Мультиспектральные фоточувствительные устройства и способы для их дискретизации

Мультиспектральные фоточувствительные устройства и способы для их дискретизации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Заявка относится к считыванию фоточувствительных пикселов в фоточувствительных кристаллах, конкретно, к считыванию субдискретизированных данных фоточувствительных пикселов в фоточувствительных кристаллах с большой матрицей. В частности, заявка относится к мультиспектральным фоточувствительным устройствам и способам для их дискретизации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Данная заявка является продолжением заявок, называемых "Multi-Spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same" (PCT/CN2007/071262) и "Multi-Spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same" (заявка (Китай) номер 200810217270.2), поданных автором(ами) настоящего изобретения, и направлена на предоставление более конкретных и предпочтительных реализаций на уровне полупроводниковых схем и на уровне кристаллов.

Предшествующие фоточувствительные устройства связаны со считыванием цветного видимого света или инфракрасного света при редком одновременном считывании их обоих. Хотя некоторые другие изобретения или заявки, к примеру, полупроводниковая технология на основе кадмия и индия ("Silicon infrared focal plane arrays", M. Kimata, в Handbook of Infrared Detection Technologies, под редакцией M, Henini и M. Razeghi, стр. 352-392, Elsevier Science Ltd., 2002), также могут быть использованы для того, чтобы реализовывать одновременное фотосчитывание как для невидимого света, так и для инфракрасного света, но цвет не достигается. Предшествующие способы для одновременного получения фоточувствительности окрашенного света и инфракрасного света состоят в том, чтобы физически накладывать друг на друга цветное фоточувствительное устройство и инфракрасное фоточувствительное устройство (к примеру, "Backside-hybrid Photodetector for trans-chip detection of NIR light" авторов T. Tokuda и др., на IEEE Workshop on Charge-coupled Devices and Advanced Image Sensors, Elmau, Germany, май 2003 года, и "A CMOS image sensor with eye-safe detection function backside carrier injection", T. Tokuda и др., J. Inst Image Information and Television Eng.(3): 366-372, март 2006 года).

Новый способ для изготовления мультиспектрального фоточувствительного устройства, чтобы одновременно получать цветные и инфракрасные изображения, предлагается в предшествующей заявке, называемой "Multi-Spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same" (PCT/CN2007/071262) и "Multi-Spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same" (заявка (Китай) номер 200810217270.2), поданной автором настоящего изобретения. В фоточувствительных устройствах нового типа значительно расширяются динамические фоточувствительные диапазоны фоточувствительных устройств так, что они удовлетворяют строгим требованиям по производительности в областях техники транспортных средств, безопасности и наблюдения и т.д. Кроме того, они могут быть использованы в цветных фоточувствительных устройствах небольшого размера, таких как камеры сотовых телефонов, и качество изображения может значительно повышаться. Помимо этого они могут изготавливаться посредством применения технологий изготовления существующих CMOS, CCD или других полупроводниковых фоточувствительных устройств и множества эффективных способов изготовления, и структурные конструкции могут быть использованы в этих технологиях. Некоторые способы изготовления с использованием CMOS/CCD-полупроводниковых технологий предоставляются в настоящей заявке.

Тем не менее новая проблема, возникающая вследствие этого нового двухслойного или многослойного фоточувствительного устройства, состоит в том, что объем данных в два раза или еще больше превышает объем данных традиционных однослойных фоточувствительных устройств. Хотя только полупикселы могут быть необходимы для того, чтобы получать разрешение двухслойных фоточувствительных устройств, идентичное разрешению однослойных фоточувствительных устройств, обработка данных для большой матрицы в фоточувствительных устройствах на высокой скорости остается проблемой, которая должна быть разрешена.

