專利名稱：用于抑制圖像失真的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用光電轉(zhuǎn)換元件的圖像傳感器，更具體地說，本發(fā)明涉及抑制輸出圖像的失真的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
諸如CMOS傳感器的圖像傳感器具有作為像素的光電轉(zhuǎn)換元件，它將預(yù)定積分周期期間輸入的光的強度轉(zhuǎn)換為電信號、進行圖像處理并輸出圖像信號。在驅(qū)動行選擇線時，由為每列設(shè)置的采樣保持電路保持與行選擇線相連的像素的光電轉(zhuǎn)換信號，利用水平掃描脈沖順序地輸出被保持的這些檢測信號。此外，還利用垂直掃描脈沖順序地驅(qū)動行選擇線，而且，在掃描了所有行選擇線時，完成一幀圖像的像素信號的輸出。
例如，第2002-218324號日本未審查專利公報對這種CMOS圖像傳感器進行了披露。
由于通過掃描多個行選擇線，順序地輸出光電轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的、并在每個像素上積分的光電轉(zhuǎn)換信號，所以即使在同一幀圖像中，積分周期仍在圖像的上部與下部之間發(fā)生偏移。例如，在一個幀周期為1/30秒時，在1/30秒內(nèi)掃描所有行選擇線，而且在圖像的上部與下部之間產(chǎn)生最高1/30秒的積分周期偏移。此外，對于暗圖像，必須通過延長積分周期來加亮輸出圖像，因此，在這種情況下，以這樣的方式進行控制，即，使一個幀周期大于1/15秒或1/7.5秒，而圖像上部和下部的積分周期相應(yīng)地偏移1/15秒或1/7.5秒。
積分周期的偏移取決于同一圖像幀的垂直位置，在圖像以高速在例如左、右方向移動時，它導(dǎo)致輸出圖像失真，因為輸出圖像上部與下部之間具有位置偏移。

發(fā)明內(nèi)容
因為上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種抑制輸出圖像失真的圖像傳感器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面是一種圖像傳感器，它具有各像素以矩陣方式排列的像素陣列，各像素具有光電轉(zhuǎn)換元件。該圖像傳感器包括多個行選擇線，排列在行方向；多個列線，排列在列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇多個行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇采樣保持電路的輸出，其中在將圖像傳感器控制到第一幀周期時，垂直掃描電路在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個行選擇線，而即使在將圖像傳感器控制到比第一幀周期長的第二幀周期時，仍在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個行選擇線。
根據(jù)本發(fā)明的上述方面，例如，在要捕獲的圖像較暗時，即使將幀周期控制到比第一幀周期長的第二幀周期，以提高像素內(nèi)的積分周期，垂直掃描速度仍與第一幀周期時的速度相同，因此不增加在圖像的上部與下部之間的積分周期偏移，而且可以抑制輸出圖像的失真。


圖1是示出根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器的像素陣列配置的示意圖；圖2是示出采樣保持電路的實施例的示意圖；圖3是示出采樣保持電路的操作的信號波形圖；圖4是示出根據(jù)本實施例的圖像傳感器的色彩處理器的配置的示意圖；圖5是示出根據(jù)本實施例的垂直掃描與水平掃描之間關(guān)系的示意圖；圖6是示出根據(jù)本實施例的垂直掃描和水平掃描的控制電路的示意圖；圖7是示出圖4的改進例的示意圖；以及圖8是示出行緩沖器60的輸入定時和輸出定時的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考

本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明的保護范圍并不局限于以下說明的實施例，而是包括權(quán)利要求及其等效物所述的發(fā)明。
