專利名稱：修正因輸出電路特性所產(chǎn)生誤差的固態(tài)圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備，更具體地說涉及這樣一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其從一個具有被分成多個分割面(divided section)的光敏陣列的固態(tài)圖像傳感器讀出信號電荷。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備包括這樣一種類型，其具有被分割為多個面的光敏陣列，用于經(jīng)過各自的輸出放大器以得自光敏面的多路信號流的形式輸出表示拾取區(qū)域的圖像信號，然后用包含一個相關(guān)雙重采樣(CDS)電路的一個特定的前放大器處理每個圖像信號流。
所述的這種圖像拾取設(shè)備存在一個問題，即由于各自的圖像信號是由對應的放大器處理的，舉例來說，這就會因為每個放大器的特性而產(chǎn)生一個放大器增益的差別。例如，圖2顯示了多個CDS電路輸出間一個具體差別是如何產(chǎn)生的。此外，圖3顯示了當每個CDS電路輸出通過一個特定的用于線性修正的模擬到數(shù)字(A/D)的轉(zhuǎn)換器數(shù)字化時，一個具體差別是如何產(chǎn)生的。這種差別不僅歸因于每個CDS電路或每個A/D轉(zhuǎn)換器的特性也歸因于一個浮動式擴散放大器(FDA)或類似的所涉及的前放大器的特性。
根據(jù)如上所述，例如，公開號為2004-88190的日本專利公開提出了一個攝像機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個水平方向上被分割成許多塊的一個成像面和分配給對應塊的放大器組成的圖像傳感器。首先，攝像機系統(tǒng)被操作拍攝一個預先確定的專門用于修正的具有一個漸變圖像的對象，在該漸變圖像中，在水平方向上入射光量是相同的，而在垂直方向上是以一個預先確定的比率變化的。
包括在上面的拍攝結(jié)果中和至少得自與分塊的成像面之間的邊界相鄰的像素陣列中的漸變數(shù)據(jù)被用于逐塊地在各自的色調(diào)中產(chǎn)生此數(shù)據(jù)的累積數(shù)量柱狀圖。然后，為了減少上述累積柱狀圖間的差別，代表非修正的和修正的色調(diào)之間的對應項的修正數(shù)據(jù)被生成。由此生成的修正數(shù)據(jù)被用于修正一個所需對象的實際拾取結(jié)果。
另一個以前的本領(lǐng)域文獻，公開號為203313/1995的日本專利申請?zhí)岢隽艘环N固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其包括一個第一和一個第二浮動式擴散放大器，用于將輸入到光敏元件的光信號生成的信號電荷轉(zhuǎn)換成一個信號電壓。由此生成的信號電壓通過一個第一和一個第二前放大器被放大到一個需要的電壓級別，然后通過一個第一和一個第二CDS電路進行雙重采樣。由此產(chǎn)生的模擬視頻信號的平均值通過一個第一和一個第二視頻級別控制電路的連續(xù)控制達到一個預先確定的值。從而，由于浮動式擴散放大器和前放大器間特性上的差別而產(chǎn)生的一個信號電壓差被修正。
此外，Al to Iwasaki提交的公開號為2003/0209651的美國專利申請?zhí)岢隽艘粋€光接收裝置，像素在該裝置中通過一組當傳輸一個藍色和一個紅色光束時能檢測一個綠光束的第一光接收部分，當傳輸紅色光束時能檢測藍色光束的一個第二光接收部分和能檢測紅色光束的一個第三光接收部分形成。該第一，第二和第三光接收部分由一個有機光電導體形成。
前面提到的公開號為2004-88190的日本專利申請中公開的攝像機系統(tǒng)存在一個問題，即專門用于修正的對象必須在從一個該攝像機工廠交付時或在進行所需的實際拍攝前進行拍攝，這就導致需要一個大規(guī)模的攝像室和無效操作。另一個問題是即使根據(jù)從這樣用于修正的拍攝中所獲得的修正數(shù)據(jù)，當依賴于其周圍環(huán)境溫度的放大器的特性改變時要獲得預期的效果也是不可能的。
同樣在前面提到的公開號為203313/1995的日本專利申請中提出的圖像拾取設(shè)備根據(jù)放大器的輸出平均值執(zhí)行修正，因此盡管成功的修正了放大器的增益，但不能修正圖像傳感器和放大器的線性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備，該設(shè)備能夠修正一個從其上輸出的多個圖像信號之間的差別并且通過相應的放大器輸出。
更確切地說本發(fā)明的目的是提供一種這樣類型的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其輸出多個得自于相應的多個分割面的圖像信號，并通過各自的輸出放大器和前放大器將因輸出放大器和前放大器的特性所產(chǎn)生的誤差最小化，從而能夠降低圖像信號的不連續(xù)，并能夠消除溫度的影響，從而有效地修正包括增益和偏移在內(nèi)的線性不規(guī)則性。
本發(fā)明的一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備包括一個用于輸出具有像素的圖像信號的圖像傳感器，該像素由用于光電轉(zhuǎn)換的光敏元件形成，并在排和列的方向上排列，組成了一個在一個水平方向上或一個垂直方向上被分割成多個面的光敏陣列和用于處理圖像信號的信號處理電路。該圖像傳感器包括多個輸出電路，每個輸出電路用于通過一個垂直轉(zhuǎn)移路徑或一個水平轉(zhuǎn)移路徑轉(zhuǎn)移和輸出各自的在特定的一個分割面中生成的圖像信號。每個輸出電路配置為輸出一個特定的有效圖像信號，該有效圖像信號表示一個通過光敏陣列拾取的并得自于特定的一個分割面的區(qū)域；每個輸出電路配置為輸出在相應的一個分割面中生成的修正情報信號。該光敏陣列產(chǎn)生分別對應于一個預先確定的入射到其上的入射光量的信號電平。每個修正情報信號表示多個步階式的入射光量中的一個特定量。
信號處理電路包括多個分信號處理器，每一個都被分配給特定的一個分割面用于對得自于相同分割面的有效情報信號和修正情報信號執(zhí)行模擬處理，然后將一個處理過的模擬信號轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字信號。同樣包括在信號處理電路中的一個信號處理器從多個分信號處理電路中接收多個數(shù)字有效圖像信號和數(shù)字修正情報信號，以從多個有效圖像信號中產(chǎn)生一個單獨的數(shù)字圖像信號，然后對該單獨的數(shù)字圖像信號執(zhí)行數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理器包括一個修正電路，用于在單獨的數(shù)字圖像信號產(chǎn)生前用多個修正情報信號修正多個有效圖像信號。


參照附圖做詳細的說明，本發(fā)明的目的和特征將更加明顯，在附圖中圖1是一個原理框圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一個固態(tài)圖像拾取設(shè)備的優(yōu)選實施例；圖2是該示例性實施例中包括的兩路CDS電路的具體輸出圖表，每條曲線表示對于光敏陣列一個特定的分割面的入射光量；圖3是一個圖表曲線圖，每條曲線表示入射光量對于一個特定分割面的線性關(guān)系；圖4是一個原理框圖，表示本發(fā)明的一個可選實施例；圖5是一個用于理解圖4中的實施例的一個特定操作的時間表；圖6是一個原理框圖，表示本發(fā)明的另一可選實施例；圖7是圖6中的實施例中包括的兩路CDS電路的具體輸出圖表，每條曲線表示對于一個特定光敏陣列的分割面的入射光量；圖8是一個平面圖，表示當從其光入射面看到的本發(fā)明的另一可選實施例所包括的光敏陣列；圖9是一個平面圖，表示當從其光入射面看到的本發(fā)明的又一可選實施例所包括的光敏陣列；圖10概念性地顯示了當從其光入射面看到的本發(fā)明的又一可選實施例所包括的光敏元件的剖面；圖11是一個部分的切割透視圖，表示本發(fā)明的一個附加實施例；圖12是一個概念性的剖視圖，表示本發(fā)明的另一附加實施例所包括的一組光敏元件。
