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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit,
die eine Abbildungsvorrichtung gemäß dem Abgabemuster
von Beleuchtungslicht ansteuert.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Bekannt
ist ein elektronisches Endoskop mit einer Abbildungsvorrichtung
am Kopfende eines Einführschlauchs. Durch Übertragen
von durch die Lichtquelle abgegebenem Beleuchtungslicht an das Kopfende
eines Einführschlauchs durch eine optische Faser kann ein
Objekt in einem dunklen Bereich, wie beispielsweise einem Bereich
innerhalb des Körpers, oder ein interner Mechanismus fotografiert
und/oder gefilmt werden.
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Ein
Bild mit einem besonderen sichtbaren Effekt kann durch Anwenden
einer besonderen Beleuchtungstechnik auf ein Objekt angezeigt werden.
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Beispielsweise
wird bei einem bekannten Verfahren ein Objekt mit durch Pulsabgabe
erzeugten Lichtpulsen beleuchtet. Durch Filmen der Stimmbänder,
die mit Lichtpulsen mit einer Frequenz beleuchtet werden, die so
eingestellt ist, dass sie nahezu die gleiche wie die Schwingung
der Stimmbänder ist, kann ein Bild der schnell schwingenden
Stimmbänder so erzeugt werden, dass sie langsam zu schwingen
scheinen.
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Wenn
ein Benutzer ein sich schnell bewegendes Objekt betrachten möchte,
dann wird der Benutzer gewöhnlich gepulstes Licht wählen.
Folglich ist es vorzuziehen, dass alle Pixel Licht gleichzeitig empfangen,
um ein optisches Bild des mit gepulstem Licht beleuchteten Objekts
aufzunehmen. Will ein Benutzer dagegen ein unbewegtes oder ein sich langsam
bewegendes Objekt betrachten, so wird der Benutzer Dauerlicht wählen.
Bei der Anwendung von Dauerlicht ist es daher vorzuziehen, ein Bildsignal
zu erzeugen, bei dem das Rauschen in dem aufgenommenen Bild reduziert
ist.
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Zum
Filmen eines Objekts mit globaler Belichtung bei gleichzeitiger
Rauschminderung hat ein bekanntes Endoskop typischerweise CCD-Abbildungsvorrichtungen
eingesetzt. Zu den Problemen dabei zählen jedoch hohe Fertigungskosten
der CCD-Abbildungsvorrichtung, hoher Spannungsbedarf zum Betreiben
der CCD-Abbildungsvorrichtung und die Notwendigkeit vieler Signalleitungen
in einer CCD-Abbildungsvorrichtung.
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Zum
Lösen derartiger Probleme schlägt die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2002-58642 vor, dass bei einem elektronischen Endoskop
eine CMOS-Abbildungsvorrichtung verwendet wird, deren Energieverbrauch
und Fertigungskosten geringer sind als bei einer CCD- Abbildungsvorrichtung.
Dabei tritt jedoch das Problem eines höheren Signal-Rauschverhältnisses
in dem von einer CMOS-Abbildungsvorrichtung erzeugten Bildsignal auf,
wenn die globale Belichtung angewendet wird. Wenn also eine CMOS-Abbildungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Bildsignals bei globaler Belichtung verwendet
wird, wird Rauschen in einem angezeigten Bild deutlich sichtbar,
wenn ein Objekt mit Dauerlicht beleuchtet wird, im Vergleich zu
gepulstem Licht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit
anzugeben, die eine CMOS-Abbildungsvorrichtung gemäß dem
temporalen Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht, wie dem von
gepulstem Licht oder kontinuierlich abgegebenem Licht, adäquat
ansteuert.
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird eine Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit angegeben, die
einen Detektor und eine Belichtungssteuerung umfasst. Die Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit steuert
eine in einem Endoskop montierte CMOS-Abbildungsvorrichtung. Der
Detektor erfasst das Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht. Das
Beleuchtungslicht wird von einer Lichtquelle abgegeben. Das Beleuchtungslicht
wird auf ein Objekt gestrahlt. Die CMOS-Abbildungsvorrichtung wird
angewiesen, ein Bild des Objekts aufzunehmen. Die Belichtungssteuerung
weist die Abbildungsvorrichtung an, die globale Belichtung bzw.
die Zeilenbelichtung auszuführen, wenn das von dem Detektor
erfasste Muster das erste bzw. das zweite Muster ist.
