專利名稱：放大型固體攝象裝置及使用它的攝象系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及放大型固體攝象裝置及使用它的攝象系統(tǒng)。
背景技術：
由各被稱作AMI(Amplified MOS lmager)的放大型MOS圖象傳感器構成的具有多個象素的固體攝象裝置，已廣為人知。各象素具有將入射光變換成電荷的光電二極管，和旨在供給與該變換所產(chǎn)生的電荷量成正比的信號電壓的源極跟隨晶體管。
依據(jù)某個現(xiàn)有技術，通過將MOS圖象傳感器的攝象區(qū)域分割成多個區(qū)塊，并只反復掃描被選擇的至少一個區(qū)塊中的象素，從而實現(xiàn)高幀頻(參閱專利文獻1)[專利文獻]特開平4-277986號公告在數(shù)碼相機、數(shù)碼攝象機等攝象系統(tǒng)中，對高清晰圖象的高速連拍及動畫攝象的要求，越來越高。
在使用放大型攝象裝置的攝象系統(tǒng)中，為了高速拍攝象素甚多的圖象，只要將攝象區(qū)域分割成多個區(qū)塊，并相應這些區(qū)塊設置多個輸出放大器即可。然而，在這種并列輸出形式的放大型固體攝象裝置中，輸出放大器的特性離差是不可避免的，所以需要校正放大器輸出中的灰度(階梯)電平的離差。而且還是非線性的電平校正。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，就是要提供能獲得適合于電平校正的放大器輸出的并列輸出形式的放大型固體攝象裝置，和使用它的攝象系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明在并列輸出式的放大型固體攝象裝置中，在通常模式下，將多個象素中的不同象素的信號電壓，供給多個輸出放大器的每一個，而在校正模式下，則將多個象素中同一個象素的信號電壓，供給多個輸出放大器的每一個。從而不僅能在通常模式下進行高速攝象，而且還能在校正模式下，從不同的輸出放大器輸出來自同一個象素的同一個信號電壓，對放大器輸出進行電平校正。


圖1是本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置結構的方框圖。
圖2是表示圖1中的一個象素的詳細結構的電路圖。
圖3是表示圖1中的一個存儲單元的詳細結構的電路圖。
圖4是表示使用圖1的放大型固體攝象裝置的攝象系數(shù)結構的示例方框圖。
圖5是表示圖4中的電平校正電路的詳細結構的方框圖。
圖6是表示圖5的電平校正電路中生成的累積直方圖示例的說明圖。
圖7是表示本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的另一結構示例的方框圖。
圖8是表示本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的又一結構示例的方框圖。
圖9是表示本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的再一結構示例的方框圖。
圖10是表示使用圖7～圖9中某一個放大型固體攝象裝置的攝象系統(tǒng)的結構示例的方框圖。
圖中1，1a，1b，1c-放大型固體攝象裝置；2a，2b-A/D變換器；3-電平校正電路；4-處理電路；5-合成電路；10，10a，10b-攝象區(qū)域；11-象素；12-垂直信號線；15-垂直選擇電路；20，20a-行存儲器；21-存儲單元；22，23-水平信號線；24，25，26-開關；28-水平選擇電路；30a，30b-輸出放大器；41-光電二極管(光電變換元件)；42-源極跟隨晶體管(放大器)；43-選擇晶體管；44-復位晶體管；50-干擾減少部；51-存儲器用電容器；52-選擇晶體管；53-電容器；54-鉗位晶體管；61-累積直方圖生成部；62-灰度變換表生成部；63-灰度變換部。
具體實施例方式
下面，利用附圖，對本發(fā)明的實施方式進行闡述。
