專(zhuān)利名稱(chēng)：圖象記錄器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在一種能夠用在視頻攝象機(jī)，數(shù)字照相機(jī)等中的圖象記錄器。在此使用的術(shù)語(yǔ)數(shù)字照相機(jī)意思是屬于數(shù)字?jǐn)z影的裝置。
從已有技術(shù)來(lái)看，包括一個(gè)半導(dǎo)體圖象傳感器的圖象記錄器已經(jīng)為人們知道相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間了。第一個(gè)半導(dǎo)體圖象傳感器被稱(chēng)為CCD(電荷耦合器件)陣列，它根據(jù)稱(chēng)為戽鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)原理工作。盡管CCD陣列還是基于硅晶片制造的，但是它們需要一種特殊的技術(shù)，這使其難以與其它的元件集成在同一個(gè)芯片上。所以，在這些圖象記錄器中，由光-敏元件累計(jì)的電荷到一個(gè)數(shù)字值的轉(zhuǎn)換是利用一個(gè)快速A/D變換器在該陣列外面執(zhí)行的。
最近，稱(chēng)做CMOS圖象的傳感器已經(jīng)在消費(fèi)用戶電子設(shè)備中使用。它們與許多重要的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)。CMOS芯片技術(shù)被廣泛地使用。這就使得能夠在用于生產(chǎn)例如，CMOS存儲(chǔ)器模塊，或CPU的相同生產(chǎn)線上制造CMOS圖象傳感器。這些生產(chǎn)線必須有一些微小程度的改變。然而，COMS圖象傳感器提供與其它開(kāi)關(guān)單元在一個(gè)芯片上集成的可能性。作為例子，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將A/D變換器與COMS圖象傳感器集成在一個(gè)芯片上。不過(guò)，已經(jīng)提出集成圖象最優(yōu)化元件和圖象壓縮單元的想法。
關(guān)于COMS圖象傳感器的已有技術(shù)的概述可以在文章“對(duì)于COMS圖象傳感器的奈奎斯特-率象素-電平ADC”中找到，該文章發(fā)表在1999年3月出版的固體-狀態(tài)電路的IEEE雜志的第三期34卷，348-356頁(yè)。這個(gè)文章描述一種同樣包含組合集成的每個(gè)象素的A/D變換器的COMS圖象傳感器。在這種情況下，每個(gè)象素元件的基本結(jié)構(gòu)是這樣的，由光-敏感元件存儲(chǔ)的電荷被加到比較器的一個(gè)輸入端。一個(gè)斜坡信號(hào)傳遞到比較器的另一個(gè)輸入端。該斜坡信號(hào)對(duì)應(yīng)于一個(gè)階梯信號(hào)，就是說(shuō)以許多增量連續(xù)地上升。一個(gè)D觸發(fā)器連接到該比較器的后面。來(lái)自斜坡信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)加到觸發(fā)器的D輸入端。比較器的輸出連接到該觸發(fā)器的觸發(fā)輸入端G。從斜坡信號(hào)導(dǎo)出的時(shí)鐘信號(hào)在每次加給該斜坡信號(hào)一個(gè)增量時(shí)改變它的邏輯狀態(tài)。觸發(fā)器的輸出端Q體現(xiàn)此結(jié)構(gòu)的數(shù)字輸出。這個(gè)結(jié)構(gòu)將在比較器出現(xiàn)的模擬值變換成一個(gè)串行-比特形式的數(shù)字值。在這種解決方案中，要變換每個(gè)比特就必須重新啟動(dòng)斜坡信號(hào)。作為例子，如果希望用一個(gè)m-比特分辨率變換存儲(chǔ)的模擬值，則需要至少2m-1次變化。
這是從復(fù)雜性的角度考慮，如果拿已有技術(shù)作為出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目的是減少與COMS圖象傳感器共同集成的A/D變換器的復(fù)雜性。
