專利名稱：改善光譜精度和提高位深度的圖像掃描儀光敏傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及光敏傳感器陣列，該陣列應(yīng)用于圖像掃描儀、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)，更具體地說(shuō)涉及改善了光譜精度的光敏傳感器裝置。
通常存在繼續(xù)提高分辨率和速度、改善顏色質(zhì)量和圖像質(zhì)量、降低費(fèi)用的要求，這些要求經(jīng)常直接發(fā)生沖突并且需要經(jīng)常改變。下面的背景資料給出一些影響顏色、分辨率、速度、圖像質(zhì)量和成本的因素。
首先，考慮心理物理顏色的匹配(即對(duì)人眼來(lái)說(shuō)看起來(lái)相同的顏色)。人眼包含三種不同的顏色感受器(錐)，這些顏色感受器對(duì)寬的重疊的光譜頻帶敏感。具體的敏感性隨人的不同而不同，每一個(gè)感受器的平均響應(yīng)進(jìn)行量化就是已知的“CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者”。
通常情況下，給定一組針對(duì)一個(gè)像素的光敏傳感器響應(yīng)的數(shù)值，例如，紅、綠、和藍(lán)，該數(shù)值通過(guò)數(shù)學(xué)方式被處理成為一個(gè)矢量。將該矢量與顏色轉(zhuǎn)換矩陣相乘生成一組不同的數(shù)。通常，顏色轉(zhuǎn)換矩陣中的系數(shù)對(duì)光敏傳感器與CIE標(biāo)準(zhǔn)觀察者之間的響應(yīng)之差進(jìn)行補(bǔ)償，并且該矩陣中的系數(shù)可以包括對(duì)照射光源光譜的補(bǔ)償。
條件等色在視覺(jué)上是相同的色質(zhì)，但在光譜上是不同的。也就是說(shuō)，即使顏色光譜不同，也可能提供心理物理的顏色匹配。與剛剛談到的心理物理顏色匹配相反，對(duì)實(shí)際光譜的測(cè)量提供另外的數(shù)據(jù)用于對(duì)具有不同色域的系統(tǒng)之間的更精確的顏色匹配，例如顯示器與打印機(jī)之間的顏色匹配。
精確的光譜再現(xiàn)要求光源具有橫跨人眼光譜帶寬的足夠的強(qiáng)度，并且光敏傳感器具有跨越人眼光譜帶寬的足夠的靈敏度，并且顯示或者打印系統(tǒng)具有跨越人眼光譜帶寬的足夠的強(qiáng)度。通常情況下，光源、光敏傳感器陣列、顯示器、和打印機(jī)都具有有限的顏色域，并且更具體而言，所有這些所擁有的光譜范圍窄于人眼帶寬的光譜范圍。光源的解決方案是提供多光源，每一個(gè)光源具有不同的光譜范圍(例如，見(jiàn)美國(guó)專利5,753,906)。用于數(shù)字相機(jī)的二維光敏傳感器陣列的一種相似的解決方案是提供另外的具有不同靈敏度范圍的光敏傳感器。例如，如果對(duì)綠光敏感的光敏傳感器的光譜靈敏度范圍不夠，那么可以使用多個(gè)不同的對(duì)綠光敏感的光敏傳感器，每一個(gè)具有不同的光譜范圍(例如，見(jiàn)美國(guó)專利5,889,544)。但是在通常情況下，另外的光譜范圍增加了成本(另外的光敏傳感器)，或者降低了針對(duì)其它顏色中一種顏色的分辨率(例如，綠色光敏傳感器可能會(huì)處于在通常情況下紅或者藍(lán)光敏傳感器所處的位置)。
通常情況下，光敏傳感器陣列具有數(shù)以千計(jì)的獨(dú)立的光敏元件。每一個(gè)光敏元件，連同掃描儀光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)掃描圖像上定義的一個(gè)圖片元素(像素)的文件上的有效區(qū)的光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)掃描文件(或目標(biāo)、或透明片)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，光采樣速率經(jīng)常被表達(dá)為每英寸(或毫米)像素。在對(duì)掃描文件進(jìn)行測(cè)量時(shí)的光采樣速率也被稱為輸入采樣速率。
