專利名稱：工藝過(guò)程可調(diào)的高空間分辨率和低數(shù)位分辨率cmos面型圖象傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖象傳感器領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，涉及CMOS型面型圖象傳感器，以及諸如傳真機(jī)、文檔復(fù)制器和光學(xué)條形碼閱讀器之類的圖象讀取、傳輸和/或復(fù)現(xiàn)裝置。
目前許多成象系統(tǒng)把固態(tài)電荷耦合器(CCD)用作感測(cè)輸入光，并轉(zhuǎn)換光強(qiáng)為電信號(hào)而讀出的圖象傳感器。因?yàn)檫@些電荷耦合器(CCDs)是由為成象目的而設(shè)計(jì)的高度專業(yè)化制造方法所制成的，而CCD制造方法通常與互補(bǔ)金屬氧化硅(″CMOS″)器件制造方法不相兼容?，F(xiàn)今幾乎所有微處理器，專用集成電路(ASICs)和存儲(chǔ)器產(chǎn)品都是CMOS型器件。因此，CCD圖象傳感器需要外置的配套電子設(shè)備，通常是CMOS器件，用以提供定時(shí)，同步和信號(hào)處理功能。CCDs的另一缺點(diǎn)是它們需消耗大量的功率(例如，幾瓦特)。而且，高空間分辨率面型CCD傳感器是很昂貴的。
CMOS作為硅工藝技術(shù)也曾用以完成圖象感測(cè)。CMOS圖象傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是把圖象感測(cè)，讀出，模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)，信號(hào)處理，控制和存儲(chǔ)器全集成在一個(gè)單片上的潛能。這就導(dǎo)致小得多且成本較低的成象系統(tǒng)，同時(shí)，它比CCD成象系統(tǒng)消耗少得多的功率。
然而，早期生產(chǎn)的CMOS有大的最小晶體管柵長(zhǎng)(例如，大于2微米)。如此大的晶體管尺寸，會(huì)使CMOS圖象傳感器象素，在傳統(tǒng)圖象感測(cè)應(yīng)用方面，對(duì)所需要的空間分辨率來(lái)說(shuō)，顯得太大。圖象傳感器的空間分辨率系指圖象傳感器陣列(例如，640*480是視頻圖形適配器VGA的空間分辨率)的平面尺寸。
隨著最近對(duì)CMOS工藝技術(shù)的改進(jìn)，按照通常叫做莫爾定律(Moore′s law)的指數(shù)趨向，每代CMOS器件的晶體管尺寸迅速縮小。大約在1.2微米特征尺寸的情況下，CMOS工藝技術(shù)至少對(duì)低空間分辨率用戶等級(jí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在制作圖象傳感器方面已變得具有競(jìng)爭(zhēng)性。
然而，CMOS工藝技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，使CMOS圖象傳感器面臨著一個(gè)新的挑戰(zhàn)。隨著CMOS的最小特征尺寸的縮小(例如，從0.5微米縮小到0.35，0.25，0.18，0.13微米)，用于CMOS器件的供電電壓減小，結(jié)點(diǎn)深度降低，而摻雜級(jí)卻增大。這一般導(dǎo)致較小的信號(hào)擺幅，降低光電檢測(cè)器的靈敏度并增大漏電流。結(jié)果，信噪比(SNR)和CMOS圖象傳感器的動(dòng)態(tài)范圍很可能會(huì)變壞，而導(dǎo)致降低圖象品質(zhì)。因此，隨著CMOS工藝的最小特征尺寸繼續(xù)縮小，將很困難提供高數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器。高數(shù)位分辨率此處指的是亮度分辨率，并且從根本上是由信噪比所限制的。
為了使CMOS圖象傳感器獲得適當(dāng)?shù)某上笮阅?，曾?jīng)建議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝方法作出某種修改(即，對(duì)為制作圖象傳感器特定用途而制作的數(shù)字和/或模擬電路所設(shè)計(jì)的CMOS制造方法加以改變)。這種修改可包括，例如，離子注入的額外步驟，那是為了想要改進(jìn)CMOS傳感器中光電檢測(cè)器的圖象感測(cè)性能。
修改標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝方法的缺點(diǎn)在于，有損于借助用與制造模擬或數(shù)字電路相同的CMOS工藝方法制造CMOS圖象傳感器，來(lái)制造圖象傳感器的基本優(yōu)點(diǎn)，即，有損于在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS生產(chǎn)流水線上制作它們的經(jīng)濟(jì)性。
Fossum，E.于1995年IEDM 95，第17-25頁(yè)上所發(fā)表的論文“CMOS圖象傳感器在一芯片上的電子攝象機(jī)”中描述了，應(yīng)用0.9微米CMOS工藝制造256×256 CMOS圖象傳感器，以及應(yīng)用0.5微米CMOS工藝制造1024×1024圖象傳感器，兩者都沒(méi)有單片集成定時(shí)和控制邏輯電路。上述沒(méi)有集成定時(shí)和控制電路的CMOS圖象傳感器類型，因?yàn)槿狈苫遣环闲枰摹Ｋ稣撐倪€公開(kāi)了用1.2微米工藝制成的帶有集成定時(shí)和控制邏輯電路的256×256 CMOS圖象傳感器。然而，該芯片的空間分辨率，對(duì)像傳真機(jī)這樣一類高空間分辨率的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是太低了。另外，倘若按比例縮到深亞微米范圍，從該圖象傳感器所獲得的圖象品質(zhì)就會(huì)由于縮減信號(hào)電平而降低。
美國(guó)專利第5,666,159號(hào)敘述了集成在蜂窩式無(wú)線電話系統(tǒng)手機(jī)中的CCD視頻攝象機(jī)。然而，由于與CCD關(guān)聯(lián)的一些缺點(diǎn)，該集成CCD攝象機(jī)/蜂窩式電話要消耗大量功率，并不適合于單元式應(yīng)用。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有隨著CMOS工藝技術(shù)發(fā)展能夠連續(xù)地按比例縮小的最小特征尺寸的高空間分辨率的CMOS圖象傳感器；本發(fā)明的另一目的是提供一種既能夠用于文檔成象，又能夠用于視頻成象的CMOS面型圖象傳感器；本發(fā)明的另一目的是提供一種用于諸如傳真機(jī)成象之類的文檔成象的CMOS面型圖象傳感器；本發(fā)明的另一目的是把本發(fā)明CMOS面型圖象傳感器應(yīng)用于圖象感測(cè)；以及本發(fā)明的再一目的是提供一種用于便攜式文檔關(guān)聯(lián)的圖象應(yīng)用的CMOS面型圖象傳感器。
本發(fā)明達(dá)到了這些和其他目的。本發(fā)明提供具有小于6比特的數(shù)位分辨率和高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器。所述CMOS傳感器是按照CMOS工藝制造的，其特征在于具有0.35微米或更小的最小柵長(zhǎng)(gate length)。該CMOS圖象傳感器包括一個(gè)至少有1000×900象素的象素傳感器陣列，以及用于為所述圖象傳感器生成定時(shí)和控制信號(hào)的一個(gè)定時(shí)和控制生成電路。行選電路是為用于選擇讀出一或多行象素而提供的。列處理器是為用于選擇讀出一或多列象素而提供的。輸入/輸出電路是作為CMOS面型圖象傳感器的數(shù)據(jù)接口而提供的。所述定時(shí)和控制生成電路，行選電路，列處理器和輸入/輸出電路與象素傳感器陣列都單片集成在一起。