所述的目的是依靠獨(dú)立的權(quán)利要求1的特征的裝置實(shí)現(xiàn)的。
在根據(jù)本發(fā)明的圖象記錄器中，用于將存儲(chǔ)在光-敏感元件中的模擬值變換成數(shù)字值的裝置也同樣是共同集成的，在這種情況下這些裝置是可以分配為，一方面到它自己的傳感器矩陣，而另一方面到傳感器矩陣的輔助裝置。為每個(gè)光-敏感元件提供一個(gè)比較器也是事實(shí)，比較器的一個(gè)輸入端饋送有模擬值，而它的另一個(gè)輸入端饋送有一個(gè)斜坡信號(hào)。不象已知的解決方法，該比較器的輸出連接到了一個(gè)具有N位寬度的寄存器的一個(gè)觸發(fā)輸入端，這里N是自然數(shù)，且N≥2。數(shù)N對(duì)應(yīng)于要產(chǎn)生的數(shù)字值的比特位個(gè)數(shù)。比較器的輸出脈沖使得寄存器以數(shù)字的形式緩沖-存儲(chǔ)斜坡信號(hào)的瞬時(shí)值。因此，在這種解決方法中，斜坡信號(hào)以其直接反映要變換的數(shù)字值的這樣一種方式形成。該解決方法提供的優(yōu)點(diǎn)是在每次變換只是必須產(chǎn)生一次斜坡信號(hào)，不考慮所期望的位分辨率。這里不需要在圖象記錄器中提供附加的用于每個(gè)象素的觸發(fā)器。
更多的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)可以依靠由在權(quán)利要求中所規(guī)定的方法取得。在一種矩陣-類(lèi)型排列的光-敏感元件的情況下，以行或列的尋址能夠以一種以行或列變換的模擬值這樣的方式實(shí)現(xiàn)，在這種情況下具有N位寬度的寄存器并行排列而且只能與行或列中提供的光-敏感元件的數(shù)量一樣。結(jié)果，集成的復(fù)雜程度減小并且只是必須提供相關(guān)的幾個(gè)必要的N-位寄存器。
與以行或列的實(shí)現(xiàn)或變換有關(guān)，在行或列的模擬值變換的每種情況中如果斜坡信號(hào)周期地重新開(kāi)始，這是很有利的。
該斜坡信號(hào)應(yīng)該以其反映每個(gè)時(shí)刻數(shù)字值的一種方法構(gòu)成。這能夠以一種簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。為了這個(gè)目的，它是為由斜坡信號(hào)包含的模擬測(cè)量值整個(gè)范圍的需要以及為增量的數(shù)量必須對(duì)應(yīng)于期望的位分辨率的需要。作為例子，如果本發(fā)明要得到8-比特的分辨率，則斜坡信號(hào)必須是從0到255增加并且模擬測(cè)量值的最大范圍必須在最大可能值255處達(dá)到。
如果斜坡信號(hào)的增量是可變的，在這種連接中更有利，尤其是在第一個(gè)區(qū)域比第二個(gè)區(qū)域中小的時(shí)候。因此這個(gè)變換特性能夠適應(yīng)人的眼睛的特性。這是因?yàn)樵诔^(guò)一定的基礎(chǔ)亮度時(shí)，人類(lèi)的眼睛對(duì)亮度變換敏感響應(yīng)小。因此，好的分辨率將在較低亮度范圍中獲得。
此外，有利的是如果還提供一個(gè)移位寄存器，在斜坡信號(hào)周期結(jié)束后，具有N位寬度并且是并行排列的寄存器的條目被復(fù)制進(jìn)該移位寄存器。將寄存器內(nèi)容快速再?gòu)?fù)制到移位寄存器又在這些寄存器中為下一行或者下一列的模擬值變換造成空閑的空間。然后這些接收進(jìn)入到移位寄存器的值可以按順序讀出并且被寫(xiě)入到常規(guī)的RAM存儲(chǔ)器或者一種特殊的圖象存儲(chǔ)器中。然后可以在下一個(gè)斜坡信號(hào)周期中做這個(gè)處理并且與下一行或列的變換同時(shí)進(jìn)行。
該斜坡信號(hào)較好是在一個(gè)具有連接到下行的D/A變換器的計(jì)數(shù)器中產(chǎn)生。對(duì)于這種解決方法，較好的是計(jì)數(shù)器的各個(gè)計(jì)數(shù)器讀數(shù)被傳送給需要A/D變換的寄存器輸入端。比較器的輸出信號(hào)為寄存器產(chǎn)生一個(gè)寫(xiě)脈沖，因此該寄存器接收在輸入端的當(dāng)前計(jì)數(shù)器讀數(shù)。
