Твердотельное устройство формирования изображения, способ обработки сигнала твердотельного устройства формирования изображения и устройство формирования изображения

Твердотельное устройство формирования изображения, способ обработки сигнала твердотельного устройства формирования изображения и устройство формирования изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к твердотельному устройству формирования изображения, способу обработки сигнала твердотельного устройства формирования изображения и к устройству формирования изображения.

Уровень техники

Для повышения чувствительности твердотельных устройств формирования изображения было разработано множество технологий, направленных на массив цветного фильтра и обработку сигналов массива цветного фильтра (см., например, публикацию №2007-287891 находящейся на экспертизе заявки на японский патент). Один из массивов цветного фильтра представляет собой массив цветного фильтра, в котором используется цвет (например, белый (W) цвет, используемый как первичный компонент сигнала яркости). В качестве кодирования цветов, с использованием белого цвета, часто применяют кодирование цвета с использованием компоновки белого цвета в виде шахматной доски, в которой белый цвет расположен в виде структуры шахматной доски.

Выходное напряжение массива цветного фильтра, с использованием белого цвета выше, чем у массива фильтра цветов, имеющего байеровскую компоновку RGB (красный, зеленый, синий), которая получила широкое распространение. В соответствии с этим, чувствительность твердотельного устройства формирования изображения может быть повышена. Следует отметить, что в байеровской компоновке RGB, зеленый (G) расположен в виде шахматной структуры. Красный (R) и синий (В) также расположены в виде шахматной структуры в других областях структуры шахматной доски.

В твердотельных устройствах формирования изображения, в которых используется цветной фильтр с байеровской компоновкой RGB, для преобразования сигнала RGB в сигнал YUV (Y: сигнал яркости, U и V: цветоразностные сигналы), необходимо выполнить расчеты для генерирования сигнала Y. Во время расчетов, например, можно использовать следующее уравнение:

Y=0,29891×R+0,58661×G+0,11448×В.

Обычно такой расчет выполняют с помощью цифрового сигнального процессора (DSP, ЦСП), расположенного за пределами подложки (микросхемы датчика) твердотельного устройства формирования изображения. В соответствии с этим, даже в твердотельных устройствах формирования изображения, в которых используется массив цветного фильтра, включающий в себя белый цвет, расчет для генерирования сигнала Y яркости выполняют с помощью ЦСП, расположенного вне пределов микросхемы датчика.

Сущность изобретения

Однако при обработке сигналов, выполняемой твердотельным устройством формирования изображения, включающим в себя массив цветного фильтра, включающий в себя белый цвет, трудно использовать существующие ЦСП, разработанные для байеровской компоновки RGB. В соответствии с этим, необходимо, чтобы был разработан новый ЦСП при изменении кодирования цвета. Если ЦСП, разработанный для байеровской компоновки RGB, будет изменен на ЦСП для структуры белого в компоновке шахматной доски, потребуются значительные затраты на развитие. Поскольку такие затраты на развитие будут отражены в цене модуля камеры, включающем в себя ЦСП, будет трудно уменьшить стоимость модуля камеры. Следовательно, сдерживается широкое использование кодирования цветов с использованием белого цвета.

В соответствии с этим, в настоящем изобретении предложено твердотельное устройство формирования изображения, способ обработки сигнала твердотельного устройства формирования изображения и устройство формирования изображения, выполненное с возможностью использования существующих ЦСП с байеровской компоновкой RGB, когда используют кодирование цветов, в котором цвет, используемый как первичный компонент сигнала яркости, расположен в виде структуры шахматной доски.

Кроме того, путем использования фильтров белого цвета, которые составляют собой первичный компонент сигнала яркости, для массива цветного фильтра, может быть повышена чувствительность твердотельного устройства формирования изображения. Кроме того, благодаря улучшению компоновки цветов или способа обработки сигнала, может быть повышена чувствительность массива цветного фильтра, в котором используется белый фильтр, с минимальным снижением разрешения.

В соответствии с этим, настоящее изобретение обеспечивает твердотельное устройство формирования изображения, включающее в себя массив цветного фильтра с новой компоновкой цветов, которая позволяет повысить чувствительность с минимальным снижением разрешения, способ обработки сигнала твердотельного устройства формирования изображения и устройство формирования изображения, включающее в себя твердотельное устройство формирования изображения.

