專利名稱：成像設(shè)備及其控制方法以及cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像技術(shù)，更具體地，涉及能夠有效地應(yīng)用于諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器等的成像設(shè)備的技術(shù)。
背景技術(shù)：
舉例來(lái)說(shuō)，與電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器在制造工藝、工作電壓等方面可與外圍圖像處理電路良好的匹配，并且在CMOS圖像傳感器中，成像設(shè)備、圖像處理電路、控制器等可以被容易地集成在一個(gè)芯片上。
由于在這種CMOS圖像傳感器中，不僅光/電轉(zhuǎn)換器件可以在每個(gè)像素的級(jí)別上被放大，而且轉(zhuǎn)換信號(hào)也可以在每個(gè)像素的級(jí)別上被放大，所以CMOS圖像傳感器在光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的傳輸過(guò)程中具有抗噪聲的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于在每個(gè)像素的級(jí)別上的放大器特性的不均一，CMOS圖像傳感器具有固定的模式噪聲，這是一個(gè)問(wèn)題。
這種情況中，作為對(duì)策，一種公知的結(jié)構(gòu)是與在正交的行和列方向上被二維排列的多個(gè)像素的每組列方向像素平行地排列與列的數(shù)目相等的相關(guān)雙采樣(CDS)電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路，即通過(guò)所謂的列ADC方法降低固定噪聲的結(jié)構(gòu)。
但是，在這種列ADC方法中，由于ADC電路等在列之間的不均一性(列偏移)，輸出圖像帶有垂直條紋圖案，這是另一個(gè)問(wèn)題。
為了消除列偏移，可以考慮復(fù)制列ADC的電路結(jié)構(gòu)，以消除兩個(gè)系統(tǒng)之間的不均一性。但是，即使在這種情況中，由于組成每個(gè)像素的器件之間的不均一性，原始主信號(hào)系統(tǒng)的不均一性也無(wú)法消除。
對(duì)于CMOS圖像傳感器，舉例來(lái)說(shuō)，參考文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種用于使用狀態(tài)機(jī)診斷/管理整個(gè)圖像傳感器的操作并通過(guò)對(duì)處理信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化來(lái)解決列CDS問(wèn)題的技術(shù)。
專利參考文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)No.11-33188
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種防止在成像設(shè)備中由于讀出處理電路之間的不均一特性而造成的輸出圖像的降級(jí)的技術(shù)，其中在成像設(shè)備中，為多個(gè)二維排列的像素的每個(gè)行或者列設(shè)置了光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的讀出處理電路。
本發(fā)明的第一個(gè)方面是一種設(shè)置有讀出電路的成像設(shè)備，其中光屏蔽區(qū)域被形成在其中多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件在行和列方向上被二維排列的圖像區(qū)域的一部分中，所述讀出設(shè)備將從用于每列的所述光/電轉(zhuǎn)換器件中的每一個(gè)輸出的光學(xué)探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述成像設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)；以及差計(jì)算設(shè)備，用于計(jì)算和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)與被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的值之間的差。
本發(fā)明的第二個(gè)方面是一種設(shè)置有讀出電路的成像設(shè)備的控制方法，其中光屏蔽區(qū)域被形成在其中多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件在行和列方向上被二維排列的圖像區(qū)域的一部分中，所述讀出設(shè)備將從用于每列的所述光/電轉(zhuǎn)換器件中的每一個(gè)輸出的光學(xué)探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述控制方法包括第一步驟，保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)；和第二步驟，計(jì)算和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)與在所述第一步驟中被保存的值之間的差。
在本發(fā)明中，通過(guò)由光屏蔽區(qū)域的行方向上的光/電轉(zhuǎn)換器件的一行組成的光學(xué)黑線的每個(gè)讀出電路所輸入的讀出值被保存為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且之后，當(dāng)從光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，通過(guò)從當(dāng)時(shí)的完全的讀出數(shù)據(jù)中減去在存儲(chǔ)設(shè)備中所保存的對(duì)于每列的數(shù)據(jù)而獲得的差被指定為圖像數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)設(shè)備中所保存的光屏蔽區(qū)域中數(shù)據(jù)含有列偏移，該列偏移是讀出電路之間的不均一性，并且在光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件的讀出值也含有列偏移。因此，通過(guò)輸出兩者的差，可以消除列偏移。