圖1是示出根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器的像素陣列配置的示意圖。像素陣列10包括分別以行方向排列的多個復(fù)位電源線VR、行選擇線SLCT0-3以及復(fù)位控制線RST0-3；以列方向排列的多個列線CL1-4；以及排列在行選擇線、復(fù)位控制線以及列線之間的交叉位置的像素PX00-33。在每個像素中設(shè)置光電轉(zhuǎn)換電路，每個光電轉(zhuǎn)換電路包括復(fù)位晶體管M1；光電二極管PD，作為光電轉(zhuǎn)換元件；源極跟隨器晶體管M2，用于放大光電二極管的陰極電位；以及選擇晶體管M3，用于響應(yīng)行選擇線SLCT的驅(qū)動，將源極跟隨器晶體管M2的源極與列線CL連接在一起，如像素PX03所示。
垂直掃描移位寄存器12和復(fù)位控制電路11對以行方向排列的行選擇線SLCT0-3和復(fù)位控制線RST0-3的驅(qū)動過程進行控制。換句話說，垂直掃描移位寄存器12是用于產(chǎn)生垂直掃描信號Vscan的垂直掃描電路，通過響應(yīng)垂直掃描時鐘VCLK串行傳送數(shù)據(jù)VDATA“1”，它產(chǎn)生用于選擇每行的垂直掃描信號Vscan。響應(yīng)于垂直掃描信號，順序地驅(qū)動行選擇線SLCT0-3。
將以列方向排列的每個列線CL1-4分別連接到采樣保持電路14。如下所述，采樣保持電路14對每個像素通過列線CL提供的光電轉(zhuǎn)換信號進行放大，消除隨復(fù)位操作產(chǎn)生的復(fù)位噪聲，并輸出像素信號。
通過由水平掃描移位寄存器16產(chǎn)生的水平掃描信號Hscan選擇的列選擇晶體管CS0-3，將采樣保持電路14輸出的像素信號輸出到公共輸出總線OBUS，并利用與輸出總線相連的放大器AMP對其進行放大。將放大器AMP的輸出提供到以下說明的色彩處理器。
圖2是示出采樣保持電路的實施例的示意圖，圖3是示出采樣保持電路的操作的信號波形圖。圖2示出一個像素PX的電路以及通過列線(未示出)連接到像素PX的采樣保持電路14。采樣保持電路14包括第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第一采樣保持電容器C1、第二采樣保持電容器C2、基準(zhǔn)電壓VREF以及第一和第二放大器AMP1和AMP2，它是用于消除該像素的光電轉(zhuǎn)換電路的復(fù)位噪聲的相關(guān)雙采樣電路。電流源I1設(shè)置在像素PX與采樣保持電路14之間。
參考圖3說明像素PX以及采樣保持電路14的操作。圖3示出與行選擇線SLCT和復(fù)位控制線RST相關(guān)聯(lián)的像素內(nèi)的光電二極管D1的陰極電壓VPD的電壓變化。首先，在復(fù)位周期T1，將復(fù)位控制線RST驅(qū)動到H電平，復(fù)位晶體管M1接通，并將光電二極管PD的陰極電位VPD設(shè)置為復(fù)位電平VR。在復(fù)位控制線RST變?yōu)長電平而復(fù)位晶體管M1斷開時，利用光電二極管PD根據(jù)輸入光的光強產(chǎn)生的電流，逐漸降低陰極電位VPD。這就是積分周期T2。然而，在斷開復(fù)位晶體管M1時，產(chǎn)生復(fù)位噪聲Vn。該復(fù)位噪聲Vn是根據(jù)像素而分散的電壓。
預(yù)定積分周期T2期滿后，將行選擇線SLCT驅(qū)動到H電平，以便接通像素的選擇晶體管M3，而且，在此狀態(tài)下，臨時接通開關(guān)SW1和SW2，然后，通過選擇晶體管M3和列線(未示出)，根據(jù)陰極電位VPD產(chǎn)生的、源極跟隨器晶體管M2輸出的驅(qū)動電流對電容器C1進行再充電。通過這樣做，節(jié)點VC1變?yōu)殡娢籚R-(Vs+Vn)，它是復(fù)位噪聲電壓Vn與在積分周期期間下降的電位Vs之和，即(Vs+Vn)與復(fù)位電壓VR的差值。還通過第一放大器AMP1，將節(jié)點VC1的電位傳送到第二電容器C2。
此時，第二開關(guān)SW2還處于接通(ON)狀態(tài)，而且如果第一放大器AMP1的放大系數(shù)為1，則還將第二電容器C2充電到與第一電容器相同的電壓狀態(tài)。在此狀態(tài)下，將電平VR-(Vs+Vn)與基準(zhǔn)電壓VREF之間的差電壓施加到第一和第二電容器C1和C2。