最好是，該CMOS面型圖象傳感器還包括一個(gè)用于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的單片集成數(shù)字信號(hào)處理器。用于傳真應(yīng)用方面，最好是，該數(shù)字信號(hào)處理器包含用于傳真應(yīng)用的信號(hào)處理裝置；用于文檔復(fù)現(xiàn)或復(fù)制，該數(shù)字信號(hào)處理器包含用于文檔復(fù)現(xiàn)或復(fù)制的信號(hào)處理裝置；用于條形碼讀取和譯碼，該數(shù)字信號(hào)處理器包含用于條形碼讀出和譯碼的信號(hào)處理裝置。單片集成存儲(chǔ)裝置也可包含在CMOS面型圖象傳感器內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供裝備有模擬抖動(dòng)(analog dithering)的CMOS面型圖象傳感器。該CMOS面型圖象傳感器包括用以在模擬信號(hào)上完成抖動(dòng)的模擬抖動(dòng)裝置，所述抖動(dòng)是在上述模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換到數(shù)字圖象信號(hào)之前或期間，而不是在上述信號(hào)被數(shù)字化以后完成。
按照本發(fā)明的另一方面，提供可變數(shù)位和空間分辨率CMOS面型圖象傳感器。該CMOS傳感器包括用以完成適當(dāng)?shù)目臻g重復(fù)取樣，以獲得所需數(shù)位分辨率的裝置。該CMOS傳感器可用作諸如傳真成象和復(fù)制之類、低數(shù)位分辨率足以滿足的文檔成象，并可用于需要高數(shù)位分辨率的視頻成象或攝影術(shù)。
按照本發(fā)明的另一方面，提供成象設(shè)備。該設(shè)備包括用以把圖象投射到本發(fā)明的CMOS面型圖象傳感器上的光學(xué)系統(tǒng)。該CMOS圖象傳感器具有小于6比特的數(shù)位分辨率和高空間分辨率，而且是按照CMOS工藝制造的，其特征在于具有0.35微米或更小的最小柵長(zhǎng)。該CMOS圖象傳感器包括一個(gè)至少有1000×900象素的象素傳感器陣列，一用于為所述圖象傳感器生成定時(shí)和控制信號(hào)的定時(shí)和控制生成電路，一用于為讀出而選擇一或多行象素的行選電路，一用于為讀出而選擇一或多列象素的列處理器，以及一用以提供數(shù)據(jù)接口的輸入/輸出電路。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一用于網(wǎng)絡(luò)音頻通信和圖象傳輸?shù)耐ㄐ旁O(shè)備。該設(shè)備包括用以提供網(wǎng)絡(luò)通信的網(wǎng)絡(luò)通信裝置，用于傳真運(yùn)作的本發(fā)明CMOS面型圖象傳感器，以及用以把代表由所述CMOS圖象傳感器捕獲圖象的傳真圖象數(shù)據(jù)，傳送到遠(yuǎn)程定位的裝置。
本發(fā)明的上述以及其他各種特征、目的和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)下面介紹連同參照附圖將更加明白，附圖中

圖1為本發(fā)明的1比特分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器的框圖；圖2顯示圖1的CMOS圖象傳感器的部分電路簡(jiǎn)圖；圖3用圖解說(shuō)明用于圖1的CMOS面型圖象傳感器的信號(hào)波形；圖4為本發(fā)明有低數(shù)位分辨率卻有高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器的框圖；圖5顯示圖4的CMOS圖象傳感器的部分電路簡(jiǎn)圖；圖6舉例說(shuō)明本發(fā)明另一種有低數(shù)位分辨率卻有高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器的框圖；圖7-8(B)各自說(shuō)明本發(fā)明有低數(shù)位分辨率卻有高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器的其他一些實(shí)施例；圖9用圖解說(shuō)明本發(fā)明的成象設(shè)備；以及圖10-14分別涉及本發(fā)明的通信設(shè)備。
按照本發(fā)明，提供具有小于6比特的數(shù)位分辨率和至少1000×900空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器。所述CMOS圖象傳感器特別適用于諸如傳真成象或文檔成象之類的低數(shù)位(即，小于6比特)分辨率和高空間分辨率的應(yīng)用。例如，通過(guò)傳真?zhèn)魉鸵幻绹?guó)信件規(guī)格文檔，面型圖象傳感器所要求的空間分辨率至少需要1728×1078，而數(shù)位分辨率卻可能僅為1比特(即，黑和白)。
圖1說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，用于傳真應(yīng)用方面，有1比特分辨率和空間分辨率為1728×1078的CMOS面型圖象傳感器100的體系結(jié)構(gòu)。圖象傳感器100包括，一個(gè)用以讀出圖象，并生成相應(yīng)電信號(hào)，傳感器象素有1728×1078象素的二維傳感器陣列105。
行選電路110(即，行譯碼器)被連接到傳感器象素行的每一行，它完成兩項(xiàng)主要功能(1)借助字線和晶體管M2，選擇一或多行傳感器象素，用以讀出在光檢測(cè)器PD結(jié)點(diǎn)N1處存儲(chǔ)的圖象信號(hào)；和(2)借助復(fù)位線和晶體管M1，選擇一或多行傳感器象素，用以將每個(gè)傳感器中N1處(借助位線)的信號(hào)電平復(fù)位。
通過(guò)列處理器115讀出來(lái)自傳感器象素每一列的圖象信號(hào)，該列處理器包括本發(fā)明的一個(gè)讀出電路145。如以下將詳述的，信號(hào)讀出電路145還將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將這數(shù)字信號(hào)傳送到數(shù)字信號(hào)處理器130，該數(shù)字信號(hào)處理器在將經(jīng)處理的數(shù)字信號(hào)傳送到一I/O接口135之前，完成對(duì)數(shù)字信號(hào)所要求的數(shù)字信號(hào)處理。在芯片上的存儲(chǔ)器125被用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或軟件指令。
在該最佳實(shí)施例中，象素陣列，行選電路，列處理器，數(shù)字信號(hào)處理器，以及I/O接口是全部單片地集成在單一芯片上的。然而，應(yīng)該明白，存儲(chǔ)器和數(shù)字信號(hào)處理器可以是不與傳感器陣列單片地構(gòu)成在同一芯片上的電路。
在圖1中，附插圖(insert)140是本發(fā)明傳感器象素的電路原理圖，它包括一光敏元件PD，以及三個(gè)晶體管M1，M2和M3。圖1中，附插圖145示出在列處理器中用以讀出象素列的讀出電路的電路原理圖。在圖2中，示出在列處理器中傳感器象素與讀出電路之間更為詳細(xì)的連接圖示說(shuō)明。
參照?qǐng)D1和圖2，在每個(gè)象素傳感器140中，為了復(fù)位，將晶體管M1的柵連接到行選電路110上。晶體管M2的柵則通過(guò)字線被連接到行譯碼器110上。將晶體管M2的漏端通過(guò)位線連接到列處理器115上。讀出電路145包括n通道晶體管和p通道晶體管M4，以及一個(gè)讀放大器。