В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения твердотельное устройство формирования изображения включает в себя модуль цветного фильтра, расположенный на модуле массива пикселей, включающем в себя пиксели, двумерно размещенные в виде матрицы, где модуль цветного фильтра имеет компоновку цветов, в которой цвет, используемый как первичный компонент сигнала яркости, расположен в виде структуры шахматной доски и множество цветов, используемых как компоненты информации цвета, расположены в другой области структуры шахматной доски. Твердотельное устройство формирования изображения имеет конфигурацию, в которой сигналы, выводимые из пикселей модуля массива пикселей, и которые соответствуют компоновке цветов модуля цветного фильтра, преобразуют в сигналы, которые соответствуют байеровской компоновке, на подложке, имеющей модуль массива пикселей.

В описанной выше конфигурации, поскольку цвет, используемый как первичный компонент сигнала яркости, расположен в виде структуры шахматной доски, сигналы других цветов пикселей, расположенных рядом с этим цветом в вертикальном направлении и в горизонтальном направлении, могут быть восстановлены с использованием сигнала цвета, используемого как первичный компонент сигнала яркости. Вследствие этого, эффективность преобразования из сигналов, соответствующих компоновке цветов модуля цветного фильтра, в сигналы, соответствующие байеровской компоновке, может быть повышена. Кроме того, путем вывода сигналов, соответствующих байеровской компоновке из подложки (микросхемы датчика), на которой расположен модуль массива пикселей, можно использовать существующий ЦСП для байеровской компоновки как модуль последующей обработки сигнала.

В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения, твердотельное устройство формирования изображения включает в себя модуль цветного фильтра, расположенный в модуле массива пикселей, включающем в себя пиксели, размещенные двумерно в виде матрицы, где модуль цветного фильтра имеет компоновку цветов, в которой фильтры первого цвета, используемого как первичный компонент сигнала яркости, расположены в виде структуры шахматной доски, и фильтры второго цвета, используемые как первичный компонент сигнала яркости для последовательности из четырех пикселей, формируют группу, и группы расположены таким образом, что они формируют структуру полоски в одном из диагонального направления, вертикального направления и горизонтального направления. Твердотельное устройство формирования изображения имеет конфигурацию для приема сигналов, выводимых из пикселей модуля массива пикселей, и которая соответствует компоновке цветов модуля цветного фильтра и суммирует сигнал пикселя фильтра второго цвета, расположенного рядом с пикселем фильтра первого цвета, с сигналом пикселя фильтра первого цвета.

Фильтры первого и второго цветов, используемые как первичные компоненты сигнала яркости, имеют более высокую чувствительность, чем у других цветов. В соответствии с этим, при компоновке цветов, в которой фильтры первого цвета расположены в виде структуры шахматной доски, последовательность из четырех фильтров второго цвета формирует группу, и группы расположены так, что они формируют структуру полоски в одном из диагонального направления, вертикального направления и горизонтального направления, путем суммирования сигнала пикселя, имеющего фильтр второго цвета, расположенного рядом с пикселем, имеющим фильтр первого цвета, с сигналом пикселя, имеющего фильтр первого цвета, и использования суммы в качестве первичного компонента сигнала яркости, интенсивность сигнала яркости может быть повышена.

В соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, даже когда меняется кодирование цветов, все еще можно использовать существующий ЦСП для байеровской компоновки RGB. В соответствии с этим, разработка новых ЦСП, которая требуют значительных затрат, не является необходимой.

