專利名稱：Cmos圖像傳感器的光電信號處理電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，特別涉及互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )圖像傳感器的光電信號處理電路及光電信號處理 方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件，包括電荷耦 合器件(CCD, Charge Coupled Device)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器。
一般的CCD圖像傳感器包括將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光敏二極管陣列， 多個(gè)垂直的電荷耦合器件，形成在以矩陣型配置對準(zhǔn)的各垂直光敏二極管之 間，并垂直地傳送產(chǎn)自各光敏二極管的電荷。水平電荷耦合器件，用于水平 地傳送由各垂直電荷耦合器件傳送的電荷，以及讀出放大器，用于檢測和輸 出水平傳送的電荷。電荷耦合器件的缺陷在于驅(qū)動(dòng)方法復(fù)雜、高功耗以及需 要多級光刻處理的復(fù)雜制造工藝。另外，在電荷耦合器件中，難以將諸如控 制電路、信號處理器、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器這樣的互補(bǔ)電路集成到單芯片器件中， 因而，阻礙了利用這種圖像傳感器的緊湊型產(chǎn)品的發(fā)展，例如，數(shù)字照相機(jī) 和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
而與此相對地，CMOS圖像傳感器采用了利用控制電路和信號處理電路 作為外圍電路的CMOS技術(shù)，還采用了允許利用與排列的像素的數(shù)量對應(yīng)設(shè) 置的MOS晶體管順序檢測輸出而由此檢測圖像的開關(guān)技術(shù)。另夕卜，CMOS圖 像傳感器利用了 CMOS制造技術(shù)。因而，與CCD圖像傳感器相比，CMOS 圖像傳感器具有以下優(yōu)勢1)與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器工藝成本較低。2) CMOS圖像傳感器可以通過單一的電源操作，使得其耗電 比CCD圖像傳感器低。3) CMOS圖像傳感器可以將信號處理電路在電路集 成到傳感器芯片上，從而面積更小。
現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器通常包括3管結(jié)構(gòu)和4管結(jié)構(gòu)。4管像素單元 的結(jié)構(gòu)，通常包括三個(gè)晶體管和一個(gè)用于吸收入射光并轉(zhuǎn)換為光電流的光敏 二極管，如圖1所示，4管CMOS圖像傳感器包括光敏二極管PD、第一晶體 管T1、第二晶體管T2、第三晶體管T3和第四晶體管T4。光敏二極管正極接 地、負(fù)極與第四晶體管T4的源極相連；第一晶體管Tl的源極與第四晶體管 T4的漏極相連、第一晶體管Tl的柵極接收復(fù)位信號(RST)、漏極與第二晶 體管T2的漏極相連且與外圍電源電路相連以提供像素電壓VDDPIX;第二晶 體管T2的4冊極與第一晶體管Tl的源極相連、源;f及與第三晶體管T3的漏;敗相 連；第三晶體管T3的柵極接收行使能信號(ENX)、源極與電壓采樣電路相 連；第四晶體管T4的柵極與傳輸門相連。其中，第一晶體管T1的作用是提 供復(fù)位功能。第二晶體管T2的作用是作為跟隨器。第三晶體管T3的作用是 接收行使能信號。第四晶體管T4的作用是作為傳輸管。第一晶體管T1和第 四晶體管T4 一起導(dǎo)通時(shí)將像素電壓VDDPIX轉(zhuǎn)移給光敏二極管PD ,第三 晶體管T3和第四晶體管T4 一起導(dǎo)通時(shí)是將光敏二極管PD上的電荷轉(zhuǎn)移到 電壓采樣電路的電容上。但是，4管結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)過程比較復(fù)雜，并且由于 CMOS圖像傳感器的光敏性受光敏二極管所占的表面區(qū)域與CMOS圖像傳感 器的整個(gè)表面區(qū)域的比值度影響，因而像素單元的MOS管數(shù)量如果較多，就 會(huì)使每個(gè)像素單元的實(shí)際感光面積較小，從而影響圖像質(zhì)量。
相應(yīng)地，現(xiàn)有的3管像素單元的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括光敏二極管PD、 復(fù)位管T1、跟隨管T2和使能管T3，光敏二極管正才及接地，負(fù)極與復(fù)位管T1 的源極相連；復(fù)位管T1的柵極接收復(fù)位信號(RST)、漏極與跟隨管T2的漏 極相連且與外圍電源電路相連以提供像素電壓VDDPIX;跟隨管T2的柵極與