如果希望使用該圖象記錄器用于產(chǎn)生視頻圖象，則有利于在行中變換模擬值并且有利于斜坡信號(hào)對(duì)應(yīng)視頻行的持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的圖象記錄器利用CMOS芯片技術(shù)很方便制造。


圖1顯示一個(gè)數(shù)字照相機(jī)的基本方框圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)圖象記錄器的方框圖。
圖3顯示將為每個(gè)象素設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的圖象記錄器的元件。
圖4顯示斜坡信號(hào)產(chǎn)生裝置的方框圖，以及圖5顯示斜坡信號(hào)和相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)。
使用數(shù)字照相機(jī)的例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。這樣的被用來(lái)以數(shù)字的形式直接記錄靜止的圖象(照片)。圖1顯示這種設(shè)備的簡(jiǎn)單方框圖。數(shù)字照相機(jī)的光學(xué)元件在圖1中已經(jīng)省略掉。特別是，它們包括鏡頭，光圈，快門(mén)以及一些相關(guān)的電子輔助裝置，如自動(dòng)聚焦系統(tǒng)，自動(dòng)定時(shí)和光圈機(jī)械裝置，閃光等產(chǎn)生器等等。計(jì)算機(jī)接口現(xiàn)在也沒(méi)有描繪出。參考編號(hào)10代表一個(gè)CMOS圖象記錄器。下面將詳細(xì)描述它的結(jié)構(gòu)。CMOS圖象記錄器10通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)、地址和控制總線40連接到一個(gè)微處理器20。一個(gè)RAM存儲(chǔ)器30也連接到數(shù)據(jù)、地址和控制總線40。該記錄的圖象存儲(chǔ)在所述RAM存儲(chǔ)器并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)接口(已經(jīng)提起過(guò))將圖象從這里傳送給一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，或者傳輸給能夠用于打印出圖象的一臺(tái)打印機(jī)。CMOS圖象記錄器10到RAM存儲(chǔ)器30的數(shù)據(jù)的傳輸是由微處理器20控制的。對(duì)其給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，后者還可以同時(shí)承擔(dān)更多的數(shù)字照相機(jī)控制任務(wù)。例如上面提到的包括自動(dòng)定時(shí)和已經(jīng)提及的光圈機(jī)械裝置，以及還有自動(dòng)聚焦和閃光燈控制，還有，用戶命令的整個(gè)過(guò)程是通過(guò)提供的鍵輸入的。
下面參照?qǐng)D2來(lái)描述CMOS圖象記錄器10的結(jié)構(gòu)。該圖象記錄器10包括一個(gè)光-敏CMOS光傳感器11的矩陣。這些光傳感器11的每個(gè)都在圖2中描繪為分開(kāi)的方框。這個(gè)意思是指出它不僅僅是安排在各自方框中單獨(dú)的CMOS光傳感器，而且還是對(duì)A/D變換來(lái)說(shuō)還有更多重要的元件，這將在下面更詳細(xì)地描述。每個(gè)光-敏元件檢測(cè)要記錄圖象的一個(gè)單獨(dú)象素的光強(qiáng)。所以，要求在這個(gè)矩陣?yán)镌O(shè)置盡可能多的COMS光傳感器。目前，已經(jīng)制造出具有超過(guò)1百萬(wàn)個(gè)光傳感器的CMOS圖象記錄器。
