Твердотельное устройство захвата изображения
Изобретение относится к твердотельному устройству захвата изображения (ТУЗИ) для использования в сканере, видеокамере, цифровом фотоаппарате и т.п. ТУЗИ содержит совокупность пиксельных модулей, каждый из которых включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, сигнальную линию, в которую считываются электрические сигналы из упомянутого множества пиксельных элементов, первый конденсаторный элемент, первый электрод которого подсоединен к сигнальной линии, усилитель, входной вывод которого подсоединен ко второму электроду первого конденсаторного элемента, и второй конденсаторный элемент, подсоединенный между входным выводом и выходным выводом усилителя. При этом значение емкости первого конденсаторного элемента меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения, что позволяет делать коэффициент усиления усилителя меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к твердотельному устройству захвата изображения, более конкретно - к твердотельному устройству захвата изображения, используемому в сканере, видеокамере, цифровом фотоаппарате или т.п.
Предшествующий уровень техники
За прошедшие годы стали доступными устройства ввода изображения, такие как цифровой фотоаппарат, видеокамера и устройство считывания изображения. Являющийся устройством с зарядовой связью (CCD) считыватель изображения или твердотельное устройство захвата изображения, называемое не-CCD считывателем изображения, такое как считыватель изображения на основе биполярных транзисторов, считыватель изображения на основе полевых транзисторов (FET) или считыватель изображения на основе комплементарных металло-оксидных полупроводников (CMOS), предусмотрен в устройстве ввода изображения. Твердотельное устройство захвата изображения преобразует оптическую информацию изображения в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы подвергаются различным типам обработки сигналов и отображаются на дисплее или записываются на запоминающий носитель.
Современными твердотельными устройствами захвата изображения, которые используют усиливающий считыватель на основе структуры "металл-оксид-полупроводник" (MOS), в общем поддерживается прогрессивное сканирование, при котором сканируется каждая строка или ряд пикселей в последовательном порядке. Для поддержки современных стандартов телевидения, таких как NTSC или PAL, предложены средства для сложения сигналов пикселей в вертикальном направлении в устройстве захвата изображения. Для твердотельного устройства захвата изображения с высоким разрешением предложены средства для сложения сигналов пикселей в вертикальном направлении и горизонтальном направлении в твердотельном устройстве захвата изображения для считывания, с высокой скоростью сигналов изображения с относительно низким разрешением в электронный видоискатель, малый экран для мониторинга или т.п.
Схема CMOS-считывателя, имеющая средства сложения, раскрыта в выложенной японской патентной заявке №2003-018469.
Однако для твердотельного устройства захвата изображения, раскрытого в вышеуказанном патентном документе, характерно, что если подлежащее сложению количество пикселей увеличивается, величина заряда, накопленного в памяти 16, возрастает, что, таким образом, приводит к увеличению выходного напряжения. Это обуславливает проблему, заключающуюся в различии в выходном диапазоне между временем сложения и временем несложения. Модуль арифметических операций, предусмотренный за пределами твердотельного устройства захвата изображения, выполняет коррекцию так, чтобы выходной диапазон амплитуды во время несложения и выходной диапазон амплитуды во время сложения совпадали между собой.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставление твердотельного устройства захвата изображения, которое поддерживает один и тот же выходной диапазон во время сложения множества сигналов пикселей и во время несложения сигналов пикселей и поддерживает один и тот же динамический диапазон в обоих случаях.
Согласно настоящему изобретению предоставляется твердотельное устройство захвата изображения, содержащее пиксельный модуль, имеющий множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых преобразует падающий свет в электрический сигнал и выдает этот электрический сигнал, сигнальную линию, в которую обобщенно подаются электрические сигналы, выдаваемые из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, усилитель, входной ввод которого подсоединен к сигнальной линии через первый конденсаторный элемент, и второй конденсаторный элемент, подсоединенный между входным вводом и выходным вводом усилителя, при этом выполняются режим сложения, соответствующий сложению электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, и режим несложения, соответствующий несложению электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, и значение емкости первого конденсаторного элемента меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения, и коэффициент усиления усилителя делается меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения.