積分周期T2結(jié)束后，將復(fù)位脈沖再提供到復(fù)位控制線RST，然后，接通復(fù)位晶體管M1。通過這樣做，將陰極電位VPD再充電到復(fù)位電平VR。然后，在復(fù)位噪聲讀取周期T4期滿后，臨時接通第一開關(guān)SW1。此時，使第二開關(guān)SW2保持斷開(OFF)狀態(tài)。同樣，在此復(fù)位噪聲讀取周期T4中，如同在積分周期T2，利用光電二極管根據(jù)接收的光強產(chǎn)生的電流，降低陰極電位VPD的電平，但是，將復(fù)位噪聲讀取周期T4設(shè)置得比積分周期T2短。然而，根據(jù)輸入光的亮度級，將積分周期T2控制到最佳周期，因此不能總是對周期T2和T4做簡單比較。
在此復(fù)位噪聲讀取周期T4期間，接通開關(guān)SW1，而第一電容器C1的節(jié)點VC1變?yōu)殡娖絍R-Vn，它是把復(fù)位電壓VR降低復(fù)位噪聲Vn所得到的電平。通過第一放大器AMP1，將該電位VR-Vn傳送到第二電容器C2的端子。此時，第二開關(guān)SW2處于OFF狀態(tài)，因此，第二電容器C2的節(jié)點VC2處于開放狀態(tài)(open status)。因此，在第二電容器C2的節(jié)點VC2發(fā)生了在積分周期T2結(jié)束時節(jié)點VC1的電位VR-(Vs+Vn)與復(fù)位噪聲讀取周期T4結(jié)束時節(jié)點VC1的電位VR-Vn之間的差電壓Vs的波動，并且在節(jié)點VC2產(chǎn)生電壓VREF+Vs，它是第一次采樣時的基準(zhǔn)電壓VREF與差電壓Vs之和。已經(jīng)從該電壓VREF+Vs內(nèi)消除了復(fù)位噪聲Vn。
通過將第二放大器AMP2的基準(zhǔn)電位設(shè)置為VREF，第二放大器AMP2對根據(jù)接收的光強積分的檢測電壓Vs進行放大，并通過利用水平掃描移位寄存器16產(chǎn)生的水平掃描信號順序地控制接通(ON)的列門CS，將放大結(jié)果輸出到輸出總線OBUS。然后，利用設(shè)置在輸出總線OBUS上的公共放大器AMP放大該輸出，并將該輸出作為像素信號提供到后續(xù)級中的A/D轉(zhuǎn)換電路。
垂直掃描電路12包括移位寄存器，它通過移位在掃描周期開始時提供的垂直數(shù)據(jù)VDATA的“1”，與垂直時鐘VCLK同步地產(chǎn)生垂直掃描信號Vscan。因此，以產(chǎn)生垂直掃描信號的定時，對行選擇線SLCT0-3的掃描驅(qū)動進行控制。同樣，水平掃描電路16也包括移位寄存器，它通過移位在掃描周期開始時提供的水平數(shù)據(jù)HDATA的“1”，與像素時鐘PCLK同步地產(chǎn)生水平掃描信號Hscan。利用這些水平掃描信號，順序地選擇列門CS1-4。因此，以產(chǎn)生該水平掃描信號的定時，對水平方向上的掃描驅(qū)動進行控制。
圖3所示的將行選擇信號SLCT控制到H電平的周期是該行的掃描周期。因此，在將行的行選擇信號SLCT控制到H電平時，通過采樣保持電路14、列門CS、公共總線Obus以及放大器AMP，將該行上的各像素輸出的光電轉(zhuǎn)換信號作為像素信號輸出。在該輸出結(jié)束時，將下一行的行選擇信號SLCT控制到H電平，并進行類似的像素信號輸出操作。換句話說，對像素陣列的各行順序地進行圖3所示的行掃描操作。
圖4是示出根據(jù)本實施例的圖像傳感器的色彩處理器(圖像處理器)的配置的示意圖。通過輸出總線OBUS、放大器AMP以及A/D轉(zhuǎn)換電路ADC，將像素陣列10中檢測的光電轉(zhuǎn)換信號作為像素信號Pin提供到色彩處理器20。在將RGB濾色器設(shè)置在像素陣列10上時，像素信號Pin變成具有每個RGB色彩的信號。