В последнее время некоторые превосходные способы для субдискретизации изображений для большой матрицы с высокой производительностью, такие как совместно используемая схема считывания, технологии дискретизации с группировкой по строкам и группировкой по столбцам предлагаются в некоторых заявках, например в патентах (США) номера 6801258B1, 6693670B1, 7091466B2, 7319218B2 и т.д. Из этих заявок заслуживают внимание патенты (США) номера 6693670B1, 7091466B2 и 7319218B2, которые предоставляют некоторые эффективные и простые подходы, чтобы реализовывать группировку N столбцов или N строк или группировку M столбцов и N строк.

Тем не менее эти технологии по-прежнему не являются оптимальными. Например, отношение "сигнал-шум" (SNR) изображения улучшается только в затем N раз посредством комбинирования N точек в одну через использование операций субдискретизации с группировкой по строкам и группировкой по столбцам (см. патенты (США) номера 7091466B2 и 7319218B2). Это обусловлено тем, что сигналы просто усредняются в операциях группировки по строкам и/или по столбцам, тем самым снижая дисперсию случайного шума только в N раз, в то время как сами полезные сигналы не усиливаются и просто заменяются посредством среднего значения нескольких точек. Кроме того, обычно существует медленно варьирующийся и низкочастотный шум в сигналах изображений, который вообще не снижается.

Помимо этого существующие технологии субдискретизации рассматривают только требования субдискретизации фоточувствительного кристалла, размещаемого в шаблоне Байера или CYMG-шаблоне отдельно, и не обеспечивают упрощения при обработке постдискретизации. Например, цветное изображение шаблона Байера остается изображением шаблона Байера за счет использования операций дискретизации с группировкой по строкам и группировкой по столбцам (см. патенты (США) номера 7091466B2 и 7319218B2), используемых посредством U.S Micron Technologies Inc., и в таком случае для того, чтобы получать YUV-изображения, которые предпочитаются на стадиях предварительного просмотра и хранения, по-прежнему требуются сложные процессы. Хотя некоторые другие схемы субдискретизации могут улучшать SNR, для них требуются сложные интегрирующие схемы и модули сравнения, тем самым повышая число вспомогательных схем и частоту.

Другое значительное ограничение существующих технологий субдискретизации состоит в том, что операции группировки по строкам и группировки по столбцам применяются только в пикселах, считывающих один цвет, при этом пикселы не являются непосредственно смежными в пространстве (т.е. другие пикселы могут быть размещены между ними). Для шаблонов Байера или цветовых CYMG-шаблонов, пикселы одного цвета не являются непосредственно смежными в пространстве, и характеристика равномерного пространственного распределения исходных изображений нарушается за счет операций группировки по строкам и группировки по столбцам. Следовательно, эффекты наложения спектров легко формируются на краях линий, если окончательная обработка не адаптирована специально к этому случаю.

В частности, для двухслойных или многослойных фоточувствительных устройств, которые рассматриваются в настоящей заявке, предшествующий уровень техники выглядит достаточно неудобным и посредственным, поскольку двухслойные или многослойные фоточувствительные устройства предоставляют множество превосходных, но полностью новых компоновок цветового шаблона, для которых считывание и субдискретизация сигналов должны использовать характеристики двухслойных или многослойных фоточувствительных устройств с тем, чтобы выполнять усовершенствования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