Оказывается возможным поддерживать одинаковый выходной диапазон во время сложения множества сигналов пикселей и во время несложения сигналов пикселей и поддерживать одинаковый динамический диапазон в обоих случаях. Это устраняет необходимость в обеспечении модуля арифметических операций за пределами твердотельного устройства захвата изображения для поддержания выходного диапазона амплитуды во время сложения и выходного диапазона амплитуды во время несложения совпадающими друг с другом и, таким образом, делает возможным уменьшение нагрузки на внешнюю систему.
Соответствующее настоящему изобретению твердотельное устройство захвата изображения позволяет делать динамический диапазон на время сложения таким же, как динамический диапазон на время несложения, с более высокой точностью.
Дополнительные признаки настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Перечень фигур чертежей
Фиг.1 - схема твердотельного устройства захвата изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - диаграмма, показывающая временные характеристики во время несложения согласно первому варианту осуществления.
Фиг.3 - диаграмма, показывающая временные характеристики во время сложения согласно первому варианту осуществления.
Фиг.4 - схема твердотельного устройства захвата изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - диаграмма, показывающая временные характеристики во время сложения согласно второму варианту осуществления.
Фиг.6 - схема твердотельного устройства захвата изображения согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - диаграмма, показывающая временные характеристики во время сложения согласно третьему варианту осуществления.
Фиг.8 - схема твердотельного устройства захвата изображения согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления
Далее приводится конкретное описание вариантов осуществления настоящего изобретения.
Первый вариант осуществления
Ниже описывается твердотельное устройство захвата изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления соответствует случаю вертикального двухпиксельного суммирования.
Фиг.1 иллюстрирует эквивалентную схему твердотельного устройства захвата изображения согласно первому варианту осуществления и показывает часть, ассоциированную с 2×1 пикселями из организованных в двумерную матрицу пикселей. Пиксельный модуль имеет фотодиод 101, который представляет собой элемент фотоэлектрического преобразования, усиливающий полевой MOS-транзистор (MOSFET) 105, который усиливает сигнал, соответствующий электрическому заряду, сформированному посредством фотоэлектрического преобразования на фотодиоде 101, и переключатель 102, который переносит заряд, сформированный на фотодиоде 101, на электрод затвора усиливающего MOSFET 105. Пиксельный модуль также имеет переключатель 103 переустановки, который переустанавливает электрод затвора усиливающего MOSFET 105 на заранее определенное напряжение, и переключатель 104 выбора строки, который контролирует электрическую связность между электродом истока усиливающего MOSFET 105 и выходной вертикальной линией 106, которая представляет собой сигнальную линию. Строка выбирается посредством схемы 119 вертикального сканирования.
Ссылочные номера 107a и 107b обозначают конденсаторы фиксированного уровня со значением емкости С0. В этом варианте осуществления два конденсатора фиксированного уровня с одинаковым значением емкости предусмотрены для каждой выходной вертикальной линии 106. Ссылочный номер 108 обозначает переключатель между конденсаторами фиксированного уровня. Ссылочный номер 109 обозначает операционный усилитель; 110a и 110b - конденсаторы обратной связи со значением емкости Cf; и 111a и 111b - переключатели для подсоединения или отсоединения конденсаторов 110a и 110b. Конденсаторы 107a и 107b фиксированного уровня и переключатель 108 между конденсаторами фиксированного уровня образуют конденсаторный элемент фиксированного уровня, служащий в качестве первого конденсаторного элемента. В каждом из конденсаторов фиксированного уровня, образующих конденсаторный элемент фиксированного уровня, первый электрод подсоединен к выходной вертикальной линии 106, а второй электрод подсоединен к инвертированному входному вводу усилителя 109. Конденсаторы 110a и 110b обратной связи и переключатели 111a и 111b образуют конденсаторный элемент обратной связи, служащий в качестве второго конденсаторного элемента. Второй конденсаторный элемент подсоединен между инвертированным входным вводом и выходным вводом усилителя 109. Отношение емкостей между конденсаторным элементом фиксированного уровня и конденсаторным элементом обратной связи можно менять посредством включения или выключения каждого из переключателя 108 между конденсаторами фиксированного уровня, переключателя 111a и переключателя 111b, и тем самым изменить показатель усиления усилителя 109. Показатель G усиления усилителя 109 представлен соотношением G=c0/cF, где cF - значение емкости конденсаторного элемента обратной связи, а c0 - значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня. Ссылочный номер 112 обозначает переключатель фиксированного уровня.