上述用于1比特傳真運(yùn)作的CMOS傳感器的運(yùn)作情況如下。還參照?qǐng)D3，圖中說(shuō)明全部相關(guān)信號(hào)的波形，光電二極管PD的結(jié)點(diǎn)N1，通過(guò)脈沖復(fù)位線迅速地接通晶體管M1首先復(fù)位到位線上電壓Vreset。這時(shí)，光電二極管PD開(kāi)始收集由光信號(hào)生成的電荷，隨著收集到越來(lái)越多電荷的同時(shí)，結(jié)點(diǎn)N1處的電壓V1隨之下降。在某一定量曝光時(shí)間Texp(收集電荷期間)之后，經(jīng)由包含晶體管M3和M4的反相電壓放大器讀出電壓V1＝Vreset-ITexp/Cd，此處，I表示光子感應(yīng)電流，而Cd代表在結(jié)點(diǎn)N1上的寄生電容。
該反相電壓放大器包括構(gòu)成數(shù)字反相器的晶體管M3和M4。圖象信號(hào)經(jīng)過(guò)反相電壓放大器以后，被送往讀放大器，后者將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值，并將其提供給數(shù)字信號(hào)處理器130。
按照本發(fā)明，數(shù)字信號(hào)處理器130包括一傳真編碼單元，把從讀放大器接收到的信號(hào)壓縮并格式化成一種傳真就緒數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述格式是國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)傳真組III(CCITT Fax Group III)。最后，將該輸出傳真就緒數(shù)據(jù)送出到系統(tǒng)主存儲(chǔ)器(未示出)，或主存儲(chǔ)器(未示出)，并保存用于校對(duì)工作，傳真發(fā)送，打印或復(fù)審。
本發(fā)明這種1比特，1728×1078 CMOS面型圖象傳感器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性—不需要外置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或不用它來(lái)讀出圖象信號(hào)。反相電壓放大器(也是數(shù)字反相器)和讀放大器共同運(yùn)作將二進(jìn)制圖象數(shù)據(jù)提供給數(shù)字信號(hào)處理器。
按照本發(fā)明，由圖1中說(shuō)明的CMOS圖象傳感器，或在數(shù)字化之前通過(guò)改變光電二極管的復(fù)位值，或在數(shù)字化期間通過(guò)改變反相放大器的閾值，來(lái)完成模擬半色調(diào)(即，模擬抖動(dòng))。這將在下文中詳細(xì)加以敘述。
對(duì)低數(shù)位分辨率應(yīng)用來(lái)說(shuō)，往往會(huì)希望完成抖動(dòng)以彌補(bǔ)低數(shù)位圖象的不良品質(zhì)。例如，灰度傳真圖象實(shí)在是1比特黑白圖象。為了生成這樣一種圖象，已有的常規(guī)方法是，首先獲得品質(zhì)高得多(例如，4-5比特或更高)的圖象，然后，加上一抖動(dòng)矩陣(dithering matrix)將灰度圖象半色調(diào)成1比特黑白圖象。
在描述模擬抖動(dòng)之前，先對(duì)數(shù)字抖動(dòng)簡(jiǎn)要地加以描述。假定在一傳真圖象中，一特定象素有一模擬輸入X，該模擬輸入將被轉(zhuǎn)換為1比特信號(hào)Xb(“b”指的是象素的定位或座標(biāo))。假定將X標(biāo)準(zhǔn)化為(0，1)。假如沒(méi)有進(jìn)行抖動(dòng)，那么，數(shù)字化以后，如果X＜1/2則Xb簡(jiǎn)單地為“0”，如果1/2＜＝X＜1則Xb為“1”。換句話說(shuō)，即把X與閾值1/2相對(duì)比。如果進(jìn)行抖動(dòng)，那么，X將與一取決于象素位置的閾值(例如，7/16)相對(duì)比。
象素位置指的是象素的相對(duì)位置，與其他象素相比它與某一特定閾值有關(guān)。例如，將一4×4抖動(dòng)掩模(dithering mask)重復(fù)地施加在一圖象上(即，把4×4掩模平鋪在整個(gè)圖象之上)，抖動(dòng)掩模的每個(gè)象素涉及一個(gè)閾值，如同下示那樣0/16 1/16 2/16 3/164/16 5/16 6/16 7/168/16 9/16 10/16 11/1612/1613/1614/16 15/16于是左上角象素(1，1)有一閾值為0/16，象素(1，2)有一閾值為1/16，象素(2，4)(即，在第二行上的第四象素)有一閾值為7/16。同樣，象素(1，5)與象素(1，1)相同，有一值為0/16；象素(2，5)與象素(2，1)相同，有一值為4/16。
為實(shí)施數(shù)字抖動(dòng)，首先要將X數(shù)字化為一4比特?cái)?shù)字?jǐn)?shù)Xd，然后同數(shù)字域中7/16對(duì)比以獲得Xb。應(yīng)當(dāng)指出，可以用一閾值為7/16的比較器，或通過(guò)把值1/16加到Xd上，然后與一固定閾值1/2作比較，而做到與不同的閾值(即，7/16)進(jìn)行對(duì)比。
按照本發(fā)明，將抖動(dòng)施加到模擬域中輸入信號(hào)上，然后用一簡(jiǎn)單反相器獲得1比特?cái)?shù)字碼。
首先，按照以下關(guān)系式可以改變反相放大器的閾值
此處復(fù)位電壓Vres，是提供到晶體管M4源極上的電壓。Vtp是PMOS晶體管M4的閾電壓；而VtN是NMOS晶體管M3的閾電壓。
K3表示為單位K3＝μnCoxW3/L3，此處μn是電子遷移率，Cox是柵氧化膜的單位電容，而W3和L3則分別為晶體管M3的柵寬和柵長(zhǎng)。K4表示為K4＝μpCoxW4/L4，此處μp是空穴遷移率，Cox是柵氧化膜的電容，而W4和L4則分別為晶體管M4的柵寬和柵長(zhǎng)。
從以上的方程式可見(jiàn)，通過(guò)改變Vres，Vinv(即，加在晶體管M4柵上的電壓)和/或K4/K3可以改變反相器閾。K4/K3可通過(guò)改變晶體管M3和/或M4的尺寸而改變。
其次，光檢測(cè)器復(fù)位值按以下兩種方法之一設(shè)定或改變1)在復(fù)位期間，行存取晶體管M2接通(經(jīng)由字線)，因此復(fù)位值是由來(lái)自晶體管M4的電流源設(shè)定的，而它受控于加在晶體管M4柵上的Vinv。此時(shí)，Vreset和反相器閾值相等。2)在復(fù)位期間，行存取晶體管M2保持?jǐn)嚅_(kāi)(經(jīng)由字線)；此時(shí)，Vreset和Vres相等。
模擬抖動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于它免除數(shù)字抖動(dòng)。此外，對(duì)于1比特應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它甚至不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
應(yīng)當(dāng)指出，如上所述本發(fā)明模擬抖動(dòng)(即，半色調(diào))方法的應(yīng)用并不局限于最佳實(shí)施例的特定CMOS面型圖象傳感器。它也可用于其他類型的CMOS傳感器，包括，但不局限于，具有傳統(tǒng)無(wú)源象素傳感器(PPS)，傳統(tǒng)有源象素傳感器(APS)，或象素級(jí)ADC傳感器陣列的CMOS圖象傳感器。
按照本發(fā)明，如上所述，模擬抖動(dòng)是通過(guò)改變復(fù)位值而獲得的，這是借助或在讀出之前加一信號(hào)到象素上，或改變比較器閾值完成的。
