專(zhuān)利名稱(chēng)：具有可變分辨率和高速輸出的圖像傳感器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了應(yīng)用于光柵輸入掃描儀的圖像傳感器陣列。本發(fā)明尤其涉及了感光芯片，其中每個(gè)光傳感器具有獨(dú)立的轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
圖像傳感器陣列典型地包括一個(gè)光傳感器線性陣列，其中該陣列對(duì)帶有文擋的圖像進(jìn)行光柵掃描并把由每個(gè)光傳感器所觀察到的顯微圖像區(qū)變換為圖像信號(hào)載荷。經(jīng)過(guò)一個(gè)積分階段，所述的圖像信號(hào)載荷被放大，并作為一種模擬視頻信號(hào)通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)的多路晶體管傳輸給一個(gè)公共輸出線或總線。用于這樣一種圖像傳感器陣列的一種基本的電路在美國(guó)專(zhuān)利US 5,081,536中給出，參見(jiàn)上文。
對(duì)于高性能圖像傳感器陣列，一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)包括寬度相當(dāng)于被掃描頁(yè)寬度的光傳感器陣列，使得一般在不使用還原光學(xué)元件的情況下允許一對(duì)一的成像。然而為了提供這樣一種“全寬度”的陣列，必須使用相對(duì)大的硅構(gòu)造來(lái)容納大量的光傳感器。用于產(chǎn)生這樣一個(gè)大陣列的一種優(yōu)選技術(shù)是用多個(gè)鄰接的硅芯片來(lái)構(gòu)成所述的陣列。在一個(gè)推薦的設(shè)計(jì)中，一個(gè)陣列將用20個(gè)硅芯片邊挨邊地鄰接構(gòu)成，每個(gè)芯片具有248個(gè)有效的光傳感器，以每英寸400個(gè)光傳感器的密度放置。
盡管當(dāng)前所使用的多數(shù)掃描系統(tǒng)幾乎都是數(shù)字系統(tǒng)，但是在掃描過(guò)程中來(lái)自光傳感器的“原始信號(hào)”是一種模擬視頻信號(hào)，其電壓幅度對(duì)應(yīng)于在給定時(shí)間投射到光傳感器的光的強(qiáng)度。所以，當(dāng)信號(hào)從一個(gè)芯片上的光傳感器被讀出以變換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，不同的視頻電平作為一系列模擬電平而被輸出；該電平均對(duì)應(yīng)于由一個(gè)特定光傳感器在一個(gè)特定時(shí)刻所掃描的反射區(qū)域的亮度。
每個(gè)芯片的輸出速度將依賴(lài)于輸出通道的電壓響應(yīng)。一個(gè)芯片輸出一連串的電平，其中每個(gè)電平對(duì)應(yīng)于所述原始圖像中的一個(gè)像素。包括所述原始圖像中的每個(gè)像素，所述的電平必須從表示前一像素的光的信號(hào)變?yōu)楸硎粳F(xiàn)在的像素中光的信號(hào)。由于視頻輸出芯片的模擬特性，從一個(gè)電平(對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素)到下一電平的電壓輸出序列是一組漸進(jìn)曲線。當(dāng)多個(gè)光傳感器的輸出被串行讀出，必須在每個(gè)光傳感器讀動(dòng)作之間允許有一定的時(shí)間，以允許讀動(dòng)作穩(wěn)定于對(duì)應(yīng)于投射到該光傳感器上的光的信號(hào)值。在一個(gè)用于讀出視頻信號(hào)的典型的實(shí)際系統(tǒng)中，用于實(shí)時(shí)掃描的該讀出時(shí)間約為每個(gè)光傳感器50毫微秒。包括每個(gè)像素信號(hào)，最重要的是所述的模擬電壓曲線何處“結(jié)束”，也即，所述電壓信號(hào)的最后值就是代表在該光傳感器上的真實(shí)光強(qiáng)度的值。當(dāng)一組模擬視頻信號(hào)隨時(shí)間輸出，所述的“穩(wěn)定時(shí)間”就是所述的電平開(kāi)始從前一像素的電平變化到現(xiàn)在的像素的電平時(shí)的每個(gè)像素的輸出部分。與一個(gè)芯片有關(guān)的所述穩(wěn)定時(shí)間直接影響了該芯片的讀出速度。