Ссылочный номер 114 обозначает конденсатор-держатель отсчетов, а 113 - переключатель SH-переноса. Включение переключателя 113 приводит к тому, что сигнал, усиленный усилителем 109, удерживается в конденсаторе 114. Ссылочный номер 115 обозначает переключатель горизонтального переноса. Когда переключатель 115 столбца, выделенного схемой 116 горизонтального сканирования, включен, сигнал пикселя переносится в выходную горизонтальную линию 117 и выводится вовне через выходной усилитель 118 с единичным усилением.
Далее поясняются способ считывания в режиме несложения и способ считывания в режиме сложения. Предположим, что каждый из конденсаторов 107a и 107b имеет значение емкости, равное C0, и что каждый из конденсаторов 110a и 110b имеет значение емкости, равное Cf.
Фиг.2 показывает временные характеристики в режиме несложения. В режиме несложения используются два конденсатора, конденсаторы 107a и 107b фиксированного уровня. Предположим, что перед операцией считывания истекло заранее определенное время экспонирования и что фотоноситель накоплен в каждом из фотодиодов 101. Сигналы pvadd1, pvadd2 и pgain всегда имеют высокий уровень во время функционирования в режиме несложения, и показатель усиления усилителя установлен в C0/Cf. Поскольку сигнал pgain имеет высокий уровень, переключатель 108 включен и два конденсатора 107a и 107b фиксированного уровня подсоединены в параллель. Значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня в этот момент равно 2 × С0. Поскольку сигналы pvadd1 и pvadd2 имеют высокий уровень, два конденсатора 110a и 110b подсоединены в параллель. Значение емкости конденсаторного элемента обратной связи в этот момент равно 2×Cf. Способ установки показателя усиления усилителя 109 равным C0/Cf не ограничивается вышеописанным способом. Это может быть достигнуто, когда значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня, служащего в качестве первого конденсаторного элемента, и значение емкости конденсаторного элемента обратной связи, служащего в качестве второго конденсаторного элемента, равны друг другу. Например, упомянутая установка также может быть реализована посредством того, чтобы всегда поддерживать сигнал pgain на низком уровне, всегда поддерживать любой один из сигналов pvadd1 и pvadd2 на низком уровне, а другой - на высоком уровне.
Во-первых, сигнал res1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования переустанавливает электрод затвора усиливающего MOSFET 105 пикселя Pixl. Сигнал sel1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pixl. Импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню, и сигнал в фотодиоде 101 пикселя Pixl переносится на электрод затвора усиливающего MOSFET 105. Сигнал пикселя, из которого удален шум, обусловленный усиливающим MOSFET 105, вводится в усилитель 109. Приведение сигнала pts к высокому уровню предписывает конденсатору удерживать сигнал пикселя Pixl. Затем сигнал столбца, выделенного посредством приведения сигнала h1 от схемы 116 горизонтального сканирования к высокому уровню, переносится в выходную горизонтальную линию 117 и выводится из выходного усилителя 118.
Фиг.3 показывает временные характеристики во время вертикального двухпиксельного сложения. Только один конденсатор фиксированного уровня, конденсатор 107а фиксированного уровня в данном случае, используется во время двухпиксельного сложения. Предположим, что перед операцией считывания истекло заранее определенное время экспонирования и фотоноситель накоплен в каждом из фотодиодов 101. Поскольку сигнал pgain всегда на низком уровне во время функционирования в режиме сложения, переключатель 108 выключен и подсоединен только один из конденсаторов фиксированного уровня, а именно конденсатор 107а фиксированного уровня. Значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня равно С0. Показатель усиления усилителя 109 в это время становится равным (1/2)×(С0/Cf). Поскольку сигналы pvadd1 и pvadd2 имеют высокий уровень, два конденсатора 110а и 100b обратной связи подсоединены в параллель. Значение емкости конденсаторного элемента обратной связи равно 2×Cf.
