УСТРОЙСТВО ЗАХВАТА ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G06T5/50 G03B13/36 H04N5/232 

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству захвата изображения, способного захватывать неподвижное изображение или движущееся изображение с использованием большого количества элементов фотоэлектрического преобразования, скомпонованных в двухмерной структуре.

Описание предшествующего уровня техники

В последние годы, широко распространились цифровые камеры и видео камеры, в которых используются твердотельный датчик изображений, такой, как CCD (детектор с зарядовой связью) или CMOS (комплементарный металл-оксидный полупроводник). Как правило, такая цифровая камера и видео камера имеет функцию автоматической фокусировки (AF) для автоматической настройки положения фокуса линзы формирования изображения. Как правило, компактная фотокамера и видеокамера выполняют AF посредством схемы определения контраста, в которой контраст входного сигнала изображения оценивается для настройки состояния фокуса.

Кроме того, при захвате неподвижного изображения, которая использует оптический видоискатель, цифровой зеркальный фотоаппарат с одной линзой выполняет AF с использованием специализированного устройства определения фокуса при помощи разности фаз посредством деления луча света захватываемого изображения на лучи для оптического видоискателя и для средства определения фокуса, с использованием быстро возвращающегося зеркала. В отличие от этого, при использовании электронного видоискателя или при захвате движущегося изображения, как при использовании компактной фотокамеры или видеокамеры, цифровой зеркальный фотоаппарат с одной линзой выполняет AF посредством схемы определения контраста посредством втягивания быстро возвращающегося зеркала таким образом, чтобы луч света захватываемого изображения направлялся исключительно на твердотельный датчик изображения.

Однако, специализированное устройство определения фокуса при помощи разности фаз неэффективно, например, вследствие его размеров и стоимости, а схема определения контраста имеет недостаток, состоящий в том, что она не может выполнять быструю фокусировку в связи с тем, что она ищет позицию, при которой контраст сигнала захватываемого изображения максимален при изменении положения фокуса формирующей изображение линзы.

Для преодоления вышеупомянутого недостатка был предложен метод смещения чувствительных областей светоприемных частей относительно оптических осей внутрикристалльных микролинз в некоторых светоприемных элементах (пикселах) датчика изображений для того, чтобы придать им функцию деления зрачка, тем самым, позволяя этим пикселам служить в качестве пикселов определения фокуса. Посредством расположения пикселов определения фокуса между пикселами формирования изображения с предварительно определенными интервалами между ними, AF посредством схемы разности фаз может быть реализована даже при использовании электронного видоискателя или при захвате движущегося изображения.

Кроме того, в японской выложенной заявке № 2009-89143 предлагается метод обеспечения сигнальных линий, выходных схем и схем сканирования, которые используются для считывания сигналов, отдельно для пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса, чтобы с высокой скоростью считывать сигналы из пикселов определения фокуса из датчика изображения.

В японской выложенной заявке № 2009-128892 предлагается метод эффективного считывания сигналов из пикселов определения фокуса без отрицательного влияния, например, на частоту кадров захваченного изображения в режиме, в котором сигналы твердотельного датчика изображения разрежаются и считываются, чтобы гарантировать заданную частоту кадров, как, например, при использовании электронного видоискателя или при захвате движущегося изображения.

В японской выложенной заявке № 2010-20055, заявитель настоящего изобретения предлагает способ считывания сигналов из пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса, предотвращая их смешивание друг с другом, если пиксел определения фокуса включается в состав пикселов, в которых имеются сигналы, которые должны быть суммированы в режиме считывания суммирования, в котором считываются сигналы пикселов датчика изображения при суммировании их так, чтобы предотвращать снижение качества изображения, например, вследствие муара при использовании электронного видоискателя или при захвате движущегося изображения.

К сожалению, традиционно невозможно выполнить определение фокуса при подавлении снижения качества изображения, если в устройстве захвата изображения установлен режим электронного видоискателя или режим захвате движущегося изображения, в котором выполняется AF при помощи разности фаз с использованием датчика изображения.

Например, в японской выложенной заявке № 2009-89143, сигнальные линии, схемы выхода и схемы сканирования, которые используются для считывания сигналов пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса, обеспечиваются отдельно для пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса для считывания сигналов из пикселов определения фокуса с высокой скоростью. Однако этот патентный документ не описывает ни режим электронного видоискателя, ни режим разреженности считывания, ни режим считывания суммирования, которые используются при захвате движущегося изображения. Кроме того, для этого технического приема требуется две схемы считывания, что усложняет схемное решение.

В японской выложенной заявке № 2009-128892 предлагается считывание в режиме электронного видоискателя и при захвате движущегося изображения. Однако этот технический прием разделяет поле кадра в вертикальном направлении на первое поле кадра и второго поля кадра посредством разрежения считываемых сигналов из пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса в соответствующих полях кадра, тем самым делая невозможным подавление муара в вертикальном направлении.

Также, в японской выложенной заявке № 2010-20055, выводится только сигнал пиксела определения фокуса, если пиксел определения фокуса включен в состав пикселов, в которых имеется сигнал, который должен быть суммирован в горизонтальном направлении, но этот патентный документ не раскрывает подробностей суммирования в вертикальном направлении.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеупомянутых проблем, и в вариантах осуществления определенных аспектов предотвращает смешивание друг с другом сигналов пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса, даже если пикселы формирования изображения суммируются и считываются в горизонтальных и вертикальных направлениях в режиме электронного видоискателя или при захвате движущегося изображения.

В соответствии с настоящим изобретением, предоставляется устройство для захвата изображения, содержащее: датчик изображения, который включает в себя матрицу пикселов, сформированных посредством упорядочения в направлении рядов, то есть, в горизонтальном направлении, и в направлении колонок, то есть, в вертикальном направлении, множество пикселов формирования изображения и множество пикселов определения фокуса; блок вертикального вывода, сконфигурированный для вывода в вертикальном направлении датчика изображения сигналов из множества пикселов, выстроенных в одну колонку; блок вертикального суммирования, сконфигурированный для суммирования в вертикальном направлении датчика изображения сигналов множества пикселов, выстроенных в одну колонку; и блок управления, который обеспечен с режимом считывания всех пикселов, в котором сигналы считываются из всех пикселов датчика изображения без суммирования, и с режимом считывания суммирования, в котором сигналы из множества пикселов суммируются в вертикальном направлении посредством блока вертикального суммирования, и в котором блок вертикального суммирования всегда конфигурируется так, чтобы быть выключенным в случае, когда пиксел определения фокуса, включается в состав пикселов, включающих в себя сигналы, которые должны быть суммированы в режиме считывания суммирования.

