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)：
舉例來說，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)的不均一性也無法消除。
對(duì)于CMOS圖像傳感器，舉例來說，參考文獻(xiàn)1公開了一種用于使用
狀態(tài)機(jī)診斷/管理整個(gè)圖像傳感器的操作并通過對(duì)處理信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化來解
決列CDS問題的技術(shù)。
專利參考文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_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)與在所述第一歩驟中被保存的值之間 的差。
在本發(fā)明中，通過由光屏蔽區(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，通過輸出兩者的差，可以消除列偏移。
從而，在所輸出的圖像中沒有出現(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
CDS 41和列ADC 42，兩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CDS 41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關(guān)41d，其未在圖3中示出。列CDS41通過相 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，通過與像素陣列20中每個(gè)像素的復(fù)位同步地將控制開關(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，并且通過在輸 入光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)的時(shí)候?qū)⒖刂崎_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)在通過放大器41b之后被輸入到所設(shè)置的 列ADC 42。
列ADC 42包括比較器42a，用于使用從列CDS 41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，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
(a) 輸入階段鎖存器50a，其與從列ADC 42串行輸出的數(shù)字輸出 42d同步地從計(jì)數(shù)器取得一位輸出，其中所述計(jì)數(shù)器在圖1中沒有示出， 并且計(jì)數(shù)器與所述數(shù)字輸出42d同步計(jì)數(shù)；
(b) 黑線鎖存器50b;以及
(c) 正常線鎖存器50c，取得計(jì)數(shù)器的位寬。
然后，與屬于光學(xué)黑線21的光屏蔽像素21a相對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的每個(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) 的計(jì)數(shù)器的每個(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通過總線52被連接到減法器 51。通過經(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)，艮P， 使用一幀的切換作為觸發(fā)，垂直同步信號(hào)VSYNC被打開(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。
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CDS 41的控制開關(guān)41d的通/斷定 時(shí)的CDS箝位信號(hào)CDSCLP被打開。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打開時(shí)，從每個(gè)像素取得光/電轉(zhuǎn)換信號(hào)，并且在列CDS 41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，即，幀是否被切換(步驟201)。然后，當(dāng)垂直同步信 號(hào)VSYNC打開時(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(歩驟203)。當(dāng)水平同 步信號(hào)AVH打開時(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 數(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，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IO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，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XH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-l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/寫信號(hào) RAM—WR打開時(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 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，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IO、圖ll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，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，并且最后，最大值保留在 了存儲(chǔ)設(shè)備81中。如果對(duì)大小的判斷反過來，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，如圖11所示，當(dāng)水平同步信號(hào)AVH打開時(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/ 寫信號(hào)RAM_WR打開)。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/寫信號(hào)RAM—WR打開)。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程。具體地說，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(AB)，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(AB)，并且通過將該值(AB) 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，所述成像設(shè)備設(shè)置有讀出電路，所述讀出電路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，用于保存多個(gè)偏移量，每個(gè)偏移量為與所述光屏蔽區(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)和參考值的差；和差計(jì)算設(shè)備，用于計(jì)算和光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)與從所述偏移量和所述參考值再現(xiàn)的原始數(shù)字信號(hào)之間的差，其中基于在所述光屏蔽區(qū)域中第一線的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的多個(gè)所述被輸出的數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)所述參考值；通過使用所述光屏蔽區(qū)域中第二線的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件中每一個(gè)相關(guān)的輸出的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算多個(gè)所述偏移量中的每一個(gè)；以及所述差計(jì)算設(shè)備通過使用所述光屏蔽區(qū)域中第三線的所述光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的輸出的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中 多個(gè)所述偏移量對(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)的每個(gè)偏移量的每個(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)偏移量。
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，用于保存所述參考值，所述參考值為與所述光屏蔽區(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，并將所述差作為所述偏移量保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中；和加法器，用于將被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的所述偏移量與被保存在所 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)所述原始數(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，用于保存所述參考值，所述參考值為與所述光屏蔽區(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 述差作為所述偏移量保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中；和加法器，用于將被保存在所述存儲(chǔ)設(shè)備中的所述偏移量與被保存在所 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，所述成像設(shè) 備設(shè)置有讀出電路，所述讀出電路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，保存多個(gè)偏移量，每個(gè)偏移量為所述光屏蔽區(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)與參考值之間的差；和第二步驟，計(jì)算和光接收區(qū)域中的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的所述被輸出的 數(shù)字信號(hào)從所述偏移量和所述參考值再現(xiàn)的原始數(shù)字信號(hào)之間的差；其中基于在第一幀期間所述光屏蔽區(qū)域中第一線的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的多個(gè)所述被輸出的數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)所述參考值；通過使用所述光屏蔽區(qū)域中第二線的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件中每一個(gè)相關(guān)的輸出的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算多個(gè)所述偏移量中的每一個(gè)； 以及通過使用所述光屏蔽區(qū)域中第三線的所述光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的輸出的 所述被輸出的數(shù)字信號(hào)計(jì)算所述差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的成像設(shè)備控制方法，其中 多個(gè)所述偏移量對(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，每個(gè)偏移量的每個(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)算所述差。
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)所述偏移量被保存在隨機(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)的多個(gè)所述偏移量。
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)域中的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述數(shù)字信號(hào)的最大值或者最小值，并將其作為所述參考 值存儲(chǔ)；并且在所述第二步驟中，通過所述參考值與所述偏移量相加，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，將與所述光屏蔽區(qū)域中的多個(gè)所述光/電轉(zhuǎn)換器件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述數(shù)字信號(hào)的最大值和最小值的中值作為所述參考值存 儲(chǔ)；并且在所述第二步驟中，通過所述參考值與所述偏移量相加，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)的所述被輸出的數(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. —種成像設(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，所述成像設(shè)備設(shè)置有 讀出電路，所述讀出電路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)備包括第一存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存第一線中檢測(cè)的參考值，所述參考值為與所 述光屏蔽區(qū)域中第一線的光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的被輸出的所述數(shù)字信號(hào)的最大值或最小值，或者所述參考值為所述最大值和所述最小值的中值；第一差計(jì)算設(shè)備，用于計(jì)算多個(gè)偏移量，每個(gè)所述偏移量為與所述光屏蔽區(qū)域中第二線的所述光/電轉(zhuǎn)換器件相關(guān)的輸出的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)與所述參考值之間的差；第二存儲(chǔ)設(shè)備，用于保存多個(gè)所述偏移量；加法器，將所述偏移量和所述參考值相加，以再現(xiàn)原始數(shù)字信號(hào)；以及第二差計(jì)算器，用于計(jì)算與所述光接收區(qū)域中第三線的光/電轉(zhuǎn)換器件 相關(guān)的輸出的所述被輸出的數(shù)字信號(hào)與由加法器再現(xiàn)的所述原始數(shù)字信號(hào) 之間的差。
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)H04N5/378GK101415072SQ20081016588
公開日2009年4月22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)明者小久保朝生, 山本克義, 樋口剛, 水口壽孝, 船越純 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社