專(zhuān)利名稱(chēng)：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(shuō)，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(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、進(jìn)行圖像處理并輸出圖像信號(hào)。在驅(qū)動(dòng)行選擇線時(shí)，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(hào)，利用水平掃描脈沖順序地輸出被保持的這些檢測(cè)信號(hào)。此外，還利用垂直掃描脈沖順序地驅(qū)動(dòng)行選擇線，而且，在掃描了所有行選擇線時(shí)，完成一幀圖像的像素信號(hào)的輸出。
例如，第2002-218324號(hào)日本未審查專(zhuān)利公報(bào)對(duì)這種CMOS圖像傳感器進(jìn)行了披露。
由于通過(guò)掃描多個(gè)行選擇線，順序地輸出光電轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生的、并在每個(gè)像素上積分的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)，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(gè)幀周期為1/30秒時(shí)，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(duì)于暗圖像，必須通過(guò)延長(zhǎng)積分周期來(lái)加亮輸出圖像，因此，在這種情況下，以這樣的方式進(jìn)行控制，即，使一個(gè)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(dòng)時(shí)，它導(dǎo)致輸出圖像失真，因?yàn)檩敵鰣D像上部與下部之間具有位置偏移。

發(fā)明內(nèi)容
因?yàn)樯鲜鲈?，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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)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(gè)行選擇線，排列在行方向；多個(gè)列線，排列在列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個(gè)列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇多個(gè)行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(shí)，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(gè)行選擇線，而即使在將圖像傳感器控制到比第一幀周期長(zhǎng)的第二幀周期時(shí)，仍在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個(gè)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(shí)，即使將幀周期控制到比第一幀周期長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(shí)施例的示意圖；圖3是示出采樣保持電路的操作的信號(hào)波形圖；圖4是示出根據(jù)本實(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)例的示意圖；以及圖8是示出行緩沖器60的輸入定時(shí)和輸出定時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考

本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下說(shuō)明的實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)像素中設(shè)置光電轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)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(dòng)，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(duì)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(dòng)過(guò)程進(jìn)行控制。換句話說(shuō)，垂直掃描移位寄存器12是用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)Vscan的垂直掃描電路，通過(guò)響應(yīng)垂直掃描時(shí)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(hào)Vscan。響應(yīng)于垂直掃描信號(hào)，順序地驅(qū)動(dòng)行選擇線SLCT0-3。
將以列方向排列的每個(gè)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(duì)每個(gè)像素通過(guò)列線CL提供的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)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(hào)。
通過(guò)由水平掃描移位寄存器16產(chǎn)生的水平掃描信號(hào)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(hào)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(duì)其進(jìn)行放大。將放大器AMP的輸出提供到以下說(shuō)明的色彩處理器。
圖2是示出采樣保持電路的實(shí)施例的示意圖，圖3是示出采樣保持電路的操作的信號(hào)波形圖。圖2示出一個(gè)像素PX的電路以及通過(guò)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(kāi)關(guān)SW1、第二開(kāi)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(shuō)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(dòng)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(zhǎng)電平而復(fù)位晶體管M1斷開(kāi)時(shí)，利用光電二極管PD根據(jù)輸入光的光強(qiáng)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(kāi)復(fù)位晶體管M1時(shí)，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(dòng)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(shí)接通開(kāi)關(guān)SW1和SW2，然后，通過(guò)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(dòng)電流對(duì)電容器C1進(jìn)行再充電。通過(guò)這樣做，節(jié)點(diǎn)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(guò)第一放大器AMP1，將節(jié)點(diǎn)VC1的電位傳送到第二電容器C2。