Изобретение, по существу, распространяется на способы, устройство и/или использование описанные в настоящем документе со ссылкой на сопроводительные чертежи. Любой отличительный признак в одном аспекте изобретения может применяться к другим аспектам изобретения в любой соответствующей комбинации. В частности, отличительные признаки аспектов способа могут применяться к аппаратным аспектам и наоборот. Кроме того, отличительные признаки настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является блок-схемой камеры, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.2A и 2B являются, соответственно, горизонтальной проекцией и видом в разрезе пикселов формирования изображения датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.3A и 3B являются, соответственно, горизонтальной проекцией и видом в разрезе пикселов определения фокуса датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.4 является принципиальной схемой пиксельной части датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.5 является полной блок-схемой датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.6A-6I изображают представления для объяснения компоновки пикселов, и горизонтального вертикального суммирования датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.7A и 7B являются временными диаграммами вертикального переноса датчика изображения, в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.8 является временной диаграммой горизонтального переноса датчика изображения в соответствии с первым вариантом осуществления;

Фиг.9 является принципиальной схемой пиксельной части датчика изображения в соответствии с модификацией первого варианта осуществления;

Фиг.10 является принципиальной схемой пиксельной части датчика изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления;

Фиг.11 является временной диаграммой возбуждения пиксельной части датчика изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления;

Фиг.12 является полной блок-схемой датчика изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления;

Фиг.13A-13G изображает представления для объяснения компоновки пикселов и вертикального суммирования датчика изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления; и

Фиг.14A и 14B являются временными диаграммами вертикального переноса датчика изображения, в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Осуществление изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описываться ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Первый вариант осуществления

Фиг.1 является блок-схемой, изображающей конфигурацию цифровой камеры 100, которая иллюстрирует устройство для захвата изображения в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1, ссылочный номер 101 обозначает первую группу линз, установленную в дальнем конце оптической системы формирования изображения. Первая группа 101 линз удерживается таким образом, чтобы быть выдвигаемой/втягиваемой в направлении оптической оси. Ссылочный номер 102 обозначает диафрагму и затвор, которые не только настраивают количество света при захвате изображения посредством настройки диаметра апертуры, но также выполняют функции выдержки, настраивающей затвор при захвате неподвижного изображения. Ссылочный номер 103 обозначает вторую группу линз. Диафрагма и затвор 102 и вторая группа 103 линз вместе двигаются в направлении оптической оси, и соединяются с движущейся первой группой 101 линз для обеспечения функции масштабирования (функция изменения масштаба изображения). Ссылочный номер 105 обозначает третью группу линз, которая перемещается в направлении оптической оси для выполнения настройки фокуса. Ссылочный номер 106 обозначает оптический фильтр низких частот, который служит в качестве оптического элемента для уменьшения искусственного цвета и муара захваченного изображения. Ссылочный номер 107 обозначает датчик изображения, который включает в себя датчик CMOS и его периферийную схему. В датчике 107 изображения используется двухмерный цветовой однодисковый датчик, в котором имеется матрица пикселов, сформированная посредством выстраивания пикселов в направлении рядов (горизонтальном направлении) и в направлении колонок (вертикальном направлении), и сконфигурирована посредством формирования первичных цветных мозаичных светофильтров на m (горизонтальных) × n (вертикальных) светочувствительных пикселов в конфигурации, в которой они находятся в схеме таким образом, чтобы эти светофильтры были расположены в структуре Байера. Датчик изображения 107 включает в себя множества пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса.

Ссылочный номер 111 обозначает привод изменения масштаба изображения, который поворачивает кулачковый барабан (не показан) для управления первой группой 101 линз к третьей группе 105 линз в направлении оптической оси, тем самым выполняя операцию масштабирования. Ссылочный номер 112 обозначает привод диафрагмы/затвора, который управляет диаметром апертуры диафрагмы и затвора 102 для настройки количества света при захвате изображения и управляет временем экспозиции при захвате неподвижного изображения. Ссылочный номер 114 обозначает привод фокуса, который управляет третьей группой 105 линз в направлении оптической оси для выполнения настройки фокуса. Ссылочный номер 115 обозначает электронную фотовспышку, которая используется для освещения объекта при захвате изображения. Ссылочный номер 116 обозначает блок вспомогательного освещения AF, который проецирует рамку изображения, имеющую предварительно определенную структуру открытия на поле кадра через линзу для проецирования света для улучшения возможность определения фокуса для темного объекта или объект с низким коэффициентом контрастности.

Ссылочный номер 121 обозначает CPU (центральный процессор), который выполняет различные типы управления основной части камеры. CPU 121 включает в себя, например, арифметический блок, ROM (постоянное запоминающее устройство), RAM (оперативное запоминающее устройство), A/D (аналого-цифровой) преобразователь, D/A (цифроаналоговый) преобразователь и схему интерфейса связи, и управляет различными предусмотренными в камере схемами на основе предварительно определенной программы, сохраненной в ROM, тем самым выполняя серию операций, включающую в себя, например, AF, захват изображения, обработку изображения и запись. Ссылочный номер 122 обозначает электронную схему управления фотовспышкой, которая управляет включением и выключением электронной фотовспышки 115, синхронно с операцией захвата изображения. Ссылочный номер 123 обозначает схему управления вспомогательным освещением, которая управляет включением и выключением блока 116 вспомогательного освещения AF синхронно с операцией определения фокуса.

Ссылочный номер 124 обозначает схему управления датчиком изображения, которая управляет работой считывания изображения датчика 107 изображения, выполняет A/D преобразование полученного сигнала изображения и посылает его в CPU 121. Ссылочный номер 125 обозначает схему обработки изображения, которая выполняет различные типы обработки, такие, как гамма преобразование, интерполяцию цвета и сжатие в формат JPEG изображения, полученного посредством датчика 107 изображения.

Ссылочный номер 126 обозначает схему управления фокусом, которая управляет приводом 114 фокуса на основе результата определения фокуса под управлением CPU 121, и управляет третьей группой 105 линз в направлении оптической оси для выполнения настройки фокуса. Ссылочный номер 128 обозначает схему управления диафрагмой/затвором, которая управляет приводом 112 диафрагмы/затвора для управления апертурой 102 диафрагмы и затвора. Ссылочный номер 129 обозначает схему управления изменением масштаба изображения, которая управляет приводом 111 изменения масштаба изображения в соответствии с операцией изменения масштаба изображения выполняемой фотографом.

Ссылочный номер 131 обозначает устройство отображения, такое, как LCD (жидкокристаллическое устройство отображения). Устройство 131 отображения отображает, например, информацию, связанную с режимом захвата изображения, изображения предварительного просмотра перед захватом изображения, изображения подтверждения после захвата изображения и изображения для отображения фокусного расстояния после определения фокуса в цифровой камере 100. Ссылочный номер 132 обозначает группу переключателей операций, которая включает в себя, например, переключатель питания, разъединительный переключатель (спуск для захвата изображения), переключатель операции изменения масштаба изображения и переключатель выбора режима. Переключатель выбора режима функционирует в качестве блока установки режима, способного устанавливать режим захвата неподвижного изображения, режим захвата движущегося изображения и режим электронного видоискателя. В режиме захвата движущегося изображения или в режиме электронного видоискателя могут быть установлены режим разреженности считывания и режим считывания суммирования (первый режим считывания суммирования или второй режим считывания суммирования) (оба режима будут описаны позже). Ссылочный номер 133 обозначает съемную флэш-память, в которую записывается захваченное изображение.

