CN102572312A - 固态图像拾取设备和图像拾取系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固态图像拾取设备和图像拾取系统。在包括像素阵列的固态图像拾取设备中，同步信号产生单元产生水平同步信号，以限定第一水平时段和长度与第一水平时段的长度不同的第二水平时段，其中，所述像素阵列具有以矩阵状布置的分别包含光电转换元件的像素。基于水平同步信号，复位扫描电路依次选择和复位像素阵列的行中的像素，并且，读出扫描电路依次选择像素并且从中读取像素信号。在各像素中，电荷在执行复位时开始并且在读取像素信号时结束的电荷累积时段中被累积。在一个垂直时段中，第一水平时段和多个第二水平时段均出现多次，其中，第二水平时段周期性地出现。

Description

固态图像拾取设备和图像拾取系统

技术领域

本发明涉及固态图像拾取设备和图像拾取系统。

背景技术

在使用CMOS型图像传感器的固态图像拾取设备中，提供焦平面(focal plane)电子快门功能是已知的。电子快门功能指的是在光电二极管开始存储通过光电转换产生的信号电荷之前在各像素中的光电二极管中复位信号电荷存储区域以由此实现改变光电二极管的电荷累积(accumulation)时段的能力的功能。在焦平面电子快门中，与水平同步信号同步地，以二维阵列布置的大量像素从一个像素行到下一个被依次扫描和复位。在经过特定的时间段之后，存储于像素中的信号电荷被逐行地依次读取。上述的“特定的时间段”被称为光电二极管的电荷累积时段，并且，只要水平同步信号的间隔(水平时段)保持恒定，电荷累积时段对于任意的行是相等的。另一方面，如日本专利公开No.2004-023615描述的那样，为了去除闪烁(flicker)噪声，通过提供分数(fraction)调整时段并且通过改变分数计数的计数值改变水平时段的长度，调整一个垂直时段的长度是已知的。

如日本专利公开No.2004-023615中描述的那样，假定在具有焦平面电子快门功能的固态图像拾取设备中执行通过提供分数调整时段改变水平时段来调整一个垂直时段的长度的情况。在这种情况下，可在包含分数调整时段的区域和不包含分数调整时段的区域之间的电荷累积时段中出现差异。如果分数调整时段和正常时段之间的长度差增大，那么这导致电荷累积时段包含分数调整时段的区域和没有分数调整时段的区域之间的像素信号电平的差异的增大，这导致图像质量劣化的问题。

发明内容

本发明提供一种固态图像拾取设备，该固态图像拾取设备包括：像素阵列，其中以二维阵列设置像素，所述像素中的每一个包含用于将光转换成电荷的光电转换元件；同步信号产生单元，产生具有与第一水平时段对应的脉冲间隔和与第二水平时段对应的脉冲间隔的水平同步信号，其中第二水平时段的长度与第一水平时段的长度不同；复位扫描电路，基于水平同步信号，依次选择像素阵列的行中的像素并且将累积于光电转换元件中的电荷复位；以及读出扫描电路，基于水平同步信号，依次选择像素阵列的行中的像素并且读取像素信号，其中，在各像素中，在通过复位扫描电路执行复位时开始并且在通过读出扫描电路执行读取时结束的电荷累积时段中累积电荷，并且其中，在由垂直同步信号的脉冲间隔限定的一个垂直时段中，产生水平同步信号，使得第一水平时段和第二水平时段均出现多次，并使得第二水平时段周期性地出现。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A和图1B是示出与根据本发明的实施例的固态图像拾取设备相关的处理的概念图。

图2是示出根据本发明的实施例的固态图像拾取设备的配置的例子的示图。

图3A和图3B是示出分数调整时段的插入位置与电荷累积时段之间的关系的概念图。

图4A和图4B是示出计数、垂直同步信号和水平同步信号之间的关系的示意图。

图5是示出水平计数器的操作的流程图。

图6是示出垂直计数器的操作的流程图。

图7是示出垂直计数器的操作的流程图。

图8A和图8B是示出计数、垂直同步信号和水平同步信号之间的关系的示意图。

图9是示出垂直计数器的操作的流程图。

图10A和图10B是示出分数调整时段的插入位置与电荷累积时段之间的关系的概念图。

图11A和图11B是示出计数、垂直同步信号和水平同步信号之间的关系的示意图。

图12是示出垂直计数器的操作的流程图。

图13是示出垂直计数器的操作的流程图。

图14是示出图像拾取系统的配置的例子的框图。

具体实施方式

第一实施例

图1A和图1B是示出与根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备相关的处理的原理的概念图。101示出比较例，而102示出本实施例。在本实施例中，作为当一个垂直时段被一个水平时段的正常值分割时出现的剩余部分(remainder)的分数调整时段被分成多个段并且被周期性地插入，使得包含于电荷累积时段中的分数调整时段的数量对于各行相等。多个分数调整时段的插入导致分数调整时段和正常时段之间的长度差减小。作为结果，可以实现电荷累积时段在行与行之间的高的均等性。在图1A和图1B中，假定作为例子，通过焦平面电子快门将电荷累积时段设为等于四个水平时段。