Во-первых, сигнал res1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования переустанавливает затвор усиливающего MOSFET 105 пикселя Pix1, и сигнал res2 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования переустанавливает затвор усиливающего MOSFET 105 пикселя Pix2. Сигнал sel1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pix1. Импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню, и шум в пикселе фиксируется. Импульс сигнала tx1 приводится к высокому уровню, и сигнал в фотодиоде 101 пикселя Pix1 переносится. В это время сигнал пикселя Pix1 удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. Сигнал sel2 схемы 119 вертикального сканирования приводится к высокому уровню и обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pix2. Оба из сигналов pvadd1 и pvadd2 приводятся затем к низкому уровню. В этом состоянии импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню, и шум в пикселе Pix2 фиксируется. Сигнал пикселя Pix1 по-прежнему удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. После того как оба из сигналов pvadd1 и pvadd2 приведены к высокому уровню, импульс сигнала tx2 приводится к высокому уровню и сигнал в фотодиоде 101 пикселя Pix2 переносится. В это время сумма сигнала пикселя Pix1 и сигнала пикселя Pix2 удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. Приведение сигнала pts к высокому уровню обуславливает перенос суммы сигнала пикселя Pix1 и сигнала пикселя Pix2 в конденсатор 114. Затем переключатель 115 выбирается посредством приведения сигнала h1 схемы 116 горизонтального сканирования к высокому уровню. Сигнал, который удерживает конденсатор 114, переносится в выходную горизонтальную линию 117 и выводится из выходного усилителя 118 с единичным усилением.
В случае двухпиксельного сложения входной диапазон выходного усилителя может поддерживаться одним и тем же как в режиме несложения, так и в режиме сложения посредством установки показателя усиления усилителя 109 в режиме сложения, равным 1/2 показателя усиления в режиме несложения. Это позволяет поддерживать динамический диапазон в режиме сложения тем же самым, что и в режиме несложения.
Второй вариант осуществления
Далее описывается твердотельное устройство захвата изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Этим вариантом осуществления описывается случай вертикального трехпиксельного сложения.
Фиг.4 иллюстрирует эквивалентную схему твердотельного устройства захвата изображения и показывает часть, ассоциированную с 3×1 пикселями из организованных в двумерную матрицу пикселей. Пояснение компонентов, которые обозначены теми же ссылочными номерами, что и компоненты по Фиг.1, будет опущено.
Поскольку согласно второму варианту осуществления выполняется трехпиксельное сложение, значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня может быть установлено равным 1 или 1/3 от значения емкости конденсаторного элемента обратной связи посредством управления переключателем 108 между конденсаторами фиксированного уровня.
Далее поясняются способы считывания в режиме несложения и в режиме сложения. Предположим, что значение емкости конденсаторов 107a и 107b равно (1/3)×С0 и (2/3)×С0, соответственно, и что значение емкости каждого из конденсаторов 110a и 110b равно Cf.
Функционирование в режиме несложения реализуется таким же образом, как и в первом варианте осуществления, показанном на Фиг.2. Пиксели для трех строк последовательно считываются, покуда сигналы pvadd1 и pvadd2 всегда на высоком уровне и сигнал pgain всегда на высоком уровне. Поскольку в режиме несложения используются два конденсатора фиксированного уровня и два конденсатора обратной связи, показатель усиления усилителя 109 равен С0/Cf. Способ установки показателя усиления усилителя 109 равным С0/Cf не ограничивается вышеописанным. Это может быть достигнуто, когда значение емкости конденсаторного элемента фиксированного уровня, служащего в качестве первого конденсаторного элемента, и значение емкости конденсаторного элемента обратной связи, служащего в качестве второго конденсаторного элемента, равны друг другу. Например, таковая установка может быть также реализована посредством того, чтобы всегда поддерживать сигнал pgain на низком уровне, всегда поддерживать сигналы pvadd1 и pvadd2 на низком уровне и всегда поддерживать остальные сигналы на высоком уровне.
На Фиг.5 показана временная диаграмма вертикального трехпиксельного сложения. Поскольку во время трехпиксельного суммирования используется только конденсатор 107а фиксированного уровня, коэффициент усиления усилителя 109 равен (1/3)×(С0/Cf). Предположим, что перед операцией считывания истекло заранее определенное время экспонирования и фотоноситель накоплен в каждом из фотодиодов 101. Сигнал pgain всегда на низком уровне в течение функционирования в режиме сложения, и показатель усиления усилителя 109 устанавливается равным (1/3)×(С0/Cf). Когда сигналы pvadd1 и pvadd2 имеют высокий уровень, два конденсатора 110а и 110b обратной связи подсоединены в параллель.