圖1是本發(fā)明涉及的放大器固體攝象裝置的結構示例。在圖1的放大型固體攝象裝置1所具有的攝象區(qū)域10中，由各個被稱作AMI(Amplified MOS Imager)的放大型MOS圖象傳感器構成的多個象素(PIX)11，被排列成二維的行列狀。為便于闡述，本文將象素11的數(shù)量定為2×6。
該放大型固體攝象裝置1，還包括6根垂直信號線12；垂直選擇電路15；具有6個存儲單元(MC)21的行存儲器20；第1及第2水平信號線22、23；開關24；水平選擇電路28；第1及第2輸出放大器30a、30b。垂直選擇電路15，選擇屬于水平1行的各象素，以便將12個象素11中屬于水平1行的6個象素的信號電壓，分別供給6根垂直信號線12上。RT是復位信號，RS是行選擇信號。6根垂直信號線12，將屬于各對應列的象素11的信號電壓，傳遞給行存儲器20。構成行存儲器20的6個存儲單元21，暫時存儲向6根垂直信號線12中對應的垂直信號線上供給的信號電壓。CL是鉗位脈沖。第1水平信號線22是傳遞應該向第1輸出放大器30a供給的信號電壓的信號線，與行存儲 20中從左數(shù)起的第奇數(shù)個存儲單元21連接。第2水平信號線23，傳遞應該向第2輸出放大器30b供給的信號電壓，與行存儲器20中第偶數(shù)個存儲單元21連接。就是說，分別從6根垂直信號線12中互相鄰接的垂直信號線接受信號電壓的存儲單元21，與互不相同的水平信號線22、23連接。水平選擇電路28，旨在從被行存儲器20暫時存儲的信號電壓中，選擇應該向第1及第2水平信號線22、23的每一個供給的信號電壓。開關24在校正模式下，將第1及第2水平信號線22、23互相連接。CS是列選擇信號，SW是開關控制信號，Va是第1輸出放大器30a的輸出電壓，Vb是第2輸出放大器30b的輸出電壓。
圖1中的攝象區(qū)域10，被分割成由奇數(shù)的3列構成的第1區(qū)塊(以下稱作“區(qū)塊A”)和由偶數(shù)的3列構成的第2區(qū)塊(以下稱作“區(qū)塊B”)。第1水平信號線22及第1輸出放大器30a是區(qū)塊A用，第2水平信號線23及第2輸出放大器30b是區(qū)塊B用。
圖2示出圖1中的一個象素11的詳細結構。在圖2中，41是光電二極管，42是源極跟隨晶體管，43是選擇晶體管，44是復位晶體管。光電二極管41是將入射光變換成電荷的光電變換元件。源極跟隨晶體管42是將與光電變換所產(chǎn)生的電荷的量對應的信號電壓供給垂直信號線的放大器。選擇晶體管43和復位晶體管44分別從垂直電路15中接受選擇信號RS和復位信號RT。
圖3示出圖1中的一個存儲單元21的詳細結構。在圖3中，50是干擾減少部，51是存儲器用電容器，52是選擇晶體管。干擾減少部50具有電容器53和鉗位晶體管54。存儲器用電容器51，通過電容器53與垂直信號線12連接。選擇晶體管52從水平選擇電路28接受列選擇信號CS，鉗位晶體管54從垂直選擇電路15接受鉗位脈沖CL。在干擾減少部50中，選擇并輸出圖象11中的復位信號RT剛發(fā)出之后的信號電壓(黑電平)，同時使鉗位晶體管54成為ON狀態(tài)，將黑電平被鉗位到電源電壓。從而抑制象素11中因源極跟隨晶體管42的離差所造成的黑電平變動。另外，電荷在象素11中的光電二極管41中積蓄后，源極跟隨晶體管42的柵極電壓就會下降。
采用圖1的結構后，屬于水平1行的6個象素11就同時被垂直選擇電路15選擇。結果就能將這些象素11的信號電壓分別供給到6根垂直信號線12上。行存儲器20，分別暫時存儲6根垂直信號線12上的信號電壓。曝光時間是從光電二級管41被復位的時刻起，到象素11被垂直選擇電路15選擇，信號電壓被行存儲器20存儲的時刻為止。就是說，屬于1行的各象素11的曝光時間均為相同的時間。
在通常模式中，開關24被打開，水平選擇電路28依次選擇被行存儲器20暫時存儲的各象素11的信號電壓。這時，行存儲器20中從左邊數(shù)起，例如第1和第2的存儲單元21被同時選擇的結果，在水平方向上相互鄰接的2個象素11的信號電壓就被分別供給第1及第2輸出放大器30a、30b，由這些輸出放大器30a、30b可并列獲得輸出電壓Va、Vb。而在校正模式中，開關24關閉，同一象素的信號電壓被供給第1及第2輸出放大器30a、30b的每一個。這時的輸出電壓Va、Vb表示兩輸出放大器30a、30b的特性離差。另外，攝象區(qū)域10中的12個象素11的任何一個都能供給校正用的信號電壓。