Цель настоящей заявки заключается в том, чтобы предоставлять более совершенный принцип субдискретизации и усовершенствованную схему субдискретизации и оптимизировать субдискретизацию наряду с последующей обработкой изображений. Настоящая заявка предоставляет мультиспектральное фоточувствительное устройство и способ для его дискретизации, чтобы преодолевать небольшой недостаток большого объема данных, внутренне присущего двухслойному или многослойному мультиспектральному фоточувствительному кристаллу. В данном документе способ дискретизации, главным образом, включает в себя субдискретизацию, но также и включает в себя дискретизацию полных изображений. Следует понимать, что данная заявка не ограничивается двухслойным или многослойным мультиспектральным фоточувствительным устройством, но также применима к однослойному фоточувствительному устройству.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Чтобы описывать заявку и пояснять отличие от предшествующего уровня техники, для удобства "двухслойное фоточувствительное устройство", "двустороннее фоточувствительное устройство" и "двунаправленное фоточувствительное устройство" задаются следующим образом. Двухслойное фоточувствительное устройство означает, что его фоточувствительный пиксел физически разделяется на два слоя (аналогично двухуровневому фоточувствительному устройству, ранее описанному в заявке, называемой "Multi-spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same" (PCT/CN2007/071262) автора настоящего изобретения), и каждый слой включает в себя фоточувствительные пикселы, считывающие конкретные спектры. Двустороннее фоточувствительное устройство означает фоточувствительное устройство, имеющее две фоточувствительных поверхности, каждая из которых может считывать свет, по меньшей мере, в одном направлении. Двунаправленное фоточувствительное устройство означает, что фоточувствительное устройство может считывать свет из двух направлений (которые типично образуют угол в 180 градусов), т.е. считывать свет как из передней, так и из задней стороны фоточувствительного устройства.

Фоточувствительное устройство может иметь, по меньшей мере, одну из следующих характеристик: двухслойное, двустороннее и двунаправленное.

Технические решения согласно настоящей заявке заключаются в следующем.

Мультиспектральное фоточувствительное устройство, содержащее:

- пикселную матрицу, размещаемую в строках и в столбцах;

- первый блок комбинирования для комбинирования и дискретизации двух соседних пикселов в пикселной матрице, которые находятся в идентичной строке, но в различных столбцах, или в различных строках, но в идентичном столбце, или в различных строках и различных столбцах, чтобы получать данные дискретизации первого комбинированного пиксела; и

- второй блок комбинирования для комбинирования и дискретизации дискретизированных данных первого комбинированного пиксела, полученного в первом блоке комбинирования, чтобы получать данные дискретизации второго комбинированного пиксела.

Мультиспектральное фоточувствительное устройство дополнительно содержит третий блок комбинирования для комбинирования и дискретизации данных дискретизации второго комбинированного пиксела, полученного во втором блоке комбинирования, чтобы получать данные дискретизации третьего комбинированного пиксела.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству первый или второй блок комбинирования формируется посредством наложения зарядов между пикселами с идентичными или различными цветами или усреднения сигналов пикселов с различными цветами, при этом пикселы с различными цветами (включающие в себя способ наложения зарядов и способ усреднения сигналов) комбинируются согласно преобразованию цветового пространства, чтобы удовлетворять требованиям восстановления цветов.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству наложение зарядов пикселов выполняется в считывающем конденсаторе (FD).

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству комбинирование и дискретизация на основе цвета, выполняемое в первом или втором блоке комбинирования, включает в себя комбинирование по одному цвету, комбинирование по различным цветам, гибридное комбинирование или избирательное исключение избыточных цветов, и комбинирование и дискретизация, выполняемое в первом и втором блоках комбинирования, одновременно не выполняется посредством комбинирования по одному цвету, т.е. по меньшей мере, один из первого и второго процесса комбинирования не выполняется посредством комбинирования по одному цвету.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству комбинирование и дискретизация на основе позиции, выполняемое в первом или втором блоках комбинирования, включает в себя, по меньшей мере, один из следующих трех способов: автоматическое усреднение сигналов, одновременно выводимых непосредственно в шину, пропуск строк или пропуск столбцов и дискретизация по одному элементу. Другими словами, эти виды комбинирования и дискретизации на основе позиции могут быть использованы по отдельности или в комбинации.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству комбинирование и дискретизация в третьем блоке комбинирования выполняется посредством, по меньшей мере, одного из преобразования цветового пространства и окончательного масштабирования цифрового изображения.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству преобразование цветового пространства включает в себя преобразование из RGB в CyYeMgX-пространство, преобразование из RGB- в YUV-пространство или преобразование из CyYeMgX в YUV-пространство, где X является любым из R (красного цвета), G (зеленого цвета) и B (синего цвета).