Кроме того, в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, сигнал пикселя, который имеет фильтр второго цвета, расположенный рядом с пикселем, имеющим фильтр первого цвета, суммируют с сигналом пикселя, который имеет фильтр первого цвета, и эту сумму используют как первичный компонент сигнала яркости. Таким образом, интенсивность сигнала яркости может быть повышена. В результате, может быть повышена чувствительность с минимальным снижением разрешения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана схематическая иллюстрация примерной конфигурации системы датчика изображения CMOS в соответствии с первым и вторым примерными вариантами выполнения настоящего изобретения;

на фиг.2 показана принципиальная схема, иллюстрирующая примерную конфигурацию цепи модульного пикселя;

на фиг.3 показана принципиальная схема, иллюстрирующая примерную конфигурацию цепи, которая позволяет выполнять суммирование пикселей для четырех соседних пикселей среди пикселей;

на фиг.4 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.5 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии со вторым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.6 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с третьим примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.7 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.8 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с пятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.9 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с шестым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.10 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с седьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.11 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с восьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.12 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с девятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.13 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 1 преобразования цветов, выполняемой в режиме высокой яркости во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.14А-14D представлены схематические иллюстрации обработки 1 преобразования цветов, выполняемой в режиме высокой яркости во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.15 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 2 преобразования цветов, выполняемой в режиме низкой яркости во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.16А-16D представлены схематические иллюстрации обработки 2 преобразования цветов, выполняемой в режиме низкой яркости во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.17 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 1 суммирования пикселей, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.18А-18D показаны схематические иллюстрации обработки 1 суммирования пикселей в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.19 иллюстрируется ПД суммирование и суммирование счетчика;

на фиг.20 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 2 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.21А-21D показаны схематические иллюстрации обработки 2 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения и первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.22 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 3 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.23А-23С показаны схематические иллюстрации обработки 3 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.24А-24D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.25А-25D показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.26А-26D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования в случае кодирования цветов в соответствии с третьим примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.27А-27Е показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с третьим примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.28А-28D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.29А-29F показаны схематические иллюстрации первого типа обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.30А-30D показаны схематические иллюстрации второго типа обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.31А-31С показаны схематические иллюстрации третьего типа обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.32А-32D показаны схематические иллюстрации четвертого типа обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с четвертым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.33А-33D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования в случае кодирования цветов в соответствии с пятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.34А-34Е показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с пятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.35А-35D показаны схематические иллюстрации обработки 1 преобразования цветов, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с шестым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.36А-36D показаны схематические иллюстрации обработки 2 преобразования цветов, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с шестым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.37А-37D показаны схематические иллюстрации обработки 1 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с шестым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.38А-38D показаны схематические иллюстрации обработки 2 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии с шестым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.39А-39D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с седьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.40А-40Е показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с седьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.41А-41D показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с восьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.42А-42D показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с восьмым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.43А-43С показаны схематические иллюстрации обработки преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с девятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.44А-44В показаны схематические иллюстрации обработки суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с девятым примером первого примерного варианта выполнения;

на фиг.45 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.46 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии со вторым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.47 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 1 суммирования пикселей, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.48A-48D показана схематическая иллюстрация обработки 1 преобразования цветов в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.49A-49D показана схематическая иллюстрация обработки 1 преобразования цветов в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.50A-50D показана схематическая иллюстрация обработки 2 преобразования цветов в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.51A-51D показана схематическая иллюстрация обработки 1 суммирования пикселей, в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.52A-52D показана схематическая иллюстрация обработки 2 суммирования пикселей для кодирования цветов в соответствии со вторым примером второго примерного варианта выполнения;

на фиг.53 показана схематическая иллюстрация примерной конфигурации системы датчика изображения CMOS в соответствии с третьим примерным вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг.54 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 1 преобразования цветов, выполняемой в режиме высокой яркости во время полного сканирования в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.55А-55С показаны схематические иллюстрации обработки 1 преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.56 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 2 преобразования цветов, выполняемой в режиме низкой яркости во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.57А-57С показаны схематические иллюстрации обработки 2 преобразования цветов, выполняемой во время полного сканирования, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.58 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки для обработки 1 суммирования пикселей, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.59А-59С показаны схематические иллюстрации обработки 1 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цвета в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.60 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая примерный поток обработки при обработке 2 суммирования пикселей, в случае кодирования цветов в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.61А-61C показаны схематические иллюстрации обработки 2 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии с первым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.62А и 62В показаны схематические иллюстрации обработки 1 преобразования цветов, выполняемой в случае кодирования цветов в соответствии со вторым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.63А-63С показаны схематические иллюстрации обработки 2 преобразования цвета, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии со вторым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.64А и 64В показаны схематические иллюстрации обработки 1 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии со вторым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.65А-65С показаны схематические иллюстрации обработки 2 суммирования пикселей, выполняемой в случае кодирования цветов, в соответствии со вторым примером третьего примерного варианта выполнения;

