产生图像的方法和线性传感器照相机的制作方法_3

文档序号:9292075阅读:来源:国知局
由运动速度限定的周期IY来周期性地建立所有的信号。读取时段在图3中是可见的,并且标记为CYC1、CYC2和CYC3。每个周期顺序地包括以下操作:在任意时刻能够任意进行的周期开始,并且在本示例中,认为开始是通过存储节点重新预置信号RST的开始来限定的:
[0049]-发出用于重新预置存储节点电位的高逻辑电平RST,并且因此清空在这个节点中存在的电荷;然后返回至信号RST的零;
[0050]-然后发出关闭断路器KR的采样脉冲SHR,并且将电容器Cr充电至存在于列导体上的重新预置电位电平;
[0051]-然后发出导通传输晶体管Tl的传输脉冲TGl;在前一周期期间由光电二极管累积的电荷(由于前一周期的脉冲TGl结束)被传输至存储节点;
[0052]-然后发出采样脉冲SHS,其关闭断路器KS,并且在传输TGl之后,将电容器Cs充电至表示存储节点电位的电位。
[0053]注意:行SEL,如果存在的话,至少在脉冲SHR和SHS期间被激活(晶体管T4导通)。
[0054]模数转换CONVl发生在周期结束时,采样SHS之后,并且主要在下一周期期间,因为其花费特定的时间。这使分别针对周期CYC1、CYC2和CYC3的传感器信号电平Ssl、Ss2和Ss3达到峰值。
[0055]根据本发明,例如在形成数字处理器DSP的部件的数字多路复用器MLT (图2)中,从传感器发出的数字信号Ss被乘以期望的累积时间与读取时段的持续时间的比值TiD/IY。
[0056]因此,照相机包括乘法装置,其设置在每个周期,并且针对每个像素提供照度测量电平Sc,所述照度测量电平Sc与乘以了期望的累积持续时间TiD与行读取时段?\的比值的传感器的输出信号电平Ss成比例。
[0057]提供的电平Sc补偿了持续时间IY(其从一个周期至另一个周期可能变化),使得在相同的照明条件下,即使存在速度波动,用户也看不出任何亮度差异。
[0058]在之前所示的实际示例中,具有对应于10微秒的读取时段Tbllin的标称运动速度,并具有选择的等于相同值的期望的累积持续时间,照相机信号乘以?Υ_/?Υ,因此,如果实际速度以比值?Υ/?Υ_降低,则在减小的方向上进行补偿。
[0059]不仅对于具有有源像素的照相机可以采用这个原理,而且对于利用CXD技术(具有双栅电平)或者MOS技术(单栅电平)的无源像素的电荷传输照相机,也可以采用这个原理。
[0060]在之前的实施方案中,照相机利用单一工作模式,其中,有效的累积持续时间Ti独立于期望的累积持续时间TiD,因为其等于周期持续时间!Y。实际上,光电二极管将从传输脉冲TGl结束起,直到下一个传输脉冲结束为止的电荷累积。之后,全部的光电产生的电荷在存储节点中,并且光电二极管重新开始累积对应于下一周期的电荷。
[0061]在变体实施方案中,照相机不仅能够根据第一模式(不具有累积持续时间的控制)来工作,而且能够根据第二模式(具有累积持续时间的控制)来工作。而后,不具有控制的模式旨在主要用于较快的运动速度,因为其期望电荷的产生最大化;具有持续时间控制的模式旨在尤其用于较慢的运动速度,因为其期望避免通过过度延长的照度而在传感器的输出处有饱和的风险(饱和可能是像素饱和、模拟读取链饱和、或者模数转换器饱和)。
[0062]在图1的像素中,可以通过同时将传输电位(导体TGl上的正电平)传输至晶体管Tl并且将重新预置电位(导体RST上的正电平)传输至晶体管T2来进行累积持续时间的控制。然后,光电二极管中的电荷通过晶体管Tl和晶体管T2被排出至漏极,并且光电二极管被重新预置。有效的累积持续时间仅开始于这个排出结束时,而不在前一传输脉冲的时刻。
[0063]图4表示相应的时序图。其与图3的时序图类似,但是导体TGl上的脉冲添加在实际用于向存储节点传输有用电荷的脉冲之间;这个额外的脉冲通过阴影线来标记,以与其它的脉冲进行区分;这个额外的脉冲位于RST的高电平期间,而其它的脉冲位于存储节点的重新预置的瞬间之外。有效的累积时段Ti被限定在阴影线脉冲的结束与其后的非阴影线脉冲的结束之间。
[0064]或者,如果存在第五晶体管T5,则累积持续时间通过施加正电位电平至其栅极来调整,这样排空了已经在光电二极管中累积的电荷,并且只要其存在则防止电荷的新的累积。这个电平的下降沿位于两个传输脉冲的时段?Υ之间,并且在时间Ti (其从施加至栅极的电平的下降沿至传输脉冲TGl的下降沿为止)内持续进行电荷的累积。