在图1A中，为了便于理解本实施例的效果，提供比较例101。在比较例101中，只插入一个分数调整水平时段。在焦平面电子快门的情况下，按照水平时段的单位限定各行中的电荷累积时段。因此，各行中的电荷累积时段等于由四个正常水平时段之和给出的时间Ta或由三个正常水平时段及一个分数调整水平时段之和给出的时间Tb。在这种情况下，在分数调整时段和正常时段之间存在大的差值，并且，从一个行到另一行的电荷累积时段的差值可如由分数调整时段导致的差值那样大。

在图1B所示的另一比较例101中，在垂直时段的后一半中插入三个分数调整水平时段。因此，正常时段和分数调整时段之间的差值如图1A所示的比较例101中的差值的1/3那样小。但是，电荷累积时段在行间在从等于四个正常水平时段之和的时间Ta到等于一个正常水平时段与三个分数调整水平时段之和的时间Te的范围内改变。因此，Te和Ta之间的差值等于当用正常水平时段分割一个垂直时段时出现的剩余部分，并且，没有实现电荷累积时段的行与行之间差值的减小。

另一方面，在图1A和图1B所示的本实施例102中，每三个水平时段插入分数调整水平时段并因此在一个垂直时段中存在总共三个分数调整水平时段。因此，各行中的电荷累积时段等于由三个正常水平时段与一个分数调整水平时段之和限定的时间Tc或由两个正常水平时段与两个分数调整水平时段之和限定的时间Td。在本实施例中，作为插入三个分数调整水平时段的结果，正常时段和分数调整时段之间的差值减小到图1A和图1B所示的比较例101的所述差值的1/3。因此，电荷累积时段的行与行之间的差值减小到1/3。

图2示出根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备的配置的例子。在图2中，像素阵列201包含以二维阵列布置的各自包含用于将输入光转换成电荷的光电转换元件的像素。读出扫描电路203和复位扫描电路204作为垂直扫描电路操作以选择像素阵列201中的沿水平方向延伸的行。通过读取电路206逐行地读取在由读出扫描电路203选择的行中的各像素中累积的信号电荷。以下，通过读出扫描电路203依次扫描像素阵列201的行并且通过读取电路206读取在像素中累积的信号电荷的操作的序列将被称为读出扫描操作。由读取电路206读取的信号将被称为像素信号。

另一方面，通过复位扫描电路204执行的依次扫描像素阵列201的特定区域中的特定行并且将累积于像素中的电信号复位到预定的电势的操作将被称为复位扫描操作。特定区域被设定为使得读出扫描电路203或复位扫描电路204从定时发生器电路202读取信号，并且，像素阵列201中的所有或一些行被读取或复位。通过从复位扫描操作到读出扫描操作的时段控制电荷累积时段(焦平面电子快门)，在所述电荷累积时段中，在像素之一中累积电荷。

水平扫描电路205是用于选择像素阵列201的列的扫描电路。对于由水平扫描电路205选择的列依次逐列输出由读取电路206逐行读取的像素信号。从读取电路206输出的像素信号通过模数(AD)转换器207从模拟形式被转换成数字形式。图像处理单元208对于转换成数字形式的像素信号执行包括缺陷校正、噪声去除等的各种类型的图像处理。

通过定时发生器电路202产生用于驱动读出扫描电路203和复位扫描电路204的垂直扫描信号以及用于驱动水平扫描电路205的水平扫描信号。定时发生器电路202与从同步信号产生单元200输出的垂直同步信号和水平同步信号同步地产生垂直扫描信号和水平扫描信号。因此，与复位扫描操作和读出扫描操作相关联以控制焦平面电子快门的定时由从同步信号产生单元200输出的垂直同步信号和水平同步信号确定。

当捕获图像的帧速率等于60fps时，由垂直同步信号的间隔限定的一个垂直时段为约16.7ms。如果由水平同步信号的间隔限定的水平时段为10μs，则出现6.7μs的剩余部分。为了实现恒定的帧速率，插入具有不同的水平时段的行。这种行被称为分数调整时段。