模擬相加可以通過(guò)改變各象素光檢測(cè)器的復(fù)位值來(lái)做到，可變閾值比較器為電路設(shè)計(jì)者所周知可按各種不同方法予以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)明白，需要時(shí)，數(shù)字抖動(dòng)也可以在模擬抖動(dòng)之后加以實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖4中所示，提供一低數(shù)位分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器200，用于比1比特大但小于6比特的場(chǎng)合運(yùn)作。在圖5中，示出在象素和列處理器之間更為詳細(xì)的連接圖示說(shuō)明。該實(shí)施例與圖1中示出的實(shí)施例的不同之點(diǎn)在于，圖1中連接到位線的讀放大器現(xiàn)已用一將模擬圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象信號(hào)的低數(shù)位(即，小于6比特)的ADC予以替代。更可取的是，如在本說(shuō)明書(shū)前文中所述，其模擬抖動(dòng)是按通過(guò)改變象素的復(fù)位值和借助修正低數(shù)位ADC的ADC量化級(jí)方式而實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)一低數(shù)位單斜率ADC來(lái)說(shuō)，用ADC進(jìn)行模擬抖動(dòng)也可以通過(guò)在RAMP電壓的起始電壓或計(jì)數(shù)器的起始時(shí)間加入一偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬抖動(dòng)也可以用其他低數(shù)位ADC體系結(jié)構(gòu)，例如，快速ADC，逐次比較ADC，逐次近似ADC和算法ADC加以實(shí)現(xiàn)。
參照?qǐng)D6，按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一低數(shù)位分辨率和高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器。該圖象傳感器適合于包括，一個(gè)在其列處理器中用于1比特運(yùn)作的讀放大器，以及一個(gè)也在列處理器中用于比1比特大但小于6比特運(yùn)作的低數(shù)位ADC。對(duì)于1比特運(yùn)作，不用到所述ADC，且該CMOS面型圖象傳感器的運(yùn)作與圖1的運(yùn)作情況相同。對(duì)于比1比特大但小于6比特運(yùn)作時(shí)，應(yīng)用所述低數(shù)位ADC，但不用讀放大器，且該CMOS面型圖象傳感器的運(yùn)作與圖4的運(yùn)作方式相同。更可取地，在該CMOS圖象傳感器中，通過(guò)改變各象素的復(fù)位值也可獲得模擬抖動(dòng)。
反相放大器(晶體管M3，M4和M5)用的是公用源體系結(jié)構(gòu)?？梢钥醋鳛橛蓛蓚€(gè)放大器組成，該兩個(gè)放大器共享象素中同一個(gè)跨導(dǎo)晶體管M3。更確切地說(shuō)，晶體管M3和負(fù)載晶體管M4構(gòu)成一個(gè)數(shù)字反相器，而晶體管M3和負(fù)載晶體管M5卻構(gòu)成一個(gè)模擬反相放大器。
在黑白(1比特)應(yīng)用，例如，傳真成象的情況下，應(yīng)用數(shù)字反相器(包括晶體管M3和M4)，而不利用模擬反相放大器(包括晶體管M3和M5)。圖象信號(hào)在通過(guò)數(shù)字反相器以后被送到讀放大器，它使其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值，并將其提供給數(shù)字信號(hào)處理器。
相反地，在大于1比特分辯率運(yùn)作的情況下，應(yīng)用模擬反相放大器(包括晶體管M3和M5)，而不用數(shù)字反相放大器(包括晶體管M3和M4)。圖象信號(hào)在通過(guò)模擬反相放大器以后，被送到低數(shù)位ADC，它使其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值，并將其提供給數(shù)字信號(hào)處理器。
在上述最佳實(shí)施例中，每個(gè)象素傳感器包含一光電檢測(cè)器和一反相電壓放大器。該光電檢測(cè)器可以是，光電二極管，光電選通脈沖型檢測(cè)器，或光敏晶體管。然而，應(yīng)該明白，本發(fā)明的低數(shù)位分辨率和高空間分辨率的CMOS面型圖象傳感器，并不局限于在最佳實(shí)施例中所描述的特定象素結(jié)構(gòu)。也可用其他已知的象素結(jié)構(gòu)來(lái)代替此處描述的首選象素結(jié)構(gòu)。例如，圖7圖示說(shuō)明一種具有傳統(tǒng)已知APS結(jié)構(gòu)那種象素結(jié)構(gòu)的低數(shù)位分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器；一個(gè)低數(shù)位ADC被用來(lái)將模擬圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象信號(hào)。更可取地，上述CMOS圖象傳感器還如前所述那樣完成模擬抖動(dòng)。
圖8(A)和8(B)圖示說(shuō)明一種具有傳統(tǒng)已知PPS結(jié)構(gòu)那種象素結(jié)構(gòu)的1比特分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器。將一反相器(在圖8(A)中)或一反相放大器(在圖8(B)中)與1比特比較器一起用在列處理器中，用來(lái)將模擬圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象信號(hào)。有利地，在上述傳感器中不用ADC。若有需要時(shí)，也能在APS和象素級(jí)ADC傳感器放大器中提供電子快門。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種可變空間和數(shù)位分辨率的CMOS面型圖象傳感器。所述CMOS圖象傳感器具有可編程的空間分辨率和數(shù)位分辨率。通過(guò)用空間重復(fù)取樣，損失空間分辨率的情況下，來(lái)獲得所述高數(shù)位分辨率。
按照本發(fā)明，應(yīng)用模擬抖動(dòng)和數(shù)字處理以獲得空間重復(fù)取樣，從而靈活和有效地取得數(shù)位分辨率。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，一種可變空間和數(shù)位分辨率的CMOS圖象傳感器，具有如前面更早些描述過(guò)的高空間分辨率和低數(shù)數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器相同的結(jié)構(gòu)。此外，所述CMOS傳感器還包含按照本發(fā)明的如下規(guī)則系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間重復(fù)取樣的裝置。
在象素陣列中，將一N×M象素塊組合在一起構(gòu)成一超級(jí)象素。假設(shè)將最大電壓擺幅規(guī)格化為1，同時(shí)各象素已被量化為沒(méi)有模擬抖動(dòng)的比特m(例如，對(duì)黑和白來(lái)說(shuō)，m＝1)。那些象素值由X(1，1)，X(1，2)，……X(n，m)來(lái)表示。還假定總的干擾電平(即，熱干擾，基片干擾，地面反跳，饋通干擾)小于但接近等于2-n(可通過(guò)測(cè)試來(lái)確定n值)。按照相關(guān)值n和m，我們把它們分成兩種情況。