具有一個(gè)光傳感器陣列的光傳感器設(shè)備的所期望的特性是能夠提供多種可選擇的成像分辨率。比如，如果一個(gè)芯片包含每英寸600個(gè)的一組光傳感器，那么可能希望控制該芯片使得每對(duì)相鄰的光傳感器有效作為一個(gè)光傳感器運(yùn)行，如此使得該設(shè)備的有效空間分辨率為每英寸300點(diǎn)。較低的空間分辨率導(dǎo)致較小的圖像文件大小(這在諸如存檔、或者識(shí)別圖案或者字符等掃描環(huán)境中是所期望的)并能夠容易實(shí)現(xiàn)較高的讀出速率。本說(shuō)明涉及了能夠運(yùn)行于多種分辨率的一種光感成像設(shè)備。
美國(guó)專(zhuān)利5,493,335公開(kāi)了一種具有可變分辨率特性的數(shù)碼相機(jī)。在圖像傳感器下游的緩存器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行干擾操作以實(shí)現(xiàn)一種低分辨率模式。
美國(guó)專(zhuān)利5,638,121結(jié)合上述的對(duì)比文獻(xiàn)講授了為線性陣列中的奇偶光傳感器使用單獨(dú)的輸出線。單獨(dú)的輸出線的使用當(dāng)記錄一幅圖像時(shí)為每個(gè)像素信號(hào)提供了一個(gè)較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。
美國(guó)專(zhuān)利6,169,576公開(kāi)了一種具有可控分辨率的CCD裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種成像設(shè)備，其中該設(shè)備包括多組光傳感器。一個(gè)第一輸出線從一個(gè)第一光傳感器子組接收信號(hào)，一個(gè)第二輸出線從一個(gè)第二光傳感器子組接收信號(hào)。與每個(gè)光傳感器組相連的連接裝置象一個(gè)光傳感器那樣有選擇地操作光傳感器組。
本發(fā)明提供了操作一種成像設(shè)備的一種方法，其中該設(shè)備包括多組光傳感器、一個(gè)第一輸出線、和一個(gè)第二輸出線。在一個(gè)第一模式中，信號(hào)從一個(gè)第一光傳感器子組被傳輸?shù)剿龅谝惠敵鼍€，并且從一個(gè)第二光傳感器子組被傳輸?shù)剿龅诙敵鼍€。在一個(gè)第二模式中，對(duì)于多個(gè)光傳感器組中的每一個(gè)，信號(hào)從該組中的一個(gè)第一光傳感器被傳輸?shù)剿龅谝惠敵鼍€，并且從該組中的一個(gè)第二光傳感器被傳輸?shù)剿龅诙敵鼍€。


附圖1示出了在一個(gè)芯片上的光傳感器陣列的簡(jiǎn)化圖。
附圖2示出了諸如在附圖1中所示的芯片上所具有的一些光傳感器組10的部分平面圖。
附圖3和4示出了關(guān)于輸入到附圖2中所示相關(guān)放大器的時(shí)鐘次序。
附圖5示出了用于操作如附圖2中所示的任意四個(gè)放大器的移位寄存器的一種實(shí)施例。
附圖6和7示出了當(dāng)附圖5的設(shè)備分別運(yùn)行于高分辨率和低分辨率時(shí)至附圖2的放大器的有效輸出的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
附圖1示出了芯片上一個(gè)光傳感器陣列的簡(jiǎn)化圖。這樣一個(gè)或者多個(gè)芯片100將應(yīng)用于比如用于記錄硬拷貝圖像的一個(gè)設(shè)備中，諸如用于一個(gè)數(shù)字復(fù)印機(jī)或傳真機(jī)中。在這樣一個(gè)設(shè)備中，包含要被記錄的圖像的一頁(yè)相對(duì)于所述的芯片移動(dòng)，并且該芯片上的所述光傳感器隨時(shí)間“看到”該頁(yè)上的一系列小區(qū)域，并為每個(gè)小區(qū)域輸出圖像信號(hào)。該圖像信號(hào)被處理和存儲(chǔ)以獲得描述整個(gè)被記錄圖像的圖像數(shù)據(jù)。
實(shí)質(zhì)上，所述的芯片100包括一個(gè)光傳感器線性陣列；在這種特殊的實(shí)施方案中(這將在下文中詳細(xì)描述)，所述的芯片100包括一個(gè)光傳感器組10的一個(gè)線性陣列。在該實(shí)施方案中，每個(gè)光傳感器組10包括多個(gè)光傳感器。根據(jù)特定選擇的運(yùn)行模式，每個(gè)光傳感器組10可以有效地作為一個(gè)單獨(dú)的、相對(duì)大的光傳感器運(yùn)行于一個(gè)低分辨率模式；或者也可以使每個(gè)組10中的多個(gè)光傳感器對(duì)光進(jìn)行記錄并獨(dú)立輸出信號(hào)，而提供一種高分辨率掃描。所述的芯片100可能還包括任意數(shù)量的觸點(diǎn)102，這樣該芯片就可以連接所期望的任意附屬電路。