此時(shí)，第二開(kāi)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(guò)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(shí)接通第一開(kāi)關(guān)SW1。此時(shí)，使第二開(kāi)關(guān)SW2保持?jǐn)嚅_(kāi)(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(qiáng)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(jí)，將積分周期T2控制到最佳周期，因此不能總是對(duì)周期T2和T4做簡(jiǎn)單比較。
在此復(fù)位噪聲讀取周期T4期間，接通開(kāi)關(guān)SW1，而第一電容器C1的節(jié)點(diǎn)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(guò)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(shí)，第二開(kāi)關(guān)SW2處于OFF狀態(tài)，因此，第二電容器C2的節(jié)點(diǎn)VC2處于開(kāi)放狀態(tài)(open status)。因此，在第二電容器C2的節(jié)點(diǎn)VC2發(fā)生了在積分周期T2結(jié)束時(shí)節(jié)點(diǎn)VC1的電位VR-(Vs+Vn)與復(fù)位噪聲讀取周期T4結(jié)束時(shí)節(jié)點(diǎn)VC1的電位VR-Vn之間的差電壓Vs的波動(dòng)，并且在節(jié)點(diǎn)VC2產(chǎn)生電壓VREF+Vs，它是第一次采樣時(shí)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(guò)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(duì)根據(jù)接收的光強(qiáng)積分的檢測(cè)電壓Vs進(jìn)行放大，并通過(guò)利用水平掃描移位寄存器16產(chǎn)生的水平掃描信號(hào)順序地控制接通(ON)的列門(mén)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(hào)提供到后續(xù)級(jí)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(guò)移位在掃描周期開(kāi)始時(shí)提供的垂直數(shù)據(jù)VDATA的“1”，與垂直時(shí)鐘VCLK同步地產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)Vscan。因此，以產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)的定時(shí)，對(duì)行選擇線SLCT0-3的掃描驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。同樣，水平掃描電路16也包括移位寄存器，它通過(guò)移位在掃描周期開(kāi)始時(shí)提供的水平數(shù)據(jù)HDATA的“1”，與像素時(shí)鐘PCLK同步地產(chǎn)生水平掃描信號(hào)Hscan。利用這些水平掃描信號(hào)，順序地選擇列門(mén)CS1-4。因此，以產(chǎn)生該水平掃描信號(hào)的定時(shí)，對(duì)水平方向上的掃描驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。
圖3所示的將行選擇信號(hào)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(hào)SLCT控制到H電平時(shí)，通過(guò)采樣保持電路14、列門(mén)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(hào)作為像素信號(hào)輸出。在該輸出結(jié)束時(shí)，將下一行的行選擇信號(hào)SLCT控制到H電平，并進(jìn)行類(lèi)似的像素信號(hào)輸出操作。換句話說(shuō)，對(duì)像素陣列的各行順序地進(jìn)行圖3所示的行掃描操作。
圖4是示出根據(jù)本實(shí)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(guò)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(cè)的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)作為像素信號(hào)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(shí)，像素信號(hào)Pin變成具有每個(gè)RGB色彩的信號(hào)。
色彩處理器20包括定時(shí)產(chǎn)生電路22，根據(jù)用于驅(qū)動(dòng)像素陣列10的水平同步信號(hào)Hsync、垂直同步信號(hào)Vsync以及像素時(shí)鐘PCLK，定時(shí)產(chǎn)生電路22產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)。此外，色彩處理器20進(jìn)一步包括靈敏度校正電路24，用于校正取決于像素信號(hào)Pin的色彩的靈敏度的特性；色彩內(nèi)插處理電路28，通過(guò)根據(jù)周?chē)袼氐南袼匦盘?hào)進(jìn)行內(nèi)插操作，確定為每個(gè)像素檢測(cè)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(lán)色的藍(lán)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(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)于每個(gè)色彩創(chuàng)建的靈敏度校正表26，并進(jìn)行校正操作。對(duì)于每個(gè)像素，色彩內(nèi)插處理電路28產(chǎn)生RGB像素信號(hào)。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(shí)，對(duì)于對(duì)應(yīng)于紅(R)的像素，不能接收綠(G)和藍(lán)(B)的像素信號(hào)。因此，色彩內(nèi)插處理電路28內(nèi)插周?chē)袼氐男盘?hào)，使得可以為紅(R)濾色器的像素產(chǎn)生綠(G)和藍(lán)(B)像素信號(hào)。為此，將周?chē)袼氐南袼匦盘?hào)臨時(shí)記錄到內(nèi)插存儲(chǔ)器30。此外，色彩內(nèi)插處理電路28對(duì)臨時(shí)記錄到內(nèi)插存儲(chǔ)器30的周?chē)袼氐南袼匦盘?hào)進(jìn)行內(nèi)插操作。在伽瑪表36中，存儲(chǔ)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(hào)格式的表。