на фиг.66 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов, в соответствии с модификацией первого примера;

на фиг.67 показана схема компоновки цветов, иллюстрирующая кодирование цветов в соответствии с модификацией второго примера; и

на фиг.68 показана блок-схема примерной конфигурации устройства формирования изображения в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Различные примерные варианты выполнения настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на приложенные чертежи. Описание приведено в следующем порядке:

1. Примерный вариант выполнения

1-1. Конфигурация системы

1-2. Кодирование цвета массива цветного фильтра

1-3. Пример кодирования цвета

1-4. Соотношение чувствительности W:G:R:B

1-5. Обработка преобразования цвета

2. Пример применения (Устройство формирования изображения)

1. Первый примерный вариант выполнения

1-1. Конфигурация системы

На фиг.1 схематично показана иллюстрация примерной конфигурации системы твердотельного устройства формирования изображения (например, датчика изображения CMOS, который представляет собой пример твердотельного устройства формирования изображения с X-Y адресацией), в соответствии с первым примерным вариантом выполнения настоящего изобретения.

В соответствии с первым вариантом выполнения, датчик 10 изображения CMOS включает в себя полупроводниковую подложку (ниже также называется "микросхемой датчика") 11. Микросхема 11 датчика включает в себя модуль 12 массива пикселей, сформированный на ней, и модуль периферийных цепей, интегрированный в нее. Например, модуль периферийных цепей включает в себя модуль 13 вертикального управления, модуль 14 обработки столбцов, модуль 15 горизонтального управления, модуль 16 обработки преобразования и модуль 17 управления системой.

Модуль 12 массива пикселей включает в себя множество модульных пикселей (не показаны), каждый из которых включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, размещенных двумерно в виде массива. Модульный пиксель (ниже также просто называется "пикселем") выполняет фотоэлектрическое преобразование видимого света, падающего на него, в электрический заряд, в соответствии с интенсивностью видимого света. Массив 30 цветного фильтра предусмотрен на модуле 12 массива пикселей, на стороне поверхности приема света (поверхность падения света). Одной из главных особенностей данного примерного варианта выполнения является кодирование цветов массива 30 цветного фильтра. Кодирование цветов массива 30 цветного фильтра более подробно описано ниже.

Кроме того, в модуле 12 массива пикселей расположена линия 18 управления пикселями, продолжающаяся в направлении слева направо, как показано на фиг.1 (направление, в котором расположены пиксели в ряду пикселей, или горизонтальное направление), для каждого из рядов массива пикселей. Аналогично, вертикальная линия 19 сигнала расположена в направлении сверху вниз по фиг.1 (направление, в котором пиксели расположены в столбцах пикселей, или вертикальное направление) для каждого из столбцов массива пикселей. На фиг.1, хотя представлена только одна линия 18 управления пикселями, количество линий 18 управления пикселями не ограничивается одной линией. Один конец линии 18 управления пикселями соединен с выходным разъемом, соответствующим одному из рядов модуля 13 вертикального управления.

Например, модуль 13 вертикального управления включает в себя сдвиговый регистр и декодер адреса. Хотя подробная конфигурация его не показана на фиг.1, модуль 13 вертикального управления включает в себя систему сканирования считывания и систему сканирования очистки. Система сканирования считывания последовательно сканирует модульные пиксели модуля, сигналы которых считывают на основе от ряда к ряду.

В отличие от этого, перед операцией сканирования считывания для считывания ряда, выполняемого системой сканирования считывания, в момент времени, определенный скоростью затвора, система сканирования очистки выполняет сканирование очистки таким образом, что она очищает (выполняет сброс) ненужного электрического заряда из элементов фотоэлектрического преобразования модульных пикселей в считываемом ряду. Благодаря очистке (сбросу) ненужного электрического заряда, используя систему сканирования очистки, выполняют так называемую операцию электронного затвора. Таким образом, при выполнении операции электронного затвора сбрасывают фотозаряды элемента фотоэлектрического преобразования, и начинается новая операция экспозиции (накопление электрического заряда под действием света).

