-Transistors. Die Source wird im Folgenden als Fotodiodenknoten (oder Speicherknoten) 115 bezeichnet und der Drain als Abtastknoten 111. Ein Resetschalter 112 verfügt über eine Source, die mit dem Abtastknoten 111 verbunden ist, und einen Drain, der mit einer IN-Leitung 120 verbunden ist. Der Resetschalter 112 kann den Abtastknoten 111 auf eine variable Vorspannung zurücksetzen, die der Pixelanordnung 12 von einem Treiber 17 bereitgestellt wird, der die IN-Leitung 120 durch das Steuersignal DIN mit einem von mehreren Spannungspegeln treiben kann. Ein Auswahlschalter 114 kann so mit dem Ausgangstransistor 116 in Serie geschaltet sein, dass ein Ausgangssignal des Ausgangstransistors 116 an eine OUT-Leitung 124 übertragen wird, wie in zu sehen. Die OUT-Leitung 124 ist Teil der vertikalen Signale 16, die die Pixelanordnung 12 mit den Lichtleseschaltungen 16, 16' verbindet. Alternativ können mehrere Pixel, die jeweils einen Fotodetektor und einen Transferschalter aufweisen, zusammengefasst werden und einen gemeinsamen Resetschalter 112, Auswahlschalter 114 und Ausgangstransistor 116 besitzen, so dass eine höhere Flächendichte erreicht wird, wie in gezeigt. Der Bildsensor 10 wird bevorzugt unter Verwendung von CMOS-Fertigungsprozessen und -Schaltungen konstruiert. Der CMOS-Bildsensor zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, geringen Stromverbrauch, kleinen Pixelpitch und ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aus.
  • Erste Ausführungsform
  • Im Folgenden wird mit Hilfe von Bezugsnummern konkreter auf die Zeichnungen Bezug genommen. zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bildsensors 10. Der Bildsensor 10 umfasst eine Pixelanordnung 12, die eine Vielzahl einzelner fotosensibler Pixel 14 enthält. Die Pixel 14 sind in einer zweidimensionalen Matrix von Spalten und Zeilen angeordnet.
  • Die Pixelanordnung 12 ist über einen Bus 18 mit Lichtleseschaltungen 16, 16' und über Steuerleitungen 22 mit einem Zeilendekodierer 20 gekoppelt. Der Zeilendekodierer 20 kann eine einzelne Zeile der Pixelanordnung 12 auswählen. Die Lichtleseschaltungen 16, 16' können dann bestimmte diskrete Spalten in der ausgewählten Zeile auslesen. Zusammen können der Zeilendekodierer 20 und die Lichtleseschaltungen 16, 16' ein einzelnes Pixel 14 in der Pixelanordnung 12 auslesen.
  • Für die Ausgaben 19a, 19b der Lichtleseschaltungen 16, 16' kann über zwei Verstärkungsschaltungen 21 durch die Steuersignale COEF1 bzw. COEF2 eine Verstärkung bzw. Vorzeichenumkehr durchgeführt werden. Anschließend können die Ausgaben in der analogen Subtraktionsschaltung 17, die an die Verstärkungsschaltungen 21 gekoppelt ist, voneinander abgezogen werden.
  • Die analoge Subtraktionsschaltung 17 kann über Ausgangsleitungen 26 an einen Analog-Digital-Umsetzer 24 (Analog-to-Digital-Converter, ADC) gekoppelt sein. Der ADC 24 generiert eine digitale Bitfolge, die der Amplitude des Signals entspricht, welches von der analogen Subtraktionsschaltung 17 geliefert wird.
  • Der ADC 24 kann über Leitungen 36 und Schalter 38, 40 und 42 an ein Paar erster Bildpuffer 28 und 30 und ein Paar zweiter Bildpuffer 32 und 34 gekoppelt sein. Die ersten Bildpuffer 28 und 30 sind über Leitungen 46 und einen Schalter 48 an einen Speichercontroller 44 gekoppelt. Die zweiten Bildpuffer 32 und 34 sind über Leitungen 52 und einen Schalter 54 an einen Datenkombinator 50 gekoppelt. Der Speichercontroller 44 und der Datenkombinator 50 sind jeweils über Leitungen 58 und 60 mit einem Zurücklesenpuffer 56 verbunden. Der Ausgang des Zurücklesenpuffers 56 ist über Leitungen 62 mit dem Controller 44 verbunden. Der Datenkombinator 50 ist über Leitungen 64 mit dem Speichercontroller 44 verbunden. Darüber hinaus ist der Controller 44 über Leitungen 66 mit dem ADC 24 verbunden.
  • Der Speichercontroller 44 ist über einen Steuerbus 70 an einen externen Bus 68 gekoppelt. Der externe Bus 68 kann an einen externen Prozessor 72, externen Speicher 74 und/oder elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (electrically-programmable read-only memory, EPROM) 78 gekoppelt sein. Bus 70, Prozessor 72, Speicher 74 und EPROM 78 werden häufig in gängigen Digitalkameras, Kameras und Mobiltelefonen eingesetzt.
  • Datenverkehr
  • Um ein Festbild zu erfassen, rufen die Lichtleseschaltungen 16, 16' Zeile für Zeile die abgetasteten ersten Referenzausgangssignale, die abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignale und die abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignale zur Bildung der Rauschdaten (d. h. eines ersten Bilds) der Aufnahme aus der Pixelanordnung 12 ab. Der Schalter 38 ist so geschaltet, dass er den ADC 24 mit den ersten Bildpuffern 28 und 30 verbindet. Die Schalter 40 und 48 sind so eingestellt, dass Daten durch den Speichercontroller 44 in einem Puffer 28 oder 30 abgelegt und aus dem anderen Puffer 30 oder 28 abgerufen werden. So kann zum Beispiel die zweite Zeile der Pixel in Puffer 30 gespeichert werden, während die erste Zeile der Pixeldaten durch den Speichercontroller 44 aus dem Puffer 28 abgerufen und im externen Speicher 74 gespeichert wird.
  • Sobald die erste Zeile des zweiten Bilds (die normalisierten Lichtreaktionsdaten) der Aufnahme verfügbar wird, wird der Schalter 38 so eingestellt, dass die Bilddaten des ersten und des zweiten Bilds abwechselnd in den ersten Bildpuffern 28 und 30 bzw. den zweiten Bildpuffern 32 und 34 gespeichert werden. Die Schalter 48 und 54 können so eingestellt werden, dass abwechselnd Bilddaten des ersten und des zweiten Bilds in einem verschränkten Verfahren (Interleaving) an den externen Speicher 74 oder Prozessor 72 ausgegeben werden. Der Kombinator 50 ist in einem Weiterleitungsmodus konfiguriert, so dass Daten von den zweiten Bildpuffern 32 und 34 an den Speichercontroller 44 übermittelt werden. Dieser Vorgang ist in dargestellt.
  • Es gibt mehrere Methoden zum Abrufen und Kombinieren der Daten des ersten und zweiten Bilds. Wie in gezeigt, wird bei einer Methode jede Zeile des ersten und des zweiten Bilds in Geschwindigkeit der Datenübertragungsrate des Speichers aus dem externen Speicher 74 abgerufen, im Zurücklesenpuffer 56 gespeichert, im Datenkombinator 50 kombiniert und in Geschwindigkeit der Datenübertragungsrate des Prozessors an den Prozessor 72 übermittelt.
  • und stellen eine alternative Methode dar. Die Zeilen der Pixeldaten des ersten Bilds der Aufnahme können im externen Speicher 74 gespeichert werden. Wenn die erste Zeile des zweiten Bilds der Aufnahme verfügbar ist, wird die erste Zeile des ersten Bilds in Geschwindigkeit der Datenübertragungsrate des Speichers aus dem Speicher 74 abgerufen und im Datenkombinator 50 kombiniert, wie in und gezeigt. Die kombinierten Daten werden in Geschwindigkeit der Datenübertragungsrate des Prozessors an den externen Prozessor 72 übermittelt. Wie in gezeigt, wird der externe Speicher die Zeilen der Pixeldaten vom ersten Bild sowohl einlesen als auch ausgeben, in Geschwindigkeit der Datenübertragungsrate des Speichers. zeigt auch, dass optionale Kalibrierungsdaten an den Bildsensor übermittelt werden können, um zur Bildung der kombinierten Daten im Datenkombinator 50 kombiniert zu werden. Die Kalibrierungsdaten können im externen Speicher 74 oder einem separaten EPROM 78 gespeichert werden.
  • Um das Rauschen der Bilder zu reduzieren, überträgt der Controller 44 Daten bevorzugt, wenn die Lichtleseschaltung 16 keine Ausgangssignale empfängt.
  • Bei einer anderen Methode können sowohl das erste als auch das zweite Bild gemäß der in gezeigten Taktung an den Prozessor 72 ausgegeben werden. Der Prozessor 72 kann das Kalibrierungsdatenbild, das während des Startens der Kamera aus dem EPROM 78 ausgelesen wird, in einem zweiten Speicher (nicht gezeigt) speichern. Der Prozessor 72 kann Zeilen des ersten Bilds in einem dritten Speicher (nicht gezeigt) speichern. Wenn die erste Zeile des zweiten Bildes den Prozessor 72 erreicht, kann der Prozessor eine erste Zeile des Kalibrierungsdatenbilds aus dem zweiten Speicher sowie eine erste Zeile des ersten Bilds aus dem dritten Speicher abrufen und mit der ersten Zeile des zweiten Bilds kombinieren, um eine erste Zeile der Aufnahme zu bilden. Der Prozessor geht in gleicher Weise für die zweite, dritte und die weiteren Zeilen der Aufnahme vor.
  • Pixel
  • zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Pixels 14 der Pixelanordnung 12. Das Pixel 14 kann einen Fotodetektor 100 enthalten. Dieser Fotodetektor 100 kann zum Beispiel eine Fotodiode sein. Der Fotodetektor 100 kann über einen Transfertransistor (Schalter) 117 mit einem Resettransistor (Schalter) 112 verbunden sein. Der Fotodetektor 100 kann auch über einen Ausgangstransistor (d. h. Sourcefolger-Transistor) 116 an einen Auswahltransistor 114 gekoppelt sein. Die Transistoren 112, 114, 116 und 117 können Feldeffekttransistoren (FET) sein.
  • Ein Gate des Transferschalters 112 kann an eine TF(n)-Leitung 121 angeschlossen sein. Ein Gate des Resettransistors 112 kann an eine RST(n)-Leitung 118 angeschlossen sein. Ein Drain des Resettransistors 112 kann mit einer IN-Leitung 120 verbunden sein. Ein Gate des Auswahltransistors 114 kann mit einer SEL-Leitung 122 verbunden sein. Die Source des Auswahltransistors 114 kann mit einer OUT-Leitung 124 verbunden sein. Die Leitungen RST(n) 118, SEL(n) 122 und TF(n) 126 können einer ganzen Zeile von Pixeln der Pixelanordnung 12 gemein sein. Ebenso können die Leitungen IN 120 und OUT 124 einer ganzen Spalte von Pixeln der Pixelanordnung 12 gemein sein. Die Leitungen RST(n) 118, SEL(n) 122 und TF(n) 121 sind mit dem Zeilendekodierer 20 verbunden und Teil der Steuerleitungen 22.
  • Entsprechend werden die RST(n)-Leitung 118 und die TF(n)-Leitung 121 von Tristate-Puffern 374 getrieben. zeigt eine schematische Darstellung eines Tristate-Puffers 374. Der Tristate-Puffer 374 weist einen Eingang A und einen Ausgang Y auf. Der Ausgang Y kann über einen Pullup-Transistor MN3 907 an eine Versorgungsspannung VDD angeschlossen sein. Wenn der Eingang A einen logisch niedrigen Pegel annimmt, hat auch der Ausgang Y einen niedrigen Pegel, z. B. 0 Volt. Wenn der Eingang A auf einen logisch hohen Pegel ansteigt, z. B. 3,3 Volt, steigt der Ausgang Y auf einen Spannungspegel an, der ungefähr um einen Schwellenspannungsabfall unterhalb einer Gate-Spannung des Pullup-Transistors MN3 liegt, in dieser Ausführungsform dem logisch hohen Pegel des Eingangs A. Der Pull-Up-Strom lässt dann schnell bis auf praktisch null nach, und der Ausgang Y wechselt in den Tristate. Die Leitungen RST(n) 118 und TF(n) 121, die in diesem Tristate getrieben werden, können durch einen Kondensator über ein Signal, das während des Tristate von niedrig nach hoch übergeht, kapazitiv an einen noch höheren Spannungspegel gekoppelt sein. In dieser Ausführungsform wird ein Übergang von niedrig nach hoch der IN-Leitung 120 über die Gate-Kanal-, Gate-Source- und Gate-Drain-Kapazität des Resetschalters 112 bzw. die Kapazität eines Metall-Metall-Kondensators 126 kapazitiv in die RST(n)-Leitung 118 und die TF(n)-Leitung 121 eingekoppelt.
  • Der Metall-Metall-Kondensator 126 ist in dargestellt. Die IN-Leitung 120 kann in einem Metall3-Draht aufgenommen sein. Die TF(n)-Leitung 121 kann in einem Metall2-Draht aufgenommen sein. Ein erweiterter Metall2-Bereich bildet eine Grundplatte des Kondensators 126. Eine getrennte obere Metallplatte, die von der Grundplatte durch einen Isolator wie Siliziumnitrid einer Stärke von 1000 Angström isoliert ist, befindet sich über der Grundplatte und ist mit dem Metall3-Draht über einen als Via2 bezeichneten Verbindungskontakt verbunden.
  • Die IN-Leitung kann durch eine IN-Treiberschaltung 17 mit einem von vier Spannungspegeln getrieben werden – in absteigender Reihenfolge VPH0, VPH1, VPH2 und 0 Volt –, die über eine Steuereingabe DIN(1:0) auswählbar sind. Durch DIN = „11” wird VPH0 ausgewählt, durch „10” VPH1, durch „01” VPH2 und durch „00” 0 Volt.
  • zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform für zwei Pixel 14, die benachbarten Zeilen der Pixelanordnung 12 angehören. Die beiden Pixel 14 bilden ein Pixelpaar 14'. Das Pixelpaar 14' umfasst zwei Fotodetektoren 100a, 100b, die jeweils über Transferschalter 117a, 117b mit einem gemeinsamen Abtastknoten 111 verbunden sind. Die Transferschalter 117a, 117b werden durch horizontale Signale TF(n + 1) 121a bzw. TF(n) 121b gesteuert, die an das jeweilige Gate übertragen werden. Ein gemeinsamer Resetschalter 112 verbindet den Abtastknoten 111 bei Ansteuerung mit einem gemeinsamen horizontalen Signal RST(n) 118, das an ein Gate des Resetschalters 112 übertragen wird, mit der vertikalen IN-Leitung 120. Wenn der Resetschalter 112 und der Transferschalter 117a gemeinsam eingeschaltet werden und in einen Triodenbereich wechseln, indem sowohl das Signal RST(n) 118 als auch das Signal TF(n + 1) 121a hoch getrieben werden, kann der Fotodetektor 100a auf eine vom vertikalen IN-Signal 120 gelieferte Spannung zurückgesetzt werden. Wenn entsprechend der Resetschalter 112 und der Transferschalter 117b gemeinsam eingeschaltet werden und in einen Triodenbereich wechseln, indem sowohl das Signal RST(n) 118 als auch das Signal TF(n) 121b hoch getrieben werden, kann der Fotodetektor 100b auf eine vom vertikalen IN-Signal 120 gelieferte Spannung zurückgesetzt werden.