本機(jī)輸入采樣速率(native input sampling rate)由光學(xué)系統(tǒng)和單獨(dú)的傳感器的間距確定。掃描儀操作員可以通過(guò)簡(jiǎn)單地降低所選的像素，或者通過(guò)數(shù)字重采樣技術(shù)來(lái)選擇低于本機(jī)輸入采樣速率的采樣速率。另一種情況，掃描儀操作員可以選擇大于本機(jī)輸入采樣速率的采樣速率，此處，通過(guò)內(nèi)插計(jì)算中間值。通常情況下，所有的電荷或電壓被從光敏傳感器陣列讀出，并且被數(shù)字化，然后對(duì)得到的數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行子采樣或者內(nèi)插。
位深度是每個(gè)像素俘獲的位的數(shù)目。通常在三維顏色空間中用每一維的固定的位數(shù)目表示一個(gè)像素。例如，一個(gè)像素由8位紅色信息、8位綠色信息和8位藍(lán)色信息在紅、綠、藍(lán)(RGB)顏色空間表示，一個(gè)像素的總的位深度為24位。另一種情況，可以在圓柱顏色空間表示像素，其中的維數(shù)是亮度、色度和飽和度。另外，可以采用三維CIE顏色空間。利用轉(zhuǎn)換矩陣來(lái)進(jìn)行顏色空間之間的變換。
即使傳感器沒(méi)有接收到光，也可能有熱噪音(被稱為暗噪音)。熱噪音(暗噪音)與時(shí)間成正比。在曝光期間，初級(jí)噪音源(被稱為散粒噪音(shot noise))與光子到電子的轉(zhuǎn)換相關(guān)，并且該噪音隨信號(hào)的平方根而升高。小傳感器與大傳感器相比傾向具有較低的信噪比，尤其對(duì)文件的低反射或者低穿透區(qū)。較小的傳感器面積可以提供較高輸入采樣速率，但是其它圖像質(zhì)量的測(cè)度，尤其是顏色質(zhì)量的測(cè)度，在采用信噪比測(cè)量時(shí)可能會(huì)降低。
掃描速度受多種因素的影響曝光時(shí)間、乘上被移位像素?cái)?shù)目的寄存器移位時(shí)間、輸出放大器的速度和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換時(shí)間。通常情況下，對(duì)于低的本機(jī)輸入采樣速率，主要限制障礙是曝光時(shí)間，即生成提供可接受信噪比的信號(hào)所需的時(shí)間。但是，如果被移位和轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目變得很大，那么對(duì)單獨(dú)像素信號(hào)進(jìn)行移位和轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間則成為限制因素。
顏色緩慢變化的圖像區(qū)，具體而言指深顏色區(qū)，需要高位深和高信噪比以便精確地重現(xiàn)原來(lái)的平滑色調(diào)和紋理。對(duì)于顏色緩慢變化區(qū)，由于圖像中沒(méi)有高頻信息，所以不需要高的輸入采樣速度。顏色變化快的圖像區(qū)，例如森林景象、或者多顏色建筑的特寫照片，需要高的輸入采樣速率以獲取高頻信息，但是不需要高的位深度和高的信噪比。即，對(duì)于高頻信息，各單獨(dú)像素的顏色精度的重要性不是很高。高輸入采樣速率要求較小的傳感器面積，從而具有相對(duì)較低的信噪比、相對(duì)低的位深度和相對(duì)低的掃描速度。大的傳感器面積提供高的信噪比、高的位深度和高速度，但是不能提供高的輸入采樣速率。
人們需要在成本增加最低的條件下，掃描儀可提供精確的光譜重現(xiàn)、高的位深度、高速度、高的信噪比和高的本機(jī)輸入采樣速度。
對(duì)于每一種顏色，在根據(jù)本發(fā)明的光敏傳感器裝置中有多個(gè)光敏傳感器的行陣列。對(duì)于每一種顏色，由每一個(gè)行陣列接收的光譜帶寬是不同的。通過(guò)增加很少或者不增加成本而且對(duì)本機(jī)輸入采樣速度或信噪比的負(fù)面影響小或沒(méi)有影響，另外的光譜響應(yīng)改善了光譜測(cè)量精度并且提高了位深度。