如果希望記錄彩色圖象，在每種情況下都必須分別記錄三種基本顏色RGB(紅色，綠色和蘭色)。這是可以通過(guò)在照相機(jī)中安排三種不同的CMOS圖象傳感器10做到的，被濾-色的光饋送到它們中的每一個(gè)。然而，在這三個(gè)不同圖象記錄器中，CMOS圖象記錄器10的結(jié)構(gòu)原理沒(méi)有改變。
為了在圖象記錄器暴光后讀出存儲(chǔ)在光傳感器11中的變化量，在圖2中提供一個(gè)行選擇器12。因此圖象的行單獨(dú)地選擇。對(duì)應(yīng)于每幅圖象行的控制線連接到圖2中一個(gè)圖象線的每個(gè)光傳感器11。這些控制線由參考編號(hào)17表示。在每個(gè)光-敏單元11中，行選擇信號(hào)用作釋放對(duì)應(yīng)的輸出線18。選擇圖2中例子的排列，以便一列光傳感器11的輸出線都是內(nèi)部相連的而且通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的輸出線從記錄矩陣送出。行選擇信號(hào)確定一列中哪一個(gè)光傳感器11連接到列輸出線18。這保證一幅圖象線的光傳感器11所有都能夠個(gè)別地計(jì)算。為了這個(gè)目的，在光傳感器的矩陣輸出端提供一個(gè)寄存器模塊15。在這個(gè)寄存器模塊15中，有與一幅圖象行中存在的光傳感器的數(shù)量相同的并行排列的寄存器14。輸出線18各自連接到相關(guān)寄存器14的一個(gè)控制輸入端。為了信號(hào)的改善，還可以在寄存器與輸出線18之間提供一個(gè)各自的放大器級(jí)。另外提供兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)給寄存器模塊15，其中一個(gè)是指定為復(fù)位信號(hào)R。再者，一個(gè)突出的特征是寄存器14的輸入連接到斜坡信號(hào)產(chǎn)生單元13的數(shù)據(jù)輸出。換句話說(shuō)，所有的寄存器14都接收相同的數(shù)據(jù)輸入值。這個(gè)將在下面更詳細(xì)描述。
斜坡信號(hào)產(chǎn)生裝置13對(duì)于每個(gè)圖像行具有分開(kāi)的輸出。在每一情況下，一個(gè)斜坡信號(hào)只是為所選擇的圖像信號(hào)產(chǎn)生的。為了斜坡信號(hào)生成，時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào)被饋送到斜坡信號(hào)產(chǎn)生裝置13。斜坡信號(hào)輸出線路是有參考號(hào)19表示的。
移位寄存器16也排列在寄存器模塊15旁邊。所述移位寄存器接收在各個(gè)寄存器14中的條目?jī)?nèi)容。因此，每個(gè)寄存器14的數(shù)據(jù)輸出端連接到移位寄存器16的對(duì)應(yīng)的并行輸入端。寄存器的數(shù)值是在斜坡信號(hào)周期結(jié)束時(shí)被接受，這將更詳細(xì)地在后面描述。如果該數(shù)據(jù)已經(jīng)接收到移位寄存器16中，它們可能通過(guò)總線連接線40被傳送到RAM存儲(chǔ)器模塊30。然后通過(guò)對(duì)應(yīng)移位寄存器16中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)量進(jìn)行一些移位操作。更可取的是移位寄存器16設(shè)計(jì)成桶形移位寄存器，在這種移位寄存器中發(fā)生一個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)多于一位的移位操作。因?yàn)榧拇嫫鞯臄?shù)字總是希望單獨(dú)地讀出，所以每個(gè)時(shí)鐘周期的移位操作受對(duì)應(yīng)于寄存器數(shù)字寬度的位數(shù)量的影響。換句話說(shuō)，給定一個(gè)8位的寄存器，每個(gè)時(shí)鐘周期8個(gè)比特位的各自移位。
為了所述CMOS圖象記錄器10工作方法的描述，最好是先描述光傳感器11的結(jié)構(gòu)和斜坡信號(hào)產(chǎn)生單元13的結(jié)構(gòu)。