倘若n＜＝m，這意味著總干擾電平超過(guò)量化干擾。在該種情況下，雖然將單一象素量化為m比特，但有效數(shù)位分辯率僅為n比特。在這種情況下，通過(guò)計(jì)算均值，X(1，1)，X(1，2)，……，X(n，m)＝(X(1，1)+X(1，2)+X(1，3)……+X(n，m))/(N×M)來(lái)獲得超級(jí)象素值?？珊侠砑俣?，系統(tǒng)干擾對(duì)各象素來(lái)說(shuō)是互不相關(guān)的，所以，X(1，1)+X(1，2)+……+X(n，m)的總干擾約為(N×M)0.5倍，而信號(hào)生長(zhǎng)約為N×M倍。這樣就使信號(hào)干擾比按(N×M)0.5倍增長(zhǎng)，或按0.5log2(N×M)比特來(lái)增長(zhǎng)有效比特分辨率。通常，該方法要獲得增長(zhǎng)一比特分辯率須有4倍的空間重復(fù)取樣，例如，通過(guò)把4象素組合在一起而增加一比特分辨率，通過(guò)把16象素組合在一起而增加二比特分辨率，通過(guò)把64象素組合在一起而增加三比特分辨率。
當(dāng)n＞m時(shí)，如上所述的數(shù)字求和方法不起作用。而代之以，將模擬抖動(dòng)首先應(yīng)用到量化m比特。這時(shí)，如果2n-m+1-1＞＝N×M，那么，設(shè)定L＝N×M，否則，就設(shè)定L＝2n-m+1-1。在這種情況下，首先將L象素組合在一起以構(gòu)成n比特超級(jí)象素。但是，如果L＜N×M，我們應(yīng)用在前面段落所論及的技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)超-超級(jí)象素以取得甚至更高的數(shù)位分辨率。為便于說(shuō)明起見(jiàn)，若將X(1，1)重新標(biāo)號(hào)為X1，X(1，2)重新標(biāo)號(hào)為X2，并將X(n，m)重新標(biāo)號(hào)為XL，則加到X1，X2，……XL的抖動(dòng)值為i/(2m-1(L+1))，其中就i而言，分別為i＝-(L-1)/2，-(L-1)/2+1，……，(L-1)/2。
為獲得所述超級(jí)象素值，可取用以下兩種方法中的任一種。
方法1包括以下過(guò)程1)如果L為奇數(shù)，設(shè)定S＝X(L+1)/2；如果L為偶數(shù)，設(shè)定S＝XL/2；2)設(shè)定S_V＝max(0，S-1)；3)設(shè)定dx＝(L+1)*s_v/2+(x0＞s_v)+……(xL＞s_v)，此處(X＞Y)若為真，則定義為1，否則，則定義為0；以及4)所述最終超級(jí)象素值為dx/2(m-1)*(L+1))。
方法2包括以下過(guò)程1)設(shè)定兩個(gè)變量，上界UB＝1，下界LB＝0；2)對(duì)每個(gè)i而言，分別為i＝1，2，……L，NLB＝floor(xi*2m)；NUB＝floor(xi-i*2/(L-1)*2m)；若NLB＞LB，那么LB＝NLB；若NUB＜UB，那么UB＝NUB；在重復(fù)執(zhí)行完X1，……XL循環(huán)之后，所述最終象素值就在LB和UB之間(例如，(LB+UB)/2)；最好是，將一種或兩種方法都在CMOS圖象傳感器的列處理器塊中加以實(shí)現(xiàn)，該CMOS圖象傳感器可用于視頻成象以及攝影術(shù)。這樣，就提供了一種可變空間和數(shù)位分辨率的CMOS面型圖象傳感器，它可用于要求高數(shù)位分辯率但低空間分辨率的視頻成象或攝影術(shù)，以及用于文擋成象，如復(fù)印和傳真，其要求高空間分辨率但低數(shù)位分辨率。應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于此中所述的特定空間重復(fù)取樣技術(shù)或算法；也可應(yīng)用任何其他的空間重復(fù)取樣技術(shù)或算法。
按照本發(fā)明，應(yīng)用本發(fā)明的高空間分辨率和低數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器，可提供各種具有成象能力的設(shè)備，例如，具有傳真功能的集成蜂窩式電話，條形碼閱讀器，照相復(fù)印機(jī)，或機(jī)器視覺(jué)成象系統(tǒng)。
參照?qǐng)D9，按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，在最佳實(shí)施例中一成象系統(tǒng)200，包括本發(fā)明用以讀出文檔215圖象的，低數(shù)位分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器210；以及一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，它包括一個(gè)閃光燈225，它通過(guò)一透鏡230用以照亮文檔215，以及一透鏡220，用于把所述文檔的圖象投射到所述CMOS型圖象傳感器上。本發(fā)明的CMOS面型圖象傳感器210有小于6比特的數(shù)位分辨率和高空間分辨率，而且是按照CMOS工藝制造的，其特征在于具有0.35微米或更小的最小柵長(zhǎng)。該CMOS圖象傳感器包括一個(gè)至少有1000×900象素的象素傳感器陣列，一用于為所述圖象傳感器生成定時(shí)和控制信號(hào)的定時(shí)和控制生成電路，一用于為讀出而選擇一或多行象素的行選電路，一用于為讀出而選擇一或多列象素的列處理器，以及一用以提供數(shù)據(jù)接口的輸入/輸出電路。更可取地，該CMOS傳感器還包括一用以完成數(shù)字信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器和一在芯片上的存儲(chǔ)裝置。更加可取的是，該CMOS圖象傳感器還包括一個(gè)電子快門。
此外，成象系統(tǒng)200可包括一個(gè)在CMOS傳感器外部的存儲(chǔ)裝置，用以存儲(chǔ)由CMOS傳感器捕獲的圖象。更可取地，成象系統(tǒng)200還包括電和/或機(jī)械的開(kāi)關(guān)裝置，用以接通閃光燈，并在同一時(shí)間打開(kāi)在所述CMOS傳感器中的電子快門。
在一最佳實(shí)施例中，所述成象系統(tǒng)是一臺(tái)復(fù)印機(jī)，用以把印刷圖象復(fù)現(xiàn)到一有形媒體上，例如，一頁(yè)紙上。該系統(tǒng)還包含把由所述CMOS傳感器提供的上述印刷圖象表示的數(shù)據(jù)，用以復(fù)現(xiàn)這種圖象在有形媒體上的裝置。
在另一最佳實(shí)施例中，所述成象系統(tǒng)是一臺(tái)條形碼閱讀器。該系統(tǒng)還包括譯碼裝置，它用于接收與由本發(fā)明CMOS面型圖象傳感器讀出的這種條形碼相對(duì)應(yīng)的圖象數(shù)據(jù)，并對(duì)上述條形碼圖象進(jìn)行譯碼以生成與其相對(duì)應(yīng)的碼。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一通信設(shè)備，它能夠傳輸由一高空間分辨率和低數(shù)位分辨率面型圖象傳感器提供的話音信號(hào)和圖象信號(hào)。參照?qǐng)D10，在一最佳實(shí)施例中，所述通信設(shè)備是蜂窩式手機(jī)300，它包括外殼305，天線310，快門按鈕315，揚(yáng)聲器320，顯示屏325，鍵區(qū)按鈕330和麥克風(fēng)335。手機(jī)內(nèi)部(未示出)是本發(fā)明的低數(shù)位分辨率和高空間分辨率CMOS面型圖象傳感器。手機(jī)底部露出成象透鏡340，用以把待傳輸圖象投射或存儲(chǔ)到CMOS面型圖象傳感器上。閃光光源配備在手機(jī)底部，用以為成象提供照度。在圖11中，示出手機(jī)的正面，側(cè)面，頂面和底面視圖。
