TW432872B - Imaging circuit and method of spatial compensation - Google Patents

Description

432872 五、發明說明（1) 發明之背景 本發明一般係關於半導體及更特別的係關於積體成像電 路。 諸如掃描器及數位攝影機等之高畫質成像系統均係藉將 光線自一物體經由透鏡投射在一光學感測器上來捕捉影 像。達成一項低製造成本和低功率操作的方法為將此種感 測器製造在其結構具有一列諸如電荷相合裝置，光電二極 體’或光電電晶體等的光敏感測裝置之半導體模上。此等 感光裝置乃係藉產生比例性的像素信號來響應發自目標的一 光線’此等像素信號經由一成像電路.予以處理，以產生可 觀赏的成像資料。 在大多數成像系統中，感測器之不同區域均對投自影像 的光線具有不同響應。亦即，甚至當光線強度相同時，感 測器之不同區域内的感光裝置都會產生不同幅度的不同像 素。此種不均勻性均可由模具上面的半導體處理變化，集 焦透鏡内之像差或者由感測器上面的熱梯度等所造成。裯-此’才會有令人討厭的蔭影出現在顯示影像的一部分中' 因而’才會需要一種能對一光學感測器之不同區域上面 的光線補償不同響應的改良成像系統。 广 圖式之簡單說明 s ®l例示根據本發明之一種成像系統之一項部分立體分 解等角梘囷；及 圖2例示根據本發明之像素信號的處理電路。 圖式之詳細說明

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在此等圖式中具有相同參考編號的元件均具有相同功能 性。 圖i例示掃描器10或類似的影像攝取系統之一部分立體 分解等角視圖’此種系統包含一影像攝取裝置2〇，一電腦 21及一顯示裝置22。掃描器1〇捕捉影像12，用以依一種可 辨認的方式變換為數位資料，以供被顯示裝置22顯示之 用，如將予說明的情形一樣v 一封裝24容納一成像積體電路26，此積體電路以其帽蓋 28具有一透明部分3〇，用以傳輸來自影像12的反光。此種 光線被投射在一光學感測器3 2上，並係產生在積體電路2 6 的一處區域内。光學感測器32被製成為一列感光半導體裝 置’該等半導體裝置均被表示為其功能作用為像素感測器 之光電檢波器。 ° 透明部分3 0乃係作為一集焦透鏡，以便將光線集焦在一 焦點平面内，其中則係配置光學感測器32。就變換方式 吞’用被插在影像12與感測器32之間的外透鏡（未在圊中· 表示）完成集焦作用》經由透明部分30被投射在感測器^2 之電光檢波器上的光線均係產生與光線強度成正比的£比 像素信號。在許多系統中，透明部分3 〇及/或外透鏡中(之 種種缺點都會產生在感測器32上面的不均勻傳輸光線強度 内。在其他系統中，甚至當光線強度相同時，由於積體電 路26上面的熱梯度或處理變化的原因，仍可在感測器32的 不同區域5 2内產生不均句的像素信號β光電檢波器之此種 不均勻響應就會產生一顯示影像之各部分的令人討厭陰

O:\5SV58482.PTD 第6頁 4辦72 五、發明說明（3) 影。 為補偾此種問題計’特將感測器3 2細分成局部化區域 52，在這些區域内，於將相等光線強度投射在不同的檢波 器上時，就會產生大致相等幅度.的像素信號。這些區域52 的物理大小則由對感測器3 2上面之響應内的變化來決定。 當變化大時，才會將感測器32分割成較小的區域，以確保 區域52内部的光電檢波器均具有大致相等的光線響應。將 不同區域52内之光電檢波器所產生的幅度差異用一信號處 理電路34加以補儐，以減少或消除蔭影β對感測器32上面 光線的響應則視掃描器10之透鏡品質，熱梯度等而定。1 在圏1具體實例中，掃描器1 〇為單色，亦即，依黑色及 白色感測’以及感測器3 2的結構係以一排2，7 5 2個光電檢 波器配置在43個區域52内。因而，每個區域52均包含“個 光電檢波器及其相關選擇電路。當使用在數位攝影機内 時’均使感測器32典型地實施為一橫排/縱 · 檢波器而非一單獨橫排。 平的尤要· 注意，有許多其他結構均可能用於感測器32。 ，冬 掃描器10的結構係在捕捉彩色影像時，就可將； =影像與感測器32之,1 ’俾使每個光電檢波器均= 種特殊彩色的光線響應。在一種黃綠藍（RGB)系統中、， 測器3 2可能包含一排可響應紅光的穿罾 ' 光的裝置及第三排可響應綠光的：匕；可響應藍 不同彩色的光電檢波器合併在相同【域内應 時，均能發生在這些横排内部或它們中間，以求明

