TWI401951B - 固態影像拾取器件，光學裝置，信號處理裝置，及信號處理系統 - Google Patents

固態影像拾取器件，光學裝置，信號處理裝置，及信號處理系統 Download PDF

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Description

固態影像拾取器件，光學裝置，信號處理裝置，及信號處理系統
本發明係關於一種固態影像拾取器件、一種包括該固態影像拾取器件之光學裝置、一種上面連接有該光學裝置之信號處理裝置及一種包括該光學裝置及該信號處理裝置之信號處理系統。特定而言，本發明係關於一種固態影像拾取器件、一種光學裝置、一種信號處理裝置及一種能夠使用一自該固態影像拾取器件讀取之像素信號來調變一外部輸入光束並輸出一經調變光信號之信號處理系統。
隨著電路板之處理速度及封裝密度增大，已引起信號延遲及EMI(電磁干擾)之出現之問題。因此，解決電互連中出現之信號延遲及信號退化以及自電互連輻射之電磁干擾雜訊並實現高速傳輸之光學互連技術近來已受到大量關注。
作為在一板中使用一光束之高速信號傳輸技術之一，已開發出一種稱作光學互連之技術(參考，例如，第2004-219882號日本未經審查專利申請公開案)。於第2004-219882號日本未經審查專利申請公開案中，使用一二維光學波導層、一可切換一振盪模式之半導體雷射及一切換一自一半導體雷射發射之光束之一光程之光程切換結構。
該光程切換結構根據對一半導體雷射之振盪模式之切換來改變一光學波導層中之一輸出角以使一輸出光束在該光學波導層中傳播。以此方式，可選擇該二維光學波導層中之一光傳輸信號之一傳播狀態。因此，可自由地確定一發光元件與一光接收元件之佈局，且因此，可靈活地重組態光信號傳輸組態。
特定而言，近來，平板顯示器已在本體尺寸及螢屏尺寸方面增大，且因此信號已被延遲。因此，一種使用一光束之信號傳輸技術係解決方案之一。上述光學互連技術可應用於用於驅動一平板顯示器之TFT。
另外，已開發出一種其中在一可自一相機本體移除之透鏡單元中併入一固態影像拾取器件且可使用一光束來將一自該固態影像拾取器件輸出之信號傳輸至該相機本體之技術(參考，例如，第2006-196972號日本未經審查專利申請公開案)。
然而，於第2006-196972號日本未經審查專利申請公開案中所述之技術中，一發光元件安裝於一板上，該板包括安裝於其上之該影像拾取器件。因此，該影像拾取器件可受到來自由該發光元件產生之熱量之一負面影響。
因此，本發明提供一種能夠使用一自一像素單元讀取之像素信號來調變一外部輸入光束並輸出一經調變光信號之固態影像拾取器件、一種包括該固態影像拾取器件之光學裝置、一種上面連接有該光學裝置之信號處理裝置及一種包括該光學裝置及該信號處理裝置之信號處理系統。
根據本發明之一實施例，一種固態影像拾取器件包括：一像素單元，其經組態以將光轉換成一電信號；一A/D轉換器，其經組態以將一自該像素單元讀取之信號轉換成一數位信號；一光調變單元，其經組態以使用由該A/D轉換器數位化之該信號來調變一外部輸入光束並輸出一基於自該像素單元讀取之該信號之信號光束；一時序產生單元，其經組態以產生一用於同步該像素單元、該A/D轉換器及該光調變單元之信號之輸入與輸出之同步信號；及一控制器，其經組態以控制對該信號之讀出。
根據本發明之另一實施例，一種光學裝置包括：一固態影像拾取器件，其經組態以將入射於其上之光轉換成一電信號；及一光學元件，其經組態以使得光能夠入射於該固態影像拾取器件上。該固態影像拾取器件包括：一像素單元，其經組態以將光轉換成一電信號；一A/D轉換器，其經組態以將一自該像素單元讀取之信號轉換成一數位信號；一光調變單元，其經組態以使用由該A/D轉換器數位化之該信號來調變一外部輸入光束並輸出一基於自該像素單元讀取之該信號之信號光束；一時序產生單元，其經組態以產生一用於同步該像素單元、該A/D轉換器及該光調變單元之信號之輸入與輸出之同步信號；及一控制器，其經組態以控制對該信號之讀出。該像素單元、該A/D轉換器、該光調變單元、該時序產生單元及該控制器形成於同一基板上且整合至一個晶片中。
根據本發明之再一實施例，提供一種上面連接有一光學裝置之信號處理裝置。該光學裝置包括一經組態以將入射於其上之光轉換成一電信號之固態影像拾取器件及一經組態以使得光能夠入射於該固態影像拾取器件上之光學元件。該固態影像拾取器件包括：一像素單元，其經組態以將光轉換成一電信號；一A/D轉換器，其經組態以將一自該像素單元讀取之信號轉換成一數位信號；一光調變單元，其經組態以使用由該A/D轉換器數位化之該信號來調變一外部輸入光束並輸出一基於自該像素單元讀取之該信號之信號光束；一時序產生單元，其經組態以產生一用於同步該像素單元、該A/D轉換器及該光調變單元之信號之輸入與輸出之同步信號；及一控制器，其經組態以控制對該信號之讀出。該信號處理裝置包括：一發光單元，其經組態以輸出輸入至該固態影像拾取器件之該光調變單元之該光束；一光接收單元，其經組態以接收自該固態影像拾取器件之該光調變單元輸出之該信號光束；一讀出控制單元，其經組態以控制對自該固態影像拾取器件之該像素單元輸出之該信號之讀出；及一信號處理單元，其經組態以處理自該像素單元讀取並經由光學通信自該固態影像拾取器件輸入之該信號。
根據本發明之再一實施例，一信號處理系統包括一光學裝置及一上面連接有該光學裝置連接之信號處理裝置。該光學裝置包括一經組態以將入射於其上之光轉換成一電信號之固態影像拾取器件及一經組態以使得光能夠入射於該固態影像拾取器件上之光學元件。該固態影像拾取器件包括：一像素單元，其經組態以將光轉換成一電信號；一A/D轉換器，其經組態以將一自該像素單元讀取之信號轉換成一數位信號；一光學調變器，其經組態以使用由該A/D轉換器數位化之該信號來調變一外部輸入光束並輸出一基於自該像素單元讀取之該信號之信號光束；一時序產生單元，其經組態以產生一用於同步該像素單元、該A/D轉換器及該光調變單元之信號之輸入與輸出之同步信號；及一控制器，其經組態以控制對該信號之讀出。該信號處理裝置包括：一發光單元，其經組態以輸出輸入至該固態影像拾取器件之該光調變單元之該光束；一光接收單元，其經組態以接收自該固態影像拾取器件之該光調變單元輸出之該信號；一讀出控制單元，其經組態以控制對自該固態影像拾取器件之該像素單元輸出之該信號之讀出；及一信號處理單元，其經組態以處理自該像素單元讀取並經由光學通信自該固態影像拾取器件輸入之該信號。
根據本發明之該等實施例，與一由該時序產生單元產生之同步信號同步自該像素單元讀取一由輸入至該固態影像拾取器件之光轉換而成之電信號並將其輸入至該A/D轉換器。將輸入至該A/D轉換器之該信號轉換成一數位信號。與一由該時序產生單元產生之同步信號同步輸出該數位信號並將其輸入至該光調變單元。該光調變單元使用自該A/D轉換器輸出之該數位信號來調變具有一恆定強度且自該信號處理裝置輸入至該固態影像拾取器件之光。因此，與一由該時序產生單元產生之同步信號同步輸出一根據自該像素單元讀取之該像素信號而產生之信號光束。
根據本發明，由於該固態影像拾取器件具有一使用一自該像素單元讀取之像素信號來調變一外部輸入光束之光調變單元，因此該固態影像拾取器件可經由光學通信來輸出一信號而無需包括一發光元件。另外，藉由以一同步信號來同步該信號之該輸入與輸出，該固態影像拾取器件可將一由輸入至該像素單元之光轉換而成之電信號轉換成一光信號並輸出該光信號。以此方式，可防止由光學通信而引起之熱量產生，且因此，可減輕熱量對該像素單元之一負面影響。另外，可減小該光學通信之功率消耗。
由於可減輕熱量之一負面影響，因此可以高速傳輸一自該固態影像拾取器件讀取之信號。另外，藉由將該等元件整合至一個晶片中，可減小安裝該固態影像拾取器所需之空間。此外，可有利於該固態影像拾取器件之設計過程。由於可減小一電信號之傳輸路徑之長度，因此可容易達成高速傳輸。
根據本發明，該光學裝置包括上述固態影像拾取器件。因此，可以高速傳輸一由該固態影像拾取器件捕獲之光影像。另外，根據本發明，提供上面連接有上述光學裝置之信號處理裝置。因此，可以高速將一由該固態影像拾取器件捕獲之光影像輸入至該信號處理裝置。由此，該信號處理裝置可獲取大量資料。
根據本發明，該信號處理系統包括上述光學裝置及該信號處理裝置。因此，可以高速傳輸一由該固態影像拾取器件捕獲之光影像。由此，該信號處理系統可處理大量傳輸資料，甚至當該固態影像拾取器件之像素數或訊框速率增大時。
下文參照附圖來闡述根據本實施例之一實施例之一固態影像拾取器件、一包括該固態影像拾取器件之光學裝置、一上面連接有該光學裝置之信號處理裝置及一包括該光學裝置及該信號處理裝置之信號處理系統。
第一實施例之固態影像拾取器件之概要
圖1係一根據本發明之一第一實施例之固態影像拾取器件之一功能區塊圖。根據本實施例，一固態影像拾取器件1A係由一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器或一電荷耦合器件(CCD)影像感測器形成。固態影像拾取器件1A包括一將一光束轉換成一電信號並輸出該電信號之像素單元10A及一將自像素單元10A輸出之該電信號轉換成一數位信號之A/D轉換器11A。像素單元10A包括二維或一維配置之像素。該等像素將光轉換成電信號。像素單元10A根據入射光之強度輸出一電信號。
固態影像拾取器件1A包括一光學通信單元12A。光學通信單元12A將自A/D轉換器11A輸出之該數位電信號轉換成一光信號並輸出該光信號。光學通信單元12A包括一光調變單元120，該光調變單元調變一外部輸入光束L並輸出一信號光束Ls。亦即，光調變單元120根據一電信號(例如，一電壓信號)之一變化來調變一透過其或由此反射之外部輸入光束。
於光學通信單元12A中，具有一恆定強度之外部輸入光束L輸入至光調變單元120。另外，一由A/D轉換器11A轉換之數位電信號輸入至光調變單元120。隨後，光調變單元120根據自A/D轉換器11A輸入之該電信號來調變外部輸入光束L。因此，自光學通信單元12A輸出基於自像素單元10A讀取之像素資料之信號光束Ls。
固態影像拾取器件1A包括一時序產生器(TG)13A。TG 13A根據一操作模式來產生一驅動時脈(CLK)並將該驅動時脈供應至以下功能區塊：像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A。另外，固態影像拾取器件1A包括一經由其執行對一控制信號之輸入及輸出之控制I/O 14A、一供應電力之DC-DC單元15A及一控制對像素資料之讀出之控制器16A。控制器16A、DC-DC單元15A及時序產生器13A連接至一匯流排17。因此，傳輸並接收一控制信號及資料。由於固態影像拾取器件1A經由光學通信來傳輸一像素信號，因此一用於外部傳輸該像素信號之電極係不必要的。因此，一連接至控制I/O 14A之電極(未顯示)可由以下三條線形成：一電力線、一GND線及一控制線。
控制器16A控制在固態影像拾取器件1A之通電與斷電之間切換之DC-DC單元15A。另外，控制器16A使用時序產生器13A來產生一驅動時脈並將該驅動時脈供應至像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A。以此方式，控制器16A致使像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A與該驅動時脈同步運作。
