專利名稱：曝光期間具有可變分辨率的像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變分辨率成像器，其中在圖像的不同部分可以具有不同的分辨率，并且能夠在一幀的曝光時(shí)間內(nèi)改變整個(gè)成像器的分辨率。
背景技術(shù)：
授予Compton的第5,452,109號(hào)美國(guó)專利描述了一種被基于逐像素和逐行動(dòng)態(tài)地控制以改變成像過程的成像分辨率和格式的CCD成像器信號(hào)處理器。
授予Carlson的第4,554,585號(hào)美國(guó)專利描述了一種與成像器可變相間，并位于所投射圖像光路徑中，從而使成像器較低分辨率區(qū)域比成像器較高分辨率區(qū)域更為模糊的漫射面(diffusion surface)。截止空間頻率根據(jù)該系統(tǒng)的可變分辨率連續(xù)地變化。

發(fā)明內(nèi)容
成像器從圖像，如物體、照片等接收輸入信號(hào)，例如光能量，并將其解碼并變換成輸出信號(hào)。然后，可以把輸出信號(hào)饋送到顯示單元，并且可以顯示該圖像。在許多情況下，代表成像器所接收?qǐng)D像的輸入信號(hào)是非常不均勻的。例如，如果把成像器用于形成這樣的物體或景色的輸出信號(hào)，其中所述物體或景色的某些部分被相當(dāng)明亮地照射，而其它一些部分僅獲得相當(dāng)?shù)偷恼丈?，則成像器的某些部分可能會(huì)飽和，而其它部分不能接收到充分的照射。出于其它原因，人們也可能希望針對(duì)物體或景色的不同部分采用不同的分辨率。
本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種形成來自成像器的圖像信號(hào)的方法，其中，所述成像器對(duì)于景色的不同部分可具有不同的分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)主要目的是，提供一種形成來自成像器的圖像信號(hào)的方法，其中，所述成像器在一個(gè)幀曝光時(shí)間內(nèi)對(duì)于整個(gè)成像器可具有不同的分辨率。
本發(fā)明的又一個(gè)主要目的是，提供一種對(duì)于景色的不同部分可具有不同分辨率的可變分辨率成像器。
本發(fā)明的再一個(gè)主要目的是，提供一種在一個(gè)幀曝光時(shí)間內(nèi)對(duì)于整個(gè)成像器可具有不同的分辨率的可變分辨率的成像器。
使用具有如下像素的成像器實(shí)現(xiàn)這些目的即這些像素被集結(jié)在一起以形成多組像素，從而可得到可變的分辨率。把多個(gè)像素集結(jié)在一起，可產(chǎn)生提供較低分辨率的較大的有效像素。集結(jié)在一起的像素越多，分辨率就越低。在成像器中，把多個(gè)像素用作單獨(dú)像素(individual pixel)，提供了成像器可提供的最高的分辨率?？梢栽谝粋€(gè)幀之前設(shè)置成像器的分辨率，并且可以針對(duì)不同的幀改變成像器的分辨率。也可以在一個(gè)幀中改變成像器的分辨率，從而可對(duì)于一個(gè)幀圖像的不同部分提供不同的分辨率。


圖1A是一個(gè)成像器的一部分的截面圖，描述了形成在硅襯底中的兩個(gè)像素。
圖1B示出被集結(jié)在一起形成一個(gè)單一、較低分辨率像素的4個(gè)單獨(dú)像素的圖。
圖1C是一個(gè)成像器的一部分的截面圖，描述了形成在硅襯底上的兩個(gè)像素，說明了集結(jié)像素的一種方法。
圖2一個(gè)成像器的圖，該成像器具有多個(gè)形成一個(gè)高分辨率成像器的單獨(dú)像素。
圖3描述了一個(gè)成像器的圖，該成像器具有以4個(gè)像素為一組集結(jié)在一起形成一個(gè)較低分辨率成像器的單獨(dú)像素。
圖4描述了一個(gè)成像器的圖，該成像器在成像器的不同部分具有可變的分辨率。
圖5描述了一個(gè)成像器的圖，該成像器在其不同部分具有3個(gè)級(jí)別的分辨率。
