DE102006014632B4

DE102006014632B4 - Bildabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE102006014632B4
Application number: DE102006014632.8A
Authority: DE
Inventors: Yohei Yukawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: US20060221414A1; FR2884094B1; CA2541466C; CA2541466A1; DE102006014632A1; FR2884094A1; US7643076B2; JP2006279718A; JP4561439B2

Abstract

Bildabtastvorrichtung (20, 20'), in der eine Bildabtastelementengruppe (21), die durch Anordnen von Bildabtastelementen (22) vom CMOS-Typ in einer Matrixform gebildet ist, in mehrere Bereiche (W11 bis WNM) aufgeteilt ist und von jedem der Bereiche (W11 bis WNM) ein Bildsignal (dw) ausgegeben wird, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Ladungsintegrationseinheiten (23), die jeweils in den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) vorgesehen sind, um Ladungen zu integrieren, die von den mehreren in dem betroffenen Bereich (W11 bis WNM) angeordneten Bildabtastelementen (22) ausgegeben werden, und um die so integrierten Ladungen als eine Vereinigungsladung abzugeben, wobei die Ladungsintegrationseinheiten (23) jeweils Vereinigungsladungen abgeben; eine Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (35, 36) zur Auswahl einer oder mehrerer der integrierten Ladungen, die von den Ladungsintegrationseinheiten (23) abgegeben werden, und zum Abgeben der einen oder mehreren der Vereinigungsladungen; eine Ladungssammeleinheit (24, EC) zum Sammeln und Kombinieren der einen oder mehreren der Vereinigungsladungen, die von der Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (35, 36) abgegeben werden, als einer Kompositladung; und eine Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC), um die in der Ladungssammeleinheit (24, EC) gesammelte Kompositladung in ein Bildsignal (Dw) umzuwandeln und um das so konvertierte Bildsignal (Dw) auszugeben; wobei die Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (36) zur Auswahl der integrierten Ladungen die eine oder mehrere der integrierten Ladungen, die von den mehreren ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet einer Bildabtastvorrichtung, die mit einer Gruppe von Bildabtastelementen ausgestattet ist, die durch Anordnen von Bildabtastelementen vom CMOS-Typ in einer Matrixform aufgebaut ist.
Die in der JP-A-2001-45383 auf Seite 2 bis 5, 1 bis 11, offenbarte ”IMAGE SCANNING DEVICE AND SELECTING CIRCUIT”, „Bildabtastvorrichtung und Auswahlschaltung”, ist als eine Bildabtastvorrichtung bekannt, die eine Gruppe von Bildabtastelementen aufweist, welche durch Anordnen von Bildabtastelementen in einer Matrixform aufgebaut ist. Dieser Typ von Bildabtastvorrichtung ist so konzipiert, dass Pixelabschnitte (Bildabtastelemente), die in einer Matrixform angeordnet sind, um eine Gruppe von Bildabtastelementen zu bilden, sequentiell von einem horizontalen Schieberegisterabschnitt abgetastet bzw. gescannt werden, um die Bildabtastelemente für jede Spalte auszuwählen, und von einem vertikalen Schieberegisterabschnitt, um die Bildabtastelemente für jede Zeile auszuwählen, um dadurch ein Pixelsignal von jedem Pixelabschnitt auszulesen. Um Probleme wie eine Vergrößerung der Baugröße der peripheren Schaltungen und eine Verlängerung der Abtastzeit in Verbindung mit der Erhöhung der Anzahl der Bildabtastelemente, d. h. der Anzahl von Pixeln, zu lösen, wird eine Bildabtastvorrichtung vorgeschlagen, welche einen Aufbau aufweist, in welchem der Sensorabschnitt in mehrere Auswahlblöcke unterteilt ist und das Abtasten für jeden Auswahlblock durchgeführt wird.
Zudem ist weiterhin eine Bildabtastvorrichtung bekannt, die einen CMOS-Typ als eine Bildabtastvorrichtung (einen CMOS-Bildsensor) verwendet, und beispielsweise ist eine in der JP-A-11-196332 (Seiten 2–6, 1 bis 9) offenbarte ”SOLID-STATE IMAGE SCANNING DEVICE”, „Festkörperbildabtastvorrichtung” bekannt.