圖3描繪了每個(gè)光傳感單元11的結(jié)構(gòu)。光-敏元件用參考編號(hào)111表示。在這種情況下選用光敏二極管作為光-敏元件。光敏二極管的下行連接是一個(gè)放大晶體管112。后者放大由光敏二極管產(chǎn)生的電荷并且存儲(chǔ)在一個(gè)電容里(沒(méi)有描繪出)。放大的信號(hào)傳送到比較器113的一個(gè)輸入端。該比較器113設(shè)計(jì)為史密特觸發(fā)器以致保證快速地開(kāi)關(guān)。斜坡信號(hào)加到比較器113的另一個(gè)輸入端。還有一個(gè)開(kāi)關(guān)114提供在比較器113的輸出和光-敏單元11的輸出之間，作為例子，這個(gè)開(kāi)關(guān)可以具體表示為一個(gè)三態(tài)驅(qū)動(dòng)器。該開(kāi)關(guān)114是通過(guò)行選擇控制線17來(lái)驅(qū)動(dòng)的。
斜坡信號(hào)作為例子描繪在圖5中。在這里顯示的例子包括一個(gè)以16個(gè)臺(tái)階增加的斜坡信號(hào)?？刂圃隽康臅r(shí)鐘信號(hào)直接地描繪在斜坡信號(hào)的下面。該斜坡信號(hào)在每個(gè)第16增量臺(tái)階之后復(fù)位到零，這是由一個(gè)復(fù)位信號(hào)R控制的。該復(fù)位信號(hào)可以從時(shí)鐘信號(hào)中衍生出。
該斜坡信號(hào)是在一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)連接在下級(jí)的D/A變換器的幫助下以最簡(jiǎn)單的方法產(chǎn)生的。這描繪在圖4中。參考編號(hào)131代表計(jì)數(shù)器。各種情況下的現(xiàn)行計(jì)數(shù)器的讀數(shù)加給D/A變換器132。后者變換計(jì)數(shù)器的讀數(shù)到一個(gè)相應(yīng)的模擬信號(hào)。然后該模擬信號(hào)傳送到一個(gè)多路分解裝置133，在這里它被引導(dǎo)到一個(gè)輸出端19。多路分解裝置133接收復(fù)位脈沖作為時(shí)鐘輸入，斜坡信號(hào)被施加給輸出端19，作為用于下一個(gè)圖象線的結(jié)果。非常重要的是現(xiàn)行計(jì)數(shù)器的讀數(shù)同樣是從斜坡信號(hào)產(chǎn)生裝置13傳送出。如上所述，計(jì)數(shù)器的讀數(shù)加到在CMOS圖象記錄器10的寄存器模塊15中的寄存器14的數(shù)據(jù)輸入端。
圖象記錄器的工作方法如下暴光之后，光-敏單元11受A/D變換支配并且按行讀出。斜坡信號(hào)加到所有與復(fù)位脈沖同步選擇圖象線的光電元件。斜坡信號(hào)在0值開(kāi)始然后在16個(gè)階梯中增加到值16。在這個(gè)周期之間，比較器113將兩個(gè)輸入相互比較。如果斜坡信號(hào)超過(guò)另一個(gè)輸入端的當(dāng)前模擬值，就產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)邊沿并且通過(guò)輸出端18引導(dǎo)給相關(guān)寄存器14的控制輸入。這使得寄存器14立即緩沖-存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器131的當(dāng)前計(jì)數(shù)器的讀出值。一個(gè)模擬信號(hào)的例子是由圖5中虛線表示的。這個(gè)值僅在第11個(gè)增量階梯之后被超過(guò)。所以，數(shù)值11作為當(dāng)前計(jì)數(shù)器的讀出存儲(chǔ)在相關(guān)寄存器14中。使用這種方法存在一個(gè)問(wèn)題就是計(jì)數(shù)器的讀數(shù)0檢測(cè)不到。這是因?yàn)槟M值只能是在第一個(gè)增量后才被超過(guò)，然而，在此之后，計(jì)數(shù)器的讀數(shù)已經(jīng)具有了數(shù)值1。因此，這里顯示的解決方法是，替代對(duì)于數(shù)值0-15自然需要僅僅是4-位計(jì)數(shù)器，而使用一個(gè)5-位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)是從0-16，然后由復(fù)位脈沖復(fù)位到零。