專利名稱：固態(tài)圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于復(fù)制機(jī)、傳真機(jī)之類的圖像讀出裝置中的固態(tài)圖像拾取設(shè)備。
作為常規(guī)固態(tài)圖像拾取設(shè)備，像CCD型、光電二極管型、雙極晶體管型、MOS型諸如此類的各式各樣的元件已被研制并作為固態(tài)圖像拾取元件和光電轉(zhuǎn)換元件。此外這些元件還被用作通過在半導(dǎo)體芯片上的一行中排列大量這些元件所獲得的行傳感器，以及用作通過二維排列這些元件所獲得的區(qū)域傳感器。行傳感器被用在圖像傳感器、復(fù)制機(jī)、傳真機(jī)等設(shè)備中。更準(zhǔn)確地說，該行傳感器通過移動原始系統(tǒng)或傳感器系統(tǒng)讀取原始圖像，并將圖像信號傳輸?shù)焦饷趔w以便復(fù)制它，或者以行單位讀取原始圖像并將該原始圖像信號寫在記錄紙片上。至于區(qū)域傳感器，例如攝像機(jī)、放大照像機(jī)、視頻顯微鏡等各種應(yīng)用被期望在未來多媒體時(shí)代將大有前途。
例如，這樣的固態(tài)圖像拾取設(shè)備是由用于光電轉(zhuǎn)換圖像以便產(chǎn)生像素電荷的固態(tài)圖像拾取元件、像用于暫時(shí)存儲像素單位中的一行的像素電荷的電容器那樣的存儲裝置、以及用于根據(jù)來自水平掃描電路的定時(shí)信號依次按時(shí)間順序連續(xù)輸出像素電荷的傳輸裝置所組成。
通常，在諸如使用多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件作為像素的行傳感器、區(qū)域傳感器之類的這樣的固態(tài)圖像拾取設(shè)備中，有些大量的像素被保護(hù)不受如光暗像素(下文叫做“OB像素”)的影響，OB像素信號被作為參考輸出，并且在該參考輸出和其它非保護(hù)的像素信號之間的差值被計(jì)算并作為規(guī)則傳感器信號。例如，作為使用來自O(shè)B像素的信號作為參考輸出的方法，如圖2A所示的箝位電路已眾所周知。在圖2A中，箝位電路包括一個(gè)箝位電容器21和一個(gè)開關(guān)晶體管22。
當(dāng)如圖2B所示的傳感器輸出被輸入到這個(gè)箝位電路、并在OB輸出周期期間施加脈沖φCLP時(shí)，如圖2B所示，OB像素的傳感器輸出將變成參考信號，通過在圖2B中畫陰影線所指示的那些部分作為在規(guī)則傳感器輸出S1，S2，S3等之間的差別，以及該參考信號被輸出作為有效信號輸出部分。
當(dāng)多個(gè)OB像素被排列時(shí)，來自這些OB像素的信號被依次在像素的單位中直接輸出。
由于這個(gè)緣故，當(dāng)使用該箝位電路時(shí)，當(dāng)箝位脈沖φCLP由高變到低，則該OB像素的參考輸出將在該輸出的基礎(chǔ)上被確定。因此，即使當(dāng)箝位脈沖φCLP的應(yīng)用時(shí)間與圖3所示的3個(gè)OB像素相一致地變化時(shí)，只有1個(gè)像素(在這種情況下，OB像素為OB3)的輸出被作為參考輸出。
來自被保護(hù)(屏蔽)的OB像素的輸出包括隨機(jī)噪音。因此，當(dāng)來自單個(gè)OB像素的輸出以這種方式被作為參考輸出時(shí)，由特定的OB像素所產(chǎn)生的隨機(jī)噪音被反映在該參考輸出中。該參考輸出中的隨機(jī)噪聲對應(yīng)于例如在參考輸出中每次從行傳感器讀出的一行的數(shù)據(jù)時(shí)的隨機(jī)變化，而在該傳感器的掃描方向上的每一行該輸出圖像具有密度非均勻性的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是為了當(dāng)例如具有多個(gè)像素的行傳感器、區(qū)域傳感器之類的固態(tài)圖像拾取設(shè)備使用來自O(shè)B像素的輸出作為參考輸出時(shí)通過消除由在參考輸出的OB像素所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲的影響獲得具有較小密度非均勻性的輸出圖像。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了獲得不含任何固定模式噪聲的有效像素的圖像信號和通過在獲得每個(gè)OB像素的噪聲成分和信號成分之間的差信號之后獲得差輸出的密度非均勻性。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，具有多個(gè)用來存儲來自其中至少二個(gè)與光隔離的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號輸出的存儲裝置的固態(tài)圖像拾取設(shè)備的特征在于，來自至少二個(gè)被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件的輸出被經(jīng)受存儲裝置中的平均處理。