提供了二個(gè)實(shí)施方案的實(shí)例。在一個(gè)實(shí)例中，交錯(cuò)排列的陣列的一行接收具有第一光譜帶寬的光，并且該交錯(cuò)排列陣列的第二行接收具有不同的光譜響應(yīng)。對(duì)于多個(gè)交錯(cuò)排列行陣列，另外的光譜帶寬只需增加很少的成本而且對(duì)信噪比或本機(jī)輸入采樣速度影響很小或沒(méi)有影響，就可提供增加的光譜精度。
在第二個(gè)實(shí)施方案的實(shí)施例中，具有不同尺寸的光敏傳感器接收具有不同光譜帶寬的光。對(duì)于第二個(gè)示例的實(shí)施方案，具有相對(duì)小的傳感器面積的行陣列可以用于高的本機(jī)輸入采樣速度，并且具有相對(duì)大的傳感器面積的行陣列可以用于高信噪比和高速度，并且所有尺寸的光敏傳感器可以組合使用以改善光譜精度和提高位深度。將多種傳感器尺寸和多種光譜響應(yīng)組合在一個(gè)裝置中使操作員在增加最小成本并且都具有較少的交替變換的條件下，有較大的自由度來(lái)選擇精確光譜測(cè)量、高位深度、高速度、高信噪比和高主機(jī)采樣速率。對(duì)于多行不同尺寸的光敏傳感器，另外的光譜帶寬只需增加很少的成本而且對(duì)信噪比或本機(jī)輸入采樣速度影響很小或沒(méi)有影響，就可提供提高的光譜精度。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的光敏傳感器裝置的第二實(shí)施方案實(shí)例的方框圖。
圖3示出圖2中實(shí)施方案實(shí)例的另外結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的方框圖。
圖4是結(jié)合

圖1、圖2、和圖3特點(diǎn)的實(shí)施方案實(shí)例的方框圖。
圖1的裝置生成二幅圖像。一幅圖像具有第一組三色值(R1、G1、B1)，以及第二幅圖像具有第二組三色值(R2、G2、B2)。二幅圖像具有相同的本機(jī)輸入采樣速度，并且沿一維方向，二幅圖像偏移半個(gè)像素?？梢詥为?dú)采用二幅圖像中的任意一幅，每一幅圖像需要一個(gè)不同的轉(zhuǎn)換矩陣。另外一種情況，可以將二幅圖像進(jìn)行組合以提供一幅具有是二幅分圖像中的任何一幅的二倍的輸入采樣速率的組合圖像并且每一像素有6個(gè)光譜測(cè)度。每個(gè)像素提供6個(gè)光譜測(cè)度增加了位深度。例如，如果每個(gè)光譜帶寬采用16位，那么該組合圖像中的每一個(gè)像素具有96位顏色信息，相對(duì)于常規(guī)的交錯(cuò)排列的像素裝置其位深度增加了一倍。還注意到，另外的位深度提供另外的光譜信息，這些信息可以用于該善光譜精度。
二幅圖像可以被簡(jiǎn)單地交叉。另一種情況，對(duì)于不是本機(jī)輸入采樣速度的采樣速率，結(jié)合了對(duì)光學(xué)畸變的補(bǔ)償以及或許是為用戶指定的濾光所進(jìn)行的計(jì)算，更通常地可以采用重采樣技術(shù)，見(jiàn)Michael Elad和Arie Feuer，“從一些模糊不清的受到干擾的和被采樣的測(cè)量圖像中恢復(fù)單一的超分辨率圖像”，IEEE圖像處理會(huì)刊，6卷，12期，1646頁(yè)-1658頁(yè)，1997年12月(“Restoration of a Superresolution Image fromSeveral Blurred，Noisy，and Under sampled Measured Images，”IEEETransactions on Image process，Vol.6，no.12，pp1646-1658，December，1997.)。