五、發明說明（4) 之優點。如果合意，還可將每個感光裝置配置在其本身的 區域52内，因而，使處理電路34得以補儐感測器32内任何 光電檢波器之間的靈敏度差異。 由於一種已知透鏡設計，照明.系統，或處理變化常常在 一模具上面具有一種可預測系統型式的蔭影，故將掃描器 10在其發展階段描述其基本特徵時，就典型方式言，此種 將感測器32分割成區域52的工作就會發生。就變換方式 s ，可將掃描器10的結構製有校正電路，以容許用戶視需 要調整區域的數目。 信號處理電路34乃係從電腦21將用戶選擇的開始及終止 位址接收在一節點45上《利用此等位址來產生導體35和36 上的位址資料，用以選擇將其像素信號提供在匯流排3 8上 的電光檢波器。電路34並處理此等像素信號，以便將數位 成像資料產生在封裝24之線接合37及引線39處《在變換應. 用中，係將並聯成像資料提供在多條引線上並在一匯流排 上予以轉移至電腦21。 - 電腦21為—種數位信號處理裝[該纟置被程式規割來 產生開始及終止掃描位址並對電路34提供控 每個區域52均具有一項對應數值的控制資料，該項 控制資料被用來補償光電檢波器的靈敏度差異如將予說 明的情形-樣。電腦21亦接收來自電輸的數位成像資 :::以在輪出裝置22上製成格式及觀赏。輸出裝置⑴皮 J不：-監視器，但亦可為諸如印表機的另一種型式裝 置’諸如一種碟盤驅動的儲存裝爱耸。 4ISB72 五、發明說明（5) --- 圖2例示積體電路2 6的示意圖，該積體電路包含光學感 測器32及處理電路34。將感測器32所產生的像素信號並聯 提供在匯流排38上β此等像素信號被選擇來用以由一兩級 多工制電路在一節點65上變換為一串列流。第一多工級包 含一多工器62 ’用以選擇感測器32之43個區域52中的一 區》由來自一像素位址產生器66所提供在6位元匯流排36 上的位址資料控制選擇工作。因而，多工器62才會具有被 輕合至匯流排38的2, 752個輸入以及被耦合至一64位元匯 流排71的6 4個輸出，用以提供一選擇區内所產生的6 4個像 素4§號。多工器62被實施為諸如傳輸閘之類比交換裝置的， 解碼矩陣’以便操作為4 3個類比多工器中的一個β 第二多工級包含64個類比多工器63中的一個，用以選擇 ，自由多工器62所選擇之區域52内部的像素信號中間的信 號。多工器63的輸入被耦合至匯流排71，用以接收此等像 素信號並將一選擇像素信號提供在節點65上》多工器63包 含與多工器62之矩陣相同的類比交換裝置矩陣。用來自像· 素位址產生器66之六位元匯流排35上所提供的位址資料選 擇區域52内之像素信號。 像素位址產生器6 6接收來自電腦2 1的節點4 5上之開始及. 終止位址資料，用以設定一項掃描的界線。像素位址產生 器6 6包含一個或多個可程式規劃的計數器，將此等計數器 隨著系統時鐘SYSCLK增量，以便在匯流排35及36上產生二 進位像素位址序列。此等二進位像素位址被加至多工器6 2 及6 3 ’以便在節點6 5上產生一股像素信號序列流。

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五、發明說明（6) 測：！m(cDs)電路68乃係操作為-抽樣及保持感 :放2，該放大器則係抽取來自像素信號的投感 Ξ像除系統雜音。以一較入輕合至節點65，以ί :丨：：信號在被耦合至節點7。的輸出處提供一股類比感二 ^ "_ 。將此等抽樣及保持功能用系統時鐘SYSCLI(予以定 以便與像素信號的速率同步。關聯雙抽樣為成像 中所使用的一種標準方法，以感測像素信號。簡單的說 吧，被選擇的像素信號具有兩部分：其幅度可表示一種零 (〇)光情況的參考（或黑色）部分，以及其幅度可表示被投 射在光電檢波器上之光線強度的信號（或光）部分，以產生 像素信號。在SYSCLK之一個轉變時，由CDS電路68將參考 位準抽樣以及在另一SYS CLK轉變時，將信號位準抽樣，而 同時保持參考位準。CDS電路68從信號位準減去參考位準 並放大其差數’以便在節點7〇上產生一類比感測信號6因 而’類比感測信號才會含有關於被投射在對應光電檢波器 上之光線強度的資訊》 . —可程式規劃增益放大器（PGA)72操作為一類比放大 器，其增益則係隨著節點74的控制輸入處所接收的數位控 制資料被設定的。一信號輸入被耦合至節點70，以接收類 比感測信號以及節點7 8處的輸出乃係提供一股成像信號 流ePGA 72將每個類比感測信號均放大至其幅度被施加控 制資料數值所設定的增益。每個區域52均具有一項對應數 值的控制資料，該項數值乃係當在其發展階段描述掃描器 10之特徵10時所典型設定的。設定控制數值的變換方法可