具體實施例方式
參照附圖1，通常，包含本發(fā)明的一個固態(tài)圖像拾取設(shè)備10是一個攝像機，其中一束表示一個期望區(qū)域的光束被輸入到光學系12，安裝在設(shè)備10上的控制板14的操作引起系統(tǒng)控制器16和定時信號發(fā)生器18控制包括在設(shè)備10中的各種回路通過圖像傳感器20捕捉表示該期望區(qū)域的圖像，繼而通過前處理器22和數(shù)字信號處理器24處理此捕捉的圖像，以便將生成的數(shù)字圖像信號顯示在顯示器26上并通過記錄器28將其記錄下來。需要注意的是對于理解本發(fā)明不直接相關(guān)的設(shè)備10的組件沒有顯示出來，并且為了避免冗余將不會進行詳細說明。
參照圖1，更確切地，圖像傳感器20具有自己的被分割成多個剖面37和39的光敏陣列30，并經(jīng)過多個輸出放大器40和42以對應于得自分割面37和39的多個圖像信號的形式輸出表示一個期望區(qū)域圖像的圖像信號。同樣，光敏陣列30包括一個有效像素區(qū)域32和一個修正像素區(qū)域34。該修正像素區(qū)域34擁有一個薄膜，未示出，該薄膜在由陣列30形成的圖像屏幕的垂直方向上有其步階式變化的光學透射率，因而能夠輸出漸變圖像。
如圖1所示，前處理器22包括多個前放大器，例如，CDS電路44和46，其用于處理從連接到其上的輸出放大器40和42之一輸出的一個模擬電子信號。從而，由CDS電路44和46處理的電子信號通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器48和50被分別地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
盡管沒有明確示出，光學系12可具有一個傳統(tǒng)的配置，包括鏡頭，一個光圈控制機械裝置，一個快門機械裝置，一個放大機械裝置，一個自動聚焦(AF)控制機械裝置和一個自動曝光(AE)控制機械裝置。光學系12組成一個光接收機械裝置，此裝置通過從系統(tǒng)控制器16輸出的一個控制信號106控制以驅(qū)動光圈控制，快門，放大和AF控制機構(gòu)選取一個期望區(qū)域并使由此產(chǎn)生的影象光入射到圖像傳感器20的光敏陣列30上。在下面的說明中，參照信號出現(xiàn)處的連線上的數(shù)字，信號被標出。
控制板14允許設(shè)備10的操作員輸入所需的信息和命令并饋送一個操作信號104到系統(tǒng)控制器16。操作信號104代表了操作員的手動操作，例如，操作員按下一個快門釋放開關(guān)(未示出)的行程。
響應從控制板14輸入到其上的操作信號104，系統(tǒng)控制器16適合于控制整個設(shè)備10的操作。在示例性實施例中，系統(tǒng)控制器16響應操作信號104配置為分別地發(fā)送控制信號106，108和110到光學系12，定時信號發(fā)生器18和數(shù)字信號處理器24。
定時信號發(fā)生器18包括一個用于生成對設(shè)備10的操作所必須的一個系統(tǒng)或基本時鐘112的振蕩器。響應控制信號108，系統(tǒng)時鐘112被饋送到系統(tǒng)控制器16。此外，盡管圖1未明確示出，當劃分系統(tǒng)時鐘112的頻率時，定時信號發(fā)生器18傳遞系統(tǒng)時鐘112到設(shè)備10的大多數(shù)部件上，從而產(chǎn)生各種定時信號。
此外，在示例性實施例中，定時信號發(fā)生器18響應從系統(tǒng)控制器16饋送來的控制信號108生成定時信號。定時信號包括定時信號114，其包括一個垂直和一個水平同步信號和一個電子快門脈沖并被傳遞到圖像傳感器20。此外，定時信號發(fā)生器18生成定時信號116，其包括用于相關(guān)雙重采樣的采樣脈沖和一個用于進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換時鐘信號。
在示例性實施例中，圖像傳感器20具有將入射到其光敏陣列30上的表示一個期望區(qū)域的影象光轉(zhuǎn)換成一個相應的模擬電子信號的功能，以將此電子信號傳導到多個，例如兩個HCCD(水平電容耦合裝置)寄存器36和38以及前面提到的相應的多個輸出放大器40和42上，從而以相應的多路模擬電子信號流118和120的形式輸出該模擬電子信號。在示例性實施例中，圖像傳感器20可通過任何一種傳統(tǒng)的攝像傳感器來實現(xiàn)，包括一個CCD(電容耦合裝置)和一個MOS(金屬氧化物半導體)攝像傳感器。簡言之，圖1中，光敏陣列30實際上被分成包括左和右部分。分配是由兩個HCCD寄存器36和38實現(xiàn)的，這一點將在后面進行詳細說明。
光敏陣列30可通過一個組成單獨的一幀包括多個像素的圖像的CCD光敏元件陣列實現(xiàn)。每一個像素是由一個光敏二極管或類似的光敏裝置形成的，其配置為將入射到其上的光轉(zhuǎn)換成一個相應于入射光量的電子信號。對于示例性實施例，這些像素排列在具有紅(R)，綠(G)，和藍(B)顏色濾光片的矩陣中。
在示例性實施例中，形成部分光敏陣列30的有效像素區(qū)域32組成了一幀拾取圖像，而形成如上陣列30另一部分的修正像素區(qū)域34產(chǎn)生用于修正該拾取圖像的修正信息。因此，圖像傳感器20輸出兩路模擬電子信號，每一路都包含分別由兩個區(qū)域32和34生成的有效圖像數(shù)據(jù)和修正情報數(shù)據(jù)。
在示例性實施例中，修正像素區(qū)域34定位在光敏陣列30的上末端附近一側(cè)。修正像素區(qū)域34配置為通過像素接收入射光，在平行于其邊界33而遠離有效像素區(qū)域32的方向上，排列的像素的量是均勻的，也就是，在陣列30的水平方向上。
在示例性實施例中，修正像素區(qū)域34具有被一層薄膜覆蓋的光輸入表面，在垂直于其邊界33遠離有效像素區(qū)域32的方向上，該薄膜具有可變或步階式分級的光學透射率，而在水平方向上是相同的。例如，該薄膜可由鋁制成用于形成一個光斑區(qū)域(OB)或通過一個顏色濾光片實現(xiàn)。因而，上述的薄膜在水平方向上有著相同的透射率，而在垂直方向上有多個不同的透射率級別，由此使得修正像素區(qū)域34能夠經(jīng)過該薄膜傳遞一個入射光的漸變圖像到光敏元件陣列30的下部區(qū)域。
例如，本示例性實施例中的修正像素區(qū)域34如此配置，使得到有效像素區(qū)域32的距離越長，薄膜的透射率就越低，換句話說，到有效像素區(qū)域32的距離越短透射率越高。同時，圖1中的修正像素區(qū)域34的薄膜顯示為具有多種條紋形式的影線表示在垂直方向的四個連續(xù)級別上的其可變的光學透射率，當需要更精確的線性修正時，透射率可在五級或更多級別間改變。
在示例性實施例中，多個VCCD(垂直電容耦合裝置)寄存器可排放在光敏陣列30上，未示出，并且每個VCCD寄存器都連接在多個HCCD寄存器36和38之一的任何一個上。換句話說，每個HCCD寄存器36和38可被連接到在其位置上相對應的特定的VCCD寄存器上。例如，如圖1所示，當光敏陣列30在垂直方向上被分成兩組剖面37和39時，HCCD寄存器36和38可分別地連接到位于圖1中所示的光敏陣列30的右和左兩組剖面37和39上的VCCD寄存器上。