Сигнал, считываемый во время операции считывания, выполняемой системой сканирования считывания, соответствует количеству света, попавшему после выполнения непосредственно предшествующей операции считывания или операции электронного затвора. Кроме того, период времени от момента времени считывания непосредственно предшествующей операции считывания или точки времени очистки при выполнении операции электронного затвора до точки времени считывания текущей операции считывания соответствует времени накопления (времени экспонирования электрического заряда под действием света в модульном пикселе.

Сигнал, выводимый из каждого из модульных пикселей в ряду пикселей, выбранном и сканируемом с помощью модуля 13 вертикального управления, передают в модуль 14 обработки столбца через соответствующую одну из вертикальных линий 19 сигнала. Для каждого из столбцов пикселей модуля 12 массива пикселей модуль 14 обработки в столбце выполняет заданную обработку сигналов по аналоговому сигналу пикселя, выводимому из пикселя в выбранном ряду.

Пример обработки сигнала, выполняемой модулем 14 обработки в столбце, представляет собой обработку коррелированной двойной выборки (CDS, КДВ). При обработке КДВ получают уровень сброса и уровень сигнала, выводимого из каждого из пикселей в выбранном ряду, и рассчитывают разницу между уровнями. Таким образом, получают сигналы пикселей в одном из рядов. Кроме того, удаляют шумы фиксированной структуры пикселей. Модуль 14 обработки в столбце может иметь функцию аналого-цифрового (A/D, А/Ц) преобразования, выполняемую для преобразования аналогового сигнала пикселя в цифровой формат.

Например, модуль 15 горизонтального управления включает в себя сдвиговый регистр и декодер адреса. Модуль 15 горизонтального управления последовательно выбирает и сканирует участки цепей, соответствующие столбцу пикселей модуля 14 обработки столбца. Каждый из столбцов пикселей последовательно обрабатывают с помощью модуля 14 обработки в столбце, выполняя операцию сканирования выбора, которую выполняют с помощью модуля 15 горизонтального управления, и последовательно выводят.

Модуль 16 обработки преобразования выполняет расчет и преобразует сигналы, соответствующие компоновке цветов массива 30 цветного фильтра (модуль цветного фильтра), и выводит из пикселей модуля 12 массива пикселей сигналы, соответствующие байеровской компоновке. Другая из основных особенностей настоящего варианта выполнения состоит в том, что модуль 16 обработки преобразования установлен на подложке, на которой сформирован модуль 12 массива пикселей, то есть в микросхеме 11 датчика, при этом обработку преобразования цветов выполняют в микросхеме 11 датчика, и сигнал, соответствующий байеровской компоновке, выводят из микросхемы 11 датчика. Обработка преобразования цветов, выполняемая модулем 16 обработки преобразования, более подробно описана ниже.

Широко используемый термин "байеровская компоновка" представляет компоновку цветов, в которой цвет, используемый как информационный компонент первичного цвета сигнала яркости для высокого разрешения, расположен в виде структуры шахматной доски и другие два цвета, используемые как компоненты информации цветов сигнала яркости, которые не обеспечивают такое высокое разрешение, расположены в других областях структуры шахматной доски. В основной форме кодирования цвета, в соответствии с байеровской компоновкой, зеленый (G), который вносит большой вклад в сигнал яркости, расположен в виде структуры шахматной доски, и красный (R) и синий (В) расположены в другой области структуры шахматной доски.

Модуль 17 управления системой принимает тактовую частоту, предоставляемую извне микросхемы 11 датчика, и данные для обозначения режима работы. Кроме того, модуль 17 управления системой вводит данные, представляющие внутреннюю информацию датчика 10 изображения CMOS (КМОП, комплементарный металлооксидный полупроводник). Кроме того, модуль 17 управления системой включает в себя генератор тактовой частоты, который генерирует различные сигналы тактовой частоты. Модуль 17 управления системой управляет работой модуля 13 вертикального управления, модуля 14 обработки столбца, модуля 15 горизонтального управления и модуля 16 обработки преобразования, используя различные сигналы тактовой частоты, генерируемые генератором тактовой частоты.