  • Entsprechend ist ein Ausgangstransistor 116 über einen Auswahltransistor 114, der durch das horizontale Signal SEL(n) 122 eingeschaltet wird, mit einer vertikalen OUT-Leitung 124 verbunden. Der Ausgangstransistor 116 und der Auswahltransistor 114 werden von den beiden Paaren aus Fotodetektor und Transferschalter gemeinsam genutzt. Ein Signal kann durch Ansteuerung mit den horizontalen Signalen TF(n + 1) 121a und SEL(n) 122 vom Fotodetektor 100a an die vertikale OUT-Leitung 124 übertragen werden. Entsprechend kann ein Signal durch Ansteuerung mit den horizontalen Signalen TF(n + 1) 121b und SEL(n) 122 vom Fotodetektor 100b an die vertikale OUT-Leitung 124 übertragen werden.
  • Auf ähnliche Weise können drei oder mehrere Paare aus Fotodetektor und Transferschalter einen Resetschalter, einen Ausgangstransistor und einen Auswahlschalter gemeinsam nutzen. Jedes Paar kann sich in einer anderen Zeile einer Gruppe benachbarter Zeilen befinden. Ein Auswahlsignal und ein Resetsignal können von den benachbarten Zeilen gemeinsam genutzt werden.
  • Abrufen der Pixelsignale: Lichtleseschaltung
  • zeigt eine Ausführungsform einer Lichtleseschaltung 16. Die Lichtleseschaltung 16 kann eine Mehrzahl von Abtastschaltungen 150 enthalten, die jeweils mit einer OUT-Leitung der Pixelanordnung 12 verbunden sind. Jede Abtastschaltung 150 kann einen ersten Kondensator 152 und einen zweiten Kondensator 154 umfassen. Der erste Kondensator 152 ist über den Schalter 158 bzw. 160 an die OUT-Leitung 124 und das virtuelle Massesignal GND1 156 gekoppelt. Der zweite Kondensator 154 ist über die Schalter 162 bzw. 164 an die OUT-Leitung 124 und das virtuelle Massesignal GND1 gekoppelt. Die Schalter 158 und 160 werden durch die Steuerleitung SAM1 166 gesteuert. Die Schalter 162 und 164 werden durch die Steuerleitung SAM2 168 gesteuert. Durch Schließen des Schalters 170 können die Kondensatoren 152 und 154 miteinander verbunden werden, um eine Spannungssubtraktion (und/oder Ladungssubtraktion) vorzunehmen. Der Schalter 170 wird durch eine Steuerleitung SUB 172 gesteuert.
  • Die Abtastschaltungen 150 sind über mehrere erste Schalter 182 und mehrere zweite Schalter 184 mit einem Operationsverstärker 180 verbunden. Der Verstärker 180 hat einen Minuspol „–”, der über die ersten Schalter 182 an die ersten Kondensatoren 152 gekoppelt ist, und einen Pluspol „+”, der aber die zweiten Schalter 184 an die zweiten Kondensatoren 154 gekoppelt ist. Der Operationsverstärker 180 hat einen positiven Ausgang „+”, der mit einer Ausgangsleitung OP 188 verbunden ist, und einen negativen Ausgang „–”, der mit einer Ausgangsleitung OM 186 verbunden ist. Am Beispiel von sind die Ausgangsleitungen 186 und 188 für die Lichtleseschaltung 16 über das Signal 19a mit einer Verstärkungsschaltung 21 verbunden, während die Ausgangsleitungen 186 und 188 für die Lichtleseschaltung 16' über das Signal 19b mit einer anderen Verstärkungsschaltung 21 verbunden sind.
  • Der Operationsverstärker 180 stellt ein verstärktes Signal bereit, welches die Differenz zwischen den Spannungen darstellt, die im ersten Kondensator 152 und im zweiten Kondensator 154 einer Abtastschaltung 150 gespeichert sind, die mit dem Verstärker 180 verbunden ist. Die Verstärkung des Verstärkers 180 kann durch Einstellen der variablen Kondensatoren 190 geändert werden. Die variablen Kondensatoren 190 können durch Schließen eines Paars von Schalten 192 entladen werden. Die Schalter 192 können mit einer entsprechenden Steuerleitung (nicht dargestellt) verbunden sein. Obwohl nur ein einzelner Verstärker dargestellt und beschrieben ist, können in der Lichtleseschaltung 16 auch mehrere Verstärker verwendet werden.
  • zeigt eine andere Lichtleseschaltung 16'. Die Lichtleseschaltung 16' unterscheidet sich von der in gezeigten Lichtleseschaltung darin, dass der erste Kondensator 152 die Abtastung mit einem SAM3-Signal 167 anstatt mti dem SAM1-Signal 166 und der zweite Kondensator 154 mit einem SAM4-Signal 169 anstatt mit dem SAM2-Signal 168 durchführt. Entsprechend sind die Ausgangsleitungen 186, 188 der Lichtleseschaltung 16' über das Signal 19b mit einer Verstärkungsschaltung 17 verbunden.
  • Betrieb – Erste Ausführungsform
  • Die erste Ausführungsform, die in gezeigt wird, lässt sich mit jeder Kombination aus erstem, zweitem oder drittem Rauschverfahren und erstem, zweitem oder drittem Normalisierungsverfahren betreiben. zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs der ersten Ausführungsform gemäß dem zweiten Rauschverfahren und dem zweiten Normalisierungsverfahren; gemäß dem ersten Rauschverfahren und dem ersten Normalisierungsverfahren; und gemäß dem dritten Rauschverfahren und dem dritten Normalisierungsverfahren. Es kann jedoch auch ein Rauschverfahren, z. B. das dritte Rauschverfahren, zusammen mit einem ihm nicht entsprechenden Normalisierungsverfahren, z. B. dem zweiten Normalisierungsverfahren, eingesetzt werden. Ein Ablaufdiagramm, das das dritte Rauschverfahren mit dem zweiten Normalisierungsverfahren paart, ergibt sich beispielsweise, wenn Schritt 316c von durch Schritt 316a von ersetzt wird. In ähnlicher Weise kann ein Ablaufdiagramm, das das dritte Rauschverfahren mit dem ersten Normalisierungsverfahren paart, erstellt werden, indem Schritt 306b von durch Schritt 316c von ersetzt wird.
  • Entsprechend den bis zeigen die bis jeweils die Änderungen der Spannungspegel des Speicherknotens 115 eines Pixels 14 sowie eines entsprechenden Abtastknotens 111 während eines Prozesses zur Erzeugung des Rauschsignals und des normalisierten Lichtreaktionssignals. Insbesondere wird angegeben, welches Signal die Signale SAM1, SAM2, SAM3 und SAM4 bei den verschiedenen Rauschverfahren jeweils abtasten (erstes Referenzausgangssignal, gemeinsames Resetausgangssignal oder erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal) und welches Signal die Signale SAM1, SAM2, SAM3 und SAM4 bei den verschiedenen Normalisierungsverfahren jeweils abtasten (zweites Referenzausgangssignal, zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal oder Lichtreaktions-Ausgangssignal).
  • Im Unterschied zu bis , die jeweils die Verwendung eines Rauschverfahrens zusammen mit dem entsprechenden Normalisierungsverfahren darstellen, zeigen und einander nicht entsprechende Rausch- und Normalisierungsverfahren, stellt die Verwendung des dritten Rauschverfahrens mit dem zweiten Normalisierungsverfahren dar. stellt die Verwendung des dritten Rauschverfahrens mit dem ersten Normalisierungsverfahren dar. Diese Abbildungen machen deutlich, dass ein Rauschverfahren zusammen mit einem ihm nicht entsprechenden Normalisierungsverfahren eingesetzt werden kann.
  • bis können jeweils auch zur Beschreibung des Betriebs einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildsensors mit Hilfe des vierten Rauschverfahrens und des vierten Normalisierungsverfahrens verwendet werden, bei denen der Zwischenschritt der Bildung der Rausch- und Normalisierungsdifferenz entfällt.
  • zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer ersten Ausführungsform des Bildsensors 10 gemäß dem zweiten Rausch- und dem zweiten Normalisierungsverfahren. In Schritt 300 wird ein erstes Referenzsignal über die IN-Leitung 120 zum Abtastknoten 111 getrieben. Anschließend wird ein erstes Referenzausgangssignal vom Ausgangstransistor 116 ausgegeben und in der Lichtleseschaltung 16 als abgetastetes erstes Referenzausgangssignal gespeichert. Entsprechend dem Schema von und dem Taktdiagramm von kann dies erreicht werden, indem die Leitungen RST(n) 118, TF(n) 121 und IN 120 von einer niedrigen Spannung auf eine hohe Spannung geschaltet werden, um den Resetschalter 112 einzuschalten, so dass er in einen Triodenbereich wechselt. Der Transferschalter 117 kann zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, um das erste Referenzssignal durch Treiben der TF(n)-Leitung 121 auf Hoch an den Fotodetektor 100 zu übermitteln. Die Leitungen RST(n) 118 und TF(n) 121 werden für eine komplette Zeile hoch getrieben. Die IN-Leitung 120 wird für eine komplette Spalte hoch getrieben. Die Leitungen RST(n) 118 und TF(n) 121 werden zuerst hoch getrieben, während die IN-Leitung 120 zunächst niedrig ist.
  • Die Leitungen RST[n] 118 und TF[n] 121 können jeweils verbunden werden, um von einem Tristate-Puffer 374 getrieben zu werden, dessen Ausgang in einen Tristate wechselt, nachdem er von 0 Volt hoch getrieben wurde. Wenn daraufhin die IN-Leitung 120 von einem niedrigen in einen hohen Zustand umgeschaltet wird, führt kapazitive Kopplung (aufgrund der Gate-Kanal-Kapazität des Resetschalters 112 und der Kapazität des Kondensators 126) dazu, dass die Gate-Spannungen des Resetschalters 112 und des Transferschalters 117 weiter ansteigen und der Resetschalter 112 und der Transferschalter 117 jeweils in einem Triodenbereich gehalten werden. Während der Resetschalter 112 und der Transferschalter 177 sich im jeweiligen Triodenbereich befinden, werden die Spannungen am Speicherknoten 115 und am Abtastknoten 111 auf den Spannungspegel der IN-Leitung 120 getrieben. Indem eine höhere Gate-Spannung bereitgestellt wird, die hoch genug ist, um den Resetschalter 112 und den Transferschalter 117 gleichzeitig im Triodenbereich zu halten, kann der Fotodetektor auf einen höheren Pegel zurückgesetzt werden, so dass ein größerer Spannungsschwankungsbereich an der OUT-Leitung 124 ermöglicht und ein größerer Aussteuerbereich der Ausgangssignalausgabe des Pixels 14 unterstützt wird.
  • Die SEL[n]-Leitung 122 wird ebenfalls auf einen hohen Spannungspegel geschaltet, wodurch der Auswahlschalter 114 eingeschaltet wird. Die Spannung des Abtastknotens 111 wird über den Ausgangstransistor 116 und den Auswahltransistor 114 nach einer Pegelverschiebung am Ausgangstransistor 116 an die OUT-Leitung 124 gekoppelt. Die Steuerleitung SAM1 166 der Lichtleseschaltung 16 (siehe ) ist so geschaltet, dass die Spannung der OUT-Leitung 124 im ersten Kondensator 152 als abgetastetes erstes Referenzausgangssignal gespeichert wird.
  • Entsprechend werden der Abtastknoten 111 und der Speicherknoten 115 dann in Schritt 302 zurückgesetzt, und es wird ein gemeinsames Resetausgangssignal als abgetastetes gemeinsames Resetausgangssignal in der Lichtleseschaltung 16 gespeichert. Entsprechend den und wird dies erreicht, indem die RST[n]-Leitung 118 niedrig getrieben wird, um den Resetschalter 112 auszuschalten und das Pixel 14 zurückzusetzen, während die TF[n]-Leitung 121 auf hohem Pegel gehalten wird, so dass der Transferschalter 117 im Triodenbereich bleibt. Wenn der Resetschalter 112 ausgeschaltet wird, wird aufgrund von Resetrauschen, Ladungsinjektion und Taktdurchgang ein Fehlersignal am Fotodetektor 100 erzeugt. Wie in gezeigt, reduziert das Fehlersignal die gemeinsame Spannung am Speicherknoten 115 und Abtastknoten 111 auf VB, wenn der Resetschalter 112 ausgeschaltet wird. Die SAM2-Leitung 168 und die SAM3-Leitung 167 werden hoch getrieben, die SEL-Leitung 122 zunächst niedrig, dann wieder hoch, so dass eine pegelverschobene Version der Spannung der Fotodiode 111 als abgetastetes gemeinsames Resetausgangssignal im zweiten Kondensator 154 der Lichtleseschaltung 16 (siehe ) und im ersten Kondensator 152 der Lichtleseschaltung 16' (siehe ) gespeichert wird.
  • Entsprechend wird der Transferschalter 117 dann in Schritt 304 ausgeschaltet, und ein erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal wird als abgetastetes erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal in der Lichtleseschaltung 16' gespeichert. Entsprechend und wird dies erreicht, indem die TF[n]-Leitung 121 niedrig getrieben wird, um den Transferschalter 117 auszuschalten. Wenn der Resetschalter 117 ausgeschaltet wird, wird aufgrund von Resetrauschen, Ladungsinjektion und Taktdurchgang am Speicherknoten 115 und am Abtastknoten 111 ein Fehlersignal erzeugt. Wie in gezeigt, reduziert das Fehlersignal die Spannung am Speicherknoten 115 auf VC1 und am Abtastknoten 111 auf VC2, wenn der Transferschalter 112 ausgeschaltet wird. Die SAM4-Leitung 169 wird hoch getrieben, die SEL-Leitung 122 zunächst niedrig, dann wieder hoch, so dass eine pegelverschobene Version der Spannung des Abtastknotens 111 als abgetastetes erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal im zweiten Kondensator 154 der Lichtleseschaltung 16' gespeichert wird.
