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圖像處理裝置和圖像處理方法

文檔序號:7891662閱讀:149來源:國知局
專利名稱:圖像處理裝置和圖像處理方法
技術領域
本公開涉及ー種圖像處理裝置和圖像處理方法,且具體地,涉及ー種能夠抑制在供電電壓上的變化、以及抑制拖尾(streaking)的出現的圖像處理裝置和圖像處理方法。
背景技術
在數字相機中,通過CMOS圖像傳感器來對物體進行成像,并且存儲或顯示所拍攝的圖像。當在CMOS圖像傳感器中噪聲疊加在供電電壓上時,從輸出信號線讀出的信號電平受到影響。相應地,提出了用于抑制這種電壓變化的技術(例如,JP-A-2009-225021 (專 利文獻I))。圖I是示出了現有技術中的圖像傳感器的配置的圖。在CMOS圖像傳感器I中僅僅示出了ー個像素。從像素功率線25向RTS驅動器11和TRG驅動器12供應必要的功率。通過開關20來從連接到像素功率線25的SEL驅動器功率線26向SEL驅動器13供應必要的功率。為了防止變化,在剛剛復位之后,并且當在復位之后已經經過給定時間段時,讀出光電ニ極管15的電壓所傳輸到的電容器16的電壓,并且電壓差將是從光電ニ極管15輸出的像素信號。當對電容器16的電壓進行復位吋,RST驅動器11在控制信號RST被輸入并且在參考電壓處對電容器16的電壓進行箝制(clamp)時,導通FET (場效應晶體管)17。此時,SEL驅動器13根據控制信號SEL,通過SEL線27來驅動FET 19,因此,通過FET 18來對電容器16的電壓進行放大,并且通過FET 19而將它輸出到信號輸出線24。在此之后,光電ニ極管15生成與來自在光電ニ極管15上入射的物體的光接收量對應的電荷。當在給定定時處輸入控制信號TRG吋,TRG驅動器導通FET 14,并且將光電ニ極管15的電荷傳輸到電容器16。此時,通過FET18來對電容器16的電壓進行放大,并且通過FET 19來將它輸出到信號輸出線24。在開關20處于接通狀態(tài)中的情況下,當由于某些原因而導致在像素功率線25中出現電壓變化吋,該變化通過SEL驅動器13而傳送到SEL線27,并且進一步通過寄生電容22而傳送到電荷存儲單元FE。然后,該變化通過FET 18和19來輸出到信號輸出線24。還通過雜散電容23來傳送該變化。該電壓變化按照此方式來傳送到信號輸出線24。為了防止以上問題,在讀出電容器16的電壓時斷開開關20。作為結果,SEL線27的電勢處于高電平處的浮動狀態(tài)中,并且可以抑制電壓變化。即,可以改善PSRR(供電抑制比)。

發(fā)明內容
然而,當執(zhí)行以上切換時,SEL線27處于浮動狀態(tài)中,并且拖尾出現。S卩,當SEL線27的電壓變化通過寄生電容22而傳送到電荷存儲單元FD時,在某一像素的電荷存儲單元FD和信號輸出線24中出現的電壓變化被傳送到通過SEL線27而連接到該像素的另ー像素的電荷存儲單元FD和信號輸出線24,這對于另ー像素的電荷存儲單元FD和信號輸出線24的原始電壓造成誤差。即,由于切換而出現了電壓變化,因此,出現拖尾。有鑒于以上問題,期望抑制供電電壓上的變化,以及抑制拖尾的出現。本公開的實施例針對ー種圖像處理裝置,包括第一存儲單元,用于存儲從光電ニ極管輸出的電荷;復位單元,用于對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位;轉移單元,用于將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元;切換單元,用于對從像素電源的供應線供應的DC(直流電)電壓進行切換;輸出單兀,用于向信號輸出線輸出在該第一存儲單元中存儲的電壓;第二存儲單元,用于存儲通過該切換單元而供應的DC電壓;以及驅動單元,用于通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動??梢援斣诖鎯脑撓袼仉娫吹墓€供應的DC電壓的狀態(tài)中通過該復位單元來執(zhí)行該復位之前,斷開該切換單元,并且可以在通過該輸出單元來完成該第一存儲單元所 存儲的電壓到該信號輸出線的輸出之后,接通該切換単元。該圖像處理裝置可以是CMOS圖像傳感器。本公開的另ー實施例針對ー種圖像處理方法,包括允許第一存儲單元存儲從光電ニ極管輸出的電荷,允許復位単元對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位,允許轉移単元將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元,允許切換単元對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換,允許輸出単元向信號輸出線輸出在該第一存儲單元中存儲的電壓,允許第二存儲單元存儲通過該切換單元而供應的DC電壓,以及允許驅動単元通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動。根據本公開實施例的圖像處理方法是與根據本公開實施例的圖像處理裝置對應的圖像處理方法。如上所述,根據本公開的實施例,可能抑制供電電壓上的變化,以及抑制拖尾的出現。