圖5是示出根據(jù)本實(shí)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(dòng)操作，橫軸表示時(shí)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(mén)CS1-640的掃描位置。這是一個(gè)在像素陣列10具有480行、640列時(shí)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(shí)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(hào)，與此同時(shí)，在幀周期F1內(nèi)，順序地驅(qū)動(dòng)行選擇線SLCT1-480。此外，在驅(qū)動(dòng)每個(gè)行選擇線時(shí)，與像素時(shí)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(hào)，與此同時(shí)，在幀周期F1的1/480秒內(nèi)，順序地選擇列門(mén)CS1-640。因此，在這種情況下，在最大時(shí)，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(zhǎng)度的第二幀周期F2時(shí)的傳統(tǒng)垂直掃描。在輸入圖像較暗時(shí)，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(hào)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(zhǎng)。在這種情況下，通常提高時(shí)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(shí)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(shí)鐘VCLK和PCLK的周期翻倍。
在這種情況下，對(duì)于垂直掃描，與垂直時(shí)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(hào)，與此同時(shí)，在第二幀周期F2內(nèi)，順序地驅(qū)動(dòng)行選擇線SLCT1-480。因此，在最大時(shí)，積分周期IG2變成第二幀周期F2，而且，即使對(duì)暗輸入圖像，仍可以保證足夠像素信號(hào)電平。
然而，將垂直掃描速度降低到1/2會(huì)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(shí)間偏移量。因?yàn)檫@樣長(zhǎng)的時(shí)間偏移，所以在輸入圖像在左、右方向移動(dòng)時(shí)，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(huì)導(dǎo)致輸出圖像失真。
圖5D和5E示出根據(jù)本實(shí)施例的垂直掃描和水平掃描。在本實(shí)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(shuō)，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(gè)半周期內(nèi)完成垂直掃描。在第二幀周期的后面的半個(gè)周期內(nèi)，垂直掃描移位寄存器12停止工作，而且不驅(qū)動(dòng)任何行選擇線。在進(jìn)行垂直掃描時(shí)，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(shuō)，在垂直掃描期間，在每個(gè)行掃描周期內(nèi)，從第一列門(mén)CG1到第640列門(mén)CG640進(jìn)行水平掃描。
這樣，通過(guò)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(shí)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(shí)施例中的垂直掃描。在此例中，控制幀周期以使其甚至更長(zhǎng)，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(zhǎng)度的兩倍。在這種情況下，在幀周期F3的第一個(gè)1/4周期內(nèi)進(jìn)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(shí)，順序地進(jìn)行水平掃描。
在這種情況下，在最大時(shí)，至多可以將積分周期IG3擴(kuò)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(shí)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(shí)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(shí)鐘CLKi以預(yù)定分頻比產(chǎn)生像素時(shí)鐘PCLK。該像素時(shí)鐘PCLK用作水平掃描移位寄存器16的同步時(shí)鐘，而且還將它提供到水平計(jì)數(shù)器58。水平計(jì)數(shù)器58是用于計(jì)數(shù)1至640的計(jì)數(shù)器，并且在計(jì)數(shù)值為“1”時(shí)，輸出水平數(shù)據(jù)HDATA0＝1。此外，在每次計(jì)數(shù)到640時(shí)，水平計(jì)數(shù)器58還輸出垂直時(shí)鐘VCLK。該垂直時(shí)鐘VCLK用作垂直掃描移位寄存器12的控制時(shí)鐘，而且還將它提供到垂直計(jì)數(shù)器60，垂直計(jì)數(shù)器60對(duì)垂直時(shí)鐘VCLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在計(jì)數(shù)值為“1”時(shí)，輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。將垂直計(jì)數(shù)器60的最大計(jì)數(shù)值設(shè)計(jì)為可以支持可控的最大幀周期的值，但是，在正常計(jì)數(shù)操作中，垂直計(jì)數(shù)器60進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到響應(yīng)于垂直計(jì)數(shù)復(fù)位信號(hào)VCRST被復(fù)位。
自動(dòng)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(gè)幀周期內(nèi)，自動(dòng)增益控制電路50累加放大器AMP輸出的像素信號(hào)電平的數(shù)字值，并根據(jù)該像素信號(hào)電平的累加值，控制放大器AMP的增益Kgain。換句話說(shuō)，在圖像暗而且圖像信號(hào)電平通常低時(shí)，自動(dòng)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(hào)電平，則AGC電路50將幀周期設(shè)置信號(hào)S50提供到寄存器操作部分52，并進(jìn)行控制以把幀周期加倍。響應(yīng)于幀周期設(shè)置信號(hào)S50，寄存器操作部分52把計(jì)數(shù)器寄存器54的寄存器值加倍。換句話說(shuō)，使在計(jì)數(shù)器寄存器54內(nèi)設(shè)置的最大垂直掃描計(jì)數(shù)值VCMAX加倍。例如，將該最大計(jì)數(shù)值VCMAX設(shè)置為480×2＝960。