附圖2示出了諸如在附圖1中所示的芯片上所具有的一些光傳感器組10的部分平面圖。在該實(shí)施方案中，每個(gè)組10包括一個(gè)2×2的光傳感器陣列，這些光傳感器在每個(gè)組中被標(biāo)記為12a、12b、12c和12d。下面將要進(jìn)行描述，在每個(gè)組10中光傳感器12a、12b可以獨(dú)立運(yùn)行，如此使得沿所述線性陣列的方向(沿附圖2的水平方向)可以提供一個(gè)高的空間分辨率。然而該系統(tǒng)也可以運(yùn)行于一個(gè)低分辨率掃描模式中，如此使得在每個(gè)組10中的每個(gè)光傳感器12a、12b、12c和12d在“看”被記錄的圖像中一個(gè)小區(qū)域的掃描期間通過(guò)在每個(gè)組10中的連接晶體管而被連接在一起，從而實(shí)際構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的大光傳感器。如果使光傳感器12a、12b運(yùn)行于一個(gè)高分辨率模式可以提供一個(gè)600spi(點(diǎn)/每英寸)的空間分辨率，那么使每個(gè)組10中的所有光傳感器12a、12b、12c和12d作為一個(gè)光傳感器運(yùn)行就提供了一個(gè)300spi的空間分辨率。在該實(shí)施方案中，當(dāng)光傳感器12a、12b正在獨(dú)立運(yùn)行于高分辨率模式中時(shí)，在每個(gè)組10中的光傳感器12c和12d簡(jiǎn)單地不被使用。
至附圖2中的所述光傳感器12a、12b、12c和12d的其他輸入包括一個(gè)外部電壓VOV和“線讀出”信號(hào)ΦLR及其互補(bǔ)信號(hào)ΦLR，其中所述的外部電壓VOV典型地是約1伏的恒定值。VOV和ΦLR*可以連接到一根單線上。根據(jù)ΦLR及其互補(bǔ)信號(hào)ΦLR*的相對(duì)值，該設(shè)備可以運(yùn)行于一個(gè)“低分辨率模式”或者一個(gè)“高分辨率模式”，其中在“低分辨率模式”中在組10中的所有光傳感器實(shí)際用作一個(gè)光傳感器，而在“高分辨率模式”中在一個(gè)組中的每個(gè)光傳感器12a、12b獨(dú)立地作用。
在附圖2中還可以看出，來(lái)自光傳感器的信號(hào)輸出被加載到被標(biāo)為Vido(視頻奇)和Vide(視頻偶)的兩根視頻輸出線上。所述的信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)一系列可選擇調(diào)節(jié)的放大器PIX1、PIX2、PIX3、PIX4等中的一個(gè)，其中每個(gè)放大器在被激活時(shí)使一個(gè)信號(hào)通過(guò)。
在該實(shí)施方案中，在高分辨率模式下，沿所述線性陣列的方向每隔一個(gè)光傳感器(比如12a)發(fā)送信號(hào)至所述Vido線，而沿所述線性陣列的光傳感器12b發(fā)送電荷至所述的Vide線。附圖3示出了關(guān)于所連接放大器的輸入ΦPIX1、ΦPIX2、ΦPIX3、和ΦPIX4的一個(gè)時(shí)鐘序列，其中當(dāng)每個(gè)組10中的光傳感器12a發(fā)送信號(hào)至線Vido并且光傳感器12b發(fā)送信號(hào)至線Vide時(shí)，所述的放大器允許這種奇-偶輸出。這樣，附圖2中所示的配置允許有效地從交織或交替的光傳感器子組中輸出兩個(gè)信號(hào)“序列”。
這兩個(gè)信號(hào)“序列”可以在下游被多路復(fù)用以構(gòu)成可以更直接利用的視頻信號(hào)。希望這樣一種雙線輸出配置的原因在上文所參照的專(zhuān)利5,638,121中進(jìn)行了解釋?zhuān)渲性搶?zhuān)利還講授了實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，所述的雙線、奇-偶輸出系統(tǒng)允許一個(gè)較快的總輸出，其原因在于來(lái)自一個(gè)光傳感器的每個(gè)輸出信號(hào)必須“穩(wěn)定”到一個(gè)最終值，其中該最終值與所接收的光能量的實(shí)際量有關(guān)；所述的兩線系統(tǒng)允許相鄰的奇偶光傳感器的穩(wěn)定時(shí)間隨著所述視頻信號(hào)的輸出而在時(shí)間上部分地重疊。