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Ferner
gibt die Lichtquelle in dem ersten und dem zweiten Muster gepulstes
Licht bzw. Dauerlicht ab.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
deutlicher, in denen zeigen
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1 ein
Blockdiagramm, das die interne Struktur eines Endoskopsystems mit
einer Abbildungsvorrichtungsansteuereinheit eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein
Blockdiagramm, das die interne Struktur einer Lichtquelleneinheit
zeigt,
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3 ein
Blockdiagramm, das die Struktur einer Abbildungsvorrichtung zeigt,
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4 ein
Schaltbild, das die interne Struktur eines Pixels zeigt,
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5 ein
Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung zum
Erzeugen eines Bildes mit Zeilenbelichtung zeigt, und
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6 ein
Zeitdiagramm, das die zeitliche Steuerung zum Ansteuern der Abbildungsvorrichtung zum
Erzeugen eines Bildes mit globaler Belichtung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In 1 umfasst
ein Endoskopsystem 10 einen Endoskopprozessor 20,
ein elektronisches Endoskop 30 und einen Monitor 11.
Der Endoskopprozessor 20 ist mit dem elektronischen Endoskop 30 und
dem Monitor 11 verbunden.
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Der
Endoskopprozessor 20 gibt Beleuchtungslicht zum Beleuchten
eines gewünschten Objekts ab. Das beleuchtete Objekt wird
von dem elektronischen Endoskop 30 fotografiert und/oder
gefilmt, und dann erzeugt das elektronische Endoskop 30 ein Bildsignal.
Das Bildsignal wird an den Endoskopprozessor 20 gesendet.
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Der
Endoskopprozessor 20 führt eine vorgegebene Signalverarbeitung
an dem empfangenen Bildsignal aus. Das der vorgegebenen Signalverarbeitung
unterzogene Bildsignal wird an den Monitor 11 gesendet,
auf dem ein dem empfangenen Bildsignal entsprechendes Bild angezeigt
wird.
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Der
Endoskopprozessor 20 enthält eine Lichtquelleneinheit 21,
eine Bildsignalverarbeitungsschaltung 22, eine Systemsteuerung 23 sowie
andere Komponenten. Wie unten beschrieben, gibt die Lichtquelleneinheit 21 das
Beleuchtungslicht zum Beleuchten eines gewünschten Objekts
zu dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 ab. Außerdem
führt, wie unten beschrieben, die Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 eine
vorgegebene Signalverarbeitung an dem Bildsignal aus. Zudem steuert
die Systemsteuerung 23 die Operationen aller Komponenten
des Endoskopsystems 10.
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Durch
Verbinden des Endoskopprozessors 20 mit dem Anschlussstück 37 des
elektronischen Endoskops 30 werden die Lichtquelleneinheit 21 und ein
in dem elektronischen Endoskop 30 montierter Lichtleiter 31 optisch verbunden.
Zudem werden durch Anschließen des Endoskopprozessors 20 an das
Anschlussstück 37 elektrische Verbindungen zwischen
der Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 und einer in dem
elektronischen Endoskop 30 montierten Abbildungsvorrichtung 32 sowie
zwischen der Systemsteuerung 23 und einem in dem elektronischen
Endoskop 30 montierten Abbildungsvorrichtungstreiber 33 hergestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, umfasst die Lichtquelleneinheit 21 eine
Lampe 24, einen Umlaufverschluss 25, eine Kondensorlinse 26,
einen Hauptstromkreis 27, einen Motor 28, einen
Verschlusstreiber 29 sowie andere Komponenten.
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Die
Lampe 24 ist beispielsweise eine Xenonlampe oder eine Halogenlampe
und gibt Weißlicht ab. Der Umlaufverschluss 25 und
die Kondensorlinse 26 sind in einem Strahlengang von Weißlicht
von der Lampe 25 zu dem Eintrittsende des Lichtleiters 31 montiert.
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Der
Umlaufverschluss 25 hat die Form einer kreisförmigen
Scheibe und hat einen Öffnungsbereich und einen Sperrbereich.
Wenn Weißlicht von der Lichtquelleneinheit 21 abzugeben
ist, wird der Öffnungsbereich in den Strahlengang des Weißlichts eingeführt.
Wenn dagegen die Abgabe von Weißlicht auszusetzen ist,
wird der Sperrbereich in den Strahlengang des Weißlichts
eingeführt und blockiert das Weißlicht. Der Motor 28 versetzt
den Umlaufverschluss 25 in Drehung. Durch Einstellen der
Drehung des Umlaufverschlusses 25 wechselt das Beleuchtungslicht
zwischen Abgabe und Unterdrücken. Außerdem wird
Weißlicht kontinuierlich von der Lichtquelleneinheit 21 abgegeben,
indem die Öffnung in dem Strahlengang gehalten wird.