應(yīng)當(dāng)注意到只要增加很少的成本就可以提高光譜精度和位深度。具體而言，如果采用濾色鏡，被濾光的區(qū)域不會(huì)改變(無(wú)結(jié)構(gòu)變化)，對(duì)光敏傳感器裝置的唯一變化只是濾色鏡光譜帶寬的變化。對(duì)于采用該光敏傳感器裝置的掃描儀系統(tǒng)，當(dāng)采用全部6個(gè)光譜帶寬時(shí)，二套不同的三色值需要二個(gè)獨(dú)立的3x3顏色轉(zhuǎn)換矩陣，和一個(gè)6x3顏色轉(zhuǎn)換矩陣。6x3顏色轉(zhuǎn)換矩陣的輸出是標(biāo)準(zhǔn)格式使得該6x3矩陣的下游不必改變。唯一的差別是該6x3矩陣輸出的光譜精度相對(duì)與3x3矩陣的輸出提高了。對(duì)上文給出的實(shí)例的數(shù)目，對(duì)于每一個(gè)光譜帶寬可以有16位，使得該6x3矩陣的輸入是6個(gè)16位的數(shù)，并且該輸出是3個(gè)16位的數(shù)，提高了光譜精度。
圖2示出另一個(gè)示例的實(shí)施方案。如在背景部分的討論，可以在輸入采樣速率、掃描速度、和信噪比之間進(jìn)行權(quán)衡。圖2的實(shí)例的結(jié)構(gòu)給出了光敏傳感器的多個(gè)不同尺寸以及在一個(gè)裝置中的多個(gè)不同的本機(jī)輸入采樣速率。圖2的實(shí)例結(jié)構(gòu)，而不是多光譜帶寬特征，是2000年10月31日提交的并被共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)09/703,960的主題。圖3給出了一個(gè)實(shí)例，該實(shí)例具有圖2所示結(jié)構(gòu)的另外的細(xì)節(jié)。圖2和圖3的實(shí)例結(jié)構(gòu)使掃描儀在以相對(duì)較低的本機(jī)輸入采樣速度的條件下能夠提供具有相對(duì)高的信噪比的圖像，或者能提供具有相對(duì)高的本機(jī)輸入采樣速度，但是降低了信噪比的圖像。本申請(qǐng)?zhí)貏e令人感興趣之處在于提供了提高的光譜精度和位深度的益處以及在一個(gè)裝置中提供光敏傳感器的多個(gè)不同尺寸和多個(gè)不同本機(jī)輸入采樣速度的益處。具體說(shuō)來(lái)，僅僅增加少量的成本就可以提供提高了光譜精度和位深度的如圖2和圖3所示的多個(gè)傳感器陣列。如結(jié)合圖1進(jìn)行的討論，如果要將濾波器用于圖2所示的裝置，唯一需要的改變是濾波器的光譜響應(yīng)，以及采用該光敏傳感器裝置的掃描儀中的不同的轉(zhuǎn)換矩陣。
在圖2的實(shí)例有6行陣列光敏傳感器，每一行陣列探測(cè)不同的光譜帶寬。光敏傳感器行陣列200和206探測(cè)二個(gè)不同的紅光(表示為R1和R2)光譜帶寬。光敏傳感器行陣列202和208探測(cè)二個(gè)不同的綠光(表示為G1和G2)光譜帶寬。光敏傳感器行陣列204和210探測(cè)二個(gè)不同的藍(lán)光(表示為B1和B2)光譜帶寬。
在圖2的示例的實(shí)施方案中，行陣列200、202、和204中的光敏傳感器具有相對(duì)小的面積。行陣列206、208、和210中的光敏傳感器具有相對(duì)大的面積。具有相對(duì)小的傳感器面積的陣列可以用于高主機(jī)采樣速率，而具有相對(duì)大的傳感器面積的陣列可以用于高信噪比和速度。另一種情況，如下文更詳細(xì)地描述，所有傳感器的行陣列都可以用來(lái)提高光譜精度和增加位深度。相對(duì)于小傳感器而言，大的傳感器面積以相對(duì)較低的本機(jī)輸入采樣速度提供相對(duì)較高的信噪比。反過(guò)來(lái)，較小的傳感器面積提供相對(duì)高的本機(jī)輸入采樣速度，但是信噪比被降低了。