像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A以自時序產生器13A供應之驅動時脈來同步一信號之輸入與輸出。像素單元10A讀取根據呈一電信號之形式入射光之一影像而形成之像素資料。A/D轉換器11A接收由像素單元10A讀取之像素資料、將該像素資料轉換成一數位信號並輸出該數位信號。光學通信單元12A接收由A/D轉換器11A轉換之數位電信號、根據由像素單元10A讀取之電信號來調變輸入至光調變單元120之光束L並輸出信號光束Ls。
第一實施例之光學裝置之概要
圖2係一包括一光學裝置及一信號處理裝置之實例性信號處理系統之一功能區塊圖。首先闡述一包括該固態影像拾取器件之光學裝置之概要。根據第一實施例，一光學裝置2A包括一外殼21。外殼21包括固態影像拾取器件1A及一安裝於其中之透鏡單元20。透鏡單元20係一光學元件之一實例。透鏡單元20包括一個透鏡或複數個透鏡之一組合。
光學裝置2A經組態以將固態影像拾取器件1A之像素單元10A安置於透鏡單元20之一焦點位置處。使入射透過透鏡單元20之光之影像聚焦在固態影像拾取器件1A之像素單元10A上。
為了將透鏡單元20之焦點定位於固態影像拾取器件1A之像素單元10A上而不管光學裝置2A與一欲成像之物件之間的距離如何，光學裝置2A包括(例如)一沿一光軸方向相對於固態影像拾取器件1A移動透鏡單元20之聚焦機構。
第一實施例之信號處理裝置之概要
接下來參照圖2來闡述該信號處理裝置。根據第一實施例，一信號處理裝置3A包括一將一光信號轉換成一電信號之光學通信單元30A及一經由其輸入並輸出信號(例如，一控制信號)之控制I/O 31A。信號處理裝置3A連接至光學裝置2A。當光學裝置2A連接至信號處理裝置3A時，信號處理裝置3A之光學通信單元30A光學連接至固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A。另外，控制I/O 31A連接至固態影像拾取器件1A之控制I/O 14A。
信號處理裝置3A包括一接收使用者操作之操作單元32A及一指令光學裝置2A之固態影像拾取器件1A讀出像素資料之讀出控制單元33A。
信號處理裝置3A自控制I/O 31A指令光學裝置2A之固態影像拾取器件1A讀出像素資料。隨後，信號處理裝置3A經由執行於信號處理裝置3A之光學通信單元30A與固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A之間的光學通信自固態影像拾取器件1A獲取影像資料。
光學通信單元30A包括一發射欲輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120之光束L之發光單元300及一接收自光調變單元120輸出之信號光束Ls之光接收單元301。發光單元300包括一發光元件，例如一半導體雷射(LD)。發光單元300發射具有一恆定、連續強度之光束L。光接收單元301包括一光接收元件，例如一光電二極體(PD)。光接收單元301接收藉由使用固態影像拾取器件1A之光調變單元120來調變自信號處理裝置3A之發光單元300輸出之光束L而產生之信號光束Ls。接著，光接收單元301將呈一光信號之形式之像素資料轉換成一電信號並輸出該電信號。
信號處理裝置3A包括一信號處理單元34A。信號處理單元34A對經由與固態影像拾取器件1A之光學通信所獲取之像素資料執行預定信號處理並產生影像資料。信號處理裝置3A進一步包括一保持自固態影像拾取器件1A獲取之像素資料之資料保持單元35A及一使用由信號處理單元34A產生之影像資料來顯示一影像之顯示單元36A。
信號處理裝置3A包括一電力供應37A及一電力供應控制單元38A。電力供應37A供應電力至信號處理裝置3A及光學裝置2A。電力供應控制單元38A控制所供應之電力。亦即，電力供應控制單元38A執行電力供應控制以回應於信號處理裝置3A之通電及斷電操作而按一預定次序切換至信號處理裝置3A及光學裝置2A之該電力之供應之開始與停止。
第一實施例之信號處理系統之概要
接下來參照圖2來闡述該信號處理系統之概要。根據第一實施例，一信號處理系統4A包括光學裝置2A及信號處理裝置3A。舉例而言，光學裝置2A可自信號處理裝置3A移除且可互換。
於信號處理系統4A中，當光學裝置2A連接至信號處理裝置3A時，信號處理裝置3A之光學通信單元30A光學連接至光學裝置2A之固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A。另外，信號處理裝置3A之控制I/O 31A連接至固態影像拾取器件1A之控制I/O 14A。
以此方式，於信號處理系統4A中，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A及信號處理裝置3A之光學通信單元30A使得可使用一光信號來在光學裝置2A與信號處理裝置3A之間傳送資料。
另外，於信號處理系統4A中，信號處理裝置3A之控制I/O 31A及固態影像拾取器件1A之控制I/O 14A使得可在信號處理裝置3A與光學裝置2A之間傳送一控制信號。
於信號處理系統4A中，信號處理裝置3A之操作單元32A接收一使用者操作。當經由操作單元32A由一使用者操作觸發時，信號處理裝置3A之讀出控制單元33A輸出一起始對像素資料之讀出之控制信號。
於信號處理系統4A中，起始對像素資料之讀出之控制信號經由信號處理裝置3A之控制I/O 31A及光學裝置2A之控制I/O 14A輸入至光學裝置2A之固態影像拾取器件1A。
於信號處理系統4A中，當起始對像素資料之讀出之控制信號輸入至光學裝置2A之固態影像拾取器件1A時，固態影像拾取器件1A之控制器16A使用時序產生器13A來產生一驅動時脈。
由時序產生器13A產生之驅動時脈供應至像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A。像素單元10A讀取呈一電信號之形式之像素資料。A/D轉換器11A接收由像素單元10A所讀取之像素資料，將該像素資料轉換成一數位信號，並輸出該數位信號。光學通信單元12A接收由A/D轉換器11A轉換之數位電信號。根據從像素單元10A中讀取之電信號來調變輸入至光調變單元120之外部光束L。因此，輸出信號光束Ls。
於信號處理系統4A中，自固態影像拾取器件1A讀取之像素資料係使用固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A與信號處理裝置3A之光學通信單元30A之間的光學通信來輸入至信號處理裝置3A。
於信號處理系統4A中，當由固態影像拾取器件1A所讀取之像素資料經由光學通信輸入至信號處理裝置3A時，信號處理裝置3A之光學通信單元30A將呈一光信號之形式之像素資料轉換成一電信號並輸出該電信號。
於信號處理系統4A中，信號處理裝置3A之信號處理單元34A對呈一由信號處理裝置3A之光學通信單元30A轉換之電信號之形式之像素資料執行預定信號處理。因此，產生一影像資料。舉例而言，將該影像資料顯示於顯示單元36A上。
固態影像拾取器件之光學通信單元之實例性組態
圖3係一圖解說明該固態影像拾取器件之該光學通信單元之一實例性組態之圖示。圖4係一圖解說明一施加電壓與光學吸收之間的一關係之曲線圖。固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A包括一充當光調變單元120之電場吸收光學調變器120A。電場吸收光學調變器120A使用一其中當對一稱作一量子井之半導體微結構施加一電場時改變該半導體之帶結構且因此改變光學吸收之現象。
電場吸收光學調變器120A具有一其中一波導層501安置於一P層502a與一N層502b之間的結構。如圖4中所示，電場吸收光學調變器120A之波導層501之光學吸收帶根據一偏壓電壓而偏移。因此，舉例而言，當具有一λ2之波長之光輸入至波導層501時且若存在一施加電壓，則該光由波導層501吸收。然而，若不存在一施加電壓，則該光透過波導層501。以此方式，由於輸入至波導層501之光損失根據所施加電壓而改變，因此可調變該光之強度。
固態影像拾取器件1A藉由下述方式來提供光調變：根據自A/D轉換器11A輸出至電場吸收光學調變器120A之電信號來施加一電壓。因此，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A經組態以在光學裝置2A連接至信號處理裝置3A時，將自信號處理裝置3A之發光單元300輸出之光束L輸入至電場吸收光學調變器120A之波導層501。另外，光學通信單元12A經組態以將已藉由透過電場吸收光學調變器120A之波導層501而調變之信號光束Ls輸入至信號處理裝置3A之光接收單元301。此外，光學通信單元12A經組態以將由A/D轉換器11A轉換並輸出之數位電信號之電壓施加至電場吸收光學調變器120A之P層502a及N層502b。
以此方式，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A根據一自像素單元10A讀取之數位化電信號Ds來調變自信號處理裝置3A之發光單元300發射至電場吸收光學調變器120A之光束L。隨後，光學通信單元12A以信號光束LS 形式輸出經調變光束L。
圖5係該固態影像拾取器件之該光學通信單元之該組態之另一實例之一圖示。固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A包括一充當光調變單元120之Mach-Zehnder調變器120B。Mach-Zehnder調變器120B使用其中折射率根據所施加電壓而變化之稱作普克爾斯效應之電光效應。使用電光效應之光學調變器可根據所施加電壓來調變光之相位。
藉由使用由該電光效應所引起之光相位差，Mach-Zehnder調變器120B產生形成一Mach-Zehnder調變器之兩個波導之間的光學路徑長度差。因此，引起光之干擾，且可執行對光之接通/關斷切換。
Mach-Zehnder調變器120B包括一位於一由鐵電單晶體(例如鈮酸鋰(LiNbO3 )單晶體)形成之基板503中之光學波導505。藉由使用一分支單元504a及一接合單元504b，將光學波導505分支成重新接合在一起之一第一波導505a及一第二波導505b。Mach-Zehnder調變器120B進一步包括一用於施加一電壓之電極506。應注意，Mach-Zehnder調變器120B可由一半導體材料(例如砷化鎵(GaAs)或砷化銦(InAs))形成。由一半導體材料製成之Mach-Zehnder調變器120B係使用一半導體過程形成於一InP基板上。Mach-Zehnder調變器120B可製成小於由LiNbO3 製成之Mach-Zehnder調變器120B。
當一使一透過第一波導505a之光束之相位與一透過第二波導505b之光束之相位偏離達π之電壓V1施加至Mach-Zehnder調變器120B時，在分支單元504b中分支之光束之相位移離達π且與接合單元504b中之其他光束接合。具有一π之相位差之接合光束因干擾而相互抵消。因此，該輸出之位準為「0」。
與此相反，當一不引起一透過第一波導505a之光束之相位與一透過第二波導505b之光束之相位之間的一差之電壓V0施加至Mach-Zehnder調變器120B時，在單元504a中分支之光束與同一相位之其他光束在接合單元單元504b中接合在一起。具有同一相位之接合光束因干擾而增大彼此之強度。因此，該輸出之位準為「1」。