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Der
Motor 25 wird von dem Verschlusstreiber 29 angesteuert.
Der Verschlusstreiber 29 wird von der Systemsteuerung 23 gesteuert.
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Von
der Lichtquelleneinheit 21 abgegebenes Weißlicht
wird von der Kondensorlinse 26 gebündelt und auf
das Eintrittsende des Lichtleiters 31 gerichtet. Der Hauptstromkreis 27 versorgt
die Lampe 24 mit Energie. Die Systemsteuerung 23 schaltet
die Energiezufuhr von dem Hauptstromkreis 27 an die Lampe 24 zum
Ein- und Ausschalten der Lampe 41.
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Als
nächstes wird die Struktur des elektronischen Endoskops 30 ausführlich
beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst das elektronische
Endoskop 30 den Lichtleiter 31, die Abbildungsvorrichtung 32,
einen Abbildungsvorrichtungstreiber 33, einen Lichtdetektor 34,
eine Zerstreuungslinse 35, eine Objektlinse 36 sowie
andere Komponenten.
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Der
Lichtleiter 31 ist ein Bündel aus optischen Fasern
und verzweigt sich innerhalb des Anschlussstücks 37.
Ein Zweig ist mit dem Lichtdetektor 34 optisch verbunden.
Der andere Zweig, im Folgenden als Austrittsende bezeichnet, ist
an dem Kopfende des Einführschlauchs 37 des elektronischen
Endoskops montiert. Das den beiden Zweigen abgewandte gebündelte
Ende steht aus dem Anschlussstück 37 hervor und
ist mit der Lichtquelleneinheit 21 optisch verbunden.
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Wie
oben beschrieben, trifft von der Lichtquelleneinheit 21 abgegebenes
Weißlicht auf das Eintrittsende des Lichtleiters 31.
Das Licht wird dann zu dem Lichtdetektor und dem Austrittsende übertragen.
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Der
Lichtdetektor 34 bestimmt ausgehend von dem durch den Lichtleiter 31 übertragenen
Licht, ob die Lichtquelleneinheit 21 sich in der in Puls abgabe
oder der kontinuierlichen Abgabe befindet. Bei der Pulsabgabe gibt
die Lichtquelleneinheit 21 gepulstes Licht ab, indem sie
wiederholt zwischen der Abgabe und dem Aussetzen von Licht wechselt.
Bei der kontinuierlichen Abgabe gibt die Lichtquelleneinheit 21 kontinuierlich
Weißlicht ab. Die erfasste Abgabeart wird an den Abbildungsvorrichtungstreiber 33 übermittelt.
Im Falle der gepulsten Abgabe, sendet der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 das
Anforderungssignal für globale Belichtung an die Abbildungsvorrichtung 32.
Im Falle der kontinuierlichen Abgabe dagegen, sendet der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 das
Anforderungssignal für Zeilenbelichtung an die Abbildungsvorrichtung 32.
Diese Operationen des Abbildungsvorrichtungstreibers 33 werden
durch die Systemsteuerung 23 gesteuert.
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Das
an das Austrittsende geleitete Licht beleuchtet einen Randbereich
nahe dem Kopfende eines Einführschlauchs 38 durch
eine Zerstreuungslinse 35.
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Ein
optisches Bild von Reflexionslicht des durch Weißlicht
beleuchteten Objekts erreicht eine Lichtempfangsfläche
der Abbildungsvorrichtung 32 durch die Objektlinse 35.
Der Abbildungsvorrichtungstreiber 33 steuert die Abbildungsvorrichtung 32 so
an, dass sie ein Bildsignal erzeugt, das dem die Lichtempfangsfläche
erreichenden optischen Bild entspricht.
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Die
Abbildungsvorrichtung 32 ist eine CMOS-Abbildungsvorrichtung.
Wie in 3 gezeigt, sind eine Vielzahl von Pixeln 40 in
einem Raster auf der Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 angeordnet.
Jeder Pixel 40 erzeugt ein Pixelsignal gemäß der
von dem Pixel 40 empfangenen Lichtmenge. Die Pixelsignale
werden einzeln der Reihe nach über den Ausgabeblock 32o ausgegeben.