Фиг.2A и 2B и 3А и 3B являются представлениями для объяснения структуры пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса, соответственно. В этом варианте осуществления предоставляется множество пикселов определения фокуса, которые принимают свет, который проходит через частичную область (частично экранированную область) выходного зрачка оптической системы формирования изображения. В этом варианте осуществления получается структура Байера, в которой пикселы, имеющие спектральную чувствительность к G (зеленому), расположены как два расположенных в противоположных частях по диагонали пиксела из четырех пикселов в 2 рядах × 2 колонки (в дальнейшем, ряд и колонка будут обозначаться как X и Y, и, в дальнейшем, например, "2 ряда × 2 колонки" будет представляться как "2×2"), а пиксел, имеющий спектральную чувствительность к R (красному), и пиксел, имеющий спектральную чувствительность к B (синему), располагаются как оставшиеся два пиксела. Пикселы определения фокуса, имеющие структуру, которая будет описана позже, распределяются среди пикселов в структуре Байера.

Фиг.2A и 2B изображают расположение и структуру, соответственно, пикселов формирования изображения. Фиг.2A является горизонтальной проекцией 2×2 пикселов формирования изображения. Как известно, в структуре Байера, структуры, каждая из которых имеет 2×2 пиксела, располагаются циклически посредством располагающихся по диагонали друг от друга пикселов G как двух из четырех пикселов, и располагающихся по диагонали друг от друга пикселов R и B, как оставшиеся два пиксела. Фиг.2B является видом в разрезе, выполненном вдоль линии A-A на Фиг.2A. Ссылочное обозначение ML обозначает встроенную в схему (внутрикристалльную) микролинзу, помещенную на центральной части поверхности каждого пиксела. Ссылочный символ CF_R обозначает R (красный) цветной светофильтр. Ссылочный символ CF_G обозначает G (зеленый) цветной светофильтр. Ссылочный символ PD (фотодиод) обозначает схематичную конфигурацию блока фотоэлектрического преобразования датчика CMOS. Ссылочный символ CL (контактный слой) обозначает слой межсоединений, используемый для формирования сигнальных линий, через которые передаются различные сигналы в датчике CMOS. Ссылочный символ TL (приемная линза) обозначает схематичную конфигурацию оптической системы формирования изображения.

Встроенные микролинзы ML и блок PD фотоэлектрического преобразования каждого пиксела формирования изображения сконфигурированы для максимально возможного захвата луча света, проходящего через оптическую систему TL формирования изображения. Блок PD фотоэлектрического преобразования и выходной зрачок EP (выходной зрачок) оптической системы TL формирования изображения сопряжены друг с другом посредством встроенных микролинз ML, а блок PD фотоэлектрического преобразования разработан таким образом, чтобы иметь большую полезную площадь. Хотя со ссылкой на Фиг.2B был описан луч света, падающий на пиксел R, пикселы G (зленый) и B (синий) имеют такую же структуру. Следовательно, выходной зрачок EP, соответствующий каждому из пикселов R, G и B формирования изображения, имеют большой диаметр, чтобы он эффективно захватывал луч света от объекта, тем самым улучшая отношение "сигнал-шум" сигнала изображения. Таким образом, множество пикселов формирования изображения принимают лучи света, соответственно, которые проходят через всю область выходного зрачка EP для формирования изображения объекта.

Фиг.3A и 3B являются представлениями, изображающими расположение и структуру, соответственно, пикселов определения фокуса, используемых для выполнения деления зрачка оптической системы TL формирования изображения в горизонтальном направлении (боковом направлении). "Горизонтальное направление" в настоящем документе обозначает направление вдоль прямой линии, которая тянется горизонтально и является перпендикулярной к оптической оси оптической системы TL формирования изображения, если устройство захвата изображения помещается таким образом, чтобы эта оптическая ось и каждая длинная сторона области захвата изображения были параллельны поверхности земли. Фиг.3A является горизонтальным представлением 2×2 пикселов, включающим в себя пикселы определения фокуса. Для получения сигнала изображения для записи или визуального использования, посредством пикселов G получаются главные компоненты информации яркости. Поскольку свойство распознавания изображений человеком чувствительно к информации яркости, то более вероятно, что будет ощущаться ухудшение качества изображения при отсутствии пиксела G. С другой стороны, пикселы R или B используются для получения информации о цвете (информация о цветовом различии). Поскольку свойство распознавания изображений человеком не чувствительно к информации о цвете, то ухудшение качества изображения, менее вероятно, будет восприниматься, даже если будут отсутствовать некоторые пикселы, используемые для получения информации о цвете. Следовательно, в этом варианте осуществления, среди 2×2 пикселов, пикселы G остаются в качестве пикселов формирования изображения, тогда как пикселы R и B заменяются пикселами определения фокуса. Как показано на Фиг.3A, ссылочные символы S_HA и S_HB обозначают эти пикселы определения фокуса.

Фиг.3B является видом в разрезе, выполненным вдоль линии A-A на Фиг.3A. Встроенные микролинзы ML и блок PD фотоэлектрического преобразования имеют такую же структуру, что и пиксел формирования изображения, изображенный на Фиг.2B. В этом варианте осуществления, сигналы пикселов определения фокуса не используются для формирования изображения, и вместо цветового светофильтра для деления цвета помещается прозрачная пленка CF_W (белая) или CF_G (зеленая). Кроме того, для выполнения деления зрачка посредством датчика 107 изображения, открывающаяся часть в слое CL межсоединений смещается в одном направлении, относительно центральной линии встроенной микролинзы ML. Более конкретно, открывающаяся часть OP_HA пиксела S_HA смещается вправо для приема луча света, проходящего через левый выходной зрачок EP_HA оптической системы TL формирования изображения. Открывающаяся часть OP_HB пиксела определения фокуса S_HB смещается влево для приема луча света, проходящего через правый выходной зрачок EP_HB оптической системы TL формирования изображения. Пикселы S_HA располагаются горизонтально в горизонтальной структуре, и изображение объекта, получаемое посредством этих пикселов, обозначается как изображение A. Кроме того, пиксел S_HB определения фокуса располагаются горизонтально в обычной структуре, и изображение объекта, полученное посредством этих пикселов, обозначается как изображение B. В этом случае, величина смещения фокуса (величина дефокусировки) изображения объекта может быть определена посредством определения относительно положения изображений A и B. Также предоставляются пикселы, используемые для деления зрачка в вертикальном направлении.

Фиг.4 является принципиальной схемой, изображающей схему одной пиксельной части датчика CMOS изображения, используемого в этом варианте осуществления. Ссылочный номер 401 обозначает фотодиод, который принимает свет, который отражается посредством объекта и входит в линзу формирования изображения, и выполняет его фотоэлектрическое преобразование, 402 обозначает MOS (металл-оксидный полупроводник) с переносом заряда, который используется для переноса сигнального заряда, сохраненного на фотодиоде 401, на конденсатор плавающей диффузионной части (FD), и управляется в соответствии с сигналом ϕTX. Ссылочный номер 403 обозначает MOS сброса, который используется для сброса фотодиода 401 и конденсатора FD и управляется в соответствии с сигналом ϕRES. Ссылочный номер 404 обозначает истоковый повторитель, на затворе которого имеется конденсатор FD (не показан), и который используется для преобразования сигнального заряда, переносимого в конденсатор FD, в напряжение. Кроме того, для того, чтобы сделать возможным суммирование выходных сигналов пиксела в вертикальном направлении, сигнальная линия V_add суммирования соединяется с затвором истокового повторителя 404, то есть, с конденсатором FD. Подробный способ суммирования будет описан ниже. Ссылочный номер 405 обозначает транзистор MOS выбора пиксела, который выводит выходной сигнал истокового повторителя 404 на вертикальную линию вывода под управлением сигнала ϕSEL управления.

