CN101729801A - 固态图像拾取装置、光学设备、信号处理设备及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了固态图像拾取装置、光学设备、信号处理设备和信号处理系统。所述固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步像素单元、A/D转换器和光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；以及控制器，被配置以控制信号的读出。

Description

固态图像拾取装置、光学设备、信号处理设备及其系统
技术领域
本发明涉及固态图像拾取装置、包括该固态图像拾取装置的光学设备、与光学设备连接的信号处理设备和包括该光学设备和该信号处理设备的信号处理系统。具体地说，本发明涉及能够使用从固态图像拾取装置读取的像素信号调制外部输入光束并输出已调制光信号的固态图像拾取装置、光学设备、信号处理设备和信号处理系统。
背景技术
随着电路板的处理速度和封装密度的增加，出现了信号延迟和发生EMI(电磁干扰)的问题。因此，解决在电互连中发生的信号延迟和信号恶化以及从电互连辐射出的电磁干扰噪声并允许高速传输的光互连技术近来受到了大量的关注。
作为在板(board)中使用光束的高速信号传输技术之一，已经开发了被称为光互连的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开No.2004-219882)。在日本未审查专利申请公开No.2004-219882中，使用二维光波导层、可以切换振荡模式的半导体激光器和切换从半导体激光器发出的光束的光程的光程切换结构。
光程切换结构根据半导体激光器的振荡模式的切换来改变光波导层中的输出角，以使得输出光束在光波导层中传播。以这种方式，可以选择在二维光波导层中光传输信号的传播状态。因此，可以自由地确定发光元件和光接收元件的布局，且因此，可以灵活地重新配置光信号传输配置。
具体地说，近来，平板显示器已经在主体尺寸和屏幕尺寸方面增加，且因此，延迟了信号。因此，使用光束的信号传输技术是解决方案之一。上述光互连技术可以应用于驱动平板显示器的TFT。
另外，已经开发了其中将固态图像拾取装置并入可从相机主体拆卸的透镜单元，并使用光束将从固态图像拾取装置输出的信号发送到相机主体的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开No.2006-196972)。
发明内容
但是，在日本未审查专利申请公开No.2006-196972中描述的技术中，将发光元件安装在包括在其上安装图像拾取装置的板上。因此，图像拾取装置可能受到来自由发光元件产生的热量的负面冲击。
因此，本发明提供了能够使用从像素单元读取的像素信号调制外部输入光束并输出已调制光信号的固态图像拾取装置、包括该固态图像拾取装置的光学设备、与该光学设备连接的信号处理设备和包括该光学设备和该信号处理设备的信号处理系统。
根据本发明的实施例，固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步像素单元、A/D转换器和光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；以及控制器，被配置以控制信号的读出。
根据本发明的另一实施例，光学设备包括被配置以将入射在其上的光转换为电信号的固态图像拾取装置和被配置以允许光入射在固态图像拾取装置上的光学元件。固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步像素单元、A/D转换器和光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；以及控制器，被配置以控制信号的读出。像素单元、A/D转换器、光调制单元、定时产生单元和控制器被形成在相同衬底上且被集成到一个芯片中。
根据本发明的又一实施例，提供与光学设备连接的信号处理设备。光学设备包括被配置以将入射在其上的光转换为电信号的固态图像拾取装置和被配置以允许光入射在固态图像拾取装置上的光学元件。固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步像素单元、A/D转换器和光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；以及控制器，被配置以控制信号的读出。信号处理设备包括：光发射单元，被配置以将输入的光束输出到固态图像拾取装置的光调制单元；光接收单元，被配置以接收从固态图像拾取装置的光调制单元输出的信号光束；读出控制单元，被配置以控制从固态图像拾取装置的像素单元输出的信号的读出；和信号处理单元，被配置以处理从像素单元读取并通过光通信从固态图像拾取装置输入的信号。
根据本发明的再一实施例，信号处理系统包括光学设备和与光学设备连接的信号处理设备。光学设备包括被配置以将入射在其上的光转换为电信号的固态图像拾取装置和被配置以允许光入射在固态图像拾取装置上的光学元件。固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步像素单元、A/D转换器，和光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；以及控制器，被配置以控制信号的读出。信号处理设备包括：光发射单元，被配置以将输入的光束输出到固态图像拾取装置的光调制单元；光接收单元，被配置以接收从固态图像拾取装置的光调制单元输出的信号光束；读出控制单元，被配置以控制从固态图像拾取装置的像素单元输出的信号的读出；和信号处理单元，被配置以处理从像素单元读取并通过光通信从固态图像拾取装置输入的信号。
根据本发明的实施例，与由定时产生单元产生的同步信号同步地，从像素单元读取从输入到固态图像拾取装置的光进行光电转换的电信号，并输入到A/D转换器。将输入到A/D转换器的信号转换为数字信号。与由定时产生单元产生的同步信号同步地输出数字信号，并输入到光调制单元。光调制单元使用从A/D转换器输出的数字信号调制具有恒定强度并从信号处理设备输入到固态图像拾取装置的光。这样，与由定时产生单元产生的同步信号同步地输出根据从像素单元读取的像素信号产生的信号光束。
根据本发明，因为固态图像拾取装置提供有使用从像素单元读取的像素信号调制外部输入光束的光调制单元，所以固态图像拾取装置可以通过光通信输出信号而不包括发光元件。另外，通过以同步信号来对信号的输入和输出进行同步，固态图像拾取装置可以将从输入到像素单元的光进行光电转换的电信号转换为光信号并输出该光信号。以这种方式，可以防止由光通信引起的热的产生，且因此可以减少热对像素单元上的负面冲击。另外，可以减少光通信的功耗。
因为可以减少热的负面冲击，所以可以以高速发送从固态图像拾取装置读取的信号。另外，通过将元件集成到一个芯片中，可以减少安装固态图像拾取装置所需的空间。此外，可以便利固态图像拾取装置的设计过程。因为可以减少电信号的传输路径的长度，所以可以容易地实现高速传输。
根据本发明，光学设备包括上述的固态图像拾取装置。因此，可以以高速发送由固态图像拾取装置捕捉的光的图像。另外，根据本发明，提供与上述光学设备连接的信号处理设备。因此，可以以高速将由固态图像拾取装置捕捉的光的图像输入到该信号处理设备。结果，信号处理设备可以获取大量数据。
根据本发明，信号处理系统包括上述光学设备和信号处理设备。因此，可以以高速发送由固态图像拾取装置捕捉的光的图像。结果，即使当固态图像拾取装置的像素数目或帧速率增加时，信号处理系统也可以处理大量传输数据。
附图说明
图1是示意地图示根据本发明第一实施例的示例性固态图像拾取装置的功能框图；
图2是示意地图示包括光学设备和信号处理设备的示例性信号处理系统的功能框图；
图3是图示固态图像拾取装置的光通信单元的示例性配置的图；
图4是图示在施加电压与光吸收(optical absorption)之间的关系的曲线图；
图5是图示固态图像拾取装置的光通信单元的配置的另一示例的图；
图6是图示固态图像拾取装置的光通信单元的配置的另一示例的图；
图7是当接通电源时的处理流程的流程图；
图8是当切断电源时的处理流程的流程图；
图9是图示光发射单元的示例性配置的图；
图10是光接收单元的示例性功能框图；
图11是图示根据第一实施例的固态图像拾取装置的示例的功能框图；
图12是示例性像素阵列的电路配置图；
图13是图示每一像素的示例性结构模型的截面结构图；
图14是图示根据第一实施例的信号处理系统的示例的功能框图；
图15是图示相机系统的操作模式的示例的状态转移图；
图16是图示草图(draft)模式中的数据流的数据图；
图17是图示在草图模式中由固态图像拾取装置执行的示例性处理的流程图；
图18是图示在静止图像模式中的数据流的数据图；
图19是图示在静止图像模式中由相机主单元执行的示例性处理的流程图；
图20是图示在静止图像模式中由固态图像拾取装置执行的示例性处理的流程图；
图21A到图21D是在草图模式和静止图像模式中的信号的时序图；
图22A到图22E是在草图模式中的信号的时序图；
图23A到图23E是在静止图像模式中的信号的时序图；
图24A到图24C是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第一方法的时序图；
图25A和图25B是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第二方法的时序图；
图26A到图26C是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第三方法的时序图；
图27是图示其中保证像素数据的读出的同步定时的固态图像拾取装置的示例性配置的功能框图；
图28是图示包括串行接口的固态图像拾取装置的示例性配置的功能框图；
图29是图示包括串行接口的信号处理系统的示例性配置的功能框图；
图30是图示在包括串行接口的信号处理系统中的数据流的数据图；
图31是图示用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置与信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备的示例性光通信单元的功能框图；