Diese Bildabtastvorrichtung hat jedoch Probleme bei der Einlesegeschwindigkeit der Pixelsignale, beim Stromverbrauch, usw., und daher wurde ein Mechanismus zum Auslesen eines notwenigen Bereichs von Pixelsignalen auf Basis von Blöcken vorgeschlagen, um die vorstehenden Probleme zu lösen.
In Übereinstimmung mit den in den vorstehend genannten Dokumenten offenbarten Techniken werden mehrere Bildabtastelemente in jedem vorab bestimmten Bereich in Blöcke zusammengefasst, und ein Abtasten oder ein Überspringen des Lesens wird für jeden Block durchgeführt, wodurch ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit bei einer Verringerung der Auflösung erreicht wird.
In Übereinstimmung mit der in der JP-A-2001-45383 offenbarten ”BILDABTASTVORRICHTUNG UND AUSWAHLSCHALTUNG” können jedoch die Pixelabschnitte auf der Basis eines Auswahlblocks abgetastet werden (JP-A-2001-45383, 2, 3), die Pixelsignale in jedem Auswahlblock werden jedoch sukzessive ausgelesen und nach außen abgegeben (JP-A-2001-45383, 4). Um diese Pixelsignale zu verarbeiten, ist es daher notwendig, dass sie nach einer A/D-Umwandlung vorübergehend in einer Speichervorrichtung oder etwas Ähnlichem gespeichert werden, und dann werden die Ausgabewerte aller Pixel summiert und verarbeitet, um diese Pixelsignale zu verarbeiten. Daher ist nicht nur die Signalverarbeitung umständlich, sondern auch die vorstehend beschriebene Speichervorrichtung und die zugehörige Schaltung derselben sind unerlässlich. In der JP-A-2001-45383 wird ein DRAM-Speicher als eine Zwischenspeichereinheit verwendet, um eine Bildverarbeitung durchzuführen, und Daten, die in diesem Speicher gespeichert sind, werden durch eine MPU (multi purpose unit, Mehrzweckeinheit) oder Kamera-DSP (digital signal processing, digitale Signalverarbeitung) verarbeitet. In Übereinstimmung damit gibt es das Problem, dass es schwierig ist, die Ausgabeverarbeitung der betroffenen Vorrichtung zu vereinfachen und eine Verbesserung der Verarbeitung wird problematisch. Weiterhin ist es notwendig, die Speichervorrichtung oder etwas Ähnliches außerhalb der betroffenen Bildabtastvorrichtung vorzusehen, so dass die Abmessungen des Gesamtsystems steigen und auch die Kosten der Produkte steigen.
Weiterhin ist für die in der JP-A-11-196332 offenbarte ”FESTKÖRPERBILDABTASTVORRICHTUNG” kein bestimmter Aufbau offenbart. Es ist jedoch wie in dem Fall der JP-A-2001-45383 notwenig, vor der digitalen Signalverarbeitung Pixeldaten in einer Speichervorrichtung oder etwas Ähnlichem zu speichern, nachdem die A/D-Umwandlung durchgeführt wurde. Daher wird vermutet, dass eine Speichervorrichtung wie vorstehend beschrieben und die zugehörigen peripheren Schaltungen für diese Technik unerlässlich sind und daher weist diese Technik auch die selben Probleme wie vorstehend beschrieben auf. Selbst wenn eine solche Speichervorrichtung und eine Bildabtastvorrichtung vom CMOS-Typ durch einen CMOS-Herstellprozess auf dem selben Halbleitersubstrat gebildet werden können, wird der Montagebereich der Speichervorrichtung usw. auf dem Halbleitersubstrat benötigt, und daher muß die Chipgröße in Verbindung mit der Erhöhung der Speicherkapazität vergrößert werden, und auch die Herstellkosten können sich in Übereinstimmung mit der Größe der Speichervorrichtung und der dafür benötigten peripheren Schaltkreise weiter erhöhen.