光敏二極管的負(fù)極相連、源極與使能管T3的漏極相連；使能管T3的柵極接 收行使能信號(ENX)、源極與電壓采樣電路相連。復(fù)位管Tl的作用是提供 復(fù)位功能，主要使光敏二極管PD的電壓復(fù)位。跟隨管T2的作用是作為跟隨 器。使能管T3的作用是當(dāng)接收到行使能信號為高時(shí)，將光敏二極管PD兩端 電壓輸送給采樣電路。相對于采用4管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器來說，3管 結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的感光面積會(huì)更大。
在例如專利號為ZL 02120295.8的中國專利中還能發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于CMOS 圖像傳感器的信息。
而現(xiàn)有3管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器進(jìn)行相關(guān)二次采樣來實(shí)現(xiàn)光電信號 處理的過程如下，結(jié)合圖2和圖3所示當(dāng)行復(fù)位信號RST為高電平時(shí)，復(fù) 位管T1導(dǎo)通，對電容C3進(jìn)行充電；當(dāng)行復(fù)位信號RST由高變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， 電容C3充電結(jié)束，基本接近于像素電壓VDDPIX;曝光過程中，光敏二極管 PD受光照影響，電阻值變小，電容C3開始放電J吏得電容C3上的電壓降低。 曝光結(jié)束后，行使能信號ENX由低變高，使能管T3導(dǎo)通，當(dāng)曝光采樣控制 信號SHS變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，對電容C2進(jìn)行充電，SHS變低后，行復(fù)位信號RST 變高電平，重新對電容C3進(jìn)行充電，當(dāng)行復(fù)位信號RST由高變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， 電容C3充電結(jié)束，基本接近于像素電壓VDDPIX。然后，復(fù)位采樣控制信號 SHR變成高電平時(shí)，對電容C1進(jìn)行充電，復(fù)位采用控制信號SHR變低后， 行使能信號ENX變低，充電結(jié)束，電容C1的電壓基本接近于電容C3的電壓， 此電壓約等于曝光前電容C3的電壓。然后將電容C1的電壓作為輸入信號， 電容C2的電壓作為參考信號，通過比較電容C1和電容C2的電壓來得到電 壓差，也就是將曝光前后光敏二極管的電壓變化來作為圖像輸出信號，來達(dá) 到光信號轉(zhuǎn)換成電信號的目的。但是，現(xiàn)有光電信號處理方法存在下列不足
1.由于作為參考電壓的電容Cl的電壓與曝光前光敏二極管的電壓并不 完全一致，而只是一個(gè)近似值，因而輸出的反映曝光前后光敏二極管電壓變
化的信號就不太精確，特別是在暗光下曝光時(shí)間比較長，復(fù)位管傳遞的像素 電壓會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致曝光前后光敏二極管復(fù)位后的電壓值相差較大，因而 相關(guān)二次采樣不精確，最終會(huì)影響圖像質(zhì)量。
2.在進(jìn)行光電信號處理的過程中需要進(jìn)行兩次復(fù)位，因而光電信號處理 的時(shí)間較長，傳感器的工作效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即是為了解決現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器相關(guān)二次采樣不精確的 問題。
本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器需要進(jìn)行兩次復(fù)位，因而效 率不高的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器的光電信號處理 電路，包括，
在接收的行復(fù)位信號為高電平時(shí)，對光敏二極管復(fù)位，并在接收的行使 能信號首次為高電平時(shí)，輸出曝光前光敏二極管電壓信號以及在接收的行使 能信號再次為高電平時(shí)，輸出曝光后光敏二極管電壓信號的像素單元；
在接收的復(fù)位采樣控制信號為高電平時(shí)，接收曝光前光敏二極管電壓信 號并輸出曝光前電壓采樣信號以及在接收的曝光采樣控制信號為高電平時(shí)， 接收曝光后光敏二極管電壓信號并輸出曝光后電壓采樣信號的電壓采樣電 路；
根據(jù)接收的曝光前電壓采樣信號及曝光后電壓采樣信號進(jìn)行比較，并將 比較結(jié)果作為圖像信號輸出的電壓比較電路。