在本实施例中，当用一个正常水平时段分割一个垂直时段时出现的剩余部分被分成多个段，即多个分数调整时段，并且，分数调整时段被周期性地插入，由此，实现在包含于电荷累积时段中的分数调整时段的数量方面在行间的高的均等性。

图3A和图3B是示出根据本发明的第一实施例的各行中的分数调整时段的插入位置和电荷累积时段之间的关系的概念图。在图3A和图3B中，假定作为例子，电荷累积时段等于四个水平时段。在图3A和图3B所示的例子中，执行焦平面电子快门操作，使得在时间t1开始复位扫描操作并在时间t5开始读出扫描操作。第一行中的电荷累积时段Ta由从执行复位操作301的时间t1到执行读取操作302的时间t5的时间给出。电荷累积时段Ta包含四个水平时段，这四个水平时段中的两个为分数调整水平时段303，其中的另两个为正常水平时段304。另一方面，第二行中的电荷累积时段Tb由从执行复位操作301的时间t2到执行读取操作302的时间t6的时段给出。电荷累积时段Tb包含四个水平时段，这四个水平时段中的一个为分数调整水平时段303并且其中的三个为正常水平时段304。在第三行以及以后的行中，以类似的方式给出电荷累积时段。因此，第一行到第九行中的任一行中的电荷累积时段等于Ta或Tb，并且，更具体而言，从第一行到第九行的电荷累积时段分别为Ta、Tb、Tb、Ta、Tb、Tb、Ta、Tb和Tb。电荷累积时段的差值即Ta-Tb等于分数调整时段303和正常时段304之间的差值。

在本实施例中，在一个垂直时段中插入三个分数调整水平时段，因此，分数调整时段和正常时段之间的差值减小到在仅插入一个分数调整水平时段的情况下的所述差值的1/3。因此，由于行与行之间的电荷累积时段的差值导致的像素信号的台阶状(stepwise)差值减小到1/3。此外，由于分数调整时段被分散地插入周期性位置中，因此，具有不同的电荷累积时段的行(具有电荷累积时段Ta的行和具有电荷累积时段Tb的行)被分散，由此，像素信号中的台阶状差值变得在视觉上较不明显。

下面描述在周期性位置中分散地插入分数调整时段的具体方法。图4A和图4B是示出根据本发明的第一实施例的垂直计数器的计数、水平计数器的计数、垂直同步信号和水平同步信号之间的关系的示意图。注意，图4A和图4B所示的示意性示图示出由图2所示的同步信号产生单元200执行的内部处理。

在本实施例中，每三个水平时段插入具有不同的水平计数的一个分数调整时段。图4A示出分数调整时段303比正常时段304长(Nh2＞Nh1)的情况。图4B示出分数调整时段303比正常时段304短(Nh2＜Nh1)的情况。当垂直计数器的垂直计数CntV和循环计数器的循环计数CntC等于0时，水平计数器的水平计数CntH从0计数到水平计数Nh1(正常时段304)。以下，垂直计数器的垂直计数CntV将被称为计数CntV，循环计数器的循环计数CntC将被称为计数CntC，并且，水平计数器的水平计数CntH将被称为计数CntH。

当计数CntH达到水平计数值Nh1时，计数CntC和计数CntV递增，因此，它们变得等于1，并且，计数CntH从0计数到水平计数值Nh1(正常时段304)。

计数CntH达到Nh1，计数CntC和计数CntV递增，因此，它们变得等于2。当计数CntC等于2时，计数CntH从0计数到与正常值不同的水平计数Nh2(分数调整时段303)。

当计数CntH达到Nh2时，计数CntC被初始化为0，并且，计数CntV递增，因此，计数CntV变得等于3。计数CntH从0计数到水平计数值Nh1(正常时段304)。

然后，以类似的方式重复执行操作，直到计数CntV达到垂直行计数值11。如果计数CntV达到11、计数CntC达到2并且计数CntH达到Nh2，那么计数CntV、CntC和CntH被初始化为0。在本例子中，一个垂直时段包含与0到11的计数CntV对应的12个水平时段。

为了调整一个垂直时段的长度，提供分数调整时段303。计数CntH的阈值Nh1表示正常时段304的长度并且由有效水平像素的数量、水平OB(光学黑色)像素的数量、以及水平消隐间隔的数量之和确定。另一方面，计数CntH的阈值Nh2表示分数调整时段303的长度，并且，阈值Nh2被确定以调整一个垂直时段的长度。