  • Entsprechend wird das abgetastete gemeinsame Resetausgangssignal dann in Schritt 306a vom abgetasteten ersten Referenzausgangssignal subtrahiert, so dass sich ein erstes Rauschdifferenzsignal ergibt, und das abgetastete erste Abtastknoten-Resetausgangssignal vom abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignal subtrahiert, so dass sich ein drittes Rauschdifferenzsignal ergibt. Das dritte Rauschdifferenzssignal wird dann vom ersten Rauschdifferenzsignal subtrahiert, um das Rauschsignal zu erzeugen, wobei das erste und das dritte Rauschdifferenzsignal jeweils entsprechend verstärkt werden. Das Rauschsignal wird durch den ADC 24 in eine digitale Bitfolge umgewandelt. Die digitalen Ausgabedaten werden im externen Speicher 74 mittels einer der Methoden gespeichert, die in , , und dargestellt werden. Die Rauschdaten entsprechen dem ersten Bild. Entsprechend , , und können die Subtraktionen zur Erzeugung der ersten und dritten Differenz durch Schließen der Schalter 170, 171, 182, 183, 184 und 185 der Lichtleseschaltungen 16, 16' durchgeführt werden, so dass die Spannung am zweiten Kondensator 154 von der Spannung am ersten Kondensator 152 subtrahiert wird. Die Ausgangssignale 19a, 19b der Lichtleseschaltungen 16, 16', die die erste bzw. dritte Rauschdifferenz repräsentieren, werden durch analoge Verstärkungsschaltungen 21 anhand der Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen COEF1 bzw. COEF2 skaliert und dann in der analogen Subtraktionsschaltung 17 voneinander abgezogen, um das Rauschsignal zu erzeugen. Ein ADC 24, der an die analoge Subtraktionsschaltung 17 gekoppelt ist, digitalisiert das Rauschsignal zu Rauschdaten, die daraufhin im Speicher 74 gespeichert werden.
  • Die Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen COEF1 und COEF2 können vom externen Prozessor 72, einer internen Kalibrierungsschaltung (nicht gezeigt) oder einem nichtflüchtigen internen oder externen Speicher des Bildsensors ausgewählt bzw. bereitgestellt werden. Die Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen können gemäß einer der verschiedenen weiter unten beschriebenen Kalibrierungsmethoden ermittelt bzw. festgelegt werden. Jeder der Skalierungsfaktoren COEF1 und COEF2 kann über ein entsprechendes Vorzeichen verfügen. Die Skalierungsfaktoren COEF1 und COEF2 können zur Erzeugung des ersten und zweiten Bilds geändert werden, wenn einander nicht entsprechende Rausch- und Normalisierungsverfahren verwendet werden.
  • Entsprechend werden die Leitungen TF[n], RST[n] und SEL[n] in Schritt 308 für die Dauer einer Belichtung, während die Fotodiode Ladungen akkumuliert, niedrig gehalten.
  • Entsprechend wird der Abtastknoten 111 dann in Schritt 310 zurückgesetzt, und das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal wird anschließend als abgetastetes zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal in der Lichtleseschaltung 16 gespeichert. Entsprechend und wird dies erreicht, indem die RST[n]-Leitung 118 hoch in den Tristate getrieben und dann kapazitiv an einen höheren Spannungspegel gekoppelt wird, indem die IN-Leitung 120 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel getrieben wird (nachfolgend „zweiter Sprungbrettpegel”), woraufhin die RST[n]-Leitung 118 niedrig getrieben wird, um den Resetschalter 112 auszuschalten und den Abtastknoten 111 zurückzusetzen. Die Spannung des Abtastknotens ist jetzt VD2, während die des Speicherknotens VD1 beträgt, wie in gezeigt. Die TF[n]-Leitung 121 wird niedrig gehalten. Die SAM4-Leitung 169 wird hoch getrieben und die SEL[n]-Leitung 122 ebenfalls hoch, so dass eine pegelverschobene Version der Spannung des Abtastknotens als abgetastetes zweites Abtastknoten-Resetausgangssignal im zweiten Kondensator 154 der Lichtleseschaltung 16' (siehe ) gespeichert wird. Der zweite Sprungbrettpegel ist ein Spannungspegel des Abtastknotens, unmittelbar bevor der Resetschalter 112 für den zweiten Reset des Abtastknotens ausgeschaltet wird. Der zweite Sprungbrettpegel kann mit dem ersten Referenzpegel identisch sein oder davon abweichen.
  • Entsprechend wird in Block 312 das Lichtreaktion-Ausgangssignal vom Ausgangstransistor 116 abgetastet und in den Lichtleseschaltungen 16, 16' als abgetastetes Lichtreaktion-Ausgangssignal gespeichert. Das Lichtreaktions-Ausgangssignal entspricht dem optischen Bild, welches durch den Bildsensor 10 erfasst wird. Entsprechend , , und kann dies erreicht werden, indem die Leitungen TF[n] 121, SEL[n] 122, SAM3 167 und SAM2 168 in einen hohen Zustand, die RST[n]-Leitung 118 in einen niedrigen Zustand und der Transferschalter 117 in einen Triodenbereich versetzt werden. zeigt VE als gemeinsame Spannung des Speicherknotens 115 und des Abtastknotens 111. Der zweite Kondensator 154 und der erste Kondensator 152 der entsprechenden Lichtleseschaltung 16, 16' speichern eine pegelverschobene Version der gemeinsamen Spannung von Speicherknoten 115 und Abtastknoten 111 als abgetastetes Lichtreaktions-Ausgangssignal.
  • Entsprechend wird in Block 314 das zweite Referenzausgangssignal von Abtastknoten 111 und Ausgangstransistor 116 erzeugt und in der Lichtleseschaltung 16 gespeichert. Entsprechend den , und wird die RST[n]-Leitung 118 erst hoch getrieben und dann in einen Tristate. Der Resetschalter 112 geht in einen Triodenbereich. Die IN-Leitung 120 wird hoch getrieben und koppelt den Gate-Knoten 118 des Resetschalters 112 kapazitiv an einen höheren Spannungspegel, so dass der Resetschalter 112 im Triodenbereich bleibt und der Spannungspegel am Abtastknoten 111 auf den Spannungspegel der IN-Leitung 120 getrieben wird. Die Spannung des Abtastknotens beträgt jetzt VG, wie in gezeigt. Die Leitungen SEL[n] 122 und SAM1 166 werden dann hoch getrieben, um die zweite Referenz-Ausgangsspannung als abgetastetes zweites Referenzausgangssignal im ersten Kondensator 152 der Lichtleseschaltung 16 zu speichern.
  • Entsprechend wird das abgetastete Lichtreaktions-Ausgangssignal in Block 316a zur Bildung einer ersten Normalisierungsdifferenz vom abgetasteten zweiten Referenzausgangssignal subtrahiert, das abgetastete zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal zur Bildung einer dritten Normalisierungsdifferenz vom abgetasteten Lichtreaktions-Ausgangssignal subtrahiert und die dritte Normalisierungsdifferenz zur Bildung eines normalisierten Lichtreaktionssignals von der ersten Normalisierungsdifferenz subtrahiert. Das normalisierte Lichtreaktionssignal wird in eine digitale Bitfolge umgewandelt, um normalisierte Licht-Augangsdaten zu erzeugen, die in den zweiten Bildpuffern 32 und 34 gespeichert werden. Das normalisierte Lichtreaktionssignal entspricht dem zweiten Bild. Entsprechend , und kann die Subtraktion durch Schließen der Schalter 170, 182, 183, 184 und 185 der Lichtleseschaltungen 16, 16' durchgeführt werden. Die Ausgangssignale 19a, 19b der Lichtleseschaltungen 16, 16', die die erste bzw. dritte Normalisierungsdifferenz repräsentieren, werden durch analoge Verstärkungsschaltungen 21 anhand der Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen COEF1 bzw. COEF2 skaliert und dann in der analogen Subtraktionsschaltung 17 voneinander abgezogen, um das normalisierte Lichtreaktionssignal zu erzeugen. Die Werte COEF1 und COEF2 können mit denen zur Erzeugung des Rauschsignals übereinstimmen, oder ihr Verhältnis kann innerhalb von 10% davon liegen. Das normalisierte Lichtreaktionssignal wird dann durch den ADC 24 in eine digitale Bitfolge umgewandelt, die normalisierte Lichtreaktionsdaten darstellt.
  • Entsprechend werden in Block 318 die Rauschdaten (und eventuell auch die Kalibrierungsdaten) aus dem externen Speicher abgerufen. In Block 320 werden die Rauschdaten (und auch die Kalibrierungsdaten) nach einer der in dargestellten Methoden im Bildsensor durch den Kombinator 50 mit den normalisierten Licht-Ausgabedaten kombiniert, oder in durch den Prozessor 72. Die Rauschdaten entsprechen dem ersten Bild und die normalisierten Licht-Ausgabedaten entsprechen dem zweiten Bild. Somit wird Resetrauschen in den normalisierten Lichtreaktionsdaten entfernt und ein entrauschtes Bild geliefert. Der Bildsensor führt diese Rauschunterdrückung mit einem Pixel durch, das nur vier Transistoren aufweist, wobei Dunkelstrom am Speicherknoten 115 reduziert wird, indem der Speicherknoten mit Hilfe des Transferschalters 117 vom Abtastknoten 111 getrennt wird. Wenn benachbarte Fotodetektoren den Auswahlschalter 114 und den Ausgangstransistor 116 gemeinsam nutzen, können weniger als zwei Transistoren pro Pixel erreicht werden. Dadurch bietet der Bildsensor Rauschunterdrückung, während der Pixelabstand relativ klein gehalten wird.
  • stellt eine Verwendung der ersten Ausführungsform des Bildsensors von gemäß dem Ablaufdiagramm in dar. Die erste Rausch- und erste Normalisierungsdifferenz werden in der Lichtleseschaltung 16 erzeugt, die das erste Referenzausgangssignal mit dem SAM1-Signal 166 für Schritt 300 und das gemeinsame Resetausgangssignal mit dem SAM2-Signal 168 für Schritt 302 des Ablaufdiagramms in abtastet und, nach einer Belichtung, das zweite Referenzausgangssignal mit dem SAM1-Signal 166 für Schritt 314 und das Lichtreaktions-Ausgangssignal mit dem SAM2-Signal 168 für Schritt 312 des Ablaufdiagramms abtastet. Die dritte Rausch- und dritte Normalisierungsdifferenz werden in der Lichtleseschaltung 16' erzeugt, die das gemeinsame Resetausgangssignal mit dem SAM3-Signal 167 für Schritt 302 und das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal mit dem SAM4-Signal 169 für Schritt 304 des Ablaufdiagramms in abtastet und, nach einer Belichtung, das Lichtreaktions-Ausgangssignal mit dem SAM3-Signal 167 für Schritt 314 und das zweite Referenzausgangssignal mit dem SAM4-Signal 169 für Schritt 312 des Ablaufdiagramms abtastet.
  • Entsprechend zeigt die Abtastung des ersten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal 166, die Abtastung des gemeinsamen Resetausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM3 167 sowie die Abtastung des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch das SAM4-Signal 169 zur Erzeugung des Rauschsignals. zeigt weiterhin die Abtastung des zweiten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal 166, die Abtastung des Lichtreaktions-Ausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM3 167 sowie die Abtastung des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch das SAM4-Signal 169 zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals nach der Belichtung. Die Lichtleseschaltung 16 erzeugt die erste Rausch- und die erste Normalisierungsdifferenz. Die Lichtleseschaltung 16' erzeugt die dritte Rausch- und die dritte Normalisierungsdifferenz. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Rauschdifferenz und dritter Rauschdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das Rauschsignal gemäß dem zweiten Rauschverfahren zu erzeugen. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Normalisierungsdifferenz und dritter Normalisierungsdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das normalisierte Lichtreaktionssignal gemäß dem zweiten Normalisierungserfahren zu erzeugen.
  • Der beschriebene Prozess wird für die verschiedenen Pixelzeilen der Pixelanordnung 12 nacheinander durchgeführt. Wie in gezeigt können Rauschsignale für die n-te Zeile der Pixelanordnung erzeugt werden und normalisierte Lichtreaktionssignale für die n-1-te Zeile, wobei 1 die Belichtungsdauer als Mehrfaches einer Zeilenperiode darstellt.
  • Wie oben erwähnt, kann Schritt 306a im Ablaufdiagramm in durch Schritt 306b von oder Schritt 306c von ersetzt werden. Außerdem kann Schritt 316a in durch Schritt 316b von oder Schritt 316c von ersetzt werden.
  • stellt eine Verwendung der ersten Ausführungsform des Bildsensors von gemäß dem Ablaufdiagramm in dar. In werden die Schritte 306a und 316a von durch die Schritte 306b und 316b ersetzt, in denen die zweite Rauschdifferenz die dritte Rauschdifferenz ersetzt und entsprechend die zweite Normalisierungsdifferenz die dritte Normalisierungsdifferenz. Die zweite Rausch- und die zweite Normalisierungsdifferenz werden in der Lichtleseschaltung 16' erzeugt, die das erste Referenzausgangssignal mit dem SAM1-Signal 167 für Schritt 300 und das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal mit dem SAM4-Signal 169 für Schritt 304 des Ablaufdiagramms in abtastet und, nach einer Belichtung, das zweite Referenzausgangssignal mit dem SAM3-Signal 167 für Schritt 314 und das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal mit dem SAM4-Signal 169 für Schritt 310 des Ablaufdiagramms abtastet. Entsprechend zeigt die Abtastung des ersten Referenzausgangssignals durch die Signale SAM1 166 und SAM3 167, die Abtastung des gemeinsamen Resetausgangssignals durch das SAM2-Signal 168 sowie die Abtastung des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch das SAM4-Signal 169 zur Erzeugung des Rauschsignals. zeigt weiterhin die Abtastung des zweiten Referenzausgangssignals durch die Signale SAM1 166 und SAM3 167, die Abtastung des Lichtreaktions-Ausgangssignals durch das SAM2-Signal 168 sowie die Abtastung des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch das SAM4-Signal 169 zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals. Die Lichtleseschaltung 16 bildet die erste Rausch- und die erste Normalisierungsdifferenz. Die Lichtleseschaltung 16' bildet die zweite Rausch- und die zweite Normalisierungsdifferenz. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Rauschdifferenz und zweiter Rauschdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das Rauschsignal gemäß dem ersten Rauschverfahren zu erzeugen. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Normalisierungsdifferenz und zweiter Normalisierungsdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das normalisierte Lichtreaktionssignal gemäß dem ersten Normalisierungsverfahren zu erzeugen.
  • stellt eine Verwendung der ersten Ausführungsform des Bildsensors von gemäß dem Ablaufdiagramm von dar. In werden die Schritte 306a und 316a von durch die Schritte 306c und 316c ersetzt, in denen die zweite Rauschdifferenz die erste Rauschdifferenz ersetzt und entsprechend die zweite Normalisierungsdifferenz die erste Normalisierungsdifferenz. Die zweite Rausch- und die zweite Normalisierungsdifferenz werden in der Lichtleseschaltung 16' erzeugt, die das erste Referenzausgangssignal mit dem SAM1-Signal 166 für Schritt 300 und das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal mit dem SAM2-Signal 168 für Schritt 304 des Ablaufdiagramms in abtastet und, nach einer Belichtung, das zweite Referenzausgangssignal mit dem SAM1-Signal 166 für Schritt 314 und das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal mit dem SAM2-Signal 168 für Schritt 310 des Ablaufdiagramms abtastet. Entsprechend zeigt die Abtastung des ersten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal 166, die Abtastung des gemeinsamen Resetausgangssignals durch das SAM3-Signal 167 sowie die Abtastung des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM4 169 zur Erzeugung des Rauschsignals. zeigt weiterhin die Abtastung des zweiten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal 166, die Abtastung des Lichtreaktions-Ausgangssignals durch das SAM3-Signal 167 sowie die Abtastung des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM4 169 zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals. Die Lichtleseschaltung 16 bildet die zweite Rausch- und die zweite Normalisierungsdifferenz. Die Lichtleseschaltung 16' bildet die dritte Rausch- und die dritte Normalisierungsdifferenz. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen zweiter Rauschdifferenz und dritter Rauschdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das Rauschsignal gemäß dem dritten Rauschverfahren zu erzeugen. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen zweiter Normalisierungsdifferenz und dritter Normalisierungsdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um das normalisierte Lichtreaktionssignal gemäß dem dritten Normalisierungsverfahren zu erzeugen.
