CN1645895A - 具有可变分辨率和高速输出的图像传感器阵列 - Google Patents

Abstract

一种感光成像设备，具有光传感器组的一个线性阵列。在一个低分辨率扫描模式中，在每个组中所有的光传感器一起等效于一个大的光传感器。在一个高分辨率模式中，在一个组中每个光传感器用于单独地输出基于图像的信号。在两种模式中，由所述光传感器输出的信号比如为了“奇”和“偶”布置的光传感器或光传感器组而被传输到两个输出线中的一个上。在这两根线上的所述信号则可以多路复用到一个单独的输出线。所述的双输出线允许在两种分辨率模式中快速输出信号。

Description

具有可变分辨率和高速输出的图像传感器阵列

相关专利申请的相互参照

作为本发明学说的参照结合了下列美国专利：5,081,536和5,638,121。

技术领域

本发明涉及了应用于光栅输入扫描仪的图像传感器阵列。本发明尤其涉及了感光芯片，其中每个光传感器具有独立的转换电路。

背景技术

图像传感器阵列典型地包括一个光传感器线性阵列，其中该阵列对带有文挡的图像进行光栅扫描并把由每个光传感器所观察到的显微图像区变换为图像信号载荷。经过一个积分阶段，所述的图像信号载荷被放大，并作为一种模拟视频信号通过连续调节的多路晶体管传输给一个公共输出线或总线。用于这样一种图像传感器阵列的一种基本的电路在美国专利US 5,081,536中给出，参见上文。

对于高性能图像传感器阵列，一种优选的设计包括宽度相当于被扫描页宽度的光传感器阵列，使得一般在不使用还原光学元件的情况下允许一对一的成像。然而为了提供这样一种“全宽度”的阵列，必须使用相对大的硅构造来容纳大量的光传感器。用于产生这样一个大阵列的一种优选技术是用多个邻接的硅芯片来构成所述的阵列。在一个推荐的设计中，一个阵列将用20个硅芯片边挨边地邻接构成，每个芯片具有248个有效的光传感器，以每英寸400个光传感器的密度放置。

尽管当前所使用的多数扫描系统几乎都是数字系统，但是在扫描过程中来自光传感器的“原始信号”是一种模拟视频信号，其电压幅度对应于在给定时间投射到光传感器的光的强度。所以，当信号从一个芯片上的光传感器被读出以变换为数字信号时，不同的视频电平作为一系列模拟电平而被输出；该电平均对应于由一个特定光传感器在一个特定时刻所扫描的反射区域的亮度。

每个芯片的输出速度将依赖于输出通道的电压响应。一个芯片输出一连串的电平，其中每个电平对应于所述原始图像中的一个像素。包括所述原始图像中的每个像素，所述的电平必须从表示前一像素的光的信号变为表示现在的像素中光的信号。由于视频输出芯片的模拟特性，从一个电平(对应于一个像素)到下一电平的电压输出序列是一组渐进曲线。当多个光传感器的输出被串行读出，必须在每个光传感器读动作之间允许有一定的时间，以允许读动作稳定于对应于投射到该光传感器上的光的信号值。在一个用于读出视频信号的典型的实际系统中，用于实时扫描的该读出时间约为每个光传感器50毫微秒。包括每个像素信号，最重要的是所述的模拟电压曲线何处“结束”，也即，所述电压信号的最后值就是代表在该光传感器上的真实光强度的值。当一组模拟视频信号随时间输出，所述的“稳定时间”就是所述的电平开始从前一像素的电平变化到现在的像素的电平时的每个像素的输出部分。与一个芯片有关的所述稳定时间直接影响了该芯片的读出速度。

具有一个光传感器阵列的光传感器设备的所期望的特性是能够提供多种可选择的成像分辨率。比如，如果一个芯片包含每英寸600个的一组光传感器，那么可能希望控制该芯片使得每对相邻的光传感器有效作为一个光传感器运行，如此使得该设备的有效空间分辨率为每英寸300点。较低的空间分辨率导致较小的图像文件大小(这在诸如存档、或者识别图案或者字符等扫描环境中是所期望的)并能够容易实现较高的读出速率。本说明涉及了能够运行于多种分辨率的一种光感成像设备。