图32A到图32H是图示由用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置与信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备执行的示例性信号处理的时序图；
图33是图示保证由多个光调制单元执行的像素数据的读出的同步定时的示例性固态图像拾取装置的功能框图；
图34是图示用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置与信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备的光通信单元的另一示例的功能框图；
图35A到图35H是在固态图像拾取装置与信号处理设备之间串行化并传递的信号的时序图；
图36是示例性编码单元的功能框图；
图37是串行/并行转换单元的示例性时钟重建单元的功能框图；
图38是示例性解码单元的功能框图；
图39是图示用于产生输入到固态图像拾取装置的编码单元的数据的示例性操作的图；
图40是图示用于产生从信号处理设备的解码单元输出的数据的示例性操作的图；
图41是图示用于产生从信号处理设备的解码单元输出的数据的示例性操作的图；
图42是图示用于产生从信号处理设备的解码单元输出的数据的示例性操作的图；
图43是图示根据第一实施例的信号处理系统的应用的功能框图；
图44是图示根据第一实施例的信号处理系统的应用的功能框图；和
图45是图示根据第一实施例的信号处理系统的应用的功能框图。
具体实施方式
下面参考附图描述根据本发明实施例的固态图像拾取装置、包括该固态图像拾取装置的光学设备、与该光学设备连接的信号处理设备和包括该光学设备和该信号处理设备的信号处理系统。
第一实施例的固态图像拾取装置的概述
图1是根据本发明第一实施例的固态图像拾取装置的功能框图。根据本实施例，固态图像拾取装置1A由互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器形成。固态图像拾取装置1A包括将光束转换为电信号并输出电信号的像素单元10A和将从像素单元10A输出的电信号转换为数字信号的A/D转换器11A。像素单元10A包括二维或一维地排列的像素。像素将光转换为电信号。像素单元10A根据入射光的强度输出电信号。
固态图像拾取装置1A包括光通信单元12A。光通信单元12A将从A/D转换器11A输出的数字电信号转换为光信号并输出光信号。光通信单元12A包括调制外部输入光束L并输出信号光束Ls的光调制单元120。也就是说，光调制单元120根据电信号(例如，电压信号)的变化来调制通过其或由此反射的外部输入光束。
在光通信单元12A中，将具有恒定强度的外部输入光束L输入到光调制单元120。另外，将由A/D转换器11A转换的数字电信号输入到光调制单元120。其后，光调制单元120基于从A/D转换器11A输入的电信号来调制外部输入光束L。这样，从光通信单元12A输出基于从像素单元10A读取的像素数据的信号光束Ls。
固态图像拾取装置1A包括定时发生器(TG)13A。TG 13A根据操作模式产生驱动时钟(CLK)，并将驱动时钟提供到以下功能块：像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A。另外，固态图像拾取装置1A包括：控制I/O 14A，通过其执行控制信号的输入和输出；DC-DC单元15A，其提供电源；和控制器16A，其控制像素数据的读出。控制器16A、DC-DC单元15A和定时发生器13A连接到总线17。这样，发送与接收控制信号和数据。因为固态图像拾取装置1A通过光通信发送像素信号，所以不需要用于外部地发送像素信号的电极。因此，连接到控制I/O 14A的电极(没有示出)可以由至少以下三条线形成：电源线、GND线和控制线。
控制器16A控制DC-DC单元15A在固态图像拾取装置1A的通电和断电之间切换。另外，控制器16A使用定时发生器13A产生驱动时钟，并将驱动时钟提供给像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A。以这种方式，控制器16A使得像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A与驱动时钟同步地操作。
像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A以从定时发生器13A提供的驱动时钟同步信号的输入和输出。像素单元10A读取根据以电信号的形式的入射光的图像形成的像素数据。A/D转换器11A接收由像素单元10A读取的像素数据，将像素数据转换为数字信号，并输出数字信号。光通信单元12A接收由A/D转换器11A转换的数字电信号，基于由像素单元10A读取的电信号调制从外部输入到光调制单元120的光束L，并输出信号光束Ls。
第一实施例的光学设备的概述
图2是包括光学设备和信号处理设备的示例性信号处理系统的功能框图。首先描述包括固态图像拾取装置的光学设备的概述。根据第一实施例，光学设备2A包括外壳21。外壳21包括固态图像拾取装置1A和安装在外壳中的透镜单元20。透镜单元20是光学元件的示例。透镜单元20包括单个透镜或多个透镜的组合。
配置光学设备2A以使得将固态图像拾取装置1A的像素单元10A设置在透镜单元20的焦点位置。通过透镜单元20入射的光的图像被聚焦在固态图像拾取装置1A的像素单元10A上。
为了将透镜单元20的焦点定位在固态图像拾取装置1A的像素单元10A上，而不论在光学设备2A和待成像物体之间的距离如何，光学设备2A包括，例如，在光轴方向上相对于固态图像拾取装置1A移动透镜单元20的聚焦机构。
第一实施例的信号处理设备的概述
接下来参考图2描述信号处理设备。根据第一实施例，信号处理设备3A包括：光通信单元30A，其将光信号转换为电信号；和控制I/O 31A，通过其输入和输出信号(例如，控制信号)。信号处理设备3A连接到光学设备2A。当光学设备2A连接到信号处理设备3A时，信号处理设备3A的光通信单元30A光学地连接到固态图像拾取装置1A的光通信单元12A。另外，控制I/O31A连接到固态图像拾取装置1A的控制I/O 14A。
信号处理设备3A包括接收用户操作的操作单元32A和指示光学设备2A的固态图像拾取装置1A读出像素数据的读出控制单元33A。
信号处理设备3A从控制I/O 31A指示光学设备2A的固态图像拾取装置1A读出像素数据。此后，信号处理设备3A通过在信号处理设备3A的光通信单元30A与固态图像拾取装置1A的光通信单元12A之间执行的光通信从固态图像拾取装置1A获取图像数据。
光通信单元30A包括：光发射单元300，其发射要输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120的光束L；和光接收单元301，其接收从光调制单元120输出的信号光束Ls。光发射单元300包括发光元件，比如半导体激光器(LD)。光发射单元300发射具有恒定的、连续的强度的光束L。光接收单元301包括光接收元件，比如光电二极管(PD)。光接收单元301接收通过使用固态图像拾取装置1A的光调制单元120，来调制从信号处理设备3A的光发射单元300输出的光束L而产生的信号光束Ls。随后，光接收单元301将光信号的形式下输入的像素数据转换为电信号并输出电信号。
信号处理设备3A包括信号处理单元34A。信号处理单元34A对通过与固态图像拾取装置1A的光通信而获取的像素数据执行预定信号处理，并产生图像数据。信号处理设备3A进一步包括：数据保持单元35A，其保持从固态图像拾取装置1A获取的像素数据；和显示单元36A，其使用由信号处理单元34A产生的图像数据来显示图像。
信号处理设备3A包括电源37A和电源控制单元38A。电源37A提供电能给信号处理设备3A和光学设备2A。电源控制单元38A控制所提供的电源。也就是说，电源控制单元38A执行电源控制以使得响应于信号处理设备3A的通电和断电操作，以预定次序切换向信号处理设备3A和光学设备2A提供电源的开始和停止。
第一实施例的信号处理系统的概述
接下来参考图2描述信号处理系统的概述。根据第一实施例，信号处理系统4A包括光学设备2A和信号处理设备3A。例如，光学设备2A是从信号处理设备3A可拆卸的且是可互换的。
在信号处理系统4A中，当光学设备2A连接到信号处理设备3A时，信号处理设备3A的光通信单元30A光学地连接到光学设备2A的固态图像拾取装置1A的光通信单元12A。另外，信号处理设备3A的控制I/O 31A连接到固态图像拾取装置1A的控制I/O 14A。
以这种方式，在信号处理系统4A中，固态图像拾取装置1A的光通信单元12A和信号处理设备3A的光通信单元30A允许使用光信号在光学设备2A和信号处理设备3A之间传递数据。
另外，在信号处理系统4A中，信号处理设备3A的控制I/O 31A和固态图像拾取装置1A的控制I/O 14A允许在信号处理设备3A和光学设备2A之间传递控制信号。
在信号处理系统4A中，信号处理设备3A的操作单元32A接收用户操作。当经由操作单元32A由用户操作触发时，信号处理设备3A的读出控制单元33A输出启动像素数据的读出的控制信号。
在信号处理系统4A中，将启动像素数据的读出的控制信号经由信号处理设备3A的控制I/O 31A和光学设备2A的控制I/O 14A输入到光学设备2A的固态图像拾取装置1A。
在信号处理系统4A中，当启动像素数据的读出的控制信号被输入到光学设备2A的固态图像拾取装置1A时，固态图像拾取装置1A的控制器16A使用定时发生器13A产生驱动时钟。
将由定时发生器13A产生的驱动时钟提供给像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A。像素单元10A以电信号的形式读取像素数据。A/D转换器11A接收由像素单元10A读取的像素数据，将像素数据转换为数字信号，并输出数字信号。光通信单元12A接收由A/D转换器11A转换的数字电信号。基于像素单元10A的读出的电信号调制输入到光调制单元120的外部光束L。这样，输出信号光束Ls。
在信号处理系统4A中，使用在固态图像拾取装置1A的光通信单元12A与信号处理设备3A的光通信单元30A之间的光通信，将从固态图像拾取装置1A读取的像素数据输入到信号处理设备3A。
在信号处理系统4A中，当经由光通信将由固态图像拾取装置1A读取的像素数据输入到信号处理设备3A时，信号处理设备3A的光通信单元30A将光信号的形式下的像素数据转换为电信号并输出电信号。