圖6是一個(gè)像素的方框圖，該像素具有操作員或處理器輸入，以及向檢測(cè)單元的輸出。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，參照?qǐng)D1～6，描述本發(fā)明方法及成像器的優(yōu)選實(shí)施例。圖1A是一個(gè)成像器的一部分的截面圖，描述了形成在P型硅襯底中的第一像素18和第二像素20。在該例子中，第一像素18包括形成在襯底10中的第一N阱12，第二像素20包括形成在襯底10中的第二N阱14。在成像器的電荷積累期間，在第一N阱12和P型襯底之間的PN結(jié)以及第二N阱14和P型襯底之間的PN結(jié)處，電荷被積累。如果通過第一N阱12和第二N阱14之間的電連接16把兩個(gè)N阱集結(jié)在一起，則第一N阱12和第二N阱14將具有相同電位，在第一N阱12和第二N阱14之間均勻地共享電荷。第一像素18和第二像素充當(dāng)一個(gè)單個(gè)像素，這一組合像素所產(chǎn)生的信號(hào)，源于集成期間(integration period)所有組合像素的平均入射光，而且由組合像素所形成的有效像素的分辨率將降低。在這一方式中，通過把單獨(dú)像素的組集結(jié)在一起，可以改變成像器中組合像素的分辨率。像素組的集結(jié)，可以在一個(gè)幀期間或在多個(gè)幀之間進(jìn)行。具有降低的分辨率的像素組合將具有降低的噪音，原因在于把像素集結(jié)在一起。噪音降低與集結(jié)在一起的像素的個(gè)數(shù)成正比。分辨率與集結(jié)在一起的像素的個(gè)數(shù)成反比。
圖1B描述了電連接102把4個(gè)單獨(dú)像素100集結(jié)在一起形成一個(gè)組合像素110的例子。圖1C是圖1A中所示的成像器的一部分的截面圖，描述了用于把像素集結(jié)在一起的可編程電連接的一個(gè)例子。在圖1C中所示的例子中，第一N-阱12和第二N-阱14形成在P-型襯底10中。N+區(qū)域22形成在第一N-阱12和第二N-阱14之間的P-型襯底10中。柵氧化層24形成在N+區(qū)域22上，以及柵電極26形成在柵氧化層24上。然后，第一N-阱12、N+區(qū)域22、以及第二N-阱14形成一個(gè)N通道FET，它可以導(dǎo)通和截止以將兩個(gè)像素集結(jié)在一起或是將兩個(gè)像素隔開。該集結(jié)方法允許對(duì)所選擇像素可編程地加以集結(jié)，以便可通過對(duì)到成像器的信號(hào)編程來改變分辨率?？梢愿鶕?jù)要求，在一個(gè)幀內(nèi)或在多個(gè)幀之間改變成像器的分辨率。2003年1月9日由TanerDosluoglu提交的第10/339,189號(hào)、名稱為“APS PIXEL WITH RESET NOISESUPRESSION AND PROGRAMMABLE BINNIG CAPABILITY”的專利申請(qǐng)中，說明了這一集結(jié)方法，將該專利申請(qǐng)并入此處，以作參考。
圖2描述了成像器200，該成像器擁有像素陣列100，從而提供了成像器200的最大分辨率。圖3描述了一個(gè)其中使用集結(jié)連接102以4個(gè)像素為一組將多個(gè)單獨(dú)像素100集結(jié)在一起形成多個(gè)組合像素110的成像器200。與圖2中的成像器200相比，圖3中的成像器200將具有更低的分辨率。圖4描述了成像器200，該成像器具有最高分辨率的單獨(dú)像素100和較低分辨率的以4個(gè)像素為一組集結(jié)在一起的像素110。圖5描述了成像器200，該成像器具有兩個(gè)以上級(jí)別的分辨率。圖5中的成像器示出了該成像器的一個(gè)部分中的單獨(dú)像素100、具有以4個(gè)單獨(dú)像素為一組的像素組的第一擴(kuò)展像素110、以及具有以9個(gè)像素為一組的像素組的第二擴(kuò)展像素112?？梢栽谠摮上衿鞯钠谕恢蒙细淖兂上衿鞯姆直媛?，以提供在景色的所選擇部分上具有期望分辨率的成像器信號(hào)。在景色的期望位置上改變成像器分辨率的某些原因是，為了補(bǔ)償景色中物體照明方面的寬范圍變化，以改進(jìn)成像器的信噪比，從而克服芯片速度的限制和獲得具有可變分辨率的較高的幀速率。
可以通過如計(jì)算機(jī)處理器的裝置或通過操作員來控制像素集結(jié)，從而控制成像器的分辨率。圖6是一個(gè)方框圖，描述了向成像器200的處理器210或操作員220輸入，并具有向檢測(cè)單元230的成像器輸出。成像器的分辨率可以包括幾個(gè)級(jí)別的分辨率，可以在一個(gè)幀內(nèi)改變成像器的分辨率，也可以在多個(gè)幀之間改變成像器的分辨率。如圖6的方框圖中所示，來自檢測(cè)單元的信號(hào)可以反饋回處理器210，因此可以把圖像各部分的圖像的特性，例如照射度(illumination level)、期望信噪比、圖像中物體的移動(dòng)、對(duì)圖像特別感興趣的部分等，用于確定成像器各部分的分辨率?？梢蕴岣叱上衿鲝?qiáng)照射部分的分辨率，以避免在成像器這些部分中的飽和?？梢越档统上衿饕恍┎糠值姆直媛剩愿倪M(jìn)信噪比，因?yàn)榘讯鄠€(gè)像素集結(jié)在一起降低了由組合像素所形成的有效像素的噪聲。