美国专利5,493,335公开了一种具有可变分辨率特性的数码相机。在图像传感器下游的缓存器中对信号进行干扰操作以实现一种低分辨率模式。

美国专利5,638,121结合上述的对比文献讲授了为线性阵列中的奇偶光传感器使用单独的输出线。单独的输出线的使用当记录一幅图像时为每个像素信号提供了一个较长的稳定时间。

美国专利6,169,576公开了一种具有可控分辨率的CCD装置。

发明内容

本发明提供了一种成像设备，其中该设备包括多组光传感器。一个第一输出线从一个第一光传感器子组接收信号，一个第二输出线从一个第二光传感器子组接收信号。与每个光传感器组相连的连接装置象一个光传感器那样有选择地操作光传感器组。

本发明提供了操作一种成像设备的一种方法，其中该设备包括多组光传感器、一个第一输出线、和一个第二输出线。在一个第一模式中，信号从一个第一光传感器子组被传输到所述第一输出线，并且从一个第二光传感器子组被传输到所述第二输出线。在一个第二模式中，对于多个光传感器组中的每一个，信号从该组中的一个第一光传感器被传输到所述第一输出线，并且从该组中的一个第二光传感器被传输到所述第二输出线。

附图说明

附图1示出了在一个芯片上的光传感器阵列的简化图。

附图2示出了诸如在附图1中所示的芯片上所具有的一些光传感器组10的部分平面图。

附图3和4示出了关于输入到附图2中所示相关放大器的时钟次序。

附图5示出了用于操作如附图2中所示的任意四个放大器的移位寄存器的一种实施例。

附图6和7示出了当附图5的设备分别运行于高分辨率和低分辨率时至附图2的放大器的有效输出的时间图。

具体实施方式

附图1示出了芯片上一个光传感器阵列的简化图。这样一个或者多个芯片100将应用于比如用于记录硬拷贝图像的一个设备中，诸如用于一个数字复印机或传真机中。在这样一个设备中，包含要被记录的图像的一页相对于所述的芯片移动，并且该芯片上的所述光传感器随时间“看到”该页上的一系列小区域，并为每个小区域输出图像信号。该图像信号被处理和存储以获得描述整个被记录图像的图像数据。

实质上，所述的芯片100包括一个光传感器线性阵列；在这种特殊的实施方案中(这将在下文中详细描述)，所述的芯片100包括一个光传感器组10的一个线性阵列。在该实施方案中，每个光传感器组10包括多个光传感器。根据特定选择的运行模式，每个光传感器组10可以有效地作为一个单独的、相对大的光传感器运行于一个低分辨率模式；或者也可以使每个组10中的多个光传感器对光进行记录并独立输出信号，而提供一种高分辨率扫描。所述的芯片100可能还包括任意数量的触点102，这样该芯片就可以连接所期望的任意附属电路。

附图2示出了诸如在附图1中所示的芯片上所具有的一些光传感器组10的部分平面图。在该实施方案中，每个组10包括一个2×2的光传感器阵列，这些光传感器在每个组中被标记为12a、12b、12c和12d。下面将要进行描述，在每个组10中光传感器12a、12b可以独立运行，如此使得沿所述线性阵列的方向(沿附图2的水平方向)可以提供一个高的空间分辨率。然而该系统也可以运行于一个低分辨率扫描模式中，如此使得在每个组10中的每个光传感器12a、12b、12c和12d在“看”被记录的图像中一个小区域的扫描期间通过在每个组10中的连接晶体管而被连接在一起，从而实际构成一个单独的大光传感器。如果使光传感器12a、12b运行于一个高分辨率模式可以提供一个600spi(点/每英寸)的空间分辨率，那么使每个组10中的所有光传感器12a、12b、12c和12d作为一个光传感器运行就提供了一个300spi的空间分辨率。在该实施方案中，当光传感器12a、12b正在独立运行于高分辨率模式中时，在每个组10中的光传感器12c和12d简单地不被使用。