Во-первых, сигналы res1, res2 и res3 схемы 119 вертикального сканирования приводятся к высокому уровню и переустанавливают затворы транзисторов MOSFET 105 пикселей Pix1, Pix2 и Pix3. Сигнал sel1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pix1. Импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню, и шум фиксируется в пикселе Pix1. Импульс сигнала tx1 приводится к высокому уровню, и сигнал в фотодиоде пикселя Pix1 переносится на электрод затвора усиливающего MOSFET 105. В это время сигнал в фотодиоде 101 пикселя Pix1 удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. Приведение сигнала sel2 схемы 119 вертикального сканирования к высокому уровню затем обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pix2. Оба из сигналов pvadd1 и pvadd2 приводятся к низкому уровню. В этом состоянии импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню и шум в пикселе Pix2 фиксируется. Сигнал пикселя Pix1 по-прежнему удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. После приведения каждого из сигналов pvadd1 и pvadd2 импульс сигнала tx2 приводится к высокому уровню и сигнал в фотодиоде пикселя Pix2 переносится на электрод затвора усиливающего MOSFET 105. В это время сумма сигнала пикселя Pix1 и сигнала пикселя Pix2 удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. Сигнал sel3 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель Pix3. Оба из сигналов pvadd1 и pvadd2 приводятся к низкому уровню. В этом состоянии импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню и шум в пикселе Pix3 фиксируется. В это время сумма сигнала пикселя Pix1 и сигнала пикселя Pix2 по-прежнему удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. После приведения обоих из сигналов pvadd1 и pvadd2 к высокому уровню импульс сигнала tx3 приводится к высокому уровню и сигнал в фотодиоде 101 пикселя Pix3 переносится на электрод затвора усиливающего MOSFET 105. В это время сумма сигнала пикселя Pix1, сигнала пикселя Pix2 и сигнала пикселя Pix3 удерживается в каждом из конденсаторов 110а и 110b обратной связи. Приведение сигнала pts к высокому уровню обуславливает перенос суммы сигнала пикселя Pix1, сигнала пикселя Pix2 и сигнала пикселя Pix3 на конденсатор 114. После этого сигнал столбца, выбранного посредством приведения сигнала h1 схемы горизонтального сканирования к высокому уровню, переносится в выходную горизонтальную линию 117 и выводится из выходного усилителя 118 с единичным усилением.
В случае трехпиксельного сложения входной диапазон выходного усилителя может поддерживаться одним и тем же как в режиме несложения, так и в режиме сложения посредством установки показателя усиления усилителя 109 в режиме сложения, равным 1/3 показателя усиления в режиме несложения. Это обеспечивает возможность реализации, при которой динамический диапазон в режиме сложения является таким же, как и динамический диапазон в режиме несложения.
Третий вариант осуществления
Далее описывается твердотельное устройство захвата изображения согласно третьему варианту осуществления. Этим вариантом осуществления описывается случай, когда два вертикальных пикселя суммируются в модуле преобразования фотозаряда в напряжение (в дальнейшем обозначаемого модулем FD).
Фиг.6 иллюстрирует эквивалентную схему твердотельного устройства захвата изображения согласно третьему варианту осуществления и показывает часть, ассоциированную с 2×1 пикселями из организованных в двумерную матрицу пикселей. Пояснение компонентов, обозначенных теми же ссылочными номерами, что и компоненты по Фиг.1, опускается. Что касается пикселей в этом варианте осуществления, два пикселя совместно используют модуль FD. Пиксельный модуль имеет фотодиоды 601а и 601b, переключатели 602 и 603, которые переносят заряд, сформированный на фотодиодах 601а и 601b, на электрод затвора усиливающего MOSFET 605, служащего в качестве модуля детектирования, и усиливающий MOSFET 605, который усиливает сигнал, сформированный на каждом из фотодиодов 601а и 601b. Пиксельный модуль также имеет переключатель 604 переустановки, который переустанавливает электрод затвора усиливающего MOSFET 605 на заранее определенное напряжение, и модуль 606 выбора строки, который контролирует электрическую связность между электродом истока усиливающего MOSFET 605 и выходной вертикальной линией 106. Фотодиоды 601а и 601b представляют собой элементы фотоэлектрического преобразования, которые выполняют фотоэлектрическое преобразование. Строка выбирается схемой 119 вертикального сканирования.