可以把可變分辨率成像器用于避免在具有高可變照射度的景色中的飽和效應(yīng)(saturation effect)，可更密切地觀察景色的一個(gè)部分中的移動(dòng)，或可更密切地觀察特別感興趣的景色中的多個(gè)部分?？勺兎直媛食上衿髂軌蛞暂^高幀速率實(shí)現(xiàn)可變分辨率，這是因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)幀中，或逐幀地改變分辨率，而無需大量的圖像處理?？勺兎直媛食上衿骺梢愿倪M(jìn)成像器的信噪比，因?yàn)榘严袼丶Y(jié)在一起降低了組合像素的噪聲。
對(duì)于可變分辨率的操作，請(qǐng)參照?qǐng)D6。首先，選擇多個(gè)像素以構(gòu)成一個(gè)幀。幀中像素的個(gè)數(shù)可以是成像器中所有可用的像素，或?yàn)檫@些像素中的所選擇個(gè)數(shù)。成像器的分辨率可由操作員220或由計(jì)算機(jī)處理器210來確定?？梢栽谝粋€(gè)幀內(nèi)改變成像器的分辨率，也可以在多個(gè)幀之間改變成像器的分辨率。成像器確定圖像信號(hào)，并把這些信號(hào)發(fā)送到檢測(cè)單元230。從檢測(cè)單元230到處理器210的反饋可用于調(diào)整成像器的分辨率。
本發(fā)明的這些像素已經(jīng)被描述為形成在P或P-型硅襯底10中的N或N-型硅阱。在一個(gè)例子中，在P-型硅襯底中形成用于集結(jié)連接的N+型硅區(qū)域。本技術(shù)領(lǐng)域人員將會(huì)很容易地意識(shí)到如果用P區(qū)域取代N區(qū)域、用P區(qū)域取代N區(qū)域、用P-區(qū)域取代N-區(qū)域、用N-區(qū)域取代P-區(qū)域、用P+區(qū)域取代N+區(qū)域、以及用N+區(qū)域取代P+區(qū)域，本發(fā)明將同樣能夠很好地運(yùn)作。
盡管已參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體說明和描述了本發(fā)明，但是本技術(shù)領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)知道在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種在成像器中形成可變分辨率圖像信號(hào)的方法，包括提供多個(gè)像素，其中，每一所述像素提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在集成期間照射所述像素的光量相關(guān)；形成所述多個(gè)像素的某些或全部像素的一個(gè)幀；把所述幀中的一個(gè)或多個(gè)所述像素的組集結(jié)在一起，以便所述幀包括多個(gè)單獨(dú)像素以及一個(gè)或多個(gè)所述像素的組，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光量相關(guān)，從而在所述幀中對(duì)于所述成像器的不同部分提供不同的分辨率；和通過讀出所述幀中的所述多個(gè)單獨(dú)像素和所述像素的組來形成圖像信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述幀由多個(gè)行構(gòu)成，每一所述行包括多個(gè)單獨(dú)像素、集結(jié)在一起的像素的組，或既包括多個(gè)單獨(dú)像素也包括集結(jié)在一起的所述像素的組，并且一次一行地讀出所述幀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光的平均量相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括計(jì)算機(jī)處理器，其中，所述處理器控制將所述像素的哪一些集結(jié)在一起，以形成所述像素的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與具有較低分辨率的所述幀的那些區(qū)域相比，具有較高分辨率的所述幀的那些區(qū)域接收較強(qiáng)的照射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像信號(hào)代表圖像，并且根據(jù)所述圖像的特性來選擇所述成像器的不同部分的分辨率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述集成期間之前，完成把所述幀中一個(gè)或多個(gè)所述像素的組集結(jié)在一起的操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，把所述圖像信號(hào)的反饋用于確定所述成像器的不同部分的分辨率。