至附图2中的所述光传感器12a、12b、12c和12d的其他输入包括一个外部电压V_OV和“线读出”信号Φ_LR及其互补信号Φ_LR，其中所述的外部电压V_OV典型地是约1伏的恒定值。V_OV和Φ_LR*可以连接到一根单线上。根据Φ_LR及其互补信号Φ_LR*的相对值，该设备可以运行于一个“低分辨率模式”或者一个“高分辨率模式”，其中在“低分辨率模式”中在组10中的所有光传感器实际用作一个光传感器，而在“高分辨率模式”中在一个组中的每个光传感器12a、12b独立地作用。

在附图2中还可以看出，来自光传感器的信号输出被加载到被标为Vido(视频奇)和Vide(视频偶)的两根视频输出线上。所述的信号输出经过一系列可选择调节的放大器PIX1、PIX2、PIX3、PIX4等中的一个，其中每个放大器在被激活时使一个信号通过。

在该实施方案中，在高分辨率模式下，沿所述线性阵列的方向每隔一个光传感器(比如12a)发送信号至所述Vido线，而沿所述线性阵列的光传感器12b发送电荷至所述的Vide线。附图3示出了关于所连接放大器的输入Φ_PIX1、Φ_PIX2、Φ_PIX3、和Φ_PIX4的一个时钟序列，其中当每个组10中的光传感器12a发送信号至线Vido并且光传感器12b发送信号至线Vide时，所述的放大器允许这种奇-偶输出。这样，附图2中所示的配置允许有效地从交织或交替的光传感器子组中输出两个信号“序列”。

这两个信号“序列”可以在下游被多路复用以构成可以更直接利用的视频信号。希望这样一种双线输出配置的原因在上文所参照的专利5,638,121中进行了解释，其中该专利还讲授了实现这样一个系统的实际问题。简单地说，所述的双线、奇-偶输出系统允许一个较快的总输出，其原因在于来自一个光传感器的每个输出信号必须“稳定”到一个最终值，其中该最终值与所接收的光能量的实际量有关；所述的两线系统允许相邻的奇偶光传感器的稳定时间随着所述视频信号的输出而在时间上部分地重叠。

另外，根据本实施方案，当在每一组10中所有的光传感器12a、12b、12c和12d有效作为一个单独的光传感器运行时，在所述的设备也处于低分辨率模式的情况下，所述的两线、奇偶读出配置也仍然适用。附图4示出了在低分辨率模式下允许这种奇偶读出的一种时钟序列，这与控制从奇偶组10输出的信号的放大器有关：在附图4中，可以看出放大器PIX2和PIX3运行而放大器PIX1和PIX2不运行(同样，在附图2中靠近右边的诸如PIX6和PIX7的放大器将运行，而PIX5和PIX8不运行)。对比附图4和附图2，可以看出，通过放大器PIX2(以及所有被激活的偶数传感器)的信号从所连接的光传感器组10发送到线Vide，通过放大器PIX3(以及所有被激活的奇数传感器)的信号从所连接的光传感器组10发送到线Vido。因此，当光传感器组10在一个低分辨率运行中作为单独的光传感器运行时，仍然适用所述的两序列、奇-偶输出。通过这种配置，所述实施方案在低分辨率和高分辨率模式中都保持了所述的双线、奇-偶输出。