如果V[Vr.m.s；有效電壓]代表由每個(gè)OB像素所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲，在該隨機(jī)噪聲成分被平方并通過執(zhí)行求平均值而被平均以后，則被平均的隨機(jī)噪聲，即參考輸出的隨機(jī)噪聲變?yōu)閂/N1/2[Vr.m.s](N為被平均的OB像不數(shù)目)，并被減小到1/N1/2。因此，輸出圖像的密度非均勻性能夠被消除。
該固態(tài)圖像拾取設(shè)備的特征在于，每個(gè)存儲裝置具有用于來自相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件的噪聲成分和信號成分的容量，并且，參考輸出是通過執(zhí)行來自該容量的像素信號的平均處理和差分輸出用于個(gè)別成分的輸出信號而被獲得。此外，該固態(tài)圖像拾取設(shè)備的特征還在于，該平均處理是通過存儲在對應(yīng)于被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件的存儲裝置中的像素信號和通常輸出在使用半導(dǎo)體開關(guān)裝置的存儲裝置中的像素信號而獲得。
本發(fā)明的其它目的和特點(diǎn)以以下技術(shù)說明和附圖中將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施例用來說明OB像素輸出的平均方法的電路圖；圖2A，2B和2C分別是用于說明將OB像素輸出作為參考輸出的方法的電路圖和圖表。
圖3是用來根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例說明OB像素輸出的平均方法的電路圖；圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施例說明OB像素輸出的平均方法的電路圖；以及圖5是用于根據(jù)本發(fā)明的第4實(shí)施例說明OB像素輸出的平均方法的電路圖。
本發(fā)明的第1實(shí)施例將參照附圖在下面予以說明。圖1示出本發(fā)明的第1實(shí)施例。參照圖1，第1實(shí)施例包括多個(gè)被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件(OB像素)1，用于將來自光電轉(zhuǎn)換元件的信號讀出到存儲電容器的開關(guān)晶體管2，用于存儲來自光電轉(zhuǎn)換元件的信號的存儲電容器(CT)3，用于重置存儲電容器CT3的重置開關(guān)晶體管4，用于對存儲電容器C3中的信號求平均值的平均開關(guān)晶體管5，用于將存儲電容器CT3中的信號讀出到連接終端OUT的公共讀出線7的讀開關(guān)晶體管6，用作用于依次起動/禁止開關(guān)晶體管6的水平開關(guān)電路的移位寄存器8，用于重置公共讀出線7的重置晶體管9，以及排列在一行的大量的非屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件11(有效像素)。
在這種配置中，在光電轉(zhuǎn)換元件1和11被重置并由重置電路(未示出)初始化以后，在預(yù)定的時(shí)間周期的經(jīng)過被同步地讀出并存儲在通過施加高電平傳輸控制脈沖φT以便起動開關(guān)晶體管2與單個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件連接的存儲電容器CT3中以后，該像素信號存儲在這些光電轉(zhuǎn)換元件中。在開關(guān)晶體管2被禁止后，一個(gè)高電平平均控制脈沖φADD被施加以便起動該平均開關(guān)晶體管5，從而對從OB像素1讀出到存儲電容器CT3的像素信號進(jìn)行求平均值。因此，在像素信號被讀出到存儲電容器CT3之前產(chǎn)生隨機(jī)噪聲成分，即，相應(yīng)于OB像素1的存儲電容器CT3中的像素信號通過同級存儲電荷被求平均值。