在示例性實施例中，圖像傳感器20在定時信號114的控制下將入射到其上的光102逐像素的轉(zhuǎn)換成信號電荷，而通過相應的VCCD寄存器將信號電荷轉(zhuǎn)移到HCCD寄存器36和38。依次，HCCD寄存器36和38分別將從VCCD寄存器接收到的信號電荷轉(zhuǎn)移到輸出放大器40和42上。輸出放大器40和42分別地將從HCCD寄存器36和38輸入的信號電荷轉(zhuǎn)換成前面提到的模擬電子信號118和120，這可通過一個浮動式擴散放大器分別實現(xiàn)，但并不局限于此。
圖1中所示的圖像傳感器20包括多個以如此的方式轉(zhuǎn)移信號電荷的HCCD寄存器36和38，使得光敏陣列30上的一幅圖像在水平方向上被分成兩部分。作為選擇，該設(shè)備可如此配置，使得光敏陣列30上的一幅圖像在垂直方向上被分割，無論在哪種情況下，修正像素區(qū)域34都將被提供一個在水平方向上具有步階式的不同級別的光學透射率的薄膜。
在定時信號116的控制下，前處理器22具有對相應的模擬電子信號118和120執(zhí)行模擬信號處理的前放大器。更確切地，在示例性實施例中，為了消除噪聲成分，CDS電路44和46分別地對模擬電子信號118和120執(zhí)行相關(guān)雙重采樣。隨后，A/D轉(zhuǎn)換器48和50分別地將從CDS電路44和46輸出的信號122和124轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字圖像信號或數(shù)據(jù)126和128。作為選擇，如需要，前處理器22可如此配置使得另一個模擬信號處理部，未示出，采用增益控制放大器(GCAS)處理信號122和124，并將結(jié)果信號饋送給A/D轉(zhuǎn)換器48和50。
響應從系統(tǒng)控制器16輸出的控制信號110，數(shù)字信號處理器24適合于分別地將從A/D轉(zhuǎn)換器48和50輸入的電子圖像信號126和128執(zhí)行數(shù)字信號處理。特別地，在示例性實施例中，數(shù)字信號處理器24配置為用在每個數(shù)字圖像信號126和128中包含的修正情報數(shù)據(jù)修正有效圖像數(shù)據(jù)。例如，數(shù)字信號處理器24可用得自兩個修正情報數(shù)據(jù)間的一個差別的修正情報修正每個有效圖像數(shù)據(jù)。
此外，數(shù)字信號處理器24將數(shù)字信號處理應用到經(jīng)過上述程序修正的，并由數(shù)字圖像信號126和128所代表的一幀圖像，由此產(chǎn)生一個單獨的數(shù)字圖像信號。從數(shù)字信號處理器24輸出的數(shù)字圖像信號從而分別地作為信號130和132被輸入到顯示器26和記錄器28。
顯示器26用于顯示從數(shù)字信號處理器24饋送的由數(shù)字圖像信號130所表示的一幅圖像，例如可通過一個液晶顯示(LCD)屏來實現(xiàn)。例如，用于存儲數(shù)字圖像信號132的記錄器28可配置為將一個壓縮的圖像信號記錄在一個裝載有半導體存儲裝置的記憶卡中或可容納一個磁光盤或類似的旋轉(zhuǎn)類型的記錄介質(zhì)的組件包中。
在操作過程中，當設(shè)備10的操作員按下控制板14的快門釋放開關(guān)時，一個表示一幅圖像拍攝命令的操作信號104被從控制板14饋送至系統(tǒng)控制器16。
響應操作信號104，系統(tǒng)控制器16分別地發(fā)送表示拍攝命令的控制信號106和108到光學系12和定時信號發(fā)生器18。響應控制信號108，定時信號發(fā)生器18生成表示一個測光命令的定時信號112，114和116，并分別地傳遞此定時信號112，114和116到系統(tǒng)控制器16，圖像傳感器20和前處理器22。
在光學系12中，從期望區(qū)域輸入的光102以預先確定或控制的量入射到圖像傳感器20上，使得表示該區(qū)域的一幅圖像被聚焦在光敏陣列30上。響應控制信號114，在陣列30的像素中或光敏元件中生成和存儲的結(jié)果信號電荷被讀出。從而，得到了一個相應于預先確定或控制的光量的信號電平。在示例性實施例中，如圖1所示，從光敏陣列30的右剖面37的像素中讀出的信號電荷經(jīng)過HCCD寄存器36和浮動式擴散放大器40被轉(zhuǎn)移并被轉(zhuǎn)換成一個模擬電子信號118。同樣地，如圖1所示，從光敏陣列30的左剖面39的像素中讀出的信號電荷經(jīng)過HCCD寄存器38和浮動式擴散放大器42被轉(zhuǎn)移并被轉(zhuǎn)換成一個模擬電子信號120。
更確切地，在修正像素區(qū)域34中，光102入射通過互相之間具有其不同透射率的薄膜，這使得入射光量取決于分等級的透射率因而是不同的。從而，依賴于多個步階式信號電平的修正情報數(shù)據(jù)從修正像素區(qū)域34輸出。因此，每個模擬電子信號118和120不僅包含表示拾取圖像的有效圖像數(shù)據(jù)，也包含涉及上面提到的步階式分等級的修正情報數(shù)據(jù)。
模擬電子信號118和120依次被輸入到前處理器22。響應定時信號116，前處理器22通過各自的前放大器預先處理該輸入電子信號118和120。更確切地，在前處理器22中，CDS電路44和46分別地對電子信號118和120執(zhí)行相關(guān)雙重采樣，從而生成CDS輸出信號122和124。此時，如圖2所示，由于修正像素區(qū)域34的四種不同的透射率在垂直方向上步階式變化，所以包含在每個CDS輸出信號122和124中的修正情報數(shù)據(jù)被四個步階式變化的信號電平表示。CDS輸出信號122和124被分別地輸入到A/D轉(zhuǎn)換器48和50，從而被轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號126和128。
圖3所示的曲線表示修正情報數(shù)據(jù)的信號電平，其包含在數(shù)字圖像信號126和128中，當對上述數(shù)據(jù)進行線性修正時出現(xiàn)。在圖3中，縱坐標和橫坐標分別表示一個修正像素的信號電平和位置，即入射光量。如實例所示，包含在數(shù)字圖像信號128中的修正情報數(shù)據(jù)在信號電平上比包含在數(shù)字圖像信號126中的修正情報數(shù)據(jù)低，也就是輸出更暗。數(shù)字圖像信號126和128間的差別歸因于處理該圖像信號的浮動式擴散放大器40和42，CDS電路44和46以及A/D轉(zhuǎn)換器48和50的輸出特性，并且不僅放大器增益而且線性度都發(fā)生差別。
在接收到來自前處理器22的數(shù)字圖像信號126和128后，數(shù)字信號處理器24修正單個有效圖像數(shù)據(jù)間的差別。在示例性實施例中，數(shù)字信號處理器24使更亮級別的數(shù)字圖像信號126與更暗級別的數(shù)字圖像信號128相匹配，由此基于在信號電平上圖像信號126比圖像信號128更低而產(chǎn)生修正情報。然后信號處理器24對有效圖像數(shù)據(jù)和上述修正情報執(zhí)行一個操作以修正數(shù)字圖像信號126的有效圖像數(shù)據(jù)。
更確切地，如圖3所示，已從數(shù)字圖像信號126和128的修正情報數(shù)據(jù)中獲得線性修正情報的數(shù)字信號處理器24從圖像信號126的線性修正情報中檢測出多個主信號電平。這些主信號電平可根據(jù)覆蓋修正像素區(qū)域34的薄膜的步階式改變或分級的透射率，即根據(jù)得自步階式透射率的每個入射光量被檢測出。作為選擇，主信號電平可以預先確定間隔的入射光量或信號電平被檢測出。