在信号处理系统4A中，信号处理设备3A的信号处理单元34A对由信号处理设备3A的光通信单元30A转换的、电信号的形式下的像素数据执行预定信号处理。这样，产生图像数据。例如，在显示单元36A上显示图像数据。
固态图像拾取装置的光通信单元的示例性配置
图3是图示固态图像拾取装置的光通信单元的示例性配置的图。图4是图示在施加电压与光吸收之间的关系的曲线图。固态图像拾取装置1A的光通信单元12A包括用作光调制单元120的电场吸收光调制器120A。电场吸收光调制器120A使用这样的现象：其中，当将电场施加到被称作量子阱(quantum well)的半导体微观结构时，半导体的带结构(band structure)改变，且因此光吸收改变。
电场吸收光调制器120A具有在P层502a和N层502b之间放置波导层501的结构。如图4所示，电场吸收光调制器120A的波导层501的光吸收带根据偏压而移位。因此，例如，当将具有λ2的波长的光输入到波导层501时，且如果存在施加电压，则光由波导层501所吸收。但是，如果不存在施加电压，则光通过波导层501。以这种方式，因为输入到波导层501的光的损耗根据施加电压而改变，所以可以调节光的强度。
固态图像拾取装置1A通过将根据从A/D转换器11A输出的电信号的电压施加到电场吸收光调制器120A来提供光调制。因此，配置固态图像拾取装置1A的光通信单元12A以使得，当光学设备2A连接到信号处理设备3A时，将从信号处理设备3A的光发射单元300输出的光束L输入到电场吸收光调制器120A的波导层501。另外，配置光通信单元12A以使得，将已经经由通过电场吸收光调制器120A的波导层501而被调制的信号光束Ls输入到信号处理设备3A的光接收单元301。此外，配置光通信单元12A以使得将由A/D转换器11A转换和输出的数字电信号的电压施加到电场吸收光调制器120A的P层502a和N层502b。
以这种方式，固态图像拾取装置1A的光通信单元12A基于从像素单元10A读取的数字化电信号Ds，调制从信号处理设备3A的光发射单元300发射到电场吸收光调制器120A的光束L。此后，光通信单元12A输出已调制的光束L作为信号光束Ls。
图5是固态图像拾取装置的光通信单元的配置的另一示例的图。固态图像拾取装置1A的光通信单元12A包括用作光调制单元120的马赫-曾德耳(Mach-Zehnder)调制器120B。马赫-曾德耳调制器120B使用被称为波克尔斯效应(Pockels effect)电光效应，其中折射率根据施加的电压而改变。使用该电光效应的光调制器可以根据施加电压来调制光的相位。
通过使用由电光效应所引起的光相位差，马赫-曾德耳调制器120B产生在形成马赫-曾德耳调制器的两个波导之间的光程长度差。这样，引起了光的干涉，且可以执行光的打开/关闭(ON/OFF)切换。
马赫-曾德耳调制器120B包括在由比如铌酸锂(LiNbO3)单晶之类的铁电单晶形成的衬底503中的光波导505。通过使用分路单元504a和接合单元504b，将光波导505分路为第一波导505a和第二波导505b，并将其再次接合在一起。马赫-曾德耳调制器120B进一步包括用于施加电压的电极506。注意，马赫-曾德耳调制器120B可以由比如砷化镓(GaAs)或砷化铟(InAs)之类的半导体材料制成。使用半导体工艺在InP衬底上形成由半导体材料制成的马赫-曾德耳调制器120B。可以将马赫-曾德耳调制器120B制造得小于由LiNbO3制成的马赫-曾德耳调制器120B。
当将经过第一波导505a的光束的相位从经过第二波导505b的光束的相位移位π的电压V1施加到马赫-曾德耳调制器120B时，在分路单元504a中分路的光束的相位移位π，且在接合单元504b中与另一光束接合。具有相位差π的所接合的光束由于干涉而彼此抵消。因此，输出的电平是“0”。
相反，当将未引起在经过第一波导505a的光束的相位与经过第二波导505b的光束的相位之间的差的电压V0施加到马赫-曾德耳调制器120B时，在分路单元504a中分路的光束与相同相位的另一光束在接合单元504b中接合在一起。具有相同相位的所接合的光束由于干涉而增加了彼此的强度。因此，输出的电平是“1”。
以这种方式，在马赫-曾德耳调制器120B中，通过施加将经过第一波导505a的光束的相位从经过第二波导505b的光束的相位移位π的电压V1，可以实现光的打开/关闭切换。
在固态图像拾取装置1A中，通过将根据从A/D转换器11A输出的电信号的电压施加到马赫-曾德耳调制器120B，可以实现光调制。因此，配置固态图像拾取装置1A的光通信单元12A以使得，当光学设备2A连接到信号处理设备3A时，从信号处理设备3A的光发射单元300输出的光束L被输入到马赫-曾德耳调制器120B的光波导505的输入端。另外，配置光通信单元12A以使得将在经过马赫-曾德耳调制器120B的第一波导505a和第二波导505b时被调制的、且从光波导505的输出端输出的信号光束Ls输入到信号处理设备3A的光接收单元301。此外，配置光通信单元12A以使得将由A/D转换器11A转换并输出的数字电信号的电压施加到马赫-曾德耳调制器120B的电极506。
以这种方式，固态图像拾取装置1A的光通信单元12A基于从像素单元10A读取的数字化电信号Ds，调制从信号处理设备3A的光发射单元300发射到马赫-曾德耳调制器120B的光束L。此后，光通信单元12A输出已调制的光束L作为信号光束Ls。
图6是固态图像拾取装置的光通信单元的配置的另一示例的图。固态图像拾取装置1A的光通信单元12A包括用作光调制单元120的镜子单元120C。镜子单元120C由通过使用微电机械系统(MEMS)技术产生的数字微镜装置(DMD)形成。
例如，镜子单元120C包括在硅(Si)衬底507上的：反射镜508、附着于反射镜508的轭(yoke)509和用于将反射镜508固定到轭509的镜子支撑基质(host)510。反射镜508和轭509由铰链511支撑在衬底507上。在轭509的顶端形成减震板509a。铰链511具有允许其变形和恢复的弹性。衬底507具有在其上形成的地址电极(address electrode)512。地址电极512面对轭509和反射镜508。轭509和反射镜508机械地并电气地连接到偏置复位总线513。
当将偏压施加到镜子单元120C时，且如果将电压施加到地址电极512，则在反射镜508与地址电极512之间以及在轭509和地址电极512之间施加静电力，以使得产生静电扭矩。因此，反射镜508和轭509旋转直到使得减震板509a与衬底507接触，并且减震板509a的移动停止。这样，反射镜508倾斜。如果未施加偏压，则反射镜508和轭509由于铰链511的恢复力而稳定地位于水平位置。
以这种方式，在镜子单元120C中，输入到反射镜508的光被反射的方向根据是否施加电压而改变。这样，根据反射镜508的角度改变在光接收侧的光强度。结果，可以实现光的打开/关闭控制。
在固态图像拾取装置1A中，通过将根据从A/D转换器11A输出的电信号的电压施加到镜子单元120C，执行光学调制。因此，配置固态图像拾取装置1A的光通信单元12A以使得，当光学设备2A连接到信号处理设备3A时，从信号处理设备3A的光发射单元300输出的光束L被输入到镜子单元120C的反射镜508。另外，配置光通信单元12A以使得：通过使用在未施加电压时的反射镜508的角度，将由反射镜508反射的光输入到例如信号处理设备3A的光接收单元301，同时，通过使用在施加电压时的反射镜508的角度，不将由反射镜508反射的光输入到光接收单元301。此外，配置光通信单元12A以使得由A/D转换器11A转换并输出的电信号的电压被施加到镜子单元120C。
以这种方式，固态图像拾取装置1A的光通信单元12A基于从像素单元10A读取的数字化电信号Ds，调制从信号处理设备3A的光发射单元300发射到镜子单元120C的光束L。此后，光通信单元12A输出已调制的光束L作为信号光束Ls。
由第一实施例的信号处理系统执行的电源控制的示例
图7是当接通电源时的处理流程的流程图。图8是当切断电源时的处理流程的流程图。接下来描述当接通和切断电源时执行的电源控制的示例。
首先参考附图描述当接通电源时执行的示例性处理。信号处理系统4A执行电源控制，以使得当接通电源时，信号处理设备3A首先通电，且随后，光学设备2A的固态图像拾取装置1A通电。另外，在信号处理设备3A的光通信单元30A中，光接收单元301首先通电，且随后，光发射单元300通电。
也就是说，当使用电源开关(没有示出)执行信号处理系统4A通电的操作时，在图7所示的步骤SA1将电源提供给信号处理设备3A。当将电源提供给信号处理设备3A时，信号处理设备3A的电源控制单元38A在图7所示的步骤SA2将电源提供给信号处理设备3A的光接收单元301。
在信号处理设备3A的电源控制单元38A开始提供电源给信号处理设备3A的光接收单元301之后，电源控制单元38A在图7所示的步骤SA3提供电源给光学设备2A的固态图像拾取装置1A。
在具有图2所示的配置的信号处理系统4A中，电源37A被包括在信号处理设备3A中。通过信号处理设备3A的控制I/O 31A和固态图像拾取装置1A的控制I/O 14A，从信号处理设备3A向光学设备2A提供电源。
在从信号处理设备3A接收电源的情况下，在图7所示的步骤SA4，固态图像拾取装置1A的DC-DC单元15A向固态图像拾取装置1A的光调制单元120提供电源。更具体地说，将电源提供给光通信单元12A的驱动单元(没有示出)。此后，光调制单元120通电。以这种方式，可以防止由向处于不稳定状态的输出级提供电源所引起的光调制单元120的驱动单元的输出级的故障。随后，在图7所示的步骤SA5中，向关于图像捕捉操作的功能块(例如，像素单元10A)提供电源。通过遵循该顺序，当固态图像拾取装置1A通电时，可以防止在光通信单元12A进入就绪状态之前，当将像素数据输入到光通信单元12A时发生的光通信单元12A的驱动单元的输入级的故障或损坏。
当将电源提供给固态图像拾取装置1A且因此，将电源提供给光调制单元120时，信号处理设备3A的电源控制单元38A在图7所示的步骤SA6提供电源给信号处理设备3A的光发射单元300。
这样，信号处理设备3A的光接收单元301、固态图像拾取装置1A的光调制单元120和信号处理设备3A的光发射单元300以该次序通电。