色彩處理器20包括定時產(chǎn)生電路22，根據(jù)用于驅(qū)動像素陣列10的水平同步信號Hsync、垂直同步信號Vsync以及像素時鐘PCLK，定時產(chǎn)生電路22產(chǎn)生各種定時信號。此外，色彩處理器20進一步包括靈敏度校正電路24，用于校正取決于像素信號Pin的色彩的靈敏度的特性；色彩內(nèi)插處理電路28，通過根據(jù)周圍像素的像素信號進行內(nèi)插操作，確定為每個像素檢測的色彩之外的色彩的灰度值(gradation value)；色彩調(diào)節(jié)電路32，用于調(diào)節(jié)色調(diào)(例如，藍色的藍色明暗度)；以及伽瑪變換電路34，用于使輸出數(shù)據(jù)與用于輸出圖像的設(shè)備，例如LCD和CRT的設(shè)備特性(伽瑪特性)匹配。最后，用于將圖像信號的格式變換為適于該顯示設(shè)備的格式的格式變換電路38將像素信號變換為數(shù)字分量，例如NTSC、YUV以及YCbCr，然后輸出圖像數(shù)據(jù)。
為了校正取決于色彩靈敏度的特性，靈敏度校正電路24參考對應(yīng)于每個色彩創(chuàng)建的靈敏度校正表26，并進行校正操作。對于每個像素，色彩內(nèi)插處理電路28產(chǎn)生RGB像素信號。例如，在設(shè)置在像素陣列10內(nèi)的濾色器的結(jié)構(gòu)是Bayer陣列時，對于對應(yīng)于紅(R)的像素，不能接收綠(G)和藍(B)的像素信號。因此，色彩內(nèi)插處理電路28內(nèi)插周圍像素的信號，使得可以為紅(R)濾色器的像素產(chǎn)生綠(G)和藍(B)像素信號。為此，將周圍像素的像素信號臨時記錄到內(nèi)插存儲器30。此外，色彩內(nèi)插處理電路28對臨時記錄到內(nèi)插存儲器30的周圍像素的像素信號進行內(nèi)插操作。在伽瑪表36中，存儲用于將輸出數(shù)據(jù)變換為諸如CRT和LCD的圖像輸出設(shè)備的伽瑪特性的變換表。格式變換表40是用于將輸出數(shù)據(jù)變換為諸如NTSC和YUV的顯示信號格式的表。
圖5是示出根據(jù)本實施例的垂直掃描與水平掃描之間關(guān)系的示意圖。在圖5A、5C、5D和5F中示出要被垂直掃描的行選擇線的驅(qū)動操作，橫軸表示時間，而縱軸表示行選擇線SLCT1-480的掃描位置。在圖5中，圖5B和5H示出要被水平掃描的列門CS1-640的掃描位置。這是一個在像素陣列10具有480行、640列時的例子。
圖5A和5B示出第一幀周期F1期間的垂直掃描和水平掃描。在圖5A所示的垂直掃描中，與垂直時鐘VCLK同步，垂直掃描移位寄存器12將垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1從第一行傳送到第480行，以順序地產(chǎn)生垂直掃描信號，與此同時，在幀周期F1內(nèi)，順序地驅(qū)動行選擇線SLCT1-480。此外，在驅(qū)動每個行選擇線時，與像素時鐘PCLK同步，水平掃描移位寄存器16將水平數(shù)據(jù)HDATA＝1從第一列傳送到第640列，以順序地產(chǎn)生水平掃描信號，與此同時，在幀周期F1的1/480秒內(nèi)，順序地選擇列門CS1-640。因此，在這種情況下，在最大時，積分周期IG1與第一幀周期F1相同。第一行與第480行的積分周期的差值成為第一幀周期F1。
圖5C示出在將圖像傳感器控制到為第一幀周期F1的雙倍長度的第二幀周期F2時的傳統(tǒng)垂直掃描。在輸入圖像較暗時，控制設(shè)置在輸出總線OBUS上的放大器AMP的增益使其提高，以提高要輸出的像素信號的電平，但是，如果該電平不夠高，即使將該增益設(shè)置為最大，仍必須將積分周期控制到更長。在這種情況下，通常提高時鐘的分頻比(dividing ratio)，以降低垂直掃描移位寄存器12和水平掃描移位寄存器16的掃描時鐘的速度。在圖5中的(C)所示的例子中，將分頻比增加到其兩倍，以使掃描時鐘VCLK和PCLK的周期翻倍。
在這種情況下，對于垂直掃描，與垂直時鐘VCLK同步，垂直掃描移位寄存器12將垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1從第一行傳送到第480行，以在第二幀周期F2內(nèi)，順序地產(chǎn)生垂直掃描信號，與此同時，在第二幀周期F2內(nèi)，順序地驅(qū)動行選擇線SLCT1-480。因此，在最大時，積分周期IG2變成第二幀周期F2，而且，即使對暗輸入圖像，仍可以保證足夠像素信號電平。