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству пикселная матрица состоит из множества макропикселов, включающих в себя, по меньшей мере, один базовый пиксел, при этом базовый пиксел может быть пассивным пикселом или активным пикселом.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству базовый пиксел макропиксела размещается в квадратном шаблоне или в гексагональном шаблоне.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству макропиксел может состоять, по меньшей мере, из активного пиксела 3T без считывающего конденсатора (FD) и активного пиксела 4T, имеющего один считывающий конденсатор (FD).

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству активный пиксел 4T с одним считывающим конденсатором (FD) в каждом макропикселе использует считывающую схему, при этом считывающая схема совместно используется посредством 4, 6 или 8 точек.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству макропиксел может состоять из четырех пикселов, размещаемых в квадратном шаблоне, и двух непрозрачных считывающих конденсаторов (FD), расположенных между двумя строками, при этом один считывающий конденсатор (FD) совместно используется посредством пикселов в предыдущей строке и пикселов в следующей строке, заряды могут переноситься между двумя считывающими конденсаторами (FD), и, по меньшей мере, один из считывающих конденсаторов подключается к считывающей схеме.

Макропиксел может состоять, по меньшей мере, из одного базового пиксела, имеющего активный пиксел 3T или 4T со считывающим конденсатором (FD), совместно используемым посредством двух точек, или трех точек, или четырех точек, при этом базовый пиксел использует считывающую схему, которая приспосабливает режим 4-точечного параллельного совместного использования, или режим 6-точечного параллельного совместного использования, или режим 8-точечного параллельного совместного использования.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству каждый макропиксел может состоять, по меньшей мере, из одного базового пиксела, имеющего активный пиксел 4T со считывающим конденсатором (FD), совместно используемым посредством двух точек, или трех точек, или четырех точек, при этом базовый пиксел использует считывающую схему, которая приспосабливает режим 4-точечного параллельного совместного использования, или режим 6-точечного параллельного совместного использования, или режим 8-точечного параллельного совместного использования.

Согласно мультиспектральному фоточувствительному устройству дискретизация полных изображений, приспосабливаемая в фоточувствительном устройстве, выполняется посредством построчного сканирования и построчного считывания или построчного сканирования, но чересстрочного считывания.

Согласно дополнительному аспекту настоящей заявки раскрывается способ дискретизации для мультиспектрального фоточувствительного устройства, который включает в себя:

- первый процесс комбинирования для комбинирования и дискретизации двух соседних пикселов в пикселной матрице, которые находятся в идентичной строке, но в различных столбцах или в различных строках, но в идентичном столбце, или в различных строках и различных столбцах, чтобы получать данные дискретизации первого комбинированного пиксела; и

- второй процесс комбинирования для комбинирования и дискретизации дискретизированных данных первого комбинированного пиксела, полученного в первом процессе комбинирования, чтобы получать данные дискретизации второго комбинированного пиксела.

Способ дискретизации дополнительно может включать в себя третий процесс комбинирования для комбинирования и дискретизации данных дискретизации второго комбинированного пиксела, полученного во втором процессе комбинирования, чтобы получать данные дискретизации третьего комбинированного пиксела.

Согласно способу дискретизации первый или второй процесс комбинирования выполняется посредством наложения зарядов между пикселами с идентичными или различными цветами или усреднения сигналов пикселов с различными цветами, при этом пикселы с различными цветами (включающие в себя способ наложения зарядов и способ усреднения сигналов) комбинируются согласно преобразованию цветового пространства, чтобы удовлетворять требованиям восстановления цветов.

Согласно способу дискретизации комбинирование и дискретизация на основе цвета, выполняемое в первом или втором процессе комбинирования, включает в себя комбинирование по одному цвету, комбинирование по различным цветам, гибридное комбинирование или избирательное исключение избыточных цветов, и, по меньшей мере, один из первого и второго процесса комбинирования не выполняется посредством комбинирования по одному цвету.