如上所述，当这些单元从光接收单元侧到光发射单元侧顺序地通电时，在图7所示的步骤SA7，信号处理设备3A的读出控制单元33A输出启动像素数据的读出的控制信号。这样，开始从固态图像拾取装置1A读出像素数据。
接下来参考附图描述断电处理。为了切断电源，执行以下电源控制。在信号处理系统4A中，光学设备2A的固态图像拾取装置1A和信号处理设备3A依次断电。另外，在信号处理设备3A的光通信单元30A中，光发射单元300和光接收单元301依次断电。
也就是说，当用户使用电源开关(没有示出)将信号处理系统4A断电时，在图8所示的步骤SB1，信号处理设备3A的电源控制单元38A停止向信号处理设备3A的光发射单元300提供电源。在信号处理设备3A的电源控制单元38A停止向信号处理设备3A的光发射单元300提供电源之后，电源控制单元38A输出停止向光学设备2A的固态图像拾取装置1A提供电源的控制信号。在接收停止提供电源的控制信号的情况下，在图8所示的步骤SB2，固态图像拾取装置1A的DC-DC单元15A停止向与图像捕捉操作相关联的功能块(例如，固态图像拾取装置1A的像素单元10A)提供电源。在停止向像素单元10A的电源提供之后，DC-DC单元15A在步骤SB3停止向固态图像拾取装置1A的光调制单元120提供电源。通过遵循当固态图像拾取装置1A断电时的该序列，可以防止在光通信单元12A进入未驱动状态之后，当将像素数据输入到光通信单元12A时发生的光通信单元12A的驱动单元的输入级的故障或损坏。在光通信单元12A中，在停止向光调制单元120的电源提供之后，停止向驱动单元的电源提供。以这种方式，如在其中接通电源的情况下，可以防止由向处于不稳定状态的输出级连续地提供电源所引起的光调制单元120的驱动单元的输出级的故障。
在停止向固态图像拾取装置1A的光调制单元120提供电源之后，在图8所示的步骤SB4中，信号处理设备3A的电源控制单元38A停止向固态图像拾取装置1A提供电源。
在停止向固态图像拾取装置1A提供电源之后，在图8所示的步骤SB5中，信号处理设备3A的电源控制单元38A停止向信号处理设备3A的光接收单元301提供电源。
以这种方式，顺序地停止向信号处理设备3A的光发射单元300、固态图像拾取装置1A的光调制单元120和信号处理设备3A的光接收单元301的电源提供。
如上所述，在从光发射单元侧到光接收单元侧将这些单元顺序地断电之后，在图8所示的步骤SB6中，信号处理设备3A的电源控制单元38A停止向信号处理设备3A提供电源。
图9是图示光发射单元的示例性配置的图。例如，垂直腔面发射激光器(VCSEL)300A用作光发射单元300。垂直腔面发射激光器300A包括层叠在p型电极300a和n型电极300b之间的顶布拉格(Bragg)反射镜(DBR镜子)300c、活性层(active layer)300d、底布拉格反射镜(DBR镜子)300e和n型半导体衬底300f。在垂直腔面发射激光器300A中，通过在活性层300d的任一侧上形成每个均由介电多层薄膜制成的顶布拉格反射镜300c和底布拉格反射镜300e，在镜子之间形成振荡器。
接下来描述垂直腔面发射激光器300A的操作原理。
首先，通过向p型电极300a和n型电极300b施加电压并且垂直腔面发射激光器300A向外传递电流，产生活性层300d的能级的反转集居状态(inverted population state)。
其次，在活性层300d中发射具有与能隙(energy gap)对应的能量的光子。光子引起模拟的发射。这样，放大了光强度。
第三，由活性层300d的顶和底镜子反射光。光的一部分被再次引入活性层300d并经由模拟发射放大。
最后，光的放大部分经过垂直腔面发射激光器300A的、在其上具有p型电极300a的端面并被发射到外侧。
结果，通过向垂直腔面发射激光器300A施加电压，并因此，而将预定电流通过垂直腔面发射激光器300A，可以输出连续的恒定光束L。注意，边沿发射半导体激光器可以用作光发射单元300。
当将过度的电流输入到由半导体激光器形成的光发射单元300时，在镜子附近的一部分被溶化或损坏。另外，例如，在吸收电流以驱动半导体激光器的驱动电路中，当仅半导体激光器通电时且如果不希望的电流流入驱动电路，则驱动电路可能被损坏。因此，类似于用于光通信单元12A的光调制单元120的驱动单元(没有示出)的通电控制，在光发射单元300中，当在图7所示的步骤SA6接通电源时，首先将电源提供给驱动电路(没有示出)，随后，将电源提供给半导体激光器。另外，类似于用于光通信单元12A的光调制单元120的驱动单元(没有示出)的断电控制，当在图8所示的步骤SB1中切断电源时，在停止向半导体激光器的电源提供之后，停止向驱动单元的电源提供。
图10是光接收单元的示例性功能框图。光接收单元301包括光电二极管301a、用作放大器的变压器阻抗放大器301b和限制放大器301c。将电压(反向偏压)施加到光电二极管301a。光电二极管301a根据入射光输出电流。变压器阻抗放大器301b放大从光电二极管301a输入的小的电流信号，并将该电流信号转换为电压信号。限制放大器301c放大从变压器阻抗放大器301b输入的小信号，以使得输入电压信号具有恒定电压幅度，而不论信号的原始幅度如何。然后限制放大器301c输出该信号。
通常，紧接着布置在光电二极管301a的下游的变压器阻抗放大器301b以高速操作并具有高灵敏度。因此，变压器阻抗放大器301b的输入级没有保护电路。相反，因为将电压输入到限制放大器301c，所以向限制放大器301c提供静电保护。
因此，如果将具有不希望的强度的光输入到光电二极管301a，则变压器阻抗放大器301b可能被毁坏。另外，如果将高于规格的电压施加到光电二极管301a，则光电二极管301a可能被损坏。因此，执行分别在图7和图8的流程图中图示的通电控制和断电控制。
在图7和图8图示的处理中，当接通电源时，信号处理设备3A首先通电，随后固态图像拾取装置1A通电。另外，在信号处理设备3A中，控制系统(例如，读出控制单元33A)首先通电，且随后，光通信单元30A通电。此外，在光通信单元30A中，光接收单元301首先通电，且随后，光发射单元300通电。另外，在固态图像拾取装置1A的光调制单元120通电之后，光发射单元300通电。在光发射单元300中，驱动电路(没有示出)首先通电，且随后，半导体激光器通电。另外，在固态图像拾取装置1A中，控制器16A首先通电，且随后，光通信单元12A的驱动单元通电。此后，光调制单元120通电。随后，关于图像捕捉操作的功能块(例如，像素单元10A)通电。
在图7和图8图示的处理中，当切断电源时，固态图像拾取装置1A首先断电，且随后，信号处理设备3A断电。另外，在信号处理设备3A中，光通信单元30A首先断电，且随后，读出控制单元33A断电。此外，在光通信单元30A中，光发射单元300首先断电，且随后，光接收单元301断电。另外，在固态图像拾取装置1A的光调制单元120断电之前，光发射单元300断电。在光发射单元300中，半导体激光器首先断电，且随后，驱动电路断电。另外，在固态图像拾取装置1A中，关于图像捕捉操作的功能块(例如，像素单元10A)断电，且随后，光通信单元12A断电。在光通信单元12A中，光调制单元120首先断电，且随后，驱动单元断电。随后，在光通信单元12A断电之后，控制器16A断电。
以这种方式，在信号处理设备3A中，如果光通信单元30A未处于可控制状态，则不将电源提供给光通信单元30A。另外，如果光接收单元301未处于光可接收状态，则不驱动光发射单元300。此外，如果固态图像拾取装置1A的光调制单元120未处于可控制状态，则不驱动光发射单元300。
因此，在信号处理设备3A的光通信单元30A中，可以防止当首先仅半导体激光器通电时发生的不希望的半导体激光器中的电流流入。这样，可以防止半导体激光器的损坏。另外，在信号处理设备3A的光通信单元30A中，可以防止由具有不希望的强度的光束输入到光接收单元301的光电二极管所引起的放大器的损坏。此外，可以防止由施加高于规格的电压的电压所引起的光电二极管的损坏。
第一实施例的固态图像拾取装置的示例
图11是根据第一实施例的固态图像拾取装置的示例的功能框图。在下面描述中，固态图像拾取装置1A由CMOS图像传感器形成。
用作CMOS图像传感器的固态图像拾取装置1A的像素单元10A包括像素阵列101、垂直扫描电路102和水平扫描电路103。像素阵列101包括二维排列的多个像素100。垂直扫描电路102和水平扫描电路103使用XY寻址方法选择从中读出像素数据的多个像素100之一。
垂直扫描电路(行解码器/驱动器)102在像素阵列101的行方向中选择从中读出像素数据的多个像素100之一。另外，垂直扫描电路102对于每一种操作模式产生行选择样式(pattern)，并基于所产生的行选择样式选择从中读出像素数据的多个像素100。
水平扫描电路(列解码器/驱动器)103在像素阵列101的列方向中选择从中读出像素数据的多个像素100之一。另外，水平扫描电路103对于每一种操作模式产生列选择样式，并基于所产生的列选择样式选择从中读出像素数据的多个像素100。此外，水平扫描电路103执行计算，比如在水平方向像素值的相加，从而将从像素100输出的信号的排列从并行格式转换为串行格式。
固态图像拾取装置1A包括列相关二重采样(列CDS)电路104。列CDS电路104从像素数据中除去噪声。更具体地说，列CDS电路104采样在信号中包括的基准(复位)电平和信号电平，执行相减，并计算在二个电平之间的差值。列CDS电路104使用连接到从像素阵列101输出像素数据的列信号线105的CDS电路除去像素100的幅度的变化。列CDS电路104处理模拟信号。
在固态图像拾取装置1A中，像素单元10A的垂直扫描电路102和水平扫描电路103连接到总线17。另外，A/D转换器11A、光调制单元120、定时发生器13A、DC-DC单元15A和控制器16A连接到总线17。
将由定时发生器13A产生的驱动时钟φh提供给水平扫描电路103和列CDS电路104。另外，将驱动时钟φADC提供给A/D转换器11A。此外，将驱动时钟φOpt提供给光调制单元120。
在固态图像拾取装置1A中，将像素单元10A、A/D转换器11A、光调制单元120、定时发生器13A、DC-DC单元15A和控制器16A集成在基底18上。例如，基底18由硅形成。使用半导体制造工艺将这些组件集成在一芯片IC中。这样，形成固态图像拾取装置1A。另外，在固态图像拾取装置1A中，在基底18的上表面或下表面上形成电极(没有示出)。这些电极连接到图1中图示的控制I/O 14A。
