(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
出力を有する光学センサであって、前記光学センサの各領域上に投影される光に応答して生成される画素信号を提供する光学センサ；および
前記画素信号を受信するように結合される入力と、撮像信号を提供する出力と、制御データを受信するように結合される制御入力とを有して、前記画素信号が前記光学センサの異なる領域内で生成されるときに前記画素信号を異なる利得に増幅して前記光学センサの異なる領域上に投影される光に対する応答の差を補償する増幅器；
を備え、前記光学センサは、各領域における光強度に関して実質的に等しい前記画素信号を生成することを確実にするのに充分な小さな複数の領域へと分割されている、撮像装置。
【請求項２】
撮像装置における画像捕捉方法であって、前記撮像装置は出力を有する光学センサ及び増幅器を備え、前記光学センサは前記光学センサの各領域上に投影される光に応答して生成される画素信号を提供し、前記増幅器は前記画素信号を受信するように結合される入力と、撮像信号を提供する出力と、制御データを受信するように結合される制御入力とを有し、
前記光学センサを、各領域における光強度に関して実質的に等しい前記画素信号を生成することを確実にするのに充分な小さな複数の領域へと分割する段階と、
前記制御データに応答して前記増幅器を介して前記画素信号の利得を変化させ、前記光学センサの異なる領域上に投影される光に対する応答の差を補償する段階と
を備える画像捕捉方法。
【請求項３】
撮像装置における画像捕捉方法であって、前記撮像装置は出力を有する光学センサ及び増幅器を備え、前記光学センサは前記光学センサの各領域上に投影される光に応答して生成される画素信号を提供し、前記増幅器は前記画素信号を受信するように結合される入力と、撮像信号を提供する出力と、制御データを受信するように結合される制御入力とを有し：
前記光学センサを、各領域における光強度に関して実質的に等しい前記画素信号を生成することを確実にするのに充分な小さな複数の領域であって、第１および第２領域を含む前記複数の領域へと分割する段階；
前記光学センサの前記第１および第２領域上に投影される光を検知し、第１および第２画素信号を生成する段階；
第１制御データで前記増幅器の利得を設定し、前記第１画素信号を増幅する段階；および
前記増幅器の前記利得を第２制御データで変化させ、前記第２画素信号を増幅し、前記光学センサの前記第１および第２領域の前記光に対する応答を等しくする段階；
を備える画像捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に半導体に関し、さらに詳しくは、集積撮像回路に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
スキャナおよびデジタル・カメラなどの高解像度撮像システムは、物体からの光をレンズを通して光学センサ上に投影することにより画像を捕捉する。電荷結合素子，フォトダイオードまたはフォトトランジスタなどの光能動検知素子のアレイを伴って構築される半導体ダイ上にセンサを作成することによって、低い製造コストと低電力動作とが達成される。光能動素子は、撮像回路を通じて処理される比例画素信号を生成して、可視撮像データを作成することによって、物体から投影される光に応答する。
【０００３】
多くの撮像システムにおいては、センサの異なる領域は、画像から投影される光に異なる応答を有する。すなわち、センサの異なる領域内の光能動素子は光強度が同じ場合にも異なる振幅の画素信号を生成する。このような不均一性は、ダイにおける半導体プロセスの変動，集束レンズの収差またはセンサの熱勾配によって起こりうる。その結果、表示される画像の部分に好ましくない影が現れる。
【０００４】
よって、光学センサの異なる領域間の光に対する異なる応答を補償することのできる改善された撮像システムが必要である。
【０００５】
【実施例】
図面においては同一の参照番号を有する要素は同様の機能を有する。
【０００６】
図１は、画像捕捉装置２０，コンピュータ２１および表示装置２２を備える、スキャナ１０または同様の画像捕捉システムの部分分解等角図を示す。スキャナ１０は画像１２を捕捉して、下記に説明するように、表示装置２２により表示するために認知可能な形式のデジタル・データに変換する。
【０００７】
パッケージ２４は、撮像集積回路２６を内蔵して、画像１２から反射される光を透過するための透明部分３０を備える蓋２８を有する。光は集積回路２６の領域内に形成される光学センサ３２上に投影される。光学センサ３２は画素センサとして機能する光検出器とされる光能動半導体素子のアレイとして形成される。
【０００８】
透明部分３０は光学センサ３２が配置される焦点面内に光を集束するための集束レンズとして働く。あるいは、画像１２とセンサ３２との間に置かれる外部レンズ（図示せず）により集束が行われる。透明部分３０を通りセンサ３２の光検出器上に投影される光が、光強度に比例するアナログ画素信号を生成する。多くのシステムにおいては、透明部分３０および／または外部レンズの欠陥によって、センサ３２を透過する光の強度が不均一になる。システムによっては、光強度が同じ場合にも、集積回路２６の熱勾配またはプロセスの変動のためにセンサ３２の異なる領域５２内で不均一な画素信号が生成されることがある。このような光検出器の不均衡な応答によって、表示画像の部分に好ましくない影ができる。