因此，在本实施例中，在一个垂直时段中插入四个分数调整水平时段303，并且，通过改变表示分数调整时段303的长度的计数CntH的阈值Nh2来调整一个垂直时段的长度。与将计数CntH初始化为0的定时同步地，插入水平同步信号。此外，与将计数CntV初始化为0的定时同步，插入垂直同步信号。如上所述，通过使用计数CntH、计数CntV和计数CntC，可以在一个垂直时段中以希望的循环插入分数调整时段303，使得分数调整时段303位于周期性的位置。

下面，参照流程图更详细地描述计数CntH、计数CntV和计数CntC中的每一个的操作。图5是示出根据本发明的第一实施例的作为水平计数器的水平计数CntH的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，水平计数器将计数CntH初始化为0(步骤S51)。随后，水平计数器确定循环计数CntC是否等于Nc(步骤S52)。注意，Nc是确定分数调整时段的出现的循环(以水平时段为单位)的阈值。例如，在以上参照图4A和图4B描述的实施例中，在每三个水平时段中出现一个分数调整水平时段，因此，Nc＝3-1＝2。当计数CntC等于Nc时，它被确定为处于分数调整时段，而当计数CntC不等于Nc时，它被确定为处于正常时段。

首先，对于计数CntC不等于Nc的情况描述处理流程。如果计数CntC不等于Nc，则水平计数器确定当前时段是正常时段，并且，水平计数器确定计数CntH是否等于Nh1(步骤S53)。如果计数CntH不等于Nh1，则水平计数器将计数CntH递增(步骤S54)并且返回步骤S52。如果计数CntH等于Nh1，则水平计数器返回步骤S51并且将计数CntH初始化为0。

接着，对于计数CntC等于Nc的情况在下面描述处理流程。当计数CntC等于Nc时，水平计数器确定当前时段是分数调整时段，并且水平计数器确定计数CntH是否等于Nh2(步骤S55)。当计数CntH不等于Nh2时，水平计数器将计数CntH递增(步骤S54)并且返回步骤S52。如果计数CntH等于Nh2，那么水平计数器返回步骤S51并且将计数CntH初始化为0。

图6是示出根据本发明的第一实施例的作为垂直计数器的垂直计数CntV的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，垂直计数器将计数CntV初始化为0(步骤S61)。随后，垂直计数器确定计数CntH是否等于0(步骤S62)。当计数CntH不等于0时，处理返回步骤S62，因此，计数CntV保持，直到计数CntH变得等于0。当计数CntH等于0时，垂直计数器确定计数CntV是否等于Nv(步骤S63)。Nv是表示应包含于一个垂直时段中的水平时段的数量的阈值。例如，在图4A和图4B所示的实施例中，一个垂直时段包含12个水平时段，因此，Nv＝12-1＝11。如果计数CntV不等于Nv，则垂直计数器使计数CntV递增(步骤S64)并且返回步骤S62。如果计数CntV等于Nv，则这意味着到达一个垂直时段的结束，由此，垂直计数器返回步骤S61并且将计数CntV初始化为0。

图7是示出根据本发明的第一实施例的作为循环计数器的循环计数CntC的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，垂直计数器将计数CntC初始化为0(步骤S71)。随后，垂直计数器确定计数CntH是否等于0(步骤S72)。当计数CntH不等于0时，处理返回步骤S72，因此，计数CntC保持，直到计数CntH变得等于0。当计数CntH等于0时，垂直计数器确定计数CntV是否等于Nv(步骤S73)。如果计数CntV等于Nv，那么这意味着到达一个垂直时段的结束，因此，垂直计数器返回步骤S71并且将计数CntC初始化为0。如果计数CntV不等于Nv，则垂直计数器确定计数CntC是否等于Nc(步骤S74)。如果计数CntC不等于Nc，则垂直计数器将计数CntC递增(步骤S75)并且返回步骤S71。如果计数CntC等于Nc，则这意味着到达分数调整时段的插入的最后循环，因此，垂直计数器返回步骤S71并且将计数CntC初始化为0。

在上述的实施例中，假定计数CntH、计数CntV和计数CntC是向上计数的计数器。作为替代方案，为了实现本实施例的效果，可以使用向下计数的计数器或格雷码(gray-code)计数器。

在上述的实施例中，为了示例简单起见，假定一个垂直时段包含9～12个水平时段。注意，水平时段的数量不限于该范围。例如，在沿水平方向包含1920个像素并且沿垂直方向包含1080个像素的图像拾取设备的情况下，一个垂直时段包含1080个水平时段。如果如在本实施例中那样每三个水平时段插入具有不同的水平计数的一个分数调整时段，则存在360个分数调整时段。因此，本实施例使得能够将正常时段与分数调整时段之间的长度的差值减小到在一个水平时段中插入分数调整时段的情况下获得的差值的1/360。因此，由于行之间的电荷累积时段的差值导致的像素信号的台阶状差值变为1/360。即，在本实施例中，包含于一个垂直时段中的水平时段的数量越大，则实现的由于电荷累积时段的行与行之间的差值导致的像素信号的台阶状差值减少越多。