作為參考信號電平，優(yōu)選檢測每個位于相同入射光量的數(shù)字圖像信號128的線性修正情報作為一個特定的主信號電平，然后計算每個參考信號電平和相應的主信號電平間的差別作為修正情報。如需要，修正情報可用一個主信號電平分割一個參考信號電平而產(chǎn)生。
此外，數(shù)字信號處理器24從多個主信號電平中檢測出一個接近于單個信號的信號電平，然后對主信號電平和相應于被檢測出的主信號電平的修正情報執(zhí)行一個操作，從而修正數(shù)字圖像信號126的有效圖像數(shù)據(jù)到一個適當?shù)募墑e。
隨后，數(shù)字信號處理器24將數(shù)字圖像信號126和128合并形成一幀數(shù)字圖像信號，然后執(zhí)行其它的數(shù)字信號處理，由此生成一個單獨的數(shù)字圖像信號。
響應系統(tǒng)控制器16輸出的和表示圖像顯示和存儲的控制信號110，通過數(shù)字信號處理器24處理過的數(shù)字圖像信號從而被以數(shù)字圖像信號130的形式轉(zhuǎn)移到LCD屏或類似的顯示器26上，以在其上顯示，并也以數(shù)字圖像信號132的形式轉(zhuǎn)移到記錄器28上以用于記錄。
現(xiàn)在參照用于說明本發(fā)明的可選實施例的圖4。如圖所示，該可選實施例包括一個累積時間控制器60，取代了覆蓋在光敏陣列30的修正像素區(qū)域34的薄膜，用于輸出參考圖1中說明的實施例的漸變圖像。對該可選實施例，與薄膜同樣的功能通過累積時間控制器來執(zhí)行。累積時間控制器60為修正像素區(qū)域34的像素或光敏元件提供特定的信號電荷存儲期，與參考圖1中說明的實施例中所采用的薄膜一樣，由此獲得具有其步階式變化的信號電平的修正情報數(shù)據(jù)。
在這個可選實施例中，未示出但前面有說明，累積時間控制器60為VCCD寄存器饋送讀取脈沖用于控制讀出光敏陣列30中的單獨像素或電池中存儲的信號電荷的時機。更確切地，VCCD寄存器包括多個門電極，未示出，其被控制使得在水平方向上排列的像素中存儲的信號電荷能在同一計時點被讀出，而累積時間控制器60在一個不同的計時點饋送給位于修正像素區(qū)域34的電極和位于有效像素區(qū)域32的電極讀取脈沖。
詳細說來，通過一段時間，累積時間控制器60讀出一個信號電荷，此信號電荷根據(jù)其在有效像素區(qū)域32和修正像素區(qū)域34間的邊界33的垂直方向的位置而改變。例如，在累積時間控制器60中，隨著到有效像素區(qū)域32的距離的逐步增加，在有效像素區(qū)域32中的信號電荷累積時間設(shè)置的更長而在修正像素區(qū)域34中的信號電荷累積時間設(shè)置的更短。
此外，修正像素區(qū)域34在垂直方向上被分割成許多塊。累積時間控制器60為位于同一區(qū)塊的電極在同一計時點饋送讀取脈沖，而為位于不同區(qū)塊的電極在相應的不同的計時點饋送讀取脈沖。在該可選實施例中，如圖4所示，修正像素區(qū)域34被分割成4個條紋區(qū)S1，S2，S3和S4。然而，當需要更精確的線性修正時，修正像素區(qū)域34可被分割成五個或更多的區(qū)塊，經(jīng)過這些區(qū)塊間不同的累積時間，信號電荷被從這些區(qū)塊中讀出。累積時間控制器60分別饋送脈沖202，204，206和208到四個區(qū)塊S1，S2，S3和S4，同時以通常的方式饋送給有效像素區(qū)域32讀取脈沖210。
要注意的是，在這個可選實施例中，修正像素區(qū)域34的所有像素可具有其相互之間相同的透射率，正像所期望的那樣其可以與有效像素區(qū)域32的中像素或光敏元件相同。
圖5演示了累積時間控制器60的一個具體的操作。如圖所示，在光敏陣列30開始曝光之后，累積時間控制器60饋送在時間t1處振蕩的讀取脈沖202到修正像素區(qū)域34的S1區(qū)，從而用于經(jīng)過最短的累積時間t11讀出S1區(qū)的信號電荷。隨后，累積時間控制器60分別地饋送分別在時間t2，t3和t4處振蕩的脈沖204，206和208到修正像素區(qū)域34的S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)，從而用于經(jīng)過依次逐步增加的累積時間t12，t13和t14讀出信號電荷。最后，累積時間控制器60饋送一個在時間t5處振蕩的讀取脈沖210到有效像素區(qū)域32，從而用于經(jīng)過最長的累積時間t15讀出信號電荷。
如上所述，通過改變或控制修正像素區(qū)域34的區(qū)塊間讀出的信號電荷的光量，該可選實施例可使得累積時間隨著到有效像素區(qū)域32的距離的增加而變短，也就是隨著此距離的減少而變長。如圖2所示，這也使得CDS可實現(xiàn)分等級輸出。此外，通過對CDS輸出數(shù)字化并對其進行線性修正，使得產(chǎn)生修正情報數(shù)據(jù)，例如，圖3所示的數(shù)據(jù)，然后基于修正情報數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于修正單獨的信號電平的修正情報是可能的。
作為另一選擇，為了控制有效像素區(qū)域32和修正像素區(qū)域34中復位多余的電荷的時機，累積時間控制器60可配置為饋送溢漏(OFD)信號或類似的復位信號代替讀取脈沖。更確切地，累積時間控制器60可分別地饋送復位信號202，204，206和208到修正像素區(qū)域34的連續(xù)的S1區(qū)，S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)，并饋送一個復位信號210到有效像素區(qū)域32。
如上所述，當累積時間控制器60配置為饋送復位脈沖時，圖像傳感器20讀出信號電荷并執(zhí)行下面的操作。開始曝光之后，首先振蕩的復位信號210去除有效圖像區(qū)域32的像素的多余電荷。隨后，復位信號208振蕩并去除修正像素區(qū)域34的S4區(qū)的多余電荷。同樣地，復位信號206，204和202繼續(xù)依次振蕩并分別地去除修正像素區(qū)域34的另外的S3區(qū)，S2區(qū)和S1區(qū)的多余電荷。
如上所述，通過控制復位信號的時機，累積時間控制器60能夠控制有效像素區(qū)域32和修正像素區(qū)域34中的信號電荷的累積時間，因而可實現(xiàn)CDS的分等級輸出，例如，圖2所示。
實際上，在整個畫面上均衡地拍攝一個對象是不切實際的。根據(jù)這一點，考慮到有效像素區(qū)域32和修正像素區(qū)域34間的邊界33周圍的入射光量是相等的，該可選實施例可適合使用邊界33周圍像素的信號電平生成修正情報數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一可選實施例將在下文中進行說明。在這個可選實施例中，系統(tǒng)控制器16啟動快門機構(gòu)中的快門，未示出，到閉合狀態(tài)，以存儲在截斷光的條件下單獨的像素或電池中生成的暗電流，使得由暗電流組成的信號電荷從像素中被讀出，繼而產(chǎn)生一個相應于累積時間具有一個預先確定的信號電平的圖像信號。當改變累積時間時，系統(tǒng)控制器16累積讀數(shù)重復幾次，因此生成一個具有多個步階式信號電平的圖像。采用這種方案，生成具有多個步階式信號電平的修正情報數(shù)據(jù)也是可能的，如圖2所示。
在這個可選實施例中，如圖6所示，圖像傳感器20的光敏陣列30可完全地由有效圖像區(qū)域32組成。此外，當如上所述光被截斷時，形成一幀畫面的所有像素的信號電平都可被用于生成修正情報數(shù)據(jù)。