  • stellt eine Verwendung der ersten Ausführungsform des Bildsensors von gemäß einer Paarung von drittem Rauschverfahren und zweitem Normalisierungsverfahren dar. Entsprechend zeigt die Abtastung des ersten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal 166, die Abtastung des gemeinsamen Resetausgangssignals durch das SAM3-Signal 167 und die Abtastung des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM4 169 zur Erzeugung des Rauschsignals. zeigt weiterhin die Abtastung des zweiten Referenzausgangssignals durch das SAM1-Signal, die Abtastung des Lichtreaktions-Ausgangssignals durch die Signale SAM2 168 und SAM3 167 sowie die Abtastung des zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals durch das SAM4-Signal 169 zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals. Die Lichtleseschaltung 16 bildet die zweite Rausch- und die erste Normalisierungsdifferenz. Die Lichtleseschaltung 16' bildet die dritte Rausch- und die dritte Normalisierungsdifferenz. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen zweiter Rauschdifferenz und dritter Rauschdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um ein Rauschsignal gemäß dem dritten Rauschverfahren zu erzeugen. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Normalisierungsdifferenz und dritter Normalisierungsdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um ein normalisiertes Lichtreaktionssignal gemäß dem zweiten Normalisierungsverfahren zu erzeugen.
  • stellt eine Verwendung der ersten Ausführungsform des Bildsensors von gemäß einer Paarung von drittem Rauschverfahren und ersten Normalisierungsverfahren dar. Die Lichtleseschaltung 16 bildet die zweite Rausch- und die erste Normalisierungsdifferenz. Die Lichtleseschaltung 16' bildet die dritte Rausch- und die zweite Normalisierungsdifferenz. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen zweiter Rauschdifferenz und dritter Rauschdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um ein Rauschsignal gemäß den dritten Rauschverfahren zu erzeugen. Die analoge Subtraktionsschaltung 17 führt eine Subtraktion zwischen erster Normalisierungsdifferenz und zweiter Normalisierungsdifferenz durch, die jeweils durch einen entsprechenden Skalierungsfaktor mit Vorzeichen skaliert werden, um ein normalisiertes Lichtreaktionssignal gemäß dem ersten Normalisierungsverfahren zu erzeugen.
  • Im ersten Rauschverfahren kann ein zusätzlicher dritter Referenzpegel eingesetzt werden. zeigt ein solches Beispiel. Zur Implementierung des ersten Rauschverfahrens kann in umgewandelt werden, indem ein dritter Referenzpegel hinzugefügt wird, der unmittelbar nach Schritt 304 auf den Abtastknoten 111 angewandt wird, und das Signal SAM3 dahingehend geändert werden, dass dieser dritte Referenzpegel abgetastet und ein abgetastetes drittes Referenzausgangssignal gespeichert wird, anstatt die Abtastung während des ersten Referenzpegels in Schritt 300 durchzuführen. Die zweite Rauschdifferenz ist in diesem Fall das abgetastete dritte Referenzausgangssignal minus dem abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetsignal.
  • Entsprechend kann für die Abtastungen nach der Belichtung ein vierter Referenzpegel vor dem zweiten Reset des Abtastknotens in Schritt 310 auf den Abtastknoten 111 angewandt und die Abtastung durch das Signal SAM3 von Schritt 314 verschoben werden, so dass das zu diesem Zeitpunkt erzeugte vierte Referenzausgangssignal abgetastet und ein abgetastetes viertes Referenzausgangssignal gespeichert wird. Die zweite Normalisierungsdifferenz ist in diesem Fall das abgetastete vierte Referenzausgangssignal minus dem abgetasteten zweiten Abtastknoten-Resetsignal. Es sei angemerkt, dass hier der vierte Referenzpegel gleichzeitig die Rolle des zweiten Sprungbrettpegels übernimmt. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, dass auch ein zweiter Sprungbrettpegel, der sich vom vierten Referenzpegel unterscheidet, auf der IN-Leitung 120 bereitgestellt und über den Resetschalter 112 auf den Abtastknoten getrieben werden kann – zwischen dem vierten Referenzpegel und dem zweiten Reset des Abtastknotens –, um den Pegel des zweiten Resets des Abtastknotens und im gleichen Zuge den Lichtreaktionspegel anzupassen.
  • Die entsprechenden Steuersignale können gegenüber dem Taktdiagramm von der ersten Ausführungsform und die entsprechenden Logikschaltungen gegenüber den Schemas von bis angepasst werden, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar. Der dritte und vierte Referenzpegel können mit dem ersten und zweiten Referenzpegel identisch sein, müssen dies aber nicht. Sofern sie sich unterscheiden, kann ein DC-Offset in einer analogen oder digitalen Schaltung oder im externen Prozessor 72 subtrahiert werden, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar.
  • Der Betrieb der ersten Ausführungsform gemäß dem zweiten Rausch- und dem zweiten Normalisierungsverfahren bei Verwendung der in gezeigten Taktung des GND1-Spannungspegels (Beschreibung siehe unten) ist als der beste Modus anzusehen.
  • Zweite Ausführungsform
  • stellt eine zweite Ausführungsform des Bildsensors dar. In dieser alternativen Ausführungsform sind die analogen Verstärkungsschaltungen 21 und die analoge Subtraktionsschaltung 17 der ersten Ausführungsform von durch digitale Verstärkungsschaltungen 21' bzw. eine digitale Subtraktionsschaltung 17' ersetzt, die nach den Analog-Digital-Umsetzern 24 angeordnet sind. Alternativ können die Funktionen der analogen Verstärkungsschaltungen 21 und der analogen Subtraktionsschaltung 17 durch eine digitale Schaltung oder einen internen, programmierbaren Prozessor ersetzt und durchgeführt werden, der Computeranweisungen ausführt, gemäß denen der interne progammierbare Prozessor solche Funktionen für die digitalen Daten vom ADC 24 übernimmt. Die zweite Ausführungsform kann wie die erste Ausführungsform betrieben werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • stellt eine dritte Ausführungsform dar. In der dritten Ausführungsform sind die Lichtleseschaltungen 16, 16, die analogen Verstärkungsschaltungen 21 und die analoge Subtraktionsschaltung 17 der ersten Ausführungsform von durch die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' ersetzt, die in gezeigt wird.
  • zeigt eine schematische Darstellung der dreifach abtastenden Lichtleseschaltung 16''. Die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' umfasst eine Mehrzahl von Dreifachabtastschaltungen 150'', die jeweils ein erstes Paar von Kondensatoren 152, 154 und ein zweites Paar von Kondensatoren 153, 155 aufweisen. Das erste Paar von Kondensatoren 152, 154 umfasst einen ersten Kondensator 152 und einen zweiten Kondensator 154, die jeweils über eine erste Kapazität verfügen. Das zweite Paar von Kondensatoren 153, 155 umfasst einen dritten Kondensator 153 und einen vierten Kondensator 155, die jeweils über eine zweite Kapazität verfügen. Das Verhältnis der ersten Kapazität zur zweiten Kapazität kann variiert werden. Beispielsweise kann das Verhältnis gemäß einem der weiter unten beschriebenen Kalibrierungsverfahren im Bildsensor 10'' oder im externen Prozessor 72 festgelegt werden. Ein Kondensator jedes Paars wird elektrisch an den Pluspol „+” eines Verstärkers 180 gekoppelt und der jeweils andere Kondensator an den Minuspol „–” des Verstärkers 180. Zusammen mit dem Verstärker 180 und einem Paar von Rückkopplungskondensatoren 190, die zwischen den Ausgangs- und Eingangsanschlüssen des Verstärkers 180 angeschlossen sind, kann jedes Paar eine Subtraktion zwischen zwei Spannungssignalen durchführen, die durch die jeweiligen Kondensatoren abgetastet werden. Die Lichtleseschaltung 150'' kann eine erste Subtraktion durchführen, um eine zweite Spannung am zweiten Kondensator von einer ersten Spannung am ersten Kondensator abzuziehen, eine zweite Subtraktion, um eine vierte Spannung am vierten Kondensator von einer dritten Spannung am dritten Kondensator abzuziehen, und eine dritte Subtraktion, um eine zweite Differenz, die sich aus der zweiten Subtraktion ergibt, von einer ersten Differenz, die sich aus der ersten Subtraktion ergibt, abzuziehen, indem die Schalter 170, 171 und 182 bis 184 geschlossen und die Schalter 190 geöffnet werden, wobei die erste und zweite Differenz jeweils eine der ersten bzw. zweiten Kapazität entsprechende Gewichtung erhalten. Wenn die Schalter 170, 171 geschlossen sind, führt die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' die erste bis dritte Subtraktion praktisch gleichzeitig durch, ohne die Zwischensignale für die erste oder zweite Differenz bilden zu müssen. Die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' kann somit jedes des ersten bis dritten Rauschverfahrens durchführen, ohne die erste bis dritte Rauschdifferenz für das entsprechende Rauschverfahren bilden zu müssen. Entsprechend kann die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' auch jedes des ersten bis dritten Normalisierungsverfahrens durchführen, ohne die erste bis dritte Normalisierungsdifferenz für das entsprechende Normalisierungsverfahren bilden zu müssen. Daher ist auch klar, dass die Lichtleseschaltung 16'' das vierte Rauschverfahren durchführen kann, welches eine Subtraktion der drei einzelnen Komponentensignale des Rauschsignals erfordert, sowie das vierte Normalisierungsverfahren, welches eine Subtraktion der drei einzelnen Komponentensignale des normalisierten Lichtreaktionssignals erfordert, ohne als Zwischenschritt die Rausch-/Normalisierungsdifferenzen erzeugen zu müssen. Von den drei einzelnen Signalen, deren Kombination das Rauschsignal ergibt, hat ein erstes Signal, das von nur einem Kondensator des ersten Kondensatorpaars abgetastet wird, eine der ersten Kapazität entsprechende Gewichtung, ein zweites Signal, das von einem Kondensator des ersten Kondensatorpaars und einem Kondensator des zweiten Kondensatorpaars abgetastet wird, eine entweder der Summe oder der Differenz der ersten und zweiten Kapazität entsprechende Gewichtung und ein drittes Signal, das nur von einem Kondensator des zweiten Kondensatorpaars abgetastet wird, eine der zweiten Kapazität entsprechende Gewichtung. Das Gleiche gilt für die drei einzelnen Signale, deren Kombination das normalisierte Lichtreaktionssignal ergibt.
  • Obwohl nur ein einzelner Verstärker 180 dargestellt und beschrieben wird, können in der Lichtleseschaltung 16'' auch mehrere Verstärker verwendet werden.
  • Um ein Rauschsignal und ein normalisiertes Lichtreaktionssignal für ein Pixel 14 zu erfassen, kann die Dreifachabtastschaltung 150'' gemäß dem Ablaufdiagramm 15D und dem Taktdiagramm 16 zur Erzeugung des Rauschsignals das erste Referenzausgangssignal, das gemeinsame Resetausgangssignal und das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal abtasten sowie zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals das zweite Referenzausgangssignal, das Lichtreaktions-Ausgangssignal und das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal. Die Dreifachabtastschaltung 150'' kann den ersten Kondensator 152 das erste Referenzausgangssignal, den vierten Kondensator 155 das erste Abtastknoten-Resetsignal und den zweiten 154 und dritten 153 Kondensator das gemeinsame Resetausgangssignal abtasten lassen. Wenn die Schalter 170, 171 und 182 bis 185 geschlossen und die Schalter 158 bis 165 und 190 geöffnet sind, werden Ladungen vom ersten bis vierten Kondensator auf die Kondensatoren 190 um den Verstärker 180 übertragen. Dies entspricht der Durchführung einer ersten Subtraktion zwischen den auf dem ersten 152 und zweiten 154 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen, einer zweiten Subtraktion zwischen den auf dem dritten 153 und vierten 155 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen und einer dritten Subtraktion zwischen den Ergebnissen der ersten und zweiten Subtraktion, wobei die Ergebnisse der ersten und zweiten Subtraktion Skalierungsfaktoren ohne Vorzeichen (d. h. Gewichtungen) entsprechend der ersten bzw. zweiten Kapazität erhalten, wie im Ablaufdiagramm von gezeigt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Zwischenschritt der Bildung der ersten und dritten Rausch- und Normalisierungsdifferenzen entfällt. Das Ablaufdiagramm von ist daher zur Beschreibung des Betriebs der dritten Ausführungsform geeignet.
  • zeigt beispielhaft, wie die Abtastsignale SAM1 bis SAM4 sequenziert werden können, um die dritte Ausführungsform gemäß dem Ablaufdiagramm von zu betreiben mit dem Unterschied, dass die Rausch- und Normalisierungsdifferenzen nicht gebildet werden.
  • Alternativ kann die Dreifachabtastschaltung 150'' den ersten 152 und dritten 153 Kondensator das erste Referenzausgangssignal, den zweiten 154 Kondensator das gemeinsame Resetausgangssignal und den vierten 155 Kondensator das erste Abtastknoten-Resetsignal abtasten lassen. Wenn die Schalter 170, 171 und 182 bis 185 geschlossen und die Schalter 158 bis 165 und 190 geöffnet sind, werden Ladungen vom ersten bis vierten Kondensator auf die Kondensatoren 190 um den Verstärker 180 übertragen. Dies entspricht der Durchführung einer ersten Subtraktion zwischen den auf dem ersten 152 und zweiten 154 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen, einer zweiten Subtraktion zwischen den auf dem dritten 153 und vierten 155 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen und einer dritten Subtraktion zwischen den Ergebnissen der ersten und zweiten Subtraktion, wobei die Ergebnisse der ersten und zweiten Subtraktion Skalierungsfaktoren ohne Vorzeichen (d. h. Gewichtungen) entsprechend der ersten bzw. zweiten Kapazität erhalten, wie im Ablaufdiagramm von gezeigt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Zwischenschritt der Bildung der ersten und zweiten Rausch- und Normalisierungsdifferenzen entfällt. zeigt beispielhaft, wie die Signale SAM1 bis SAM4 sequenziert werden können.
  • Im ersten Rauschverfahren kann ein zusätzlicher dritter Referenzpegel eingesetzt werden, in gleicher Weise wie bei der Anwendung des ersten Rauschverfahrens für die erste Ausführungsform, wie bereits in gezeigt. Wie bei der ersten Ausführungsform kann zur Implementierung des ersten Rauschverfahrens in umgewandelt werden, indem ein dritter Referenzpegel hinzugefügt wird, der unmittelbar nach Schritt 304 auf den Abtastknoten 111 angewandt wird, und das Abtastsignal SAM3 dahingehend geändert werden, dass der dritte Referenzpegel abgetastet und ein abgetastetes drittes Referenzausgangssignal gespeichert wird, anstatt die Abtastung während des ersten Referenzpegels in Schritt 300 durchzuführen. Die zweite Rauschdifferenz ist in diesem Fall das abgetastete dritte Referenzausgangssignal minus dem abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetsignal.