图12和图13图示每一像素的示例性结构和用于读取像素信号的示例性结构。更具体地说，图12是示例性像素阵列的电路配置图。图13是图示每一像素的示例性结构模型的截面结构图。每一像素100包括将光转换为电(信号电荷)的光电二极管(PD)106、放大电信号的FD放大器107和用作行选择开关的行选择晶体管(Tr)108。在每一像素100中，行选择晶体管108由垂直扫描电路102使用行选择线109导通或截止。这样，将由FD放大器107放大的电信号输出到列信号线105。
FD放大器107包括电荷检测单元(FD)110、复位晶体管111和放大晶体管112。FD放大器107在累积时间段期间放大已进行光电转换的电荷。
也就是说，在完成累积时间段的情况下，在输出信号之前使用形成复位门(reset gate)(Rst)的复位线113复位FD放大器107的电荷检测单元110。因为被复位的电荷检测单元110的电压连接到放大晶体管112的栅极，所以将指示无信号状态的复位电平从放大晶体管112的源极输出到列信号线105。
不久之后，使用形成读出门(Rd)的行读出线114从光电二极管106向电荷检测单元110读取信号电荷。当完成传送且行读出线114关闭时，电荷检测单元110的电压改变了与使得入射在光电二极管106上的光强度对应的值。因此，将表示信号状态的信号电平从放大晶体管112输出到列信号线105。
注意，图13所示的光电二极管106具有被称为埋藏式光电二极管结构的结构，其中在N层区域106a的表面上形成P层区域106b。P层区域106b防止暗电流的发生。因此，减少了由暗电流所引起的固定样式噪声(FPN)。
第一实施例的示例性信号处理系统
图14是根据第一实施例的信号处理系统的示例的功能框图。将相机系统401A配置为信号处理系统4A，其使用CMOS图像传感器作为固态图像拾取装置1A。
相机系统401A包括用作图2中图示的光学设备2A的透镜设备402A。相机系统401A进一步包括用作信号处理设备3A的相机主单元403A。相机主单元403A包括在图2中图示的配置。相机主单元403A进一步包括快门404、执行计量(metering)操作和测距(ranging)操作的AE/AF检测单元405、发射辅助光的闪光灯(strobe)406、和闪光灯控制单元407。在相机系统401A中，相机主单元403A的信号处理单元34A执行去马赛克(demosaic)处理和相机信号处理。
相机系统的像素信号读出操作
接下来参考附图描述由相机系统401A执行的示例性像素信号读出操作。
执行像素信号读出操作的以下步骤：
(1)由透镜单元20形成使得入射在透镜设备402A上的光的图像且使得其入射在固态图像拾取装置1A的像素单元10A上。
(2)当使得光入射在像素单元10A的像素100上时，执行光电变换，且开始电荷的累积。
(3)根据由电子快门或机械快门控制的曝光时间来控制累积时间。
(4)选择使用垂直扫描电路102读出信号的行选择线109。
(5)通过使用复位线113复位电荷检测单元110来读取复位电平。由FD放大器107放大读出的复位电平。
(6)由列CDS电路104保持复位电平。
(7)使用行读出线114从光电二极管106将信号电荷读入电荷检测单元110中。由FD放大器107放大读出的信号电荷。
(8)由列CDS电路104保持信号电平。
(9)从在列CDS电路104中的信号电平减去复位电平。
(10)通过使用水平扫描电路103顺序地选择列，对于每一列从列CDS电路104获取像素信号。
(11)所获取的像素信号由A/D转换器11A进行A/D转换，并被传送到固态图像拾取装置1A的光通信单元12A。
(12)在固态图像拾取装置1A的光通信单元12A中，根据从A/D转换器11A输入的数字信号调制从相机主单元403A输入到光调制单元120的光束L，并输出信号光束Ls。
通过使用垂直扫描电路102对于每一行执行上述步骤(4)到(12)，可以从使得入射在固态图像拾取装置1A上的光的图像中获得图像(静止图像)。
相机系统的操作模式的示例
图15是图示相机系统的操作模式的示例的状态转移图。操作模式的示例包括草图模式和静止图像模式(以下更详细地描述)。另外，操作模式的示例包括其中对几个相邻像素执行计算的像素计算模式。在像素计算模式中，可以执行求导和积分。另外，像素计算模式可以用于特征提取、计数和测量。操作模式的示例进一步包括代替堆存(dumped)像素选择而使用的像素相加模式、帧相加模式和其中计算例如面部识别的识别参数的识别模式。在下文中，参考草图模式和静止图像模式描述相机系统401A的操作模式。相机系统401A具有其中输出低分辨率运动图像的草图模式M1和其中输出高分辨率静止图像的静止图像模式M2。当执行用于在照相之前找到好的构图的操作时，相机系统401A进入草图模式M1。当由快门按压触发时，相机系统401A进入静止图像模式M2。这样，发生从草图模式M1到静止图像模式M2的变换。在静止图像模式M2中捕捉图像。在获取捕捉的静止图像之后，相机系统401A进入草图模式M1。这样，发生从静止图像模式M2到草图模式M1的变换。
草图模式中操作的示例
图16是图示草图模式中的数据流的数据图。图17是图示在草图模式中由固态图像拾取装置执行的示例性处理的流程图。接下来详细描述草图模式。
首先描述草图模式中的数据流。相机系统401A从所有像素当中选择预定像素并开始像素数据的读出。固态图像拾取装置1A的像素单元10A对使得通过透镜单元20入射的光的图像执行光电转换。由FD放大器107放大从所选的像素读取的信号电荷。由列CDS电路104除去信号电荷中的噪声。从像素单元10A读取的像素数据由A/D转换器11A进行A/D转换。使用从A/D转换器11A输出的数字信号来调制从相机主单元403A的光发射单元300输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120的光束L。这样，输出根据像素数据产生的信号光束Ls。
经由光通信单元12A和光通信单元30A在固态图像拾取装置1A和相机主单元403A之间执行光数据通信。由固态图像拾取装置1A的光调制单元120调制的信号光束Ls被输入到相机主单元403A的光接收单元301。
将输入到相机主单元403A的光接收单元301的像素数据的光信号转换为电信号。此后，信号处理单元34A对电信号执行去马赛克处理和相机信号处理。随后，在显示单元36A上显示基于电信号的图像。
接下来描述在草图模式中由固态图像拾取装置1A执行的示例性处理。在图17所示的步骤SC1，固态图像拾取装置1A从相机主单元403A的读出控制单元33A接收在草图模式中读取像素值的指令。
在图17所示的步骤SC2，固态图像拾取装置1A的控制器16A指示定时发生器13A产生关于用于所选模式的像素读出的定时信息。在图17所示的步骤SC3，控制器16A将垂直扫描电路102的操作模式设置为草图模式。在图17所示的步骤SC4，控制器16A将水平扫描电路103的操作模式设置为草图模式。
在步骤SC3和SC4，执行比如像素的堆存和像素的相加之类的设置。垂直扫描电路102产生在草图模式中从中读取像素数据的行的选择样式。这样，使用所产生的选择样式选择从中读取像素数据的像素。水平扫描电路103产生在草图模式中从中读取像素数据的列的选择样式。这样，使用所产生的选择样式选择从中读取像素数据的像素。
在图17所示的步骤SC5，控制器16A将光通信单元12A的驱动方法设置为与草图模式对应的驱动方法。在固态图像拾取装置1A中，如果设置了草图模式，则从中读取像素数据的像素的总数显著地改变。因此，在水平扫描期间，顺序地改变输出数据的比特率。因此，根据顺序地改变的比特率执行光调制单元120的驱动设置。
静止图像模式中操作的示例
图18是图示在静止图像模式中的数据流的数据图。图19是图示在静止图像模式中由相机主单元执行的示例性处理的流程图。图20是图示在静止图像模式中由固态图像拾取装置执行的示例性处理的流程图。接下来详细描述静止图像模式。
首先描述静止图像模式中的数据流。相机系统401A以预定次序选择所有像素，并指示像素单元10A读取像素数据。固态图像拾取装置1A的像素单元10A对使得从透镜单元20入射的光的图像执行光电转换。由FD放大器107放大从所选像素读取的信号电荷。由列CDS电路104去除信号电荷中的噪声。从像素单元10A读取的像素数据由A/D转换器11A进行A/D转换。使用从A/D转换器11A输出的数字信号来调制从相机主单元403A的光发射单元300输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120的光束L。这样，输出根据像素数据产生的信号光束Ls。
将由固态图像拾取装置1A的光调制单元120调制的信号光束Ls输入到相机主单元403A的光通信单元30A。然后，由光接收单元301将信号光束Ls转换为电信号，并由数据保持单元35保持。用于一个屏幕的、由数据保持单元35保持的像素数据在信号处理单元34A中经历去马赛克处理和相机信号处理。此后，在显示单元36A上显示基于像素数据的图像。
接下来描述在静止图像模式中由相机主单元403A执行的示例性处理。在图19所示的步骤SD1，相机主单元403A的读出控制单元33A接收指示按压了快门404的信息。在那时，当将快门404向下按下一半时，AE/AF检测单元405执行计量和测距，以便执行相机参数的设置和控制。此后，根据快门定时，控制曝光，且开始所有像素数据的读出。
在图19所示的步骤SD2中，相机主单元403A的闪光灯控制单元407基于计量结果来驱动闪光灯406。注意，如果设置其中禁止从闪光灯406的光的发射的模式，则不执行在步骤SD2的处理。
在图19所示的步骤SD3，相机主单元403A的读出控制单元33A指示固态图像拾取装置1A的控制器16A进入静止图像模式，并读取所有像素。在图19所示的步骤SD4，相机主单元403A的读出控制单元33A从固态图像拾取装置1A的控制器16A接收指示完成所有像素的读出的信息。在从固态图像拾取装置1A接收到指示完成所有像素的读出的信息的情况下，在图19所示的步骤SD5，相机主单元403A的读出控制单元33A指示固态图像拾取装置1A的控制器16A进入草图模式。
接下来描述在静止图像模式中由固态图像拾取装置1A执行的示例性处理。在图20所示的步骤SE1，固态图像拾取装置1A接收在静止图像模式中读取所有像素的指令。在图19所示的步骤SD3，从相机主单元403A的读出控制单元33A发送指令。