圖I是示出了現有技術中的圖像傳感器的配置的圖;圖2是示出了根據本公開實施例的CMOS圖像傳感器的配置的圖;圖3是示出了像素陣列單元和垂直驅動單元的配置的圖; 圖4A到4D是用于解釋操作的時序圖;圖5是用于解釋拖尾的抑制的圖;圖6是用于解釋表達式的圖;以及圖7是用于解釋表達式的圖。
具體實施例方式在下文中,將解釋用于實行該技術的模式(在下文中,被稱作實施例)。圖2是示出了 CMOS圖像傳感器101的配置的圖。CMOS (互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器101包括像素陣列單元111、垂直驅動單元112、列處理單元113、水平驅動單元114、控制單元115和信號處理單元116。像素陣列單元111包括在水平方向中以及在垂直方向中安排的多個像素。通過這些像素對來自物體的光進行光電轉換。垂直驅動單元112選擇并且驅動每條線,在該每條線中安排了多個像素。水平驅動單元114在每條線的垂直方向中選擇并驅動規(guī)定的像素。列處理單元113保持從所選擇的像素中讀出的像素數據,并且將該數據供應到信號處理單元116??刂茊卧?15控制各単元的操作。信號處理單元116對從列處理單元113中讀出的像素數據進行處理。垂直驅動單元112進行在下文中描述的SEL驅動器163的控制。圖3是示出了像素陣列單元111和垂直驅動單元112的配置的圖。在像素陣列單元 111,安排了 mXn 個像素 171-i j (i = 1、2、· · ·、m, j = 1、2、· · ·、η)。即,在第一行中安排像素171-11、171-12、...、和171-ln,以及在第二行中安排像素171-21、171-22、...、和171-2n。按照相同的方式,在第m行中安排像素171-ml、171-m2、...、和171-mn。在圖3中, 僅僅示出了 2X2個像素。在其中不必單獨地對像素171-ij進行區(qū)分的情況下,將把像素僅僅寫為像素171。相同的規(guī)則適用于其他組件。在像素171-11中,做出連接,使得光電ニ極管183-11中的電荷通過作為轉移單元的FET 182-11而轉移到電容器184-11。作為存儲單元的電容器184-11的電荷存儲單元FD通過作為復位單元的FET 181-11而連接到像素功率線192,以及連接到FET 185-11的柵極。FET 185-11的ー個端子連接到像素功率線192,而另一端子通過作為輸出單元的FET186-11而連接到信號輸出線191-1。從供電單元141向像素功率線192供應DC功率。供電單元141包括電池、或用于對AC功率進行整流和平滑化的電路以及用于使得電壓穩(wěn)定化的電容器。RST驅動器161-1的輸出通過RST線201-1而連接到FET 181-11的柵極。TRG驅動器162-1的輸出通過TRG線202-1而連接到FET 182-11的柵極。作為驅動單元的SEL驅動器163-1的輸出通過SEL線203-1而連接到FET186-11的柵極。從像素功率線192向RST驅動器161-1和TRG驅動器162-1供應功率。將作為存儲單元的電容器152配置為經由作為切換単元的FET 151而通過像素功率線192來進行充電。通過控制信號SW來控制FET 151。關于SEL驅動器163-1的功率,通過SEL驅動器功率線153來供應電容器152的DC功率。RST驅動器161-1通過要輸入的控制信號RST來控制FET 181-11,TRG驅動器162-1通過要輸入的控制信號TRG來控制FET 182-11,并且SEL驅動器163-1通過要輸入的控制信號SEL來控制FET 186-11。盡管省略了解釋,但是按照相似的方式來配置其他像素171-ij。接下來,將參考圖4A到4D來解釋垂直驅動單元112和像素陣列單元111的操作。圖4A到4D是用于解釋操作的時序圖。在讀出像素信號之前,垂直驅動單元112允許控制信號SW處于高電平(圖4D)。當控制信號SW處于高電平時,導通FET 151、并且從像素功率線192對電容器152進行充電。相應地,電容器152存儲用于驅動SEL驅動器163所必需的功率。換言之,電容器152具有用于存儲用于驅動SEL驅動器163所必需的功率的電容。即,難以通過簡單的寄生電容來形成該電容器152。必須的是,肯定地將電容器應用為ー個組件。稍后,將對該電容器進行描述。當讀出圖像信號時,垂直驅動單元112將控制信號SW從高電平改變?yōu)榈碗娖?圖4D)。相應地,FET 151截止,并且從像素功率線192切斷SEL驅動器163的電源。因此,當在像素功率線192處出現電壓變化時,該變化沒有傳送到作為SEL驅動器163的輸出目的地的SEL線203。作為結果,可以改善PSRR。此外,在將控制信號SW從高電平切換為低電平之后,垂直驅動單元112將控制信號SEL從低電平改變?yōu)楦唠娖?圖4C)。相應地,導通FET 186,這允許讀出電荷存儲單元FD的電壓。在將控制信號SEL從低電平改變?yōu)楦唠娖街螅怪彬寗訂卧?12在固定的時間段中輸出處于高電平中的控制信號RST (圖4A)。