Согласно способу дискретизации комбинирование и дискретизация на основе позиции, выполняемое в первом или втором процессе комбинирования, включает в себя, по меньшей мере, одно из автоматического усреднения сигналов, выводимых непосредственно в шину, пропуска строк или пропуска столбцов и дискретизации по одному элементу.

Согласно способу дискретизации третий процесс комбинирования выполняется посредством, по меньшей мере, одного из преобразования цветового пространства и окончательного масштабирования цифрового изображения.

Согласно способу дискретизации преобразование цветового пространства включает в себя преобразование из RGB в CyYeMgX-пространство, преобразование из RGB- в YUV-пространство или преобразование из CyYeMgX в YUV-пространство, где X является любым из R (красного цвета), G (зеленого цвета) и B (синего цвета).

Согласно способу дискретизации дискретизация полных изображений выполняется посредством построчного сканирования и построчного считывания или построчного сканирования, но чересстрочного считывания.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Настоящая заявка имеет следующие преимущества.

В настоящей заявке процесс субдискретизации разделяется, по меньшей мере, на два процесса, т.е. вышеуказанный первый процесс комбинирования и дискретизации и второй процесс комбинирования и дискретизации. Первый и второй процессы комбинирования и дискретизации обычно осуществляются между (комбинированием) дискретизацией строк и (комбинированием) дискретизацией столбцов пикселов и главным образом осуществляются для аналоговых сигналов, в которых порядок и операции являются в общем изменяемыми, за исключением наложения зарядов, которое обычно выполняется только в первом процессе комбинирования и дискретизации. Помимо этого дополнительно может быть включен третий процесс комбинирования и дискретизации, который осуществляется, главным образом, для цифровых сигналов после аналого-цифрового преобразования.

В первом процессе комбинирования и дискретизации комбинируются два непосредственно соседних пиксела в пикселной матрице. С одной стороны, осуществляется комбинирование непосредственно соседних пикселов. В данном документе пиксел, полученный после комбинирования, упоминается как первый комбинированный пиксел. Следует понимать, что понятие первого комбинированного пиксела для удобства описания используется для того, чтобы указывать пиксел, полученный после первого процесса комбинирования. Это не имеет намерения указывать, что "первый комбинированный пиксел" физически существует в пикселной матрице. Данные, полученные посредством комбинирования и субдискретизации для двух соседних пикселов, упоминаются как данные дискретизации первого комбинированного пиксела. Термин "непосредственно соседний", используемый в данном документе, означает, что два пиксела примыкают при просмотре из горизонтального, вертикального или диагонального направления без размещения других пикселов между ними. Случаи непосредственно соседних включают в себя два пиксела, находящиеся в идентичной строке, но в различных столбцах или в различных строках, но в идентичном столбце или в различных строках и различных столбцах. Вообще говоря, в этом комбинировании сигнал получается посредством среднего, по меньшей мере, двух сигналов, так что шум уменьшается в N раз. Следовательно, SNR будет увеличено, по меньшей мере, в N раз после комбинирования, и комбинирование может выполняться между пикселами с идентичными или различными цветами. С другой стороны, пикселы, которые должны быть комбинированы, могут иметь различные цвета, т.е. выполняется сложение или вычисление среднего цветов. Как известно из теории трех основных цветов, цвет, сформированный посредством сложения двух основных цветов, является комплементарным с другим основным цветом. Требуется только преобразование цветового пространства для того, чтобы выполнять перенос из основного цветового пространства в дополнительное цветовое пространство. Таким образом, восстановление цветов также может быть выполнено посредством различных дополнительных цветов. Другими словами, комбинирование пикселов с различными цветами может выполняться для того, чтобы улучшать SNR, и восстановление цветов также может быть реализовано согласно настоящей заявке. Общий процесс субдискретизации оптимизируется так, что он удовлетворяет высокоскоростному требованию пикселной матрицы с большим объемом данных. Базовое требование для преобразования цветового пространства состоит в том, что комбинирование цветов после преобразования допускает восстановление требуемых RGB-(либо YUV- или CYMK-) цветов (посредством технологии интерполяции и т.д.).