在图20所示的步骤SE2，固态图像拾取装置1A的控制器16A通知定时发生器13A要读取所有像素的定时。在图20所示的步骤SE3，控制器16A改变垂直扫描电路102的设置，以使得垂直扫描电路102读取所有像素。另外，在图20所示的步骤SE4，控制器16A改变水平扫描电路103的设置以使得水平扫描电路103读取所有像素。
在图20所示的步骤SE5，控制器16A改变光通信单元12A的设置，以使得光通信单元12A操作以读取所有像素。以这种方式，在固态图像拾取装置1A中，以预定次序从像素单元10A的每一像素中读取像素数据。在图20所示的步骤SE6，完成所有像素的读出。
如果固态图像拾取装置1A完成所有像素的读出，则在图19所示的步骤SD4，将指示完成所有像素的读出的消息发送到相机主单元403A的读出控制单元33A。这样，在图19所示的步骤SD5，读出控制单元33A指示控制器16A进入草图模式。
在图20所示的步骤SE7，固态图像拾取装置1A接收在草图模式中读取像素的指令。在图19所示的步骤SD5，从相机主单元403A的读出控制单元33A发送该指令。
在图20所示的步骤SE8，固态图像拾取装置1A的控制器16A通知定时发生器13A要读取像素的定时。在图20所示的步骤SE9，控制器16A改变垂直扫描电路102的设置以使得垂直扫描电路102在草图模式中操作。另外，在图20所示的步骤SE10，控制器16A改变水平扫描电路103的设置，以使得水平扫描电路103在草图模式中操作。此外，在图20所示的步骤SE11，控制器16A改变光通信单元12A的设置，以使得光通信单元12A在草图模式中操作。
在两个操作模式中信号的示例
图21A到图21D是在草图模式和静止图像模式中的信号的时序图。图22A到图22E是在草图模式中的信号的时序图。图23A到图23E是在静止图像模式中的信号的时序图。
在草图模式M1中，控制器16A指示定时发生器13A以在草图模式中操作。以这种方式，定时发生器13A产生图21A所示的垂直同步信号和图21B所示的水平同步信号。另外，控制器16A将垂直扫描电路102和水平扫描电路103的设置改变为草图模式。这样，选择要以由图21C所示的像素编号指示的次序从中读取信号的像素。
当输入图21D所示的快门触发时，执行计量和测距操作。当完成在草图模式M1中对于一个屏幕的像素的读出时，执行在静止图像模式M2中的操作。在静止图像模式M2中，控制器16A指示定时发生器13A以其中读取所有像素的模式操作。这样，定时发生器13A产生图21A所示的垂直同步信号和图21B所示的水平同步信号。另外，控制器16A将垂直扫描电路102和水平扫描电路103的设置改变为其中读取所有像素的模式。
在草图模式M1中，在水平扫描时间段H1期间，对于图22A所示的水平扫描信号产生图23B所示的水平扫描时钟φh。水平扫描时钟φh用作驱动时钟。另外，选择要以由图22C所示的编号指示的次序从中读取信号的像素。以这种方式，读出图22D所示的数据D，可以获得图22E所示的串行数据。
在静止图像模式M2中，在水平扫描时间段H2期间，对于图23A所示的水平扫描信号产生图23B所示的水平扫描时钟φh。水平扫描时钟φh用作驱动时钟。另外，选择以由图23C所示的编号指示的次序从中读取信号的像素。以这种方式，读出图23D所示的数据D，并且可以获得图23E所示的串行数据。以下更详细地描述数据的串行化。
保证像素数据读出的同步定时的示例性方法
接下来描述用于保证像素数据的读出的同步定时的方法，其用在电气操作单元中，比如光通信单元，像素单元和A/D转换器。
如图11所示，在固态图像拾取装置1A中，根据操作模式将由定时发生器13A产生的时钟提供给像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A。像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A使用从定时发生器13A提供的驱动时钟彼此同步其信号的输入和输出操作。
图24A到图24C是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第一方法的时序图。在用于保证像素数据的读出的同步定时的第一方法中，当A/D转换器11A执行输出操作时驱动光通信单元12A的光调制单元120。
如图24B所示，从A/D转换器11A输出的信号迟滞在(lag)输入到A/D转换器11A的驱动时钟φADC之后(参见图24A)。因为由A/D转换器11A执行的处理的延迟由电路配置确定，所以延迟是固定的。因此，如图24C所示，定时发生器13A产生相移了A/D转换器11A的固定延迟的驱动时钟φOpt。此后，定时发生器13A将驱动时钟φOpt提供给光通信单元12A。
图25A和图25B是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第二方法的时序图。在用于保证像素数据的读出的同步定时的第二方法中，当水平扫描电路103执行水平扫描并输出数据时，A/D转换器11A锁存输入信号。
从水平扫描电路103输出的信号迟滞在输入到水平扫描电路103的驱动时钟φh之后(参看图25A)。因此，如图25B所示，定时发生器13A产生具有与输出水平扫描电路103的列的值的定时相同的定时的驱动时钟φADC。此后，定时发生器13A将驱动时钟φADC提供给A/D转换器11A。
图26A到图26C是图示用于保证像素数据的读出的同步定时的第三方法的时序图。在用于保证像素数据的读出的同步定时的第三方法中，将第一方法与第二方法结合从而获得最优的方法。
当如图26A所示，将驱动时钟φh输入到水平扫描电路103时，定时发生器13A产生具有与水平扫描电路103执行输出操作的定时相同的定时的驱动时钟φADC，如图26B所示。此后，定时发生器13A将驱动时钟φADC提供给A/D转换器11A。另外，如图26C所示，定时发生器13A产生从输入到A/D转换器11A的驱动时钟φADC相移了A/D转换器11A的固定延迟的驱动时钟φOpt。此后，定时发生器13A将驱动时钟φOpt提供给光通信单元12A。
在用于保证像素数据的读出的同步定时的第三方法中，因为产生了提供给光通信单元12A并反映由像素单元10A和A/D转换器11A执行的处理的延迟的驱动时钟φOpt，所以可以可靠地保证在光通信中的高速调制中的同步定时。
用于保证像素数据的读出的同步定时的示例性配置
图27是图示其中保证像素数据的读出的同步定时的固态图像拾取装置的示例性配置的功能框图。通过使用相等长度的互连线，使用图24到图26C中图示的上述方法产生的驱动时钟可以被无延迟地提供给功能块(即，像素单元10A、A/D转换器11A和光通信单元12A)。
互连线130H用于从定时发生器13A向水平扫描电路103提供驱动时钟φh。互连线130AD用于从定时发生器13A向A/D转换器11A提供驱动时钟φADC。互连线130OP用于从定时发生器13A向光通信单元12A提供驱动时钟φOpt。通过使用相等长度的互连线130H、互连线130AD和互连线130OP，可以防止由在互连线长度当中的差所引起的驱动时钟的延迟。
用于串行化经由光通信发送的像素数据的示例性配置
图28是图示包括串行接口的固态图像拾取装置的示例性配置的功能框图。图29是图示包括串行接口的信号处理系统的示例性配置的功能框图。图30是图示在包括串行接口的信号处理系统中的数据流的数据图。
当使用光通信从固态图像拾取装置1A输出像素数据时，串行化像素数据。以这种方式，可以使用单个传输信道或小于数据位数的多个传输信道发送多位数据。因此，光通信单元12A包括串行接口(I/F)121，其将由A/D转换器11A转换为数字信号并输入到光调制单元120的像素数据转换为串行数据。
信号处理设备3A包括并行接口(I/F)302。当从固态图像拾取装置1A向信号处理设备3A输入串行数据格式的信号光束时，并行接口302从自光接收单元301输出的串行数据检测像素数据，并将像素数据转换为并行数据。注意，在下面的描述中，包括并行接口302的信号处理设备3A可以用作相机主单元403A。
在固态图像拾取装置1A中，使得通过透镜单元20入射的光的图像由像素单元10A光电地转换。从所选像素读取的信号电荷由FD放大器107放大。由列CDS电路104除去信号电荷中的噪声。从像素单元10A读取的像素数据由A/D转换器11A进行A/D转换，并由串行接口121转换为串行数据。使用基于从串行接口121输出的像素数据的数字信号调制从相机主单元403A的光发射单元300输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120的光束L。这样，输出根据像素数据的信号光束Ls。
将由固态图像拾取装置1A的光调制单元120调制的信号光束Ls输入到信号处理设备3A的光通信单元30A。此后，信号光束Ls由光接收单元301转换为电信号。光接收单元301输出串行数据。并行接口302从串行数据检测像素数据，并将像素数据转换为并行数据。信号处理单元34A对像素数据执行信号处理。此后，在显示单元36A上显示基于像素数据的图像。
图31是图示用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置与信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备的示例性光通信单元的功能框图。图32A到图32H是图示由用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置和信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备执行的示例性信号处理的时序图。在图31所示的示例中，经由不同的传输信道发送已串行化的像素数据和时钟信号。
固态图像拾取装置1A的光通信单元12A包括用作串行接口的并行/串行转换单元121A。并行/串行转换单元121A将由A/D转换器11A进行了A/D转换的像素数据DATA_TX转换为串行数据。
光通信单元12A进一步包括光调制单元120S和光调制单元120CL。光调制单元120S使用已串行化的像素数据SDATA_TX调制从信号处理设备3A输入的具有恒定强度的光束L，并输出已调制光束。光调制单元120CL使用时钟信号φSCLK_TX调制光束L并输出已调制光束。
信号处理设备3A的光通信单元30A包括光发射单元300S和光发射单元300CL。光发射单元300S发射输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120S的光束L。光发射单元300CL发射输入到光调制单元120CL的光束L。