Фиг.5 является блок-схемой, изображающей все схемные блоки датчика изображения CMOS, используемого в первом варианте осуществления. Хотя практическое использование данного продукта подразумевает использование датчика изображения, имеющего несколько миллионов или более пикселов, для простоты в настоящем документе будет описываться конфигурация, имеющая 14×14 пикселов.

Ссылочный номер 501 обозначает пиксельную часть, имеющую схемы, изображенные на Фиг.4, в которой упорядочены 14×14 пикселов. Координаты пиксела (X, Y) от (0,0) до (13,13) присвоены 14×14 пикселам относительно верхнего левого пиксела как на начала координат. Цветные светофильтры располагаются в структуре Байера, а R (красный), G (зеленый), и B (Синий) на Фиг.5 представляют цвета покрывающих фотодиоды цветных светофильтров. Два пиксела, обозначенные посредством кругов на Фиг.5, являются примерами пикселов определения фокуса, описанных со ссылкой на Фиг.3, так что пиксел S_HA размещен с координатами (2,2), пиксел S_HB размещен с координатами (5,5), а G или прозрачные цветные светофильтры используются для пикселов определения фокуса таким образом, чтобы позволить определение фокуса. Хотя множество пар пикселов определения фокуса S_HA и S_HB распределены на датчике изображения и выполняют определение фокуса, для простоты будет описываться конфигурация, в которой размещена только одна пара пикселов S_HA и S_HB определения фокуса.

Ссылочный номер 502 обозначает транзистор MOS, используемый для суммирования выходных сигналов пикселов в вертикальном направлении. Транзисторы 502 MOS обычно управляются для каждого ряда посредством восьми сигнальных линий: сигнальные линии с V_add0 по V_add7. Способ суммирования будет описываться с использованием колонки 0 в качестве образца. В этом случае, сигнальные линии с V_add0 по V_add7 изменяются на уровень H для включения транзисторов 502 MOS таким образом, чтобы конденсаторы FD трех пикселов R в (0, 0), (0,2) и (0,4), трех пикселов G в (0,3), (0,5) и (0,7), трех пикселов R в (0,6), (0,8) и (0,10), и трех пикселов G в (0,9), (0,11) и (0,12), были соединены параллельно друг с другом, и заряды на фотодиодах соответствующих пикселов переносились на параллельно соединенные конденсаторы FD, тем самым выполняя суммирование. То же относится и к другим колонкам. С вышеупомянутой конфигурацией, процесс суммирования выполняется для каждого набора из трех пикселов в вертикальном направлении. Суммирование не выполняется для рядов 1 и 12 для того, чтобы избежать барицентрического смещения после суммирования.

Поскольку пикселы, S_HA и S_HB служат в качестве пикселов определения фокуса, им становится трудно выполнять определение фокуса, если их сигналы суммируются с сигналами пикселов формирования изображения. Поэтому, если пиксел определения фокуса включается в состав трех пикселов, в которых имеются сигналы, которые должны быть суммированы, то его сигнал должен выводиться отдельно, без выполнения вертикального суммирования. Следовательно, пикселы формирования изображения в (2,0) и (2,4), каждый из которых формирует ряд из трех пикселов, которые имеют сигналы, которые должны суммироваться и включают в себя пиксел S_HA в (2,2), присоединены к GND (заземлению), так что потенциал затвора транзистора 502 MOS суммирования в ряде 2 всегда соответствует OFF (выключен), независимо от сигнала управления V_add. Таким же образом, пикселы формирования изображения в (5,3) и (5,7), каждый из которых формирует ряд из трех пикселов, которые имеют сигналы, которые должны суммироваться и включают в себя пиксел S_HB в (5,5), присоединены к GND, так что потенциал затвора транзистора 502 MOS суммирования в ряде 5 всегда соответствует OFF, независимо от сигнала управления V_add. Это позволяет исключить пикселы определения фокуса из пикселов для выполнения вертикального суммирования.

Ссылочный номер 503 обозначает источник постоянного тока нагрузки усилителя повторителя источника 404, который расположен в каждой колонке. Ссылочный номер 504 обозначает схему вертикального выбора, используемую для вывода сигналов ϕRES, ϕTX, ϕSEL и V_add на группу пикселов в каждом ряду. Схема 504 вертикального выбора выводит вышеупомянутые сигналы управления в соответствии с сигналом ϕV выбора ряда, обозначенного посредством схемы 505 вертикального сканирования.

Ссылочный номер 506 обозначает линейное запоминающее устройство, которое временно хранит вертикально переносимые сигналы пикселов в одном ряду в соответствии с сигналом MEM управления, а конденсатор, используемый для хранения аналогового сигнала, располагается в каждой колонке. Ссылочные номера 507-514 обозначают аналоговые переключатели, используемые для выполнения горизонтального пиксельного суммирования. Аналоговые переключатели 507-514 выполняют горизонтальное пиксельное суммирование пиксельных сигналов, переносимых в аналоговое запоминающее устройство в соответствии с сигналами управления ADD1, ADD2, и ADD3. Как и при вертикальном суммировании, посредством соединения линейных запоминающих устройств параллельно друг с другом, аналоговые переключатели 507-514 выполняют горизонтальное суммирование, и, таким образом, суммируются три пиксела в колонках 0/2/4, три пиксела в колонках 3/5/7, три пиксела в колонках 6/8/10 и три пиксела в колонках 9/11/13. Посредством выполнения горизонтального суммирования трех пикселов после вертикального суммирования трех пикселов, сигналы девяти пикселов могут суммироваться и выводиться. Кроме того, если сигналы пикселов определения фокуса должны быть выведены без суммирования в горизонтальном направлении, то может быть использован способ, описанный в японской выложенной заявке No 2010-20055.

Ссылочный номер 515 обозначает транзистор MOS сброса, который сбрасывает горизонтальную выходную линию. Ссылочный номер 516 обозначает транзистор MOS, используемый для соединения выхода линейного запоминающего устройства в горизонтальную выходную линию. Транзисторы 516 MOS последовательно выводят сигналы пикселов в горизонтальную выходную линию под управлением схемы горизонтального сканирования (описана ниже). Ссылочный номер 517 обозначает известную схему горизонтального сканирования. Ссылочный номер 518 обозначает усилитель, используемый для вывода выходных сигналов пикселов из горизонтальной линии вывода вовне.