從而，在所輸出的圖像中沒(méi)有出現(xiàn)由于列偏移而造成的諸如垂直條紋圖案的噪聲，并且因此，可以防止圖像質(zhì)量的降級(jí)。
例如，不用必須復(fù)制為每列像素設(shè)置的每個(gè)讀出電路，并且因此，電路規(guī)模不會(huì)增大。


圖1是示出了用于實(shí)現(xiàn)控制方法的本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分結(jié)構(gòu)的框圖；圖2概念性地示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一種整體結(jié)構(gòu)；圖3概念性地示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分；圖4是示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備功能的一個(gè)示例的示圖；圖5是示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備功能的一個(gè)示例的示圖；圖6是示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的功能的流程圖；圖7概念性地示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分；圖8概念性地示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一種整體結(jié)構(gòu)；圖9是示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的操作的流程圖；圖10概念性地示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分；圖11是示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的功能的時(shí)序圖；圖12是示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是示出了用于實(shí)現(xiàn)控制方法的本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分結(jié)構(gòu)的框圖。圖2概念性地示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一種整體結(jié)構(gòu)。圖3概念性地示出了本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分。圖4和圖5是示出了本發(fā)明各優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備功能的一個(gè)示例的示圖。
如圖2所示，第一優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備10包括在行和列方向上二維排列的每個(gè)都由光/電轉(zhuǎn)換器件組成的多個(gè)像素的像素陣列20、用于從像素陣列20讀取畫(huà)面信號(hào)的垂直同步掃描電路31和水平同步掃描電路32、為多個(gè)像素的每一列設(shè)置的列讀出電路40、鎖存器陣列50、通過(guò)總線52連接到鎖存器陣列50上的減法器51和圖像處理器90。雖然在圖2的示例中，圖像處理器90被結(jié)合到成像設(shè)備中，但是它也可以安裝在外部。
如圖3所示，像素陣列20包括光接收區(qū)域20a和光屏蔽區(qū)域20b，其中，來(lái)自成像目標(biāo)的光輸入到光接收區(qū)域20a中，光屏蔽區(qū)域20b圍繞光接收區(qū)域20a設(shè)置，并利用類似一個(gè)框的光屏蔽膜覆蓋光接收區(qū)域20a的一部分。
因而，在光屏蔽區(qū)域20b的行方向上的一行被稱作光學(xué)黑線21，光學(xué)黑線21中的所有像素變?yōu)椴粫?huì)被光作用的光屏蔽像素21a。
但是，在光接收區(qū)域20a的行方向上的一行被稱作光接收線22，光接收線22中的所有像素(除了在光屏蔽區(qū)域20b兩端的那些像素)變?yōu)閷?duì)成像起作用的光接收像素22a。
每個(gè)二維排列的像素單元(光屏蔽像素21a和光接收像素22a)包括用于將輸入的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電二極管和用于放大光電二極管輸出的晶體管，兩者都是在CMOS工藝中的制造的。
多個(gè)為多個(gè)像素的每一列設(shè)置的列讀出電路40中的每一個(gè)包括列CDS41和列ADC42，兩者都按照從列中所包含的光屏蔽像素21a或光接收像素22a輸出的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的處理順序排列。
列CDS41包括在光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入側(cè)的放大器41a、在輸出側(cè)的放大器41b、在它們之間設(shè)置的箝位電容器41c以及用于控制箝位電容器41c到參考電位的連接的控制開(kāi)關(guān)41d，其未在圖3中示出。列CDS41通過(guò)相關(guān)雙采樣除去從像素輸出的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)中所包括的噪聲。
