放大型固体摄象装置及使用它的摄象系统 【技术领域】
本发明涉及放大型固体摄象装置及使用它的摄象系统。
背景技术
由各被称作AMI(Amplified MOS lmager)的放大型MOS图象传感器构成的具有多个象素的固体摄象装置，已广为人知。各象素具有将入射光变换成电荷的光电二极管，和旨在供给与该变换所产生的电荷量成正比的信号电压的源极跟随晶体管。
依据某个现有技术，通过将MOS图象传感器的摄象区域分割成多个区块，并只反复扫描被选择的至少一个区块中的象素，从而实现高帧频(参阅专利文献1)
[专利文献]
特开平4-277986号公告
在数码相机、数码摄象机等摄象系统中，对高清晰图象的高速连拍及动画摄象的要求，越来越高。
在使用放大型摄象装置的摄象系统中，为了高速拍摄象素甚多的图象，只要将摄象区域分割成多个区块，并相应这些区块设置多个输出放大器即可。然而，在这种并列输出形式的放大型固体摄象装置中，输出放大器的特性离差是不可避免的，所以需要校正放大器输出中地灰度(阶梯)电平的离差。而且还是非线性的电平校正。
【发明内容】
本发明的目的，就是要提供能获得适合于电平校正的放大器输出的并列输出形式的放大型固体摄象装置，和使用它的摄象系统。
为了达到上述目的，本发明在并列输出式的放大型固体摄象装置中，在通常模式下，将多个象素中的不同象素的信号电压，供给多个输出放大器的每一个，而在校正模式下，则将多个象素中同一个象素的信号电压，供给多个输出放大器的每一个。从而不仅能在通常模式下进行高速摄象，而且还能在校正模式下，从不同的输出放大器输出来自同一个象素的同一个信号电压，对放大器输出进行电平校正。
【附图说明】
图1是本发明涉及的放大型固体摄象装置结构的方框图。
图2是表示图1中的一个象素的详细结构的电路图。
图3是表示图1中的一个存储单元的详细结构的电路图。
图4是表示使用图1的放大型固体摄象装置的摄象系数结构的示例方框图。
图5是表示图4中的电平校正电路的详细结构的方框图。
图6是表示图5的电平校正电路中生成的累积直方图示例的说明图。
图7是表示本发明涉及的放大型固体摄象装置的另一结构示例的方框图。
图8是表示本发明涉及的放大型固体摄象装置的又一结构示例的方框图。
图9是表示本发明涉及的放大型固体摄象装置的再一结构示例的方框图。
图10是表示使用图7～图9中某一个放大型固体摄象装置的摄象系统的结构示例的方框图。
图中：1，1a，1b，1c-放大型固体摄象装置；2a，2b-A/D变换器；3-电平校正电路；4-处理电路；5-合成电路；10，10a，10b-摄象区域；11-象素；12-垂直信号线；15-垂直选择电路；20，20a-行存储器；21-存储单元；22，23-水平信号线；24，25，26-开关；28-水平选择电路；30a，30b-输出放大器；41-光电二极管(光电变换元件)；42-源极跟随晶体管(放大器)；43-选择晶体管；44-复位晶体管；50-干扰减少部；51-存储器用电容器；52-选择晶体管；53-电容器；54-钳位晶体管；61-累积直方图生成部；62-灰度变换表生成部；63-灰度变换部。
【具体实施方式】
下面，利用附图，对本发明的实施方式进行阐述。
图1是本发明涉及的放大器固体摄象装置的结构示例。在图1的放大型固体摄象装置1所具有的摄象区域10中，由各个被称作AMI(Amplified MOS Imager)的放大型MOS图象传感器构成的多个象素(PIX)11，被排列成二维的行列状。为便于阐述，本文将象素11的数量定为2×6。
该放大型固体摄象装置1，还包括：6根垂直信号线12；垂直选择电路15；具有6个存储单元(MC)21的行存储器20；第1及第2水平信号线22、23；开关24；水平选择电路28；第1及第2输出放大器30a、30b。垂直选择电路15，选择属于水平1行的各象素，以便将12个象素11中属于水平1行的6个象素的信号电压，分别供给6根垂直信号线12上。RT是复位信号，RS是行选择信号。6根垂直信号线12，将属于各对应列的象素11的信号电压，传递给行存储器20。构成行存储器20的6个存储单元21，暂时存储向6根垂直信号线12中对应的垂直信号线上供给的信号电压。CL是钳位脉冲。第1水平信号线22是传递应该向第1输出放大器30a供给的信号电压的信号线，与行存储 20中从左数起的第奇数个存储单元21连接。第2水平信号线23，传递应该向第2输出放大器30b供给的信号电压，与行存储器20中第偶数个存储单元21连接。就是说，分别从6根垂直信号线12中互相邻接的垂直信号线接受信号电压的存储单元21，与互不相同的水平信号线22、23连接。水平选择电路28，旨在从被行存储器20暂时存储的信号电压中，选择应该向第1及第2水平信号线22、23的每一个供给的信号电压。开关24在校正模式下，将第1及第2水平信号线22、23互相连接。CS是列选择信号，SW是开关控制信号，Va是第1输出放大器30a的输出电压，Vb是第2输出放大器30b的输出电压。