信号处理设备3A的光通信单元30A进一步包括光接收单元301S。光接收单元301S使用数据线LsD，经由光通信接收被串行化并被转换为光信号格式的像素数据SDATA_TX。然后光接收单元301S将输入光信号转换为以串行电信号形式的像素数据SDATA_RX。光通信单元30A进一步包括光接收单元301CL。光接收单元301CL使用时钟线LsCL，经由光通信接收被转换为光信号格式的时钟信号φSCLK_TX。然后光接收单元301CL将输入光信号转换为电时钟信号φSCLK_RX。
另外，光通信单元30A包括用作并行接口的串行/并行转换单元302A。串行/并行转换单元302A使用从光接收单元301CL输出的时钟信号φSCLK_RX，从自光接收单元301S输出的像素数据SDATA_RX中检测像素数据DATA_RX。
在固态图像拾取装置1A中，将由A/D转换器11A进行A/D转换的像素数据DATA_TX和作为由定时发生器13A产生的时钟信号CLK_TX的驱动时钟φOpt输入到并行/串行转换单元121A。
并行/串行转换单元121A使用从定时发生器13A输入的驱动时钟φOpt(参见图32A)，串行化从A/D转换器11A输入的像素数据DATA_TX(参见图32B)。并行/串行转换单元121A输出时钟信号φSCLK_TX(参见图32C)和已串行化的像素数据SDATA_TX(参见图32D)。
并行/串行转换单元121A将已串行化的像素数据SDATA_TX输出到光调制单元120S。另外，并行/串行转换单元121A将时钟信号φSCLK_TX输出到光调制单元120CL。光调制单元120S通过调制从信号处理设备3A输入的光束L，将已串行化的像素数据SDATA_TX转换为光信号格式，并输出已调制的光信号。此外，光调制单元120CL通过调制从信号处理设备3A输入的光束L，将时钟信号φSCLK_TX转换为光信号格式，并输出已调制的光信号。
将从固态图像拾取装置1A的光调制单元120S输出的光信号输入到信号处理设备3A的光接收单元301S。由光接收单元301S将输入光信号转换为电信号。这样，输出已串行化的像素数据SDATA_RX。将从固态图像拾取装置1A的光调制单元120CL输出的光信号输入到信号处理设备3A的光接收单元301CL。由光接收单元301CL将输入光信号转换为电信号。这样，输出时钟信号φSCLK_RX。
在信号处理设备3A中，将图32E所示的时钟信号φSCLK_RX和图32F所示的像素数据φSDATA_RX输入到串行/并行转换单元302A。
串行/并行转换单元302A使用从光接收单元301CL输入的时钟信号φSCLK_RX，从自光接收单元301S输入的像素数据SDATA_RX中检测像素数据。此后，串行/并行转换单元302A输出图32G所示的时钟信号φCLK_RX和图32H所示的像素数据DATA_RX。
用于保证由多个光调制单元执行的像素数据的读出的同步定时的示例性配置
图33是图示保证由多个光调制单元执行的像素数据的读出的同步定时的示例性固态图像拾取装置的功能框图。互连线130H用于从定时发生器13A向水平扫描电路103提供驱动时钟φh。互连线130AD用于从定时发生器13A向A/D转换器11A提供驱动时钟φADC。互连线130OP用于从定时发生器13A向光通信单元12A的并行/串行转换单元121A提供驱动时钟φOpt。通过使用相等长度的互连线130H、互连线130AD和互连线130OP，可以防止由在互连线长度当中的差所引起的驱动时钟的延迟。
另外，在并行/串行转换单元121A和光调制单元120S之间的互连线122A的长度与在并行/串行转换单元121A和光调制单元120CL之间的互连线122B的长度相等。此外，在A/D转换器11A和并行/串行转换单元121A之间的互连线123的长度与互连线122A的长度相同。
图34是图示用于串行化像素数据并在固态图像拾取装置与信号处理设备之间执行光通信的固态图像拾取装置和信号处理设备的光通信单元的另一示例的功能框图。图35A到图35G是在固态图像拾取装置和信号处理设备之间串行化并传递的信号的时序图。在图34所示的示例中，将同步信号叠加在已串行化的像素数据上并经由单个传输信道发送。
固态图像拾取装置1A的光通信单元12A包括编码单元124。编码单元124将由A/D转换器11A进行A/D转换的像素数据DATA叠加在由定时发生器13A产生的同步信号上。
光通信单元12A进一步包括数据加扰(scrambling)单元125和并行/串行转换单元126。数据加扰单元125加扰具有叠加在其上的同步信号的像素数据。并行/串行转换单元126将具有叠加在其上的同步信号的已加扰的像素数据转换为串行数据。另外，光通信单元12A包括光调制单元120。光调制单元120使用通过在像素数据上叠加同步信号而产生的串行数据，来调制从信号处理设备3A输入的具有恒定强度的光束L。此后，光调制单元120输出已调制光束。
信号处理设备3A的光通信单元30A包括光发射单元300。光发射单元300输出被输入到固态图像拾取装置1A的光调制单元120的光束L。光通信单元30A进一步包括光接收单元301。光接收单元301接收从固态图像拾取装置1A的光调制单元120输出的信号光束Ls。使用通过在像素数据上叠加同步信号而产生的串行数据来调制信号光束Ls。此后，光接收单元301将输入光信号转换为电信号。
光通信单元30A进一步包括串行/并行转换单元303。串行/并行转换单元303从通过在像素数据上叠加同步信号而产生的串行数据中重建时钟，并检测像素数据。另外，光通信单元30A包括解扰(descrambling)单元304和解码单元305。解扰单元304将具有在其上叠加的同步信号的像素数据解扰。解码单元305检测同步信号。
在固态图像拾取装置1A中，基于由定时发生器13A产生的信号，由垂直同步信号φV(参见图35A)驱动垂直扫描电路102。另外，由水平同步信号φH(参见图35B)驱动水平扫描电路103。
在水平扫描时间段H1期间，对于水平同步信号φH(参见图35C)产生水平扫描时钟φh(参见图35D)。另外，选择以由图35E所示的像素编号指示的次序从中读取信号的像素。这样，读出图35F所示的数据D。
在固态图像拾取装置1A中，将由A/D转换器11A进行A/D转换的像素数据输入到编码单元124。另外，将由垂直扫描电路102驱动的垂直同步信号φV、由水平扫描电路103驱动的水平同步信号φH和用于选择场的场信号F输入到编码单元124。
如图35G和图35H所示，编码单元124在不输出像素数据的时间段E期间输出指示场信号F、垂直同步信号φV和水平同步信号φH的数据。
图36是示例性编码单元的功能框图。例如，编码单元124采用8b/10b方法。在8b/10b方法中，使用转换表将8位数据转换为10位数据，以使得在串行数据上叠加时钟。
图37是串行/并行转换单元的示例性时钟重建单元的功能框图。例如，时钟重建单元303A由锁相环(PLL)电路形成。时钟重建单元303A使用输入串行数据D1的边沿重建时钟CLK。
时钟重建单元303A包括相位比较器306和环形滤波器307。相位比较器306将在两个输入信号之间的相位差转换为电压并输出该电压。环形滤波器307执行相位补偿。时钟重建单元303A进一步包括压控振荡器(VCO)308与分频器309。VCO 308根据输入电压控制输出脉冲的频率。分频器309将输入频率划分为N份，并输出已分频的频率。
图38是示例性解码单元的功能框图。解码单元305采用8b/10b方法，因为编码单元124采用8b/10b方法。在8b/10b方法中，使用转换表将10位数据转换为初始的8位数据。
图39是图示用于产生输入到固态图像拾取装置的编码单元的数据的示例性操作的图。接下来描述当编码单元124采用8b/10b方法时用于从A/D转换器11A的输出产生8位数据的方法。在图39所示的示例中，当A/D转换器11A输出8位数据或更多位数据时，将12位数据D0到D11分离为8位数据和4位数据，并输出两个数据。
图40到图42是图示用于从信号处理设备的解码单元产生数据输出的示例性操作的图。接下来描述用于当编码单元124采用8b/10b方法时在解码单元305中产生12位数据的方法。例如，固态图像拾取装置划分初始的12位数据并输出8位数据。因此，解码单元305有必要将初始的12位并行信号输出到总线。在图40到图42所示的示例中，如果从解码单元305输出的数据是8位或更多位，则将8位数据或4位数据存储在缓存器305A中。制备12位数据，输出数据。如图40所示，如果接收到数据1的第11到第4位，则解码单元305在缓存器305A中存储数据1的各个位。如图41所示，当接收到接下来的8位数据时，接收数据1的剩余的第3到第0位。因此，将数据1的4位与在缓存器305A中存储的数据1的各个位级联，并输出数据1的12位。同时，因为接收到数据2的第11到第8位，所以在缓存器305A中存储4位。如图42所示，进一步接收接下来的8位。因此，接收数据2的剩余第7到第0位。将这些位与存储在缓存器305A中的各个位级联。这样，输出数据2的12位。在那时，缓存器305A不存储数据。
包括由光调制单元形成的光通信单元的固态图像拾取装置的优点的示例
当信号处理设备包括光发射单元且如果固态图像拾取装置包括由光调制单元(其调制外部输入光束并输出已调制光束)形成的光通信单元时，固态图像拾取装置可以经由光通信与信号处理设备通信而不包括发光的发光元件。
在发光的发光元件中，驱动电流的一部分转变为热，而不是光。光调制单元产生小于由发光的发光元件产生的热量的热量，且因此，功耗小。因此，包括由光调制单元形成的光通信单元的固态图像拾取装置可以减少由驱动电流所引起的热，且因此，可以减少功耗。另外，可以减少电磁波的发生。此外，因为电磁效应具有非常快速的响应，所以与发光的发光元件相比较，光调制单元可以减少频率啁啾(chirping)。因此，可以实现高速调制，且可以实现每信道的高速读出。
如上所述，可以以简化的配置实现包括由调制外部光并输出已调制光的光调制单元形成的光通信单元的固态图像拾取装置。因此，可以减少成本、功耗和噪声。
因为发射具有恒定强度的光的任意光源可以被用作输出输入到光调制单元的光的光源，所以可以从各种光源当中灵活地选择光源。例如，可以从范围从通用和低成本光源到高性能和高成本光源的组中选择最适当的光源。另外，与固态图像拾取装置相比较，包括光发射单元的信号处理设备具有大的封装空间。因此，可以灵活地选择光源的尺寸。例如，甚至可以使用具有高的轮廊的光源。