9.一種在成像器中形成可變分辨率圖像信號(hào)的方法，包括提供多個(gè)像素，其中，每一所述像素提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在集成期間照射所述像素的光量相關(guān)；形成所述多個(gè)像素的某些或全部像素的一個(gè)幀；把所述幀中的所述像素的組集結(jié)在一起，以便所述幀包括集結(jié)在一起的所述像素的所述組，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光量相關(guān)，并且根據(jù)集結(jié)在一起成為每一組的像素的個(gè)數(shù)來確定所述成像器的分辨率；和通過讀出所述幀中的所述多個(gè)單獨(dú)像素和所述像素的組，形成圖像信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述幀由多個(gè)行構(gòu)成，每一所述行包括集結(jié)在一起的所述像素的所述組，并且一次一行地讀出所述幀。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光的平均量相關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括處理器，其中，所述處理器控制把所述像素的哪一些集結(jié)在一起以形成所述像素的所述組，并從而控制所述成像器的分辨率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述成像器的操作期間，由操作員控制所述成像器的分辨率。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述像素的每一所述組中的像素的數(shù)量是相同的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述集成期間之前，完成把所述幀中的所述第二數(shù)量的像素的組集結(jié)在一起的操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，把所述圖像信號(hào)的反饋用于確定所述成像器的分辨率。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述圖像信號(hào)代表圖像，并且根據(jù)所述圖像特性來選擇集結(jié)在一起的所述像素的組的尺寸。
18.一種可變分辨率成像器，包括多個(gè)像素，其中，每一所述像素提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在集成期間照射所述像素的光量相關(guān)；所述多個(gè)像素的某些或全部像素的一個(gè)幀；所述幀中的一個(gè)或多個(gè)所述像素的組，被集結(jié)在一起以便所述幀包括多個(gè)單獨(dú)像素以及一個(gè)或多個(gè)所述像素的組，其中，每一所述像素的所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光量相關(guān)，從而在所述幀中對(duì)于所述成像器的不同部分提供不同的分辨率；和通過讀出所述幀中的所述多個(gè)單獨(dú)像素和所述像素的組所形成的圖像信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，其中，所述幀由多個(gè)行構(gòu)成，每一所述行包括多個(gè)單獨(dú)像素、集結(jié)在一起的像素的組，或既包括多個(gè)單獨(dú)像素也包括集結(jié)在一起的所述像素的組，并且一次一行地讀出所述幀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，其中，每一所述像素的所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中像素的光的平均量相關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，還包括處理器，其中，所述處理器控制把所述像素的哪些集結(jié)在一起以形成所述像素的組。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，其中，與具有較低分辨率的所述幀的那些區(qū)域相比，具有較高分辨率的所述幀的那些區(qū)域接收較強(qiáng)的照射。