所述電壓比較電路包括用于存儲所接收的曝光前電壓采樣信號的存儲器 以及用于調(diào)用存儲器存儲的曝光前電壓采樣信號并與所接收的曝光后電壓采 樣信號進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出的比較器。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，包 括下列步驟，
在光敏二極管曝光前，在行復(fù)位信號為高電平時(shí)對光敏二極管復(fù)位；
在光敏二極管曝光前，在行使能信號首次為高電平，且復(fù)位采樣控制信 號為高電平時(shí)采樣光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓信號；
在光敏二極管曝光后，在行使能信號再次為高電平，且在曝光采樣控制 信號為高電平時(shí)采樣曝光后光敏二極管電壓信號；
比較采樣的曝光后光敏二極管電壓信號與曝光前光敏二極管電壓信號， 并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 上述方案通過在曝光之前采樣光敏二極管的電壓，然后與曝光后采樣 得到的光敏二極管的電壓進(jìn)行比較，從而能夠精確地反映曝光前后光敏二極 管的電壓變化，使相關(guān)二次采樣更精確，提高傳感器圖像輸出信號的精確性， 從而使傳感器圖像質(zhì)量得到提高。
2. 上述方案進(jìn)行光電信號處理的過程中只需要進(jìn)行一次復(fù)位，節(jié)省了光 電信號處理的時(shí)間，提高了傳感器工作的效率。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器4管像素單元結(jié)構(gòu)圖2是現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器3管像素單元結(jié)構(gòu)圖3是現(xiàn)有技術(shù)3管結(jié)構(gòu)CMOS圖像傳感器信號處理時(shí)序圖4是本發(fā)明實(shí)施例CMOS圖像傳感器光電信號處理方法流程圖5是本發(fā)明實(shí)施例CMOS圖像傳感器光電信號處理電路結(jié)構(gòu)圖6是本發(fā)明實(shí)施例CMOS圖像傳感器光電信號處理時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法的實(shí)質(zhì)是在光敏二極管曝 光前后分別對于光敏二極管電壓進(jìn)行采樣，從而能夠精確地反映曝光前后光 敏二極管的電壓變化，實(shí)現(xiàn)精確相關(guān)二次采樣，提高傳感器圖像輸出信號的 精確性。
參照圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法包 括下列步驟，
步驟sl,在光敏二極管曝光前，在行復(fù)位信號為高電平時(shí)對光敏二極管 復(fù)位；
步驟s2，在光敏二極管曝光前，在行使能信號首次為高電平，且復(fù)位采
樣控制信號為高電平時(shí)采樣光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓
信號并暫存；
步驟s3,在光敏二極管曝光后，在行使能信號再次為高電平，且在曝光 采樣控制信號為高電平時(shí)采樣曝光后光^:二極管電壓信號；
步驟s4,比較采樣的曝光后光敏二極管電壓信號與曝光前光敏二極管電 壓信號，并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出。
參照圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例CMOS圖像傳感器光電信號處理電路包括，
在接收的行復(fù)位信號為高電平時(shí)，對光敏二極管復(fù)位，并在接收的行使 能信號首次為高電平時(shí)，輸出光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電 壓信號以及在接收的行使能信號再次為高電平時(shí)，輸出曝光后光敏二極管電 壓信號的像素單元10;
在接收的復(fù)位采樣控制信號為高電平時(shí)，接收曝光前光敏二極管電壓信 號并輸出曝光前電壓采樣信號以及在接收的曝光采樣控制信號為高電平時(shí)， 接收曝光后光敏二極管電壓信號并輸出曝光后電壓釆樣信號的電壓采樣電路20;
根據(jù)接收的曝光前電壓釆樣信號及曝光后電壓采樣信號進(jìn)行比較，并將 比較結(jié)果作為圖像信號輸出的電壓比較電路30。
下面以3管結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路為例來對于本 發(fā)明CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路以及光電信號處理方法進(jìn)行詳細(xì) 說明。