則它應(yīng)該與下面是一致的，即，如果計(jì)數(shù)器的讀數(shù)1已經(jīng)緩沖-存儲(chǔ)在寄存器中，這個(gè)值隨后指定為數(shù)值零，如果數(shù)值16已經(jīng)緩沖-存儲(chǔ)，這個(gè)值被指定為15。這個(gè)可以由微處理器20用1減每個(gè)從移位寄存器16讀出的數(shù)值這樣一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)做到，并且以這樣的形式存儲(chǔ)它在RAM存儲(chǔ)器30中。當(dāng)然，其它的方法也可以應(yīng)用解決這個(gè)問(wèn)題。
在A/D變換中4-位分辨率對(duì)于數(shù)字?jǐn)z影是不夠的。10位數(shù)量級(jí)的分辨率更合適使用在這種情況。這意思是寄存器14至少必須是10位的寬度并且計(jì)數(shù)器131必須設(shè)計(jì)為一個(gè)至少是10-位的計(jì)數(shù)器。于是斜坡信號(hào)將至少?gòu)?-1023遞增。如果使用上述同樣的解決方法，斜坡信號(hào)將從0-1024計(jì)數(shù)并且將使用11-位的計(jì)數(shù)器，并且寄存器14也具有11位的寬度。因此，移位寄存器16必須要改變。
在數(shù)字照相機(jī)的應(yīng)用情況下，用于斜坡信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)不需要特別高，因?yàn)樗恍枰棵攵家涗洿罅繄D象的情況。對(duì)于不同于這種需要的情況，根據(jù)本發(fā)明的圖象記錄器還可以用在一種視頻攝象機(jī)中。然而，8-位分辨率的A/D變換足以滿足這種應(yīng)用。如果光-敏單元同樣以行形式讀出，則隨后的需要由時(shí)鐘信號(hào)構(gòu)成。一個(gè)8-位分辨率和64μs的視頻線長(zhǎng)度導(dǎo)致一個(gè)256×1/64μs的時(shí)鐘頻率，這引出一個(gè)4MHz的時(shí)鐘頻率。然而，今天這已不是什么問(wèn)題；與當(dāng)今微處理器慣用的時(shí)鐘頻率相比是相當(dāng)?shù)偷牧?。在視頻攝象機(jī)中，一幅圖象根據(jù)已知的隔行掃描的方法來(lái)掃描。行選擇器12需要相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。為了精確的目的，行選擇器12必須在復(fù)位信號(hào)到達(dá)時(shí)的每種情況選擇第三行，如果變換的數(shù)據(jù)希望直接傳輸?shù)揭粋€(gè)場(chǎng)存儲(chǔ)器。此外，還必須保證，在一場(chǎng)的結(jié)束處完成到下一場(chǎng)的第一行的轉(zhuǎn)變，上述的行被設(shè)置了相應(yīng)地補(bǔ)償。然而，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)在已有技術(shù)里解決并且相應(yīng)的電路是可以利用的。然而如上所述，發(fā)展的圖象掃描可以利用根據(jù)本發(fā)明的圖象記錄器以一種簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。
作為一個(gè)規(guī)則，移位寄存器16的時(shí)鐘信號(hào)不同于來(lái)自斜坡信號(hào)產(chǎn)生單元13的時(shí)鐘信號(hào)。尤其是，它必須保證所有的緩沖-存儲(chǔ)值也是在一個(gè)斜坡信號(hào)周期內(nèi)讀出并且已經(jīng)傳輸給RAM存儲(chǔ)器30。為了這個(gè)目的需要一個(gè)較快的時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)取決于在一個(gè)圖象行中安排多少個(gè)光-敏元件11以及取決于執(zhí)行A/D變換的分辨率。作為例子，如果在給定一個(gè)8-位分辨率的一個(gè)圖象行中提供多于256個(gè)光傳感器，在視頻攝象機(jī)應(yīng)用的情況下，移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該是1024×1/64μs的16MHz。