【０００９】
この問題を補償するために、センサ３２が局所領域５２に分割され、この領域内では異なる光検出器に等しい光強度が投影されると、実質的に振幅の等しい画素信号が生成される。領域５２の実際の寸法は、センサ３２の光に対する応答の変動により決まる。変動が大きいとセンサ３２はより小さな領域５２に分割されて、領域５２内の光検出器が実質的に等しい光応答を行うようにする。異なる領域５２内で光検出器により生成される画素信号の振幅差は、信号処理回路３４により補償されて影を削減または排除する。センサ３２の光に対する応答は、スキャナ１０のレンズ品質，熱勾配などに依存する。
【００１０】
図１の実施例においては、スキャナ１０はモノクロマティック、すなわち黒と白を検知し、センサ３２は４３個の領域５２内に配置される１行２，７５２個の光検出器で構築される。よって、各領域５２には６４個の光検出器とそれに関連する選択回路構成とが含まれる。デジタル・カメラで用いられる場合は、センサ３２は１行ではなく行／列マトリクスの光検出器として構築されることが多い。
【００１１】
センサ３２については多くの他の構造が可能であることに留意されたい。たとえば、スキャナ１０をカラー画像を捕捉するように構築する場合は、画像とセンサ３２との間にカラー・フィルタを配置して、各光検出器が特定の色の光に応答するようにする。RGBシステムにおいては、センサ３２には赤色光に応答する１行の素子と、青色光に応答する別の行と緑色光に応答する第３の行とが含まれる。領域への分割は、これらの行内または行間で起こり、異なる色に応答する光検出器が同じ領域内に合成されようとされまいと、本発明の利点を得ることができる。所望の場合は、各光能動素子をそれ自身の領域５２に配置して、処理回路３４がセンサ３２の任意の光検出器間の感度差を補償するようにすることができる。
【００１２】
特定のレンズ設計，照明システムまたはプロセスの変動がダイ全体に予測可能な、あるいは体系的な影を有することが多いので、センサ３２を領域５２に分割することは、スキャナ１０がその現像段階において特徴化される場合に行われることが多い。あるいは、スキャナ１０に較正回路構成を構築して、ユーザが必要に応じて領域の数を調整できるようにすることができる。
【００１３】
信号処理回路３４はノード４５上にユーザが選択する開始および終了アドレスをコンピュータ２１から受信し、走査境界を決める。これらのアドレスは、導体３５，３６上にアドレス・データを生成するために用いられ、その画素信号がバス３８上に送られる光検出器を選択する。回路３４は画素信号を処理して、パッケージ２４のワイヤ・ボンド３７およびリード線３９にデジタル撮像信号を生成する。代替の用途では、複数のリード線上に平行画像データが提供され、バス上をコンピュータ２１に転送される。
【００１４】
コンピュータ２１は、開始および終了走査アドレスを生成し、回路３４に制御データを提供するようプログラミングされるデジタル信号処理装置である。センサ３２の各領域５２は制御データの対応値を有し、これを用いて、下記に説明するように光検出器の感度差を補償する。コンピュータ２１は回路３４からデジタル画像データも受信して、出力装置２２上にフォーマットし確認する。出力装置２２はモニタとして図示されるが、プリンタや、ディスク・ドライブなどの記憶装置などの別の種類の装置でもよい。
【００１５】
図２は、光学センサ３２および処理回路３４を含む集積回路２６の概略図である。センサ３２により生成される画素信号がバス３８上に並列に提供される。画素信号が選択され、２段階多重化回路によりノード６５上でシリアル・ストリームに変換される。第１多重段にはセンサ３２の４３個の領域５２のうち１つの領域を選択するマルチプレクサ６２が含まれる。選択は、画素アドレス発生器６６から６ビット・バス３６上に送られるアドレス・データによって制御される。ここで、マルチプレクサ６２はバス３８に結合される２，７５２個の入力と６４ビット・バス７１に結合される６４個の出力とを有し、選択される領域内に６４個の画素信号を提供する。マルチプレクサ６２は、伝送ゲートなどのアナログ切換装置の解読マトリクスとして実現され、１／４３アナログ・マルチプレクサとして動作する。
【００１６】
第２多重段は、マルチプレクサ６２によって選択される領域５２内の画素信号から選択する１／６４アナログ・マルチプレクサを含む。マルチプレクサ６３の入力はバス７１に結合されて画素信号を受信し、選択された画素信号がノード６５上に提供される。マルチプレクサ６３は、マルチプレクサ６２のマトリクスと同様のアナログ切換装置のマトリクスを備える。領域５２内の画素信号は、画素アドレス発生器６６からの６ビット・バス３５上に提供されるアドレス・データで選択される。
【００１７】