繼續(xù)參照圖5所示，像素單元10的作用是在光敏二極管PD曝光前，對 光敏二極管PD復(fù)位并將復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管的模擬電壓信號輸 出，以及在光敏二極管PD曝光后，將光敏二極管PD所接收的光轉(zhuǎn)換成模擬 電壓并作為曝光后光敏二極管PD的模擬電壓信號輸出。作為本發(fā)明的實(shí)施 例，像素單元10包括復(fù)位管Tl，光敏二極管PD，跟隨管T2，使能管T3， 以及電容C3。其中，光敏二極管PD正極接地，負(fù)極與復(fù)位管Tl的源極相連； 復(fù)位管Tl的柵極接收復(fù)位信號(RST)，漏極與跟隨管T2的漏極相連且與像 素電壓VDDPIX相連；跟隨管T2的柵極與光敏二極管PD的負(fù)極相連、源極 與使能管T3的漏極相連；使能管T3的柵極接收行使能信號(ENX)、源極與 電壓采樣電路11相連。電容C3的兩端分別接于光每文二極管PD的正4及和負(fù) 極。其中，復(fù)位管T1的作用是提供復(fù)位功能，主要使光敏二極管PD的電壓 復(fù)位。跟隨管T2的作用是作為跟隨器。使能管T3的作用是當(dāng)接收到行使能 信號為高時(shí)，將光敏二極管PD兩端電壓輸送給電壓采樣電路20。
電壓采樣電路20的作用是采樣像素單元IO輸出的曝光前光敏二極管PD 模擬電壓信號并輸出曝光前電壓采樣信號，以及采樣像素單元IO輸出的曝光 后光敏二極管的模擬電壓信號并輸出曝光后電壓采樣信號。電壓采樣電路20 包括復(fù)位電壓采樣電路(圖5中未標(biāo)示)和曝光電壓釆樣電路(圖5中未標(biāo) 示)，分別用以采樣所述的曝光前光敏二極管PD的模擬電壓信號和曝光后光 敏二極管PD的模擬電壓信號。作為本發(fā)明的實(shí)施例，復(fù)位電壓采樣電路包括根據(jù)復(fù)位采樣控制信號
SHR對于電容C1的充放電進(jìn)行控制的復(fù)位電壓采樣控制開關(guān)201,以及用以 存儲曝光前光敏二極管模擬電壓的電容C1，并且，所述的復(fù)位采樣控制開關(guān) 201和電容C1為串聯(lián)。更進(jìn)一步，為了使復(fù)位采樣電路輸出的曝光前電壓采 樣信號質(zhì)量更高，還可以在電容C1之后串聯(lián)具有放大功能的可編程增益放大 器(PGA, Programmable Gain Amplifier)(圖5中未顯示)?？删幊淘鲆娣糯?器將曝光前電壓采樣信號放大之后傳輸給電壓比較電路30。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，曝光電壓采樣電路包括根據(jù)曝光采樣控制信號 SHS對于電容C2的充放電進(jìn)行控制的曝光電壓采樣控制開關(guān)202，以及用以 存儲曝光后光^t二極管模擬電壓的電容C2，并且，所述的曝光采樣控制開關(guān) 202和電容C2為串聯(lián)。更進(jìn)一步，為了使曝光采樣電路輸出的曝光后電壓采 樣信號質(zhì)量更高，還可以在電容C2之后串聯(lián)具有放大功能的可編程增益放大 器(PGA， Programmable Gain Amplifier)(圖5中未顯示)?？删幊淘鲆娣糯?br> 電壓比較電路30的作用是接收電壓釆樣電路20輸出的曝光前電壓采樣 信號和曝光后電壓釆樣信號，并對這兩個(gè)信號進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為
光電信號處理電路的圖像輸出信號。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，電壓比較電路30包括用以將電壓采樣電路20輸 出的曝光前采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器302、用以將電壓采樣 電路20輸出的曝光后采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器301,用以 存儲經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器302轉(zhuǎn)換之后的曝光前光敏二極管的數(shù)字電壓信號的存儲 器303，以及用以對于曝光前光敏二極管電壓的數(shù)字電壓信號和曝光后光敏二 極管電壓的數(shù)字電壓信號進(jìn)行比較的比較器304。其中比較器304分別接收模 數(shù)轉(zhuǎn)換器301傳輸?shù)钠毓夂蠊饷舳O管的數(shù)字電壓信號和存儲器303傳輸?shù)?曝光前光敏二極管的數(shù)字電壓信號，并將比較結(jié)果作為光電信號處理電路的
圖像信號輸出。更進(jìn)一步，存儲器303可以是隨機(jī)存儲器(RAM)，比較器 304可以是相減器。