在此描述的可仿效實(shí)施例的不同的修改是可以的，這些應(yīng)該認(rèn)為還在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在可仿效的實(shí)施例中，斜坡信號(hào)的對(duì)應(yīng)瞬時(shí)值存儲(chǔ)在一個(gè)寄存器中。術(shù)語(yǔ)寄存器應(yīng)該理解為不能存儲(chǔ)瞬時(shí)值的其它元件。提及過(guò)的一個(gè)例子是由光-敏元件的輸出信號(hào)停止的一個(gè)并行-連續(xù)計(jì)數(shù)器，因此同樣緩沖-存儲(chǔ)該瞬時(shí)值。
圖5中顯示的斜坡信號(hào)具有相同尺寸臺(tái)階的階梯形式。在本發(fā)明的展開(kāi)中，斜坡信號(hào)可以具有不同的形式。作為例子，階梯的臺(tái)階可以是可變高度的。例如，如果期望一個(gè)8-位的分辨率，開(kāi)始的127個(gè)臺(tái)階可以設(shè)計(jì)具有第一個(gè)臺(tái)階的高度，而其余的臺(tái)階可以設(shè)計(jì)為不同的臺(tái)階高度。如果第一個(gè)臺(tái)階高度小于第二個(gè)臺(tái)階的高度，適用于人眼睛的特性的變換特性是以一種簡(jiǎn)單的方式得到的。尤其是，如果亮度超過(guò)一定的基本亮度，人類(lèi)的眼睛在亮度變化上響應(yīng)敏感比較小。因此，一個(gè)較好的分辨率應(yīng)該在低亮度的范圍獲得。然而，其它范圍的區(qū)分還是合適的。然而，為了取得對(duì)數(shù)變換的特性，臺(tái)階高度的連續(xù)變化也是可能的。
代替以行形式變換的模擬值，能夠選擇以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)的以列形式的變換。為了這個(gè)目的，代替行選擇器，則必須提供一個(gè)相應(yīng)的列選擇器，并且光傳感單元11的輸出是以行組合的。
此外，如果在一個(gè)應(yīng)用中看來(lái)必要，多個(gè)行或列能夠以一種結(jié)合的方式計(jì)算。在這種情況下，應(yīng)該在寄存器模塊中提供多個(gè)相應(yīng)的寄存器，而移位寄存器也必須相應(yīng)地增大。在理論上模擬值也可以一個(gè)象素接一個(gè)象素變換。在這種情況下，任一非?？焖俚男逼滦盘?hào)將必須在每種情況產(chǎn)生對(duì)一個(gè)象素有效，而剛好需要提供一個(gè)寄存器，然而，必須相當(dāng)迅速地讀出，并且光-敏單元11的輸出19必須能夠通過(guò)一個(gè)多路器連接到寄存器的輸入端。
另一個(gè)實(shí)施例是在每種情況下，尤其是對(duì)每個(gè)光-敏元件11情況下，分別提供一個(gè)寄存器。即這樣使用COMS技術(shù)也是切實(shí)可行的。在這種情況下，必須能夠接受象素矩陣尺寸的減小。
權(quán)利要求
1．一種圖象記錄器(10)，它具有多個(gè)光-敏元件(11)，并具有用于將存儲(chǔ)在一個(gè)光-敏元件(11)中的模擬值變換成一個(gè)數(shù)字值的集成裝置(113,14,13)，在其中每個(gè)光-敏元件(11)被分配一個(gè)比較器(113)，模擬值被饋送給比較器的一個(gè)輸入端，一個(gè)斜坡信號(hào)饋送到比較器的另一輸入端，其特征在于該比較器(113)的輸出端連接到一個(gè)具有N位寬度的寄存器(14)的一個(gè)觸發(fā)輸入端，其中N是一個(gè)大于和等于2的自然數(shù)，以及比較器(113)的輸出脈沖使得寄存器(14)以數(shù)字形式緩沖-存儲(chǔ)斜坡信號(hào)的瞬時(shí)值。