При вышеупомянутой конфигурации, сигналы трех пикселов формирования изображения суммируются вертикально и горизонтально, и сигнал пиксела определения фокуса может быть выведен отдельно без суммирования, если пиксел определения фокуса включен в состав этих трех пикселов.

Кроме того, датчик изображения сконфигурирован для считывания сигналов всех пикселов посредством изменения сигналов управления (не показаны) и хронирования горизонтального и вертикального сканирования, чтобы иметь возможность выборочно выполнять разрежение суммирования, считываемое посредством суммирования трех вертикальных пикселов и трех горизонтальных пикселов.

Фиг.6A-6I изображают представления взаимосвязей между компоновкой пикселов и считыванием суммирования. Во-первых, Фиг.6A изображает всю компоновку 14×14 пикселов. Пикселы формирования изображения, обозначенные на Фиг.6, например, посредством обведенных и заштрихованных частей, изображает барицентрические положения пикселов, подвергающихся вертикальному и горизонтальному суммированию. Сигналы пикселов S_HA и S_HB выводятся отдельно (то есть, без суммирования). Фиг.6B изображает считывание суммирования колонок R и G, Фиг.6C изображает считывание суммирования колонок B и G, Фиг.6D изображает считывание суммирования колонок R и G, включающих в себя пиксел S_HA, и Фиг.6E изображает считывание суммирования колонок B и G, включающих в себя пиксел S_HB. Из Фиг.6A-6I очевидна взаимосвязь между состояниями пикселов до и после горизонтального суммирования и их описание дано не будет.

Таким же образом, Фиг.6F изображает считывание суммирования рядов R и G, Фиг.6G изображает считывание суммирования рядов G и B, Фиг.6H изображает считывание суммирования рядов R и G, включающих в себя пиксел S_HA и Фиг.6I изображает считывание суммирования рядов G и B, включающих в себя пиксел S_HB. Из Фиг.6A-6I очевидна взаимосвязь между состояниями пикселов до и после горизонтального суммирования, и их описание не приводится.

Фиг.7A и 7B являются временными диаграммами для объяснения считывания датчика изображения, изображенного на Фиг.5, и изображают хронирование вертикального сканирования при вертикальном считывании суммирования трех пикселов. В настоящем документе считывание всех пикселов не описывается.

Во-первых, выводится сигнал ϕV0 вертикального сканирования, а ϕRES0, ϕRES2 и ϕRES4 изменяются до уровня L для выключения MOS сброса в рядах 0, 2, и 4. В то же время, выводится ϕSEL2 для включения MOS выбора пиксела в ряде 2. В этом состоянии, V_add0 и V_add2 изменяются на уровень H для соединения конденсаторов FD в рядах 0, 2 и 4 параллельно друг с другом, и MOS переноса заряда включаются в соответствии с ϕTX0, ϕTX2 и ϕTX4 для переноса заряда на фотодиодах в рядах 0, 2 и 4 на соединенные параллельно конденсаторы FD. После завершения переноса, сигналы ϕTX и V_add возвращаются на уровень L. Затем, сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пикселов после суммирования трех пикселов в линейное запоминающее устройство. В то же время, транзистор MOS суммирования всегда выключен, так что сигнал пиксела S_HA выводится отдельно без вывода суммирования.

Если вертикальный перенос завершен, то сигнал ϕRES возвращается до уровня H, и ϕTX0, ϕTX2 и ϕTX4 снова изменяются на уровень H для сброса фотодиодов и конденсаторов FD. После сброса, ϕTX снова возвращается на уровень L для запуска переноса заряда на фотодиоды в рядах 0, 2 и 4. После завершения вертикального переноса, выполняется горизонтальное сканирование, и, таким образом, считывание рядов 0, 2 и 4 заканчивается.

Затем, сначала в этом порядке выполняются вертикальный перенос и горизонтальное сканирование рядов 3/5/7, затем, в этом порядке выполняются вертикальный переданос и горизонтальное сканирование рядов 6/8/10, и наконец, в этом порядке выполняются вертикальный перенос и горизонтальное сканирование рядов 9/11/13, таким образом, заканчивая считывание разрежения суммирования посредством суммирования трех вертикальных пикселов и трех горизонтальных пикселов. Хронирование этой операции очевидно из Фиг.7A и 7B, и ее подробное описание не приводится. Кроме того, поскольку транзистор MOS суммирования пиксела S_HB, помещенный в ряде 5, также всегда выключен, пиксел S_HB также выводит сигнал отдельно таким же образом, как и пиксел S_HA, в ходе работы. Позже будет подробно описано горизонтальное сканирование.

Фиг.8 является временной диаграммой для объяснения считывания датчика изображения, изображенного на Фиг.5, и изображает хронирование горизонтального сканирования при горизонтальном считывании суммирования трех пикселов. В настоящем документе считывание всех пикселов не описывается. Сначала, перенесенные вертикально сигналы пикселов в рядах 0/2/4 выводятся на внешний вывод датчика изображения посредством горизонтального сканирования. В этой операции сигнал выводится HRST для сброса горизонтальной линии переноса до предварительно определенного потенциала VHRST. Затем сигналы H2, H5, H8 и H11 горизонтального сканирования последовательно выводятся по порядку посредством схемы горизонтального сканирования для последовательного включения соответствующих транзисторов 516 MOS, тем самым выводя сигналы из колонок 2, 5, 8 и 11 в линейном запоминающем устройстве 506 вовне через усилитель 518. Кроме того, поскольку сигналы вертикального суммирования в рядах 0/2/4 включают в себя выводимый отдельно пиксел S_HA, сигналы горизонтального суммирования управляются как ADD1=L и ADD2=ADD3=H, а сигнал колонки 2 выводится без горизонтального суммирования колонок 0, 2 и 4. Сигналы других колонок 3/5/7, 6/8/10 и 9/11/13 суммируются и выводятся.

Затем, вертикальный перенос и горизонтальное сканирование рядов 3/5/7, вертикальный переноса и горизонтальное сканирование рядов 6/8/10 и вертикальный перенос и горизонтальное сканирование рядов 9/11/13, последовательно повторяются в этом порядке. Подробное хронирование этой операции очевидно из Фиг.8, и ее описание не приводится. Кроме того, поскольку сигналы вертикального суммирования рядов 3/5/7 включают в себя сигнал пиксела S_HB, сигналы горизонтального суммирования задаются как ADD1=ADD3=H и ADD2=L, а сигнал пиксела S_HB выводится отдельно, в то время как сигналы оставшихся пикселов выводятся после горизонтального суммирования.

Кроме того, поскольку в состав трех пикселов, имеющих сигналы, которые должны быть суммированы, не включено никаких пикселов определения фокуса, то горизонтальное сканирование любого из рядов 6/8/10 и 9/11/13 устанавливается как ADD1=ADD2=ADD3=H и все пикселы выводятся после горизонтального суммирования.