參照?qǐng)D12，圖中說(shuō)明手機(jī)的功能塊圖，該手機(jī)包括經(jīng)由天線用于接收和傳輸信號(hào)的RF接收器和傳輸器功能塊400。用于對(duì)手機(jī)提供電源和頻率控制的電源和頻率功能塊405。所述手機(jī)還包括傳真和基帶處理器410，供輸出給揚(yáng)聲器，顯示和/或數(shù)據(jù)端口的輸出功能塊415，連接到麥克風(fēng)，鍵區(qū)和/或數(shù)據(jù)端口的輸入功能塊420，用以控制電子快門(在CMOS面型圖象傳感器上)的圖象控制功能塊425，以及用以存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)類型的存儲(chǔ)功能塊430。提供CMOS面型圖象傳感器經(jīng)由圖象透鏡被用于讀出圖象，例如文檔。更可取的是，該CMOS圖象傳感器包括在芯片上的電子快門，數(shù)字信號(hào)處理器用以完成信號(hào)壓縮和傳真編碼。
在所述最佳實(shí)施例中，所述手機(jī)特別適合于附加網(wǎng)絡(luò)話音通信的傳真運(yùn)作。圖13示出在最佳實(shí)施例中，用于模擬蜂窩式電話手機(jī)的程序流程圖。圖14示出在最佳實(shí)施例中，用于數(shù)字蜂窩式電話手機(jī)的程序流程圖。
最佳實(shí)施例中，所述CMOS圖象傳感器有小于6比特的數(shù)位分辨率和高空間分辨率，而且是按照CMOS工藝制造的，其特征在于具有0.35微米或更小的最小柵長(zhǎng)。該CMOS圖象傳感器包括一個(gè)至少有1000×900象素的象素傳感器陣列，用于為所述圖象傳感器生成定時(shí)和控制信號(hào)的定時(shí)和控制生成電路，用于為讀出而選擇一或多行象素的行選電路，用于為讀出而選擇一或多列象素的列處理器，用以完成數(shù)字信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器，以及用以提供數(shù)據(jù)接口的輸入/輸出電路。更可取地，該數(shù)字信號(hào)處理器為傳真?zhèn)鬏斖瓿删幋a和/或壓縮圖象數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供既有視頻又有傳真功能的蜂窩式電話。該蜂窩式電話包括，如在本說(shuō)明書(shū)中較早段落中描述的，本發(fā)明既可用于文檔成象又可用于視頻成象的可變空間和數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)通信的可編程視頻/攝影/文檔成象的輸入設(shè)備。該輸入設(shè)備包括本發(fā)明的可變空間和數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器，所述傳感器如在本說(shuō)明書(shū)的較早段落中曾描述過(guò)可用于視頻，攝影和文檔成象。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于電視電話和電話電視會(huì)議的可編程視頻/攝影/文檔成象的輸入設(shè)備。該輸入設(shè)備包括，如在本說(shuō)明書(shū)的較早段落中曾描述過(guò)的，本發(fā)明的可變空間和數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器。上述設(shè)備可經(jīng)由各種傳輸媒體，例如，互聯(lián)網(wǎng)，非對(duì)稱數(shù)字用戶線(ADSL)通道，電纜連接，衛(wèi)星，光纖網(wǎng)絡(luò)和諸如異步傳輸方式(ATM)那樣的寬帶網(wǎng)通信。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于電視機(jī)頂盒或萬(wàn)維網(wǎng)電視的可編程成象輸入設(shè)備。該輸入設(shè)備包括，如在本說(shuō)明書(shū)的較早段落中曾描述過(guò)的，本發(fā)明的可變空間和數(shù)位分辨率CMOS面型圖象傳感器。
對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人士來(lái)說(shuō)將會(huì)明白，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作出許多修改，因此，只按照以下的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，它包括多個(gè)按二維陣列形式成形的傳感器電路；所述每個(gè)傳感器電路包含一傳感器象素和一調(diào)整電路；所述傳感器象素當(dāng)被曝露于入射光時(shí)，產(chǎn)生一模擬信號(hào)；所述調(diào)整電路按照一預(yù)先規(guī)定的參數(shù)調(diào)整所述模擬信號(hào)；其中所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)是有選擇地配置的，從而使與所述傳感器象素鄰近的傳感器象素中調(diào)整電路的參數(shù)有所不同；以及一包含多個(gè)讀出電路的列處理器；所述每個(gè)讀出電路與所述傳感器電路的列耦合，從那里接收所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)，并將所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，所述每個(gè)讀出電路是具有預(yù)先規(guī)定閾的比較器；以及所述比較器以單一比特格式，輸出代表或高于、或低于預(yù)先規(guī)定閾的所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)的所述數(shù)字信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述列處理器使一組以所述比特格式表示的數(shù)字信號(hào)，按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，結(jié)合成以較高數(shù)位分辨率而降低空間分辨率格式表示的單一組合數(shù)字信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，在所述組中有N乘M個(gè)所述數(shù)字信號(hào)；所述較高數(shù)位分辨率至少為[1+0.5log2(N×M)]比特精確性，而所述降低的空間分辨率格式為不大于1/(N×M)。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，還包括一用以存儲(chǔ)編碼指令的存儲(chǔ)器；以及一數(shù)字信號(hào)處理器；與所述存儲(chǔ)器耦合；執(zhí)行所述編碼指令，以按照預(yù)定要求處理來(lái)自所述列處理器的數(shù)字信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述預(yù)定要求與傳真通信標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，以便能將所述經(jīng)處理的數(shù)字信號(hào)傳送到供打印的傳真機(jī)。
7.如權(quán)利要求6所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述數(shù)字信號(hào)處理器是與所述傳感器電路單片地集成在一起的。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述每個(gè)讀出電路是將所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)數(shù)字化為所述數(shù)字信號(hào)的一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