圖4是使用圖1的放大型固體攝象裝置1的攝象系統(tǒng)的結構示例。在圖4中、2a及2b是第1及第2A/D變換器，3是電平校正電路，4是處理電路。第1A/D變換器2a，將第1輸出放大器30a的輸出電壓Va變換成第1灰度數(shù)據(jù)(數(shù)碼值)Da。第2A/D變換器2b，將第2輸出放大器30b的輸出電壓Vb變換成第2灰度數(shù)據(jù)Db。電平校正電路3，利用校正模式中兩灰度數(shù)據(jù)Da、Db，校正兩輸出電壓Va、Vb中的灰度電平的偏差。處理電路4，利用校正過的灰度數(shù)據(jù)Xa、Xb，生成表示亮度信號及色度信號的圖象數(shù)據(jù)X，其中內置有處理用的存儲器。在通常模式中，水平方向互相鄰接的2個象素11的輸出，能同時從放大型固體攝象裝置1獲得，所以對這2個象素輸出進行加法平均等處理電路4的結構可以簡化。
圖5示出圖4中的電平校正電路3的詳細結構。在圖5中，61是累積直方圖生成部，62是灰度變換表生成部，63是灰度變換部。累積直方圖生成部61，利用校正模式中的第1及第2灰度數(shù)據(jù)Da、Db，按照攝象區(qū)域10的各個區(qū)塊生成有關各灰度的象素數(shù)的累積直方圖?；叶茸儞Q表生成部62，生成表示校正對象區(qū)塊涉及的校正前后灰度的對應關系的表，以便減少累積直方圖生成部61生成的各區(qū)域的累積直方圖的差異。在這里，將第1灰度數(shù)據(jù)Da涉及的區(qū)塊A作為校正對象區(qū)塊加以闡述?；叶茸儞Q部63，使用灰度變換表生成部62生成的表，按不同的灰度，對通常模式中的校正對象區(qū)塊的灰度數(shù)據(jù)Da進行非線性校正。Xa是校正后的灰度數(shù)據(jù)。
圖6是圖5的電平校正電路3中生成的累積直方圖的示例。所謂累積直方圖，是從低亮度起，累積各灰度的象素后編制而成的圖形，具有單調增加的特征。灰度電平例如是256級。圖6中的區(qū)塊A及B的累積直方圖曲線，示出了因輸出放大器30a、30b的特性離差所造成的若干差異。因此，生成表示涉及區(qū)塊A校正前后灰度對應關系的灰度變換表，以便使校正對象的區(qū)塊A的曲線與基準區(qū)塊B的曲線一致。通過利用該表，可實現(xiàn)非線性校正。
圖7示出本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的另一結構示例。圖7的放大型固體攝象裝置1a的攝象區(qū)域，被分作左區(qū)域(區(qū)塊A)10a和右區(qū)域(區(qū)塊B)10b兩部分。第1水平信號線22與暫時存儲各區(qū)塊A互相鄰接的3根垂直信號線上12的信號電壓的3個存儲單元21共同連接。第2水平信號線23則與暫時存儲各區(qū)塊B的互相鄰接的3根垂直信號線12上的電壓信號的3個存儲單元21共同連接。就是說，第1及第2水平信號線22、23中與某個水平信號線共同連接的存儲單元21，分別從互相鄰接的垂直信號線12接受信號電壓。并且，在攝象區(qū)域10a、10b和行存儲器20之間，還設置著開關25。該開關25，在通常模式中，將區(qū)塊B用的3根垂直信號線12中左端的垂直信號線上的信號電壓，導入與之對應的區(qū)塊B用的3個存儲單元21中左端的存儲單元，同時在校正模式中，將區(qū)塊A用的3根垂直信號線12中右端的垂直信號線上的信號電壓，導入該存儲單元。就是說，在校正模式中，區(qū)塊A中同一象素的信號電壓，同時被2個存儲單元21暫時存儲。
采用圖7的結構后，在通常模式中，開關25被切換到區(qū)塊B側，行存儲器20暫時存儲的各象素11的信號電壓，被水平選擇電路28依次選擇。這時，假如行存儲器20中從左數(shù)起的第1和第4個存儲單元21被同時選擇，其結果使在水平方向上相互分離的2個象素11的信號電壓，被分別供給第1及第2輸出放大器30a、30b，從這些輸出放大器30a、30b可以并列獲得輸出電壓Va、Vb。而在校正模式中，開關25被切換到區(qū)塊A側，屬于區(qū)塊A的右側的同一象素的信號電壓供給第1及第2輸出放大器30a、30b的每一個。這時的輸出電壓Va、Vb，表示輸出放大器30a、30b的特性離差。