更確切地，在這個可選實施例中，通過最短時間存儲在光敏陣列30的像素中和由暗電流組成的信號電荷在快門處于關(guān)閉位置時被讀出。讀出的信號電荷從而經(jīng)過HCCD寄存器36和38以及輸出放大器40和42被傳遞到前處理器22，然后從前處理器22饋送到數(shù)字信號處理器24。結(jié)果，修正的分別對應于分割面37和39之一的圖像信號302和304，見圖7，被生成并優(yōu)先寫到存儲器中，未示出。
隨后，在快門一直處于關(guān)閉狀態(tài)下，圖像拾取設(shè)備10對光敏陣列30中逐步延長的電荷累積時間進行操作，由此同樣由暗電流組成的信號電荷被從像素中重復的讀出。這些信號電荷也經(jīng)過HCCD寄存器36和38以及輸出放大器40和42和前處理器22被傳遞到數(shù)字信號處理器24。從而，數(shù)字信號處理器24繼續(xù)輸出修正的圖像信號312和314，322和324和332和334，見圖7。這些修正的圖像信號312和314到332和334也可被一起寫到存儲器中，未示出。
在上述的步驟之后，系統(tǒng)控制器16啟動快門開關(guān)開始一個實際的圖像拾取。此時，由一個光電流或飽和電導組成的信號電荷被從光敏陣列30的像素中讀出，然后經(jīng)過HCCD寄存器36和38，輸出放大器40和42和前處理器22傳遞到數(shù)字信號處理器24。從而，數(shù)字信號處理器24生成分別對應于圖像傳感器20的特定分割面37和39之一的數(shù)字圖像信號342和344，圖7。
當數(shù)字信號處理器24生成的數(shù)字圖像信號342和344分別與修正的圖像信號302和304到332和334結(jié)合時，每個具有一個特定漸變圖像的信號352和354被生成，如圖7所示。該漸變圖像信號352和354通過數(shù)字信號處理器24進行線性修正，結(jié)果就得到了圖3中所示的曲線表示的修正情報數(shù)據(jù)。因此，用于修正單獨的信號電平的修正情報在修正情報數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可被生成。
該可選實施例可被修改使得在實際圖像拾取時生成的數(shù)字圖像信號342和344不被結(jié)合，而是修正的圖像信號302和304到332和334被專門地結(jié)合以生成漸變圖像信號352和354。舉例來說，可以這樣實現(xiàn)，漸變圖像信號352和354在一個實際的圖像拾取前被生成，然后經(jīng)過線性修正由此產(chǎn)生用于修正單獨的信號電平的修正情報。照這樣，用于修正單獨的信號電平的修正情報可在實際的圖像拾取前準備好。
圖4顯示了該可選實施例應用到包括累積時間控制器60的圖像傳感器20上的關(guān)鍵點。在這個實例中，同樣，當快門閉合時，也就是在一個光被截斷的條件下，生成的暗電流被存儲在單獨的像素或電池中，然后由該暗電流組成的信號電荷被讀出以生成修正情報數(shù)據(jù)。此時，累積時間控制器60為修正像素區(qū)域34的每個區(qū)塊分配一個特定的累積時段，并讀出由該暗電流組成的信號電荷，由此產(chǎn)生具有多個步階式變化的信號電平的修正情報數(shù)據(jù)，如圖2所示。在此配置中，信號電荷從VCCD寄存器到HCCD寄存器36和38的轉(zhuǎn)移應僅一次有效。而且，由于修正像素區(qū)域34是遮蔽的，作為選擇，修正情報數(shù)據(jù)可通過使用水平方向上所有像素的信號電平生成。
圖1同樣顯示了該可選實施例應用到圖像傳感器20的關(guān)鍵點，該圖像傳感器包括具有一個特定分配到修正像素區(qū)域34每個區(qū)塊的透射率的薄膜。此外，當快門閉合時，也就是說，在光被截斷的條件下生成的一個暗電流被存儲在單獨的像素中，然后由暗電流組成的信號電荷被讀出以生成修正情報數(shù)據(jù)。在此實例中，由于入射光經(jīng)過上述的具有分級透射率的薄膜被輸入到單獨的像素中，由暗電流組成的累積信號電荷只有在經(jīng)過相同的累積時間被讀出，圖2所示的具有多個步階式變化的信號電平的修正情報數(shù)據(jù)才能被生成。此外，信號電荷從VCCD寄存器到HCCD寄存器36和38的轉(zhuǎn)移應僅一次有效。而且，對本實施例，由于修正像素區(qū)域34與分級區(qū)域是光學隔離的，作為選擇，可使用水平方向上所有像素的信號電平生成修正情報數(shù)據(jù)。
此外，對于如上所述的包括具有區(qū)與區(qū)間不同的步階式透射率的修正像素區(qū)域34的實施例，不僅由一個暗電流組成的信號電荷，而且當快門打開時，由一個光電流生成并組成的信號電荷也可被讀出，這使得得到在級別數(shù)量上兩倍于薄膜透射率的修正情報數(shù)據(jù)，即修正圖像區(qū)域34的區(qū)塊的數(shù)量，成為可能。這成功地更精確的實行了線性修正。
同樣適用于圖1或4的光敏陣列30的本發(fā)明的另一可選實施例將參照圖8進行說明。該可選實施例不僅在有效像素區(qū)域32上也在修正像素區(qū)域34上產(chǎn)生代表任意一種來自每個像素的顏色的彩色數(shù)據(jù)，然后在修正像素區(qū)域34的每個分割面37和39上，基于上述彩色數(shù)據(jù)的顏色，生成多個步階式信號電平，從而逐色地生成修正情報數(shù)據(jù)。這種配置使得得自有效像素區(qū)域32的每個分割面37或39的有效圖像數(shù)據(jù)，通過該修正情報數(shù)據(jù)逐色地進行修正。
從光敏陣列30的像素輸出的彩色數(shù)據(jù)可以是基本的彩色數(shù)據(jù)，也就是R，G和B數(shù)據(jù)或補充的彩色數(shù)據(jù)。
更確切地說，在此可選實施例中，修正像素區(qū)域34由沿平行于有效像素區(qū)域32和修正像素區(qū)域34之間的邊界33分割的四個區(qū)塊S1，S2，S3和S4組成。在修正像素區(qū)域34中，光敏元件或像素排列在從S1到S4的每個區(qū)塊中，不考慮有效像素區(qū)域32中的彩色像素的排列，這使得相同顏色的彩色數(shù)據(jù)在上面提到的平行于邊界33的方向上也就是水平方向上產(chǎn)生，而不同色彩的彩色數(shù)據(jù)在與邊界33垂直的方向上即垂直方向上產(chǎn)生。同時，分別用于產(chǎn)生紅色數(shù)據(jù)，綠色數(shù)據(jù)和藍色數(shù)據(jù)的紅像素R，綠像素G和藍像素B依次順序的排列在有效像素區(qū)域32所見的從S1到S4的每個區(qū)塊中，這樣一種彩色像素的排列僅僅是示例性的。
例如，圖8中所示的區(qū)塊S1的配置中，一個紅像素信號電平，一個綠像素信號電平和一個藍像素信號電平分別從一排紅像素R，一排綠像素G和一排藍像素B中產(chǎn)生。
假設(shè)將圖8中所示的光敏陣列30應用到圖1所示的圖像傳感器20中。那么，在修正圖像區(qū)域34的S1區(qū)中的透射率最低，而后依次順序的從S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)逐步增加。由此可知S1區(qū)中的紅，綠和藍像素信號電平是最低的，而后S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)依次順序的逐步增加。這種步階式變化的像素信號電平在光敏陣列30的S1到S4的每個分割面中都可得到。
同樣的，當將圖8中所示的光敏陣列30應用到圖4所示的圖像傳感器20中時，修正像素區(qū)域34的S1區(qū)信號電荷累積時間最短，而后S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)依次順序的逐步增加。因此，S1區(qū)中的紅，綠和藍像素信號電平是最低的，而后S2區(qū)，S3區(qū)和S4區(qū)依次順序的逐步增加。