然而，將垂直掃描速度降低到1/2會導(dǎo)致在第一行的積分周期IG2-1與第480行的積分周期IG2-2之間發(fā)生等于第二幀周期的時間偏移量。因為這樣長的時間偏移，所以在輸入圖像在左、右方向移動時，圖像捕獲目標(biāo)位置在圖像的上部與下部之間顯著變化。這樣會導(dǎo)致輸出圖像失真。
圖5D和5E示出根據(jù)本實施例的垂直掃描和水平掃描。在本實施例中，即使幀周期被控制到第二幀周期F2，仍控制垂直掃描周期以保留在第一幀周期F1內(nèi)。換句話說，控制垂直掃描移位寄存器12，以便在第二幀周期F2的第一個半周期內(nèi)完成垂直掃描。在第二幀周期的后面的半個周期內(nèi)，垂直掃描移位寄存器12停止工作，而且不驅(qū)動任何行選擇線。在進行垂直掃描時，重復(fù)執(zhí)行水平掃描移位寄存器16的水平掃描操作。換句話說，在垂直掃描期間，在每個行掃描周期內(nèi)，從第一列門CG1到第640列門CG640進行水平掃描。
這樣，通過把執(zhí)行垂直掃描的周期維持在第一幀周期F1內(nèi)而不是在第二幀周期F2內(nèi)，將第一行的積分周期IG2-1與第480行的積分周期IG2-2之間的時間偏移控制到第一幀周期F1內(nèi)，這與圖5A所示的情況相同。因此，抑制了輸出圖像的失真。
圖5F示出本實施例中的垂直掃描。在此例中，控制幀周期以使其甚至更長，即，將幀周期控制到第三幀周期F3，第三幀周期F3是第二幀周期F2長度的兩倍。在這種情況下，在幀周期F3的第一個1/4周期內(nèi)進行垂直掃描。而在剩余的3/4周期內(nèi)，垂直掃描移位寄存器的移位操作停止。盡管在該圖中未示出，但是，如同圖5E一樣，在垂直掃描期間，在選擇每行時，順序地進行水平掃描。
在這種情況下，在最大時，至多可以將積分周期IG3擴大到第三幀周期F3，但是，可以將第一行的積分周期IG3-1與第480行的積分周期IG3-2之間的時間偏移抑制到與第一幀周期F1的情況相同。因此，可以抑制輸出圖像的失真。
圖6是示出根據(jù)本實施例的垂直掃描和水平掃描的控制電路的示意圖。利用分頻器56，內(nèi)部時鐘CLKi以預(yù)定分頻比產(chǎn)生像素時鐘PCLK。該像素時鐘PCLK用作水平掃描移位寄存器16的同步時鐘，而且還將它提供到水平計數(shù)器58。水平計數(shù)器58是用于計數(shù)1至640的計數(shù)器，并且在計數(shù)值為“1”時，輸出水平數(shù)據(jù)HDATA0＝1。此外，在每次計數(shù)到640時，水平計數(shù)器58還輸出垂直時鐘VCLK。該垂直時鐘VCLK用作垂直掃描移位寄存器12的控制時鐘，而且還將它提供到垂直計數(shù)器60，垂直計數(shù)器60對垂直時鐘VCLK進行計數(shù)，并在計數(shù)值為“1”時，輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。將垂直計數(shù)器60的最大計數(shù)值設(shè)計為可以支持可控的最大幀周期的值，但是，在正常計數(shù)操作中，垂直計數(shù)器60進行計數(shù)，直到響應(yīng)于垂直計數(shù)復(fù)位信號VCRST被復(fù)位。
自動增益控制電路50控制與輸出總線OBUS相連的放大器AMP的增益Kgain。在一個幀周期內(nèi)，自動增益控制電路50累加放大器AMP輸出的像素信號電平的數(shù)字值，并根據(jù)該像素信號電平的累加值，控制放大器AMP的增益Kgain。換句話說，在圖像暗而且圖像信號電平通常低時，自動增益控制電路50控制增益Kgain升高，以使輸出圖像變得更亮。然而，如果即使將增益Kgain控制到最大值，仍不能獲得足夠高的像素信號電平，則AGC電路50將幀周期設(shè)置信號S50提供到寄存器操作部分52，并進行控制以把幀周期加倍。響應(yīng)于幀周期設(shè)置信號S50，寄存器操作部分52把計數(shù)器寄存器54的寄存器值加倍。換句話說，使在計數(shù)器寄存器54內(nèi)設(shè)置的最大垂直掃描計數(shù)值VCMAX加倍。例如，將該最大計數(shù)值VCMAX設(shè)置為480×2＝960。
比較電路62將最大垂直掃描計數(shù)值VCMAX與垂直計數(shù)器60的計數(shù)值VCOUNT進行比較，并在這兩個值匹配時，輸出垂直計數(shù)復(fù)位信號VCRST。響應(yīng)于此，復(fù)位垂直計數(shù)器60，垂直計數(shù)值變成“1”，并輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。