圖8示出本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的又一結構示例。攝象區(qū)域的分割狀態(tài)與圖7相同。在圖8的放大型固體攝象裝置1b中，行存儲器20a具有7個存儲單元21。其中的1個存儲單元21是附加單元，能以與其它6個存儲單元21相同的時刻暫時存儲區(qū)塊A用的3根垂直信號線12中的右端垂直信號線上的信號電壓，而且還將該暫時存儲的信號電壓，供給區(qū)塊B用的第2水平信號線23。
采用圖8的結構后，在通常模式中，行存儲器20a中的6個存儲單元21，依次兩個兩個地被水平選擇電路28選擇。而在校正模式中，區(qū)塊A用的3個存儲單元21中右端的存儲單元和附加單元被同時選擇，屬于區(qū)塊A右端之列的同一象素的信號電壓被供給第1及第2輸出放大器30a、30b的每一個。這時的輸出電壓Va、Vb，表示兩輸出放大器30a、30b的特性離差。另外即使在校正模式，也能按照和通常模式相同的順序，在輸出電壓Va及Vb后，還能輸出對應暫時存儲在附加單元中的信號電壓的電壓Vb。因此，可以在任何時刻都能適應由溫度變化等引起的放大器特性的隨時間的變化。
圖9示出本發(fā)明涉及的放大型固體攝象裝置的再一結構示例。攝象區(qū)域的的分割樣態(tài)和圖7及圖8一樣。圖9的放大型固體攝象裝置1c，具有在校正模式中將第1及第2水平信號線22、23互相連接的開關26。
在通常模式中，開關26打開，行存儲器20a中的6個存儲單元21依次兩個兩個地被水平選擇電路28選擇。而在校正模式中，開關26閉合，同一象素的信號電壓被供給第1及第2放大器30a、30b的每一個。這時的輸出電壓Va、Vb，表示兩輸出放大器30a、30b的特性離差。另外，攝象區(qū)域10a、10b中的12個象素11的任何一個都能供給校正的信號電壓。
圖10是使用圖7～圖9中的某一個放大器固體攝象裝置1a、1b、1c攝象系統(tǒng)的結構示例。圖10中的處理電路4，使用校正后的灰度數(shù)據(jù)Xa、Xb，生成表示亮度信號及色度信號的各區(qū)塊的圖象數(shù)據(jù)Ya、Yb，其中內置有各區(qū)塊的處理用存儲器。合成電路5，通過合成各區(qū)塊的圖象數(shù)據(jù)Ya、Yb，從而生成1幅圖象涉及的數(shù)據(jù)Y。其他結構都和圖4一樣。
另外，在所述放大型固體攝象裝置1、1a、1b、1c的每一個中，攝象區(qū)域10、10a、10b的分割數(shù)目也可以是3以上。
綜上所述，采用本發(fā)明后，在并列輸出形式的放大型固體攝象裝置中，由于是在通常模式下，將多個象素中不同象素的信號電壓，供給多個輸出放大器的每一個，而在校正模式下，將多個象素中的同一象素的信號電壓，供給多個輸出放大器的每一個，所以能實現(xiàn)高速攝象，而且還能得到適合于電平校正的放大器輸出。
權利要求
1.一種放大型固體攝象裝置，是具有多個具有將各入射光變換成電荷的光電變換元件、和供給與該變換所產(chǎn)生的電荷量對應的信號電壓的放大器的象素的放大型固體攝象裝置，其特征在于將所述多個象素組成的攝象區(qū)域分割成多個區(qū)塊，還包括相應所述多個區(qū)塊設置的多個輸出放大器；和在通常模式中將所述多個象素中不同象素的信號電壓供給所述多個輸出放大器的每一個，而在校正模式中，將所述多個象素中同一象素的信號電壓供給所述多個輸出放大器的每一個的信號電壓供給裝置。
2.如權利要求1所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于所述多個象素，由各個放大型MOS圖象傳感器構成。