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖象記錄器，其特征在于光-敏元件(11)以矩陣的形式排列并且能夠由相應(yīng)的選擇器(12)以行或列形式以一種方法尋址，所述的一種方法是在光-敏元件(11)中存儲(chǔ)的模擬值以行或列形式被變換，其中與按照行或列形式提供的光-敏元件(11)相同的數(shù)量并行排列多個(gè)存儲(chǔ)器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖象記錄器，其特征在于該斜坡信號(hào)對(duì)于一行或一列的模擬值的變換而周期地重新開(kāi)始。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一項(xiàng)所述的圖象記錄器，其特征在于該斜坡信號(hào)以增量的形式連續(xù)上升，從零值達(dá)到一個(gè)最大值，其中斜坡信號(hào)的增量數(shù)對(duì)應(yīng)于由用于A/D變換所期望的位分辨率確定的一個(gè)值。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖象記錄器，其特征在于斜坡信號(hào)的每個(gè)增量的信號(hào)變化在這些值的整個(gè)范圍上是恒定的。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖象記錄器，其特征在于斜坡信號(hào)的每個(gè)增量信號(hào)的變化是可變化的，尤其是在數(shù)值范圍的第一區(qū)域的變化小于第二個(gè)區(qū)域中的變化，以便實(shí)現(xiàn)變換特性與人眼睛特性的適合。
7．根據(jù)權(quán)利要求3到6中的任何一項(xiàng)所述的圖象記錄器，其特征在于在提供一個(gè)移位寄存器(16)的情況下，在斜坡信號(hào)周期結(jié)束后，并行排列的寄存器(14)的記錄被復(fù)制到移位寄存器。
8．根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的圖象記錄器，其特征在于該斜坡信號(hào)是在與下面的D/A變換器(132)連接的計(jì)數(shù)器(131)中產(chǎn)生的。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象記錄器，其特征在于在所述計(jì)數(shù)器的情況下，計(jì)數(shù)器(131)的讀出被傳送到寄存器(14)的輸入端。
10．根據(jù)權(quán)利要求2到9中的任何一項(xiàng)所述的圖象記錄器，其特征在于在圖象記錄器(10)設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生視頻圖象時(shí)，存儲(chǔ)在光-敏元件(11)中的模擬值是按行變換的，而且斜坡信號(hào)的周期對(duì)應(yīng)于視頻行的持續(xù)時(shí)間。
11．根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的圖象記錄器，其特征在于COMS芯片技術(shù)被用于實(shí)現(xiàn)圖象記錄器。
全文摘要
一種與A/D變換器組合－集成的圖象記錄器。根據(jù)本發(fā)明,比較器113與光敏元件(11)集成一體,光傳感器(111)的模擬值饋送到比較器輸入端而斜坡信號(hào)饋送到它的另一輸入端。比較器輸出端連接到N位寬度的寄存器(14)的觸發(fā)輸入端。比較器的輸出脈沖使得寄存器以數(shù)字形式緩沖－存儲(chǔ)斜坡信號(hào)的瞬時(shí)值。斜坡信號(hào)是以精細(xì)的階梯達(dá)到對(duì)應(yīng)A/D變換期望的位分辨率的最大值的方式產(chǎn)生的。緩沖－存儲(chǔ)的斜坡信號(hào)的瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)于光傳感器的變換模擬值。
文檔編號(hào)H01L27/146GK1300161SQ0013362
公開(kāi)日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者賴(lài)納·施韋爾 申請(qǐng)人:德國(guó)湯姆森-布蘭特有限公司