Следует отметить, что множество пикселов обычно содержатся в пикселной матрице, и только два пиксела комбинируются в первом комбинировании и дискретизации. Очевидно, множество первых комбинированных пикселов получаются посредством комбинирования. Для различных первых комбинированных пикселов могут быть использованы идентичные или различные способы комбинирования. Первый процесс комбинирования упоминается как режим комбинирования по одному цвету, когда он выполняется полностью между пикселами, имеющими один цвет. Первый процесс комбинирования упоминается как режим комбинирования по различным цветам, когда он выполняется полностью между пикселами, имеющими различные цвета. Первый процесс комбинирования упоминается как режим гибридного комбинирования, когда он выполняется частично в пикселах, имеющих один цвет, и частично в пикселах, имеющих различные цвета. Первый процесс комбинирования упоминается как режим избирательного исключения избыточных цветов, когда некоторые пикселы избыточных цветов в пикселной матрице исключаются (безусловно, такое исключение является избирательным и не должно влиять, например, на восстановление цветов).

Очевидно, второй процесс комбинирования является операцией для множества первых комбинированных пикселов. Аналогично, можно комбинировать первые комбинированные пикселы с идентичными или различными цветами (конечно, принудительно все три основных цвета могут складываться, так что восстановление цветов не может выполняться).

Вышеуказанные режимы комбинирования, т.е. комбинирование по одному цвету, комбинирование по различным цветам и гибридное комбинирование, классифицируются на основе цвета. Помимо этого, с точки зрения выбора позиции комбинирования и дискретизации, режимы комбинирования и дискретизации первого и второго процесса комбинирования включают в себя: автоматическое усреднение сигналов, выводимых непосредственно в одну шину, пропуск строк или пропуск столбцов, дискретизация по одному элементу и комбинирование двух или трех из этих режимов. За исключением наложения зарядов, которое выполняется только в первом процессе комбинирования и дискретизации, первый и второй процесс комбинирования являются идентичными и изменяемыми (за исключением их различного порядка).

Режим так называемого автоматического усреднения сигналов, выводимых непосредственно в шину, состоит в том, что сигналы (один цвет или различные цвета), которые должны быть комбинированы, одновременно выводятся в шину сбора данных посредством автоматической балансировки сигналов (напряжения), чтобы достигать среднего значения сигналов, которые должны быть комбинированы. Режим пропуска строк или пропуска столбцов состоит в том, что некоторые строки или столбцы пропускаются так, что (комбинирование и) дискретизация выполняется посредством уменьшенного объема данных. Режим дискретизации по одному элементу состоит в том, что исходные пикселы или первый комбинированный пиксел считываются поочередно без комбинирования. Несколько из этих трех режимов могут использоваться одновременно. Например, режим пропуска строк или пропуска столбцов может быть использован одновременно с режимом автоматического усреднения сигналов, выводимых непосредственно в шину, или режимом дискретизации по одному элементу.

Режим субдискретизации третьего процесса комбинирования и дискретизации включает в себя преобразование цветового пространства, окончательное масштабирование цифровых изображений и последовательное использование двух режимов. Первый и второй процессы комбинирования, главным образом, применяются к аналоговым сигналам, в то время как третий процесс комбинирования, главным образом, применяется к цифровым сигналам, т.е. применяется после аналого-цифрового преобразования. Посредством обработки трех или четырех цветных пикселов в различных пространственных местоположениях в качестве значений для идентичной точки и преобразования значений в другое цветовое пространство данные в горизонтальном и (или) вертикальном направлении должны быть уменьшены, чтобы достигать преимущества субдискретизации. Кроме того, режим масштабирования цифровых изображений является наиболее интуитивным режимом субдискретизации, который обычно используется.