Andererseits werden in einem Fall, in dem die Bildabtastvorrichtung so konzipiert ist, dass alle Bildpixelsignale, die von dem jeweiligen Bildabtastelementen nach der A/D-Umwandlung abgegeben werden, einer Signalverarbeitungs-MPU oder -DSP ohne Verwendung einer Speichervorrichtung unterzogen werden, alle Pixelsignale der entsprechenden Bildabtastelemente ausgelesen, und dann wird ein notwendiger Bereich von Pixelsignalen für jeden Block auf der Grundlage des Ergebnisses der Signalverarbeitung ausgelesen und wieder der Signalverarbeitung unterzogen. Daher wird zwangsläufig für die Speichervorrichtung ein zwei- oder mehrfacher Lesevorgang notwendig, so dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit der MPU oder eines ähnlichen Bauteils verringert wird. Zudem erhöht sich die Lesefrequenz für die Bildabtastelemente, wenn die Hochgeschwindigkeitsoperation verlangt wird, was eine Erhöhung der Verarbeitungszeit verursacht, und daher ist es schwierig, den entsprechenden Wunsch zu erfüllen. Andererseits können die vorstehend erwähnten Probleme gelöst werden, indem als Speichervorrichtung, MPU oder ein ähnliches Bauteil eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, welche die Speicherzugriffszeit verkürzen kann. Dies führt jedoch zu dem neuen Problem, dass der Stromverbrauch und der Heizwert bzw. die Wärmelast aufgrund des Hochgeschwindigkeitsbetriebs erhöht werden.
Kemeny, S. E. et al offenbaren in ”Multiresolution Image Sensor”, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 7, No 4., Seiten 575–583 vom August 1997 unter XP011014407, dass ein Bildsensor für mehrere Auflösungen auf der Grundlage einer Steuerung durch eine zentrale Workstation ein Gesamtbild entweder in geringer Auflösung ausgibt, indem eine N × N-Mittelung für alle Pixel des Bilds durchgeführt wird, oder in einer originalen hohen Auflösung.
Ohtsuka, Y. et al zeigen in „Programmable spatially variant multiresolution readout capability on a sensor focal plane”, IEEE Conference Proceedings Article, 2001, p III-632–III-635, XP010541219, einen Bildsensor mit einer programmierbaren Auslesefähigkeit für mehrere Auflösungen. Auch in diesem Bildsensor wird ähnlich wie bei Kemeny ein Verfahren zur Ausgabe eines Bilds mit geringer Auflösung verwirklicht, indem ein N × N-Blockmittelungsverfahren für alle Pixel des Bilds durchgeführt wird.
Die US 2003 0 007 083 A1 lehrt eine Pixelausgabeschaltung, die Ladungen von den Sensoren ausliest, die von Untergruppenwahlschaltungen und Gruppenauswahlschaltungen aus einem Sensorfeld ausgewählt werden. Die Steuerung steuert die ausgewählten Sensoren um Signale jedes Sensor einzeln weiterzugeben.
In Anbetracht der vorstehende Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Bildabtastvorrichtung zu schaffen, die eine externe Signalverarbeitung vereinfachen kann.
Es ist eine andere Aufgabe, eine Bildabtastvorrichtung zu schaffen, welche die Geschwindigkeit der externen Signalverarbeitung erhöhen kann.
Es ist eine andere Aufgabe, eine Bildabtastvorrichtung zu schaffen, welche die betroffene Vorrichtung und das gesamte System, welches die betroffene Vorrichtung enthält, miniaturisieren kann.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden durch eine Bildabtastvorrichtung nach dem Anspruch 1 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß werden die von mehreren Bildabtastelementen, die in jedem der mehreren Bereiche angeordnet sind, ausgegebenen Ladungen von jeder der Ladungsintegrationseinheiten gesammelt und als eine integrierte Ladung ausgegeben, und eine beliebige oder mehrere integrierte Ladungen werden von der Einheit zur Auswahl der integrierten Ladungen aus den vielen so ausgegebenen integrierten Ladungen ausgewählt. Eine beliebige oder mehrere integrierte Ladungen, die von der Einheit zur Auswahl der integrierten Ladung ausgegeben werden, wird bzw. werden durch eine Ladungssammeleinheit gesammelt und kombiniert, und weiterhin wird die Kompositladung, die in der Ladungssammeleinheit angesammelt ist, durch die Bildsignalausgabeeinheit in ein Bildsignal umgewandelt, und dann wird das Bildsignal ausgegeben.