  • Entsprechend kann für die Abtastungen nach der Belichtung ein vierter Referenzpegel vor der zweiten Zurücksetzung des Abtastknotens in Schritt 310 auf den Abtastknoten 111 angewandt und die Abtastung durch das Signal SAM3 von Schritt 314 verschoben werden, so dass das zu diesem Zeitpunkt erzeugte vierte Referenzausgangssignal abgetastet und ein abgetastetes viertes Referenzausgangssignal gespeichert wird. Die zweite Normalisierungsdifferenz ist in diesem Fall das abgetastete vierte Referenzausgangssignal minus dem abgetasteten zweiten Abtastknoten-Resetsignal.
  • Die Zeitpunkte der einzelnen Steuersignale sind gegenüber dem Taktdiagramm von der ersten Ausführungsform und die entsprechenden Logikschaltungen gegenüber den Schemas von bis anzupassen, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar. Der dritte und vierte Referenzpegel können mit dem ersten und zweiten Referenzpegel identisch sein, müssen dies aber nicht. Sofern sie sich unterscheiden, kann ein DC-Offset in einer analogen oder digitalen Schaltung oder im externen Prozessor 72 subtrahiert werden, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar.
  • Die erste und zweite Kapazität liefern zwar Skalierungsfaktoren ohne Vorzeichen; für die Lichtleseschaltung 16'' kann jedoch mit verschiedenen Methoden eine Vorzeichenumkehr durchgeführt werden. Bei einer Methode können die Verbindungen vom ersten 152 und zweiten 154 Kondensator zu den Eingängen „+” und „–” des Verstärkers vertauscht werden, so dass eine Vorzeichenumkehr der ersten Kapazität resuliert, und in gleicher Weise die Verbindungen vom dritten 153 und vierten 155 Kondensator für eine eine Vorzeichenumkehr der zweiten Kapazität. Bei einer anderen Methode können die Abtastsignale SAM1 166 und SAM2 168 für den ersten 152 und zweiten 154 Kondensator vertauscht werden, um eine Vorzeichenumkehr der ersten Kapazität zu erreichen, und in gleicher Weise die Abtastsignale SAM3 167 und SAM4 169 für den dritten 153 und vierten 155 Kondensator, um eine Vorzeichenumkehr der zweiten Kapazität zu erreichen.
  • Die Skalierungsfaktoren ohne Vorzeichen, die die erste und zweite Kapazität bereitstellen, können mit einer oder mehreren Möglichkeiten zur Umsetzung einer Vorzeichenumkehr in einer oder mehreren Schaltungen kombiniert werden, so dass sich Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen ergeben. Dem Fachmann wird klar sein, dass die Erfindungen in der vorliegenden Anwendung nicht auf die Verbindungen beschränkt sind, die in den Schemas gezeigt oder in der Beschreibung beschrieben werden, sondern verschiedene Abwandlungen, Kombinationen und Permutationen umfassen, die durch solche Methoden ermöglicht werden.
  • Es wird dem Fachmann weiterhin klar sein, dass ähnliche Vorzeichenumkehrmöglichkeiten für die Lichtleseschaltungen 16, 16' bestehen. Dem Fachmann wird klar sein, dass die Erfindungen in den vorliegenden Anwendungen, die die Lichtleseschaltungen 16, 16' verwenden, nicht auf die Verbindungen beschränkt sind, die in den Schemas gezeigt oder in der Beschreibung beschrieben werden, sondern verschiedene Abwandlungen, Kombinationen und Permutationen umfassen, die durch solche Methoden ermöglicht werden.
  • Alternativ kann die Dreifachabtastschaltung 150'' den ersten Kondensator 152 das erste Referenzausgangssignal, den zweiten 154 und vierten 155 Kondensator das erste Abtastknoten-Resetsignal und den dritten Kondensator 153 das gemeinsame Resetausgangssignal abtasten lassen. Wenn die Schalter 170, 171 und 182 bis 185 geschlossen und die Schalter 158 bis 165 und 190 geöffnet sind, werden Ladungen vom ersten bis vierten Kondensator auf die Kondensatoren 190 um den Verstärker 180 übertragen. Dies entspricht der Durchführung einer ersten Subtraktion zwischen den auf dem ersten 152 und zweiten 154 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen, einer zweiten Subtraktion zwischen den auf dem dritten 153 und vierten 155 Kondensator gespeicherten abgetasteten Ausgangssignalen und einer dritten Subtraktion zwischen den Ergebnissen der ersten und zweiten Subtraktion, wobei die Ergebnisse der ersten und zweiten Subtraktion Skalierungsfaktoren ohne Vorzeichen (d. h. Gewichtungen) entsprechend der ersten bzw. zweiten Kapazität erhalten, wie im Ablaufdiagramm von gezeigt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Zwischenschritt der Bildung der zweiten und dritten Rausch- und Normalisierungsdifferenzen entfällt. zeigt beispielhaft, wie die die Signale SAM1 bis SAM4 sequenziert werden können.
  • Beim dritten 153 und vierten 155 Kondensator kann es sich um variable Kondensatoren handeln, deren zweite Kapazität durch ein Steuersignal CVAL (nicht gezeigt) festgelegt wird. Die – stellen drei mögliche Ausführungsformen dieses variablen Kondensators dar. Obwohl in den in bis gezeigten Beispielen nur zwei Kapazitätswerte unterstützt werden, sind durch entsprechende Modifikationen der gezeigten Schaltungen auch mehrere Kapazitätswerte möglich, wie für den Fachmann leicht nachvollziehbar. Weiterhin kann es sich auch beim ersten 152 und zweiten 154 Kondensator um variable Kondensatoren handeln, um zusätzliche Möglichkeiten zur Festlegung des Verhältnisses von erster und zweiter Kapazität zu schaffen.
  • stellt eine Ausführungsform eines variablen Kondensators dar. Drei Kondensatoren CS, C0 und C1 werden zwischen den Anschlüssen PIX und AMP parallel geschaltet. Die Kondensatoren C0 und C1 sind zur Steuerung des Verbindungszustands jeweils mit dem Schalter S0 bzw. S1 in Serie geschaltet. Wenn CVAL = 0 ist, ist der Schalter S0 geschlossen und der Schalter S1 geöffnet, so dass der Kondensator C0 verbunden und der Kondensator C1 abgetrennt ist, womit sich eine Gesamtkapazität von C0 + CS zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt. Wenn CVAL = 1 ist, ist der Schalter S1 geschlossen und der Schalter S0 geöffnet, so dass der Kondensator C1 verbunden und der Kondensator C0 abgetrennt ist, womit sich eine Gesamtkapazität von C1 + CS zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt.
  • stellt eine andere Ausführungsform eines variablen Kondensators dar. Zwei Kondensatoren C0 und C1 werden zwischen den Anschlüssen PIX und AMP parallel geschaltet. Weiterhin sind die Kondensatoren C0 und C1 zur Steuerung des Verbindungszustands jeweils mit dem Schalter S0 bzw. S1 in Serie geschaltet. Wenn CVAL = 0 ist, ist der Schalter S0 geschlossen und der Schalter S1 geöffnet, so dass der Kondensator C0 verbunden und der Kondensator C1 abgetrennt ist, womit sich eine Gesamtkapazität von C0 zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt. Wenn CVAL = 1 ist, ist der Schalter S1 geschlossen und der Schalter S0 geöffnet, so dass der Kondensator C1 verbunden und der Kondensator C0 abgetrennt ist, womit sich eine Gesamtkapazität von C1 zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt.
  • stellt noch eine Ausführungsform eines variablen Kondensators dar. Zwei Kondensatoren CS und C1 werden zwischen den Anschlüssen PIX und AMP parallel geschaltet. Der Kondensator C1 ist zur Steuerung des Verbindungszustands mit einem Schalter S1 in Serie geschaltet. Wenn CVAL = 0 ist, ist der Schalter S1 geöffnet, so dass der Kondensator C1 abgetrennt ist, womit sich eine Gesamtkapazität von CS zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt. Wenn CVAL = 1 ist, ist der Schalter S1 geschlossen, so dass der Kondensator C1 verbunden ist, womit sich eine Gesamtkapazität von C1 + CS zwischen den Anschlüssen PIX und AMP ergibt.
  • Vierte Ausführungsform
  • stellt eine vierte Ausführungsform eines Bildsensors dar. Im Folgenden wird beispielhaft der Betrieb der vierten Ausführungsform gemäß dem zweiten Rausch- und dem zweiten Normalisierungsverfahren beschrieben. Die Lichtleseschaltung 16 kann den ersten Kondensator 152 das erste Referenzausgangssignal und den zweiten Kondensator 154 das gemeinsame Resetausgangssignal abtasten lassen, die erste Rauschdifferenz vom Verstärker 180 an den ADC 24 ausgeben, den ersten Kondensator 152 das gemeinsame Resetausgangssignal und den zweiten Kondensator 154 das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal abtasten lassen und die dritte Rauschdifferenz an den ADC 24 ausgeben. Der ADC 24 digitalisiert die erste und die dritte Rauschdifferenz. Die digitalisierten Rauschdifferenzen können dann an den externen Prozessor 72 übermittelt werden, der gemäß dem zweiten Rauschverfahren das Rauschsignal erzeugt. Alternativ kann das Rauschsignal durch eine Berechnungsschaltung (nicht gezeigt) im Bildsensor 11 erzeugt werden. In ähnlicher Weise kann die Lichtleseschaltung 16 den ersten Kondensator 152 das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal und den zweiten Kondensator 154 das Lichtreaktions-Ausgangssignal abtasten lassen, eine negierte dritte Normalisierungsdifferenz vom Verstärker 180 an den ADC 24 ausgeben, den ersten Kondensator 152 das zweite Referenzausgangssignal und den zweiten Kondensator 154 das Lichtreaktions-Ausgangssignal abtasten lassen und die erste Normalisierungsdifferenz an den ADC 24 ausgeben. Die dritte und erste Normalisierungsdifferenz werden digitalisiert. Die digitalisierten Normalisierungsdifferenzen können dann an den externen Prozessor 72 übermittelt werden, um gemäß dem ersten Normalisierungsverfahren zur Erzeugung des normalisierten Lichtreaktionssignals kombiniert zu werden. Alternativ kann das normalisierte Lichtreaktionssignal durch eine Berechnungsschaltung (nicht gezeigt) im Bildsensor 11 erzeugt werden.
  • Es sei angemerkt, dass dem ADC anstelle der nicht negierten dritten Normalisierungsdifferenz die negierte dritte Normalisierungsdifferenz bereitgestellt werden kann (oder umgekehrt), indem die vom ersten 152 und zweiten 154 Kondensator abgetasteten Signale miteinander vertauscht werden, um eine für den Eingangsbereich des ADC 24 besser geeignete Signalpolarität zu erhalten, wie dem Fachmann klar sein wird.
  • In der vierten Ausführungsform kann die Lichtleseschaltung 16 zwei beliebige der ersten bis dritten Rauschdifferenzen sowie zwei beliebige der ersten bis dritten Normalisierungsdifferenzen erzeugen und diese Differenzen an den ADC 24 übermitteln, der sie digitalisiert, wonach sie entweder an den externen Prozessor 72 übermittelt oder im Bildsensor 11 weiterverarbeitet werden, um das Rauschsignal und das normalisierte Lichtreaktionssignal jeweils gemäß dem entsprechenden Rausch- und Normalisierungsverfahren zu erzeugen und anschließend zur Bildung des entrauschten Signals das Rauschsignal vom normalisierten Lichtreaktionssignal zu subtrahieren, oder aber das entrauschte Signal wird direkt anhand der beiden Paare von Rausch- und Normalisierungsdifferenzen gebildet.
  • Wie dem Fachmann leicht ersichtlich, kann die Abfolge der Signale SAM1 bis SAM4 in bis modifiziert werden, um für die vierte Ausführungsform geeignet zu sein, indem das SAM3-Signal durch das SAM1-Signal und das SAM4-Signal durch das SAM2-Signal ersetzt wird. Um beispielsweise das zweite Rauschverfahren und das zweite Normalisierungsverfahren wie oben beschrieben für die vierte Ausführungsform zu implementieren, kann in umgewandelt werden, indem die Abtastsignale SAM3 und SAM4 durch SAM1 bzw. SAM2 ersetzt werden, wie in gezeigt. Nach jedem der aufeinanderfolgenden Abtastungspaare durch das SAM1- und SAM2-Signal gibt die Lichtleseschaltung 16 die entsprechende Rausch- und Normalisierungsdifferenz aus und fährt dann mit dem nächsten Paar fort.
  • Als weiteres Beispiel kann zur Implementierung des ersten Rausch- und des vierten Normalisierungsverfahrens in umgewandelt werden, indem ein dritter Referenzpegel hinzugefügt wird, der unmittelbar nach Schritt 304 auf den Abtastknoten 111 angewandt wird, und das Signal SAM3 dahingehend geändert werden, dass dieser dritte Referenzpegel abgetastet und ein abgetastetes drittes Referenzausgangssignal gespeichert wird, anstatt die Abtastung während des ersten Referenzpegels in Schritt 300 durchzuführen. Anschließend kann eine weitere Modifikation zu vorgenommen werden, indem die Abtastsignale SAM3 und SAM4 durch ein weiteres Abtastungspaar durch die Signale SAM1 und SAM2 ersetzt werden. Entsprechend kann für die Abtastungen nach der Belichtung ein vierter Referenzpegel vor dem zweiten Reset des Abtastknotens in Schritt 310 auf den Abtastknoten 111 angewandt und die Abtastung durch das Signal SAM3 von Schritt 314 verschoben werden, so dass das zu diesem Zeitpunkt erzeugte [??? oben steht immer noch ”generated”] vierte Referenzausgangssignal abgetastet und ein abgetastetes viertes Referenzausgangssignal gespeichert wird. Entsprechend wird bei einer Modifikation von die Abtastung durch die Signale SAM3 und SAM4 durch ein weiteres Abtastungspaar durch die Signale SAM1 und SAM2 ersetzt, so dass sich ergibt. Die Zeitpunkte der einzelnen Steuersignale sind gegenüber dem Taktdiagramm von der ersten Ausführungsform und die entsprechenden Logikschaltungen gegenüber den Schemas von bis anzupassen, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar.