如果分数调整时段与正常时段之间的长度的差值即|Nh2-Nh1|被设为等于计数CntH的最小可能值(例如，据其对计数CntV进行计数的时钟频率)，能够进一步减小由于行之间的电荷累积时段的差值导致的像素信号的台阶状差值。

如上所述，同步信号产生单元200产生水平同步信号和垂直同步信号。水平同步信号具有限定正常时段(第一水平时段)304的脉冲间隔和限定具有与正常时段304的长度不同的长度的分数调整时段(第二水平时段)303的脉冲间隔。基于水平同步信号，复位扫描电路204依次选择像素阵列201的行中的像素并且将累积于光电转换元件中的电荷复位。基于水平同步信号，读出扫描电路203依次选择要读取的像素阵列201的行中的像素，并且，读出扫描电路203从选择的像素读取像素信号。各像素在从通过复位扫描电路204复位像素的时间到通过读出扫描电路203读取像素信号的时间的时段期间累积信号电荷。如图1A和图1B以及图3所示，在由垂直同步信号的脉冲间隔限定的一个垂直时段中，产生水平同步信号，使得多次出现正常时段(第一水平时段)304以及分数调整时段(第二水平时段)303。分数调整时段(第二水平时段)303周期性地出现。

在一个垂直时段中，如图4A和图4B所示，由水平同步信号的脉冲间隔限定的水平时段的数量(例如，12)是分数调整时段(第二水平时段)303的出现的周期(例如，3个时段)的倍数。在电荷累积时段中，产生水平同步信号，使得出现正常时段(第一水平时段)304和分数调整时段(第二水平时段)303两者。

同步信号产生单元200包含垂直计数器、循环计数器和水平计数器。如图6所示，为了设定一个垂直时段的长度，垂直计数器对以水平同步信号的脉冲间隔出现的水平时段的数量CntV计数。如图7所示，为了将水平时段的长度设为等于正常时段(第一水平时段)304或分数调整时段(第二水平时段)303，循环计数器周期性地对水平时段的数量CntC计数。如图5所示，为了将水平时段的长度设为正常时段(第一水平时段)304或分数调整时段(第二水平时段)303，水平计数器对水平时段的长度CntH计数。如图4A和图4B所示，与将垂直计数器的垂直计数CntV初始化为0的定时同步地，循环计数器的循环计数CntC被初始化为0。

根据本实施例，焦平面电子快门可被控制为使得实现行之间的电荷累积时段的高的均等性。作为结果，能够减小由于行与行之间的电荷累积时段的差值而导致的像素信号电平的差值，并因此可以实现图像质量的提高。

第二实施例

以下，在关注与第一实施例的不同的同时，描述本发明的第二实施例。在循环计数器的循环计数CntC的操作上，第二实施例与第一实施例不同。即使包含于一个垂直时段中的水平时段的数量不等于分数调整时段的插入的循环的倍数，本实施例也提供可实现关于电荷累积时段在行与行之间的高的均等性的优点。

图8A和图8B是示出根据本发明的第二实施例的垂直计数器的计数、水平计数器的计数、垂直同步信号和水平同步信号之间的关系的示意图。注意，图8A和图8B所示的示意图示出由图2所示的同步信号产生单元200执行的内部处理。在本实施例中，每三个水平时段插入具有不同的水平计数的一个分数调整时段。图8A示出分数调整时段303比正常时段304长(Nh2＞Nh1)的情况。图8B示出分数调整时段303比正常时段304短(Nh2＜Nh1)的情况。在本实施例中，与前面的实施例不同，当计数CntV达到作为表示一个垂直时段的值的10时，计数CntC不被初始化为0。由于计数CntC不被初始化为0，因此，插入分数调整时段的间隔在垂直时段上延长。当垂直计数器的垂直计数CntV被初始化为0时，循环计数器的计数CntC不被初始化。

图9是示出根据本发明的第二实施例的关于循环计数CntC的循环计数器的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，垂直计数器将计数CntC初始化为0(步骤S91)。随后，垂直计数器确定计数CntH是否等于0(步骤S92)。当计数CntH不等于0时，处理返回步骤S92，因此，计数CntC保持，直到计数CntH变得等于0。当计数CntH等于0时，垂直计数器确定计数CntC是否等于Nc(步骤S93)。如果计数CntC不等于Nc，则垂直计数器将计数CntC递增(步骤S94)并且返回步骤S91。如果计数CntC等于Nc，则这意味着到达分数调整时段的插入的最后的循环，因此，垂直计数器返回步骤S91并且将计数CntC初始化为0。