為了提高光譜精度和增大位深度，使用了所有行陣列的光敏傳感器(在一次掃描期間，或者在二次獨(dú)立的掃描期間)。那么，例如，如圖2所示，所獲得的二幅圖像，第一幅圖像具有第一本機(jī)輸入采樣速度和第一顏色的色移，第二幅圖像具有第二主機(jī)采樣速率和第二顏色的色移。二幅圖像的數(shù)據(jù)可以通過(guò)若干種方式進(jìn)行組合。首先，以高主機(jī)采樣速率將二幅圖像組合形成一幅圖像。例如，可以將來(lái)自大光敏傳感器的的各數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行復(fù)制，以提供具有與小傳感器所確定的像素相同尺寸的像素。例如，如果每一個(gè)大光敏傳感器的面積是每一個(gè)小光敏傳感器面積的4倍，那么每一個(gè)來(lái)自大光敏傳感器的像素可以被復(fù)制以形成4個(gè)相同的小像素。另外一種情況，以低本機(jī)輸入采樣速度將二幅圖像組合形成一幅圖像。例如，可以對(duì)4個(gè)小像素的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均以形成一個(gè)大像素?？梢詫?duì)二幅圖像或者二幅圖像的組合使用雙線性內(nèi)插以提供采樣速率而不是二個(gè)主機(jī)采樣速率之一。最終，可以采用如結(jié)合圖1所討論的通用重采樣方法。
對(duì)于任何組合圖像的技術(shù)，每一個(gè)生成的像素包括6個(gè)不同的顏色測(cè)度，提高光譜精度和位深度。其結(jié)果，圖2所示的光敏傳感器裝置使操作員在增加成本最少的條件下對(duì)精確的光譜測(cè)度、高位深度、高速度、高信噪比、以及高主機(jī)輸入采樣速度的組合進(jìn)行選擇。
在圖1和圖2的每一幅圖中，光敏傳感器行陣列的數(shù)目、顏色的選擇、顏色的布置僅僅用于示意。例如，根據(jù)本發(fā)明的光敏傳感器裝置可以探測(cè)黃、絳紅、和深藍(lán)多個(gè)譜帶。另外一種情況，至少一個(gè)光敏傳感器行陣列可以用來(lái)探測(cè)白光。另外一種情況，至少一個(gè)光敏傳感器行陣列可以用來(lái)探測(cè)發(fā)光源的光譜?？梢詫?duì)照到每一個(gè)行陣列中的一些光敏傳感器的光阻擋以便進(jìn)行暗電流校準(zhǔn)，或者每一個(gè)行陣列中的一些光敏傳感器接收為了校準(zhǔn)目的而經(jīng)過(guò)各種不同濾色的光。光敏傳感器行陣列可以少于6個(gè)或者多于6個(gè)。這些行陣列可以例如是彎曲的以補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的畸變。值得注意的是，濾色器的透光度或束分離效率可以隨顏色的不同而不同。因此，對(duì)各光敏傳感器的行陣列的曝光時(shí)間可以互不相同，以便對(duì)所掃描文件以一個(gè)特定的最大光強(qiáng)提供一個(gè)特定的信號(hào)水平。
圖2所示的光敏傳感器裝置可以通過(guò)簡(jiǎn)單地制造二個(gè)單獨(dú)的裝置(一個(gè)用于小傳感器，一個(gè)用于大傳感器)并把它們裝配在一個(gè)半導(dǎo)體模具中。但是集成電路的大部分成本是晶片上的模具面積的花費(fèi)。如下文所述，一些結(jié)構(gòu)可以共用以減小面積，從而降低成本。對(duì)于采用電荷耦合器件(CCD)技術(shù)的光敏傳感器陣列來(lái)說(shuō)，通常將電荷傳送到電荷移位寄存器并按順序?qū)㈦姾梢频揭恍┨綔y(cè)節(jié)點(diǎn)以便進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。對(duì)于CCD陣列來(lái)說(shuō)，電荷移位寄存器和輔助放大器具有相對(duì)大的結(jié)構(gòu)。因此，如果電荷移位寄存器和輔助放大器共用，那么增加光敏傳感器只增加很少的成本。
圖3對(duì)另外結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行了說(shuō)明，該實(shí)例是針對(duì)圖2所示實(shí)施方案的，采用了共用的電荷移位寄存器和輔助放大器。圖3中的參照編號(hào)200-210對(duì)應(yīng)于圖2中采用相似編號(hào)的光敏傳感器行陣列。在圖3中有3個(gè)電荷移位寄存器(304、314、和324)。寄存器304將電荷移到放大器306，寄存器314將電荷移到放大器316，以及寄存器324將電荷移到放大器326。傳送柵極(302、308、312、318、322、和328)將電荷從光敏傳感器區(qū)傳送到電荷移位寄存器。例如，傳送柵極302將電荷從光敏傳感器206傳送到電荷移位寄存器304。控制行(controlline)332-342控制傳送柵極。值得注意的是，如果每一個(gè)光敏傳感器陣列需要單獨(dú)的曝光時(shí)間，那么最好采用單獨(dú)的控制行。