結(jié)合圖4、圖5和圖6所示，在CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路 進(jìn)行光電信號處理前，即在曝光前，需要先對于光敏二極管PD復(fù)位。當(dāng)復(fù)位 管Tl接收的行復(fù)位信號RST的電平為高時(shí)，復(fù)位管Tl導(dǎo)通，像素電壓 VDDPIX通過復(fù)位管Tl對電容C3進(jìn)行充電。此處所指的行復(fù)位信號RST為 高電平是行復(fù)位信號RST穩(wěn)定維持在復(fù)位管Tl的開啟電壓。因?yàn)殡娙軨3的 兩端分別接于光敏二極管PD的正極和負(fù)極，電容C3由于充電過程，存儲的 電荷越來越高，而光敏二極管PD兩端的電壓也越來越高，因此對于電容C3 的充電過程也是使光敏二極管PD兩端的電壓達(dá)到像素電壓VDDPIX的過程。 當(dāng)行復(fù)位信號RST的電平由高變?yōu)榈蜁r(shí)，復(fù)位管T1截止，對于電容C3的充 電結(jié)束，光敏二極管PD兩端的電壓也達(dá)到了像素電壓VDDPIX,對于光敏二 極管PD的復(fù)位過程也就此完成。并且，此時(shí)由于光敏二極管PD還未曝光， 因此電阻值極大，光敏二極管PD的負(fù)極電壓也維持在像素電壓VDDPIX，而 跟隨管T2的柵極與光敏二極管PD的負(fù)極相連，因此，跟隨管T2導(dǎo)通。
繼續(xù)結(jié)合圖4、圖5和圖6所示，在復(fù)位過程結(jié)束后，就需要對于曝光前 光敏二極管的電壓進(jìn)行采樣。當(dāng)行復(fù)位信號的電平完全變低時(shí)，行使能信號 ENX的電平由低變高，使能管T3也隨之導(dǎo)通，因?yàn)楦S管T2已經(jīng)處于導(dǎo)通 狀態(tài)，因此，使能管T3就會(huì)通過跟隨管T2將像素電壓VDDPIX傳輸給電壓 采樣電路。而當(dāng)行使能信號ENX的電平完全變高時(shí)，復(fù)位采樣控制信號SHR 的電平由低變高，電壓采樣電路20中對于電容C1的充放電進(jìn)行控制的復(fù)位 電壓采樣控制開關(guān)201也隨之閉合，開始對于電容C1進(jìn)行充電。此處所指的 行使能信號ENX的電平完全變高指的是行使能信號ENX穩(wěn)定維持在使能管 T3的開啟電壓，而復(fù)位采樣控制信號SHR由低變高指的是復(fù)位采樣控制信號 SHR達(dá)到復(fù)位電壓釆樣控制開關(guān)201的開啟電壓。當(dāng)復(fù)位釆樣控制信號SHR的電平由高變低時(shí)，復(fù)位電壓采樣控制開關(guān)201也隨之?dāng)嚅_，對于電容C1的
充電過程結(jié)束。此時(shí)，電容Cl兩端的電壓就是曝光前光每文二^L管的電壓 VDDPIX。如前所述，在電容C1之后可以設(shè)置具有放大功能的可編程增益放 大器來對于電容Cl的電壓信號進(jìn)行放大，之后可編程增益放大器會(huì)將電容 Cl的電壓信號傳輸給電壓比較電路30。由于電容C1經(jīng)可編程增益放大器放 大的電壓信號是模擬信號，因此，電壓比較電路30會(huì)先通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器302 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號傳輸給存儲器303暫存。此 時(shí)，存儲器303中存儲的就是曝光前光敏二極管PD的數(shù)字電壓信號。所述經(jīng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器302轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號的形式是由"1"或"0"組成的數(shù)據(jù) 編碼，而存儲器303中存儲的曝光前光敏二極管PD的數(shù)字電壓信號就是所述 的數(shù)據(jù)編碼。并且，在復(fù)位采樣控制信號SHR的電平完全變低后，行使能信 號ENX也變低，使能管T3也隨之截止。
繼續(xù)結(jié)合圖5和圖6所示，在完成了對于曝光前光敏二極管PD的電壓的 采樣之后，對于光敏二極管PD進(jìn)行曝光。光敏二極管PD受光照影響，電阻 值變小，電容C3與光敏二極管PD形成放電回路，電容C3開始放電，因而 光敏二極管PD的負(fù)極上的電壓下降。當(dāng)曝光結(jié)束后，光敏二極管PD兩端的 電壓也降到了曝光后的電壓。
繼續(xù)結(jié)合圖4、圖5和圖6所示，在光敏二極管PD的曝光結(jié)束后，采樣 曝光后光敏二極管的電壓。當(dāng)經(jīng)過了光敏二極管曝光時(shí)間的間隔之后，行使 能信號ENX的電平再次由低變高時(shí)，使能管T3也隨著導(dǎo)通，將曝光后光敏 二極管PD的電壓傳輸給電壓采樣電路20。當(dāng)行使能信號ENX的電平完全變 高時(shí)，曝光采樣控制信號SHS的電平由低變高，電壓采樣電路20中對于電容 C2的充放電進(jìn)行控制的曝光電壓采樣控制開關(guān)202也隨之閉合，開始對電容 C2進(jìn)行充電。此處所指的行使能信號ENX的電平完全變高指的是行使能信 號ENX穩(wěn)定維持在使能管T3的開啟電壓，而曝光采樣控制信號SHS由低變 高指的是曝光采樣控制信號SHS達(dá)到曝光電壓采樣控制開關(guān)202的開啟電壓。 