此后，開關(guān)晶體管5被禁止，而移位寄存器8通過施加高電平脈沖對相應(yīng)于OB像素1和非屏蔽的有效像素11的讀開關(guān)晶體管6進(jìn)行掃描。因此，存儲電容器CT3中的像素信號經(jīng)由公共讀出線7按順序輸出到終端OUT。要注意的是，每次在所有存儲電容器CT3中的像素信號被讀出時(shí)，通過外加一個(gè)重置脈沖φHC，則公共讀出線經(jīng)由開關(guān)晶體管9被重置。在一行中的所有像素信號被讀出后，就外加一個(gè)高電平控制脈沖φCR以便起動開關(guān)晶體管4去重置存儲電容器CT3，于是結(jié)束一序列操作。這些操作系列在一個(gè)周期內(nèi)被執(zhí)行，并按順序重復(fù)。
根據(jù)本實(shí)施例，在由多個(gè)OB像素所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲成分被平均，即獲得了來自隨機(jī)噪聲被減小的被平均的OB像素輸出以后，具有較小的密度非均勻性的輸出圖像能夠通過將OB像素輸出作為參考輸出而被獲得。在本實(shí)施例中，使用了三個(gè)OB像素。但是，OB像素的數(shù)目不限于三個(gè)，而是可以使用二個(gè)或多個(gè)(n)OB像素。在這種情況下，(n-1)個(gè)平均開關(guān)晶體管被連接到輸出行，并外加該平均控制脈沖φADD，因而獲得一個(gè)其中隨機(jī)噪聲成分被平均的圖像信號。當(dāng)這個(gè)圖像信號被用作參考輸出以便提取來自非屏蔽的有效像素11和該參考輸出之間的差值時(shí)，相應(yīng)于目標(biāo)圖像的圖像信號能夠從包含所謂暗信號的圖像信號中獲得。
圖3示出本發(fā)明的第2實(shí)施例。參照圖3公共線10將CT外加開關(guān)晶體管5彼此連接起來。圖3中的相同的參考數(shù)字表示如圖1中那樣相同的組成部分，因而其詳細(xì)說明將被省略。
除了來自O(shè)B像素1的像素信號經(jīng)過公共線10被加在相應(yīng)的存儲電容器CT3上之外，本實(shí)施例的操作與第1實(shí)施例基本相同。更準(zhǔn)確地說，在開關(guān)晶體管2被禁止(截止)，當(dāng)一個(gè)高電平平均控制脈沖φADD被外加以便同時(shí)起動CT附加開關(guān)晶體管5時(shí)，存儲電容器CT3經(jīng)過公共線彼此相連，因而對從OB像素1讀出到相應(yīng)的存儲電容器CT3的像素信號求平均值。之后，開關(guān)晶體管5被截止，并且讀開關(guān)晶體管響應(yīng)來自移位寄存器8的定時(shí)信號按時(shí)間順序被起動，從而經(jīng)過公共讀出線7將存儲電容器CT3中的電荷輸出到終端。
如上所述，同樣，在本實(shí)施例中，可以獲得來自于其中的OB像素的隨機(jī)噪聲成分被平均的平均了的OB像素輸出，并且通過將OB像素輸出作為參考輸出能夠獲得具有較小密度非均勻性的輸出圖像，因而獲得與第1實(shí)施例同樣的效果。
圖4示出本發(fā)明的第3實(shí)施例。圖4示出這種配置，其中在圖1中的光電轉(zhuǎn)換元件按光電轉(zhuǎn)換元件的單位排列之后的二個(gè)電路系統(tǒng)和來自這二個(gè)系統(tǒng)的輸出之間的差值被計(jì)算。在圖4中，附加在參考數(shù)字上的符號A和B分別代表這二個(gè)系統(tǒng)，并且圖4中相同的參考數(shù)字表示如圖1中那樣相同的組成部分。注意，差分電路21被連接到讀出線7A和7B，并獲得在二個(gè)線上的輸出之間的差信號。當(dāng)固定的模式噪聲(FPN)被撤除，這樣的配置將有效地被使用，其操作如下。
參照圖4，在光電轉(zhuǎn)換元件1和11被初始化之后立即外加一個(gè)高電平噪聲傳輸脈沖φTN以便起動開關(guān)晶體管2B，從而在對存儲電容器CTN 3B初始化之后立即同時(shí)讀出信號。在這種情況下，該讀出圖像信號對應(yīng)于固定的模式噪聲本身，并作為N個(gè)成份的像素信號存儲在存儲電容器3B中。在開關(guān)晶體管2B被截止以后，再使光電轉(zhuǎn)換元件1和11初始化，并且在通過外加一個(gè)高電平信號傳輸脈沖φTS使預(yù)定的時(shí)間周期的經(jīng)過被同時(shí)讀出到存儲電容器CTS 3A以便起動開關(guān)晶體管2A之后，這些信號被存儲在這些光電轉(zhuǎn)換元件1和11中。在這種情況下的讀出圖像信號相應(yīng)于存儲在單個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和FPN中的信號成分的總和，因此在下文將稱做STN成分圖像信號。在容許非破壞性讀取的光電轉(zhuǎn)換元件的情況，在N個(gè)成分被讀出之后，光電轉(zhuǎn)換元件無須初始化。接著，在開關(guān)晶體管2A被截止后，外加一個(gè)高電平平均控制脈沖φADD以便啟動開關(guān)晶體管5A和5B，從而分別從OB像素讀出到存儲電容器CTS 3A和CTN 3B的像素信號求平均值。