Das Bildsignal umfasst eine Vielzahl von Pixelsignalen, die von
all den Pixeln 40 auf der gesamten Lichtempfangsfläche
erzeugt werden. Von einer Zeilenwahlschaltung 32r und einer
Spaltenwahlschaltung 32c wird ein Pixel 40 ausgewählt,
das anzuweisen ist, das Pixelsignal auszugeben.
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Die
interne Struktur jedes Pixels 40 wird unten anhand der 4 beschrieben.
Das Pixel 40 enthält eine Photodiode (PD) 41,
ein Float-Diffusions-Element (FD) 42, einen Verschlusstransistor 43, einen
Rückstelltransistor 44, einen Verstärkungstransistor 45 und
einen Zeilenwahltransistor 46.
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Eine
Signalladung wird gemäß der empfangenen Lichtmenge
erzeugt und durch photoelektrische Wandlung der PD 41 gespeichert.
Wenn der Übertragungstransistor eingeschaltet ist, wird
die gespeicherte Signalladung an das FD 42 übertragen. Das
FD 42 ist ein Kondensator, dessen elektrisches Potential
gemäß der gespeicherten Signalladung variiert.
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Eine
(nicht dargestellte) Verschlusssignalleitung ist entlang jeder Zeile
von Pixeln 40 montiert. Die Verschlusssignalleitung ist
mit Verschlusstransistoren 43 in allen in einer bestimmten
Reihe angeordneten Pixeln 40 verbunden. Das Verschlusssignal,
im Folgenden als ΦSH bezeichnet, wird an alle Verschlusssignalleitungen
gesendet. Das ΦSH hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand.
Die ΦSHs, die an jede Zeile der Verschlusssignalleitung
gesendet werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen
Zeiten auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦSH auf den
Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Verschlusstransistor 43 eingeschaltet,
und folglich wird der Verschlusstransistor 43 leitend.
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Wenn
der Rückstelltransistor 44 eingeschaltet ist,
wird das FD 42 zurückgestellt. Dann wird die in
dem FD 42 gespeicherte Signalladung zu einer Energiequelle
geleitet, die im Folgenden als Vdd bezeichnet wird. Dann wird das
elektrische Potential des FD 42 auf ein elektrisches Potential
der Vdd zurückgestellt.
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Eine
(nicht dargestellte) Rückstellsignalleitung ist entlang
jeder Zeile von Pixeln 40 montiert. Die Rückstellsignalleitung
ist mit Rückstelltransistoren 44 in all den Pixeln 40 verbunden,
die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Rückstellsignal, im
Folgenden als ΦR bezeichnet, wird an alle Rückstellsignalleitungen
gesendet. Das ΦR hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand.
Die ΦRs, die an jede Zeile der Rückstellsignalleitung
gesendet werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen Zeiten
auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦR auf den Hoch-Zustand
gesetzt ist, ist der Rückstelltransistor 44 eingeschaltet,
was den Rückstelltransistor 44 leitend macht.
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Der
Verstärkungstransistor 45 gibt ein Pixelsignal
gemäß dem elektrischen Potential des FD 42 an
die Zeilenwahltransistor 46 ab. Wenn der Zeilenwahltransistor
eingeschaltet ist, wird das Pixelsignal an eine vertikale Ausgabeleitung 32v ausgegeben.
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Eine
vertikale Ausgabeleitung 32v ist entlang jeder Spalte von
Pixeln 40 montiert. Alle Pixel, die in einer bestimmten
Spalte angeordnet sind, sind mit der gleichen angrenzenden vertikalen
Ausgabeleitung 32v verbunden. Durch separates Einschalten
jedes der Zeilenwahltransistoren 46, können Pixelsignale
von Pixeln 40 separat ausgegeben werden, die mit der gleichen
vertikalen Ausgabeleitung 32v verbunden sind.
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Eine
(nicht dargestellte) Zeilenwahlsignalleitung ist entlang jeder Zeile
von Pixeln 40 montiert. Die Zeilenwahlsignalleitung ist
mit Zeilenwahltransistoren 46 in all den Pixeln 40 verbunden,
die in einer bestimmten Zeile angeordnet sind. Ein Zeilenwahlsignal,
im Folgenden als ΦSL bezeichnet, wird an alle Zeilenwahlsignalleitungen
gesendet. Das ΦSL hat einen Hoch-Zustand und einen Tief-Zustand.