具體地說(shuō)，通過(guò)與像素陣列20中每個(gè)像素的復(fù)位同步地將控制開(kāi)關(guān)41d關(guān)斷，復(fù)位時(shí)的偏置電壓被保存在箝位電容器41c中，并且通過(guò)在輸入光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的時(shí)候?qū)⒖刂崎_(kāi)關(guān)接通，光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)被偏置電壓偏置，并且經(jīng)消除的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)在通過(guò)放大器41b之后被輸入到所設(shè)置的列ADC42。
列ADC42包括比較器42a，用于使用從列CDS41輸出的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)、斜坡波形信號(hào)42b和時(shí)鐘信號(hào)42c作為輸入，將光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
具體地說(shuō)，在比較器42a中，時(shí)鐘信號(hào)42c計(jì)數(shù)在光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)與隨時(shí)間而逐漸降低或升高的傾斜的斜坡表形信號(hào)42b被同步和輸入之后，直到兩個(gè)電平相交的時(shí)間，并且該計(jì)數(shù)值被串行地輸出為指示光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)電平大小(像素亮度)的具有規(guī)定位寬的數(shù)字輸出42d。
在被設(shè)置于列讀出電路40之后的鎖存器陣列50中，提供了相同數(shù)量的系列的計(jì)數(shù)器50a以及黑線鎖存器50b和正常線鎖存器50c，其中，計(jì)數(shù)器50a與從列ADC42串行輸出的數(shù)字輸出42d同步地計(jì)數(shù)，黑線鎖存器50b和正常線鎖存器50c兩者都用于與作為數(shù)字輸出42d位寬的計(jì)數(shù)器50a的計(jì)數(shù)值同步地取得數(shù)字輸出42d的一個(gè)位。
然后，與屬于光學(xué)黑線21的光屏蔽像素21a相對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出42d的每個(gè)位被保存在黑線鎖存器50b中，與屬于光接收線22的光接收像素22a相對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出42d的每個(gè)位被保存在正常線鎖存器50c中。
黑線鎖存器50b和正常線鎖存器50c通過(guò)總線52被連接到減法器51。通過(guò)經(jīng)由總線52向減法器51輸出被保存在多個(gè)黑線鎖存器50b中的位串和被保存在多個(gè)正常線鎖存器50c中的位串，并在該減法器51中從前者中減去后者，被保存在黑線鎖存器50b中的光屏蔽像素21a的數(shù)據(jù)從被保存在正常線鎖存器50c中的光接收像素22a的數(shù)據(jù)中被減去了，消除了為像素陣列20中的多個(gè)像素的每個(gè)列所設(shè)置的多個(gè)列讀出電路40中的每個(gè)的不均一特性(列偏移)。然后，減法的結(jié)果作為數(shù)字輸出42e，被輸出到設(shè)置在減法器51之后的圖像處理器90。
圖像處理器90在該優(yōu)選實(shí)施例中具有控制成像設(shè)備10的整體操作以消除列讀出電路40的列偏移的功能，并進(jìn)一步具有將從減法器51輸出的數(shù)字輸出42e轉(zhuǎn)換為諸如YUV、YCbCr、RGB等的任意規(guī)格圖像信號(hào)，并輸出該信號(hào)的功能。
下面參考圖4和圖5所示的圖形以及圖6所示的流程圖，描述該優(yōu)選實(shí)施例中的鎖存器陣列50的功能的一個(gè)示例。
在像素陣列20的成像操作中，進(jìn)行以下兩者與垂直同步信號(hào)VSYNC同步地由水平同步掃描電路32從上向下順序地對(duì)每行掃描，并且由水平同步掃描電路32在列方向上對(duì)每行的要被列讀出電路40處理的多段像素?cái)?shù)據(jù)掃描(傳輸過(guò)程)。以規(guī)定的循環(huán)重復(fù)對(duì)一屏(一幀)的這些掃描結(jié)果進(jìn)行輸出的操作。
如圖4所示，當(dāng)在一幀的頂端和底端的光屏蔽區(qū)域20b連續(xù)時(shí)，即，使用一幀的切換作為觸發(fā)，垂直同步信號(hào)VSYNC被打開(kāi)(處于“H”電平)，并且當(dāng)光接收區(qū)域20a連續(xù)時(shí)，垂直同步信號(hào)VSYNC被關(guān)斷(處于“L”電平)。相反過(guò)程應(yīng)用于水平同步信號(hào)AVH，當(dāng)光接收區(qū)域20a連續(xù)時(shí)，水平同步信號(hào)AVH被打開(kāi)。
當(dāng)水平同步信號(hào)關(guān)斷時(shí)，每個(gè)像素被復(fù)位，并且如圖5上部所示，當(dāng)水平同步信號(hào)AVH被關(guān)斷時(shí)，指示列CDS41的控制開(kāi)關(guān)41d的通/斷定時(shí)的CDS箝位信號(hào)CDSCLP被打開(kāi)。從而，為了除去每個(gè)像素中的固定噪聲，CDS箝位信號(hào)CDSCLP將控制開(kāi)關(guān)41d導(dǎo)通，并且噪聲電位被保存在箝位電容器41c中。然后，當(dāng)水平同步信號(hào)AVH打開(kāi)時(shí)，從每個(gè)像素取得光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)，并且在列CDS41中，每個(gè)像素的固定噪聲被除去(相關(guān)雙采樣處理)。