Конфигурация цепи модульного пикселя

На фиг.2 показана примерная принципиальная схема модульного пикселя 20. Как показано на фиг.2, модульный пиксель 20, представленный на примерной принципиальной схеме, включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования (например, фотодиод 21) и четыре транзистора (например, транзистор 22 передачи, транзистор 23 сброса, транзистор 24 усиления и транзистор 25 выбора).

В этом примере используют n-канальные MOS (МОП, металл-окисел-полупроводник) транзисторы для транзистора 22 передачи, транзистора 23 сброса, транзистора 24 усиления и транзистора 25 выбора. Однако комбинация типа проводимости при использовании транзистора 22 передачи, транзистора 23 сброса, транзистора 24 усиления и транзистора 25 выбора представляет собой только пример, и данная комбинация не ограничивается этим.

Например, в качестве линии 18 управления пикселем, три линии управления, то есть линия 181 передачи, линия 182 сброса и линия 183 выбора, предусмотрены для каждого из модульных пикселей 20 в одном ряду пикселей. Один конец линии 181 передачи, один конец линии 182 сброса и один конец линии 183 выбора соединен с выходным разъемом, соответствующим одному из рядов пикселей модуля 13 вертикального управления.

Электрод анода фотодиода 21 соединен с отрицательным выводом блока питания (например, заземлен). Фотодиод 21 выполняет фотоэлектрическое преобразование принятого света в фотоэлектрические заряды (фотоэлектроны в данном примерном варианте выполнения) в соответствии с количеством принятого света. Электрод катода фотодиода 21 соединен с электродом затвора транзистора 24 усиления через транзистор 22 передачи. Узел 26, электрически соединенный с электродом затвора транзистора 24 усиления, называется "модулем плавающей диффузии (FD, ПД) ".

Транзистор 22 передачи включен между электродом катода фотодиода 21 и модулем 26 ПД. Когда импульс ϕTRF передачи, имеющий активный высокий уровень (например, уровень Vdd) (ниже называется "высокий активный импульс передачи"), подают к электроду затвора транзистора 22 передачи через линию 181 передачи, транзистор 22 передачи включается. Таким образом, транзистор 22 передачи передает фотозаряды, фотоэлектрически преобразованные с помощью фотодиода 21, в модуль 26 ПД.

Электрод стока транзистора 23 сброса соединен с источником питания Vdd пикселя. Электрод истока транзистора 23 сброса соединен с модулем 26 ПД. Перед тем как заряд сигнала будет передан из фотодиода 21 в модуль 26 ПД, высокий активный импульс ϕ сброса подают к электроду затвора транзистора 23 сброса через линию 182 сброса. Когда импульс ϕ сброса подают в транзистор 23 сброса, транзистор 23 сброса включается. Таким образом, транзистор 23 сброса выполняет сброс модуля 26 ПД путем разряда электрического заряда модуля 26 ПД на напряжение Vdd блока питания пикселя.

Электрод затвора транзистора 24 усиления соединен с модулем 26 ПД. Электрод стока транзистора 24 усиления соединен с источником питания Vdd пикселя. После сброса модуля 26 ПД с помощью транзистора 23 сброса, транзистор 24 усиления выводит потенциал модуля 26 ПД в форме сигнала сброса (уровень сброса) Vreset. Кроме того, после передачи заряда сигнала, выполняемой транзистором 22 передачи, транзистор 24 усиления выводит потенциал модуля 26 ПД в форме сигнала накопления света (уровень сигнала) Vsig.

Например, электрод стока транзистора 25 выбора соединен с электродом истока транзистора 24 усиления. Электрод истока транзистора 25 выбора соединен с линией 17 вертикального сигнала. Когда высокий активный импульс ϕSЕL выбора передают в электрод затвора транзистора 25 выбора через линию 163 выбора, транзистор 25 выбора включается. Таким образом, транзистор 25 выбора обеспечивает перевод модульного пикселя 20 в выбранный режим таким образом, что сигнал, выводимый из транзистора 24 усиления, передают в линию 17 вертикального сигнала.

Следует отметить, что можно использовать конфигурацию цепи, в которой транзистор 25 выб