Как было описано выше, транзистор MOS суммирования, используемый для суммирования пикселов определения фокуса, всегда установлен OFF, независимо от сигнала управления, тем самым устраняя необходимость в суммировании нового сигнала управления, используемого для установки пиксела определения фокуса в состояние без суммирования. Это выгодно для поддержки широко открытой части каждого пиксела. Кроме того, предпочтительно поддерживать однородную компоновку и взаимосвязь элементов датчика изображения, так как это подавляет изменения пикселов. Следовательно, элементы суммирования расположены предпочтительным способом даже для несуммируемых пикселов. В этом варианте осуществления, часть взаимосвязей изменяется локально, таким образом, позволяя минимизировать отрицательное влияние этого изменения на однородность.

Кроме того, даже если пиксел определения фокуса S_HA помещается в (2,0) или в (2,4), а пиксел определения фокуса S_HB помещается в (5,3) или в (5,7), то их сигналы могут быть выведены отдельно без суммирования. Если позиции пикселов определения фокуса изменены, то сигналы, ϕSEL из MOS выбора пикселов при вертикальном переносе должны изменяться только в соответствии со структурой пикселов определения фокуса.

Фиг.9 иллюстрирует модификацию, в соответствии с которой пикселы определения фокуса установлены в состояние без суммирования. Одинаковые ссылочные номера на Фиг.9 обозначают одинаковые части в схеме пиксельной части, изображенной на Фиг.4. Как указано посредством ссылочного номера 900 на Фиг.9, пиксел, который должен быть установлен в состояние без суммирования, устанавливается каким образом посредством сокращения сигнальной линии V_add суммирования, тем самым позволяя получать такой же эффект, что и в случае на Фиг.5.

Второй вариант осуществления

Фиг.10 является принципиальной схемой пиксельной части датчика изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.10, те же ссылочные номера, что и на Фиг.4, обозначают компоненты, имеющие те же функции, что и на Фиг.4. Обычно датчик изображения, в котором используется CMOS, выполняет вертикальный перенос для каждого ряда, так что хронирование переноса изменяется в каждом отдельном ряду. Следовательно, для формирования широкой открывающейся части в каждом пикселе, множество пикселов могут совместно использовать элементы, кроме MOS переноса. Фиг.10 изображает совместное использование элементов, кроме MOS переноса, двумя пикселами. Ссылочный номер 1001 обозначает фотодиод, а 1002 обозначает MOS переноса фотодиода 1001. Заряд на фотодиоде 1001 переносится на конденсатор 404 FD посредством MOS 1002 переноса, выбирается посредством транзистора 405 MOS выбора пикселов и переносится вертикально.

Фиг.11 является временной диаграммой вертикального переноса, когда элементы совместно используются двумя пикселами. Сигнал вертикального сканирования на Фиг.11 не показан. Во-первых, ϕRES изменяется до уровня L для выключения MOS сброса. В то же время ϕSEL выводится для включения MOS выбора пикселов. MOS переноса заряда включается в соответствии с ϕTX1 для переноса заряда с фотодиода 401 на конденсатор FD. После завершения переноса ϕTX1 возвращается на уровень L. Затем сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пиксела на линейное запоминающее устройство. Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, и ϕTX0 снова изменяется до уровня H для сброса фотодиода 401 и конденсатора FD. Таким образом, вертикальный перенос фотодиода 1001 завершен, и выполняется его горизонтальный перенос.

ϕRES снова изменяется на уровень L для выключения MOS сброса. В то же время ϕSEL выводится для включения MOS выбора пикселов. MOS переноса заряда включается в соответствии с ϕTX1 для переноса заряда с фотодиода 1001 на конденсатор FD. После завершения переноса, ϕTX2 возвращается на уровень L. Затем сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пиксела на линейное запоминающее устройство. Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, а ϕTX2 снова изменяется на уровень H для сброса фотодиода 1001 и конденсатора FD. Таким образом, вертикальный перенос фотодиода 401 завершен, и выполняется его горизонтальный перенос.

Как было описано выше, фотодиоды 401 и 1001 имеют различное хронирование вертикального переноса, и, следовательно, могут совместно использовать другие элементы посредством обеспечения двух типов MOS переноса заряда.

Фиг.12 является блок-схемой, изображающей блоки всей схемы датчика изображения CMOS, используемого во втором варианте осуществления. Хотя практическое использование данного продукта подразумевает использование датчика изображения, имеющего несколько миллионов или более пикселов, для простоты в настоящем документе будет описываться конфигурация, имеющая 14×14 пикселов. Как показано на Фиг.12, те же ссылочные номера, что и на Фиг.5, обозначают составные элементы, имеющие те же функции, что и на Фиг.5.

Ссылочный номер 1201 обозначает пиксельную часть, имеющую схемы, показанные на Фиг.11, на которой упорядочены 14×14 пикселов. Координаты пиксела (X, Y) от (0,0) до (13,13) присвоены 14Ч14 пикселов с началом координат в верхнем левом пикселе. Цветные светофильтры расположены в структуре Байера, и R (красный), G (зеленый), и B (синий) на Фиг.12 представляют цвета цветных светофильтров, покрывающих фотодиоды. Хотя Фиг.11 и 12 изображают почти ту же самую компоновку пикселов, что и на Фиг.4 и 5, ссылочные символы R/G, G/B, S_HA/G, и G/S_HB на Фиг.12 обозначают схемы пиксельных частей, каждая из которых является общей для двух пикселов, изображенных на Фиг.11. Компоновка пикселов подробно описана далее.

Две части, указанные кругами на Фиг.12, указывают, что пары пикселов S_HA и S_HB определения фокуса, как описано со ссылкой на Фиг.3A и 3B, обычно включаются в наборы из двух пикселов, совместно использующих схему пиксельной части. Хотя множество пар пикселов определения фокуса S_HA и S_HB распределены на датчике изображения и выполняют определение фокуса, для простоты описания будет описана конфигурация, в которой размещена только одна пара пикселов определения фокуса S_HA и S_HB.

Ссылочный номер 1202 обозначает транзистор MOS, используемый для суммирования выходных сигналов пикселов в вертикальном направлении. Транзисторы 1202 MOS обычно управляются для каждого ряда посредством шести сигнальных линий: сигнальных линий с V_add0 по V_add5. В качестве образца будет описываться способ суммирования с использованием колонки 0. В этом случае, транзисторы 1202 MOS включаются по мере необходимости, так что конденсаторы FD трех пикселов R в (0,0), (0,2) и (0,4), трех пикселов G в (0,3), (0,5) и (0,7), трех пикселов R в (0,6), (0,8) и (0,10) и трех пикселов G в (0,9), (0,11) и (0,12) соединены параллельно друг с другом, и заряды на фотодиодах соответствующих пикселов передаются на параллельно соединенные конденсаторы FD, тем самым выполняя суммирование. То же относится и к другим колонкам. При вышеупомянутой конфигурации, процесс суммирования выполняется для каждого набора из трех пикселов в вертикальном направлении. Суммирование не выполняется для рядов 1 и 12, чтобы избежать барицентрического смещения после суммирования.