然后，如圖6的流程圖所示，在該優(yōu)選實(shí)施例中，判斷垂直同步VSYNC是否打開(kāi)，即，幀是否被切換(步驟201)。然后，當(dāng)垂直同步信號(hào)VSYNC打開(kāi)時(shí)，列讀出電路40并行地處理被包括在光學(xué)黑線21中的每列的光屏蔽像素21a(步驟202)。然后，數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)B)被保存在每個(gè)鎖存器陣列50的黑線鎖存器50b中(步驟203)。當(dāng)水平同步信號(hào)AVH打開(kāi)時(shí)，光接收線22(多個(gè)光接收像素22a)以從上到下的順序被取得，并在列讀出電路40中被數(shù)字化。然后，數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)A)被保存在鎖存器陣列50的正常線鎖存器50c中(步驟204)。然后，減法器51計(jì)算每列中的光屏蔽像素21a與光接收像素22a之間的數(shù)字輸出42d中的差(A-B)(步驟205)。然后，重復(fù)步驟201～205，每個(gè)列讀出電路40特有的不均一特性(列偏移)可以被消除。
如上所述，在該優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在為像素陣列20中的每列設(shè)置有列讀出電路40的結(jié)構(gòu)中，在鎖存器陣列50和減法器51中計(jì)算光學(xué)黑線21中的光屏蔽像素21a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)與光接收線22中的光接收像素22a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的差，并且向圖像處理器90輸出該差，每個(gè)列讀出電路40中的不均一特性(列偏移)的影響可以從光接收像素22a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)中除去。
具體地說(shuō)，由于在每列中，光屏蔽像素21a和光接收像素22a的每個(gè)光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)在含有由于列的列讀出電路40所特有的不均一的操作特性所導(dǎo)致的偏移的狀態(tài)中被輸出，所以通過(guò)使用鎖存器陣列50和減法器51計(jì)算它們之間的差，光接收像素22a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)中所包含的列偏移可以被除去，并且因此，可以肯定地防止圖像質(zhì)量的降級(jí)，這種降級(jí)諸如是從成像設(shè)備10所輸出的圖像中出現(xiàn)垂直條紋等。
由于每次幀被切換時(shí)，黑線鎖存器50b中的光屏蔽像素21a的數(shù)字輸出42d被更新，所以隨時(shí)間、溫度的變化等可以被反映在同被參考的光屏蔽像素21a和光接收像素22a兩者中。所以，由于光屏蔽像素21a和光接收像素22a的溫度變化而造成的相應(yīng)的固定模式噪聲和列偏移可以被消除，并且因此，可以防止由于列讀出電路40之間的不均一特性而造成的輸出圖像的降級(jí)，而不受環(huán)境隨時(shí)間的變化等的影響。
所以，不用必須平行地提供多個(gè)列讀出電路40來(lái)消除列偏移，電路規(guī)模不會(huì)增加。
接著，參考圖7、圖8和圖9描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。
圖7概念性地示出了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分。圖8概念性地示出了該成像設(shè)備的一種整體結(jié)構(gòu)。圖9是示出了該成像設(shè)備的操作的流程圖。
第二優(yōu)選實(shí)施例與上述第一優(yōu)選實(shí)施例的不同之處僅在于光學(xué)黑線21的光屏蔽像素21a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的數(shù)據(jù)被保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中，并且當(dāng)處理光接收像素22a時(shí)，數(shù)據(jù)被讀取，并且在減法器71中，該數(shù)據(jù)被從光接收像素22a的數(shù)據(jù)中減去。
在下面的描述中，僅描述與第一優(yōu)選實(shí)施例不同的部件。對(duì)相同的部件給予相同的參考標(biāo)號(hào)，并且省略它們的重復(fù)描述。
具體地說(shuō)，該第二優(yōu)選實(shí)施例包括設(shè)置在列讀出電路40之后的鎖存器陣列60、由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)等組成的存儲(chǔ)設(shè)備70、減法器71和用于將鎖存器陣列60、存儲(chǔ)設(shè)備70和減法器71互相連接的總線63。
對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備70的容量，當(dāng)像素陣列20的像素?cái)?shù)量在水平方向和垂直方向上分別是H和H個(gè)點(diǎn)，并且光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的一個(gè)像素的數(shù)字值的位寬是N位時(shí)，N位×H字的容量是可以的。
在鎖存器陣列60中，設(shè)置了與列讀出電路40中的數(shù)字輸出42d的位數(shù)目相等數(shù)量的由一位的第一級(jí)鎖存器61與一位的第二級(jí)鎖存器62組成的對(duì)，以便在存儲(chǔ)設(shè)備70中存儲(chǔ)行中的當(dāng)前像素的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的數(shù)據(jù)，并且為并行地連續(xù)處理隨后的行中的像素起到緩沖器的作用。