9.如權(quán)利要求8所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，還包括一用以存儲(chǔ)編碼指令的存儲(chǔ)器；以及一數(shù)字信號(hào)處理器；與所述存儲(chǔ)器耦合；執(zhí)行所述編碼指令，使來(lái)源于所述傳感器電路塊的諸數(shù)字信號(hào)，按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，結(jié)合而構(gòu)成以較高數(shù)位分辨率而降低空間分辨率格式表示的單一數(shù)字信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述單一比特格式是一二進(jìn)制格式；以及，在所述組中有N乘M個(gè)所述數(shù)字信號(hào)；所述較高數(shù)位分辨率至少為0.5log2(N×M)比特精確性，而所述降低的空間分辨率格式為不大于1/(N×M)。
11.如權(quán)利要求8所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述列處理器使來(lái)源于所述傳感器電路塊的諸數(shù)字信號(hào)，按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，結(jié)合而構(gòu)成以較高數(shù)位分辨率而降低空間分辨率格式表示的單一數(shù)字信號(hào)。
12.如權(quán)利要求1所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)是一施加到所述每個(gè)傳感器電路上使所述模擬信號(hào)相應(yīng)地放大的電壓。
13.如權(quán)利要求1所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述調(diào)整電路通過(guò)對(duì)其加上一預(yù)先規(guī)定的電壓而調(diào)整所述模擬信號(hào)，從而使所述模擬信號(hào)相應(yīng)地逐步升級(jí)。
14.一種工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，它包括多個(gè)按二維陣列形式排列的傳感器象素；當(dāng)所述傳感器象素被曝露于入射光時(shí)，所述每個(gè)傳感器象素產(chǎn)生一模擬信號(hào)；以及一包含多個(gè)讀出電路的列處理器；所述每個(gè)讀出電路與所述輸出模擬信號(hào)的傳感器象素的列耦合，它包含一調(diào)整電路，它按照預(yù)先規(guī)定的標(biāo)示所述每個(gè)所述讀出電路的參數(shù)，在把所述每個(gè)所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)之前或期間，調(diào)整所述每個(gè)模擬信號(hào)；其中所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)與在鄰近所述讀出電路中各自的參數(shù)不同。
15.如權(quán)利要求14所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，所述每個(gè)讀出電路還包括一具有預(yù)先規(guī)定閾的比較器；所述比較器接收來(lái)自所述調(diào)整電路的所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)；以及所述比較器以來(lái)自所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)的單一比特格式，分別地輸出數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)代表或高于、或低于所述預(yù)先規(guī)定閾的所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，還包括一用以存儲(chǔ)編碼指令的存儲(chǔ)器；以及一數(shù)字信號(hào)處理器；與所述存儲(chǔ)器耦合；按照預(yù)定用途執(zhí)行所述編碼指令，處理來(lái)自所述列處理器按所述單一比特格式的所述數(shù)字信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述預(yù)定用途與傳真通信標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，以便能將所述經(jīng)處理的數(shù)字信號(hào)傳送到供打印的傳真機(jī)。
18.如權(quán)利要求16所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述預(yù)定用途是使來(lái)源于所述傳感器電路塊的諸數(shù)字信號(hào)，按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，結(jié)合而構(gòu)成以較高數(shù)位分辨率而降低空間分辨率格式表示的單一數(shù)字信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，在所述組中有N乘M個(gè)所述數(shù)字信號(hào)；所述較高數(shù)位分辨率至少為[1+0.5log2(N×M)]比特精確性，而所述降低的空間分辨率格式為不大于1/(N×M)。
20.如權(quán)利要求19所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，所述數(shù)字信號(hào)器是與所述傳感器電路單片地集成在一起的。
21.如權(quán)利要求14所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，每個(gè)所述讀出電路還包含一個(gè)接收來(lái)自所述調(diào)整電路的所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)，并順序地將所述經(jīng)調(diào)整的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
22.如權(quán)利要求21所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器，其特征是，還包括一用以存儲(chǔ)編碼指令的存儲(chǔ)器；以及一數(shù)字信號(hào)處理器；與所述存儲(chǔ)器耦合；執(zhí)行所述編碼指令，使來(lái)源于所述傳感器電路塊的諸所述數(shù)字信號(hào)，按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，結(jié)合而構(gòu)成以較高數(shù)位分辨率而降低空間分辨率格式表示的單一數(shù)字信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的圖象傳感器；其特征是，在所述組中有N乘M個(gè)所述數(shù)字信號(hào)；所述較高數(shù)位分辨率至少為[1+0.5log2(N×M)]比特精確性，而所述降低的空間分辨率格式為不大于1/(N×M)。