相應地,通過RST驅動器161來導通FET181,并且通過像素功率線192的電壓來對電容器184進行復位。在隨后的時段T1中,通過FET 185來對電容器184的電壓進行放大,并且通過FET 186來將它讀出到信號輸出線191,作為P相位信號。通過未示出的A/D轉換器來對讀出到信號輸出線191的P相位信號的電平進行A/D轉換,并且將它讀出到列處理單元113,然后通過水平驅動單元114來將它轉移到信號處理單元116。在完成了 P相位信號的電平的讀出之后,垂直驅動單元112在固定的時間段中輸出處于高電平的控制信號TRG(圖4B)。相應地,TRG驅動器162導通FET 182,由此將光電ニ極管183中的電荷轉移到電容器184。S卩,在電容器184中存儲以下電壓,該電壓對應于在從P相位信號的讀出的完成到控制信號TRG的輸出的時段中獲得的入射光量。在隨后的時段T2中,通過FET 185來對電容器184的電壓進行放大,并且通過FET186來將它讀出到信號輸出線191,作為D相位信號。通過未示出的A/D轉換器來對讀出到信號輸出線191的D相位信號的電平進行A/D轉換,并且將它讀出到列處理單元113,然后通過水平驅動單元114來將它轉移到信號處理單元116。信號處理單元116計算要用作圖像信號的P相位信號的電平與D相位信號的電平之間的差異。當完成D相位信號的讀出吋,垂直驅動單元112將控制信號SEL從高電平改變?yōu)榈碗娖?圖4C)。相應地,截止FET 186。在將控制信號SEL從高電平改變?yōu)榈碗娖街?,垂直驅動單?12將控制信號SW從低電平改變?yōu)楦唠娖?圖4D)。相應地,導通FET 151,并且再次通過像素功率線192來 對電容器152進行充電。接下來,將參考圖5來描述拖尾的抑制。圖5是用于解釋拖尾的抑制的圖。這里,讓我們考慮,當除了連接到處于被選擇狀態(tài)的SEL線203-1的某ー電荷存儲単元FDx自身之外的所有電荷存儲單元FD的電勢改變時,要通過該某一電荷存儲單元FDx來接收作為誤差的拖尾。在圖5中,Cpva是在SEL線203_1與信號輸出線191_1之間生成的寄生電容,并且Csh是用于向SEL驅動器163-1供應功率的電容器152的電容。Cpfd是在SEL線203-1與電荷存儲單元FD之間生成的寄生電容,并且Cfd是電荷存儲單元FD的電容器184的電容。例如,在信號輸出線191-1處出現的電壓變化通過寄生電容Cpva而傳送到SEL線203-1。另外,在電荷存儲單元FD處出現的電壓變化通過FET 185-11和寄生電容Cpva而傳送到SEL線203-1。在SEL線203-1處出現的電壓變化通過寄生電容Cpfd而傳送到電荷存儲單元FDx。當信號輸出線的數目是“η”時,除了像素171-lx之外的像素所連接到的信號輸出線191-i(i = 1、2、. . .、X-U x+1、. . .、η)的電勢變化是Vvsij,通過接下來的表達式來表現SEL線203-1的電勢變化Λ Vsa和由像素171_1χ的電荷存儲單元FDx所接收到的電勢變化AVfdxo圖6是用于解釋表達式(I)的圖,并且圖7是用于解釋表達式(2)的圖。Δ Vsel = VvslX ((η_1) X Cpvsl) / (CSH+nX Cpvsl) · · · (I)Δ Vfdx = Δ Vsel X Cpfd/ (Cfd+Cpfd) · · · (2)這里,假設Cfd = IOf [F](法拉)、CPFD = If [F]、Cpvsl = If [F] ,Vvsl = I [V](伏特)、η= 1000。在此情況下,為了相對于Vva來將AVfdx抑制為1/1000或更少,將需要89. 2p[F]或更多的電容以用于CSH。
如上所述,可能通過將電容器152連接到SEL驅動器功率線153來抑制拖尾。由于必需大的電容,所以難以通過寄生電容來形成電容器152,并且必須將該電容器形成為獨立的ー個組件。還可能通過分別將電容器152連接到相應的SEL線203-1到203_m來抑制拖尾。然而,當執(zhí)行這種連接吋,不但將過量的負載施加到每個SEL驅動器163,而且增加了電容器的數目,并且必需大的面積,因此,難以在實踐中實現該連接。相應地,優(yōu)選的是,將ー個電容器152公共地連接到相應的SEL線203-1到203_m的SEL驅動器163-1到163_m。如果不執(zhí)行FET 151進行的切換,則可以防止拖尾的出現。然而,在這個情況下難以改善PSRR。還可能通過單獨地提供用于SEL驅動器的電源或通過形成用于芯片中的穩(wěn)定化的電源來抑制拖尾和PSRR兩者。然而,在此情況下増加了組件的數目,這增加了成本。本公開的實施例不限于上述實施例,并且在不脫離本公開的要g的范圍內可以出現各種修改。除了諸如CMOS圖像傳感器之類的固態(tài)成像裝置之外,還可以將本公開應用于各種圖像處理裝置??梢詫⒈竟_實現為以下配置。