Наложение зарядов реализуется сначала в комбинировании и дискретизации настоящей заявки. Почти вся субдискретизация в предшествующем уровне техники выполняется посредством усреднения сигналов напряжения или тока, при котором SNR может быть увеличено вплоть до N раз, когда комбинируются N точек. Причина состоит в том, что N пикселов, имеющие один цвет, совместно используются посредством выходной линии в существующем комбинировании и дискретизации и тем самым сигналы напряжения или тока каждого пиксела в этой выходной линии должны быть (автоматически) усреднены. Следовательно, улучшение SNR состоит только в том, что шум будет снижаться в N раз после комбинирования, и тем самым SNR будет увеличиваться самое большее в N раз. Тем не менее SNR может быть увеличено в N раз посредством использования способа наложения зарядов настоящей заявки, например посредством сохранения всех связанных зарядов в конденсаторе считывания, с тем чтобы достигать наложения зарядов, так что SNR должно быть улучшено, по меньшей мере, в N раз, что в N раз выше, чем в способе для усреднения сигналов. Другими словами, комбинирование N сигналов посредством способа наложения зарядов позволяет теоретически достигать преимущества усреднения N² или большего числа сигналов (как описано ниже), что является способом, значительно улучшающим SNR.

Другое значительное преимущество, обеспечиваемое в результате наложения смежных (непосредственно соседних) пикселов, состоит в том, что перекрестные помехи между пикселами снижаются. Это обусловлено тем, что все цвета, которые первоначально создают помехи друг другу, теперь могут обоснованно принадлежать комбинированному сигналу. Другими словами, часть сигналов, первоначально принадлежащих шуму, теперь становятся эффективной частью сигналов. Таким образом, улучшение SNR, вызываемое посредством наложения N сигналов, может быть теоретически близким к пределу, т.е. составлять N N раз, тем самым достигая преимущества усреднения N³ сигналов.

Наложение зарядов является режимом комбинирования и дискретизации со значительным преимуществом, в котором пикселы, которые должны быть комбинированы, должны быть пространственно смежными. Причина, по которой такое преимущество не может достигаться посредством предшествующей субдискретизации, состоит в том, что предшествующая субдискретизация выполняется только между пикселами с одним цветом, и пикселы, которые должны быть комбинированы, несмежно отделяются посредством других пикселов. Относительно просто реализовывать наложение зарядов для многослойного фоточувствительного устройства, поскольку его цветовые шаблоны являются очень насыщенными. Тем не менее также просто достигать наложения зарядов в однослойном фоточувствительном устройстве при условии, что выполняется способ преобразования цветового пространства настоящей заявки.

В ходе дискретизации полных изображений (т.е. дискретизации одного изображения в наибольшем разрешении) в настоящей заявке используется режим построчного сканирования и чересстрочного считывания, и тем самым частота кадров при считывании полных изображений изображения для большой матрицы удваивается в ходе съемки одной фотографии без увеличения тактовой частоты и использования буфера кадров. Если добавляются аналого-цифровой преобразователь и буфер столбцов, то частота кадров при считывании полных изображений будет значительно повышена. Способ является важным для исключения механических затворов.

Следует отметить, что режим построчного сканирования и чересстрочного считывания в настоящей заявке отличается от способа чересстрочного сканирования в традиционной телевизионной системе. Традиционный способ чересстрочного сканирования является чересстрочным сканированием и чересстрочным считыванием. Следовательно, время (неважно, время считывания или время восприятия) между четными и нечетными полями представляет разность в одно поле, т.е. разность в половину кадра. Тем не менее временная последовательность считывания пикселов в режиме построчного сканирования и чересстрочного считывания настоящей заявки является идентичной временной последовательности считывания в способе построчного сканирования и построчного считывания, за исключением того, что последовательность считывания строки изменяется.