以此方式，於Mach-Zehnder調變器120B中，藉由施加一使一透過第一波導505a之光束之相位與一透過第二波導505b之光束之相位偏離達π之電壓V1，可實現對光之接通/關斷切換。
於固態影像拾取器件1A中，藉由根據一自A/D轉換器11A輸出至Mach-Zehnder調變器120B之電信號來施加一電壓，可實現光調變。因此，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A經組態以在光學裝置2A連接至信號處理裝置3A時，將自信號處理裝置3A之發光單元300輸出之光束L輸入至Mach-Zehnder調變器120B之光學波導505之一輸入端。另外，光學通信單元12A經組態以將在透過Mach-Zehnder調變器120B之第一波導505a及第二波導505b時調變並自光學波導505之一輸出端輸出之信號光束Ls輸入至信號處理裝置3A之光接收單元301。此外，光學通信單元12A經組態以將由A/D轉換器11A轉換並輸出之數位電信號之電壓施加至Mach-Zehnder調變器120B之電極506。
以此方式，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A根據自像素單元10A讀取之數位化電信號Ds來調變自信號處理裝置3A之發光單元300發射至Mach-Zehnder調變器120B之光束L。隨後，光學通信單元12A以信號光束Ls形式輸出經調變光束L。
圖6係該固態影像拾取器件之該光學通信單元之該組態之另一實例之一圖示。固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A包括一充當光調變單元120之鏡單元120C。鏡單元120C係由一藉由使用一微機電系統(MEMS)技術而產生之數位微鏡器件(DMD)形成。
舉例而言，鏡單元120C於一矽(Si)基板507上包括一反射鏡508、一附裝至反射鏡508之磁軛509及一用於將反射鏡508緊固至磁軛509之鏡支承寄主510。反射鏡508及磁軛509由一鉸鏈511支承至基板507上。一振動吸收板509a形成於磁軛509之頂端上。鉸鏈511具有使其能夠變形並恢復之彈性。基板507具有一形成於其上之位址電極512。位址電極512面向磁軛509及反射鏡508。磁軛509及反射鏡508機械連接及電連接至一偏壓重設匯流排513。
當一偏壓電壓施加至鏡單元120C時且若一電壓施加至位址電極512，則一靜電力施加於反射鏡508與位址電極512之間及磁軛509與位址電極512之間從而產生一靜電扭矩。因此，反射鏡508及磁軛509旋轉直至使振動吸收板509a與基板507接觸且振動吸收板509a之移動停止為止。因此，反射鏡508傾斜。若不施加該偏壓電壓，則反射鏡508及磁軛509因鉸鏈511之恢復力而被穩定地定位呈水平位置。
以此方式，於鏡單元120C中，其中反射輸入至反射鏡508之光之方向根據是否施加該電壓而改變。因此，光接收側上之光之強度根據反射鏡508之角度而改變。由此，可實現對光之接通/關斷控制。
於固態影像拾取器件1A中，藉由根據自A/D轉換器11A輸出至鏡單元120C之電信號來施加該電壓，執行光調變。因此，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A經組態以在光學裝置2A連接至信號處理裝置3A時，將自信號處理裝置3A之發光單元300輸出之光束L輸入至鏡單元120C之反射鏡508。另外，光學通信單元12A經組態以藉由使用在不施加該電壓時反射鏡508之角度，將由反射鏡508反射之光輸入至(例如)信號處理裝置3A之光接收單元301，同時藉由使用在施加該電壓時反射鏡508之角度，不將由反射鏡508反射之光輸入至光接收單元301。此外，光學通信單元12A經組態以將由A/D轉換器11A轉換並輸出之電信號之電壓施加至反射鏡120C。
以此方式，固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A根據自像素單元10A讀取之數位化電信號Ds來調變自信號處理裝置3A之發光單元300發射至鏡單元120C之光束L。隨後，光學通信單元12A以信號光束Ls形式輸出經調變光束L。
由第一實施例之信號處理系統執行之電力供應控制之實例
圖7係一在接通電力時之處理流程之一流程圖。圖8係一在關斷電力時之處理流程之一流程圖。接下來闡述在接通及斷開電力時執行之電力供應控制之一實例。
首先參照附圖來闡述一在接通電力時執行之實例性處理。信號處理系統4A執行電力供應控制以在接通電力時，首先對信號處理裝置3A通電並接著對光學裝置2A之固態影像拾取器件1A通電。另外，於信號處理裝置3A之光學通信單元30A中，首先對光接收單元301通電並接著對發光單元300通電。
亦即，當使用一電力開關(未顯示)來執行一對信號處理系統4A通電之操作時，於圖7中所示之步驟SA1中將該電力供應至信號處理裝置3A。當該電力供應至信號處理裝置3A時，於圖7中所示之步驟SA2中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A將該電力供應至信號處理裝置3A之光接收單元301。
在信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A開始供應電力至信號處理裝置3A之光接收單元301之後，於圖7中所示之步驟SA3中電力供應控制單元38A供應電力至光學裝置2A之固態影像拾取器件1A。
於具有圖2中所示之組態之信號處理系統4A中，電力供應37A包括於信號處理裝置3A中。該電力由信號處理裝置3A之控制I/O 31A及固態影像拾取器件1A之控制I/O 14A自信號處理裝置3A供應至光學裝置2A。
當自信號處理裝置3A接收到該電力時，於圖7中所示之步驟SA4中固態影像拾取器件1A之DC-DC單元15A供應電力至固態影像拾取器件1A之光調變單元120。更特定而言，該電力供應至光學通信單元12A之一驅動單元(未顯示)。隨後，對光調變單元120通電。以此方式，可防止因供應電力至處於一不穩定狀態下之輸出級而引起之對光調變單元120之驅動單元之一輸出級之誤操作。接著，於圖7中所示之步驟SA5中，供應電力至關於一影像捕捉操作之功能區塊(例如，像素單元10A)。藉由遵循此順序，當對固態影像拾取器件1A通電時，可防止當在光學通信單元12A進入一就緒狀態之前像素資料輸入至光學通信單元12A時出現之對光學通信單元12A之驅動單元之一輸入級之誤操作或損壞。
當電力供應至固態影像拾取器件1A且因此電力供應至光調變單元120時，於圖7中所示之步驟SA6中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A供應電力至信號處理裝置3A之發光單元300。
因此，按彼次序來對信號處理裝置3A之光接收單元301、固態影像拾取器件1A之光調變單元120及信號處理裝置3A之發光單元300通電。
如上文所述，當自光接收單元之側至發光單元之側依序對此等單元通電時，於圖7中所示之步驟SA7中信號處理裝置3A之讀出控制單元33A輸出一起始對像素資料之讀出之控制信號。因此，開始自固態影像拾取器件1A之對像素資料之讀出。
接下來參照附圖來闡述一斷電處理。為了關斷電力，執行以下電力供應控制。於信號處理系統4A中，依序對光學裝置2A之固態影像拾取器件1A及信號處理裝置3A斷電。另外，於信號處理裝置3A之光學通信單元30A中，依序對發光單元300及光接收單元301斷電。
亦即，當使用者使用一電力開關(未顯示)來對信號處理系統4A斷電時，於圖8中所示之步驟SB1中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A停止供應電力至信號處理裝置3A之發光單元300。在信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A停止供應電力至信號處理裝置3A之發光單元300之後，電力供應控制單元38A輸出一停止供應電力至光學裝置2A之固態影像拾取器件1A之控制信號。當接收到停止供應電力之控制信號時，於圖8中所示之步驟SB2中固態影像拾取器件1A之DC-DC單元15A停止供應電力至關聯於一影像捕捉操作之功能區塊(例如，固態影像拾取器件1A之像素單元10A)。在停止至像素單元10A之電力供應之後，於步驟SB3中DC-DC單元15A停止供應電力至固態影像拾取器件1A之光調變單元120。藉由遵循在對固態影像拾取器件1A斷電時之此順序，可防止當在光學通信單元12A進入一非驅動狀態之後像素資料輸入至光學通信單元12A時出現之對光學通信單元12A之驅動單元之一輸入級之誤操作或損壞。於光學通信單元12A中，在停止至光調變單元120之電力供應之後，停止至該驅動單元之電力供應。以此方式，如同在其中接通電力之情況下一樣，可防止因連續供應電力至處於一不穩定狀態下之輸出級而引起之對光調變單元120之驅動單元之一輸出級之誤操作。
在停止供應電力至固態影像拾取器件1A之光調變單元120之後，於圖8中所示之步驟SB4中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A停止供應電力至固態影像拾取器件1A。
在停止供應電力至固態影像拾取器件1A之後，於圖8中所示之步驟SB5中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A停止供應電力至信號處理裝置3A之光接收單元301。
以此方式，依序停止至信號處理裝置3A之發光單元300、固態影像拾取器件1A之光調變單元120及信號處理裝置3A之光接收單元301之電力供應。
如上文所述，在自發光單元之側至光接收單元之側次序對此等單元斷電之後，於圖8中所示之步驟SB6中信號處理裝置3A之電力供應控制單元38A停止供應電力至信號處理裝置3A。
圖9係一圖解說明該發光單元之一實例性組態之圖示。舉例而言，一垂直腔表面發射雷射(VCSEL)300A用作發光單元300。垂直腔表面發射雷射300A包括：一頂部布拉格反射鏡(DBR鏡)300c、一作用層300d、一底部布拉格反射鏡(DBR鏡)300e及一堆疊於一p型電極300a與一n型電極300b之間的n型半導體基板300f。於垂直腔表面發射雷射300A中，藉由在作用層300d之兩側上形成各自由一介電多層膜製成之頂部布拉格反射鏡300c及底部布拉格反射鏡300e，在該等鏡之間形成一振盪器。
接下來闡述垂直腔表面發射雷射300A之操作之原理。
首先，藉由對p型電極300a及n型電極300b施加一電壓並使一電流外部流過垂直腔表面發射雷射300A，產生作用層300d之能級之一反轉群體狀態。
其次，在作用層300d中發射具有對應於一能隙之能量之光子。該等光子引起仿真發射。因此，放大光之強度。
再其次，該光由作用層300d之頂部及底部鏡反射。光之一部分被重新引導至作用層300d中並經由仿真發射來放大。
最後，光之該經放大部分透過垂直腔表面發射雷射300A之一上面具有p型電極300a之端面並發射至外部。
由此，藉由對垂直腔表面發射雷射300A施加一電壓，且因此使一預定電流流過垂直腔表面發射雷射300A，可輸出連續恆定光束L。應注意，一邊緣發射半導體雷射可用作發光單元300。