接著，根據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)42c同步地從計(jì)數(shù)值0到計(jì)數(shù)值n-1的計(jì)數(shù)信號(hào)，由第一級(jí)鎖存器61的每一個(gè)取得數(shù)字輸出42d的位串。根據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)42c同步的鎖存信號(hào)(latch)，該第一級(jí)鎖存器61的位數(shù)據(jù)被移到第二級(jí)鎖存器62，并且通過(guò)總線63，與水平同步掃描電路32的水平移位寄存器信號(hào)HSR同步地被全體傳輸?shù)酱鎯?chǔ)設(shè)備70或者減法器71。
下面描述第二優(yōu)選實(shí)施例的功能。如圖9的流程圖中的示例所示，在由像素陣列20的一幀的切換觸發(fā)時(shí)(當(dāng)圖4中所示的RAM讀/寫(xiě)信號(hào)RAM_WR打開(kāi)時(shí))(步驟211)，在每個(gè)列讀出電路40中處理光學(xué)黑線21的每行的光屏蔽像素21a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)(步驟212)。然后，經(jīng)處理的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)作為數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)B)，通過(guò)鎖存器陣列60和總線63被保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中(步驟213)。
然后，與水平同步信號(hào)AVH同步地，光接收線22的每列中的光接收像素22a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)被輸入到每列的列讀出電路40，并在其中被處理，并且作為數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)A)，通過(guò)鎖存器陣列60和總線63被傳輸?shù)綔p法器71(步驟214)。然后，與該傳輸同步地，在同一列中的光屏蔽像素21a的數(shù)據(jù)(RAMO)從存儲(chǔ)設(shè)備70讀入減法器71，并且計(jì)算它們的差(A-B)(步驟215)。然后，當(dāng)水平同步信號(hào)AVH打開(kāi)時(shí)，對(duì)一個(gè)幀重復(fù)輸出操作，該操作將作為計(jì)算結(jié)果的從中除去了列偏移的數(shù)字輸出42e輸出到設(shè)置在減法器71之后的圖像處理器。
如上所述，在該第二優(yōu)選實(shí)施例中，由于與列讀出電路40分立地提供了存儲(chǔ)設(shè)備70以保存光屏蔽像素21a的數(shù)據(jù)，所以與列讀出電路40相鏈接的鎖存器陣列60的規(guī)模可以被縮減。
具體地說(shuō)，在第一優(yōu)選實(shí)施例中，由于為每列排列了列讀出電路40，所以例如列讀出電路、鎖存器陣列60等的電路的布置區(qū)域的寬度被限制。但是，在該第二優(yōu)選實(shí)施例中，由于鎖存器陣列60等的電路規(guī)模被縮減，所以例如列讀出電路40、鎖存器陣列60等的電路部件的布置寬度沒(méi)有增加，并且相應(yīng)地，由于像素間距的縮小，像素的數(shù)量可以容易地被增加。
接著，參考圖10、圖11和圖12描述本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例。
圖10概念性地示出了本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例中的成像設(shè)備的一部分。圖11是示出了該成像設(shè)備的功能的時(shí)序圖。圖12是示出了該成像設(shè)備的功能的流程圖。
該第三優(yōu)選實(shí)施例與上述第二優(yōu)選實(shí)施例的不同之處僅在于用于處理光屏蔽像素21a的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的數(shù)字輸出42d的偏量計(jì)算電路80被設(shè)置在總線63與存儲(chǔ)設(shè)備70之間。
具體地說(shuō)，在該第三優(yōu)選實(shí)施例中，光屏蔽像素21a的數(shù)字輸出42d并不是未經(jīng)任何處理就保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中，而是使用偏量計(jì)算電路80計(jì)算了相關(guān)的數(shù)字輸出42d與其最大值或最小值時(shí)間的差。通過(guò)這么做，數(shù)據(jù)量被縮減。然后，被縮減的數(shù)據(jù)被保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中，并且當(dāng)讀取該數(shù)據(jù)的時(shí)候被恢復(fù)為原始的數(shù)據(jù)。
偏量計(jì)算電路80包括由具有數(shù)字輸出42d位寬的觸發(fā)器等組成的存儲(chǔ)設(shè)備81、用于將來(lái)自總線63的數(shù)字輸出42d與被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中的值相比較的比較器、用于計(jì)算來(lái)自總線63的數(shù)字輸出42d與被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中的值之間的差的減法器83，以及用于通過(guò)將從存儲(chǔ)設(shè)備70讀取的數(shù)據(jù)與被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中的值相加以再現(xiàn)數(shù)字輸出42d的原始值的加法器84。