  • Als noch ein Beispiel kann zur Implementierung des dritten Rausch- und dritten Normalisierungsverfahrens für die vierte Ausführungsform in umgewandelt werden, indem der erste Referenzpegel unmittelbar nach dem ersten Reset des Abtastknotens auf den Abtastknoten 111 angewandt wird, zur Abtastung während dieses ersten Referenzpegels SAM1 beibehalten wird und dann die Abtastsignale SAM3 und SAM4 durch ein weiteres Abtastungspaar durch die Signale SAM1 und SAM2 ersetzt werden. Entsprechend kann für die Abtastungen nach der Belichtung der zweite Referenzpegel vor dem zweiten Reset des Abtastknotens auf den Abtastknoten 111 angewandt werden, zur Abtastung während dieses zweiten Referenzpegels SAM1 beibehalten und dann die Abtastsignale SAM3 und SAM4 durch ein weiteres Abtastungspaar durch die Signale SAM1 und SAM2 ersetzt werden. Es sei angemerkt, dass die Abtastung mit dem SAM4-Signal auch durch eine Abtastung mit dem SAM1-Signal und die Abtastung mit dem SAM3-Signal durch eine Abtastung mit dem SAM2-Signal ersetzt werden kann. Die Zeitpunkte der einzelnen Steuersignale können gegenüber dem Taktdiagramm von der ersten Ausführungsform und die entsprechenden Logikschaltungen gegenüber den Schemas von bis angepasst werden, wie von einem Fachmann leicht nachvollziehbar. Es sei angemerkt, dass hier der zweite Referenzpegel gleichzeitig die Rolle des zweiten Sprungbrettpegels übernimmt. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, dass auch ein zweiter Sprungbrettpegel, der sich vom zweiten Referenzpegel unterscheidet, auf der IN-Leitung 120 bereitgestellt und über den Resetschalter 112 zum Abtastknoten 111 getrieben werden kann – zwischen dem zweiten Referenzpegel und dem zweiten Reset des Abtastknotens –, um den Pegel des zweiten Resets des Abtastknotens und gleichzeitig den Lichtreaktionspegel anzupassen.
  • Die vierte Ausführungsform kann so modifiziert werden, dass die Ausgabe eines Rausch-/Normalisierungsdifferenzsignals vom Verstärker 180 als analoges Signal in einem Kondensator gespeichert und anschließend eine Subtraktion zwischen diesem analogen Signal und der nächsten Ausgabe eines Rausch-/Normalisierungsdifferenzsignals vom Verstärker 180 durchgeführt wird, deren Ergebnis durch den ADC 24 digitalisiert wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • stellt eine fünfte Ausführungsform dar. In der fünften Ausführungsform sind die analogen Verstärkungsschaltungen 21 und die analoge Subtraktionsschaltung 17 der ersten Ausführungsform von durch einen Analogmultiplexer 23 ersetzt, der über einen an den ADC 24 gekoppelten Ausgang verfügt. Die Ausgangssignale 19a, 19b der Lichtleseschaltung übermitteln jeweils eine Rausch- oder Normalisierungsdifferenz, die vom Analogmultiplexer 23 gemultiplext und vom ADC 24 digitalisiert wird. Die digitalisierte Rausch- und die Normalisierungsdifferenz können gemäß einem beliebigen des ersten bis vierten Rausch- und Normalisierungsverfahrens entweder im Bildsensor 11', durch eine Berechnungsschaltung (nicht gezeigt) oder durch den externen Prozessor 72 kombiniert werden.
  • Alternativ können zwei (oder mehrere) ADCs verwendet werden, die jeweils Ausgaben der Lichtleseschaltungen 16 bzw. 16' digitalisieren.
  • Sechste Ausführungsform
  • In einer sechsten Ausführungsform (ohne Zeichnung) können das erste Referenzausgangssignal, das erste Abtastknoten-Resetausgangssignal, das gemeinsame Resetausgangssignal, das zweite Referenzausgangssignal, das zweite Abtastknoten-Resetausgangssignal und das Lichtreaktions-Ausgangssignal jeweils von einem oder mehreren ADCs direkt abgetastet und digitalisiert – nacheinander oder gleichzeitig – und anschließend im digitalen Bereich arithmetisch kombiniert werden, entweder im Bildsensor, durch eine Berechnungsschaltung (nicht gezeigt) oder extern durch den Prozessor 72, gemäß einem beliebigen der Rausch- und/oder Normalisierungsverfahren, oder aber das Ergebnis der Normalisierungsdifferenz wird durch Subtraktion des Rauschsignals mit jeweils entsprechender Verstärkung gebildet, ohne dass eine oder beide der Rausch- und Normalisierungsdifferenzen erzeugt werden.
  • Andere alternative Ausführungsformen und Betriebsmodi
  • Es sind andere alternative Ausführungsformen des Bildsensors möglich. Beispielsweise kann sich der ADC bzw. können sich die ADCs in jeder der Ausführungsformen 1 bis 6 außerhalb des Bildsensors befinden, zum Beispiel auf einem anderen Halbleitersubstrat als demjenigen, das den Bildsensor trägt. Die Lichtleseschaltungen 16, 16', 16'', die analogen Verstärkungsschaltungen 17 und die analoge Subtraktionsschaltung 21 können sich ebenfalls außerhalb des Bildsensors befinden.
  • Es sind auch andere alternative Bertiebsmodi möglich. Eine erste Variation besteht darin, dass der zweite Referenzpegel um einen Offset (nachfolgend „Referenz-Offset”) unterhalb eines Spannungspegels liegen kann, der über die IN-Leitung übermittelt wird, unmittelbar bevor der Resetschalter 112 für den gemeinsamen Reset von einem Triodenbereich in den ausgeschalteten Zustand umschaltet (nachfolgend „erster Sprungbrettpegel”) (z. B. ist in der erste Sprungbrettpegel auch der erste Referenzpegel). Beispielsweise kann der zweite Referenzpegel wie in gezeigt beim VPH2-Pegel liegen, der ausgewählt wird, indem DIN(1:0) auf „01” eingestellt wird, und der erste Referenzpegel beim VPH0-Pegel, der ausgewählt wird, indem DIN(1:0) auf „11” eingestellt wird. Der Referenz-Offset kann die gleiche Richtung und einen ähnlichen Betrag aufweisen wie der Offset des gemeinsamen Resetpegels vom ersten Sprungbrettpegel (der gleichzeitig der erste Referenzpegel ist), beispielsweise innerhalb von 50 mV vom gemeinsamen Resetpegel. Der Vorteil eines Referenz-Offsets ungleich null besteht darin, dass der DC-Offset im Lichtreaktions-Ausgangssignal gering gehalten wird, da ein solcher DC-Offset bei hoher Verstärkung zur Sättigung des Verstärkers 180 in der Lichtleseschaltung führen kann. Der Referenz-Offset kann auf einen Wert zwischen 50 mV und 300 mV festgelegt werden und bevorzugt auf 150 mV. Ein separater DC-Offset im Rauschsignal aufgrund einer Differenz von erstem und zweitem Referenzpegel kann später im digitalen Bereich durch den Kombinator 50 oder den externen Prozessor 72 reduziert werden. Alternativ kann ein separater DC-Offset im Rauschsignal im analogen Bereich vor der Digitalisierung durch den ADC 24 durch beliebige im Stand der Technik bekannte Methoden und Schaltungen zur analogen Subtraktion von DC-Signalen entfernt werden.
  • Es sind noch weitere Variationen möglich, wie im Folgenden beschrieben.
  • Bei einer zweiten Variation wird die IN-Leitung 120 auf einen ersten Sprungbrettpegel getrieben, der über dem ersten Referenzpegel liegt. zeigt beispielhaft einen höheren ersten Sprungbrettpegel, nachdem das erste Referenzausgangssignal in Schritt 300 abgetastet wurde und bevor Schritt 302 durchgeführt wird. Beispielsweise kann der erste Sprungbrettpegel durch Einstellen von DIN(1:0) auf „11” bereitgestellt werden, so dass der VPH0-Pegel festgelegt wird, und der erste Referenzpegel durch Einstellen von DIN(1:0) auf „10”, so dass der VPH1-Pegel festgelegt wird. Der Offset des ersten Sprungbrettpegels gegenüber dem ersten Referenzpegel (nachfolgend „erster Sprungbrett-Offset”) kann den Spannungsabfall des Speicher- und Abtastknotens während des gemeinsamen Resets in Schritt 302 teilweise auslöschen, so dass der Offset zwischen dem ersten Referenzpegel und dem gemeinsamen Resetpegel (nachfolgend „Reset-Offset”) und gleichzeitig der DC-Offset im Rauschsignal reduziert wird. Der erste Sprungbrett-Offset kann zwischen 50 mV und 300 mV und bevorzugt bei 150 mV liegen. Bei dieser Methode kann der zweite Referenzpegel mit dem ersten Referenzpegel übereinstimmen, da der Resetpegel des Speicherknotens in die Nähe des ersten Referenzpegels gebracht wird, z. B. innerhalb von 100 mV, so dass der DC-Offset im normalisierten Lichtreaktionssignal auch dann reduziert wird, wenn der zweite Referenzpegel auf den Wert des ersten Referenzpegels festgelegt wird.
  • Bei einer dritten Variation weist das virtuelle Massesignal GND1 156 in der Lichtleseschaltung, die mit den Kondensatoren 152 bis 154 verbunden ist, eine Spannung auf, die zwischen einem ersten GND1-Pegel bei der Abtastung des ersten Referenzausgangssignals und einem zweiten GND1-Pegel bei der Abtastung des gemeinsamen Resetausgangssignals variiert wird, mit einer Differenz (nachfolgend „GND1-Stufe”) zwischen 50 mV und 300 mV, bevorzugt von 150 mV. zeigt beispielhaft Spannungspegeländerungen des Speicherknotens und des GND1-Signals 156. Der zweite GND1-Pegel weist einen Offset in der gleichen Richtung auf wie der Offset des gemeinsamen Resetpegels vom ersten Referenzpegel, welcher in diesem Beispiel gleichzeitig der erste Sprungbrettpegel ist. Das GND1-Signal 156 nimmt während der Abstastung des gemeinsamen Resetausgangssignals, des ersten und zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals und des Lichtreaktions-Ausgangssignals den zweiten GND1-Pegel an, während der Abtastung des ersten und zweiten Referenzausgangssignals jedoch den ersten GND1-Pegel. Die GND1-Stufe löscht daher den DC-Offset zwischen dem gemeinsamen Resetpegel und dem ersten Referenzpegel teilweise aus, und gleichzeitig auch den DC-Offset zwischen dem Lichtreaktionspegel und dem zweiten Referenzpegel. Der zweite Referenzpegel kann mit dem ersten Referenzpegel übereinstimmen, zum Beispiel dem Pegel VPH1, der durch das Steuersignal DIN(1:0) = „10” festgelegt wird. Ein analoger Signaltreiber für das GND1-Signal 156 kann über zwei oder mehr Ausgangspegel verfügen, die durch eine digitale Eingabe ausgewählt werden können, ähnlich derjenigen für den Treiber 17 der IN-Leitung, und kann durch eine Logikschaltung gesteuert werden, die nach einer ähnlichen Konstruktionsmethode wie die Logikschaltung zur Erzeugung der DIN(1:0)-Signale konstruiert ist.
  • Bei der dritten Variation wird im Wesentlichen eine Methode zur analogen Offsetunterdrückung oder DC-Subtraktion in der Lichtleseschaltung eingesetzt. Es können Alternativen zu dieser Methode verwendet werden, wie im Stand der Technik bekannt. Bei einer solchen Alternative wird anstelle der Variation des GND1-Signals 156 ein Paar von Kondensatoren zur Offsetunterdrückung an die Eingänge „+” und „–” der Verstärkers 180 angeschlossen, um die Offsetunterdrückung durchzuführen. Diese Kondensatoren zur Offsetunterdrückung können mit einer bestimmten Spannung aufgeladen werden, und die Kapazität kann mit derjenigen der Abtastkondensatoren 152, 154 übereinstimmen, muss dies aber nicht. Wenn eine Abtastschaltung 150, 150' oder 150'' der Lichtleseschaltung zur Übertragung von Ladungen mit dem Verstärker 180 verbunden wird, werden auch die Kondensatoren zur Offsetundrückung mit der jeweiligen Spannung aufgeladen und dann zur Übertragung von Ladungen mit den Rückkopplungskondensatoren 190 verbunden, um die Offsetunterdrückung zu erreichen.
  • Eine andere Alternative zu dieser Methode ist die Vorladung der Rückkopplungskondensatoren 190 mit einer geeigneten Differenzspannung (nachfolgend „Vorladespannung”), bevor jeweils Ladungen von einer Abtastschaltung 150, 150' oder 150'' übertragen werden. Die Vorladespannung ist dem Reset-Offset entgegengerichtet, so dass die Vorladespannung eine Änderung der Ausgabe des Verstärkers 180 aufgrund des Reset-Offsets teilweise auslöscht. Die Vorladespannung kann zur Erhöhung der Verstärkung des Verstärkers 270 (d. h. des Verstärkers 180 zusammen mit den Rückkopplungskondensatoren 190) erhöht werden, wenn die Rückkopplungskondensatoren 190 einen niedrigeren Kapazitätswert annehmen.
  • Bei einer vierten Variation wird der zweite Referenzpegel über die IN-Leitung 120 bereitgestellt und das entsprechende zweite Referenzausgangssignal nicht nach der Abtastung des Lichtreaktions-Ausgangssignals abgetastet, sondern bevor der Resetschalter 112 in Schritt 310, welcher dem zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignal vorangeht, ausgeschaltet wird. zeigt beispielhaft die entsprechenden Spannungspegel von Abtast- und Speicherknoten. Unmittelbar vor Schritt 310 des Ablaufdiagramms wird der Schritt 309 eingefügt. In Schritt 309 befindet sich der Resetschalter 112 im Triodenbereich, der Transferschalter 177 ist ausgeschaltet und die IN-Leitung 120 wird auf den zweiten Referenzpegel getrieben. Das entsprechende zweite Referenzausgangssignal auf der OUT-Leitung 124 wird von einem SAM1-Signal abgetastet und als abgetastetes zweites Referenzausgangssignal gespeichert. Obwohl gemäß ein separater zweiter Sprungbrettpegel zwischen dem zweiten Referenzpegel und dem Reset des Abtastknotens auf den Abtastknoten 111 getrieben wird, ist für den Fachmann erkennbar, dass der Spannungspegel des zweiten Sprungbrettpegels mit dem des zweiten Referenzpegels übereinstimmen oder davon abweichen kann.
  • Es sind verschiedene Kombinationen und Permutationen der obigen Ausführungsformen, Variationen und Methoden möglich, die ein Fachmann ohne Weiteres durchführen könnte. Zu jeder Kombination und Permutation gehören ein entsprechendes Taktdiagramm und eine Logikschaltung für die globalen Steuersignale, die durch Modifikationen des Taktdiagramms von und der Logikschaltschemas von bis konstruiert werden können, wie unten beschrieben und von einem Fachmann leicht durchführbar.