画素アドレス発生器６６は、ノード４５上にコンピュータ２１から開始および終了アドレスを受信し、走査の境界を設定する。画素アドレス発生器６６は、システム・クロックSYSCLKと共に増分され、バス３５，３６上に一連のバイナリ画素アドレスを生成する１つ以上のプログラマブル・カウンタを備える。バイナリ画素アドレスはマルチプレクサ６２，６３に適応されて、画素信号のシリアル・ストリームをノード６５上に生成する。
【００１８】
相関二重サンプリング（CDS: correlated double sampling）回路６８がサンプル・ホールド検知増幅器として働き、システム・ノイズを排除しながら画素信号から投影光情報を引き出す。入力がノード６５に結合され、画素信号を検知して、ノード７０に結合される出力にアナログ検知信号のストリームを提供する。サンプル・ホールド関数は、システム・クロックSYSCLKから計時されて、画素信号の速度と同期する。相関二重サンプリングは、撮像回路において画素信号を検知するために用いられる標準的方法である。簡単に述べると、選択される画素信号は２つの部分を有する：すなわち振幅がゼロ光条件を表す基準（または暗）部分と、振幅が光検出器上に投影されて画素信号を生成する光強度を表す信号（または明）部分である。基準レベルはSYSCLKの１つの移行部においてCDS回路６８によりサンプリングされ、信号レベルは基準レベルを維持しつつ別のSYSCLK移行部でサンプリングされる。CDS回路６８は、信号レベルから基準レベルを減じて、その差を増幅してノード７０にアナログ検知信号を生成する。かくして、アナログ検知信号は対応する光検出器上に投影される光強度に関する情報を含む。
【００１９】
プログラマブル利得増幅器（PGA: programmable gain amplifier）７２は、その利得が、ノード７４において制御入力で受信されるデジタル制御データにより設定されるアナログ増幅器として働く。信号入力がノード７０に結合され、アナログ検知信号のストリームを受信し、ノード７８の出力が画像信号ストリームを提供する。PGA７２は、各アナログ検知信号を、その強度が制御データの適応値により設定される利得に増幅する。各領域５２は、スキャナ１０がその現像段階中に特徴化１０されると通常設定される制御データの対応値を有する。制御値を設定する代替の方法は、表示画像の部分とセンサ３２の領域５２との間の固有マッピングを利用することができる。たとえば、ユーザは、グラフィック・インタフェースを介して制御データを手動調整し、異なる領域５２の異なる光応答により生まれる影部分を補償しながら、白色画像を捕捉してそれを表示装置２２上に見ることができる。
【００２０】
メモリ回路７６は導体４３上にコンピュータ２１から転送される制御データを格納する。出力がノード７４に結合され、制御データをPGA７２に提供する。画素アドレスがメモリ回路７６に適応されて制御データを検索し、なおかつマルチプレクサ６２，６３に適応されて画素信号を選択するので、メモリ回路７６から制御データにアクセスするためにマルチプレクサ６２，６３を制御するのと同じ画素アドレスが用いられることに留意されたい。従って、アナログ検知回路がPGA７２を介して増幅されると、正確な制御データがノード７４上にメモリ回路７６から検索され、PGA７２の利得を動的に改変して、領域５２の光に対する異なる感度を補償する。実際には、「転送時（on the fly）」の利得を改変することで、センサ３２全体の不均一性を補償し、より高品質の表示画像を生成する。
【００２１】
ノード７８の撮像信号ストリームがアナログ−デジタル変換器（ADC）８０の入力に与えられ、ワイヤ・ボンド３９に結合される出力においてデジタル画像データに変換される。撮像信号ストリームはSYSCLKにより設定される速度で提供されることを想起されたい。撮像信号ストリームと同期するために、ADC８０はSYSCLKでクロックされ、撮像信号ストリームを受信されたままデジタル撮像データに変換する。
【００２２】
以上で、本発明が光学センサの不均一な応答を補償する回路および方法を提供することが理解頂けよう。この不均一性により、光学センサの異なる領域で生成される画素信号が特定の光強度に対して異なる振幅を有する。光学センサは、各領域の光検出器が特定の光強度に関して実質的に等しい画素信号を生成することを確実にする充分に小さな物理的領域に分割される。処理回路は、画素信号が生成される領域が変わるとその利得が調整されるプログラマブル利得増幅器により、異なる領域間の異なる応答を補償する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像捕捉システムの部分分解等角図である。
【図２】本発明による画素信号処理回路を示す。
【符号の説明】
１０  撮像システム
１２  画像
２０  画像捕捉装置
２１  コンピュータ
２２  表示装置（出力装置）
２４  パッケージ
２６  撮像集積回路
２８  蓋
３０  透明部分
３２  光学センサ
３４  処理回路
３５，３６，４３  導体
３７  ワイヤ・ボンド
３８  バス
３９  リード線
５２  光学センサ上の領域
【図１】
0004364348.tif 000002
【図２】
0004364348.tif 000003