在后面所描述的讀取第一光屏蔽像素21a以搜尋最大值/最小值的過(guò)程中，光學(xué)黑線21中所包含的每個(gè)光屏蔽像素21a的輸出按照排列方向順序被讀取，并被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中。然后，比較器82判斷哪個(gè)較大，是被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中的值還是隨后的光屏蔽像素21a的輸出。如果被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中的值比隨后的光屏蔽像素21a的輸出小，則存儲(chǔ)設(shè)備81的內(nèi)容被隨后的光屏蔽像素21a的輸出重寫(xiě)，并且最后，最大值保留在了存儲(chǔ)設(shè)備81中。如果對(duì)大小的判斷反過(guò)來(lái)，則最小值可以被保留在存儲(chǔ)設(shè)備81中。
如上所述，在該第三優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)黑線21必須被讀取，以便在將光屏蔽像素21a的數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)設(shè)備70之前搜尋最大值或最小值。
具體地說(shuō)，如圖11所示，當(dāng)水平同步信號(hào)AVH打開(kāi)時(shí)，對(duì)一個(gè)幀搜尋使用幀切換作為觸發(fā)而讀取的第一光學(xué)黑線21的數(shù)字輸出42d的最大值或者最小值，并且將其保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中(圖4中所示的RAM讀/寫(xiě)信號(hào)RAM_WR打開(kāi))。然后，計(jì)算使用隨后的幀切換作為觸發(fā)而讀取的光學(xué)黑線21的數(shù)字輸出42d與該最大值或者最小值之間的差，并將其保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中(圖4中所示的RAM讀/寫(xiě)信號(hào)RAM_WR打開(kāi))。然后，在隨后的幀處理中，計(jì)算從存儲(chǔ)設(shè)備70讀取的光屏蔽像素21a的數(shù)據(jù)與光接收像素22a的數(shù)字輸出42d之間的差，列偏移被消除。
下面參考圖12所示的流程圖描述這樣的一系列過(guò)程。具體地說(shuō)，在幀切換觸發(fā)時(shí)(步驟221)，光學(xué)黑線21的數(shù)字輸出42d被輸出到偏量計(jì)算電路80(步驟222)。然后，最大值或者最小值被檢測(cè)并被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中(步驟223)。然后，使用隨后的幀切換作為觸發(fā)，再次取得光學(xué)黑線21的數(shù)字輸出42d(步驟224)。然后，通過(guò)減法器83計(jì)算每個(gè)光屏蔽像素21a的數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)B)與存儲(chǔ)設(shè)備81的最大值或者最小值之間的差(ΔB)，并將其保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中(步驟225)。
然后，處理正常光接收線22的每個(gè)光接收像素22a的數(shù)字輸出42d(像素?cái)?shù)據(jù)A)(步驟226)。同時(shí)，在偏量計(jì)算電路80中，從存儲(chǔ)設(shè)備70中讀出相應(yīng)的光屏蔽像素21a的值(ΔB)，并且通過(guò)將該值(ΔB)與存儲(chǔ)設(shè)備81的值相加，再現(xiàn)光屏蔽像素21a的原始像素?cái)?shù)據(jù)B(步驟227)。然后，通過(guò)減法器71計(jì)算差(A-B)，光接收像素22a的像素?cái)?shù)據(jù)A的列偏移被消除(步驟228)。然后，列偏移被消除的像素?cái)?shù)據(jù)A作為數(shù)字輸出42e被輸出到設(shè)置在減法器71之后的圖像處理器。
如上所述，在該第三優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)光屏蔽像素21a的相應(yīng)的數(shù)字輸出42d的最大值或者最小值被計(jì)算作為參考值，并且光屏蔽像素21a的數(shù)字輸出42d的值與該參考值之間的差被保存在存儲(chǔ)設(shè)備70中。因此，用于存儲(chǔ)光屏蔽像素21a的數(shù)字輸出42d的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備70的容量可以被縮減。
因此，可以防止由于列讀出電路40之間的不均一特性而造成的輸出圖像的降級(jí)，而不增加成像設(shè)備10的電路規(guī)模。
雖然在上述優(yōu)選實(shí)施例中，使用最大值或者最小值作為參考值，但是最大值和最小值的中值也可以被用作參考值，并被保存在存儲(chǔ)設(shè)備81中。
本發(fā)明并不限于在上述優(yōu)選實(shí)施例中所示出的結(jié)構(gòu)，只要沒(méi)有偏離本發(fā)明的主題，任何變化和任何修改都是可能的。