  • Erzeugung der Steuersignale
  • Die verschiedenen globalen Steuersignale RST, SEL, TF, DIN(1), DIN(0), SAM1, SAM2, SAM3, SAM4 und SUB können in einer Schaltung erzeugt werden, die als Zeilendekodierer 20 bekannt ist. und zeigen eine Ausführungsform einer Logik zum Erzeugen der Signale DTN(1), DIN(0), SEL, TF, SAM1, SAM2, SAM3, SAM4 und RST gemäß dem Taktdiagramm von . Die Logik kann eine Mehrzahl von Komparatoren 350 umfassen, deren einer Eingang mit einem Zähler 352 verbunden ist und deren anderer Eingang mit einem festverdrahteten Signal, das einen unteren Zählwert und einen oberen Zählwert umfassen kann. Der Zähler 352 erzeugt abfolgend einen Zählwert. Die Komparatoren 350 vergleichen den aktuellen Zählwert mit dem unteren Zählwert und dem oberen Zählwert. Wenn der aktuelle Zählwert zwischen dem unteren und oberen Zählwert liegt, geben die Komparatoren 350 eine logische 1 aus. Der obere und untere Zählwert für jedes der Steuersignale können für eine von abweichende Taktung modifiziert werden, wie ein Fachmann leicht nachvollziehen kann. Um beispielsweise die in gezeigte Taktung der Signale SAM1, SAM2, SAM3 und SAM4 zu unterstützen, die von insoweit abweicht, als dass die Abtastung durch das SAM3-Signal zeitgleich mit der Abtastung durch das SAM1-Signal anstatt zeitlich mit dem SAM2-Signal stattfindet, kann die Logikschaltung in dahingehend modifiziert werden, dass der Puffer, der das SAM3-Signal treibt, Eingaben vom SAM1-Signal anstatt vom SAM2-Signal empfängt.
  • Die Komparatoren 350 sind mit einer Mehrzahl von ODER-Gattern 358 verbunden. Die ODER-Gatter 358 sind mit den Latches 360 verbunden. Die Latches 360 stellen die entsprechenden Signale DIN(1), DIN(0), SEL, TF, SAM1, SAM2, SAM3, SAM4 und RST bereit.
  • Die Latches 360 schalten zwischen einer logischen 0 und einer logischen 1 um, entsprechend der Logik, die sich aus den ODER-Gattern 358, den Komparatoren 350 und dem aktuellen Zählwert des Zählers 352 ergibt. Die festverdrahteten Signale des mit dem DIN(1)-Latch gekoppelten Komparators können zum Beispiel einen Zählwert von 1 und einen Zählwert von 22 enthalten. Wenn der Zählwert des Zählers größer oder gleich 1 aber kleiner als 22 ist, liefert der Komparator 350 eine logische 1, wodurch der DIN(1)-Latch 360 eine logische 1 ausgibt. Die unteren und oberen Zählwerte bestimmen die Sequenz und Dauer der in gezeigten Pulse.
  • Der Sensor 10, 10', 10'', 11, 11' kann eine Mehrzahl von Reset-Treibern RST(n) und Transfer-Treibern TF(n) 374 umfassen, wobei jeder Treiber 374 mit einer Pixelzeile und dem Ausgang eines UND-Gatters 375 verbunden ist. zeigt eine Einheit der Ausgangsschaltung eines Zeilendekodierers zwischen einer Pixelzeile und einer Schaltung, wie in – gezeigt. stellt den Betrieb der Schaltung von dar. Die Signale RSTEN(n), SELEN(n) und TFEN(n) werden vom Zeilendekodierer 20 generiert und können zu jedem Zeitpunkt jeweils den logischen Wert '1' oder '0' annehmen. Eine '1' ermöglicht es dem entsprechenden Signal RST(n), SEL(n) oder TF(n), ein über die globalen Steuersignale RST, SEL und TF empfangenes Impulssignal zu übermitteln. Darüber hinaus sind die Signale RST[n] 20 und TF[n] 374 bei ansteigenden Flanken des IN-Signals jeweils kapazitiv an einen höheren Spannungspegel gekoppelt, wie in gezeigt, nachdem ein Tristate-Puffer 374 RST(n) bzw. TF(n) hoch treibt und anschließend in einen Tristate.
  • Theorie des Betriebs
  • Im Folgenden wird ein Rauschunterdrückungseffekt, der mit den gemäß dem ersten Rausch- und dem ersten Normalisierungsverfahren betriebenen Bildsensoren 10, 10', 10'', 11, 11' erreicht wird, unter Bezugnahme auf die in gezeigte Abtastsequenz erläutert. Im Anschluss wird nachgewiesen, dass das zweite und vierte Rausch- und Normalisierungsverfahren äquivalent zum ersten Rausch- und ersten Normalisierungsverfahren sind.
  • Es soll ΔnQB die temporäre Rauschladung am gemeinsamen Knoten zwischen dem Speicherknoten 115, dem Abtastknoten 111 und dem Kanal des Transferschalters 117 bei Schritt 302 bezeichnen, ΔnQC2 die temporäre Rauschladung am Abtastknoten bei Schritt 304 und ΔnQC1 die temporäre Rauschladung am Speicherknoten bei Schritt 304. Dies sind temporäre Rauschladungen, die sich auf das erste Bild auswirken (d. h. das Rauschsignal).
  • Es soll ΔnQD1 die temporäre Rauschladung am Speicherknoten 115 bei Schritt 310 bezeichnen, ΔnQD2 die temporäre Rauschladung am Abtastknoten 111 bei Schritt 310 und ΔnQE die temporäre Rauschladung am gemeinsamen Knoten zwischen Speicherknoten 115, Abtastknoten 111 und dem Kanal des Transferschalters 177 bei Schritt 312. Dies sind temporäre Rauschladungen, die sich auf das zweite Bild auswirken (d. h. das normalisierte Lichtreaktionssignal).
  • Im ersten Bild stehen die temporären Rauschladungen in folgender Beziehung: ΔnQB – ΔnQC2 = ΔnQC1, aufgrund der Ladungserhaltung. Im zweiten Bild stehen die temporären Rauschladungen in folgender Beziehung: ΔnQC1 + ΔnQD2 = ΔnQE, aufgrund der Ladungserhaltung. Durch Eliminierung von ΔnQC1 in beiden Gleichungen ergibt sich: ΔnQE – ΔnQD2 – ΔnQB + ΔnQC2 = 0.
  • Die temporären Rauschladungen ΔnQE, ΔnQD2, ΔnQB und ΔnQC2 resultieren in den entsprechenden temporären Rauschspannungen ΔnVGE, ΔnVGD2, ΔnVAB und ΔnVAC2, die über die folgenden Beziehungen mit der jeweiligen Rauschladung verknüpft sind: –ΔnQE = CTotal·ΔnVGE, –ΔnQD2 = CAbtast·ΔnVGD2, –ΔnQB = CTotal·ΔnVAB und –ΔnQC2 = CAbtast·ΔnVAC2. CAbtast ist die Kapazität am Abtastknoten 111. CTotal ist die Gesamtkapazität von Speicherknoten 115 und Abtastknoten 111 sowie Kanal-Gate-, Drain-Gate- und Source-Gate-Kapazität des Transferschalters 117. Es gilt hier VGE = VG – VE, VGD2 = VG – VD2, VAB = VA – VB und VAC2 = VA – VC2.
  • Gemäß dem ersten Rausch- und dem ersten Normalisierungsverfahren werden VAB & VAC2 gebildet, die erste und zweite Rauschdifferenz, sowie VGE & VGD2, die erste und zweite Normalisierungsdifferenz. Für das dritte Bild (d. h. das entrauschte Signal) gilt I3 = I2 – I1 = [CTotal·VGE – CAbtast·VGD2] – [CTotal·VAB – CAbtast·VAC2], wobei I1 = CTotal·VAB – CAbtast·VAC2 und I2 = CTotal·VGE – CAbtast·VGD2. Das temporäre Rauschen ist ΔnI3 = [CTotal·ΔnVGE – CAbtast·ΔnVGD2] – [CTotal·ΔnVAB – CAbtast·ΔnVAC2] = –(ΔnQE – ΔnQD2 – ΔnQB + ΔnQC2) = 0. In I3 ist CTotal·VGE der einzige Term, der von der Belichtung abhängt. Daher hängt I3 von VGE ab und enthält keine temporären Schaltgeräusche, die beim Schalten der Reset- und Transfertransistoren entstehen.
  • Analog werden gemäß dem zweiten Rausch- und zweiten Normalisierungsverfahren VAB & VBC2 gebildet, die erste und dritte Rauschdifferenz, sowie VGE & VED2, die erste und dritte Normalisierungsdifferenz. Es gilt hierbei VBC2 = VB – VC2 und VED2 = VE – VD2. Für das dritte Bild ergibt sich: I3 = [CTotal·VGE – CAbtast·VGE – CAbtast·VGD2 + CAbtast·VGE] – [CTotal·VAB – CAbtast·VAB – CAbtast·VAC2 + CAbtast·VAB] = [(CTotal – CAbtast)·VGE – CAbtast·(VGD2 – VGE)] – [(CTotal – CAbtast)·VAB – CAbtast·(VAC2 – VAB)] = [(CTotal – CAbtast)·VGE – CAbtast·VED2] –[(CTotal – CAbtast)·VAB – CAbtast·VBC2] = I2 – I1.
  • Hierbei gilt I1 = [(CTotal – CAbtast)·VAB – CAbtast·VBC2] und I2 = [(CTotal – CAbtast)·VGE – CAbtast·VED2].
  • Analog werden gemäß dem dritten Rausch- und dritten Normalisierungsverfahren VBC2 & VAC2 gebildet, die dritte und zweite Rauschdifferenz, sowie VED2 & VGD2, die dritte und zweite Normalisierungsdifferenz. Wird VGE = VGD2 – VED2 eingesetzt, ergibt sich: I2 = CTotal·VGE – CAbtast·VGD2 = (CTotal – CAbtast)·VGD2 – CTotal·VED2.
  • Nur der zweite Term von I2 hängt von der Belichtung ab. Wird VAB = VAC2 – VBC2 eingesetzt, ergibt sich: I1 = (CTotal – CAbtast)·VAC2 – CTotal·VBC2.
  • Für das dritte Bild erhält man I3 = I2 – I1 = [(CTotal – CAbtast)·VGD2 – CTotal·VED2] – [(CTotal – CAbtast)·VAC2 – CTotal·VBC2].
  • Kalibrierung
  • Zur Ermittlung eines geeigneten Satzes von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen für das gewählte Rausch- und Normalisierungsverfahren, z. B. der Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen COEF1, COEF2 in oder , des ersten und zweiten Kapazitätswert der Dreifachabtastschaltung 150'' für die dreifach abtastende Lichtleseschaltung 16'' des Bildsensors 10'' in oder äquivalenter Größen für die anderen Ausführungsformen kann eine Kalibrierung durchgeführt werden. Im Folgenden wird ein Kalibrierungsverfahren zur Ermittlung eines geeigneten Satzes von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen beschrieben.
  • Für jedes Pixel einer Vielzahl von Pixeln mit übereinstimmender Anordnung und Ausrichtung wird eine Differenz aus einem Paar entrauschter Signale gebildet, wobei jedes entrauschte Signal erzeugt wird, indem ein Rauschsignal und anschließend ein normalisiertes Lichtreaktionssignal erzeugt und daraufhin das Rauschsignal vom normalisierten Lichtreaktionssignal subtrahiert wird. Die Differenz enthält temporäres Restrauschen, allerdings nicht der Mittelwert des entrauschten Signals. Es wird jeweils das Quadrat der Differenzen für die Vielzahl der Pixel und dann die Summe dieser Quadrate gebildet. Da das temporäre Restrauschen eines Pixels unabhängig von dem der anderen Pixel ist, stellt die Summe der Quadrate eine gute Annäherung eines Mehrfachen der Varianz des Restrauschens der Pixel dar, d. h. 2Nσ2, wobei N die Anzahl der Pixel und σ2 die Varianz ist.
  • Für die Mehrzahl von Pixeln wird die Summe der Quadrate für jeden von zwei verschiedenen Sätzen von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen ermittelt. Die beiden Summen werden normalisiert, indem sie durch das Quadrat einer zu dem entrauschten Signal proportionalen Zahl dividiert werden, das sich mit dem entsprechenden Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen sowie einer festgelegten Belichtungsdauer und Beleuchtung der Pixel ergeben würde. Es wird derjenige Satz bevorzugt, der eine kleinere normalisierte Summe der Quadrate liefert. Dieses Verfahren kann für mehr als zwei Sätze von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen durchgeführt werden, um einen für die Erzeugung des entrauschten Signals der Vielzahl von Pixeln geeigneten Satz von Skalierungsfaktoren zu finden.
  • zeigt beispielhaft die Anordnung von Pixeln zweier unterschiedlicher Ausrichtungen in einer Matrix. In ungeraden Spalten weisen die Fotodioden und Transferschalter die eine Ausrichtung auf, in geraden Spalten die andere. Aufgrund der Asymmetrie der beiden unterschiedlichen Pixelgruppen besteht zwischen den Gruppen tendentiell eine systematische Abweichung der Kapazitäten und anderen elektrischen Eigenschaften. Innerhalb einer jeweiligen Gruppe sorgt die strukturelle Gleichheit der Pixel dagegen für nur minimale Abweichungen. Daher sollte eine Kalibrierung durchgeführt werden, die für jede Gruppe jeweils einen geeigneten Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen liefert, so dass jede Gruppe im Rahmen des Rausch- und Normalisierungsverfahrens den entsprechenden Satz verwenden kann.
  • zeigt ein anderes Beispiel einer Anordnung von Pixeln zweier unterschiedlicher Ausrichtungen in einer Matrix. stellt eine Matrix von 3 auf 2 Fotodioden 100a, 100b und Transferschaltern 117a, 117b dar, entsprechend dem Schaltschema von , wo sich jeweils zwei Fotodioden 100a, 100b über die Transferschalter 117a, 117b einen Abtastknoten 111 teilen. Jedes Pixel umfasst eine Fotodiode 100a oder 100b und einen Transferschalter 117a oder 117b, und jeweils zwei Pixel teilen sich einen Resetschalter 112, einen Ausgangstransistor 116 und einen Auswahlschalter 114. In ungeraden Zeilen weisen die Fotodioden und Transferschalter die eine Ausrichtung auf und in geraden Zeilen die andere. Aus dem gleichen Grund wie im obigen Fall sollte eine Kalibrierung durchgeführt werden, die für jede Gruppe jeweils einen geeigneten Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen liefert, so dass jede Gruppe im Rahmen des Rausch- und Normalisierungsverfahrens den entsprechenden Satz verwenden kann.
  • Alternativ können für ein jeweiliges Pixel mehr als zwei Entrauschungssignale erzeugt werden, indem für mehrere Paare von entrauschten Signalen Differenzen und Quadrate gebildet werden und die Quadrate zu einer Summe von Quadraten aufsummiert werden. Solche Summen von Quadraten können für mehrere ähnliche Pixel wiederum aufaddiert werden, so dass sich eine endgültige Summe von Quadraten ergibt. Dieser Vorgang wird in und dargestellt. Bezogen auf bezeichnet q jeweils einen anderen Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen und p jeweils eine andere Gruppe ähnlicher Pixel, wobei Z verschiedene Sätze von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen und P verschiedene Pixelstrukturen vorhanden sind. Das im Ablaufdiagramm von dargestellte Verfahren wird für jede Kombination von p und q durchgeführt. Für jedes Pixel in der Pixelgruppe p werden nach dem Ablaufdiagramm von N + 1 entrauschte Signale erzeugt. Für jedes der aufeinanderfolgenden Paare von entrauschten Signalen eines Pixels in der Gruppe wird die Differenz und das Quadrat gebildet. Die N Quadrate werden summiert, und anschließend können die Summen der einzelnen Pixel innerhalb der Gruppe erneut summiert werden.
  • Im Folgenden wird ein alternatives Verfahren beschrieben.