比較電路62將最大垂直掃描計(jì)數(shù)值VCMAX與垂直計(jì)數(shù)器60的計(jì)數(shù)值VCOUNT進(jìn)行比較，并在這兩個(gè)值匹配時(shí)，輸出垂直計(jì)數(shù)復(fù)位信號(hào)VCRST。響應(yīng)于此，復(fù)位垂直計(jì)數(shù)器60，垂直計(jì)數(shù)值變成“1”，并輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。
在垂直計(jì)數(shù)值VCOUNT變成1時(shí)，垂直計(jì)數(shù)器60輸出垂直數(shù)據(jù)信號(hào)VDATA＝1，而在垂直計(jì)數(shù)值VCOUNT變成480時(shí)，垂直計(jì)數(shù)器60輸出計(jì)數(shù)信號(hào)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(dòng)使能信號(hào)S66，而且響應(yīng)于計(jì)數(shù)信號(hào)V480＝1，水平數(shù)據(jù)使能電路66關(guān)閉水平掃描使能信號(hào)S66。
每次在計(jì)數(shù)值變成“1”時(shí)，水平計(jì)數(shù)器58輸出水平數(shù)據(jù)信號(hào)HDATA0＝1，而僅在門(mén)電路64使水平數(shù)據(jù)使能信號(hào)S66處于使能狀態(tài)時(shí)，輸出水平數(shù)據(jù)信號(hào)HDATA＝1。
現(xiàn)在，將說(shuō)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(jì)數(shù)器寄存器54設(shè)定為480。在計(jì)數(shù)值為“1”時(shí)，水平計(jì)數(shù)器58輸出水平數(shù)據(jù)HDATA＝1，與此同時(shí)，在計(jì)數(shù)值為“1”時(shí)，垂直計(jì)數(shù)器60輸出垂直數(shù)據(jù)VDATA＝1。通過(guò)這樣做，與像素時(shí)鐘PCLK同步，水平掃描寄存器16順序地移位水平掃描信號(hào)。在水平計(jì)數(shù)器58每次計(jì)數(shù)到640時(shí)，輸出垂直計(jì)數(shù)器60計(jì)數(shù)的垂直時(shí)鐘VCLK。在垂直計(jì)數(shù)值VCOUNT達(dá)到計(jì)數(shù)器寄存器54的設(shè)定值480時(shí)，復(fù)位垂直計(jì)數(shù)器。換句話說(shuō)，在圖5(A)和(B)所示情況下，在第一幀周期F1期間，與垂直時(shí)鐘VCLK同步，順序地進(jìn)行垂直掃描，而在每次垂直掃描期間，與像素時(shí)鐘PCLK同步，順序地進(jìn)行水平掃描。
現(xiàn)在，將說(shuō)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(zhǎng)度為第一幀周期F1的兩倍的第二幀周期F2，從而將計(jì)數(shù)器寄存器54設(shè)定為480×2＝960。此外，在垂直計(jì)數(shù)器60為計(jì)數(shù)值1至480時(shí)，水平計(jì)數(shù)器58輸出的水平數(shù)據(jù)HDATA0通過(guò)門(mén)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(guò)這樣做，在垂直計(jì)數(shù)器60為計(jì)數(shù)值1至480時(shí)，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(hào)。然而，如果垂直計(jì)數(shù)器60的計(jì)數(shù)值超過(guò)計(jì)數(shù)值480，則禁止使能信號(hào)S66，因此，門(mén)電路64禁止輸出水平數(shù)據(jù)HDATA＝1。因此，在垂直計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為481至960時(shí)，不輸出水平數(shù)據(jù)信號(hào)HDATA＝1，而且，水平掃描移位寄存器16不輸出水平掃描信號(hào)。
在垂直計(jì)數(shù)器60的計(jì)數(shù)值為“1”時(shí)，在輸出垂直數(shù)據(jù)信號(hào)VDATA＝1后，不輸出數(shù)據(jù)信號(hào)VDATA＝1，直到垂直計(jì)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(gè)半周期內(nèi)產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，而在后面的半個(gè)周期內(nèi)，不輸出任何垂直掃描信號(hào)。
在圖5F所示情況下，將計(jì)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(gè)1/4周期內(nèi)產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)和水平掃描信號(hào)，而在剩余周期內(nèi)，既不產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，又不產(chǎn)生水平掃描信號(hào)。

現(xiàn)在，將說(shuō)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(jìn)例。圖7是示出圖4的改進(jìn)例的示意圖。在圖7所示的例子中，可以存儲(chǔ)一行像素信號(hào)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(jí)。在列門(mén)CS1-640被接通時(shí)，將一行64個(gè)像素的像素信號(hào)輸入到該行緩沖器60。與輸出時(shí)鐘OCLK同步，將存儲(chǔ)在行緩沖器60的一行像素信號(hào)輸出到色彩處理器20。
圖8是示出行緩沖器60的輸入定時(shí)和輸出定時(shí)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(shí)以及對(duì)行緩沖器60進(jìn)行輸入/輸出的定時(shí)。