第10頁 432872 五、發明說明（7) ' 利用一顯示影像區與感測器3 2之區域5 2之間的固有測續·。 例如’用户可攝取一白色影像並在顯示裝置22上觀賞它， 同時經由圖示界面以人工方式調整控制資料，以補偾對不 同區域52的光線之不同響應所產生的多蔭影區域^ 記憶電路76將來自電腦21所轉移的控制資料儲存在導趙 43上。以一輸出耦合至節點74，用以對PGA 72提供控制資 料°注意，將像素位址加至記憶電路7 6，以檢索控制資 料’同時並加至多工器62及63，以選取像素信號，這樣， 才會利用控制多工器62及63的相同像素位址自記憶電路76 接達控制資料。所以，當經由PGA 72放大類比感測信號 ^ 時’才會從記憶電路76在節點74上檢索正喊的控制資料， 將PGA 72的增益施以動態地改變，以補償區域52對光線的 不同靈敏度。實際上，匆促地改變增益乃係以空間方式補 償感測器32上面的不均勻度，以產生高畫質顯示影像。 節點78上的成像信號流被加至類比數位轉換器8〇 (ADC) 用以在被麵合至線結合39的輸出處轉換為成像資料。回想· 一下係以SYSCLK所設定之速率提供此種成像信號流。為使 與此種成像信號流同步計，特以SYSCLK將類比數位轉換器 (ADC) 80加以定時，以便在接收它時，將該成像信號流轉^ 換為數位成像資料e f 現在’所應了解的是，本發明係提供一種補償一光學感 測器上面之一種不均勻響應的電路及方法。此種不均勻度 發生在光學感測器對一項既定光線強度具有不同幅度之不 同區域内所產生的像素信號中。將此種光學感測器分割成

MIBM 第11頁 432872 五、發明說明（8) 微小的物理區域時，足以確保每個區域内之光電檢波器均 係對該已知光學強度產生大致相等的像素信號。一處理電 路則係以一具可程式規劃的增益放大器來補償不同區域中 間的不同響應，當其中產生像素信號的區域變動時，才會 調整增益放大器的增益。

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Claims (1)

1. 432872 案號 88107989 六申請專利範圍 1 . 於提 產生 生有 素信 第一 處理 以便 將該 ,2. 時經 感測 3. 一種成像裝置， 一光學感測器， 供在響應被投射 妁像素信號；以 一處理電路，其 關輸出之控制資 號； 一可程 輸入， 電路乏 在該光 等像素 一種影 由一放 器之不 一種影 感測一 式化的放 用取接收 輸出節點 學感測器 信號放大 像攝取方 大器改變 同區域上 像攝取方 光學感測 線，以產生第一及第 像素 包括下列 其具有不 在此光學 及 輕合成用 料*其中 大器，具 一成像信 ，俾用以 之該等不 至不同增 法，所包 像素信號 所投射的 法，其所 器之第一 二像素信 修正 修正 部分： 同的區域及輸出 感測器的區域上 以接收該等像素 該控制資料係回 素信 等化 以第一控制資料設定一放 信號；以及 以第二控制資料 號，以使光學感 有被 號之 接收 同區 益。 括的 的增 光線 包含 及第 號； 大器 耦合來接收 第一 I出， 控制資料的 域内產生像 ，該輸出用 的光線時所 信號，俾產 應於該等像 像素信號之 及被耦合該 控制輸入， 素信號時* 步驟為在響 益，以補償 時之差異。 的步驟如，下： 二區域上所投射的光 的增1益，用以放大第一 改變放大器的增益，用以 測器之第一及第二區域對 應控制^料 響應一 ▲學 放大第二像 光線的響應

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