在圖3所示的示例的實(shí)施方案中，每一個(gè)大面積的光敏傳感器與一個(gè)小面積的光敏傳感器行陣列共用一個(gè)電荷移位寄存器和放大器。例如，大的紅色光敏傳感器206與小的紅色光敏傳感器200共用電荷移位寄存器304。對(duì)于給定的另外的行陣列，如上所述采用多個(gè)光譜帶寬可以提高光譜精度和增大位深度。在共用電荷移位寄存器時(shí)，并且使用了所有的光敏傳感器，共用了一個(gè)電荷移位寄存器的光敏傳感器陣列可以按順序使用該被共用的的寄存器。例如，在圖3中，行陣列410可以首先使用寄存器406，然后行陣列402使用寄存器406。另外一種情況，電荷可以進(jìn)行交錯(cuò)。對(duì)每一次曝光來(lái)說(shuō)，二種方式之一，每一個(gè)移位寄存器級(jí)接收來(lái)自二個(gè)不同行陣列的電荷。
在圖3所示的示例性實(shí)施方案中值得注意的是每一個(gè)電荷移位寄存器中的級(jí)的數(shù)目至少要達(dá)到小光敏傳感器的一個(gè)行陣列中的光敏傳感器區(qū)的數(shù)目。例如，在移位寄存器304中的級(jí)的數(shù)目至少要達(dá)到行陣列200中光敏傳感器的數(shù)目。在圖3中，每一個(gè)小的光敏傳感器區(qū)將電荷傳送到一個(gè)電荷移位寄存器級(jí)中，而每一個(gè)大的光敏傳感器區(qū)將電荷傳送到2個(gè)電荷移位寄存器級(jí)中。當(dāng)采用大的光敏傳感器區(qū)進(jìn)行掃描時(shí)，在轉(zhuǎn)換之前，增加了來(lái)自若干對(duì)的電荷移位寄存器的電荷。有許多合適的變型，具體而言，在電荷移位寄存器中的級(jí)的數(shù)目可以大于相關(guān)的光敏傳感器的數(shù)目，并且移位寄存器級(jí)可以被交錯(cuò)。
在強(qiáng)光照射或長(zhǎng)時(shí)間曝光條件下，光敏傳感器的電荷阱(chargewell)可能會(huì)飽和，過(guò)多的電荷會(huì)跑到鄰近的光敏傳感器的電荷阱中，結(jié)果導(dǎo)致激增(結(jié)果導(dǎo)致數(shù)字化圖像中的亮區(qū)大于實(shí)際亮區(qū))。在CCD陣列中，通常配備過(guò)流漏極(也稱為抗激增漏極)以排泄過(guò)量的電荷防止激增。過(guò)流漏極的壘高可以受外部電壓控制以提供可變的積分時(shí)間?？梢栽陔姾哨宓南旅嬷圃爝^(guò)流漏極(被稱為垂直過(guò)流漏極)或者在鄰近光敏探測(cè)器處制造過(guò)流漏極(被稱為橫向過(guò)流漏極)。橫向過(guò)流漏極占據(jù)半導(dǎo)體襯底上的模區(qū)。在圖3中，區(qū)300、310、320、和330代表橫向過(guò)流漏極。值得注意的是，光敏傳感器行陣列200和208共用過(guò)流漏極310，以及行陣列202和210共用過(guò)流漏極320。
可以期望擁有較高采樣速率的光敏傳感器，傳感器采用如圖1所示的交錯(cuò)配置，和采用圖2所示的行陣列配置的較低采樣速率的光敏傳感器。圖4給出了一個(gè)示例性的實(shí)施方案，該實(shí)施方案具有圖1所示的交錯(cuò)的光敏傳感器陣列，具有圖2所示的多尺寸光敏傳感器陣列，具有圖1和圖2所示的多個(gè)光譜帶寬，和圖3所示的共用結(jié)構(gòu)。在圖4中，有3組交錯(cuò)的行陣列光敏傳感器(410、414)，(430，434)，和(450，454)。還有3個(gè)大光敏傳感器的行陣列(402，422，442)。單元406、418、426、438、446、和458是電荷移位寄存器。單元400、412、420、432、440、和452是橫向過(guò)流漏極。單元404、408、416、424、428、436、444、448、和456是電荷轉(zhuǎn)移寄存器。