在垂直計數(shù)值VCOUNT變成1時，垂直計數(shù)器60輸出垂直數(shù)據(jù)信號VDATA＝1，而在垂直計數(shù)值VCOUNT變成480時，垂直計數(shù)器60輸出計數(shù)信號V480＝1。此外，響應(yīng)于垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1，水平數(shù)據(jù)使能電路66啟動使能信號S66，而且響應(yīng)于計數(shù)信號V480＝1，水平數(shù)據(jù)使能電路66關(guān)閉水平掃描使能信號S66。
每次在計數(shù)值變成“1”時，水平計數(shù)器58輸出水平數(shù)據(jù)信號HDATA0＝1，而僅在門電路64使水平數(shù)據(jù)使能信號S66處于使能狀態(tài)時，輸出水平數(shù)據(jù)信號HDATA＝1。
現(xiàn)在，將說明在圖5A和5B所示情況下，圖6所示控制電路的操作。在這種情況下，將控制電路控制到最短的第一幀周期F1，從而將計數(shù)器寄存器54設(shè)定為480。在計數(shù)值為“1”時，水平計數(shù)器58輸出水平數(shù)據(jù)HDATA＝1，與此同時，在計數(shù)值為“1”時，垂直計數(shù)器60輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。通過這樣做，與像素時鐘PCLK同步，水平掃描寄存器16順序地移位水平掃描信號。在水平計數(shù)器58每次計數(shù)到640時，輸出垂直計數(shù)器60計數(shù)的垂直時鐘VCLK。在垂直計數(shù)值VCOUNT達到計數(shù)器寄存器54的設(shè)定值480時，復(fù)位垂直計數(shù)器。換句話說，在圖5(A)和(B)所示情況下，在第一幀周期F1期間，與垂直時鐘VCLK同步，順序地進行垂直掃描，而在每次垂直掃描期間，與像素時鐘PCLK同步，順序地進行水平掃描。
現(xiàn)在，將說明圖5D和5E所示情況下的控制電路的操作。在這種情況下，將圖像傳感器控制到其長度為第一幀周期F1的兩倍的第二幀周期F2，從而將計數(shù)器寄存器54設(shè)定為480×2＝960。此外，在垂直計數(shù)器60為計數(shù)值1至480時，水平計數(shù)器58輸出的水平數(shù)據(jù)HDATA0通過門電路64，并被提供到水平掃描移位寄存器16作為水平數(shù)據(jù)HDATA。通過這樣做，在垂直計數(shù)器60為計數(shù)值1至480時，在每次垂直掃描期間，水平掃描移位寄存器16輸出水平掃描信號。然而，如果垂直計數(shù)器60的計數(shù)值超過計數(shù)值480，則禁止使能信號S66，因此，門電路64禁止輸出水平數(shù)據(jù)HDATA＝1。因此，在垂直計數(shù)器的計數(shù)值為481至960時，不輸出水平數(shù)據(jù)信號HDATA＝1，而且，水平掃描移位寄存器16不輸出水平掃描信號。
在垂直計數(shù)器60的計數(shù)值為“1”時，在輸出垂直數(shù)據(jù)信號VDATA＝1后，不輸出數(shù)據(jù)信號VDATA＝1，直到垂直計數(shù)值變成960，因此，垂直掃描移位寄存器12僅在第二幀周期F2的第一個半周期內(nèi)產(chǎn)生垂直掃描信號，而在后面的半個周期內(nèi)，不輸出任何垂直掃描信號。
在圖5F所示情況下，將計數(shù)器寄存器54設(shè)定為480×4＝1960，這樣，僅在第三幀周期F3的第一個1/4周期內(nèi)產(chǎn)生垂直掃描信號和水平掃描信號，而在剩余周期內(nèi)，既不產(chǎn)生垂直掃描信號，又不產(chǎn)生水平掃描信號。

現(xiàn)在，將說明在圖5A所示控制情況下和圖5C所示控制情況下水平掃描操作的改進例。圖7是示出圖4的改進例的示意圖。在圖7所示的例子中，可以存儲一行像素信號Pin的行緩沖器60設(shè)置在A/D轉(zhuǎn)換電路ADC與色彩處理器20之間，A/D轉(zhuǎn)換電路ADC設(shè)置在像素陣列的輸出級。在列門CS1-640被接通時，將一行64個像素的像素信號輸入到該行緩沖器60。與輸出時鐘OCLK同步，將存儲在行緩沖器60的一行像素信號輸出到色彩處理器20。