Поскольку пикселы S_HA и S_HB служат в качестве пикселов определения фокуса, им становится трудно выполнять определение фокуса, если их сигналы суммируются с сигналами из пикселов формирования изображения. Поэтому, если пиксел определения фокуса включен в состав трех пикселов, имеющих сигналы, которые должны быть суммированы, то его сигнал должен быть выведен отдельно без выполнения вертикального суммирования. Напряжения на затворах транзисторов MOS суммирования, обведенных кругами на Фиг.12, установлены на уровень GND, так что эти транзисторы всегда OFF, независимо от сигнала управления V_add, как на Фиг.5.

Фиг.13A-13G изображают представления взаимосвязи между компоновкой пикселов и считыванием суммирования, в соответствии со вторым вариантом осуществления. Сначала, Фиг.13A изображает всю компоновку 14×14 пикселов. Пикселы формирования изображения, обозначенные, например, посредством обведенных и заштрихованных частей на Фиг.13A, изображают позиции барицентрических пикселов, подвергающихся вертикальному и горизонтальному суммированию. Пикселы S_HA и S_HB выводят сигналы отдельно (то есть без суммирования). Компоновка пикселов S_HA и S_HB, изображенная на Фиг.13A-13G, отличается от компоновки, изображенной на Фиг.6A-6I, по вертикальным координатам, так что пиксел S_HA помещается в (2,6), тогда как пиксел S_HB помещается в (5,7). Фиг.13B изображает взаимосвязь суммирования пикселов R колонок R и G, Фиг.13C изображает взаимосвязь суммирования пикселов G колонок R и G, Фиг.13D изображает взаимосвязь суммирования пикселов R колонок R и G, включающих в себя пиксел S_HA, Фиг.13E изображает взаимосвязь суммирования пикселов G колонок G и B, Фиг.13F изображает взаимосвязь суммирования пикселов B колонок G и B и Фиг.13G изображает взаимосвязь суммирования пикселов B колонок B и G, включающих в себя пиксел S_HB.

Сначала будет описана Фиг.13B. Переключатели, изображенные на Фиг.13B, показывают состояние суммирования транзисторов 1202 MOS, изображенных на Фиг.12, когда в пикселах R имеются сигналы, которые должны быть суммированы. Посредством установки транзисторов MOS суммирования в состояние, изображенное на Фиг.13, три пиксела R в рядах 0, 2 и 4, и три пиксела в рядах 6, 8 и 10, суммируются в вертикальном направлении.

Таким же образом, посредством установки транзисторов MOS суммирования в состояние, изображенное на Фиг.13c, три пиксела G в рядах 3, 5 и 7 и в рядах 9, 11 и 13 суммируются в вертикальном направлении.

Кроме того, посредством установки суммирования транзисторов MOS в состояние, изображенное на Фиг.13D, в колонке, включающей в себя пиксел определения фокуса, сигналы трех пикселов R в рядах 0, 2 и 4, суммируются, сигнал пиксела S_HA в ряду 6 выводится отдельно, а сигналы пикселов R в рядах 8 и 10 суммируются. Во втором варианте осуществления, как и в первом варианте осуществления, переключатель суммирования всегда устанавливается в состояние OFF для предотвращения суммирования сигнала пиксела определения фокуса в состоянии схемы для того, чтобы выводить этот сигнал отдельно. Однако если пиксел определения фокуса помещается в (2,2), как и в первом варианте осуществления, то переключатель суммирования, который суммирует сигналы рядов 2 и 4, должен быть установлен в нормальное состояние OFF. Когда это выполнено, пиксел G в ряде 3 из пикселов G суммирования в рядах 3, 5 и 7 исключается. Следовательно, во втором варианте осуществления, в котором два пиксела образуют общую схему, пиксел определения фокуса помещен в ряд 6, что не вызывает отрицательного воздействия на суммирование пикселов G (что не препятствует суммированию).

Фиг.13E-13G изображают состояния переключателей суммирования в колонках G и B. Механизм этих переключателей суммирования колонок G и B является таким же, что и в колонках R и G, и его описание не приводится.

Фиг.14A и 14B являются временными диаграммами для объяснения считывания датчика изображения, изображенного на Фиг.12, и показывают хронирование вертикального сканирования при вертикальном считывании суммирования трех пикселов. Здесь считывание всех пикселов не описывается.

Сначала выводится сигнал ϕV0 вертикального сканирования, а ϕRES0, ϕRES1 и ϕRES2 изменяются на уровень L для выключения MOS сброса в рядах 0/1, 2/3 и 4/5. В то же время выводится ϕSEL0 для включения MOS выбора пикселов в рядах 0/1. В этом состоянии, V_add0 и V_add1 изменяются на уровень H для соединения конденсаторов FD в рядах 0/1, 2/3 и 4/5 параллельно друг с другом, и MOS переноса заряда включается, в соответствии с ϕTX1_0, ϕTX1_2 и ϕTX1_4, для переноса заряда с фотодиодов в рядах 0, 2 и 4 на параллельно соединенные конденсаторы FD. После завершения переноса, сигналы ϕTX и V_add возвращаются на уровень L. Затем, сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пиксела после суммирования трех пикселов в линейное запоминающее устройство. Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, и ϕTX1_0, ϕTX1_2 и ϕTX1_4 снова изменяются на уровень H для сброса фотодиодов и конденсаторов FD. После сброса, ϕTX снова возвращается на уровень L для начала сохранения заряда с фотодиодов в рядах 0, 2 и 4. После завершения вертикального переноса, выполняется горизонтальное сканирование, и, таким образом, считывание рядов 0, 2 и 4 заканчивается.

Затем выводится сигнал ϕV3 вертикального сканирования, а ϕRES1, ϕRES2 и ϕRES3 изменяются на уровень L для выключения MOS сброса в рядах 2/3, 4/5 и 6/7. В то же время, выводится ϕSEL1 для включения MOS выбора пиксела в рядах 2/3. В этом состоянии, V_add1 и V_add2 изменяются на уровень H для соединения конденсаторов FD в рядах 2/3, 4/5 и 6/7 параллельно друг и другом, и MOS переноса заряда включаются в соответствии с ϕTX2_3, ϕTX2_5 и ϕTX2_7 для переноса заряда с фотодиодов в рядах 3, 5 и 7 на параллельно соединенные конденсаторы FD. После завершения переноса, сигналы ϕTX и V_add возвращаются на уровень L. Затем, сигнал MEM изменяется на уровень H для выполнения вертикального переноса сигналов пиксела, после суммирования трех пикселов, в линейное запоминающее устройство. Кроме того, поскольку транзистор MOS суммирование пиксела S_HB, помещенный в ряду 7, всегда выключен, пиксел S_HB выводит сигнал отдельно. Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, а ϕTX2_3, ϕTX2_5 и ϕTX2_7 снова изменяются на уровень H для сброса фотодиодов и конденсаторов FD. После сброса, ϕTX снова возвращается на уровень L для начала сохранения заряда с фотодиодов в рядах 3, 5 и 7. После завершения вертикального переноса, выполняется горизонтальное сканирование, и, таким образом, считывание рядов 3, 5 и 7 завершается.