根據(jù)本發(fā)明，在具有為多個(gè)二維排列的像素的每行或每列設(shè)置了光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的讀出處理電路的結(jié)構(gòu)的成像設(shè)備中，可以防止由于讀出處理電路之間的不均一特性而造成的輸出圖像的降級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置有讀出電路的成像設(shè)備，其中光屏蔽區(qū)域被形成在其中多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件在行和列方向上被二維排列的圖像區(qū)域的一部分中，所述讀出設(shè)備將從用于每列的所述光/電轉(zhuǎn)換器件中的每一個(gè)輸出的光學(xué)探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述成像設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)；和差計(jì)算設(shè)備，用于計(jì)算和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)與被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的值之間的差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)于每一幀而被更新。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述存儲(chǔ)設(shè)備由多個(gè)為用于所述列中的每一個(gè)的所述數(shù)字信號(hào)的每個(gè)位的值所提供的鎖存器電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述存儲(chǔ)設(shè)備由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器組成，所述隨機(jī)存取存儲(chǔ)器用于保存與用于所述行方向上的一行的多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)字信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，還包括第二存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的最大值或者最小值；第二差計(jì)算器，用于計(jì)算所述最大值或者最小值與所述數(shù)字信號(hào)之間的差，并將所述差保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中；和加法器，用于將被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的所述值與被保存在所述第二存儲(chǔ)設(shè)備中的所述最大值或者最小值相加，以再現(xiàn)原始數(shù)字信號(hào)，并將所述原始數(shù)字信號(hào)輸入到所述差計(jì)算器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，還包括第二存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的最大值和最小值的中值；第二差計(jì)算器，用于計(jì)算所述中值與所述數(shù)字信號(hào)之間的差，并將所述差保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中；和加法器，用于將被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的所述值與被保存在所述第二存儲(chǔ)設(shè)備中的所述中值相加，以再現(xiàn)原始數(shù)字信號(hào)，并將所述原始數(shù)字信號(hào)輸出到所述差計(jì)算器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中，所述讀出電路包括相關(guān)雙采樣電路，用于除去從每個(gè)讀出電路輸出的所述光學(xué)探測(cè)信號(hào)的噪聲；和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將來(lái)自所述相關(guān)雙采樣電路的輸出轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，所述成像設(shè)備是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
9.一種設(shè)置有讀出電路的成像設(shè)備的控制方法，其中光屏蔽區(qū)域被形成在其中多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件在行和列方向上被二維排列的圖像區(qū)域的一部分中，所述讀出設(shè)備將從用于每列的所述光/電轉(zhuǎn)換器件中的每一個(gè)輸出的光學(xué)探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述控制方法包括第一步驟，保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)；和第二步驟，計(jì)算和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)與在所述第一步驟中被保存的值之間的差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備控制方法，其中在所述第一步驟中，與所述被保存的光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)于每一幀而被更新。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備控制方法，其中在所述第一步驟中，所述數(shù)字信號(hào)的每個(gè)位被鎖存；并且在所述第二步驟中，為每個(gè)被鎖存的位計(jì)算差。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備的控制方法，其中在所述第一步驟中，與用于所述行方向上的一行的多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)數(shù)字信號(hào)被保存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中；并且在所述第二步驟中，從所述隨機(jī)存取存儲(chǔ)器讀出與用于所述行的多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的所述數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算所述差。