Новое фоточувствительное устройство и его способ субдискретизации с большим возможностями и более широкой применимостью согласно вариантам осуществления настоящей заявки поясняются посредством примерных вариантов осуществления. Предпочтительные способы реализации являются только примерами для демонстрации его реализаций и преимуществ согласно настоящей заявке, но никоим образом не для того, чтобы ограничивать объем заявки.

Для специалистов в данной области техники вышеуказанные и другие цели, а также преимущества настоящей заявки должны становиться очевидными из последующего описания и множества иллюстраций предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, как показано ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует схему считывания (дискретизации) для пассивного CMOS-пиксела.

Фиг. 2 иллюстрирует схему считывания (дискретизации) для активного CMOS-пиксела 3T.

Фиг. 3 иллюстрирует схему считывания (дискретизации) для активного CMOS-пиксела 4T.

Фиг. 4(a) и 4(b) иллюстрируют взаимосвязь между схемой считывания (дискретизации) и схемой выбора адреса столбца для активных и пассивных CMOS-пикселов, соответственно.

Фиг. 5 является структурной принципиальной схемой схемы считывания (дискретизации), соединенной со схемой выбора строк и схемой выбора столбцов для CMOS-пиксела.

Фиг. 6 иллюстрирует типичную принципиальную схему схемы считывания (дискретизации), имеющей буферы столбцов для практического CMOS-пиксела.

Фиг. 7 иллюстрирует сравнение между способом считывания CCD-пиксела (см. фиг. 7(a)) и способом считывания CMOS-пиксела (см. фиг. 7(b)), в котором CCD-пикселы в вертикальном направлении сканируются один за другим, как показано на фиг. 7(a).

Фиг. 8 иллюстрирует основные принципы в патенте (США) номер 7091466B2, в котором средние значения комбинированных пикселов получаются посредством одновременного открытия переключателей идентичных пикселов, которые должны быть комбинированы, одновременного вывода связанных сигналов в шину дискретизации, чтобы получать баланс.

Фиг. 9 иллюстрирует основные принципы в патенте (США) номер 7319218B2, в котором средние значения комбинирования пикселов получаются посредством одновременного открытия переключателя идентичных пикселов, которые должны быть комбинированы, одновременного вывода связанных сигналов в шину дискретизации, чтобы получать баланс. Основной принцип этого патента является аналогичным основному принципу патента (США) номер 7091466B2, за исключением только различных приспосабливаемых схем.

Фиг. 10 показывает основные идеи существующей технологии комбинирования по одному цвету пикселов, т.е. комбинируются пикселы смежных макропикселов, считывающих один цвет (в способе усреднения сигналов). Фиг. 10(a) является принципиальной схемой комбинирования строк, тогда как фиг. 10(b) является принципиальной схемой одновременного комбинирования строк и столбцов.

Фиг. 11 иллюстрирует используемую в данный момент считывающую схему для активного фоточувствительного пиксела 4T, совместно используемого посредством 4 точек, при этом в среднем 1,75 затвора используются для каждого пиксела.

Фиг. 12 иллюстрирует считывающую схему для активного фоточувствительного пиксела 4T, совместно используемого посредством 6 точек, при этом в среднем только 1,5 затвора используются для каждого пиксела. Эта считывающая схема является подходящей для двустороннего двухслойного фоточувствительного устройства, в котором пикселы размещаются в гексагональном шаблоне (см. заявку на патент (Китай) номер 2008102172702, называемую "Multi-spectrum Photosensitive Devices and Methods for manufacturing the Same"), т.е. фоточувствительные диоды как в верхних, так и в нижних слоях всех трех составных пикселов в макропикселе могут совместно использовать идентичный считывающий конденсатор (FD) и идентичную считывающую схему 3T.

Фиг. 13 иллюстрирует считывающую схему для