其后，開關(guān)晶體管5A和5B被截止，并且移位寄存器8起動并掃描開關(guān)晶體管6A和6B以便經(jīng)過公共讀出線7A和7B按順序輸出在存儲電容器CTS 3A和CTN 3B上的像素信號。這些像素信號，即STN成分圖像信號和N成分圖像信號經(jīng)過差分電路21被輸出以便產(chǎn)生(S+N)-N＝S。結(jié)果，S成分被單獨(dú)獲得，而FPN被取消。
注意，每次在存儲電容器CTS和CTN中的像素信號被讀出時(shí)，通過外加一個(gè)重置脈沖φHC，公共讀出線7A和7B通過開關(guān)晶體管9A和9B被重置。在所有像素信號被讀出之后，通過外加一個(gè)高電平重置控制脈沖φCR來起動開關(guān)晶體管4A和4B以便重置在存儲電容器CTS 3A和CTN3B中的電荷，于是結(jié)束一個(gè)操作序列，該操作系列在一個(gè)周期內(nèi)被執(zhí)行，并按順序重復(fù)。
根據(jù)本實(shí)施例，可以獲得在其中隨機(jī)噪聲成分被平均，即隨機(jī)噪聲被減小的OB像素輸出，并且通過將這個(gè)OB像素輸出作為參考輸出可以獲得具有較小密度非均勻性的輸出圖像。此外，固定模式噪聲(FPN)也可以被取消。
圖5示出本發(fā)明的第4實(shí)施例。圖5示出這種配置，其中，在圖3中的光電轉(zhuǎn)換元件被以光電轉(zhuǎn)換元件的單位排列之后的二個(gè)電路系統(tǒng)以及在來自這二個(gè)系統(tǒng)的輸出之間的差值被計(jì)算。在圖5中，附在參考數(shù)字上的符號A和B分別表示二個(gè)系統(tǒng)，并且圖5中的相同的參考數(shù)字表示如圖3中那樣相同的組成部分。注意，差分電路21被連接到公共讀出線7A和7B，并獲得在二線上的輸出之間的差信號。除了來自O(shè)B像素的信號經(jīng)由公共線10A和10B被加在存儲電容器CTS和CTN上之外，至于每個(gè)系統(tǒng)的輸出本實(shí)施例的操作與第3實(shí)施例的操作基本相同。
更準(zhǔn)確地說，在來自O(shè)B像素的像素信號和有效像素被存儲在相應(yīng)的存儲電容器中以后，開關(guān)晶體管2A和2B被截止，其后，當(dāng)外加一個(gè)高電平平均控制脈沖φADD以便同時(shí)啟動CT附加開關(guān)晶體管5A和5B時(shí)，存儲電容器CTS 3A經(jīng)過公共線10A彼此相連，并且，存儲電容器CTH 3B經(jīng)過公共線10B也彼此相連，從而對從OB像素1讀出到對應(yīng)的存儲電容器CTS 3A和CTN 3B的像素信號求平均值。之后，開關(guān)晶體管5A和5B被截止，而讀開關(guān)晶體管6A和6B響應(yīng)來自移位寄存器8的定時(shí)信號被啟動以便將存儲在存儲電容器CTS 3A和CTN 3B中的電荷輸出到公共讀出線7A和7B上。在公共讀出線7A和7B上的像素信號通過差分電路21被差分放大，并且該差分輸出被輸出到終端OUT。
在本實(shí)施例中，就像在第3實(shí)施例中那樣，可以獲得在其中隨機(jī)噪聲成分被平均的參考輸出，并輸出來自單個(gè)像素的超過參考輸出的像素信號，因而獲得具有較小密度非均勻性的輸出圖像。此外，固定模式噪聲(FPN)也可以被取消。
注意，通過本實(shí)施例獲得的圖像信號，即，參考信號被輸入到在本實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取設(shè)備的輸出終端以后的箝位電路，并作為該箝位電路的箝位電壓，因而易于獲得超過該箝位電壓的圖像信號。