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(shí)的輸入定時(shí)和輸出定時(shí)。在這種情況下，在與像素時(shí)鐘PCLK同步產(chǎn)生的水平掃描信號(hào)相同的定時(shí)，將像素信號(hào)輸入到行緩沖器60，并在同樣的定時(shí)輸出像素信號(hào)。換句話說(shuō)，輸出時(shí)鐘OCLK的周期與像素時(shí)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(shí)的輸入定時(shí)和輸出定時(shí)。在這種情況下，如在現(xiàn)有技術(shù)中所述，降低垂直掃描時(shí)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(gè)半周期內(nèi)產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，并將一行的640像素信號(hào)輸入到行緩沖器60。然而，將輸出時(shí)鐘OCLK控制到像素時(shí)鐘PCLK的1/2速度，并以二倍長(zhǎng)度的周期輸出640個(gè)像素信號(hào)。通過(guò)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(shí)鐘PCLK。然而，將像素信號(hào)輸出到色彩處理器20時(shí)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(shí)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(gè)行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個(gè)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(gè)所述列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇所述多個(gè)行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(shí)，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(gè)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(zhǎng)的第二幀周期時(shí)，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(gè)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(gè)所述行選擇線時(shí)，所述水平掃描電路產(chǎn)生所述水平掃描信號(hào)，并且在所述垂直掃描電路不產(chǎn)生所述垂直掃描信號(hào)時(shí)，所述水平掃描電路不產(chǎn)生所述水平掃描信號(hào)。
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(gè)行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個(gè)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(gè)所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇所述多個(gè)行選擇線；以及水平掃描電路，用于在每個(gè)所述行選擇線被選擇時(shí)，產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(shí)，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(gè)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(zhǎng)的第二幀周期時(shí)，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(gè)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(hào)。
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(gè)行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個(gè)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(gè)所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇所述多個(gè)行選擇線；以及水平掃描電路，用于在每個(gè)所述行選擇線被選擇時(shí)，產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(gè)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(shí)，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(jìn)一步包括行緩沖器，用于存儲(chǔ)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(hào)，將所述采樣保持電路的輸出信號(hào)存儲(chǔ)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(hào)長(zhǎng)的輸出時(shí)鐘，將所述行緩沖器內(nèi)的所述輸出信號(hào)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(gè)行選擇線，排列在所述像素陣列的行方向；多個(gè)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(gè)所述列線上，用于采樣保持所述像素的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇所述多個(gè)行選擇線；水平掃描電路，用于在選擇每個(gè)所述行選擇線時(shí)，產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(chǔ)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(hào)，將所述采樣保持電路的輸出信號(hào)存儲(chǔ)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(hào)長(zhǎng)的輸出時(shí)鐘，將所述行緩沖器內(nèi)的所述輸出信號(hào)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(kāi)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(gè)行選擇線，排列在行方向；多個(gè)列線，排列在列方向；采樣保持電路，設(shè)置在每個(gè)所述列線上；垂直掃描電路，用于產(chǎn)生垂直掃描信號(hào)，以順序地選擇多個(gè)行選擇線；以及水平掃描電路，用于產(chǎn)生水平掃描信號(hào)，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(shí)，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(gè)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(zhǎng)的第二幀周期時(shí)，仍在第一垂直掃描周期內(nèi)順序地選擇并掃描多個(gè)行選擇線。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1481151SQ0314981
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:富士通株式會(huì)社