Die ΦSLs, die an jede Zeile der Zeilenwahlsignalleitung gesendet
werden, werden für jede Zeile zu unterschiedlichen Zeiten
auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das ΦSL auf den Hoch-Zustand
gesetzt ist, ist der Zeilenwahltransistor 46 eingeschaltet,
was den Zeilenwahltransistor 46 leitend macht.
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Die
vertikalen Ausgabeleitungen 32v sind über Spaltenwahltransistoren 32cs mit
der horizontalen Ausgabeleitung 32h verbunden. Indem die
Spaltenwahltransistoren 32cs einzeln der Reihe nach eingeschaltet
werden, können die an die vertikalen Ausgabeleitungen 32v aller
Spalten ausgegebenen Pixelsignale über die horizontale
Ausgabeleitung 32h und den Ausgabeblock 32o separat
an die Bildsignalverarbeitungsschaltung 22 ausgegeben werden.
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Spaltenwahlsignale,
im Folgenden als ΦSC bezeichnet, werden separat an die
Spaltenwahltransistoren 32cs gesendet. Wenn das ΦSC
auf den Hoch-Zustand gesetzt ist, ist der Spaltenwahltransistor 32cs eingeschaltet,
was den Spaltenwahltransistor 32cs leitend macht.
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Die
Zeilenwahlschaltung 32r gibt die Signale ΦSH, ΦR
und ΦSL an die Verschlusssignalleitung, die Rückstellsignalleitung
und die Zeilenwahlsignalleitung aus, um die Schaltoperationen des
Verschlusstransistors 43, des Rückstelltransistors 44 und
des Zeilenwahltransistors 46 jeweils zu steuern. Die Spaltenwahlschaltung 32c gibt
das ΦSC an den Spaltenwahl transistor 32cs aus,
um die Schaltoperation des Spaltenwahltransistors 32cs zu
steuern.
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Die
Zeilenwahlschaltungen 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c steuern
die Schaltoperationen auf Grundlage von Signalen, die zum Ansteuern
der Abbildungsvorrichtung verwendet werden, wie z. B. ein Taktsignal,
das von dem Abbildungsvorrichtungstreiber 33 (Belichtungssteuerung) übertragen
wird.
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Wenn
die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c das
Anforderungssignal für globale Belichtung empfangen, führen
die Zeilenwahlschaltung 32r und die Spaltenwahlschaltung 32c die
Schaltoperationen des Verschlusstransistors 43, des Rückstelltransistors 44,
des Zeilenwahltransistors 46 und des Spaltenwahltransistors 32cs so aus,
dass die globale Belichtung ausgeführt, wie unten ausführlich
beschrieben. Wenn dagegen die Zeilenwahlschaltung 32r und
die Spaltenwahlschaltung 32c das Anforderungssignal für
Zeilenbelichtung empfangen, führen die Zeilenwahlschaltung 32r und die
Spaltenwahlschaltung 32c die Schaltoperationen des Verschlusstransistors 43,
des Rückstelltransistors 44, des Zeilenwahltransistors 46 und
des Spaltenwahltransistors 32cs so aus, dass die Zeilenbelichtung
ausgeführt wird.
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Die
Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum Erzeugen eines
Bildsignals werden nachfolgend beschrieben.
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Ein
Vollbildsignal, das zyklisch zwischen dem Hoch-Zustand und dem Tief-Zustand
umgeschaltet wird, wird von der Systemsteuerung 22 an den
Abbildungsvorrichtungstreiber 33 übertragen. Während
das Vollbildsignal in dem Hoch-Zustand oder in dem Tief-Zustand
gehalten ist, werden Pi xelsignale von allen Pixeln 40 auf
der gesamten Lichtempfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 32 erzeugt
und dann ausgegeben.
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Die
Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum Erzeugen eines
Bildsignals durch Zeilenbelichtung werden nachstehend unter Bezugnahme
auf 5 beschrieben.