Сигнал ϕV6 вертикального сканирования выводится, а ϕRES3, ϕRES4 и ϕRES5 изменяются на уровень L для выключения MOS сброса в рядах 6/7, 8/9 и 10/11. В то же время выводится ϕSEL3 для включения MOS выбора пикселов в рядах 6/7. В этом состоянии, V_add3 и V_add4 изменяются на уровень H для соединения конденсаторов FD в рядах 6/7, 8/9 и 10/11 параллельно друг с другом, и MOS перенос заряда включается в соответствии с ϕTX1_6, ϕTX1_7 и ϕTX1_8 для переноса заряда с фотодиодов в рядах 6, 7 и 8 на параллельно соединенные конденсаторы FD. После завершения переноса, сигналы ϕTX и V_add возвращаются на уровень L. Затем, сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пикселов, после суммирования трех пикселов, в линейное запоминающее устройство. Кроме того, поскольку транзистор MOS суммирования пиксела S_HB, помещенного в ряду 6, всегда выключен, пиксел S_HB выводит сигнал отдельно.

Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, а ϕTX1_6, ϕTX1_7 и ϕTX1_8 снова изменяются на уровень H для сброса фотодиодов и конденсаторов FD. После сброса, ϕTX снова возвращается на уровень L для начала сохранения заряда с фотодиодов в рядах 6, 8 и 10. После завершения вертикального переноса, выполняется горизонтальное сканирование, и, таким образом, считывание рядов 6, 8 и 10 заканчивается.

И, наконец, выводится сигнал ϕV9 вертикального сканирования, и ϕRES4, ϕRES5 и ϕRES6 изменяются на уровень L для выключения MOS сброса в рядах 8/9, 10/11 и 12/13. В то же время, выводится ϕSEL4 для включения MOS выбора пиксела в рядах 8/9. В этом состоянии, V_add4 и V_add5 изменяются на уровень H для соединения конденсаторов FD в рядах 8/9, 10/11 и 12/13 параллельно друг с другом, и MOS переноса заряда включается, в соответствии с ϕTX2_9, ϕTX2_11 и ϕTX2_13 для переноса заряда с фотодиодов в рядах 9, 11 и 13 на параллельно соединенные конденсаторы FD. После завершения переноса, сигналы ϕTX и V_add возвращаются на уровень L. Затем, сигнал MEM изменяется на уровень H для вертикального переноса сигналов пикселов, после суммирования трех пикселов, в линейное запоминающее устройство.

Когда вертикальный перенос завершен, сигнал ϕRES возвращается на уровень H, а ϕTX2_9, ϕTX2_11 и ϕTX2_13 снова изменяются на уровень H для сброса фотодиодов и конденсаторов FD. После сброса, ϕTX снова возвращается на уровень L для начала сохранения заряда с фотодиодов в рядах 9, 11 и 13. После завершения вертикального переноса, выполняется горизонтальное сканирование, и, таким образом, считывание рядов 9, 11 и 13 завершается. Отметим, что горизонтальное сканирование является таким же, что и в первом варианте осуществления.

Как было описано выше, если двумя пикселами совместно используется схема пиксельной части, как обозначено цветами цветных светофильтров на фотодиодах, например, R/G и G/B, и в пикселах G имеются сигналы, которые должны быть суммированы, то пиксел определения фокуса помещается в позицию транзистора MOS суммирования, который должен быть установлен в состояние OFF, тем самым, позволяя пикселу определения фокуса выводить сигнал отдельно без вертикального суммирования. В этом случае, все нормальные пикселы, не включающие в себя пикселы определения фокуса в качестве цели суммирования, могут суммироваться.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми иллюстративными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования двухмерных структур для захвата изображения. Техническим результатом является предотвращение смешивания друг с другом сигналов пикселов формирования изображения и пикселов определения фокуса. Устройство содержит датчик изображения, включающий матрицу множества пикселов формирования изображения и множества пикселов определения фокуса, которые принимают лучи света, проходящие через выходные зрачки линз формирования изображения в то время, когда они частично экранированы, линию вертикального вывода, блок вертикального суммирования, который суммирует, в вертикальном направлении датчика изображения, сигналы множества пикселов, выровненных в одной колонке, и блок управления, который выполняет управление, чтобы блок вертикального суммирования всегда был выключен, когда пиксел определения фокуса включен в состав пикселов, имеющих сигналы, которые должны быть суммированы, при суммировании сигналов множества пикселов в вертикальном направлении и считывании их посредством блока вертикального суммирования. 6 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Устройство для захвата изображения, содержащее:
датчик изображения, который включает в себя матрицу пикселов, сформированных посредством компоновки, в направлении рядов, то есть в горизонтальном направлении, и в направлении колонок, то есть в вертикальном направлении, множества пикселов формирования изображения и множества пикселов определения фокуса;
блок вертикального вывода, сконфигурированный для вывода, в вертикальном направлении упомянутого датчика изображения, сигналов множества пикселов, выровненных в одной колонке:
блок вертикального суммирования, сконфигурированный для суммирования, в вертикальном направлении упомянутого датчика изображения, сигналов множества пикселов, выровненных в одной колонке; и
блок управления, в котором обеспечен режим считывания всех пикселов, в котором сигналы считываются из всех пикселов упомянутого датчика изображения без суммирования, и режим считывания суммирования, в котором сигналы множества пикселов суммируются в вертикальном направлении посредством упомянутого блока вертикального суммирования, и в котором упомянутый блок вертикального суммирования всегда сконфигурирован, чтобы быть выключенным в случае, когда пиксел определения фокуса включен в состав пикселов, включающих в себя сигналы, которые должны быть суммированы, в режиме считывания суммирования.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутый датчик изображения включает в себя слой межсоединений для передачи сигналов в пределах датчика, и в котором упомянутый слой межсоединений локально адаптирован для предотвращения вертикального суммирования пикселов формирования изображения с пикселами определения фокуса.

3. Устройство по п.2, в котором упомянутый слой межсоединений включает в себя множество транзисторов суммирования для выбора пикселов, которые должны быть суммированы, и в котором, по меньшей мере, один из упомянутых транзисторов заземлен.

4. Устройство по п.2, в котором упомянутый слой межсоединений включает в себя сигнальную линию вертикального суммирования в каждом пикселе, и в котором, по меньшей мере, одна из упомянутых сигнальных линий вертикального суммирования отключена.

5. Устройство по п.1, в котором множество пикселов считывания изображений разделено на множество пикселов, которые выводят информацию о яркости, и множество пикселов, которые выводят информацию о цвете, причем набор из множества пикселов, которые выводят информацию о яркости, и набор из множества пикселов, которые выводят информацию о цвете, совместно использует часть схемы, обеспеченной в каждом пикселе.

6. Устройство по п.5, в котором пикселы определения фокуса заменены некоторыми из множества пикселов, которые выводят информацию о цвете, и помещены в позиции, в которых пикселы определения фокуса не препятствуют суммированию множества пикселов, которые выводят информацию о яркости.

7. Устройство по п.1, в котором упомянутые пикселы формирования изображения принимают лучи света, проходящие через выходные зрачки линз формирования изображения, а упомянутые пикселы определения фокуса принимают лучи света, проходящие через выходные зрачки линз формирования изображения в то время, когда выходные зрачки линз формирования изображения частично экранированы.