圖8是示出行緩沖器60的輸入定時和輸出定時的示意圖。圖8(E)示出在圖8A至8D所示的垂直掃描期間的垂直掃描定時以及對行緩沖器60進行輸入/輸出的定時。
圖8A和8B是在如圖5A所示將圖像傳感器控制到第一幀周期F1時的輸入定時和輸出定時。在這種情況下，在與像素時鐘PCLK同步產(chǎn)生的水平掃描信號相同的定時，將像素信號輸入到行緩沖器60，并在同樣的定時輸出像素信號。換句話說，輸出時鐘OCLK的周期與像素時鐘PCLK的周期相同。
圖8C和8D是在如圖5C所示將圖像傳感器控制到第二幀周期F2時的輸入定時和輸出定時。在這種情況下，如在現(xiàn)有技術(shù)中所述，降低垂直掃描時鐘VCLK的速度，并使每行的掃描周期加倍。還是在這種情況下，如圖8C所示，在每行掃描周期的第一個半周期內(nèi)產(chǎn)生水平掃描信號，并將一行的640像素信號輸入到行緩沖器60。然而，將輸出時鐘OCLK控制到像素時鐘PCLK的1/2速度，并以二倍長度的周期輸出640個像素信號。通過這樣做，以同樣速度保持用于控制水平掃描移位寄存器的移位操作的像素時鐘PCLK。然而，將像素信號輸出到色彩處理器20時的速度降低1/2。
根據(jù)本發(fā)明，降低了圖像傳感器積分時間的偏移，而且抑制了輸出圖像的失真，因此提高了圖像質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種用于捕獲圖像的圖像傳感器，該圖像傳感器包括像素陣列，其中具有光電轉(zhuǎn)換元件的像素以矩陣形式排列；多個行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個列線，排列在所述像素陣列的列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個所述列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇所述多個行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇所述采樣保持電路的輸出，其中在將所述圖像傳感器控制到第一幀周期時，所述垂直掃描電路在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描所述多個行選擇線，并且即使在將所述圖像傳感器控制到比所述第一幀周期長的第二幀周期時，仍在所述第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描所述多個行選擇線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中在所述垂直掃描電路選擇每個所述行選擇線時，所述水平掃描電路產(chǎn)生所述水平掃描信號，并且在所述垂直掃描電路不產(chǎn)生所述垂直掃描信號時，所述水平掃描電路不產(chǎn)生所述水平掃描信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、復(fù)位晶體管、源極跟隨器晶體管以及受控于所述行選擇線的選擇晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一垂直掃描周期是所述第一幀周期的一部分。
5.一種用于捕獲圖像的圖像傳感器，該圖像傳感器包括像素陣列，其中具有光電轉(zhuǎn)換元件的像素以矩陣形式排列；多個行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個列線，排列在所述像素陣列的列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇所述多個行選擇線；以及水平掃描電路，用于在每個所述行選擇線被選擇時，產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇所述采樣保持電路的輸出，其中在將所述圖像傳感器控制到第一幀周期時，所述垂直掃描電路在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描所述多個行選擇線，并且即使在將所述圖像傳感器控制到比所述第一幀周期長的第二幀周期時，仍在所述第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描所述多個行選擇線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中在所述幀周期內(nèi)的所述第一垂直掃描周期期滿后，所述垂直掃描電路不輸出所述垂直掃描信號。