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Zum
Zeitpunkt t1 in der ersten Periode wird das ΦSH für
die erste Zeile, im Folgenden als ΦSH1 bezeichnet, auf
den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von die PDs 41 gespeicherten
Signalladungen an die FDs 42 in den Pixeln 40 in
der ersten Zeile übertragen. Nach Übertragen der
Signalladungen und nachdem das ΦSH1 auf den Tief-Zustand gesetzt
ist beginnen die PDs in allen Pixeln 40 in der ersten Zeile
mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
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Zum
Zeitpunkt t2 nach Zeitpunkt t1 in der ersten Vollbildperiode wird
das ΦSH für die zweite Zeile, im Folgenden als ΦSH2
bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die von
den PDs 41 gespeicherten Signalladungen an die FDs 42 in
den Pixeln 40 der zweiten Reihe übertragen. Nach Übertragen
der Signalladungen und nachdem das ΦSH2 auf den Tief-Zustand
gesetzt ist, beginnen die PDs 41 in allen Pixeln 40 in
der zweiten Zeile mit dem Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
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Durch
die Anweisung, das ΦSH für jede Zeile auf den
Tief-Zustand zu setzen, nachdem sie einzeln der Reihe nach auf den
Hoch-Zustand gesetzt worden sind, beginnen ab diesem Zeitpunkt die
PDs 41 in allen Pixeln 40 in jeder Zeile mit dem
Erzeugen und Speichern von Signalladungen.
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Nach
Ausgeben der Pixelsignale von der letzten Zeile für die
erste Vollbildperiode endet die erste Vollbildperiode. Dann beginnt
die zweite Vollbildperiode (siehe Zeitpunkt „t3"). Zum
Zeitpunkt t4 ist eine Periode abgelaufen, die als ausreichend zum Speichern
von genügend Signalladungen in den PDs 41 vorbestimmt
wurde (siehe „p"), das ΦR für die erste
Zeile, im Folgenden als ΦR1 bezeichnet, wird auf den Hoch-Zustand
gesetzt, und dann werden die Rückstelltransistoren 44 in
allen Pixeln in der ersten Zeile eingeschaltet. Durch Einschalten
der Rückstelltransistoren 44 werden die FDs 42 zurückgestellt, und
dann werden die durch die FDs 42 gespeicherten Signalladungen
an die Vdd geleitet.
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Zum
Zeitpunkt t5 nach Zurückstellen der FDs 42 in
den Pixeln 40 in der ersten Zeile wird das ΦSL für
die erste Zeile, im Folgenden als ΦSL1 bezeichnet, auf
den Hoch-Zustand gesetzt, und die Zeilenwahltransistoren 46 in
allen Pixeln 40 in der ersten Zeile werden eingeschaltet.
Durch Einschalten der Zeilenwahltransistoren 46 in den
Pixeln 40 in der ersten Zeile sind die Pixelsignale bereit
zur Ausgabe von den Pixeln 40 in der ersten Zeile. Wie
unten beschrieben, wird das ΦSL1 auf dem Hoch-Zustand gehalten, bis
die Ausgabe der Pixelsignale von allen Pixeln in der ersten Zeile
beendet ist.
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Außerdem
wird kurz nach Zeitpunkt t5 das ΦSH1 auf den Hoch-Zustand
gesetzt, und dann wird die Signalladung, die von den PDs 41 zwischen
Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t5 (siehe „S" in der Zeile „Pixelsignale
in der ersten Zeile") erzeugt und gespeichert wird, an die FDs 42 übertragen.
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Wenn
das Übertragen der Signalladung an die FDs 42 endet,
werden die ΦSCs für die erste bis n-te Spalte,
im Folgenden als ΦSC1 bis ΦSCn bezeichnet, einzeln
der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die
Spaltenwahltransistoren 32cs in der ersten bis n-ten Spalte
einzeln der Reihe nach eingeschaltet. Im Übrigen ist n
eine positive ganze Zahl. Folglich werden all Pixelsignale zwischen
der ersten und der n-ten Spalte in der ersten Zeile der Reihe nach
von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
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Zum
Zeitpunkt t6, nach Ausgeben des von dem Pixel in der n-ten Spalte
in der erste Zeile erzeugten Pixelsignals, wird das ΦSL1
auf den Tief-Zustand gesetzt. Danach wird das ΦR für
die zweite Zeile, im Folgenden als ΦR2 bezeichnet, auf
den Hoch-Zustand gesetzt. Dann werden die FDs 42 in den
Pixeln 40 in der zweiten Zeile zurückgestellt,
wie in der ersten Zeile. Nach Zurückstellen der FDs 42 wird
das ΦSL für die zweite Zeile, im Folgenden als ΦSL2
bezeichnet, auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann sind die Pixelsignale
bereit zum Ausgeben von den Pixeln 40 in der zweiten Zeile.
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Zum
Zeitpunkt t7, kurz nachdem das ΦSL2 auf den Hoch-Zustand
gesetzt worden ist, wird das ΦSH2 auf den Hoch-Zustand
gesetzt, und dann wird die von den PDs 41 zwischen dem
Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t7 erzeugte und gespeicherte Signalladung
(siehe „S" in der Zeile „Pixelsignal in der zweiten
Zeile) an die FDs 42 übertragen, wie in der ersten Zeile.