In Übereinstimmung damit kann man leicht ein Bild mit niedriger Auflösung erhalten, ohne separat eine Schaltung und eine Verarbeitung bzw. einen Prozess zur Kombination von Pixelsignalen (Ladungen) vorzusehen, weil jede der für jeden Bereich integrierten Ladungen, d. h. die integrierten Ladungen der jeweiligen Bereiche, als ein Bildsignal ausgegeben werden kann, und außerdem jeweils mehrere integrierte Ladungen kombiniert und als ein Bildsignal ausgegeben werden können. In Übereinstimmung damit kann der Signalverarbeitungsschaltkreis usw. auf der Außenseite einfach aufgebaut sein. Weiterhin ist es nicht notwendig, für die Verarbeitung der Kombination der Pixelsignale (Ladungen) auf der Außenseite zu sorgen, und daher kann die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit auf der Außenseite erhöht werden. Weiterhin wird weder eine Speichervorrichtung zur Kombination der Pixelsignale (Ladungen) benötigt, noch deren periphere Schaltkreise, die bisher gebraucht wurden, um Pixelsignale (Ladungen) zu kombinieren, und daher kann das Gesamtsystem, welches die Vorrichtung enthält, miniaturisiert werden. Dies trägt außerdem zu einer Verringerung der Kosten bei, die zum Aufbau des Systems notwendig sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wählt die integrierte Ladungsauswahleinheit die vielen integrierten Ladungen, die von den vielen Ladungsintegrationseinheiten ausgegeben werden, wiederholt in einer vorab bestimmten Reihenfolge aus und gibt die so ausgewählten integrierten Ladungen an die Ladungssammeleinheit aus. In Übereinstimmung damit kann man in allen Bereichen, welche die mehreren integrierten Ladungen ausgeben, wiederholt ein Bildsignal erhalten, obwohl die Auflösung gering ist. Wenn daher ein Zielobjekt in einem bestimmten Bereich verfolgt bzw. gesucht wird und man ein Bildsignal erhält, ist es unnötig, eine Schaltung dafür und auch eine Steuerverarbeitung dafür vorzusehen, und man kann leicht und schnell ein gewünschtes Bildsignal erhalten. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite vereinfacht werden, und die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann erhöht werden. Zudem kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung enthält, miniaturisiert werden.
Nach einer anderen vorteilhaften werden durch die Bereichsauswahleinheit ein beliebiger Bereich oder mehrere beliebige Bereiche aus den vielen Bereichen ausgewählt, und die vielen Bildabtastelemente werden von der Einheit zur Steuerung der Ausgabe der Pixelladung im Bereich so gesteuert, dass die Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge von den vielen Bildabtastelementen ausgegeben werden, die in der einen oder den mehreren Bereichen angeordnet sind, die von der Bereichsauswahleinheit ausgewählt sind. In Übereinstimmung damit werden die Ladungen in der vorab bestimmten Reihenfolge aus den mehreren Bildabtastelementen ausgegeben, die in dem beliebigen Bereich bzw. den beliebigen Bereichen aus den vielen Bereichen angeordnet sind, und daher kann man ein Bildsignal mit einer hohen Auflösung in den beliebigen Bereichen bzw. dem beliebigen Bereich, der bzw. die betroffen ist bzw. sind, erhalten. Wenn man daher beispielsweise durch ein Bildsignal mit einer niedrigen Auflösung auf der Grundlage der integrierten Ladung jedes Bereichs ein Zielobjekt erkennt, wird der Existenzbereich des betroffenen Zielobjekts auf dem beliebigen betroffenen Bereich festgelegt, wodurch das Zielobjekt durch ein Bildsignal mit hoher Auflösung erkannt werden kann. Das heißt, es ist nicht notwendig, separat eine Schaltung oder eine Verarbeitung vorzusehen, um ein Bildsignal mit hoher Auflösung zu erhalten, und sowohl ein Bildsignal mit niedriger Auflösung als auch ein Bildsignal mit hoher Auflösung können ausgegeben werden. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite weiter vereinfacht werden, und die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden. Weiterhin kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung aufweist, miniaturisiert werden.