圖9示出了本發(fā)明的另一實施例。如圖所示，在光敏陣列30的修正像素區(qū)域34中，不考慮有效像素區(qū)域32中的色彩的排列，相同顏色的彩色數(shù)據(jù)在垂直方向上從S1區(qū)到S4區(qū)產(chǎn)生，而不同顏色的彩色數(shù)據(jù)在水平方向上產(chǎn)生。在這個可選實施例中，分別用于產(chǎn)生紅色，綠色和藍色數(shù)據(jù)的紅色，綠色和藍色像素R，G和B從最接近光敏陣列30的分割面32和34間的邊界33的位置上依次順序的排列。在此實例中，例如，從S1區(qū)中，包括在每個水平線上的多個像素或光敏元件形成了這樣的信號電平，使得紅，綠和藍像素的信號電平依次排列。當然，這樣一種順序僅僅是示例性的，可按需要改變。
在這個可選實施例中，為從修正像素區(qū)域34的每個像素中產(chǎn)生代表任意一種不同顏色的彩色數(shù)據(jù)，為每個像素提供一個顏色濾光片以逐色地實現(xiàn)多個步階式的信號電平，由此逐色地生成修正圖像數(shù)據(jù)。
例如，為修正像素區(qū)域34的每個像素提供一個紅色，綠色或藍色的基本顏色濾光片分別地傳送紅色，綠色或藍色光，由此產(chǎn)生R，G和B彩色數(shù)據(jù)。如需要，R，G和B或基本顏色濾光片可由補充顏色濾光片代替。
由此可知，在此可選實施例中，可分別為組成光敏陣列30的修正像素區(qū)域34的R，G和B像素提供R，G和B濾光片。
此外，在這個可選實施例中，為從修正像素區(qū)域34的每個像素中產(chǎn)生任意一種顏色的彩色數(shù)據(jù)，每個像素可通過一個光電變換薄膜或光電傳感器吸收預先確定顏色的光，由此生成一個相應的信號電荷。在此實例中，多個步階式變化的信號電平從各自顏色的每個光電變換器薄膜中產(chǎn)生并由此生成修正情報數(shù)據(jù)。這樣一個光電變換器薄膜應優(yōu)選為有效像素區(qū)域32的每個像素此外也為光敏陣列30的修正像素區(qū)域34提供。
該光電變換器薄膜由均勻的分散在聚合物中的一個有機聚合物和有機顏料組成。有機顏料吸收預先確定波長的光的成分，從而在該聚合物中生成一個將被傳送的信號電荷。更確切地，在光敏陣列30上，光電變換器薄膜夾在兩個電極之間，引發(fā)均勻分散在聚合物中的顏料吸收一個特定的光的成分從而生成一個相應的電荷。在這種條件下，在上述的電極間施加一個電壓引發(fā)聚合物傳送該電荷。
此外，該光電變換器薄膜可用一個單獨的顏料層/無機光譜放大薄膜，納米顆粒薄膜或類似的光敏層代替上述的薄的有機薄膜。例如，在這個可選實施例中，可為光敏陣列30的每個像素分別提供任意一種吸收紅色，綠色和藍色光的一個紅色，一個綠色和一個藍色的光電變換器薄膜，從而產(chǎn)生紅，綠和藍的彩色數(shù)據(jù)。而且，紅色，綠色和藍色光電變換器薄膜可用補充顏色的薄膜代替。
因此將一種或多種光電變換器薄膜堆在一層或多層中從而形成圖8中的光敏陣列上的R，G和B像素。
圖10顯示了一個具有一組三個光電轉(zhuǎn)換層的具體的光敏陣列500，例如，分別由一個藍色，一個綠色和一個紅色吸收薄膜形成的一個藍色，一個綠色和一個紅色光敏層504，524和544。該藍色光敏層504夾在一個藍色電極510和其對面的一個藍色電極512之間。同樣地，綠色光敏層524夾在一個綠色電極530和其對面的一個綠色電極532之間，而紅色光敏層544夾在一個紅色電極550和其對面的一個紅色電極552之間。
一個絕緣層514位于該對面的藍色電極512和綠色像素電極530之間。同樣地，絕緣層534和554分別位于對面的綠色電極532和紅色像素電極550之間以及對面的紅色電極552和一個未示出的底層之間。
此外，一個藍色，一個綠色和一個紅色像素502，522和542排列在光敏陣列500上。藍色像素502這樣配置使得一個在藍色光敏層504中生成的電荷通過一個藍色像素觸點506被轉(zhuǎn)移到一個藍色電荷存儲器508。同樣，在綠色像素522中，一個在綠色光敏層524中生成的電荷通過一個綠色像素觸點526被轉(zhuǎn)移到一個綠色電荷存儲器528，而在紅色像素542中，一個在紅色光敏層544中生成的電荷通過一個紅色像素觸點546被轉(zhuǎn)移到一個紅色電荷存儲器548。需要注意的是，實際上，盡管有大量的像素排列在光敏陣列500上，但為了示例簡單，圖10僅僅示出了藍色像素502，綠色像素522和紅色像素542。
藍色，綠色和紅色電荷存儲器508，528和548分別形成于半導體感光底層，例如硅感光底層562，其配置為通過一個也以類似的方法形成于該底層的電荷轉(zhuǎn)移面將存儲在其中的電荷轉(zhuǎn)移到電荷存儲面。
具有圖10中所示結(jié)構(gòu)的光敏陣列500如何響應入射到其上的光570將在下文中進行說明。如圖所示，光570通過一個防護玻璃罩或類似的保護薄膜560輸入到藍色光敏層504。作為響應，藍色光敏層504吸收包含在光570中的一個藍色成分，結(jié)果一個相應于藍色成分的信號電荷被生成并經(jīng)過藍色像素觸點506被轉(zhuǎn)移到藍色電荷存儲器508。
隨后，通過藍色光敏層504傳輸?shù)牟糠止?70入射到綠色光敏層524。作為響應，綠色光敏層524吸收同樣包含在該部分光570中的一個綠色成分，結(jié)果與此綠色成分相關(guān)聯(lián)的一個信號電荷被生成并經(jīng)過綠色像素觸點526被轉(zhuǎn)移到綠色電荷存儲器528。
通過綠色光敏層524傳輸?shù)氖Ｏ碌牟糠止?70入射到紅色光敏層544。作為響應，紅色光敏層544吸收包含在這部分光570中的一個紅色成分，結(jié)果相應于此紅色成分的一個信號電荷被生成并經(jīng)過紅色像素觸點546被轉(zhuǎn)移到紅色電荷存儲器548。
存儲在電荷存儲器508，528和548中的信號電荷從而被讀出到電荷轉(zhuǎn)移路徑562，然后以采用CCD或MOS系統(tǒng)的方式被垂直和水平地轉(zhuǎn)移。特別地，在此可選實施例中，電荷被傳遞到多個放大器40和42，從而被轉(zhuǎn)換成多個模擬電子信號118和120，如圖1所示。由于模擬電子信號118和120均包含不僅從有效像素區(qū)域32中也從修正像素區(qū)域34中輸出的數(shù)據(jù)，由此產(chǎn)生三種基本顏色的修正情報數(shù)據(jù)。
在圖10中，堆在光敏陣列500上的光敏薄膜504到544在像素基礎(chǔ)上被分割。作為選擇，如圖11所示，分割或分離不是對光敏薄膜504到544進行而是在像素基礎(chǔ)上對電極結(jié)構(gòu)進行，由此分離這些像素。此外，光敏陣列500的每個像素可不需提供一個顏色濾光片或一個顯微鏡。
如需要，圖中光敏陣列500的紅色的或從上面開始的第三個光敏層544可由一個吸收三種基本顏色即白色的光敏層代替。需要注意的是，從光的入射面依次順序的堆疊的藍色，綠色和紅色光敏層504到544可以任意的更有效的方式堆疊。
圖12顯示了該光敏陣列的另一個具體的配置。如圖所示，標簽為600的光敏陣列包括一個位于光的入射面的綠色光敏或綠色吸收薄膜604，一個紅色濾光片624和一個位于綠色光敏薄膜604下方的光敏元件626以及一個藍色濾光片644和一個同樣位于薄膜604下方的光敏元件646，分別組成一個綠色像素602，一個紅色像素622和一個藍色像素642。此外，實際上，盡管有大量的像素排列在光敏陣列600上，但為了示例簡單，圖12僅僅示出了綠色像素602，紅色像素622和藍色像素642。