Ниже поясняются способ считывания в режиме несложения и способ считывания в режиме сложения. Предположим, что каждый из конденсаторов 107а и 107b имеет значение емкости, равное С0, и каждый из конденсаторов 110а и 110b имеет значение емкости, равное Cf.
Временные характеристики в режиме несложения такие же, как по Фиг.2. Поскольку в режиме несложения используются два конденсатора фиксированного уровня и два конденсатора обратной связи, показатель усиления усилителя 109 равен C0/Cf.
Фиг.7 показывает временные характеристики во время вертикального двухпиксельного сложения посредством модуля FD. Поскольку во время двухпиксельного сложения используется только конденсатор 107а фиксированного уровня, показатель усиления усилителя 109 равен (1/2)×(C0/Cf). Предположим, что перед операцией считывания истекло заранее определенное время экспонирования и что фотоноситель накоплен в каждом из фотодиодов 601а и 601b. Сигнал pgain всегда на высоком уровне во время операции сложения, и показатель усиления усилителя 109 установлен равным (1/2)×(C0/Cf). Поскольку сигналы pvadd1 и pvadd2 имеют высокий уровень, два конденсатора обратной связи подсоединены в параллель.
Во-первых, сигнал res1 с высоким уровнем схемы 119 вертикального сканирования переустанавливает затвор усиливающего MOSFET 605 упомянутых двух пикселей. Приведение сигнала sel схемы 119 вертикального сканирования к высокому уровню обуславливает выбор строки, которой принадлежит пиксель, соответствующий фотодиодам 601а и 601b. Импульс сигнала pc0r приводится к высокому уровню, и шум в пикселе фиксируется. Переключатели, приводимые в действие сигналами tx1 и tx2, одновременно включаются, и заряд, накопленный в каждом из фотодиодов 601а и 601b, переносится в модуль FD. Приведение сигнала pts к высокому уровню обуславливает то, что конденсатор 114 удерживает сигнал пикселя. После этого сигнал строки, выбранный посредством приведения сигнала h1 схемы 116 горизонтального сканирования к высокому уровню, переносится в выходную горизонтальную линию 117 и выводится из выходного усилителя 118 с единичным усилением.
В случае двухпиксельного сложения посредством модуля FD входной диапазон выходного усилителя может поддерживаться одним и тем же как в режиме несложения, так и в режиме сложения посредством установки показателя усиления усилителя 109 в режиме сложения, равным 1/2 показателя усиления в режиме несложения. Это обеспечивает возможность того, чтобы динамический диапазон в режиме сложения был таким же, как и в режиме несложения.
Полагая, что n есть количество подлежащих сложению пикселей, коэффициент усиления усилителя в режиме сложения в общем устанавливается равным 1/n коэффициента усиления в режиме несложения. Это позволяет поддерживать один и тот же входной диапазон выходного усилителя в обоих режимах и поддерживать один и тот же динамический диапазон.
Четвертый вариант осуществления
Далее описывается твердотельное устройство захвата изображения согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Этим вариантом осуществления описывается случай, когда выполняется вертикальное двухпиксельное сложение.
Фиг.8 иллюстрирует эквивалентную схему твердотельного устройства захвата изображения согласно четвертому варианту осуществления и показывает часть, ассоциированную с 2×1 пикселями из организованных в двумерную матрицу пикселей. Пояснение компонентов, обозначенных теми же самыми ссылочными номерами, что и по Фиг.1, будет опущено. Ссылочный номер 901 обозначает выходной усилитель, имеющий переменный коэффициент усиления.
Временные характеристики функционирования во время несложения такие же, как те, что показаны на Фиг.2. Временные характеристики функционирования во время суммирования такие же, как те, что показаны на Фиг.3.