另外，根據(jù)本實(shí)施方案，當(dāng)在每一組10中所有的光傳感器12a、12b、12c和12d有效作為一個(gè)單獨(dú)的光傳感器運(yùn)行時(shí)，在所述的設(shè)備也處于低分辨率模式的情況下，所述的兩線、奇偶讀出配置也仍然適用。附圖4示出了在低分辨率模式下允許這種奇偶讀出的一種時(shí)鐘序列，這與控制從奇偶組10輸出的信號(hào)的放大器有關(guān)在附圖4中，可以看出放大器PIX2和PIX3運(yùn)行而放大器PIX1和PIX2不運(yùn)行(同樣，在附圖2中靠近右邊的諸如PIX6和PIX7的放大器將運(yùn)行，而PIX5和PIX8不運(yùn)行)。對(duì)比附圖4和附圖2，可以看出，通過(guò)放大器PIX2(以及所有被激活的偶數(shù)傳感器)的信號(hào)從所連接的光傳感器組10發(fā)送到線Vide，通過(guò)放大器PIX3(以及所有被激活的奇數(shù)傳感器)的信號(hào)從所連接的光傳感器組10發(fā)送到線Vido。因此，當(dāng)光傳感器組10在一個(gè)低分辨率運(yùn)行中作為單獨(dú)的光傳感器運(yùn)行時(shí)，仍然適用所述的兩序列、奇-偶輸出。通過(guò)這種配置，所述實(shí)施方案在低分辨率和高分辨率模式中都保持了所述的雙線、奇-偶輸出。
附圖5示出了一般被標(biāo)識(shí)為20的、用于操作諸如附圖2中所示的PIX1、PIX2、PIX3、和PIX4的任意四個(gè)放大器的一種移位寄存器的一個(gè)實(shí)施方案?？梢钥闯?，附圖5中的所述移位寄存器的輸出是附圖2中所述放大器的操作信號(hào)；基本上，對(duì)應(yīng)于與一個(gè)光傳感器12a、12b連接的每個(gè)放大器，有一個(gè)觸發(fā)器22形式的移位寄存器級(jí)。至該移位寄存器的其他連接是輸入和輸出連接SRIN和SROUT，和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)ΦS，以及上文所述的線讀出信號(hào)ΦLR和ΦLR*。附圖6和7示出了當(dāng)期望所述設(shè)備分別運(yùn)行于高分辨率和低分辨率模式時(shí)至所述的像素放大器的有效輸出的時(shí)間圖。在附圖6中，當(dāng)ΦLR＝0和ΦLR＝1時(shí)，可以看出，該組中所有的像素放大器在該周期內(nèi)同時(shí)被激活，實(shí)現(xiàn)所述的高分辨率模式。在附圖7中，當(dāng)ΦLR＝1和ΦLR*＝0時(shí)，只有PIX2和PIX3被激活以實(shí)施所述低分辨率運(yùn)行，而PIX1和PIX4實(shí)際上不被使用。在所述低分辨率模式中，只需要一個(gè)移位寄存器級(jí)來(lái)操作每個(gè)整個(gè)的組10。
盡管所示實(shí)施方案示出了分別用于沿線性陣列的“奇”和“偶”(也即交織的)光傳感器或光傳感器組的所述兩個(gè)輸出線，本發(fā)明學(xué)說(shuō)可以應(yīng)用于比如有四個(gè)均勻分布的光傳感器子組或光傳感器組輸出到四個(gè)輸出線上以獲得更高速輸出的構(gòu)造。另外，所述的兩個(gè)輸出線也可以用于其他類(lèi)型的光傳感器子組或光傳感器組，比如對(duì)應(yīng)于沿著一個(gè)線性陣列的不同部分、不同的線性陣列、對(duì)不同基色敏感的子組等。而且，盡管上述的學(xué)說(shuō)參照的是用于硬拷貝掃描的一個(gè)線性陣列，但是該基本學(xué)說(shuō)可以應(yīng)用于比如用于數(shù)碼相機(jī)中的二維光傳感器陣列。
原始提供的并且可能被改進(jìn)的權(quán)利要求包含了本文所公開(kāi)的所述實(shí)施方案和學(xué)說(shuō)的變形、替換、修改、改進(jìn)、等同和實(shí)質(zhì)等同，還包括那些目前未預(yù)見(jiàn)到的和未評(píng)價(jià)的，以及比如可能來(lái)自于申請(qǐng)人/專(zhuān)利權(quán)人的，等。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，包括多個(gè)光傳感器組；用于從光傳感器組的一個(gè)第一子組接收信號(hào)的一個(gè)第一輸出線；用于從光傳感器組的一個(gè)第二子組接收信號(hào)的一個(gè)第二輸出線；連接裝置，該裝置連接每個(gè)光傳感器組，用于有選擇地把所述的光傳感器組有效作為一個(gè)光傳感器來(lái)操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述的光傳感器組的第一子組實(shí)質(zhì)上沿一個(gè)線性陣列均勻地分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述的光傳感器組的第一子組實(shí)質(zhì)上與所述的光傳感器組的第二子組沿所述線性陣列相互交織。