在圖12所示的配置中，入射到光敏陣列600上的光650首先輸入到綠色光敏層604，由此光650中的一個綠色成分被吸收。結(jié)果，一個對應于該綠色成分的信號電荷在綠色光敏層604中生成。然后，光650的剩余部分以類似的方式經(jīng)過紅色濾光片624和藍色濾光片644分別地入射到光敏元件626和646上，從而使得每個對應于一個紅色或一個藍色成分的信號電荷分別在光敏元件626和646中被生成。照這樣，光敏陣列600的三種基本顏色的數(shù)據(jù)也是可得到的。
如需要，綠色吸收薄膜604可由一個單獨的任意其它顏色的光電轉(zhuǎn)換層代替。例如，當此單獨層是一個紅色光敏層時，安置光敏元件以形成一個綠色和一個藍色像素或者當該單獨層是一個藍色光敏層時，安置光敏元件以形成一個綠色和一個紅色像素。在一個G條紋、RB完整棋盤圖案、蜂巢G的方形，RB完整棋盤圖案或類似的傳統(tǒng)圖案中，在排和列的方向上用排列在一個單獨層中的紅色，藍色和綠色吸收薄膜代替光敏元件也是可能的。
如需要，光敏陣列可通過一組兩個光電變換器薄膜來實現(xiàn)。例如，兩個不同顏色的光電變換器薄膜可堆疊在兩個不同的層，在這種情況下，用于對剩余光的成分進行光電轉(zhuǎn)換的一個光敏元件將被安置。作為選擇，為省略光敏元件，兩個不同顏色的光電變換器薄膜可排列在排和列方向上的一個單獨層中，在這種情況下，剩余光的光電變換器薄膜將被安置在另一層。即使在光電變換器薄膜堆疊在一個光敏陣列的兩層中的情況下，三種基本顏色，層和光敏元件的各種組合之一的組合也可能用來更有效。
如上所述，通過堆疊用于形成像素的光電變換器薄膜，在不使用顯微鏡的情況下，提高入射光和孔徑比的有效使用從而得到高靈敏度的圖像是可能的。此外，由于每個層具有其特定的光譜特征，不使用顏色濾光片也能減少偽彩色。
總之，我們將看到本發(fā)明提供了一種具有下面的各種優(yōu)勢的固態(tài)圖像拾取設(shè)備。
當一個表示一個拾取圖像的信號從多個分割面輸出時，一個修正像素區(qū)域產(chǎn)生多個步階式變化且表示每個入射光的一個特定光量的信號。因此，即使在一個專門用于修正的對象缺少的一個環(huán)境中，輸出一個漸變圖像并用得自該漸變圖像的修正情報修正一個圖像的分割面也是可能的。圖像分割面間的一個邊界成功的平滑了一個不連續(xù)的圖像。此外，即使當這種情況時，例如設(shè)備中的放大器由于溫度改變而在特性上改變，精確的修正也是可實現(xiàn)的。
依照到一個有效像素區(qū)域的距離或在長度上變化的多個累積時間，設(shè)備中的一個累積時間控制器控制具有多個步階式變化透射率的薄膜的信號電荷從修正像素區(qū)域中讀出。因此，即使在一個專門用于修正的對象缺少的一個環(huán)境中，也能輸出一個漸變圖像。
當在光遮蔽的情況下重復拍攝多次時，一個暗電流通過多個隨每次拍攝逐步變化的累積時間被存儲。結(jié)果，由暗電流組成的一個漸變圖像被產(chǎn)生從而提高了對在黑暗的地域明顯不連續(xù)的圖像的精確修正。
在這種情況下，即累積時間控制器控制具有多個累積時間的修正像素區(qū)域中信號電荷的讀出時，在一個光被遮蔽的條件下，通過多個累積時間，僅需拍攝一次以存儲一個暗電流，由此生成一個由暗電流組成的漸變圖像。
即使在修正像素區(qū)域中，表示任意一種色彩的彩色數(shù)據(jù)在每個像素中生成，從而使得修正像素區(qū)域的每個分割面中的修正情報數(shù)據(jù)逐色產(chǎn)生。該修正情報數(shù)據(jù)用于修正在每個分割面中逐色生成的有效像素數(shù)據(jù)。這成功的以一個顏色為基礎(chǔ)進行了線性修正，從而更有效的修正一個分割圖像。
分別于2004年10月28日和2005年9月29日提交的公開號為2004-313452和2005-283902的日本專利申請的全部公開內(nèi)容，包括說明書，權(quán)利要求書，說明書附圖和摘要，全部結(jié)合在此作為參考。
現(xiàn)已參照特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對這些實施例進行改變和修改而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征在于它包括一個圖像傳感器，用于輸出具有像素的圖像信號，該像素由用于光電轉(zhuǎn)換的光敏元件形成，并在水平和垂直方向上排列，由此組成一個光敏陣列；及用于處理圖像信號的信號處理電路；所述圖像傳感器具有多個分割面，其由光敏陣列在水平方向上和垂直方向上分割成的；所述圖像傳感器包括相應的多個輸出電路，每個電路用于經(jīng)過一個垂直轉(zhuǎn)移路徑或一個水平轉(zhuǎn)移路徑轉(zhuǎn)移和輸出一個圖像信號，該圖像信號由多個分割面中的一個特定分割面生成；每個所述的多個輸出電路輸出多個有效圖像信號中的一個特定信號，該有效圖像信號表示一個通過所述光敏陣列拾取的區(qū)域并得自于所述多個分割面中的一個特定面；所述光敏陣列產(chǎn)生一個對應于預先確定的入射到其上的入射光量的信號電平，所述光敏陣列產(chǎn)生一個具有多個表示不同入射光量的步階式信號電平的修正情報信號，該修正情報信號在多個所述分割面的每個分割面中生成；所述信號處理電路包括多個分信號處理器，每個所述分信號處理器被分配給所述的多個分割面中的一個特定面，用于對得自相應的一個所述分割面的有效情報信號和修正情報信號執(zhí)行模擬處理，然后將一個處理過的模擬信號轉(zhuǎn)換成一個相應的數(shù)字信號；一個數(shù)字信號處理器，其用于接收來自所述的多個分信號處理器的多個數(shù)字有效圖像信號和多個數(shù)字修正情報信號，以從多個有效圖像信號中產(chǎn)生一個單獨的數(shù)字圖像信號，從而對此單獨的數(shù)字圖像信號執(zhí)行數(shù)字信號處理；所述數(shù)字信號處理器包括一個修正電路，其用于在產(chǎn)生該單獨數(shù)字圖像信號前用多個修正情報信號修正多個有效圖像信號。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述修正電路用多個修正情報信號中的一個信號作為一個參考修正情報信號，產(chǎn)生用于修正其它修正情報信號的修正情報，以達到一個該參考修正情報信號的級別，并用該修正情報對相應于其它修正情報信號的有效圖像信號中的一個信號進行修正。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述修正電路，當產(chǎn)生修正情報時對參考修正情報信號和其它修正情報信號執(zhí)行線性修正，從經(jīng)過線性修正的其它修正情報中檢測出多個預先確定的主信號電平，依照一個入射光量從參考修正情報信號中檢測出一個參考信號電平，該主信號電平也是從這個入射光量中被檢測出的，從而產(chǎn)生一個參考信號電平和主信號電平間的差別作為修正情報；當對相應于其它修正情報信號的有效像素情報修正時，所述的修正電路在多個主信號電平中檢測接近于有效像素信號的主信號電平，并用相應于所檢測的主信號電平的修正情報對該有效像素情報進行修正。
4.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述圖像傳感器的所述光敏陣列包括一個用于生成多個有效像素信號的有效像素區(qū)域，一個用于生成多個修正情報信號的修正像素區(qū)域；所述修正像素區(qū)域位于所述光敏陣列的一面；所述多個分割面在垂直于所述修正像素區(qū)域和所述有效像素區(qū)域間的一個邊界的方向上并排排列；所述修正像素區(qū)域具有沿平行于該邊界排列的像素，用于接收入射到其上的一個均勻入射光量。