3.如權利要求1所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于所述多個象素，排列成2維的行列狀，所述信號電壓供給裝置包括旨在傳遞各個所述多個象素中屬于對應列的象素的信號電壓的多個垂直信號線；旨在選擇屬于所述水平1行的各象素，以便將所述多個象素中屬于水平1行的各象素的信號電壓分別供給到所述多個垂直信號線上的垂直選擇電路；具有旨在暫時存儲向各個多個垂直信號線中對應的垂直信號線上所供給的信號電壓的多個存儲單元的行存儲器；旨在傳遞應該供給各個所述多個輸出放大器中對應的輸出放大器的信號電壓的多個水平信號線；以及旨在從被所述行存儲器暫時存儲的信號電壓中選擇應該供給各個所述多個水平信號線的信號電壓的水平選擇電路。
4.如權利要求3所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于分別從所述多個垂直信號線中互相鄰接的垂直信號線接受信號電壓的存儲單元，與互不相同的水平信號線連接，所述信號電壓供給裝置，還具有在所述校正模式中，可將所述多個水平信號線互相連接的開關。
5.如權利要求3所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于與所述多個水平信號線中的某個水平信號線共同連接的存儲單元，分別從互相鄰接的垂直信號線中接受信號電壓，所述信號電壓供給裝置還具有在所述校正模式中將所述多個區(qū)塊中的某個區(qū)塊用的特定的垂直信號線上的信號電壓，導入所述多個存儲單元中其它區(qū)塊用的特定的存儲單元的開關。
6.如權利要求3所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于與所述多個水平信號線中的某根水平信號線共同連接的存儲單元，分別從互相鄰接的垂直信號線接受信號電壓，所述行存儲器還具有暫時存儲所述多個區(qū)塊中的某個區(qū)塊用的特定的垂直信號線上的信號電壓，而且將該暫時存儲的信號電壓，供給所述多個水平信號線中其它區(qū)塊用的特定的信號線的附加單元。
7.如權利要求3所述的放大型固體攝象裝置，其特征在于與所述多個水平信號線中的某個水平信號線共同連接的存儲單元，分別從互相鄰接的垂直信號線接受信號電壓，所述信號電壓供給裝置，還具有在所述校正模式時能將所述多個水平信號線互相連接的開關。
8.一種攝象系統(tǒng)，是具有權利要求1～7中任一項所述的放大型固體攝象裝置和旨在校正所述多個輸出放大器的輸出中的灰度電平的離差的電平校正電路的攝象系統(tǒng)，其特征在于所述電平校正電路具有利用基于在所述校正模式下的所述多個輸出放大器的每個輸出的灰度數(shù)據(jù)，按照各區(qū)塊生成有關各灰度的象素數(shù)的累積直方圖的累積直方圖生成部；生成表示所述多個區(qū)塊中的校正對象區(qū)塊的校正前后的灰度對應關系的表，以便減少由所述累積直方圖生成部生成的各區(qū)塊的累積直方圖的差異的灰度變換表生成部；以及利用所述生成的表，對所述多個輸出放大器輸出中與所述校正對象區(qū)塊有關的輸出，按各灰度進行非線性校正的灰度變換部。
全文摘要
一種放大型固體攝象裝置，將由各放大型MOS圖象傳感器構成的多個象素(11)排列成2維后形成的攝象區(qū)域(10)，分割成由奇數(shù)的象素列構成的區(qū)塊(A)和由偶數(shù)的象素列構成的區(qū)塊(B)，并設置區(qū)塊(A)用的水平信號線(22)及輸出放大器(30a)和區(qū)塊(B)用的水平信號線(23)及輸出放大器(30b)。各垂直信號線(12)上的信號電壓被行存儲器(20)暫時存儲。在通常模式中，由行存儲器(20)向兩輸出放大器(30a、30b)供給水平方向互相鄰接的2個象素(11)的信號電壓。在校正模式中，開關(24)閉合使兩水平信號線(22、23)互相連接，從而將同一象素的信號電壓供給兩輸出放大器(30a、30b)。
文檔編號H04N5/374GK1499833SQ200310113828
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權日2002年10月31日
發(fā)明者豬熊一行, 藤井俊哉, 哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社