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備的控制方法，其中在所述第一步驟中，保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的最大值或者最小值，以及作為所述最大值或者最小值與所述數(shù)字信號(hào)之間的差而獲得的參考值；并且在所述第二步驟中，通過(guò)所述參考值與所述最大值或者最小值相加，再現(xiàn)所述光屏蔽區(qū)域中的原始數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算所述原始數(shù)字信號(hào)與和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)之間的差。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備的控制方法，其中在所述第一步驟中，保存與所述光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的最大值和最小值的中值，以及作為所述中值與所述數(shù)字信號(hào)之間的差而獲得的參考值；并且在所述第二步驟中，通過(guò)所述參考值與所述中值相加，再現(xiàn)所述光屏蔽區(qū)域中的原始數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算所述原始數(shù)字信號(hào)與和除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)之間的差。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備的控制方法，其中所述成像設(shè)備是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
16.一種列模/數(shù)轉(zhuǎn)換型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，所述圖像傳感器設(shè)置有以下功能預(yù)先將光屏蔽區(qū)域中的光學(xué)黑線的讀出值保存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，以及輸出在除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的有效像素的讀出值與所述光屏蔽區(qū)域中的所述光學(xué)黑線的所述讀出值之間的差，作為從所述有效像素讀出的值。
17.一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，所述圖像傳感器具有每列一個(gè)系統(tǒng)的讀出電路結(jié)構(gòu)，并且具有以下功能在一個(gè)幀期間保存光屏蔽區(qū)域中的光學(xué)黑線的讀出值，從在除了所述光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的有效像素的讀出值中減去所述光學(xué)黑線的所述被保存讀出值，以及將余數(shù)輸出作為所述有效像素的輸出值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其中隨機(jī)存取存儲(chǔ)器被用作用于保存所述光屏蔽區(qū)域中的所述光學(xué)黑線的所述讀出值的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其中鎖存器陣列被用作用于保存所述光屏蔽區(qū)域中的所述光學(xué)黑線的所述讀出值的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器，其中，從所述光屏蔽區(qū)域中的所述光學(xué)黑線的所述讀出值中獲取最大值和最小值，以便減小要被保存的位的數(shù)量，從所述光學(xué)黑線的所述讀出值中減去所述最大值或者最小值，或者所述最大值和最小值的中值，并且所得到的值被保存在所述隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種成像設(shè)備及其控制方法以及CMOS圖像傳感器。一種設(shè)置有讀出電路的成像設(shè)備，其中光屏蔽區(qū)域被形成在其中多個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器件在行和列方向上被二維排列的圖像區(qū)域的一部分中，讀出設(shè)備將從用于每列的光/電轉(zhuǎn)換器件中的每一個(gè)輸出的光學(xué)探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該成像設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存與光屏蔽區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)；以及差計(jì)算設(shè)備，用于計(jì)算和除了光屏蔽區(qū)域之外的光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的數(shù)字信號(hào)與被保存在存儲(chǔ)設(shè)備中的值之間的差。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1717016SQ20051000185
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者船越純, 山本克義, 小久保朝生, 水口壽孝, 樋口剛 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社