Außerdem werden alle Pixelsignale in der ersten Zeile von
der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben, wie in der ersten
Zeile.
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Ab
diesem Zeitpunkt werden die Pixelsignale in der dritten bis m-ten
Zeile, welches die letzte Zeile ist, der Reihe nach ausgegeben,
wie bei der ersten und der zweiten Zeile. Zum Zeitpunkt t8, nach
Beenden der Ausgabe der Pixelsignale in der m-ten Zeile, wird das
Vollbildsignal auf den Hoch-Zustand gesetzt. Wenn das Vollbildsignal
zwischen dem Hoch- Zustand und dem Tief-Zustand umgeschaltet wird,
ist das Erzeugen eines einem Vollbild entsprechenden Bildsignals,
das einem aufgenommenen optischen Bild entspricht, beendet, und
dann beginnt das Erzeugen des folgenden Vollbilds.
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Nachfolgend
werden die Operationen der Abbildungsvorrichtung 32 zum
Erzeugen eines Bildsignals unter Anwendung von globaler Belichtung
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Zum
Zeitpunkt t1 in der ersten Periode wird das ΦSH für
die erste bis m-te Zeile, im Folgenden als ΦSH1 bis ΦSHm
bezeichnet, gleichzeitig auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann
werden die von den PDs 41 gespeicherten Signalladungen
an die FDs 42 in den Pixeln 40 in allen Zeilen übertragen.
Nach Übertragen der Signalladungen und nachdem die Signale ΦSH1
bis ΦSHm auf den Tief-Zustand gesetzt sind, beginnen die
PDs in allen Pixeln 40 in allen Zeilen mit dem Erzeugen
und Speichern von Signalladungen.
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Zum
Zeitpunkt t2, nach Ausgeben der Pixelsignale in der m-ten Zeile
in der ersten Vollbildperiode, endet die erste Vollbildperiode und
die zweite Vollbildperiode beginnt. Zum Zeitpunkt t3, nachdem eine
Periode abgelaufen ist, die als ausreichend zum Speichern von genügend
Signalladungen in den PDs 41 vorbestimmte wurde (siehe „p1"),
werden die ΦR für die erste bis m-te Zeile (siehe ΦR1
bis ΦRm) auf den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden
die von den FDs 42 gespeicherten Signalladungen zu der Vdd
geleitet, wie bei dem Zeilenbelichtungsverfahren.
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Zum
Zeitpunkt t4, nach Zurückstellen der FDs 42 in
allen Pixeln 40, wird das ΦSL1 auf den Hoch-Zustand
gesetzt, und die Zeilenwahltransistoren 46 in allen Pixeln 40 in
der ersten Zeile werden eingeschaltet. Durch Einschalten der Zeilenwahltransistoren 46 in
den Pixeln 40 in der ersten Zeile sind die Pixelsignale
bereit zum Ausgeben von den Pixeln 40 in der ersten Zeile.
Wie unten beschrieben, wird das ΦSL1 auf dem Hoch-Zustand
gehalten, bis von allen Pixeln in der ersten Zeile Pixelsignale
ausgegeben worden sind.
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Außerdem
werden zum Zeitpunkt t4 die Signale ΦSH1 bis ΦSHm
in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann wird die Signalladung, die
von den PDs 41 zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt
t4 (siehe „S" in der Zeile „Pixelsignal in der
ersten bis m-ten Zeile") erzeugt wird, zu den FDs 42 übertragen.
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Wenn
die Übertragung der Signalladung zu den FDs 42 abgeschlossen
ist, werden die Signale ΦSC1 bis ΦSCn einzeln
der Reihe nach in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die
Spaltenwahltransistoren 32cs in der ersten bis n-ten Spalte
einzeln der Reihe nach eingeschaltet. Folglich werden alle Pixelsignale
von der ersten bis n-ten Spalte in der ersten Zeile der Reihe nach
von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
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Zum
Zeitpunkt t5, nach Ausgeben des von dem Pixel in der n-ten Spalte
der ersten Zeile erzeugten Pixelsignals, wird das ΦSL1
auf den Tief-Zustand gesetzt. Zum Zeitpunkt t6 wird das ΦSL2
auf den Hoch-Zustand gesetzt.