如上所述，即使包含于一个垂直时段中的水平时段的数量不等于分数调整时段的插入的循环的倍数，本实施例也提供可实现关于电荷累积时段在行与行之间的高的均等性的优点。因此，本实施例使得能够减小由于电荷累积时段的行与行之间的差值导致的像素信号的台阶状差值。

第三实施例

以下，在关注与第一实施例的不同的同时，描述本发明的第三实施例。在本实施例中，可通过控制包含于一个垂直时段中的水平时段的数量、分数调整时段的插入的循环、以及电荷累积时段，实现行与行之间的电荷累积时段的高的均等性。

图10A和图10B是示出根据本发明的第三实施例的分数调整时段的插入位置与各行中的电荷累积时段之间的关系的概念图。在图10A和图10B中，假定作为例子，电荷累积时段等于三个水平时段。在本实施例中，在时间t2开始复位扫描操作并且在时间t5开始读出扫描操作，由此执行焦平面电子快门操作。第一行中的电荷累积时段Ta由从执行复位操作301的时间t2到执行读取操作302的时间t5的时间给出。电荷累积时段Ta包含其中的一个为分数调整时段303并且其中的两个为正常时段304的三个水平时段。这也适用于从第二行到第九行的所有电荷累积时段。

在本实施例中，能够通过确定以下参数即包含于一个垂直时段中的水平时段的数量Nv0、分数调整时段的出现的循环Nc0、以及限定电荷累积时段的水平时段的数量Na0使得满足以下条件，实现行与行之间的关于电荷累积时段的高的均等性。

Nv0＝M×Nc0(M是大于或等于2的正整数)

Na0＝K×Nc0(K是正整数)

限定电荷累积时段的水平时段的数量Na0是分数调整时段(第二水平时段)303的出现的循环Nc0的倍数。因此，在本实施例中，即使在分数调整时段被插入以调整一个垂直时段的长度的情况下，在行与行之间电荷累积时段也可相等。因此，本实施例使得能够消除由于电荷累积时段的行与行之间的差值而导致的像素信号的台阶状差值。

第四实施例

以下，在关注与第一实施例的不同的同时，描述本发明的第四实施例。本实施例的不同在于，使用被配置为对分数调整时段的数量计数的分数行计数器来控制周期性插入的分数调整时段的数量。在本实施例中，能够通过控制周期性插入的分数调整时段的数量来以高精度调整一个垂直时段的长度。

图11A和图11B是根据本发明的第四实施例的垂直计数器的计数、水平计数器的计数、垂直同步信号、以及水平同步信号之间的关系的示意图。注意，图11A和图11B所示的示意图示出由图2所示的同步信号产生单元200执行的内部处理。在本实施例中，每三个水平时段插入具有不同的水平计数的一个分数调整时段。图11A示出分数调整时段303比正常时段304长(Nh2＞Nh1)的情况。图11B示出分数调整时段303比正常时段304短(Nh2＜Nh1)的情况。

本实施例的不同在于，另外提供分数行计数器的分数行计数CntL(以下，称为计数CntL)，以由此控制循环计数CntC的操作。与将计数CntV初始化为0的定时同步地，计数CntL被初始化为0。当计数CntC达到2时，计数CntL递增。当计数CntC等于2时，计数CntH从0计数到与正常值不同的水平计数Nh2(分数调整时段303)。因此，计数CntL操作为对分数调整时段303的数量计数。重复该计数操作，直到计数CntL达到3。当计数CntL达到3时，计数CntL保持为3，直到计数CntV被初始化为0。当计数CntL处于计数CntL保持为3的状态时，计数CntC不增加并且保持为0。通过以上述的方式执行计数操作，如图11(A)和图11(B)所示，变得能够控制分数调整时段的插入，使得不在插入三个分数调整水平时段之后插入分数调整时段。

由计数CntL保持的值被确定以实现一个垂直时段的长度的高精度调整。例如，如果分数调整时段和正常时段之间的长度的差值即|Nh2-Nh1|被设为等于计数CntH的最小可计数值(例如，在通过使用计数CntH计数时使用的时钟循环)，则变得能够以与计数CntH的最小可计数值对应的单位调整一个垂直时段的长度。