每一個(gè)大光敏傳感器的行陣列傳送電荷到一個(gè)單個(gè)電荷移位寄存器(行陣列402到寄存器406，行陣列422到寄存器426，行陣列442到寄存器446)，并被一個(gè)光敏傳感器的交錯(cuò)行陣列共用，每一組交錯(cuò)的行陣列傳送電荷到2個(gè)電荷移位寄存器，其中之一與一個(gè)大光敏傳感器的行陣列一起被共用。例如，交錯(cuò)的行陣列410和414傳送電荷到移位寄存器406和418，寄存器406與大行陣列402一起被共用。當(dāng)使用該大光敏傳感器時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移寄存器(460、464、和468)傳送電荷到其各自的放大器(462、466、470)。當(dāng)使用小的交錯(cuò)的光敏傳感器時(shí)，該電荷轉(zhuǎn)移寄存器傳送多個(gè)電荷到放大器。
將小的光敏傳感器布置成參差陣列，較大的光敏傳感器布置成行陣列，在一組交錯(cuò)排列的行陣列中的二個(gè)行陣列可以接收相同的頻帶寬度。另外一種情況，它們可以接收分離的頻帶寬度以提供更高的光譜精度和位深度。例如，行陣列410可以接受紅光的光譜帶寬，該紅光的光譜帶寬與行陣列402的光譜帶寬不同。類似的情況，行陣列414可以接收紅光的光譜帶寬，該紅光的光譜帶寬與行陣列402所接收的光譜帶寬不同，或者與行陣列410所接收的光譜帶寬不同。與此相似，行陣列430和434可以接收不同的綠光的光譜帶，行陣列450和454可以接收不同的藍(lán)光的光譜帶。其結(jié)果，在使用所有光敏傳感器時(shí)，每一個(gè)生成的像素包括9個(gè)光譜測(cè)度。
圖2、3、4的結(jié)構(gòu)使得一臺(tái)掃描儀可以在相對(duì)較低的本機(jī)輸入采樣速度提供具有相對(duì)高的信噪比的圖像，或者具有相對(duì)高的主機(jī)采樣速率，但是降低了信噪比。對(duì)于圖2、3、4所示的多傳感器陣列，可以在增加很少成本并且對(duì)信噪比或輸入采樣速率不產(chǎn)生影響的條件下，提供提高的光譜精度和提高的位深度。唯一的變化僅僅是濾光器的光譜響應(yīng)，以及采用光敏傳感器裝置的不同的轉(zhuǎn)換矩陣。
上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的描述是出于說(shuō)明的目的。然而這不是企圖對(duì)本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容進(jìn)行限定，其它根據(jù)上述內(nèi)容所作的修改和變化是可能的。實(shí)施方案的選擇與描述是為了能最好地解釋本發(fā)明的原則及其實(shí)際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域其它技術(shù)人員最好地在各種實(shí)施方案和各種修改范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明以適應(yīng)具體應(yīng)用。除現(xiàn)有技術(shù)所限定的范圍，附屬的權(quán)利要求應(yīng)該被解釋為涵蓋本發(fā)明其它的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種光敏傳感器裝置，該裝置包括多組光敏傳感器行(100，102)(104，106)(108，110)，每一組包括至少一個(gè)第一行和一個(gè)第二行，其中第一行和第二行中的光敏傳感器有基本相同的間距，并且其中第一行中的光敏傳感器相對(duì)于第二行的光敏傳感器偏移大約一半的間距，并且第一行所接收的光的光譜帶寬不同于第二行所接收光的光譜帶寬。
2.權(quán)利要求1的光敏傳感器裝置，該裝置還包括N行光敏傳感器，其中N至少為6，該N行中的一行中的每一個(gè)光敏傳感器所接收的光譜帶寬與其它N-1行所接收的光譜帶寬不同。
