專利名稱：低噪聲采樣和保持電路的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及圖像傳感器領域，更具體地，涉及一種用于去除產生自圖像傳感器的不需要的噪聲的方法和設備。
背景技術：
如在技術上公知的，數字照相機包括用于捕獲景物的電子表示的圖像傳感器。如同大多數電子裝置一樣，在圖像傳感器中產生了降低圖像質量的不需要的噪聲。顯然，希望去除這個噪聲來提高圖像質量。
因此，需要一種用于去除這個不需要的噪聲的方法和設備。
發明內容
本發明旨在克服上面提出的一個或多個問題。簡要地概括，根據本發明的一個方面，本發明在于一種圖像傳感器，包括(a)用于捕獲被轉換為表示圖像的信號的入射光的多個像素；其中噪聲與表示圖像和復位電平的信號相結合；(b)產生噪聲的多個暗參考像素，該噪聲與圖像和復位電平中的噪聲基本一致或相同地一致；和(c)采樣和保持電路，其讀取圖像信號并通過使用產生自該暗參考像素的噪聲消除來自圖像和復位電平的噪聲，來消除或基本消除來自圖像信號和復位電平的噪聲。
通過下述優選實施例和所附權利要求的詳細描述，并參照附圖，本發明的這些和其他方面、目的、特征和優點將被更清楚地理解和評價。
發明的有益效果本發明具有消除在圖像傳感器的像素中產生的不需要的噪聲的優點。
圖1是本發明的圖像傳感器和它的相關聯采樣和保持電路的頂視圖；圖2是像素和它與采樣和保持電路連接的詳圖；圖3是用于說明對于本發明的圖像傳感器的典型商業實施例的照相機的透視圖。
具體實施例方式
參考圖1，示出了具有以預定陣列排列的多個像素20的圖像傳感器10。多個采樣和保持電路30分別連接到圖像傳感器10的一行像素20(一個采樣和保持電路30用于每一列像素)，用于讀取從像素20采樣的值。采樣和保持電路30也包括暗參考像素40，其將在下面詳細討論。運算放大器50連接到采樣和保持電路30，用于轉換和放大來自采樣和保持電路30的信號。
參考圖2，示出了本發明的像素20和它搭配的采樣和保持電路30的詳圖。每個像素20包括接收被轉換為電荷包的入射光(以箭頭表示)的光敏區域，例如光電二極管60。傳輸門70被選擇性地激活來將電荷從光電二極管60傳輸到將電荷轉換為電壓信號的浮動擴散電容器80。復位門90起著消耗來自浮動擴散電容器80的電荷來復位浮動擴散電容器80到預定的電荷電平的功能。源跟隨器晶體管100連接到浮動擴散電容器80并起著放大來自浮動擴散電容器80的信號的功能。
為了讀取復位信號和實際的圖像信號，激活行選擇開關110來允許表示浮動擴散電容器80的復位電平的電壓信號傳輸到采樣和保持電路電容器120。在這點上，對于傳輸該信號到電容器120，閉合開關S1和S3用于將電容器120充電到對應于復位電壓電平的電平。然后開關S1和S3被閉合。應清楚地注意，電容器120和130存儲它們的信號作為電荷在技術上是公知的。如下面的描述，電容器120存儲的電荷將被讀取到運算放大器50(參見圖1)。
還應清楚地注意，不需要的噪聲產生自電源140，地150和偏壓160，并且這個不需要的噪聲出現在行選擇晶體管110的節點Vi處。明顯的，這個噪聲既與實際圖像信號又與復位圖像信號混合。結果，如下面的描述，本發明在讀取期間消除了這個噪聲。
在這點上，暗參考像素40用于產生參考電壓，該參考電壓包括與產生自電源140，地150和偏壓160的噪聲相同量的噪聲或基本相同量的噪聲。換而言之，暗參考像素40的電源170，地180和偏壓190復制或基本復制了像素的噪聲。暗參考像素40的這個噪聲消除了在復位和圖像讀取期間產生的噪聲。明顯的，這個得以實現是由于兩個電容器120和130上的電壓被來自暗參考像素的電壓和來自其包含相同或基本相同噪聲量的像素的電壓進行充電并及時地相關聯以使得該噪聲在電容器120和130上被消除或基本被消除。