當一過量電流輸入至由一半導體雷射形成之發光單元300時，一鏡附近之一部分被熔化或損壞。另外，舉例而言，於一吸收一電流以驅動一半導體雷射之驅動電路中，當僅對該半導體雷射通電時且若一非合意之電流在該驅動電路中流動，則該驅動電路可被損壞。因此，類似於對光學通信單元12A之光調變單元120之驅動單元(未顯示)之通電控制，於發光單元300中，當在圖7中所示之步驟SA6中接通該電力時，電力首先供應至該驅動電路(未顯示)且接著電力供應至該半導體雷射。另外，類似於對光學通信單元12A之光調變單元120之斷電控制，當在圖8中所示之步驟SB1中關斷該電力時，在停止至該半導體雷射之該電力之供應之後停止至該驅動單元之該電力之供應。
圖10係該光接收單元之一實例性功能區塊圖。光接收單元301包括一光電二極體301a、一用作一放大器之變壓器阻抗放大器301b及一限制放大器301c。對光電二極體301a施加一電壓(一反向偏壓電壓)。光電二極體301a根據入射光來輸出一電流。變壓器阻抗放大器301b放大一自光電二極體301a輸入之小電流信號並將該電流信號轉換至一電壓信號。限制放大器301c放大自變壓器阻抗放大器301b輸入之該小信號以使該輸入電壓信號具有一恆定電壓振幅而不管該信號之原始振幅如何。限制放大器301c隨後輸出該信號。
一般而言，直接安置於光電二極體301a之下游之變壓器阻抗放大器301b以高速運作且具有一高靈敏度。因此，變壓器阻抗放大器301b之輸入級沒有保護電路。與此相反，由於一電壓輸入至限制放大器301c，因此為限制放大器301c提供靜電保護。
因此，若具有一非合意之強度之光輸入至光電二極體301a，則變壓器阻抗放大器301可被毀壞。另外，若對光電二極體301a施加一高於技術要求之電壓，則光電二極體301a可被損壞。因此，執行分別圖解說明於圖7及8之流程圖中之通電及斷電控制。
於圖7及8中所圖解說明之處理中，當接通該電力時，首先對信號處理裝置3A通電並接著對固態影像拾取器件1A通電。另外，於信號處理裝置3A中，首先對控制系統(例如，讀出控制單元33A)通電並接著對光學通信單元30A通電。此外，於光學通信單元30A中，首先對光接收單元301通電並接著對發光單元300通電。再此外，在對固態影像拾取器件1A之光調變單元120通電之後，對發光單元300通電。於發光單元300中，首先對該驅動電路(未顯示)通電並接著對該半導體雷射通電。再再此外，於固態影像拾取器件1A中，首先對控制器16A通電並接著對光學通信單元12A之驅動單元通電。隨後，對光調變單元120通電。接著，對關於一影像捕捉操作之功能區塊(例如，像素單元10A)通電。
於圖7及8中所圖解說明之處理中，當關斷電力時，首先對固態影像拾取器件1A斷電並接著對信號處理裝置3A斷電。另外，於信號處理裝置3A中，首先對光學通信單元30A斷電並接著對讀出控制單元33A斷電。此外，於光學通信單元30A中，首先對發光單元300斷電並接著對光接收單元301斷電。再此外，在對固態影像拾取器件1A之光調變單元120斷電之前，對發光單元300斷電。於發光單元300中，首先對該半導體雷射斷電並接著對該驅動電路斷電。再再此外，於固態影像拾取器件1A中，對關於一影像捕捉操作之功能區塊(例如，像素單元10A)斷電並接著對光學通信單元12A斷電。於光學通信單元12A中，首先對光調變單元120斷電並接著對該驅動單元斷電。接著，在對光學通信單元12A斷電之後，對控制器16A斷電。
以此方式，於信號處理裝置3A中，若光學通信單元30A不處於一可控制狀態，則不將該電力供應至光學通信單元30A。另外，若光接收單元301不處於一光可接收狀態，則不驅動發光單元300。此外，若固態影像拾取器件1A之光調變單元120不處於一可控制狀態，則不驅動發光單元300。
因此，於信號處理裝置3A之光學通信單元30A中，可防止在僅對該半導體雷射通電時出現之該半導體雷射中之非合意之電流流動。因此，可防止對該半導體雷射之損壞。另外，於信號處理裝置3A之光學通信單元30A中，可防止因將一具有一非合意之強度之光束輸入至光接收單元301之光電二極體而引起之對該放大器之損壞。此外，可防止因應用一高於技術要求之電壓之電壓而引起之對該光電二極體之損壞。
第一實施例之固態影像拾取器件之實例
圖11係一圖解說明根據第一實施例之固態影像拾取器件之一實例之功能區塊圖。於下文說明中，固態影像拾取器件1A係由一CMOS影像感測器形成。
充當一CMOS影像感測器之固態影像拾取器件1A之像素單元10A包括一像素陣列101、一垂直掃描電路102及一水平掃描電路103。像素陣列101包括二維配置之像素100。垂直掃描電路102及水平掃描電路103使用一XY定址方法來選擇欲自其讀出像素資料之像素100中之一者。
垂直掃描電路(一列解碼器/驅動器)102選擇欲沿像素陣列101之一列方向自其讀出像素資料之像素100中之一者。另外，垂直掃描電路102針對該等操作模式中之每一者產生一列選擇型樣並根據所產生之列選擇型樣來選擇欲自其讀出像素資料之像素100。
水平掃描電路(一行解碼器/驅動器)103選擇欲沿像素陣列101之一行方向自其讀出像素資料之像素100中之一者。另外，水平掃描電路103針對該等操作模式中之每一者產生一行選擇型樣並根據所產生之行選擇型樣來選擇欲自其讀出像素資料之像素100。此外，水平掃描電路103執行計算(例如沿水平方向之像素值添加)，以將自像素100輸出之信號之配置自一並行格式轉換至一串列格式。
固態影像拾取器件1A包括一行相關雙取樣(行CDS)電路104。行CDS電路104移除像素資料中的雜訊。更特定而言，行CDS電路104取樣一參考(重設)位準及一含於一信號中之信號位準，執行減法，並計算該兩個位準之間的差。行CDS電路104使用一連接至一自像素陣列101輸出像素資料之行信號線105之CDS電路來移除像素100之一振幅變化。行CDS電路104處理類比信號。
於固態影像拾取器件1A中，像素單元10A之垂直掃描電路102及水平掃描電路103連接至匯流排17。另外，A/D轉換器11A、光調變單元120、時序產生器13A、DC-DC單元15A及控制器16A連接至匯流排17。
一由時序產生器13A產生之驅動時脈Φh供應至水平掃描電路103及行CDS電路104。另外，一驅動時脈ΦADC供應至A/D轉換器11A。此外，一驅動時脈ΦOpt供應至光調變單元120。
於固態影像拾取器件1A中，像素單元10A、A/D轉換器11A、光調變單元120、時序產生器13A、DC-DC單元15A及控制器16A整合於一基板18上。基板18係由(例如)矽形成。使用一半導體製作過程來將此等組件整合至一單晶片IC中。因此，形成固態影像拾取器件1A。另外，於固態影像拾取器件1A中，若干電極(未顯示)形成於基板18之一上部表面或一下部表面上。該等電極連接至圖1中所圖解說明之控制I/O 14A。
圖12及13圖解說明該等像素中之每一者之一實例性結構及一用於讀取一像素信號之實例性結構。更特定而言，圖12係一實例性像素陣列之一電路組態圖。圖13係一圖解說明該等像素中之每一者之一實例性結構模型之截面結構圖。像素100中之每一者皆包括一將光轉換成電(信號電荷)之光電二極體(PD)106、一放大一電信號之FD放大器107及一充當一列選擇開頭之列選擇電晶體(Tr)108。於像素100中之每一者中，列選擇電晶體108由垂直掃描電路102使用一列選擇線109來接通或關斷。因此，一由FD放大器107放大之電信號輸出至行信號線105。
FD放大器107包括一電荷偵測單元(FD)110。一重設電晶體111及一放大電晶體112。FD放大器107在一累積週期期間放大一光電轉換而成之電荷。
亦即，在完成一累積週期時，使用一在輸出一信號之前形成一重設閘極(Rst)之重設線113來重設FD放大器107之電荷偵測單元110。由於重設之電荷偵測單元110之電壓連接至放大電晶體112之一閘極，因此一指示一非信號狀態之重設位準自放大電晶體112之一源極輸出至行信號線105。
此後不久，使用一形成一讀出閘極(Rd)之列讀出線114來將該信號電荷自一光電二極體106讀取至電荷偵測單元110。當完成該傳送且列讀出線114處於關閉狀態時，電荷偵測單元110之電壓改變一對應於入射於光電二極體106上之光之強度之值。因此，一表示一信號狀態之信號位準自放大電晶體112輸出至行信號線105。
應注意，圖13中所示之光電二極體106具有一其中一P層區106b形成於一N層區106a之一表面上之稱作一隱埋光電二極體結構之結構。P層區106b防止暗電流之出現。因此，減輕由暗電流所引起之固定型樣雜訊(FPN)。
第一實施例之實例性信號處理系統
圖14係一圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之一實例之功能區塊圖。一相機系統401A被組態為使用一CMOS影像感測器作為固態影像拾取器件1A之信號處理系統4A。
相機系統401A包括一充當圖2中所圖解說明之光學裝置2A之透鏡裝置402A。相機系統401A進一步包括一充當信號處理裝置3A之相機主單元403A。相機主單元403A包括圖2中所圖解說明之組態。相機主單元403A進一步包括一快門404、一執行一計量操作及一測距操作之AE/AF偵測單元405、一發射輔助光之閃控406及一閃控控制單元407。於相機系統401A中，相機主單元403A之信號處理單元34A執行解鑲嵌處理及相機信號處理。
相機系統之像素信號讀出操作
接下來參照附圖來闡述一由相機系統401A執行之實例性像素信號讀出操作。
執行該像素信號讀出操作之以下步驟：
(1)藉由透鏡單元20來形成入射於透鏡裝置402A上之光之一影像並使其入射於固態影像拾取器件1A之像素單元1OA上。
(2)當使該光入射於像素單元10A之像素100上時，執行一光電轉換，並開始累積電荷。
(3)根據由一電子快門或一機械快門控制之曝光時間來控制累積時間。
(4)選擇使用垂直掃描電路102來讀出一信號之列選擇線109。
(5)藉由使用重設線113重設電荷偵測單元110來讀取一重設位準。藉由FD放大器107來放大所讀出重設位準。
(6)藉由行CDS電路104來保持該重設位準。
(7)使用列讀出線114來將該信號電荷自光電二極體106讀取至電荷偵測單元110中。藉由FD放大器107來放大所讀出信號電荷。
(8)藉由行CDS電路104來保持一信號位準。
(9)自行CDS電路104中之信號位準減去該重設位準。
(10)藉由使用水平掃描電路103來依序選擇一行，針對該等行中之每一行自行CDS電路104獲取一像素信號。
(11)藉由A/D轉換器11A來A/D轉換所獲取之像素信號並將其傳送至固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A。
(12)於固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A中，根據自A/D轉換器11A輸入之數位信號來調變自相機主單元403A輸入至光調變單元120之光束L，並輸出信號光束LS。
藉由使用垂直掃描電路102來針對該等列中之每一列執行上述步驟(4)至(12)，可自入射於固態影像拾取器件1A上之光之影像獲得一影像(一靜止影像)。
相機系統之操作模式之實例