在以上實(shí)施例中，行傳感器尤其被舉例說明，但是，本發(fā)明也適用于區(qū)域傳感器。更準(zhǔn)確地說，在安裝在單處理中所準(zhǔn)備的光電轉(zhuǎn)換元件的二維矩陣的芯片中，OB像素和有效像素按行和列的單位被分配，在OB像素部分形成光屏蔽板或薄膜，并且當(dāng)每次在一個(gè)水平掃描周期內(nèi)轉(zhuǎn)換從OB像素讀出信號的箝位電路的參考信號時(shí)通過輸出基于有效像素的像素信號的有效成分就能夠在一個(gè)垂直周期內(nèi)獲得一個(gè)場信號。通過比較場信號，就能獲得在一行中的列方向的差值。為了減小在列方向上的密度非均勻性，使多個(gè)起始行作為OB像素，來自這些OB像素的輸出在垂直方向被平均以便獲得參考信號，并且該參考信號被供給與該設(shè)備的輸出一側(cè)相連接的場箝位電路，因而防止以場的單位所產(chǎn)生的密度非均勻性。
在上述說明中，來自所有OB像素的輸出被平均。當(dāng)然，來自某些OB像素的輸出可以單獨(dú)地被平均。來自具有不同于其它OB像素的環(huán)境條件的OB像素的輸出，例如與有效像素相鄰的OB像素或位于一行末端的OB像素與有效像素沒有緊密的關(guān)系，并且最好不作為被平均的值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取設(shè)備，在獲得其中隨機(jī)噪聲成分被平均，即隨機(jī)噪聲被減小的OB像素輸出以后，通過將該OB像素輸出作為參考輸出可以獲得具有較小密度非均勻性的輸出圖像。當(dāng)從每個(gè)像素中輸出暗輸出和光輸出時(shí)，可以獲得固定模式噪聲從其中取消并且具有較小密度非均勻性的圖像信號。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以構(gòu)成許多不同的本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該明白除了如在附加的權(quán)利要求書中所定義的那樣，本發(fā)明不限于在該技術(shù)說明中所描述的特定的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像拾取設(shè)備，它包括多個(gè)用于存儲從多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號的存儲裝置，該光電轉(zhuǎn)換元件在單個(gè)半導(dǎo)體基片上形成，并且其中至少二個(gè)與光屏蔽，該設(shè)備與所述光電轉(zhuǎn)換元件相一致，其中從被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號在所述存儲裝置中經(jīng)受平均處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述存儲裝置是電容，它們在電路上暫時(shí)地彼此相連獲平均處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，每個(gè)所述存儲裝置包括用于分別存儲來自該光電轉(zhuǎn)換元件的噪聲成分和信號成分的電容，并且參考輸出通過對在所述電容中的像素信號求平均值和差分地輸出用于噪聲和信號成分的輸出信號而獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)的設(shè)備，其中，平均處理是通過存儲對應(yīng)于被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件的所述存儲裝置中的像素信號而獲得，其后，通常使用半導(dǎo)體開關(guān)裝置輸出在所述存儲裝置中的像素信號。
全文摘要
為了使用在固態(tài)圖像拾取設(shè)備中的OB像素，獲得密度非均勻性和固定模式噪聲從其中取消的參考輸出，具有多個(gè)用于存儲從多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號的存儲單元的固態(tài)圖像拾取設(shè)備與所述光電轉(zhuǎn)換元件相一致，這些光電轉(zhuǎn)換元件在單個(gè)半導(dǎo)體基片上形成，并且其中至少二個(gè)對光屏蔽。從被屏蔽的光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號在該存儲單元中經(jīng)受平均處理。此外，在該固態(tài)圖像拾取設(shè)備中，該存儲單元由電容構(gòu)成，這些電容在電路上暫時(shí)地彼此相連接以便獲得平均處理。
文檔編號H04N1/19GK1168044SQ9710557
公開日1997年12月17日 申請日期1997年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月11日
發(fā)明者宮崎敬三, 須川成利 申請人:佳能株式會社