當(dāng)曝光采樣控制信號SHR的電平由高變低時(shí)，曝光電壓采樣控制開關(guān)202也 隨之?dāng)嚅_，對于電容C2的充電過程結(jié)束。此時(shí)，電容C2兩端的電壓就是曝 光后光敏二極管的電壓。如前所述，在電容C2之后可以設(shè)置具有放大功能的 可編程增益放大器來對于電容C2的電壓信號進(jìn)行放大，之后可編程增益放大 器會(huì)將電容C2的電壓信號傳輸給電壓比較電路30。由于電容C2經(jīng)可編程增 益放大器放大的電壓信號是模擬信號，因此，電壓比較電路30會(huì)先通過模數(shù) 轉(zhuǎn)換器301將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號傳輸給比較器304。 所述由模數(shù)轉(zhuǎn)換器301轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號的形式是由"1"或"0"組成 的數(shù)據(jù)編碼。并且，在曝光采樣控制信號SHS的電平完全變低后，行使能信 號ENX也變低，使能管T3也隨之截止。
繼續(xù)結(jié)合圖4和圖5所示，在完成了采樣曝光后光敏二極管PD的電壓后， 將曝光后光敏二極管電壓與曝光前光敏二極管電壓比較得到曝光前后光敏二 極管電壓變化值，并作為光電信號處理電路的輸出信號。比較器304在接收 到模數(shù)轉(zhuǎn)換器301傳輸?shù)钠毓夂蠊饷舳O管的數(shù)字電壓信號后，會(huì)調(diào)用存儲 器303存儲的曝光前光敏二極管的數(shù)字電壓信號，并將兩者進(jìn)行比較得到曝 光前后光敏二極管的電壓變化，并作為光電信號處理電路的圖像輸出信號。 如前所述，由于曝光前電壓采樣信號和曝光后電壓采樣信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換后，分別得到的是由"1"或"0"組成的不同數(shù)據(jù)編碼，而比較器304就 能夠根據(jù)所述的數(shù)據(jù)編碼比較得到曝光前電壓釆樣信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼和曝 光后電壓采樣信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)編碼的差值，并以該差值作為光電信號處理電 路的圖像輸出信號。由于經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的模擬電壓信號對應(yīng)的數(shù) 字電壓信號都是唯一的，因此所述的經(jīng)比較器304比較得到的數(shù)據(jù)編碼的差 值能夠非常精確地反應(yīng)曝光前后光敏二極管PD的電壓變化，從而提高光電信 號處理電路的圖像輸出信號的精確性，并且進(jìn)一步使傳感器的圖像質(zhì)量得到 提高。
綜上所述，上述方案通過在曝光之前采樣光敏二極管的電壓并暫存，然 后與曝光后采樣得到的光敏二極管的電壓進(jìn)行比較，從而能夠精確地反映曝 光前后光敏二極管的電壓變化，實(shí)現(xiàn)精確二次相關(guān)采樣，提高傳感器圖像輸 出信號的精確性，從而使傳感器圖像質(zhì)量得到提高。并且，上述方案進(jìn)行光 電信號處理的過程中只需要進(jìn)行一次復(fù)位，節(jié)省了光電信號處理的時(shí)間，提 高了傳感器工作的效率。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路，其特征在于，包括，在接收的行復(fù)位信號為高電平時(shí)，對光敏二極管復(fù)位，并在接收的行使能信號首次為高電平時(shí)，輸出光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓信號以及在接收的行使能信號再次為高電平時(shí)，輸出曝光后光敏二極管電壓信號的像素單元；在接收的復(fù)位采樣控制信號為高電平時(shí)，接收曝光前光敏二極管電壓信號并輸出曝光前電壓采樣信號以及在接收的曝光采樣控制信號為高電平時(shí)，接收曝光后光敏二極管電壓信號并輸出曝光后電壓采樣信號的電壓采樣電路；根據(jù)接收的曝光前電壓采樣信號及曝光后電壓采樣信號進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出的電壓比較電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路，其特征在于， 所述電壓比較電路包括用于存儲所接收的曝光前電壓采樣信號的存儲器以及 用于調(diào)用存儲器存儲的曝光前電壓采樣信號并與所接收的曝光后電壓采樣信 號進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出的比較器。
3. 如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路，其特征在于， 所述行使能信號在所述行復(fù)位信號由高電平達(dá)到低電平時(shí)，首次由低電平變 高電平。