圖15係一圖解說明該相機系統之操作模式之一實例之狀態變遷圖。操作模式之實例包括一草稿模式及一靜止影像模式(更詳細地闡述於下文中)。另外，操作模式之實例包括其中對若干鄰近像素執行計算之像素計算模式。於像素計算模式中，可執行微分和積分。另外，可使用像素計算模式來進行特徵提取、計數及量測。操作模式之實例進一步包括一用於代替傾倒像素選擇之像素添加模式、一訊框添加模式及一其中計算(例如)面貌辨別之辨別參數之辨別模式。在下文中，參照該草稿模式及該靜止影像模式來闡述相機系統401A之操作模式。相機系統401A具有一其中輸出一低解析度移動影像之草稿模式M1及一其中輸出一高解析度靜止影像之靜止影像模式M2。當執行一用於在拍攝一照片之前找出一較佳構圖之操作時，相機系統401A進入草稿模式M1。當由一快門按壓觸發時，相機系統401A進入靜止影像模式M2。因此，出現自草稿模式M1至靜止影像模式M2之變遷。在靜止影像模式M2下捕捉一影像。在獲取捕捉靜止影像之後，相機系統401A進入草稿模式M1。因此，出現自靜止影像模式M2至草稿模式M1之變遷。
在草稿模式下之操作之實例
圖16係一圖解說明在該草稿模式下之資料流之資料流圖。圖17係一圖解說明在該草稿模式下由該固態影像拾取器件執行之實例性處理之流程圖。接下來詳細闡述該草稿模式。
首先闡述在該草稿模式下之資料流。相機系統401A從所有該等像素中選擇一預定像素並開始對該像素資料之讀出。固態影像拾取器件1A之像素單元10A對入射透過透鏡單元20之光之一影像執行光電轉換。藉由FD放大器107來放大自該選定像素讀取之信號電荷。藉由行CDS電路104來移除該信號電荷中之雜訊。藉由A/D轉換器11A來A/D轉換自像素單元10A讀取之像素資料。使用自A/D轉換器11A輸出之數位信號來調變自相機主單元403A之發光單元300輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120之光束L。因此，輸出根據該像素資料而產生之信號光束Ls。
經由光學通信單元12A及光學通信單元30A來在固態影像拾取器件1A與相機主單元403A之間執行光學資料通信。將由固態影像拾取器件1A之光調變單元120調變之信號光束Ls輸入至相機主單元403A之光接收單元301。
將輸入至相機主單元403A之光接收單元301之像素資料之一光信號轉換成一電信號。隨後，信號處理單元34A對該電信號執行解鑲嵌處理及相機信號處理。接著，將一基於該電信號之影像顯示於顯示單元36A上。
接下來闡述在該草稿模式下由固態影像拾取器件1A執行之實例性處理。於圖17中所示之步驟SC1中，固態影像拾取器件1A自相機主單元403A之讀出控制單元33A接收一在草稿模式下讀取一像素值之指令。
於圖17中所示之步驟SC2中，固態影像拾取器件1A之控制器16A指令時序產生器13A針對該選定模式產生關於像素讀出之時序資料。於圖17中所示之步驟SC3中，控制器16A將垂直掃描電路102之操作模式設定至一草稿模式。於圖17中所示之步驟SC4中，控制器16A將水平掃描電路103之操作模式設定至一草稿模式。
於步驟SC3及SC4中，執行設定，例如像素傾倒及像素添加。垂直掃描電路102產生在該草稿模式下自其讀取像素資料之列之一選擇型樣。因此，使用所產生之選擇型樣來選擇自其讀取像素資料之像素。水平掃描電路103產生在該草稿模式下自其讀取像素資料之行之一選擇型樣。因此，使用所產生之選擇型樣來選擇自其讀取像素資料之像素。
於圖17中所示之步驟SC5中，控制器16A將光學通信單元12A之一驅動方法設定至一對應於該草稿模式之驅動方法。於固態影像拾取器件1A中，若設定該草稿模式，則顯著改變自其讀取像素資料之總像素數。因此，在水平掃描期間，依序改變輸出資料之位元速率。因此，根據依序改變之位元速率來執行對光調變單元120之驅動設定。
在靜止影像模式下之操作之實例
圖18係一圖解說明在該靜止影像模式下之資料流之資料流圖。圖19係一圖解說明在該靜止影像模式下由該相機主單元執行之實例性處理之流程圖。圖20係一圖解說明在該靜止影像模式下由該固態影像拾取器件執行之實例性處理之流程圖。接下來詳細闡述該靜止影像模式。
首先闡述在該靜止影像模式下之資料流。相機系統401A按一預定次序選擇所有該等像素並指令像素單元10A讀取該像素資料。固態影像拾取器件1A之像素單元10A光電轉換自透鏡單元20入射之光之影像。藉由FD放大器107來放大自該選定像素讀取之信號電荷。藉由行CDS電路104來移除該信號電荷中之雜訊。藉由A/D轉換器11A來A/D轉換自像素單元10A讀取之像素資料。使用自A/D轉換器11A輸出之數位信號來調變自相機主單元403A之發光單元300輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120之光束L。因此，輸出根據該像素資料而產生之信號光束Ls。
將由固態影像拾取器件1A之光調變單元120調變之信號光束Ls輸入至相機主單元403A之光學通信單元30A。然後，藉由光接收單元301來將信號光束Ls轉換成一電信號並藉由一資料保持單元35來保持該電信號。使一個螢屏之由資料保持單元35保持之像素資料在信號處理單元34A中經受解鑲嵌處理及相機信號處理。隨後，將一基於該像素資料之影像顯示於顯示單元36A上。
接下來闡述在該靜止影像模式下由相機主單元403A執行之實例性處理。於圖19中所示之步驟SD1中，相機主單元403A之讀出控制單元33A接收指示快門404被按下之資訊。在那時，當快門404被按下一半時，AE/AF偵測單元405執行計量及測距以執行相機參數設定及控制。隨後，根據快門時序，控制曝光，並開始對該像素資料之全部之讀出。
於圖19中所示之步驟SD2中，相機主單元403A之閃控控制單元407根據計量結果來驅動閃控406。應注意，若設定一其中禁止自閃控406之光發射之模式，則不執行步驟SD2中之處理。
於圖19中所示之步驟SD3中，相機主單元403A之讀出控制單元33A指令固態影像拾取器件1A之控制器16A進入該靜止影像模式並讀取所有該等像素。於圖19中所示之步驟SD4中，相機主單元403A之讀出控制單元33A自固態影像拾取器件1A之控制器16A接收指示完成對所有該等像素之讀出之資訊。當自固態影像拾取器件1A接收到指示完成對所有該等像素之讀出之資訊時，於圖19中所示之步驟SD5中相機主單元403A之讀出控制單元33A指令固態影像拾取器件1A之控制器16A進入一草稿模式。
接下來闡述在該靜止影像模式下由固態影像拾取器件1A所執行之實例性處理。於圖20中所示之步驟SE1中，固態影像拾取器件1A接收至一在該靜止影像模式下讀取所有該等像素之指令。該指令係在圖19中所示之步驟SD3中發送自相機主單元403A之讀出控制單元33A。
於圖20中所示之步驟SE2中，固態影像拾取器件1A之控制器16A通知時序產生器13A有關欲藉以讀取該等像素之時序。於圖20中所示之步驟SE3中，控制器16A改變對垂直掃描電路102之設定以使垂直掃描電路102讀取所有該等像素。另外，於圖20中所示之步驟SE4中，控制器16A改變水對平掃描電路103之設定以使水平掃描電路103讀取所有該等像素。
於圖20中所示之步驟SE5中，控制器16A改變對光學通信單元12A之設定以使光學通信單元12A運作來讀取所有該等像素。以此方式，於固態影像拾取器件1A中，按一預定次序自像素單元10A之該等像素中之每一者讀取像素資料。於圖20中所示之步驟SE6中，完成對所有該等像素之讀出。
若固態影像拾取器件1A完成對所有該等像素之讀出，則於圖19中所示之步驟SD4中向相機主單元403A之讀出控制單元33A發送指示完成對所有該等像素之讀出之資訊。因此，於圖19中所示之步驟SD5中，讀出控制單元33A指令控制器16A進入一草稿模式。
於圖20中所示之步驟SE7中，固態影像拾取器件1A接收一在該草稿模式下讀取該等像素之指令。該指令係於圖19中所示之步驟SD5中發送自相機主單元403A之讀出控制單元33A。
於圖20中所示之步驟SE8中，固態影像拾取器件1A之控制器16A通知時序產生器13A關於欲藉以讀取該等像素之時序。於圖20中所示之步驟SE9中，控制器16A改變對垂直掃描電路102之設定以使垂直掃描電路102在該草稿模式下運作。另外，於圖20中所示之步驟SE10中，控制器16A改變對水平掃描電路103之設定以使水平掃描電路103在該草稿模式下運作。此外，於圖20中所示之步驟SE11中，控制器16A改變對光學通信單元12A之設定以使光學通信單元12A在該草稿模式下運作。
在兩種操作模式下之信號之實例
圖21A至21D係在該草稿模式及該靜止影像模式下之信號之時序圖。圖22A至22E係在該草稿模式下之信號之時序圖。圖23A至23E係在該靜止影像模式下之信號之時序圖。
在草稿模式M1下，控制器16A指令時序產生器13A在一草稿模式下運作。以此方式，時序產生器13A產生圖21A中所示之一垂直同步信號及圖21B中所示之一水平信號另外，控制器16A將對垂直掃描電路102及水平掃描電路103之設定改變至該草稿模式。因此，選擇欲按由圖21C中所示之像素數所指示之次序自其讀取信號之像素。
當輸入圖21D中所示之一快門觸發時，執行計量及測距操作。當完成在草稿模式M1下對一個螢屏之像素之讀出時，執行在靜止影像模式M2下之操作。在靜止影像模式M2下，控制器16A指令時序產生器13A在一其中讀取所有該等像素之模式下運作。因此，時序產生器13A產生圖21A中顯示之一垂直同步信號及圖21B中所示之一水平信號。另外，控制器16A將對垂直掃描電路102及水平掃描電路103之設定改變至一其中讀取所有該等像素之模式。
在草稿模式M1中，於一水平掃描週期H1期間，針對圖22A中所示之一水平掃描信號產生圖23B中所示之一水平掃描時脈Φh。水平掃描時脈Φh充當一驅動時脈。另外，選擇欲按由圖22C中所示之數所指示之次序自其讀取信號之像素。以此方式，讀出圖22D中所示之資料D，並可獲得圖22E中所示之串列資料。
在靜止影像模式M2下，於一水平掃描週期H2期間，針對圖23A中所示之一水平掃描信號產生圖23B中所示之一水平掃描時脈Φh。水平掃描時脈Φh充當一驅動時脈。另外，選擇欲按由圖23C中所示之數所指示之次序自其讀取信號之像素。以此方式，讀出圖23D中所示之資料D，並可獲得圖23E中所示之串列資料。下文更詳細闡述資料之序列化。
用於確保對像素資料之讀出之同步時序之實例性方法
接下來闡述一種用於確保對像素資料之讀出之同步時序以用於電操作單元(例如一光學通信單元、一像素單元及一A/D轉換器)之方法。
如圖11中所示，於固態影像拾取器件1A中，由時序產生器13A產生之時脈根據操作模式供應至像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A。像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A使用自時序產生器13A供應之驅動時脈來使對其信號之輸入操作與輸出操作彼此同步。
圖24A至24C係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第一方法之時序圖。在用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第一方法中，當A/D轉換器11A執行一輸出操作時驅動光學通信單元12A之光調變單元120。
如圖24B中所示，一自A/D轉換器11A輸出之信號落後於輸入至A/D轉換器11A之驅動時脈ΦADC(參見圖24A)。由於由A/D轉換器11A執行之處理之延遲取決於電路組態，因此延遲係固定的。因此，如圖24C中所示，時序產生器13A產生相移達A/D轉換器11A之固定延遲之驅動時脈ΦOpt。隨後，時序產生器13A將驅動時脈ΦOpt供應至光學通常單元12A。