7.一種用于捕獲圖像的圖像傳感器，該圖像傳感器包括像素陣列，其中具有光電轉(zhuǎn)換元件的像素以矩陣形式排列；多個行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個列線，排列在所述像素陣列的列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇所述多個行選擇線；以及水平掃描電路，用于在每個所述行選擇線被選擇時，產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇所述采樣保持電路的輸出，其中在作為幀周期的一部分的垂直掃描周期內(nèi)，所述垂直掃描電路順序地選擇并掃描所述多個行選擇線，并且在所述幀周期內(nèi)的所述垂直掃描周期之外時，不選擇所述行選擇線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、5和7之一所述的圖像傳感器，該圖像傳感器進一步包括行緩沖器，用于存儲所述采樣保持電路的一行輸出；以及圖像處理器，用于輸入所述行緩沖器的輸出，其中在水平掃描周期內(nèi)，響應(yīng)于所述水平掃描信號，將所述采樣保持電路的輸出信號存儲到所述行緩沖器，并且響應(yīng)于其周期比所述水平掃描信號長的輸出時鐘，將所述行緩沖器內(nèi)的所述輸出信號輸出到所述圖像處理器。
9.一種用于捕獲圖像的圖像傳感器，該圖像傳感器包括像素陣列，其中具有光電轉(zhuǎn)換元件的像素以矩陣形式排列；多個行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個列線，排列在所述像素陣列的列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇所述多個行選擇線；水平掃描電路，用于在選擇每個所述行選擇線時，產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇所述采樣保持電路的輸出；行緩沖器，用于存儲所述采樣保持電路的一行輸出；以及圖像處理器，用于輸入所述行緩沖器的輸出，其中在水平掃描周期內(nèi)，響應(yīng)于所述水平掃描信號，將所述采樣保持電路的輸出信號存儲到所述行緩沖器，并且響應(yīng)于其周期比所述水平掃描信號長的輸出時鐘，將所述行緩沖器內(nèi)的所述輸出信號輸出到所述圖像處理器。
全文摘要
用于抑制圖像失真的圖像傳感器。本發(fā)明公開了一種圖像傳感器，該圖像傳感器具有像素陣列，其中具有光電轉(zhuǎn)換元件的像素以矩陣形式排列；多個行選擇線，排列在行方向；多個列線，排列在列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個所述列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號，以順序地選擇多個行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號，以順序地選擇采樣保持電路的輸出。在將圖像傳感器控制到第一幀周期時，垂直掃描電路在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個行選擇線，并且即使在將圖像傳感器控制到比第一幀周期長的第二幀周期時，仍在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個行選擇線。
文檔編號H04N5/374GK1481151SQ0314981
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者船越純, 山本克義, 義 申請人:富士通株式會社