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個(gè)光傳感器組包括至少兩個(gè)沿線性陣列的方向分布的光傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述連接裝置包括至少一個(gè)插入到所述光傳感器組的兩個(gè)光傳感器之間的開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括高分辨率裝置，該裝置用于有選擇地把來(lái)自每個(gè)組中的一個(gè)第一光傳感器的信號(hào)傳輸給所述第一輸出線，并且把來(lái)自每個(gè)組中的一個(gè)第二光傳感器的信號(hào)傳輸給所述第二輸出線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述的高分辨率裝置包括具有多個(gè)級(jí)的一個(gè)移位寄存器，在一個(gè)組內(nèi)至少兩個(gè)光傳感器的每一個(gè)都連接了一個(gè)移位寄存器級(jí)。
8.用于操作一種成像設(shè)備的一種方法，其中所述的設(shè)備包括多個(gè)光傳感器組、一個(gè)第一輸出線、和一個(gè)第二輸出線，該方法包含的步驟為在一個(gè)第一模式中，把來(lái)自一個(gè)光傳感器組第一子組的信號(hào)傳輸給所述的第一輸出線，并且把來(lái)自一個(gè)光傳感器組第二子組的信號(hào)傳輸給所述的第二輸出線；并且在一個(gè)第二模式中，對(duì)于多個(gè)光傳感器組中的每一個(gè)，把來(lái)自該組中的一個(gè)第一光傳感器的信號(hào)傳輸給所述的第一輸出線，并且把來(lái)自該組中的一個(gè)第二光傳感器的信號(hào)傳輸給所述的第二輸出線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的第一模式對(duì)應(yīng)于一個(gè)低分辨率運(yùn)行，所述的第二模式對(duì)應(yīng)于一個(gè)高分辨率運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述第一模式中，有效地連接所述組中的至少兩個(gè)光傳感器以構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的光傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的光傳感器組第一子組實(shí)質(zhì)上沿一個(gè)線性陣列均勻分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的光傳感器組第一子組實(shí)質(zhì)上與所述的光傳感器組第二子組沿所述的線性陣列相互交織。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述的設(shè)備包括具有多個(gè)級(jí)的一個(gè)移位寄存器，并且在一個(gè)組中至少兩個(gè)光傳感器的每一個(gè)都連接了一個(gè)移位寄存器級(jí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述第一模式中，控制所述的移位寄存器，使得對(duì)于多個(gè)光傳感器組，只有一個(gè)移位寄存器級(jí)有效地操作所述的組。
全文摘要
一種感光成像設(shè)備，具有光傳感器組的一個(gè)線性陣列。在一個(gè)低分辨率掃描模式中，在每個(gè)組中所有的光傳感器一起等效于一個(gè)大的光傳感器。在一個(gè)高分辨率模式中，在一個(gè)組中每個(gè)光傳感器用于單獨(dú)地輸出基于圖像的信號(hào)。在兩種模式中，由所述光傳感器輸出的信號(hào)比如為了“奇”和“偶”布置的光傳感器或光傳感器組而被傳輸?shù)絻蓚€(gè)輸出線中的一個(gè)上。在這兩根線上的所述信號(hào)則可以多路復(fù)用到一個(gè)單獨(dú)的輸出線。所述的雙輸出線允許在兩種分辨率模式中快速輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/372GK1645895SQ20051000429
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者P·A·霍西爾, S·L·特溫克爾, R·L·特里普萊特, J·C·坦登 申請(qǐng)人:施樂(lè)公司