5.如權(quán)利要求4的所述固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述修正像素區(qū)域包括一個薄膜，其用于控制入射到所述修正像素區(qū)域的像素上的光；所述薄膜在平行于該邊界的方向上具有一個相同的光透射率，而在垂直于該所述邊界的方向上具有一個步階式變化的光透射率，由此產(chǎn)生多個步階式信號電平。
6.如權(quán)利要求4所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述圖像傳感器還包括一個累積時間控制器，其用于控制所述修正像素區(qū)域和所述的有效像素區(qū)域的每個像素中的一個信號電荷的累積時間；所述累積時間控制器在累積時間內(nèi)讀取像素中的信號電荷，在水平方向上該累積時間是相等的，而在垂直方向上該累積時間根據(jù)位置改變，從而產(chǎn)生多個步階式的信號電平。
7.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為還包括一個快門，其用于選擇性地截取入射到所述圖像傳感器的光；當快門處于一個閉合的位置時，所述圖像傳感器在每個步階式的累積時間內(nèi)產(chǎn)生一個由來自于每個光敏元件的暗電流引發(fā)的信號電平，由此由該暗電流引發(fā)的多個步階式的信號電平作為修正情報信號產(chǎn)生。
8.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為還包括一個快門，其用于選擇性地截取入射到所述圖像傳感器的光；當快門處于一個閉合的位置時，所述圖像傳感器產(chǎn)生一個由暗電流引發(fā)的信號電平，經(jīng)過所述薄膜，在所述修正像素區(qū)域產(chǎn)生由該暗電流引發(fā)的多個步階式的信號電平作為暗電流修正情報信號；通過打開所述快門，所述圖像傳感器經(jīng)過所述薄膜，在所述修正像素區(qū)域產(chǎn)生由光電流引發(fā)的多個步階式信號電平作為光電流修正情報信號；所述信號處理器從該暗電流修正情報信號和該光電流修正情報信號中產(chǎn)生修正情報信號。
9.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為還包括一個快門，其用于選擇性地截取入射到所述圖像傳感器的光；當所述快門處于一個閉合的位置時，所述圖像傳感器產(chǎn)生一個由暗電流引發(fā)的信號電平；所述累積時間控制器控制每個像素中的一個信號電荷的累積時間，從而產(chǎn)生由暗電流引發(fā)的多個步階式信號電平作為修正情報信號。
10.如權(quán)利要求4所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為所述圖像傳感器在所述光敏陣列的每個像素中產(chǎn)生表示一種顏色并具有對應于入射光的一個信號電平的彩色數(shù)據(jù)，并且在所述修正像素區(qū)域的每個分割面中為每種顏色產(chǎn)生修正情報信號；所述修正電路用為每種顏色產(chǎn)生的修正情報信號對每個所述分割面的有效圖像信號逐色地進行修正。
11.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中多種顏色包括三種形成紅，綠和藍的基本顏色。
12.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中多種顏色包括補充顏色。
13.如權(quán)利要求11所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中所述修正像素區(qū)域的每個所述分割面包括一個紅色像素區(qū)，一個綠色像素區(qū)和一個藍色像素區(qū)；所述紅色像素區(qū)排列有多個用于產(chǎn)生紅色數(shù)據(jù)的紅像素，以產(chǎn)生由該紅色數(shù)據(jù)組成的多個步階式紅色信號電平；所述綠色像素區(qū)排列有多個用于產(chǎn)生綠色數(shù)據(jù)的綠像素，以產(chǎn)生由該綠色數(shù)據(jù)組成的多個步階式綠色信號電平；所述藍色像素區(qū)排列有多個用于產(chǎn)生藍色數(shù)據(jù)的藍像素，以產(chǎn)生由該藍色數(shù)據(jù)組成的多個步階式藍色信號電平；多個步階式的紅色信號電平，多個步階式的綠色信號電平和多個步階式的藍色信號電平被用作相應的顏色的修正情報信號。
14.如權(quán)利要求13所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為在垂直于所述修正像素區(qū)域和所述有效像素區(qū)域間的邊界的方向上，其中所述紅色像素區(qū)，所述綠色像素區(qū)和所述藍色像素區(qū)排列在所述修正像素區(qū)域的所述分割面上。
15.如權(quán)利要求13所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為在垂直于所述分割面間的一個邊界的方向上，其中所述紅色像素區(qū)，所述綠色像素區(qū)和所述藍色像素區(qū)排列在所述修正像素區(qū)域的所述分割面上。
16.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中所述修正像素區(qū)域的每個像素被提供給一個具有多種顏色之一的顏色濾光片，由此生成各自顏色的修正信號。
17.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中每個吸收任意一種顏色的光成分的光電變換器薄膜堆疊在所述的光敏陣列上以由此形成像素，這樣使得每個像素產(chǎn)生表示一種顏色的彩色數(shù)據(jù)，從而表示各自顏色的修正情報信號在所述修正像素區(qū)域中被生成。
18.如權(quán)利要求17所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中光電變換器薄膜堆疊在三層中。
19.如權(quán)利要求17所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中光電變換器薄膜堆疊在兩層中。
20.如權(quán)利要求17所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中所述光電變換器薄膜堆疊在一個單獨層中。
21.如權(quán)利要求20所述的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，其特征為其中堆疊在一個單獨層中的光電變換器薄膜與所述的光敏元件結(jié)合形成像素。
全文摘要
一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備包括一個圖像傳感器，其具有被分割成分割面的光敏陣列。圖像信號經(jīng)由相應的輸出放大器分別從這些分割面輸出作為表示一個拾取區(qū)域的圖像信號，然后通過相應的前放大器處理。表示該拾取區(qū)域的有效像素數(shù)據(jù)和表示步階式光量的修正情報數(shù)據(jù)被分別從一個有效和一個修正像素區(qū)域中產(chǎn)生，該有效像素區(qū)域和修正像素區(qū)域組成了每個分割面中的光敏陣列。有效圖像像素數(shù)據(jù)通過該修正情報數(shù)據(jù)進行修正。由此修正的多個有效圖像數(shù)據(jù)結(jié)合組成一個單獨的圖像信號。
文檔編號H04N5/361GK1767598SQ20051011678
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者矢野孝, 石原淳彥 申請人:富士膠片株式會社