[0065]图5表不相应的时序图。
[0066]在这个示例中,照相机能够因此根据图3的模式或者图4的模式来工作。因此,其具有用于在图4的情况下产生额外的脉冲TG1,或者在图5的情况下产生晶体管T5的控制信号的装置。这些控制装置接收关于期望的累积持续时间TiD的信息项,并且在时段1\内产生合适的控制时隙(slot),其限定有效累积时间Ti = Tino
[0067]当照相机在第二模式下工作时,传感器输出信号SS不再乘以Ti^ T啲比值,因为光的累积确实发生在期望累积时间内。由照相机提供的信号为不加权比值TiD/IY的由传感器提供的信号Ss。
[0068]图6象征性地概括了在两种模式下的工作方式:
[0069]-在图的上部,在读取的持续时间中进行累积,并且照相机的输出信号Sc加权了比值 TiD/TL;
[0070]-在图的下部,在小于行持续时间的持续时间Ti内进行累积,并且照相机的输出信号Sc不加权比值TiD/I;。
[0071]照相机包括用于排序之前附图的时序图中的信号的程序,并且这个程序根据读取时段?Υ的值自动地从一个模式切换至另一个模式,以这种方式,用户看不到模式的变化。
[0072]在确定的阈值IYs之下,照相机自动地在第一模式下工作,在这个阈值T u之上,照相机在第二模式下工作。
[0073]阈值的值依据传感器的技术特性和在其它地方已经调整的期望的累积持续时间。实际上,在具有累积时间控制的第二模式中,存在停滞时间TM,其用于保留采样和存储节点的电位的读取,在停滞时间Tm期间可能使电荷累积。在图4的时序图的情况下,这个停滞时间至少包括如下的持续时间:从用于将有用电荷传输至存储节点的脉冲开始直到采样脉冲SHS结束为止。
[0074]图7图示了这个停滞时间Tm的存在:重新预置脉冲(阴影线)不能在脉冲SHS结束之前开始,并且累积仅在重新预置脉冲结束时开始,所述重新预置脉冲确定了累计持续时间Ti的开始。因此,停滞时间Tm至少从传输脉冲(非阴影线)结束起,直到重新预置脉冲(阴影线)结束为止。在图7中,最大的累积持续时间Tiniax被表示为指定的持续时间1\:其等于ιγ-τΜ。
[0075]如果提供至照相机的期望的累积持续时间为TiD,则照相机确定读取时段的阈值,或者对于相同的运动速度阈值的量的多少,对于这个阈值照相机必须改变工作模式。阈值Tls等于 Ti D+TMo
[0076]对于小于IYs= Ti D+TM的T L,即使Tl不等于Ti D,照相机也利用等于?;的累积时间来工作,而不进行累积时间控制,并且将等于TiD/IY的补偿加权应用至传感器信号。对于大于或等于阈值1^的T L,照相机在第二模式下工作,并且不应用任何补偿加权。
[0077]如果传感器是在第一模式下(低于阈值Tls),而不是在第二模式下(高于阈值),以N行的TDI求和来进行工作的传感器,则阈值将也等于TiD+TM,其中TiD为在非TDI模式下估算的期望的累积持续时间;TiD等于N.T’ i D,其中T’ iD为在TDI模式下的期望的累积持续时间。
[0078]两种模式之间的转换是自动的,照相机具有对于阈值计算所需的信息(TL, TiD, Tm),并且被设计为在这个阈值处改变模式,模式的改变一方面包括改变排序时序图,另一方面包括加权或不加权比值TiD/I;。
[0079]然而,可能具有如下的风险:用户将传感器数字或模拟增益(其关于期望的累积持续时间)调整至传感器提供的值,对于某些像素,数字信号Ss有些过于接近传感器能够提供的最大值Ssmax0
[0080]如果在具有累积持续时间控制的模式下,数字信号Ss太接近最大值Ssmax,则切换至不具有控制的模式将引起累积持续时间增加,从TiD增加至Ti D+TM,因此,对于这些像素的仍很强的信号超过传感器输出信号的最高限度Ssmax。
[0081]实际上,在等于TiD的有效的累积持续时间超过阈值T u时照相机立即工作的情况下,具有读取持续时间Tls= Ti D+TM,而不是累积持续时间TiD。
[0082]但是在低于阈值时照相机立即工作的情况下,仍具有读取持续时间IYS,则现在具有等于读取持续时间的有效的累积持续时
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