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Das ΦSH2
wird auf dem Hoch-Zustand gehalten, während das ΦSL2
auf dem Hoch-Zustand gehalten wird, anders als bei der ersten Zeile.
Folglich werden die zu dem Zeitpunkt t4 übertragenen Signalladungen
auch nach dem Zeitpunkt t6 von den FDs 42 gespeichert.
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Während
das ΦSL2 auf dem Hoch-Zustand gehalten wird, werden die ΦSCs
für alle Spalten einzeln nacheinander von der ersten bis
zur n-ten Spalte in den Hoch-Zustand gesetzt, und dann werden die Spaltenwahltransistoren 32cs in
der ersten bis n-ten Spalte einzeln der Reihe nach eingeschaltet,
wie bei der ersten Zeile. Folglich werden alle Pixelsignale zwischen
der ersten und der n-ten Spalte in der zweiten Zeile der Reihe nach
von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
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Danach
wird das ΦSL für die dritte bis m-te Zeile, im
Folgenden als ΦSL3 bis ΦSLm bezeichnet, der Reihe
nach auf den Hoch-Zustand gesetzt. Während die ΦSL3
bis ΦSLm der Reihe nach auf den Hoch-Zustand gesetzt werden,
wird das ΦSC1 bis ΦSCn der Reihe nach auf den
Hoch-Zustand gesetzt, ohne dass die Signalladungen an die FDs übertragen
werden, wie in der zweiten Zeile. Folglich werden alle Pixelsignale
zwischen der ersten und der n-ten Spalte in der dritten bis m-ten
Zeile der Reihe nach von der Abbildungsvorrichtung 32 ausgegeben.
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Bei
dem obigen Ausführungsbeispiel kann eine CMOS-Abbildungsvorrichtung
angewiesen werden, gemäß dem Muster des zum Aufnehmen
eines Objekts abgegebenen Beleuchtungslichts die globale Belichtung
oder die Zeilenbelichtung auszuführen.
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Wie
oben beschrieben, ist es vorzuziehen, eine gesamte Lichtempfangsfläche
anzuweisen, bei Verwendung von gepulstem Weißlicht gleichzeitig
ein optisches Bild eines Objekts aufzunehmen, da ein Benutzer gewöhnlich
ein sich schnell bewegendes Objekt fotografieren möchte.
Bei obigem Ausführungsbeispiel wird die CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen,
die globale Belichtung auszuführen, wenn die Abgabe von
gepulstem Weißlicht erfasst wird. Folglich kann die Verzerrung,
die in einem aufgenommenen Bild eines sich bewegenden Objekts auftritt,
reduziert werden.
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Wenn
dagegen, wie oben beschrieben, Dauerlicht verwendet wird, ist es
vorzuziehen, den Einfluss von Rauschen in dem aufgenommenen Bild
zu reduzieren. Wenn eine CMOS-Abbildungsvorrichtung die globale
Belichtung ausführt, kann eine feststehende Störstruktur
(Fixed Pattern Noise), wie beispielsweise Dunkelstrom, ansteigen,
das es lange dauert, das Auslesen von Pixelsignalen in einigen Zeilen
zu starten, nachdem die Signalladungen an die FDs 42 übertragen
worden sind. Bei obigem Ausführungsbeispiel jedoch wird
die CMOS-Abbildungsvorrichtung angewiesen, die Zeilenbelichtung
auszuführen, wenn die Abgabe von kontinuierlichem Weißlicht
erfasst worden ist. Folglich kann die feststehende Störstruktur
in einem Bild reduziert werden.
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Bei
obigem Ausführungsbeispiel wird eine CMOS-Abbildungsvorrichtung
angewiesen, entweder die globale Belichtung oder die Zeilenbelichtung auszuführen,
je nachdem ob gepulstes Licht oder Dauerlicht erfasst wurde. Ein
Vorteil kann jedoch auch erzielt werden, wenn auf Basis anderer
möglicher Muster von abgegebenem Beleuchtungslicht zwischen
globaler Belichtung und Dauerbelichtung gewählt wird. Wenn
Verzerrung in einem Bild eines sich bewegenden Objekts zu reduzieren
ist, sollte die globale Belichtung ausgeführt werden. Wenn
dagegen Rauschen in einem Bild zu reduzieren ist, sollte die Zeilenbelichtung
ausgeführt werden.
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Zwar
wurden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
doch kann der Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich
zahlreiche Modi fikationen und Änderungen vornehmen, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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