(I) ー種圖像處理裝置,包括第一存儲單元,用于存儲從光電ニ極管輸出的電荷,復位單元,用于對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位,轉移單兀,用于將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單兀,切換單元,用于對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換,輸出單兀,用于向信號輸出線輸出在該第一存儲單兀中存儲的電壓,第二存儲單元,用于存儲通過該切換單元而供應的DC電壓,以及驅動單元,用于通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動。(2)如下的圖像處理裝置,其中,當在存儲從該像素電源的供應線供應的DC電壓的狀態(tài)中通過該復位單元來執(zhí)行該復位之前,斷開該切換單元,并且在通過該輸出單元來完成該第一存儲單元所存儲的電壓到該信號輸出線的輸出之后,接通該切換単元。
(3)其中圖像處理裝置是CMOS圖像傳感器的圖像處理裝置。(4) ー種圖像處理方法,包括通過第一存儲單元來存儲從光電ニ極管輸出的電荷,通過復位單元來對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位,通過轉移單元來將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元,通過切換單元來對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換,通過輸出單元來向信號輸出線輸出在該第一存儲單元中存儲的電壓,
通過第二存儲單元來存儲通過該切換單元供應的DC電壓,以及經由驅動單元來通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動。本公開包含與在2011年3月24日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權專利申請JP2011-065825中公開的主題相關的主題,由此通過參考而合并其全部內容。本領域技術人員應該理解,只要各種修改、組合、子組合和變形處于所附權利要求或其等效物的范圍內,它們就可以取決于設計要求和其他因素而發(fā)生。
權利要求
1.ー種圖像處理裝置,包括 第一存儲單元,用于存儲從光電ニ極管輸出的電荷; 復位單元,用于對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位; 轉移單元,用于將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元; 切換單元,用于對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換; 輸出單兀,用于向信號輸出線輸出在該第一存儲單兀中存儲的電壓; 第二存儲單元,用于存儲通過該切換單元而供應的DC電壓;以及驅動單元,用于通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動。
2.根據權利要求I的圖像處理裝置, 其中,當在存儲從該像素電源的供應線供應的DC電壓的狀態(tài)中通過該復位單元來執(zhí)行該復位之前,斷開該切換單元,并且在通過該輸出單元來完成該第一存儲單元所存儲的電壓到該信號輸出線的輸出之后,接通該切換単元。
3.根據權利要求2的圖像處理裝置, 其中,該圖像處理裝置是CMOS圖像傳感器。
4.ー種圖像處理方法,包括 允許第一存儲單元存儲從光電ニ極管輸出的電荷; 允許復位單元對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位; 允許轉移単元將從該光電ニ極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元; 允許切換單元對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換; 允許輸出単元向信號輸出線輸出在該第一存儲單元中存儲的電壓; 允許第二存儲單元存儲通過該切換單元而供應的DC電壓;以及允許驅動単元通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出単元進行驅動。
全文摘要
一種圖像處理裝置,包括第一存儲單元,用于存儲從光電二極管輸出的電荷;復位單元,用于對在該第一存儲單元中存儲的電壓進行復位;轉移單元,用于將從該光電二極管輸出的電荷轉移到該第一存儲單元;切換單元,用于對從像素電源的供應線供應的DC電壓進行切換;輸出單元,用于向信號輸出線輸出在該第一存儲單元中存儲的電壓;第二存儲單元,用于存儲通過該切換單元而供應的DC電壓;以及驅動單元,用于通過接收作為電源的該第二存儲單元所存儲的DC電壓而對該輸出單元進行驅動。
文檔編號H04N5/378GK102695002SQ20121007080
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月24日
發(fā)明者安河內誠 申請人:索尼公司
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