4. 如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路，其特征在于， 所述復(fù)位采樣控制信號在所述行使能信號首次由低電平達(dá)到高電平時(shí)，由低 電平變高電平。
5. 如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路,其特征在于， 所述行使能信號在所述復(fù)位采樣控制信號由高電平達(dá)到低電平時(shí)，首次由高 電平變^f氐電平。
6. 如權(quán)利要求5所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路,其特征在于， 所述曝光采樣控制信號在所述行使能信號再次為高電平時(shí)，由低電平變高電 平。
7. 如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路,其特征在于， 所述行使能信號再次為高電平的時(shí)間與行使能信號首次為高電平的時(shí)間間隔 等于光敏二極管的曝光時(shí)間。
8. —種CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在于，包括下列步驟，在光敏二極管曝光前，在行復(fù)位信號為高電平時(shí)對光敏二極管復(fù)位； 在光敏二極管曝光前，在行使能信號首次為高電平，且復(fù)位采樣控制信號為高電平時(shí)采樣光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓信號； 在光敏二極管曝光后，在行使能信號再次為高電平，且在曝光釆樣控制信號為高電平時(shí)采樣曝光后光敏二極管電壓信號；比較采樣的曝光后光敏二極管電壓信號與曝光前光敏二極管電壓信號， 并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出。
9. 如權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在于， 所述采樣光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓信號后，將曝光前 光敏二極管電壓信號暫存。
10. 如權(quán)利要求8所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在于， 所述行使能信號在所述行復(fù)位信號由高電平達(dá)到低電平時(shí)，首次由低電平變 高電平。
11. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在 于，所述復(fù)位采樣控制信號在所述行使能信號首次由低電平達(dá)到高電平時(shí)， 由低電平變高電平。
12. 如權(quán)利要求11所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在于，所述行使能信號在所述復(fù)位采樣控制信號由高電平達(dá)到低電平時(shí)，首次 由高電平變低電平。
13. 如權(quán)利要求12所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在于，所述曝光釆樣控制信號在所述行使能信號再次達(dá)到高電平時(shí)，由低電平 變高電平。
14. 如權(quán)利要求13所述的CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，其特征在 于，所述行使能信號再次為高電平的時(shí)間與行使能信號首次為高電平的時(shí)間 間隔等于光敏二極管的曝光時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了CMOS圖像傳感器的光電信號處理方法，包括在光敏二極管曝光前，在行復(fù)位信號為高電平時(shí)對光敏二極管復(fù)位；在行使能信號首次為高電平且復(fù)位采樣控制信號為高電平時(shí)采樣光敏二極管復(fù)位電壓作為曝光前光敏二極管電壓信號并暫存；在光敏二極管曝光后，在行使能信號再次為高電平且在曝光采樣控制信號為高電平時(shí)采樣曝光后光敏二極管電壓信號；比較采樣的曝光后與曝光前光敏二極管電壓信號，并將比較結(jié)果作為圖像信號輸出。本發(fā)明還公開了CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路。本發(fā)明CMOS圖像傳感器的光電信號處理電路及方法解決了相關(guān)二次采樣不精確的問題，實(shí)現(xiàn)了精確相關(guān)二次采樣，改善了圖像質(zhì)量。
文檔編號H04N5/335GK101345828SQ200710043668
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者萬濤濤, 任曉慧, 曹慶紅, 黃碧珍 申請人:上海銳晶電子科技有限公司