  • Zum Vergleich zweier unterschiedlicher Sätze von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen werden wiederholt erste und zweite Bilder erfasst, während der Bildsensor im Dunkeln oder bei ausreichend schwacher Beleuchtung gelassen wird, so dass die Belichtung entweder zu einem gegenüber dem Resetrauschen vernachlässigbaren Lichtreaktions-Ausgangssignal eines Pixels 14 der Pixelanordnung 12 führt oder eine gegenüber dem Resetrauschen vernachlässigbare Änderung des Lichtreaktions-Ausgangssignals bewirkt, z. B. aufgrund von Schrotrauschen. Für jedes (einer oder mehrerer) Pixel wird ein entrauschtes Signal aus jedem einer Anzahl von Paaren aus erstem und zweitem Bild gebildet, bevorzugt von 9 oder mehr Paaren. Jedes entrauschte Signal wird normalisiert, indem durch eine zu dem entrauschten Signal proportionale Zahl dividiert wird, das keinen DC-Offset aufweist und sich mit dem entsprechenden Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen ergeben würde, wenn eine bestimmte nicht vernachlässigbare Beleuchtung des Pixels bzw. der Pixel festgelegt wird. Es wird die Varianz der normalisierten entrauschten Signale ermittelt. Es wird derjenige Satz von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen bevorzugt, der eine kleinere Varianz liefert. Dieses Verfahren kann für mehr als zwei Sätze von Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen wiederholt werden, um einen zur Erzeugung des entrauschten Signals geeigneten Satz von Skalierungsfaktoren zu finden.
  • Der Bildsensor kann eine Schaltung zur Steuerung der wiederholten Erfassung des ersten und zweiten Bilds sowie der Anpassung der Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen aufweisen, die im Rausch- und Normalisierungsverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ können die Skalierungsfaktoren mit Vorzeichen durch ein Steuersignal eines externen Controllers (nicht gezeigt) oder Computers (nicht gezeigt) angepasst werden.
  • Jedes dieser Kalibrierungsverfahren kann entweder vollständig im Bildsensor oder teilweise im Bildsensor und teilweise im externen Prozessor durchgeführt werden. Alternativ kann ein Teil dieses Verfahrens auf einem getrennten Computer und/oder durch Steuersignale eines getrennten Computers durchgeführt werden.
  • Daten, die einem Satz von Verstärkungsfaktoren entsprechen, können in einem nichtflüchtigen Speicher, als Konfiguration von Fuses oder Antifuses oder auf einem getrennten Gerät gespeichert werden, das im Bilderfassungssystem enthalten ist oder damit verwendet werden kann, z. B. der externe Prozessor 72 oder eine Speicherkarte wie gängige Flash-Speicherkarten.
  • Abschließende Bemerkungen
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zwar bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt wurden, diese aber lediglich illustrativen Zwecken dienen und die Interpretation der Erfindung nicht einschränken, und dass diese Erfindung nicht auf die speziellen Konstruktionsweisen und Anordnungen beschränkt ist, die beschrieben und dargestellt wurden, da ein Fachmann verschiedene Modifikationen ableiten kann.
  • Obwohl zum Beispiel Verschränkungsmethoden (Interleaving) gezeigt und beschrieben werden, die komplette Zeilen eines Bildes einbeziehen, sollte klar sein, dass die Daten auch auf eine Weise verschränkt werden können, bei der weniger als eine komplette Zeile oder mehr als Zeile einbezogen wird. Als Beispiel könnte so eine Hälfte der ersten Zeile von Bild A übertragen werden, danach eine Hälfte der ersten Zeile von Bild B, danach die zweite Hälfte der ersten Zeile von Bild A, und so weiter. Ebenso könnten erst die ersten zwei Zeilen von Bild A übertragen werden, danach die ersten beiden Zeilen von Bild B, danach die dritte und vierte Zeile von Bild A, und so weiter.

Claims (10)

  1. Bildsensor, umfassend: einen Fotodetektor; einen Ausgangstransistor mit einem Gate, das zum Empfangen eines Signal von diesem Fotodetektor angekoppelt ist; einen Resettransistor mit einem Drain, der zum Zurücksetzen eines Gates dieses Ausgangstransistors angekoppelt ist; einen Transfertransistor, der zum Übertragen dieses Signals des Fotodetektors zu besagtem Gate angekoppelt ist; eine Abtastschaltung, die zum Empfangen eines Ausgangssignals des Ausgangstransistors angekoppelt ist; und eine Steuerschaltung mit einer Anzahl von Konfigurationen, darunter: eine erste Konfiguration, um den Resettransistor in einen ersten Triodenbereich zu schalten, so dass der Ausgangstransistor ein abgetastetes erstes Referenzausgangssignal bereitstellt; eine zweite Konfiguration, um den Resettransistor in einen ersten ausgeschalteten Zustand und den Transfertransistor in einen zweiten Triodenbereich zu schalten, so dass der Ausgangstransistor ein abgetastetes gemeinsames Resetausgangssignal bereitstellt; eine dritte Konfiguration, um den Transfertransistor in einen zweiten ausgeschalteten Zustand zu schalten, so dass der Ausgangstransistor ein abgetastetes erstes Abtastknoten-Resetausgangssignal bereitstellt; eine vierte Konfiguration, um die Abtastschaltung so zu schalten, dass sie das abgetastete erste Referenzausgangssignal abtastet und speichert, wenn sich der Resettransistor in besagtem ersten Triodenbereich befindet; eine fünfte Konfiguration, um die Abtastschaltung so zu schalten, dass sie das abgetastete gemeinsame Resetausgangssignal abtastet und speichert, wenn sich der Transfertransistor in besagtem zweiten Triodenbereich befindet; und eine sechste Konfiguration, um die Abtastschaltung so zu schalten, dass sie das abgetastete Abtastknoten-Resetsignal abtastet und speichert, wenn sich der Transfertransistor im zweiten ausgeschalteten Zustand befindet.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Konfiguration zur Bildung einer gewichteten Differenz des abgetasteten ersten Referenzausgangssignals, des abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignals und des abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Konfiguration zur Bildung einer ersten Differenz eines ersten Paars besagter abgetasteter Ausgangssignale.
  4. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei besagte erste Differenz eine Differenz des abgetasteten ersten Referenzausgangssignals und des abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignals ist.
  5. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei besagte erste Differenz eine Differenz des abgetasteten ersten Referenzausgangssignals und des abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals ist.
  6. Bildsensor nach Anspruch 3, wobei besagte erste Differenz eine Differenz des abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignals und des ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals ist.
  7. Bildsensor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: eine Konfiguration zur Bildung einer zweiten Differenz eines zweiten Paars besagter abgetasteter Ausgangssignale, und eine Konfiguration zur Bildung einer Differenz der besagten ersten und zweiten Differenz.
  8. Verfahren zur Auslöschung von Rauschen in einem Bildsignal, das von einem Fotodetektor erzeugt wird, der über einen Transferschalter mit einem Abtastknoten verbunden ist, umfassend: Abtasten eines abgetasteten ersten Referenzausgangssignals; Abtasten eines abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignals; Abtasten eines abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignals; Abtasten eines abgetasteten zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignals; Abtasten eines abgetasteten Lichtreaktions-Ausgangssignals; Abtasten eines abgetasteten zweiten Referenzausgangssignals; und Erzeugen eines entrauschten Bildsignals aus dem abgetasteten ersten und zweiten Referenzausgangssignal, dem abgetasteten ersten und zweiten Abtastknoten-Resetausgangssignal, dem abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignal und dem abgetasteten Lichtreaktions-Ausgangssignal.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Erzeugen eines Rauschsignals aus dem abgetasteten ersten Referenzausgangssignal, dem abgetasteten ersten Abtastknoten-Resetausgangssignal und dem abgetasteten gemeinsamen Resetausgangssignal.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das abgetastete erste Referenzausgangssignal, das abgetastete erste Abtastknoten-Resetausgangssignal und das abgetastete gemeinsame Resetausgangssignal für die besagte Erzeugung des Rauschsignals jeweils einen anderen Skalierungsfaktor mit Vorzeichen erhalten.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8451348B2 (en) 2008-12-16 2013-05-28 Hiok Nam Tay Noise-cancelling image sensors
FR2942093B1 (fr) * 2009-02-06 2011-04-15 Trixell Sas Procede de correction d'images obtenues par une matrice de points photosensibles.
US8649594B1 (en) * 2009-06-04 2014-02-11 Agilence, Inc. Active and adaptive intelligent video surveillance system
US20120049041A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-01 International Business Machines Corporation Switched rail circuitry and modified cell structure and method of manufacture and use
US8830334B2 (en) * 2010-11-30 2014-09-09 Aptina Imaging Corporation Systems and methods for providing shiftable column circuitry of imager pixel arrays
JP2013062611A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Sony Corp 固体撮像素子およびカメラシステム
JP6056126B2 (ja) 2011-10-21 2017-01-11 ソニー株式会社 固体撮像装置およびカメラシステム
US10197501B2 (en) 2011-12-12 2019-02-05 Kla-Tencor Corporation Electron-bombarded charge-coupled device and inspection systems using EBCCD detectors
JP5990080B2 (ja) * 2012-10-05 2016-09-07 キヤノン株式会社 撮像システム、および撮像システムの駆動方法
JP6149408B2 (ja) * 2013-01-29 2017-06-21 株式会社リコー 固体撮像素子、画像読取装置及び画像形成装置
CN103986927B (zh) * 2013-02-08 2016-04-06 豪威科技股份有限公司 用于传感器故障检测的***及方法
US9767986B2 (en) 2014-08-29 2017-09-19 Kla-Tencor Corporation Scanning electron microscope and methods of inspecting and reviewing samples
US10748730B2 (en) 2015-05-21 2020-08-18 Kla-Tencor Corporation Photocathode including field emitter array on a silicon substrate with boron layer
WO2017022451A1 (ja) * 2015-07-31 2017-02-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
US10462391B2 (en) 2015-08-14 2019-10-29 Kla-Tencor Corporation Dark-field inspection using a low-noise sensor
US10778925B2 (en) 2016-04-06 2020-09-15 Kla-Tencor Corporation Multiple column per channel CCD sensor architecture for inspection and metrology
US10313622B2 (en) 2016-04-06 2019-06-04 Kla-Tencor Corporation Dual-column-parallel CCD sensor and inspection systems using a sensor
US9998700B1 (en) 2016-12-05 2018-06-12 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor failure detection
US10943760B2 (en) 2018-10-12 2021-03-09 Kla Corporation Electron gun and electron microscope
KR20200098024A (ko) 2019-02-11 2020-08-20 삼성전자주식회사 이미지 센서의 펄스 생성기 및 이의 구동 방법
JP2021023680A (ja) * 2019-08-07 2021-02-22 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 信号処理デバイス
CN110501691B (zh) * 2019-08-13 2022-03-08 Oppo广东移动通信有限公司 Tof模组的噪声滤除方法、tof模组及装置
JP7446182B2 (ja) * 2020-08-26 2024-03-08 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及びノイズ影響低減方法
CN112422955B (zh) * 2020-10-27 2022-08-12 西安微电子技术研究所 一种用于cmos图像传感器的adc固有噪声分析方法
US11330145B1 (en) 2021-06-10 2022-05-10 Bank Of America Corporation Image processing edge device for document noise removal
US20240014825A1 (en) * 2022-07-11 2024-01-11 Applied Materials, Inc. Algorithm for accurately converting a wide range of photo signals into an electrical current

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6714239B2 (en) * 1997-10-29 2004-03-30 Eastman Kodak Company Active pixel sensor with programmable color balance
US6369853B1 (en) * 1997-11-13 2002-04-09 Foveon, Inc. Intra-pixel frame storage element, array, and electronic shutter method suitable for electronic still camera applications
US6243134B1 (en) * 1998-02-27 2001-06-05 Intel Corporation Method to reduce reset noise in photodiode based CMOS image sensors
US6885396B1 (en) * 1998-03-09 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Readout circuit with gain and analog-to-digital a conversion for image sensor
KR19990084630A (ko) * 1998-05-08 1999-12-06 김영환 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법
JP2000165764A (ja) * 1998-09-24 2000-06-16 Alps Electric Co Ltd ディジタルテレビジョン信号受信ユニット
EP0999698B1 (de) * 1998-11-02 2013-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und entsprechendes Resetverfahren
US6850278B1 (en) * 1998-11-27 2005-02-01 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus
JP3592106B2 (ja) * 1998-11-27 2004-11-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
US6965408B2 (en) * 2000-02-28 2005-11-15 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup device having a photoelectric conversion unit and a punch-through current suppression circuit
JP3667214B2 (ja) * 2000-08-25 2005-07-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法
US6855937B2 (en) * 2001-05-18 2005-02-15 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus
JP3827146B2 (ja) * 2001-09-12 2006-09-27 ソニー株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
US20030076431A1 (en) * 2001-10-24 2003-04-24 Krymski Alexander I. Image sensor with pixels having multiple capacitive storage elements
US6795117B2 (en) * 2001-11-06 2004-09-21 Candela Microsystems, Inc. CMOS image sensor with noise cancellation
US20030193594A1 (en) * 2002-04-16 2003-10-16 Tay Hiok Nam Image sensor with processor controlled integration time
JP3621400B2 (ja) * 2003-03-03 2005-02-16 松下電器産業株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP4337373B2 (ja) * 2003-03-13 2009-09-30 株式会社ニコン 固体撮像素子及びそれを用いた固体撮像装置
JP4154268B2 (ja) * 2003-03-27 2008-09-24 キヤノン株式会社 撮像装置
JP4380403B2 (ja) * 2004-04-22 2009-12-09 ソニー株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
KR100672993B1 (ko) * 2005-01-19 2007-01-24 삼성전자주식회사 자가 승압 기능을 갖는 이미지 센서, 자가 승압 방법 및상기 이미지 센서 형성 방법
US7282685B2 (en) * 2005-04-14 2007-10-16 Micron Technology, Inc. Multi-point correlated sampling for image sensors
JP5320659B2 (ja) * 2005-12-05 2013-10-23 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP2008017100A (ja) * 2006-07-05 2008-01-24 Olympus Corp 固体撮像装置
US7929035B2 (en) * 2007-03-08 2011-04-19 Imagerlabs, Inc. Ultra low noise CMOS imager
WO2008150283A1 (en) * 2007-05-21 2008-12-11 Micron Technology, Inc. Suppression of row-wise noise in cmos image sensors
BRPI0816352A2 (pt) * 2007-09-05 2015-02-24 Hiok Nam Tay Sensor de imagem; método para criar um valor de pixel para um sensor de imagem
JP4424753B2 (ja) * 2007-12-28 2010-03-03 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法
JP4735684B2 (ja) * 2008-08-26 2011-07-27 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法
US8451348B2 (en) 2008-12-16 2013-05-28 Hiok Nam Tay Noise-cancelling image sensors

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SG172124A1 (en) 2011-07-28
TWI507034B (zh) 2015-11-01
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TW201611611A (zh) 2016-03-16
US20130222653A1 (en) 2013-08-29
JP2012512555A (ja) 2012-05-31
JP2015111927A (ja) 2015-06-18
US8730358B2 (en) 2014-05-20

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