图1中的摄象区域10，被分割成由奇数的3列构成的第1区块(以下称作“区块A”)和由偶数的3列构成的第2区块(以下称作“区块B”)。第1水平信号线22及第1输出放大器30a是区块A用，第2水平信号线23及第2输出放大器30b是区块B用。
图2示出图1中的一个象素11的详细结构。在图2中，41是光电二极管，42是源极跟随晶体管，43是选择晶体管，44是复位晶体管。光电二极管41是将入射光变换成电荷的光电变换元件。源极跟随晶体管42是将与光电变换所产生的电荷的量对应的信号电压供给垂直信号线的放大器。选择晶体管43和复位晶体管44分别从垂直电路15中接受选择信号RS和复位信号RT。
图3示出图1中的一个存储单元21的详细结构。在图3中，50是干扰减少部，51是存储器用电容器，52是选择晶体管。干扰减少部50具有电容器53和钳位晶体管54。存储器用电容器51，通过电容器53与垂直信号线12连接。选择晶体管52从水平选择电路28接受列选择信号CS，钳位晶体管54从垂直选择电路15接受钳位脉冲CL。在干扰减少部50中，选择并输出图象11中的复位信号RT刚发出之后的信号电压(黑电平)，同时使钳位晶体管54成为ON状态，将黑电平被钳位到电源电压。从而抑制象素11中因源极跟随晶体管42的离差所造成的黑电平变动。另外，电荷在象素11中的光电二极管41中积蓄后，源极跟随晶体管42的栅极电压就会下降。
采用图1的结构后，属于水平1行的6个象素11就同时被垂直选择电路15选择。结果就能将这些象素11的信号电压分别供给到6根垂直信号线12上。行存储器20，分别暂时存储6根垂直信号线12上的信号电压。曝光时间是从光电二级管41被复位的时刻起，到象素11被垂直选择电路15选择，信号电压被行存储器20存储的时刻为止。就是说，属于1行的各象素11的曝光时间均为相同的时间。
在通常模式中，开关24被打开，水平选择电路28依次选择被行存储器20暂时存储的各象素11的信号电压。这时，行存储器20中从左边数起，例如第1和第2的存储单元21被同时选择的结果，在水平方向上相互邻接的2个象素11的信号电压就被分别供给第1及第2输出放大器30a、30b，由这些输出放大器30a、30b可并列获得输出电压Va、Vb。而在校正模式中，开关24关闭，同一象素的信号电压被供给第1及第2输出放大器30a、30b的每一个。这时的输出电压Va、Vb表示两输出放大器30a、30b的特性离差。另外，摄象区域10中的12个象素11的任何一个都能供给校正用的信号电压。
图4是使用图1的放大型固体摄象装置1的摄象系统的结构示例。在图4中、2a及2b是第1及第2A/D变换器，3是电平校正电路，4是处理电路。第1A/D变换器2a，将第1输出放大器30a的输出电压Va变换成第1灰度数据(数码值)Da。第2A/D变换器2b，将第2输出放大器30b的输出电压Vb变换成第2灰度数据Db。电平校正电路3，利用校正模式中两灰度数据Da、Db，校正两输出电压Va、Vb中的灰度电平的偏差。处理电路4，利用校正过的灰度数据Xa、Xb，生成表示亮度信号及色度信号的图象数据X，其中内置有处理用的存储器。在通常模式中，水平方向互相邻接的2个象素11的输出，能同时从放大型固体摄象装置1获得，所以对这2个象素输出进行加法平均等处理电路4的结构可以简化。
图5示出图4中的电平校正电路3的详细结构。在图5中，61是累积直方图生成部，62是灰度变换表生成部，63是灰度变换部。累积直方图生成部61，利用校正模式中的第1及第2灰度数据Da、Db，按照摄象区域10的各个区块生成有关各灰度的象素数的累积直方图。灰度变换表生成部62，生成表示校正对象区块涉及的校正前后灰度的对应关系的表，以便减少累积直方图生成部61生成的各区域的累积直方图的差异。在这里，将第1灰度数据Da涉及的区块A作为校正对象区块加以阐述。灰度变换部63，使用灰度变换表生成部62生成的表，按不同的灰度，对通常模式中的校正对象区块的灰度数据Da进行非线性校正。Xa是校正后的灰度数据。