如上所述，通过使用计数CntH、计数CntV、计数CntC和计数CntL，在实现一个垂直时段的长度的高精度调整的同时在一个垂直时段中以希望的循环周期性地插入分数调整时段。

接着，参照流程图在下面更详细地描述计数CntC和计数CntL中的每一个的操作。图12是示出根据本发明的第四实施例的作为循环计数器的循环计数CntC的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，垂直计数器将计数CntC初始化为0(步骤S121)。随后，垂直计数器确定计数CntH是否等于0(步骤S122)。当计数CntH不等于0时，处理返回步骤S122，因此，计数CntC保持，直到计数CntH变得等于0。当计数CntH等于0时，垂直计数器确定计数CntL是否等于Nl(步骤S123)。如果计数CntL等于Nl，那么这意味着到达一个插入的分数调整时段的结束，因此，垂直计数器返回步骤S121并且将计数CntC初始化为0。如果计数CntL不等于Nl，则垂直计数器确定计数CntC是否等于Nc(步骤S124)。如果计数CntC不等于Nc，则垂直计数器将计数CntC递增(步骤S125)并且返回步骤S121。如果计数CntC等于Nc，则这意味着到达分数调整时段的插入的最后的循环，因此，垂直计数器返回步骤S121并且将计数CntC初始化为0。

图13是示出根据本发明的第四实施例的作为分数行计数器的分数行计数CntL的操作的流程图。当图像捕获操作开始时，垂直计数器将计数CntL初始化为0(步骤S131)。随后，垂直计数器确定计数CntH是否等于0(步骤S132)。当计数CntH不等于0时，处理返回步骤S132，因此，计数CntL保持，直到计数CntH变得等于0。当计数CntH等于0时，垂直计数器确定计数CntC是否等于Nc(步骤S133)。当计数CntC不等于Nc时，处理返回步骤S132，因此，计数CntL保持，直到计数CntC变得等于Nc。如果计数CntC等于Nc，则垂直计数器确定计数CntL是否等于Nl(步骤S134)。如果计数CntL不等于Nl，则垂直计数器将计数CntL递增(步骤S135)并且返回步骤S132。如果计数CntL等于Nl，则垂直计数器确定计数CntV是否等于Nv(步骤S136)。如果计数CntV不等于Nv，则这意味着垂直时段在进行中，因此，处理返回步骤S136，并且，计数CntL保持在Nl。如果计数CntV等于Nv，则这意味着到达一个垂直时段的结束，因此，垂直计数器返回步骤S131并且将计数CntL初始化为0。

同步信号产生单元200包含对分数调整时段(第二水平时段)303的数量计数的分数行计数器。如图12所示，当分数行计数器的计数值CntL达到预定值N1时，循环计数器的循环计数CntC被初始化为0。

在本实施例中，如上所述，即使在分数调整时段被插入以调整一个垂直时段的长度的情况下，也能够适当地控制分数调整时段的数量。即，能够在实现一个垂直时段的长度的高精度调整的同时在一个垂直时段中以希望的循环周期性地分散插入分数调整时段。

第五实施例

图14是示出根据本发明的第五实施例的图像拾取系统的配置的例子的框图。901表示保护后面描述的透镜902的挡板。902表示在固态图像拾取设备904上形成对象的光学图像的透镜。903表示用于调整通过透镜902的光的量的光阑。904表示获取与通过透镜902形成的对象的光学图像对应的图像信号的固态图像拾取设备。使用根据第一到第四实施例之一的固态图像拾取设备作为固态图像拾取设备904。905表示AF传感器。附图标记906表示处理从固态图像拾取设备904输出的信号和从AF传感器905输出的信号的模拟信号处理设备。附图标记907表示将从模拟信号处理设备906输出的信号从模拟形式转换成数字形式的模数转换器。附图标记908表示对于从模数转换器907输出的图像数据执行各种类型的处理的数字信号处理单元。处理可包含校正处理、数据压缩处理等。附图标记909表示用于暂时存储图像数据的存储器。附图标记910表示用于与外部计算机等接口的外部设备I/F电路。附图标记911表示向数字信号处理单元908和其它单元输出各种定时信号的定时发生器。附图标记912表示执行各种计算并且控制整个照相机的总体控制/运算单元。附图标记913表示存储介质控制I/F单元。附图标记914表示用于存储和读取所获取的图像数据的诸如半导体存储器的可去除存储介质。附图标记915表示外部计算机。