此外，接收由固态图像拾取装置调制的信号光的光接收单元可以由适于固态图像拾取装置的读出速度的光接收元件和放大元件形成(例如，高速光接收元件和高速放大元件)。替代地，光接收单元可以由适于已调制光的量的光接收元件和放大元件形成。这样，可以灵活地选择光接收单元的类型，且可以容易地实现最优配置。
另外，可以自由地确定光发射单元和光接收单元的布局以及在光发射单元、光接收单元和固态图像拾取装置当中的布局。例如，可以将光束从放置在远点A的光发射单元发射到放置在另一远点B的固态图像拾取装置的光调制单元。另外，放置在另一远点c的光接收单元可以读取信号。此外，可以将包括另一光源的光发射单元放置在另一远点d。可以将从另一光源发出的光束输入到固态图像拾取装置的光调制单元，且放置在远点c的光接收单元可以读取信号。
信号处理系统的应用示例
图43到图45是图示根据第一实施例的信号处理系统的应用示例的功能框图。在图43中，图示用作信号处理系统的测距设备401B。测距设备401B包括光学设备20A。光学设备20A包括光发射单元410、光发射控制单元411和数据比较运算单元412。另外，信号处理设备3A包括距离数据计算单元413。
在测距设备401B中，光发射单元410发射光到要进行距离测量的对象。使得从对象反射的光入射在像素单元10A上。由数据比较运算单元412使用从像素单元10A读取的电信号来计算根据距离改变的相位变化。将数据比较运算单元412的计算结果经由光通信从固态图像拾取装置1A发送到信号处理设备3A。此后，距离数据计算单元413计算距离。
在图44中，图示用作信号处理系统的成像设备401C。成像设备401C用作复印机、扫描仪、传真机、其组合(多功能外围设备)、或连接到网络的联网的多功能外围设备。
成像设备401C包括用作光学设备2A的像素单元的线传感器414。线传感器414包括一维排列的像素。成像设备401C进一步包括将感光鼓(没有示出)曝光的曝光单元415和光发射控制单元416。
在图45中，图示用作信号处理系统的安全照相机401D。安全照相机401D的信号处理设备3A包括识别从固态图像拾取装置1A发送的图像的识别单元417和发送信息到外部的网络I/F单元418。
本申请包括与于2008年10月10日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-264580中公开的主题相关的主题，将其全部内容通过引用完全包括于此。
本领域技术人员应该理解根据设计要求及其它因素，可产生各种修改、组合、部分组合和替代，只要它们在所附权利要求及其等效物的范围之内。

Claims (14)

1.一种固态图像拾取装置，包括：
像素单元，被配置以将光转换为电信号；
A/D转换器，被配置以将从所述像素单元读取的信号转换为数字信号；
光调制单元，被配置以使用由所述A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束，并输出基于从所述像素单元读取的信号的信号光束；
定时产生单元，被配置以产生用于同步所述像素单元、所述A/D转换器和所述光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；和
控制器，被配置以控制所述信号的读出。
2.如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中所述像素单元、所述A/D转换器、所述光调制单元、所述定时产生单元和所述控制器被形成在相同衬底上且被集成到一个芯片中。
3.如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，使得用于从所述定时产生单元向所述像素单元提供所述同步信号的互连线的长度、用于从所述定时产生单元向所述A/D转换器提供所述同步信号的互连线的长度和用于从所述定时产生单元向所述光调制单元提供所述同步信号的互连线的长度相等。
4.如权利要求3所述的固态图像拾取装置，其中，基于从所述像素单元读出的信号关于被提供给所述像素单元的所述同步信号的时间延迟和从所述A/D转换器输出的信号关于被提供给所述A/D转换器的同步信号的时间延迟中的至少一个来产生提供给所述光调制单元的所述同步信号。
5.如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，当接通电源时，所述控制器向所述光调制单元提供电源，且随后，向所述像素单元提供电源，且其中，当切断电源时，所述控制器停止向所述像素单元提供电源，且随后，停止向所述光调制单元提供电源。
6.如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，所述像素单元包括在其中布置的像素，且所述像素执行光电转换，且其中所述像素单元在其中从所述像素单元的所有像素当中选择预定像素并从所选的像素读取信号的操作模式和其中以预定次序选择所述像素单元的所有像素并从所选的像素读取信号的操作模式之间切换。
7.如权利要求2所述的固态图像拾取装置，进一步包括：
串行接口，被配置以将从所述像素单元读取并由所述A/D转换器数字化的信号转换为串行数据。
8.如权利要求2所述的固态图像拾取装置，其中，所述像素单元包括被配置以从自每一像素读取的信号中除去噪声分量的去噪单元。
9.一种光学设备，包括：
固态图像拾取装置，被配置以将入射在其上的光转换为电信号；和
光学元件，被配置以允许光入射在所述固态图像拾取装置上；
其中，所述固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从所述像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由所述A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束并输出基于从所述像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步所述像素单元、所述A/D转换器和所述光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；和控制器，被配置以控制所述信号的读出，且其中所述像素单元、所述A/D转换器、所述光调制单元、所述定时产生单元和所述控制器被形成在相同衬底上并被集成到一个芯片中。
10.一种与光学设备连接的信号处理设备，所述光学设备包括：固态图像拾取装置，被配置以将入射在其上的光转换为电信号；和光学元件，被配置以允许光入射在所述固态图像拾取装置上，所述固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从所述像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由所述A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束并输出基于从所述像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步所述像素单元、所述A/D转换器和所述光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；和控制器，被配置以控制所述信号的读出，所述信号处理设备包括：
光发射单元，被配置以将输入到所述固态图像拾取装置的所述光调制单元的所述光束输出；
光接收单元，被配置以接收从所述固态图像拾取装置的所述光调制单元输出的所述信号光束；
读出控制单元，被配置以控制从所述固态图像拾取装置的所述像素单元输出的信号的读出；和
信号处理单元，被配置以处理从所述像素单元读取并经由光通信从所述固态图像拾取装置输入的信号。
11.一种信号处理系统，包括：
光学设备，其包括：固态图像拾取装置，被配置以将入射在其上的光转换为电信号；和光学元件，被配置以允许光入射在所述固态图像拾取装置上；和
信号处理设备，与所述光学设备连接；
其中所述固态图像拾取装置包括：像素单元，被配置以将光转换为电信号；A/D转换器，被配置以将从所述像素单元读取的信号转换为数字信号；光调制单元，被配置以使用由所述A/D转换器数字化的信号调制外部输入光束并输出基于从所述像素单元读取的信号的信号光束；定时产生单元，被配置以产生用于同步所述像素单元、所述A/D转换器和所述光调制单元的信号的输入和输出的同步信号；和控制器，被配置以控制所述信号的读出，且其中所述信号处理设备包括：光发射单元，被配置以输出被输入到所述固态图像拾取装置的所述光调制单元的光束；光接收单元，被配置以接收从所述固态图像拾取装置的所述光调制单元输出的信号光；读出控制单元，被配置以控制从所述固态图像拾取装置的所述像素单元输出的信号的读出；和信号处理单元，被配置以处理从所述像素单元读取并经由光通信从所述固态图像拾取装置输入的信号。
12.如权利要求11所述的信号处理系统，其中，当接通所述信号处理设备时，将电源提供给所述信号处理设备的所述光接收单元，且随后，将电源提供给所述固态图像拾取装置，且其中将电源提供给所述固态图像拾取装置的所述光调制单元，且随后，将电源提供给所述像素单元，且随后，将电源提供给所述信号处理设备的所述光发射单元，且其中，当切断所述信号处理设备时，停止向所述信号处理设备的所述光发射单元的电源提供，且随后，停止向所述固态图像拾取装置的所述像素单元的电源提供，且随后，停止向所述光调制单元的电源提供，且其中，在停止向所述固态图像拾取装置的电源提供之后，停止向所述信号处理设备的所述光接收单元的电源提供。
13.如权利要求11所述的信号处理系统，其中，所述固态图像拾取装置在其中从所述像素单元的所有像素当中选择预定像素并从所选的像素读取信号的操作模式和其中以预定次序选择所述像素单元的所有像素并从所选的像素读取信号的操作模式之间切换，且其中所述信号处理设备基于输入到所述信号处理设备的操作单元的操作，来输出用于切换由所述固态图像拾取装置执行的所述操作模式的指令。
14.如权利要求11所述的信号处理系统，其中，所述固态图像拾取装置进一步包括被配置以将从所述像素单元读取并由所述A/D转换器数字化的信号转换为串行数据的串行接口，且其中所述信号处理设备进一步包括被配置以转换从所述固态图像拾取装置输入的所述串行数据的并行接口。
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