图6是图5的电平校正电路3中生成的累积直方图的示例。所谓累积直方图，是从低亮度起，累积各灰度的象素后编制而成的图形，具有单调增加的特征。灰度电平例如是256级。图6中的区块A及B的累积直方图曲线，示出了因输出放大器30a、30b的特性离差所造成的若干差异。因此，生成表示涉及区块A校正前后灰度对应关系的灰度变换表，以便使校正对象的区块A的曲线与基准区块B的曲线一致。通过利用该表，可实现非线性校正。
图7示出本发明涉及的放大型固体摄象装置的另一结构示例。图7的放大型固体摄象装置1a的摄象区域，被分作左区域(区块A)10a和右区域(区块B)10b两部分。第1水平信号线22与暂时存储各区块A互相邻接的3根垂直信号线上12的信号电压的3个存储单元21共同连接。第2水平信号线23则与暂时存储各区块B的互相邻接的3根垂直信号线12上的电压信号的3个存储单元21共同连接。就是说，第1及第2水平信号线22、23中与某个水平信号线共同连接的存储单元21，分别从互相邻接的垂直信号线12接受信号电压。并且，在摄象区域10a、10b和行存储器20之间，还设置着开关25。该开关25，在通常模式中，将区块B用的3根垂直信号线12中左端的垂直信号线上的信号电压，导入与之对应的区块B用的3个存储单元21中左端的存储单元，同时在校正模式中，将区块A用的3根垂直信号线12中右端的垂直信号线上的信号电压，导入该存储单元。就是说，在校正模式中，区块A中同一象素的信号电压，同时被2个存储单元21暂时存储。
采用图7的结构后，在通常模式中，开关25被切换到区块B侧，行存储器20暂时存储的各象素11的信号电压，被水平选择电路28依次选择。这时，假如行存储器20中从左数起的第1和第4个存储单元21被同时选择，其结果使在水平方向上相互分离的2个象素11的信号电压，被分别供给第1及第2输出放大器30a、30b，从这些输出放大器30a、30b可以并列获得输出电压Va、Vb。而在校正模式中，开关25被切换到区块A侧，属于区块A的右侧的同一象素的信号电压供给第1及第2输出放大器30a、30b的每一个。这时的输出电压Va、Vb，表示输出放大器30a、30b的特性离差。
图8示出本发明涉及的放大型固体摄象装置的又一结构示例。摄象区域的分割状态与图7相同。在图8的放大型固体摄象装置1b中，行存储器20a具有7个存储单元21。其中的1个存储单元21是附加单元，能以与其它6个存储单元21相同的时刻暂时存储区块A用的3根垂直信号线12中的右端垂直信号线上的信号电压，而且还将该暂时存储的信号电压，供给区块B用的第2水平信号线23。
采用图8的结构后，在通常模式中，行存储器20a中的6个存储单元21，依次两个两个地被水平选择电路28选择。而在校正模式中，区块A用的3个存储单元21中右端的存储单元和附加单元被同时选择，属于区块A右端之列的同一象素的信号电压被供给第1及第2输出放大器30a、30b的每一个。这时的输出电压Va、Vb，表示两输出放大器30a、30b的特性离差。另外即使在校正模式，也能按照和通常模式相同的顺序，在输出电压Va及Vb后，还能输出对应暂时存储在附加单元中的信号电压的电压Vb。因此，可以在任何时刻都能适应由温度变化等引起的放大器特性的随时间的变化。
图9示出本发明涉及的放大型固体摄象装置的再一结构示例。摄象区域的的分割样态和图7及图8一样。图9的放大型固体摄象装置1c，具有在校正模式中将第1及第2水平信号线22、23互相连接的开关26。
在通常模式中，开关26打开，行存储器20a中的6个存储单元21依次两个两个地被水平选择电路28选择。而在校正模式中，开关26闭合，同一象素的信号电压被供给第1及第2放大器30a、30b的每一个。这时的输出电压Va、Vb，表示两输出放大器30a、30b的特性离差。另外，摄象区域10a、10b中的12个象素11的任何一个都能供给校正的信号电压。
图10是使用图7～图9中的某一个放大器固体摄象装置1a、1b、1c摄象系统的结构示例。图10中的处理电路4，使用校正后的灰度数据Xa、Xb，生成表示亮度信号及色度信号的各区块的图象数据Ya、Yb，其中内置有各区块的处理用存储器。合成电路5，通过合成各区块的图象数据Ya、Yb，从而生成1幅图象涉及的数据Y。其他结构都和图4一样。
另外，在所述放大型固体摄象装置1、1a、1b、1c的每一个中，摄象区域10、10a、10b的分割数目也可以是3以上。
综上所述，采用本发明后，在并列输出形式的放大型固体摄象装置中，由于是在通常模式下，将多个象素中不同象素的信号电压，供给多个输出放大器的每一个，而在校正模式下，将多个象素中的同一象素的信号电压，供给多个输出放大器的每一个，所以能实现高速摄象，而且还能得到适合于电平校正的放大器输出。