圖25A及25B係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第二方法之時序圖。在用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第二方法中，當水平掃描電路103執行水平掃描並輸出資料時，A/D轉換器11A鎖存所輸入信號。
一自水平掃描電路103輸出之信號落後於輸入至水平掃描電路103之驅動時脈Φh(參見圖25A)。因此，如圖25B中所示，時序產生器13A產生具有一與藉以輸出一行水平掃描電路103之值之時序相同之時序之驅動時脈ΦADC。隨後，時序產生器13A將驅動時脈ΦADC供應至A/D轉換器11A。
圖26A至26C係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第三方法之時序圖。在用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第三方法中，將第一方法與第二方法相組合以獲得一最佳方法。
當如圖26A中所示，將驅動時脈Φh輸入至水平掃描電路103時，時序產生器13A產生具有一與水平掃描電路103藉以執行一輸出操作之時序相同之時序之驅動時脈ΦADC，如圖26B中所示。隨後，時序產生器13A將驅動時脈ΦADC供應至A/D轉換器11A。另外，如圖26C中所示，時序產生器13A產生與輸入至A/D轉換器11A之驅動時脈ΦADC相移達A/D轉換器11A之固定延遲之驅動時脈ΦOpt。隨後，時序產生器13A將驅動時脈ΦOpt供應至光學通信單元12A。
在用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第三方法中，由於產生供應至光學通信單元12A且反映由像素單元10A及A/D轉換器11A執行之處理之延遲之驅動時脈ΦOpt，因此可可靠地確保光學通信中之高速調變中之同步時序。
用於確保對像素資料之讀出之同步時序之實例性組態
圖27係一圖解說明一其中確保對像素資料之讀出之同步時序之固態影像拾取器件之實例性組態之功能區塊圖。藉由使用相同長度之互連線，可毫不延遲地將使用圖24於26C中所圖解說明之上述方法所產生之驅動時脈供應至該等功能區塊(即，像素單元10A、A/D轉換器11A及光學通信單元12A)。
使用一互連線130H來將驅動時脈Φh自時序產生器13A供應至水平掃描電路103。使用一互連線130AD來將驅動時脈ΦADC自時序產生器13A供應至A/D轉換器11A。使用一互連線130OP來將驅動時脈ΦOpt自時序產生器13A供應至光學通信單元12A。藉由使用相同長度之互連線130H、互連線130AD及互連線130OP，可防止由互連線長度之間的一差異而引起之驅動時脈之延遲。
用於序列化經由光學通信傳輸之像素資料之實例性組態
圖28係一圖解說明一包括一串列介面之固態影像拾取器件之一實例性組態之功能區塊圖。圖29係一圖解說明一包括一串列介面之信號處理系統之一實例性組態之功能區塊圖。圖30係一圖解說明包括一串列介面之信號處理系統中之資料流之資料流圖。
當使用光學通信自固態影像拾取器件1A輸出像素資料時，序列化該像素資料。以此方式，可使用一單個傳輸通道或一小於資料位元數之傳輸通道數來傳輸多位元資料。因此，光學通信單元12A包括一串列介面(I/F)121，該串列介面將由A/D轉換器11A轉換成一數位信號並輸入至光調變單元120之像素資料轉換成串列資料。
信號處理裝置3A包括一並行介面(I/F)302。當一串列資料格式之信號光束自固態影像拾取器件1A輸入至信號處理裝置3A時，並行介面302偵測自光接收單元301輸出之串列資料中之像素資料並將該像素資料轉換至並行資料。應注意，於下文說明中，包括並行介面302之信號處理裝置3A可充當相機主單元403A。
於固態影像拾取器件1A中，藉由像素單元10A來光電轉換入射透過透鏡單元20之光之影像。藉由FD放大器107來放大自一選定像素讀取之信號電荷。藉由行CDS電路104來移除該信號電荷中之雜訊。藉由A/D轉換器11A來A/D轉換自像素單元10A讀取之像素資料並藉由串列介面121來將其轉換成串列資料。使用一基於自串列介面121輸出之像素資料之數位信號來調變自相機主單元403A之發光單元300輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120之光束L。因此，輸出根據該像素資料之信號光束Ls。
將由固態影像拾取器件1A之光調變單元120調變之信號光束Ls輸入至信號處理裝置3A之光學通信單元30A。隨後，藉由光接收單元301來將信號光束Ls轉換成一電信號。光接收單元301輸出串列資料。並行介面302偵測該串列資料中之像素資料並將該像素資料轉換成並行資料。信號處理單元34A對該像素資料執行信號處理。隨後，將一基於該像素資料之影像顯示於顯示單元36A上。
圖31係一圖解說明該固態影像拾取器件及該信號處理裝置之用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之實例性光學通信單元之功能區塊圖。圖32A至32H係圖解說明由該固態影像拾取器件及該信號處理裝置執行用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之實例性信號處理之時序圖。於圖31中所示之實例中，經由不同傳輸通道來傳輸序列化像素資料及一時脈信號。
固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A包括一充當一串列介面之並串轉換單元121A。並串轉換單元121將由A/D轉換器11A A/D轉換之像素資料DATA_TX轉換成串列資料。
光學通信單元12A進一步包括一光調變單元120S及一光調變單元120CL。光調變單元120S使用序列化像素資料SDATA_TX來調變自信號處理裝置3A輸入之具有一恆定強度之光束L並輸出該經調變光束。光調變單元120CL使用一時脈信號ΦSCLK_TX來調變光束L並輸出該經調變光束。
信號處理裝置3A之光學通信單元30A包括一發光單元300S及一發光單元300CL。發光單元300S發射輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120S之光束L。發光單元300CL發射輸入至光調變單元120CL之光束L。
信號處理裝置3A之光學通信單元30A進一步包括一光接收單元301S。光接收單元301S使用一資料線LsD經由光學通信來接收被序列化並轉換成一光信號格式之像素資料SDATA_TX。光接收單元301S隨後將該輸入光信號轉換成呈一串列電信號之形式之像素資料SDATA_RX。光學通信單元30A進一步包括一光接收單元301CL。光接收單元301CL使用一時脈線LsCL經由光學通信來接收被轉換成一光信號格式之時脈信號ΦSCLK_TX。光接收單元301CL隨後將該輸入光信號轉換成一電時脈信號ΦSCLK_RX。
再此外，光學通信單元30A包括一充當一並行介面之串並轉換單元302A。串並轉換單元302A使用自光接收單元301CL輸出之時脈信號ΦSCLK_RX來偵測自光接收單元301S輸出之像素資料SDATA_RX中的像素資料DATA_RX。
於固態影像拾取器件1A中，將由A/D轉換器11A A/D轉換之像素資料DATA_TX及係由時序產生器13A產生之時脈信號CLK_TX之驅動時脈ΦOpt輸入至並串轉換單元121A。
並串轉換單元121A使用自時序產生器13A輸入之驅動時脈ΦOpt(參見圖32A)來序列化自A/D轉換器11A輸入之像素資料DATA_TX(參見圖32B)。並串轉換單元121A輸出時脈信號ΦSCLK_TX(參見圖32C)及經序列化像素資料SDATA_TX(參見圖32D)。
並串轉換單元121A將經序列化像素資料SDATA_TX輸出至光調變單元120S。另外，並串轉換單元121A將時脈信號ΦSCLK_TX輸出至光調變單元120CL。光調變單元120S藉由調變自信號處理裝置3A輸入之光束L來將經序列化像素資料SDATA_TX轉換成一光信號格式並輸出該經調變光信號。此外，光調變單元120CL藉由調變自信號處理裝置3A輸入之光束L來將時脈信號ΦSCLK_TX轉換成一光信號格式並輸出該經調變光信號。
自固態影像拾取器件1A之光調變單元120S輸出之光信號輸入至信號處理裝置3A之光接收單元301S。該輸入光信號由光接收單元301S轉換成一電信號。因此，輸出經序列化像素資料SDATA_RX。自固態影像拾取器件1A之光調變單元120CL輸出之光信號輸入至信號處理裝置3A之光接收單元301CL。該輸入光信號由光接收單元301CL轉換成一電信號。因此，輸出時脈信號ΦSCLK_RX。
於信號處理裝置3A中，圖32E中所示之時脈信號ΦSCLK_RX及圖32F中所示之像素資料SDATA_RX輸入至串並轉換單元302A。
串並轉換單元302A使用自光接收單元301CL輸入之時脈信號ΦSCLK_RX來偵測自光接收單元301S輸入之像素資料SDATA_RX中的像素資料。隨後，串並轉換單元302A輸出圖32G中所示之時脈信號ΦCLK_RX及圖32H中所示之像素資料DATA_RX。
用於確保由複數個光調變單元執行之對像素資料之讀出之同步時序之實例性組態
圖33係一圖解說明一確保由複數個光調變單元執行之對像素資料之讀出之同步時序之實例性固態影像拾取器件之功能區塊圖。互連線130H用於將驅動時脈Φh自時序產生器13A供應至水平掃描電路103。互連線130AD用於將驅動時脈ΦADC自時序產生器13A供應至A/D轉換器11A。互連線130OP用於將驅動時脈ΦOpt自時序產生器13A供應至光學通信單元12A之並串轉換單元121A。藉由使用相同長度之互連線130H、互連線130AD及互連線130OP，可防止由互連線長度之間的一差異而引起之驅動時脈之延遲。
另外，並串轉換單元121A與光調變單元120S之間的一互連線122A之長度與並串轉換單元121A與光調變單元120CL之間的一互連線122B之長度相同。此外，A/D轉換器11A與並串轉換單元121A之間的一互連線123之長度相同於互連線122A之長度。
圖34係一圖解說明該固態影像拾取器件及該信號處理裝置之用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之光學通信單元之另一實例之功能區塊圖。圖35A至35G係被序列化並在該固態影像拾取器件與該信號處理裝置之間傳送之信號之時序圖。於圖34中所示之實例中，一同步信號疊加於該序列化像素資料上並經由一單個傳輸通道傳輸。
固態影像拾取器件1A之光學通信單元12A包括一編碼單元124。編碼單元124將由A/D轉換器11A A/D轉換之像素資料DATA疊加於由時序產生器13A產生之同步信號上。
光學通信單元12A進一步包括一資料置亂單元125及一併串轉換單元126。資料置亂單元125置亂上面疊加有該同步信號之像素資料。並串轉換單元126將上面疊加有該同步信號之經置亂像素資料轉換成串列資料。再此外，光學通信單元12A包括一光調變單元120。光調變單元120使用藉由將該同步信號疊加於該像素資料上而產生之串列資料來調變自信號處理裝置3A輸入之具有一恆定強度之光束L。隨後，光調變單元120輸出該經調變光束。
信號處理裝置3A之光學通信單元30A包括一發光單元300。發光單元300輸出光束L，光束L輸入至固態影像拾取器件1A之光調變單元120。光學通信單元30A進一步包括一光接收單元301。光接收單元301接收自固態影像拾取器件1A之光調變單元120輸出之信號光束Ls。使用藉由將該同步信號疊加於該像素資料上而產生之串列資料來調變信號光束Ls。隨後，光接收單元301將該輸入光信號轉換成一電信號。