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述圖像信號(hào)代表圖像，并且根據(jù)所述圖像的特性來選擇所述成像器的不同部分的分辨率。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，其中，在所述集成期間之前，完成把所述幀中一個(gè)或多個(gè)所述像素的組集結(jié)在一起的操作。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可變分辨率成像器，其中，把所述圖像信號(hào)的反饋用于確定所述幀中的所述成像器的不同部分的分辨率。
26.一種可變分辨率成像器，包括多個(gè)像素，其中，每一所述像素提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在集成期間照射所述像素的光量相關(guān)；所述多個(gè)像素的某些或全部像素的一個(gè)幀；所述幀中的所述像素的組，被集結(jié)在一起以便所述幀包括集結(jié)在一起的所述像素的所述組，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光量相關(guān)，并且根據(jù)集結(jié)在一起成為每一組的像素的個(gè)數(shù)來確定所述成像器的分辨率；和通過讀出所述幀中的所述多個(gè)單獨(dú)像素和所述像素的組所形成的圖像信號(hào)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，所述幀由多個(gè)行構(gòu)成，每一所述行包括集結(jié)在一起的所述像素的所述組，并且一次一行地讀出所述幀。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，所述像素的每一所述組提供一個(gè)輸出信號(hào)，這一輸出信號(hào)與在所述集成期間照射該像素組中的像素的光的平均量相關(guān)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，還包括處理器，其中，所述處理器控制把所述像素的哪一些集結(jié)在一起，以形成所述像素的所述組，并從而可控制所述成像器的分辨率。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，在所述成像器的操作期間，由操作員控制所述成像器的分辨率。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，每一所述像素的所述組中的像素的數(shù)量是相同的。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，在所述集成期間之前，完成把所述幀中的所述第二數(shù)量的像素的組集結(jié)在一起的操作。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的可變分辨率成像器，其中，把所述圖像信號(hào)的反饋用于確定所述成像器的分辨率。
34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述圖像信號(hào)代表圖像，并且根據(jù)所述圖像的特性來選擇集結(jié)在一起的像素的所述組的尺寸。
全文摘要
描述了一種可變分辨率成像器以及形成從可變分辨率成像器輸出的輸出信號(hào)的方法。提供了一種具有多個(gè)像素的成像器。通過把這種成像器的各部分中所選擇的像素組集結(jié)在一起，從而形成可變分辨率的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)可變分辨率成像器。集結(jié)在一起的像素的數(shù)目越大，成像器的該部分的分辨率就越低。通過對(duì)到成像器的信號(hào)編程來對(duì)像素的集結(jié)進(jìn)行控制，以便可在一個(gè)幀內(nèi)或在多個(gè)幀之間改變分辨率。可由計(jì)算機(jī)處理器或操作員對(duì)分辨率加以控制。可以把成像器輸出的反饋用于確定成像器的各個(gè)部分的分辨率。
文檔編號(hào)H01L27/148GK1578389SQ200410069840
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月14日
發(fā)明者納撒尼爾·麥卡弗里 申請(qǐng)人:戴洛格半導(dǎo)體公司