当拍摄图像时，图像拾取系统操作如下。当打开挡板901并从AF传感器905输出信号时，总体控制/运算单元912基于相位差检测来计算到对象的距离。随后，基于计算的结果，总体控制/运算单元912驱动透镜902以尝试实现聚焦。然后确定是否实现了对焦状态。如果确定还没有实现聚焦，则透镜902被再次驱动，直到实现聚焦。在实现聚焦之后，固态图像拾取设备904开始电荷累积操作。如果完成固态图像拾取设备904的电荷累积操作，则图像信号从固态图像拾取设备904被输出并且通过模数转换器904从模拟形式被转换成数字形式。在总体控制/运算单元912的控制下，得到的数字数据被数字信号处理单元908处理并且被写入到存储器909中。在总体控制/运算单元912的控制下，存储于存储器909中的数据然后通过存储介质控制I/F单元910被存储于存储介质914中。存储于存储器909中的数据可通过外部设备I/F单元910被直接输入到计算机915等。

可以在电子照相机、视频照相机等中使用根据第一到第四实施例中的一个的固态图像拾取设备。在固态图像拾取设备中，可以控制焦平面电子快门，使得实现行与行之间的电荷累积时段的高的均等性。作为结果，能够减小由于行与行之间的电荷累积时段的差值而导致的像素信号电平的差值，并因此可以实现图像质量的提高。

虽然通过例子参照实施例描述了本发明，但是这些不是对于本发明的限制。应当理解，本发明不限于上述的具体实施例。相反，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种方式体现本发明。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种固态图像拾取设备，包括：

像素阵列，以矩阵状设置像素，所述像素中的每一个包含用于将光转换成电荷的光电转换元件；

同步信号产生单元，被配置为产生具有与第一水平时段对应的间隔和与第二水平时段对应的间隔的水平同步信号，所述第二水平时段的长度与第一水平时段的长度不同；

复位扫描电路，基于水平同步信号，依次选择像素阵列的行中的像素并且将累积于光电转换元件中的电荷复位；以及

读出扫描电路，被配置为基于水平同步信号，读取像素阵列的要被读取的行中的像素，

其中，在各像素中，电荷在通过复位扫描电路执行复位时开始并且在通过读出扫描电路读取像素信号时结束的电荷累积时段中被累积，以及

其中，在由垂直同步信号的间隔限定的一个垂直时段中，所述水平同步信号包含多个第一水平时段和多个第二水平时段。

2.根据权利要求1的固态图像拾取设备，其中，在一个垂直时段中，第二水平时段被周期性地插入，使得循环性地在多个第一水平时段之后出现一个第二水平时段。

3.根据权利要求1或2的固态图像拾取设备，其中，在一个垂直时段中，由水平同步信号的脉冲间隔限定的水平时段的数量是出现第二水平时段的循环的倍数。

4.根据权利要求1的固态图像拾取设备，其中，限定电荷累积时段的水平时段的数量是出现第二水平时段的循环的倍数。

5.根据权利要求1的固态图像拾取设备，其中，水平同步信号被产生以使得在电荷累积时段中出现第一水平时段和第二水平时段两者。

6.根据权利要求1的固态图像拾取设备，其中，所述同步信号产生单元包含：

垂直计数器，对由水平同步信号的脉冲间隔限定的水平时段的数量计数以由此设定一个垂直时段的长度；

循环计数器，周期性地对水平时段的数量计数以由此将每个水平时段设为在长度上等于第一水平时段或第二水平时段；以及

水平计数器，对各水平时段的长度计数以由此将水平时段设为在长度上等于第一水平时段或第二水平时段。

7.根据权利要求6的固态图像拾取设备，其中，所述循环计数器与将所述垂直计数器初始化的定时同步地被初始化。

8.根据权利要求6的固态图像拾取设备，其中，当所述垂直计数器被初始化时，循环计数器不被初始化。

9.根据权利要求6的固态图像拾取设备，其中，所述同步信号产生单元还包含分数行计数器，所述分数行计数器对第二水平时段的数量计数，以及

其中，当所述分数行计数器的计数值达到预定值时，所述循环计数器被初始化。

10.一种图像拾取系统，包括：

根据权利要求1的固态图像拾取设备；以及

在所述固态图像拾取设备上形成光学图像的透镜。

11.一种驱动固态图像拾取设备的方法，所述固态图像拾取设备包括以矩阵状设置像素的像素阵列，所述像素中的每一个包含用于将光转换成电荷的光电转换元件，所述方法包括：

控制各像素，使得电荷在复位像素时开始并且在读取像素信号时结束的电荷累积时段中被累积；

以限定垂直时段的间隔输出垂直同步信号，并且将垂直同步信号供给到固态图像拾取设备；和

输出水平同步信号，以便限定第一水平时段和长度与第一水平时段的长度不同的第二水平时段。

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