24.一種用以從一個(gè)圖象傳感器提供工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的數(shù)字圖象信號(hào)的方法，其特征是，所述方法包括從一按二維陣列形式排列的傳感器電路陣列中生成圖象信號(hào)；所述每個(gè)傳感器電路包含一當(dāng)被曝露于入射光時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)所述圖象信號(hào)的傳感器象素；按照一參數(shù)陣列調(diào)整所述圖象信號(hào)，至少所述參數(shù)之一與至少兩個(gè)其緊鄰參數(shù)不同；以及，將所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(hào)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法；其特征是，所述每個(gè)傳感器電路還包含一調(diào)整電路，所述調(diào)整電路使所述一個(gè)圖象信號(hào)按照所述一個(gè)參數(shù)加以調(diào)整。
26.如權(quán)利要求25所述的方法；其特征是，所述調(diào)整電路對(duì)所述一個(gè)圖象信號(hào)加一適合所述一個(gè)參數(shù)的電壓信號(hào)，從而使所述一個(gè)圖象信號(hào)相應(yīng)地逐步升級(jí)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法；其特征是，所述調(diào)整電路是按照一個(gè)所述參數(shù)在其上施加一電壓的放大器，從而使所述一個(gè)圖象信號(hào)相應(yīng)地得以放大。
28.如權(quán)利要求24所述的方法；其特征是，所述轉(zhuǎn)換所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)包括將所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)與一預(yù)先規(guī)定的閾進(jìn)行對(duì)照；以及生成所述數(shù)字信號(hào)。
29.如權(quán)利要求24所述的方法；其特征是，所述轉(zhuǎn)換所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)包括接收所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)的各列；分別按并行方式將所述經(jīng)調(diào)整的各列圖象信號(hào)與一預(yù)先規(guī)定的閾進(jìn)行對(duì)照；以及產(chǎn)生所述數(shù)字圖象的各列。
30.如權(quán)利要求24所述的方法；其特征是，所述轉(zhuǎn)換所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)包括接收所述經(jīng)調(diào)整的圖象信號(hào)的各列；以及分別按并行方式將所述經(jīng)調(diào)整的各列圖象信號(hào)數(shù)字化為所述數(shù)字圖象的各列。
31.如權(quán)利要求30所述的方法；其特征是，所述方法還包括根據(jù)所述參數(shù)陣列，將所述數(shù)字圖象各塊結(jié)合成一新的數(shù)字信號(hào)陣列；所述每個(gè)新的數(shù)字信號(hào)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)所述數(shù)字圖象的所述塊，并按照一套與所述預(yù)先規(guī)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)的設(shè)定規(guī)則，以較高的數(shù)位分辨率和降低的空間分辨率格式表示。
32.如權(quán)利要求31所述的方法；其特征是，在所述組中有N乘M個(gè)所述數(shù)字信號(hào)；所述較高數(shù)位分辨率至少為[1+0.5log2(N×M)]比特精確性，而所述降低的空間分辨率格式為不大于1/(N×M)。
33.如權(quán)利要求24所述的方法；其特征是，所述參數(shù)陣列是與抖動(dòng)所述圖象信號(hào)的數(shù)字矩陣相一致。
34.一種用以從一個(gè)圖象傳感器提供工藝過(guò)程可調(diào)的、分辨率可變的數(shù)字圖象信號(hào)的方法，其特征是，所述方法包括從一按二維陣列形式排列的傳感器電路陣列中生成傳感器信號(hào)；所述每個(gè)傳感器電路包含一傳感器象素，一調(diào)整電路和一比較器；所述傳感器象素當(dāng)被曝露于入射光時(shí)，生成一個(gè)所述傳感器信號(hào)；按照一參數(shù)陣列調(diào)整所述傳感器信號(hào)，至少所述參數(shù)之一與至少兩個(gè)其緊鄰參數(shù)不同；以及，通過(guò)應(yīng)用所述比較器，將所述每個(gè)經(jīng)調(diào)整的傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成代表或高于、或低于所述預(yù)先規(guī)定閾的所述經(jīng)調(diào)整的傳感器信號(hào)的一個(gè)所述圖象信號(hào)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法；其特征是，所述參數(shù)陣列按照一傳真標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致抖動(dòng)所述傳感器信號(hào)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法；其特征是，所述圖象信號(hào)可被輸出到一傳真機(jī)。
37.如權(quán)利要求34所述的方法；其特征是，通過(guò)將一電壓施加到所述象素電路之一中各自的調(diào)整電路上，而提供所述每個(gè)參數(shù)。
38.如權(quán)利要求34所述的方法；其特征是，所述參數(shù)陣列是按照二維矩陣形式并重復(fù)平鋪直至遍及整個(gè)所述圖象傳感器而成形的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可嵌入在便攜式成象系統(tǒng)中的CMOS圖象傳感器。這種具有高空間分辨率及低數(shù)位分辨率的CMOS面型圖象傳感器,不僅能夠使諸如蜂窩式傳真電話機(jī),便攜式復(fù)印機(jī),條形碼閱讀機(jī)之類的便攜式成象系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn),而且其能夠以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化CMOS工藝方法,特別是0.35微米及以下的工藝方法制造出來(lái)。本發(fā)明也公開(kāi)了一些利用這種CMOS圖象傳感器的便攜式成象系統(tǒng)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種具有可變空間分辨率和數(shù)位分辨率的CMOS圖象傳感器。起初是高空間分辨率、低數(shù)位分辨率的圖象傳感器,通過(guò)把一組最鄰近象素的信息借助空間重復(fù)取樣結(jié)合成單一的超象素,即獲得高的數(shù)位分辨率。這種可變的CMOS圖象傳感器可用于供文檔和視頻成象或攝影術(shù)的多功能成象設(shè)備。
文檔編號(hào)H04N1/04GK1270471SQ9911689
公開(kāi)日2000年10月18日 申請(qǐng)日期1999年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月22日
發(fā)明者楊曉東, 鄧中韓 申請(qǐng)人:楊曉東, 鄧中韓