光學通信單元30A進一步包括一串並轉換單元303。串並轉換單元303重構藉由將該同步信號疊加於該像素資料上而產生之串列資料中的時脈並偵測該像素資料。再此外，光學通信單元30A包括一解置亂單元304及一解碼單元305。解置亂單元304解置亂上面疊加有該同步信號之像素資料。解碼單元305偵測該同步信號。
於固態影像拾取器件1A中，垂直掃描電路102係由一基於由時序產生器13A產生之信號之垂直同步信號ΦV(參考圖35A)驅動。另外，水平掃描電路103係由一水平同步信號ΦH(參見圖35B)驅動。
在一水平掃描週期H1期間，針對水平同步信號ΦH(參見圖35C)產生一水平掃描時脈Φh(參見圖35D)。另外，選擇欲按由圖35E中所示之像素數所指示之次序自其讀取信號之像素。因此，讀出圖35F中所示之資料D。
於固態影像拾取器件1A中，由A/D轉換器11A A/D轉換之像素資料輸入至編碼單元124。另外，由垂直掃描電路102驅動之垂直同步信號ΦV、由水平掃描電路103驅動之水平同步信號ΦH及一用於選擇一場之場信號F輸入至編碼單元124。
如圖35G及35H中所示，在一其中不輸出任何像素資料之週期E期間，編碼單元124輸出指示場信號F、垂直同步信號ΦV及水平同步信號ΦH之資料。
圖36係一實例性編碼單元之一功能區塊圖。舉例而言，編碼單元124採用一8b/10b方法。於該8b/10b方法中，使用一轉換表來將8位元資料轉換成10位元資料以將一時脈疊加於該串列資料上。
圖37係該串並轉換單元之一實例性時脈重構單元之一功能區塊圖。舉例而言，一時脈重構單元303A係由一鎖相環(PLL)電路形成。時脈重構單元303A使用輸入串列資料D1之一邊緣來重構一時脈CLK。
時脈重構單元303A包括一相位比較器306及一環路濾波器307。相位比較器306將兩個輸入信號之間的一相位差轉換成一電壓並輸出該電壓。環路濾波器307執行相位比較。時脈重構單元303A進一步包括一電壓控制振盪器(VCO)308及一分頻器309。VCO 308根據一輸入電壓來控制一輸出脈衝之頻率。分頻器309將該輸入頻率除以N並輸出該分頻。
圖38係一實例性解碼單元之一功能區塊圖。解碼單元305採用一8b/10b方法，此乃因編碼單元124採用一8b/10b方法。於該8b/10b方法中，使用一轉換表來將10位元資料轉換成原始8位元資料。
圖39係一圖解說明一用於產生輸入至該固態影像拾取器件之編碼單元之資料之實例性操作之圖示。接下來闡述一用於在編碼單元124採用該8b/10b方法時自A/D轉換器11A之輸出產生8位元資料之方法。於圖39中所示之實例中，當A/D轉換器11A輸出8位元資料或更多位元之資料時，將12位元資料D0至D11分離成8位元資料及4位元資料，並輸出該兩種資料。
圖40至42係圖解說明用於產生自該處理處理裝置之解碼單元輸出之資料之實例性操作之圖示。接下來闡述一用於在編碼單元124採用該8b/10b方法時在解碼單元305中產生12位元資料之方法。舉例而言，固態影像拾取器件1A劃分原始12位元資料並輸出8位元資料。因此，解碼單元305有必要將該原始12位元並行信號輸出至一匯流排。於圖40至42中所示之實例中，若自解碼單元305輸出之資料係8位元或更多位元之資料，則將8位元資料或4位元資料儲存於一緩衝器305A中。製備12位元之資料，並輸出該資料。如圖40中所示，若接收資料1之第11個至第4個位元，則解碼單元305將資料1之該等位元儲存於緩衝器305A中。如圖41中所示，當接收下一8位元資料時，接收資料1之其餘第3個至第0個位元。因此，將資料1之該四個位元與緩衝器305A中所儲存之資料1之該等位元連成一串，並輸出資料1之12個將。同時，由於接收資料2之第11個至第8個位元，因此將該四個位元儲存於緩衝器305A中。如圖42中所示，進一步接收接下來的8個位元。因此，接收資料2之其餘第7個至第0個位元。將此等位元與緩衝器305A中所儲存之該等位元連成一串。因此，輸出資料2之12個位元。在那時，緩衝器305A不儲存任何資料。
包括由光調變單元形成之光學通信單元之固態影像拾取器件之優點之實例
當該信號處理裝置包括一發光單元且若一固態影像拾取器件包括一由一調變一外部輸入光束並輸出該經調變光束之光調變單元形成之光學通信單元，則該固態影像拾取器件可經由光學通信來與該信號處理裝置通信而無需包括一發射光之發光元件。
於發射光之發光元件中，驅動電流之一部分被變成熱量，而不是光。該光調變單元產生較由一發射光之發光元件產生之熱量為少之熱量，且因此消耗功率較小。因此，包括一由一光調變單元形成之光學通信單元之固態影像拾取器件可減少由一驅動電流而引起之熱量，且因此可減少消耗功率。另外，可減少電磁波之出現。此外，由於一電磁場具有一很快的回應，因此與一發射光之發光元件相比較，該光調變單元可減輕頻率啁啾。因此，可實現高速調變，且可實現針對每一通道之高速讀出。
如上文所述，包括一由一調變外部光並輸出經調變光之光調變單元形成之光學通信單元之固態影像拾取器件可達成具有一簡化組態。因而，可減少成本、消耗功率及雜訊。
由於任何發射具有一恆定強度之光之光源皆可用作一輸出輸入至該光調變單元之光之光源，因此可自各種光源中靈活地選擇該光源。舉例而言，可自一範圍從一通用及低成本光源到一高效能及高成本光源之陣容選擇最合適之光源。另外，與該固態影像拾取器件相比較，包括一發光單元之信號處理裝置具有一大的封裝空間。因此，可靈活地選擇該光源之尺寸。舉例而言，甚至可使用一高剖面光源。
此外，一接收由該固態影像拾取器件調變之信號光之光接收單元可由適合於該固態影像拾取器件之讀出速度之一光接收元件及一放大元件(例如，一高速光接收元件及一高速放大元件)形成。另一選擇係，該光接收單元可由適合於經調變光量之一光接收元件及一放大元件形成。因此，可靈活地選擇光接收單元類型，且可容易達成最佳組態。
再此外，可自由地確定該發光單元與該光接收單元之佈局及該發光單元、該光接收單元與該固態影像拾取器件之間的佈局。舉例而言，一光束可自一安置於一遠端點A處之發光單元發射至一安置於另一遠端點B處之固態影像拾取器件之一光調變單元。另外，一安置於另一遠端點c處之光接收單元可讀取一信號。此外，一包括另一光源之發光單元可安置於另一遠端點d處。一自該另一光源發射之光束可輸入至該固態影像拾取器件之光調變單元，且安置於遠端點c處之光接收單元可讀取該信號。
信號處理系統之應用實例
圖43至45係圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之應用實例之功能區塊圖。於圖43中，圖解說明一充當該信號處理系統之測距裝置401B。測距裝置401B包括一光學裝置20A。光學裝置20A包括一發光單元410、一光發射控制單元411及一資料比較運算子單元412。另外，信號處理裝置3A包括一距離資料計算單元413。
於測距裝置401B中，發光單元410將光發射至一欲距離量測之物體。使來自該物體之反射光入射於像素單元10A上。一根據一距離變化之相位變化可由資料比較運算子單元412使用一自像素單元10A讀取之電信號來計算。資料比較運算子單元412之計算結果經由光學通信自固態影像拾取器件1A傳輸至信號處理裝置3A。隨後，距離資料計算單元413計算該距離。
於圖44中，圖解說明一充當該信號處理系統之影像形成裝置401C。影像形成裝置401C用作一影印機、一掃描機、一傳真機、其組合(一多功能周邊裝置)、或一連接至一網路之聯網多功能周邊裝置。
影像形成裝置401C包括一充當光學裝置2A之像素單元之線感測器414。線感測器414包括一維配置之像素。影像形成裝置401C進一步包括一使一感光鼓(未顯示)曝露至光之曝光單元415及一光發射控制單元416。
於圖45中，圖解說明一充當該信號處理系統之安全相機401D。安全相機401D之信號處理裝置3A包括一辨別一自固態影像拾取器件1A傳輸之影像之辨別單元417及一向外部傳輸資訊之網路I/F單元418。
本申請案含有與2008年10月10日在日本專利局提出申請之日本優先專利申請案JP 2008-264580中所揭示之標的物相關之標的物，該申請案之全部內容以引用方式據此併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解，可視設計要求及其他因素而作出各種修改、組合、子組合及變更，只要其歸屬於隨附申請專利範圍及其等效範圍之範疇內即可。
1A．．．固態影像拾取器件
2A．．．光學裝置
3A．．．信號處理裝置
4A．．．信號處理系統
10A．．．像素單元
11A．．．A/D轉換器
12A．．．光學通信單元
13A．．．時序產生器
14A．．．控制I/O
15A．．．DC-DC單元
16A．．．控制器
17．．．匯流排
18．．．基板
20．．．透鏡單元
20A．．．光學裝置
21．．．外殼
30A．．．光學通信單元
31A．．．控制I/O
32A．．．操作單元
33A．．．讀出控制單元
34A．．．信號處理單元
35A．．．資料保持單元
36A．．．顯示單元
37A．．．電力供應
38A．．．光學裝置
100．．．像素
101．．．像素陣列
102．．．垂直掃描電路
103．．．水平掃描電路
104．．．行相關雙取樣(行CDS)電路
105．．．行信號線
106．．．光電二極體(PD)
106a．．．N層區
106b．．．P層區
107．．．FD放大器
108．．．列選擇電晶體(Tr)
109．．．列選擇線
110．．．電荷偵測單元(FD)
111．．．重設電晶體
112．．．放大電晶體
113．．．重設線
114．．．列讀出線
120．．．光調變單元
120A．．．電場吸收光學調變器
120C．．．鏡單元
120CL．．．光調變單元
120S．．．光調變單元
120b．．．Mach-Zehnder調變器
121．．．串列介面(I/F)121
121A．．．並串轉換單元
122A．．．互連線
122B．．．互連線
124．．．編碼單元
125．．．資料置亂單元
126．．．並串轉換單元
130AD．．．互連線
130H．．．互連線
130OP．．．互連線
300．．．發光單元
300A．．．垂直腔表面發射雷射(VCSEL)
300CL．．．發光單元
300S．．．發光單元
300a．．．p型電極
300b．．．n型電極
300c．．．頂部布拉格反射鏡(DBR鏡)
300d．．．作用層
300e．．．底部布拉格反射鏡
300f．．．n型半導體基板
301．．．光接收單元
301CL．．．光接收單元
301S．．．光接收單元
301a．．．光電二極體
301b．．．變壓器阻抗放大器
302．．．並行介面(I/F)
302A．．．串並轉換單元
303．．．串並轉換單元
303A．．．時脈重構單元
304．．．解置亂單元
305．．．解碼單元
305A．．．緩衝器
306．．．相位比較器
307．．．環路濾波器
308．．．電壓控制振盪器(VCO)
309．．．分頻器
401A．．．相機系統
401B．．．測距裝置
401C．．．影像形成裝置
401D．．．安全相機
402A．．．透鏡裝置
403A．．．相機主單元
404．．．快門
405．．．AE/AF偵測單元
406．．．閃控
407．．．閃控控制單元
410．．．發光單元
411．．．光發射控制單元