Для элементов твердотельного устройства захвата изображения характерны вариации, обусловленные изготовлением. По этой причине, даже если коэффициент усиления усилителя 109 изменяется, как описано в предыдущем варианте осуществления, выходной диапазон амплитуд во время функционирования в режиме сложения и выходной диапазон амплитуд во время функционирования в режиме несложения на самом деле могут не совпадать друг с другом. В этом случае выходной диапазон амплитуды может поддерживаться одним и тем же с большей точностью посредством использования выходного усилителя 901, имеющего переменный коэффициент усиления, как в данном варианте осуществления. Это обеспечивает возможность поддерживать динамический диапазон в режиме сложения таким же, как и в режиме несложения.
Хотя это и не показано, твердотельное устройство захвата изображения имеет совокупность столбцов пикселей и имеет усилитель 109 для каждого из этих столбцов пикселей. Имеется изменчивость по усилителям 109, и выходные диапазоны амплитуды могут отличаться по столбцам пикселей. Даже в таком случае использование выходного усилителя 901, имеющего переменный коэффициент усиления, обеспечивает возможность поддерживать выходной диапазон одним и тем же в пределах каждого столбца пикселей и обуславливает совпадение между собой выходных диапазонов амплитуды различных столбцов пикселей.
Поскольку большое количество конденсаторов приводит к увеличению площади микросхемы, количество конденсаторов фиксированного уровня и конденсаторов обратной связи, предусмотренных для каждого столбца, может быть ограничено. Даже при таких условиях использование выходного усилителя, имеющего переменный коэффициент усиления, как в данном варианте осуществления, имеет преимущество по отношению к неиспользованию выходного усилителя с переменным коэффициентом усиления, заключающееся в том, что оказывается возможным контролировать больший разброс выходных диапазонов амплитуды.
Отметим, что вышеизложенные варианты осуществления просто иллюстрируют конкретные примеры выполнения настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения в техническом плане не следует ограничительным образом трактовать на основе этих вариантов осуществления. Иными словами, настоящее изобретение может быть реализовано в разнообразных формах, не отклоняясь при этом от основной технической идеи и основных его признаков.
Хотя настоящее изобретение было раскрыто со ссылкой на иллюстративные варианты его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми иллюстративными вариантами осуществления. Объему, определяемому нижеследующей формулой изобретения, должна соответствовать интерпретация в наиболее широком смысле, так чтобы были охвачены все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.
1. Твердотельное устройство захвата изображения, содержащее пиксельный модуль, содержащий множество элементов фотоэлектрического преобразования, каждый из которых преобразует падающий свет в электрический сигнал и выдает этот электрический сигнал, сигнальную линию, в которую обобщенно подаются электрические сигналы, выдаваемые из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, усилитель, входной ввод которого подсоединен к сигнальной линии через первый конденсаторный элемент, и второй конденсаторный элемент, подсоединенный между входным вводом и выходным вводом усилителя, при этом выполняются режим сложения, соответствующий сложению электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, и режим несложения, соответствующий несложению электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования, и значение емкости первого конденсаторного элемента меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения, и коэффициент усиления усилителя делается меньше во время выполнения режима сложения, чем во время выполнения режима несложения.
2. Твердотельное устройство захвата изображения по п.1, в котором первый конденсаторный элемент содержит множество конденсаторов и один или более переключателей.
3. Твердотельное устройство захвата изображения по п.2, в котором коэффициент усиления усилителя во время выполнения режима сложения составляет 1/n коэффициента усиления усилителя во время выполнения режима несложения, где n - количество элементов фотоэлектрического преобразования, ассоциированных со сложением.
4. Твердотельное устройство захвата изображения по п.2, в котором во втором конденсаторном элементе усилителя выполняется сложение электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования.
5. Твердотельное устройство захвата изображения по п.2, в котором упомянутое множество элементов фотоэлектрического преобразования подсоединено к общему модулю детектирования, и в этом модуле детектирования выполняется сложение электрических сигналов, выдаваемых из упомянутого множества элементов фотоэлектрического преобразования.
6. Твердотельное устройство захвата изображения по п.2, дополнительно содержащее выходной усилитель, входной вывод которого подсоединен к выходному выводу упомянутого усилителя и который имеет переменный коэффициент усиления.