附图5示出了一般被标识为20的、用于操作诸如附图2中所示的PIX1、PIX2、PIX3、和PIX4的任意四个放大器的一种移位寄存器的一个实施方案。可以看出，附图5中的所述移位寄存器的输出是附图2中所述放大器的操作信号；基本上，对应于与一个光传感器12a、12b连接的每个放大器，有一个触发器22形式的移位寄存器级。至该移位寄存器的其他连接是输入和输出连接SR_IN和SR_OUT，和一个时钟信号Φ_S，以及上文所述的线读出信号Φ_LR和Φ_LR*。附图6和7示出了当期望所述设备分别运行于高分辨率和低分辨率模式时至所述的像素放大器的有效输出的时间图。在附图6中，当Φ_LR＝0和Φ_LR＝1时，可以看出，该组中所有的像素放大器在该周期内同时被激活，实现所述的高分辨率模式。在附图7中，当Φ_LR＝1和Φ_LR*＝0时，只有PIX2和PIX3被激活以实施所述低分辨率运行，而PIX1和PIX4实际上不被使用。在所述低分辨率模式中，只需要一个移位寄存器级来操作每个整个的组10。

尽管所示实施方案示出了分别用于沿线性阵列的“奇”和“偶”(也即交织的)光传感器或光传感器组的所述两个输出线，本发明学说可以应用于比如有四个均匀分布的光传感器子组或光传感器组输出到四个输出线上以获得更高速输出的构造。另外，所述的两个输出线也可以用于其他类型的光传感器子组或光传感器组，比如对应于沿着一个线性阵列的不同部分、不同的线性阵列、对不同基色敏感的子组等。而且，尽管上述的学说参照的是用于硬拷贝扫描的一个线性阵列，但是该基本学说可以应用于比如用于数码相机中的二维光传感器阵列。

原始提供的并且可能被改进的权利要求包含了本文所公开的所述实施方案和学说的变形、替换、修改、改进、等同和实质等同，还包括那些目前未预见到的和未评价的，以及比如可能来自于申请人/专利权人的，等。

Claims (14)

1.一种成像设备，包括：

多个光传感器组；

用于从光传感器组的一个第一子组接收信号的一个第一输出线；

用于从光传感器组的一个第二子组接收信号的一个第二输出线；

连接装置，该装置连接每个光传感器组，用于有选择地把所述的光传感器组有效作为一个光传感器来操作。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述的光传感器组的第一子组实质上沿一个线性阵列均匀地分布。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述的光传感器组的第一子组实质上与所述的光传感器组的第二子组沿所述线性阵列相互交织。

4.根据权利要求1所述的设备，其中每个光传感器组包括至少两个沿线性阵列的方向分布的光传感器。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述连接装置包括至少一个插入到所述光传感器组的两个光传感器之间的开关。

6.根据权利要求1所述的设备，还包括

高分辨率装置，该装置用于有选择地把来自每个组中的一个第一光传感器的信号传输给所述第一输出线，并且把来自每个组中的一个第二光传感器的信号传输给所述第二输出线。

7.根据权利要求6所述的设备，所述的高分辨率装置包括具有多个级的一个移位寄存器，在一个组内至少两个光传感器的每一个都连接了一个移位寄存器级。

8.用于操作一种成像设备的一种方法，其中所述的设备包括多个光传感器组、一个第一输出线、和一个第二输出线，该方法包含的步骤为：

在一个第一模式中，把来自一个光传感器组第一子组的信号传输给所述的第一输出线，并且把来自一个光传感器组第二子组的信号传输给所述的第二输出线；并且

在一个第二模式中，对于多个光传感器组中的每一个，把来自该组中的一个第一光传感器的信号传输给所述的第一输出线，并且把来自该组中的一个第二光传感器的信号传输给所述的第二输出线。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述的第一模式对应于一个低分辨率运行，所述的第二模式对应于一个高分辨率运行。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述第一模式中，有效地连接所述组中的至少两个光传感器以构成一个单独的光传感器。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述的光传感器组第一子组实质上沿一个线性阵列均匀分布。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述的光传感器组第一子组实质上与所述的光传感器组第二子组沿所述的线性阵列相互交织。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述的设备包括具有多个级的一个移位寄存器，并且在一个组中至少两个光传感器的每一个都连接了一个移位寄存器级。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在所述第一模式中，控制所述的移位寄存器，使得对于多个光传感器组，只有一个移位寄存器级有效地操作所述的组。

Images