412．．．資料比較運算子單元
413．．．距離資料計算單元
414．．．線感測器
415．．．曝光單元
416．．．光發射控制單元
417．．．辨別單元
418．．．網路I/F單元
501．．．波導層
502a．．．P層
502b．．．N層
503．．．基板
504a．．．分支單元
504b．．．接合單元
505．．．光學波導
505a．．．第一波導
505b．．．第二波導
506．．．電極
507．．．矽(Si)基板
508．．．反射鏡
509．．．磁軛
509a．．．振動吸收板
510．．．鏡支承寄主
511．．．鉸鏈
512．．．位址電極
513．．．偏壓重設匯流排
Ds．．．數位化電信號
H1．．．水平掃描週期
H2．．．水平掃描週期
L．．．外部輸入光束
Ls．．．信號光束
LsCL．．．時脈線
LsD．．．資料線
M1．．．草稿模式
M2．．．靜止影像模式
圖1係一示意性地圖解說明一根據本發明之一第一實施例之實例性固態影像拾取器件之功能區塊圖；
圖2係一示意性地圖解說明一包括一光學裝置及一信號處理裝置之實例性信號處理系統之功能區塊圖；
圖3係一圖解說明該固態影像拾取器件之一光學通信單元之一實例性組態之圖示；
圖4係一圖解說明一施加電壓與光學吸收之間的一關係之曲線圖；
圖5係該固態影像拾取器件之該光學通信單元之該組態之另一實例之一圖示；
圖6係該固態影像拾取器件之該光學通信單元之該組態之另一實例之一圖示；
圖7係一在接通電力時之處理流程之一流程圖；
圖8係一在關斷電力時之處理流程之一流程圖；
圖9係一圖解說明一發光單元之一實例性組態之圖示；
圖10係該光接收單元之一實例性功能區塊圖；
圖11係一圖解說明根據第一實施例之固態影像拾取器件之一實例之功能區塊圖；
圖12係一實例性像素陣列之一電路組態圖；
圖13係一圖解說明每一像素之一實例性結構模型之截面結構圖；
圖14係一圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之一實例之功能區塊圖；
圖15係一圖解說明一相機系統之操作模式之一實例之狀態變遷圖；
圖16係一圖解說明在一草稿模式下之資料流之資料流圖；
圖17係一圖解說明在該草稿模式下由該固態影像拾取器件執行之實例性處理之流程圖；
圖18係一圖解說明在一靜止影像模式下之資料流之資料流圖；
圖19係一圖解說明在該靜止影像模式下由一相機主單元執行之實例性處理之流程圖；
圖20係一圖解說明在該靜止影像模式下由該固態影像拾取器件執行之實例性處理之流程圖；
圖21A至21D係在該草稿模式及該靜止影像模式下之信號之時序圖；
圖22A至22E係在該草稿模式下之信號之時序圖；
圖23A至23E係在該靜止影像模式下之信號之時序圖；
圖24A至24C係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第一方法之時序圖；
圖25A及25B係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第二方法之時序圖；
圖26A至26C係圖解說明一用於確保對像素資料之讀出之同步時序之第三方法之時序圖；
圖27係一圖解說明一其中確保對像素資料之讀出之同步時序之固態影像拾取器件之一實例性組態之功能區塊圖；
圖28係一圖解說明一包括一串列介面之一固態影像拾取器件之一實例性組態之功能區塊圖；
圖29係一圖解說明一包括一串列介面之信號處理系統之一實例性組態之功能區塊圖；
圖30係一圖解說明包括一串列介面之信號處理系統中之資料流之資料流圖；
圖31係一圖解說明該固態影像拾取器件及該信號處理裝置之用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之實例性光學通信單元之功能區塊圖；
圖32A至32H係圖解說明由該固態影像拾取器件及該信號處理裝置執行用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之實例性信號處理之時序圖；
圖33係一圖解說明一確保由複數個光調變單元執行之對像素資料之讀出之同步時序之實例性固態影像拾取器件之功能區塊圖；
圖34係一圖解說明該固態影像拾取器件及該信號處理裝置之用於序列化像素資料並執行其之間的光學通信之光學通信單元之另一實例之功能區塊圖；
圖35A至35H係經序列化並在該固態影像拾取器件與該信號處理裝置之間傳送之信號之時序圖；
圖36係一實例性編碼單元之一功能區塊圖；
圖37係一串並轉換單元之一實例性時脈重構單元之一功能區塊圖；
圖38係一實例性解碼單元之一功能區塊圖；
圖39係一圖解說明一用於產生輸入至該固態影像拾取器件之一編碼單元之資料之實例性操作之圖示；
圖40係一圖解說明一用於產生自該信號處理裝置之一解碼單元輸出之資料之實例性操作之圖示；
圖41係一圖解說明一用於產生自該信號處理裝置之一解碼單元輸出之資料之實例性操作之圖示；
圖42係一圖解說明一用於產生自該信號處理裝置之一解碼單元輸出之資料之實例性操作之圖示；
圖43係一圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之一應用之功能區塊圖；
圖44係一圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之一應用之功能區塊圖；及
圖45係一圖解說明根據第一實施例之信號處理系統之一應用之功能區塊圖。
1A．．．固態影像拾取器件
10A．．．像素單元
11A．．．A/D轉換器
12A．．．光學通信單元
13A．．．時序產生器
14A．．．控制I/O
15A．．．DC-DC單元
16A．．．控制器
17．．．匯流排
120．．．光調變單元
L．．．外部輸入光束
Ls．．．信號光束

Claims (13)

  1. 一種信號處理系統，其包含：一光學裝置，其包括一經組態以將入射於其上之光轉換成一電信號之固態影像拾取器件及一經組態以使得光能夠入射於該固態影像拾取器件上之光學元件；及一信號處理裝置，該光學裝置連接至該信號處理裝置；其中該固態影像拾取器件包括：一像素單元，其經組態以將光轉換成一電信號；一A/D轉換器，其經組態以將一自該像素單元讀取之信號轉換成一數位信號；一光調變單元，其經組態以使用由該A/D轉換器數位化之該信號來調變一外部輸入光束並輸出一基於自該像素單元讀取之該信號之信號光束；及一時序產生單元，其經組態以產生一用於同步該像素單元、該A/D轉換器及該光調變單元之信號之輸入與輸出之同步信號；及一控制器，其經組態以控制對該信號之讀出，且其中該信號處理裝置包括：一發光單元，其經組態以輸出輸入至該固態影像拾取器件之該光調變單元之該光束；一光接收單元，其經組態接收自該固態影像拾取器件之該光調變單元輸出之該信號光；一讀出控制單元，其經組態以控制對自該固態影像 拾取器件之該像素單元輸出之該信號之讀出；及一信號處理單元，其經組態以處理自該像素單元讀取並經由光學通信自該固態影像拾取器件輸入之該信號，其中當開啟該信號處理裝置時，電力供應至該信號處理裝置之該光接收單元，且接著電力供應至該固態影像拾取器件，且其中電力供應至該固態影像拾取器件之該光調變單元，且接著供應至該像素單元，並接著供應至該信號處理裝置之該發光單元，且其中當關閉該信號處理裝置時，停止至該信號處理裝置之該發光單元之電力供應，且接著停止至該固態影像拾取器件之該像素單元之電力供應，並接著停止至該光調變單元之電力供應，且其中在停止至該固態影像拾取器件之電力供應之後，停止至該信號處理裝置之該光接收單元之電力供應。
  2. 如請求項1之信號處理系統，其中該像素單元、該A/D轉換器、該光調變單元、該時序產生單元及該固態影像拾取器件之控制器形成於同一基板上且整合至一個晶片中。
  3. 如請求項2之信號處理系統，其中，於該固態影像拾取器件中，一用於將該同步信號自該時序產生單元供應至該像素單元之互連線之一長度、一用於將該同步信號自該時序產生單元供應至該A/D轉換器之互連線之一長度及一用於將該同步信號自該時序產生單元供應至該光調變單元之互連線之一長度係製作成相等。
  4. 如請求項3之信號處理系統，其中，於該固態影像拾取器件中，供應至該光調變單元之該同步信號係根據自該像素單元讀出之該信號相對於供應至該像素單元之該同步信號之一時間延遲及自該A/D轉換器輸出之該信號相對於供應至該A/D轉換器之該同步信號之一時間延遲中之至少一者而產生。
  5. 如請求項2之信號處理系統，其中當接通電力時，於該固態影像拾取器件中之該控制器供應電力至該光調變單元，並接著供應電力至該像素單元，且其中當關斷電力時，該控制器停止供應電力至該像素單元，並接著停止供應電力至該光調變單元。
  6. 如請求項2之信號處理系統，其中，於該固態影像拾取器件中，該像素單元包括配置於其中之像素，且該等像素執行光電轉換，且其中該像素單元在一其中自該像素單元之所有該等像素中選擇預定像素並自該等選定像素讀取信號之操作模式與一其中按一預定次序選擇該像素單元之所有該等像素並自該等選定像素讀取信號之操作模式之間切換。
  7. 如請求項2之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件進一步包括：一串列介面，其經組態以將自該像素單元讀取並由該A/D轉換器數位化之該等信號轉換成串列資料。
  8. 如請求項2之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件之像素單元包括一經組態以移除自該等像素中之每一者 讀取之該信號中之一雜訊分量的雜訊移除單元。
  9. 如請求項1之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件在一其中自該像素單元之所有該等像素中選擇預定像素並自該等選定像素讀取信號之操作模式與一其中按一預定次序選擇該像素單元之所有該等像素並自該等選定像素讀取信號之操作模式之間切換，且其中該信號處理裝置輸出一指令，該指令用於根據一輸入至該信號處理裝置之一操作單元之操作來切換由該固態影像拾取器件執行之該操作模式。
  10. 如請求項1之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件進一步包括一經組態以將自該像素單元讀取並由該A/D轉換器數位化之該等信號轉換成串列資料之串列介面，且其中該信號處理裝置進一步包括一經組態以轉換自該固態影像拾取器件輸入之該串列資料之並行介面。
  11. 如請求項1之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件之光調變單元包括：用於接收外部輸入光束之一輸入波導，一分支單元，其用於將經由該輸入波導接收之外部輸入光束分叉成二光束，用於接收經A/D轉換器數位化之該信號之一第一電極，及一連接至一接地電位之第二電極，其中該分支單元係配置介於該第一及第二電極之間。
  12. 如請求項11之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件 之該光調變單元之該分支單元包括一第一波導，該二光束之一者經由其傳播，及一第二波導，該二光束之另一者經由其傳播。
  13. 如請求項11之信號處理系統，其中該固態影像拾取器件之該光調變單元之該輸入波導及該分支單元係形成於一鈮酸鋰基板上。
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