為了采樣實際圖像信號，閉合開關S2和S4來將電容器130充電到與來自浮動擴散電容器80的表示來自光電二極管60的感測信號的感測電壓相對應的電平。然后打開開關S2和S4。閉合開關S5、S6、S7和S8來分別讀取來自電容器120和130的電荷。注意，電容器120上的信號表示復位電平，電容器130上的信號表示用于圖像的實際信號。如上面提到的，與圖像信號和復位信號混合的電源140，地150和偏壓160的噪聲被暗參考像素40的相應噪聲消除了。
運算放大器50(參見圖1)連接到開關S5、S6、S7和S8的輸出來將來自電容器120和130的表示復位信號和實際圖像信號的的感測電荷轉換為放大的電壓信號。
參考圖3，示出了普通消費者習慣使用的照相機的透視圖，用于說明對于本發明的圖像傳感器10和采樣和保持電路30的典型商業實施例。
部件列表10 圖像傳感器20 像素30 采樣和保持電路40 暗參考像素50 運算放大器60 光電二極管70 傳輸門80 浮動擴散電容器90 復位門100 源跟隨器110 行選擇晶體管/開關120 采樣和保持電路電容器130 圖像信號電容器140 電源150 地160 偏壓170 電源180 地190 偏壓200 照相機
權利要求
1.一種圖像傳感器，包括(a)多個像素，用于捕獲被轉換為表示圖像的信號的入射光；其中噪聲與表示圖像和復位電平信號的信號相結合；(b)多個暗參考像素，該暗參考像素產生噪聲，其與圖像信號和復位電平信號中的噪聲基本一致或相同地一致；和(c)采樣和保持電路，該采樣和保持電路讀取圖像信號和復位電平信號并通過使用產生自該暗參考像素的噪聲消除或基本消除來自圖像信號和復位電平信號的噪聲，來消除或基本消除來自圖像信號和復位電平信號的噪聲。
2.根據權利要求1的圖像傳感器，其中該暗參考像素包括單獨產生的噪聲或從電源、地和/或偏壓組合產生的噪聲。
3.根據權利要求1的圖像傳感器，其中該暗參考像素設置在該采樣和保持電路中。
4.一種照相機，包括一種圖像傳感器，其包括(a)多個像素，用于捕獲被轉換為表示圖像的信號的入射光；其中噪聲與表示圖像和復位電平信號的信號相結合；(b)多個暗參考像素，該暗參考像素產生噪聲，其與圖像信號和復位電平信號中的噪聲基本一致或相同地一致；和(c)采樣和保持電路，該采樣和保持電路讀取圖像信號和復位電平信號并通過使用產生自該暗參考像素的噪聲消除或基本消除來自圖像信號和復位電平信號的噪聲，來消除或基本消除來自圖像信號和復位電平信號的噪聲。
5.根據權利要求4的照相機，其中該暗參考像素包括單獨產生的噪聲或從電源、地和/或偏壓組合產生的噪聲。
6.根據權利要求4的照相機，其中該暗參考像素設置在該采樣和保持電路中。
全文摘要
圖像傳感器包括多個像素，用于捕獲被轉換為表示圖像的信號的入射光；其中噪聲與表示圖像和復位電平的信號相結合；多個暗參考像素，該暗參考像素產生噪聲，其與圖像和復位電平中的噪聲基本一致或相同地一致；和采樣和保持電路，該采樣和保持電路讀取圖像信號并通過使用產生自該暗參考像素的噪聲消除來自圖像和復位電平的噪聲，來消除或基本消除來自圖像信號和復位電平的噪聲。
文檔編號H04N5/374GK1951104SQ200580013653
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月27日 優先權日2004年4月30日
發明者W·徐 申請人:伊斯曼柯達公司