3.一種光敏傳感器裝置，該裝置包括多組光敏傳感器行(100，102)(104，106)(108，110)，每一組包括至少一個(gè)第一行和一個(gè)第二行，其中第一行和第二行中的光敏傳感器有基本相同的光敏傳感器寬度，并且其中第一行中的光敏傳感器相對(duì)于第二行的光敏傳感器偏移大約一半的光敏傳感器寬度，并且第一行所接收的光的光譜帶寬不同于第二行所接收光的光譜帶寬。
4.權(quán)利要求3的光敏傳感器裝置，該裝置還包括N行光敏傳感器，其中N至少為6，該N行中的一行中的每一個(gè)光敏傳感器所接收的光譜帶寬與其它N-1行所接收的光譜帶寬不同。
5.一種光敏傳感器裝置，該裝置包括N個(gè)具有第一尺寸的光敏傳感器的第一行(200，202，204)(410，414，430，434，450，454)；M個(gè)具有第二尺寸的光敏傳感器的第二行(206，208，210)(402，422，442)；其中M和N均大于1；其中第二尺寸不同于第一尺寸；其中在每一個(gè)光敏傳感器行中，基本上所有光敏傳感器接收相同的光譜帶寬；以及其中至少接收M+N個(gè)不同的光譜帶寬。
6.一種掃描方法，該方法包括用N個(gè)光敏傳感器掃描一個(gè)區(qū)域，其中N是至少為6的偶數(shù)，其中每一個(gè)光敏傳感器具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的光敏傳感器，它們?cè)诳臻g上基本上偏離一半的光敏傳感器間距，并且其中每一個(gè)光敏傳感器接收不同的光譜帶寬；從每一個(gè)光敏傳感器獲得M位強(qiáng)度數(shù)據(jù)；以及將該強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行組合以獲得該區(qū)域的M乘N位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求6的方法，該方法還包括采用轉(zhuǎn)換矩陣將M乘N位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)減少成M乘N/2位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
8.一種掃描方法，該方法包括用N個(gè)光敏傳感器掃描一個(gè)區(qū)域，其中N是至少為6的偶數(shù)，其中有些光敏傳感器為第一尺寸，而其它剩余的光敏傳感器為第二尺寸，并且第一尺寸和第二尺寸是不同的，以及其中每一個(gè)光敏傳感器接收不同的光譜帶寬；從每一個(gè)光敏傳感器獲得M位強(qiáng)度數(shù)據(jù)；以及將該強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行組合以獲得該區(qū)域的M乘N位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
9.權(quán)利要求8的方法，該方法還包括采用轉(zhuǎn)換矩陣將M乘N位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)減少成M乘N/2位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種光敏傳感器裝置具有針對(duì)每一種顏色的多個(gè)行陣列。對(duì)于每一種顏色,每一個(gè)行陣列接收的光譜帶寬是不同的。采用另外的光譜帶寬來(lái)改善光譜測(cè)度精度,以及提高位深度。在一個(gè)實(shí)例中,一行交錯(cuò)的陣列(100,104,108)接收具有第一光譜帶寬的光,而第二行交錯(cuò)陣列(102,106,110)接收具有不同的光譜響應(yīng)的光。在第二實(shí)例中,具有不同尺寸的光敏傳感器(200,202,204)(206,208,210)接收具有不同光譜帶寬的光。
文檔編號(hào)H04N5/361GK1384658SQ0210656
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月30日
發(fā)明者R·G·甘, K·E·斯佩爾斯 申請(qǐng)人:惠普公司