Nach einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform bildet die Bildabtastvorrichtung der letztgenannten vorteilhaften Ausführungsform, die mit der Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung zur Steuerung der vielen Bildabtastelemente ausgestattet ist, so dass Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge unabhängig von den vielen Elementen ausgegeben werden können, und die Steuereinheit für die Ladungsausgabe der Pixel in dem Bereich einen Teil der oder die gesamte Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung. In Übereinstimmung damit kann die Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung in dem Bereich aufgebaut sein, in dem einige der oder alle Schaltungselemente verwendet werden, welche die Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung bilden, und daher kann die Größe der Schaltung im Vergleich mit dem Fall verringert werden, in welchem diese Elemente nicht verwendet werden. In Übereinstimmung damit kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung enthält, weiter miniaturisiert werden.
Nach einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform wird zumindest entweder die Ladungsintegrationseinheit oder die Auswahleinheit für die integrierte Ladung oder die Ladungssammeleinheit oder die Bildsignalausgabeeinheit auf dem Halbleitersubstrat gebildet, auf dem die Gruppe von Bildabtastelementen gebildet ist. In Übereinstimmung damit können diese Elemente auf dem selben Halbleiterchip wie die Gruppe von Bildabtastelementen gebildet werden. In Übereinstimmung damit kann die betroffene Vorrichtung im Vergleich mit dem Fall miniaturisiert werden, in dem die Ladungsintegrationseinheit, die Einheit zur Auswahl der integrierten Ladung, die Ladungssammeleinheit und die Bildsignalausgabeeinheit getrennt von dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, auf dem die Gruppe der Bildabtastelemente gebildet ist.
Nach einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform werden die von den in den vielen Bereichen angeordneten vielen Bildabtastelementen ausgegebenen Ladungen durch die vielen Ladungssammeleinheiten gesammelt und als eine Kompositladung kombiniert, und die Kompositladung wird in das Bildsignal konvertiert und von den vielen Einheiten zur Bildsignalausgabe ausgegeben. Dann wird ein beliebiges Bildsignal aus den vielen Bildsignalen ausgewählt, die von den vielen Einheiten zur Bildsignalausgabe ausgegeben werden und dann durch die Auswahleinheit für die Signalausgabe ausgegeben.
In Übereinstimmung damit kann jede beliebige Kompositladung, die jeden Bereich kombiniert, oder jede beliebige Kompositladung, die zwei oder mehr Bereiche zusammen kombiniert, in das Bildsignal umgewandelt werden, und jedes so umgewandelte Bildsignal kann gewählt und ausgegeben werden, so dass man leicht ein Bild mit einer niedrigen Auflösung erhalten kann, ohne die Schaltung und die Verarbeitung zur Kombination der Pixelsignale (Ladungen) separat vorzusehen. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitungsschaltung usw. auf der Außenseite einfach aufgebaut sein. Weiterhin ist es nicht notwendig, die Verarbeitung der Kombination von Pixelsignalen (Ladungen) auf der Außenseite vorzusehen, und daher kann die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit auf der Außenseite vergrößert werden. Noch weiter werden keine Speichervorrichtung und peripheren Schaltkreise dazu benötigt, die bisher benötigt wurden, um Pixelsignale (Ladungen) zu kombinieren, und daher kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung enthält, miniaturisiert werden. Dies trägt zur Verringerung der Kosten beim Aufbau des Systems bei. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform ist es notwendig, viele Ladungssammeleinheiten zu schaffen, die Ladungssammeleinheit wird jedoch für jeden Bereich so vorgesehen, dass jede Ladungssammeleinheit so konstruiert sein kann, dass sie im Vergleich mit der zuerst erläuterten Ausführungsform eine kleinere Sammelkapazität aufweist. In Übereinstimmung damit kann das System aufgebaut werden, selbst wenn es schwierig ist, eine Ladungssammeleinheit zu bauen, die eine große Kapazität aufweist. Daher ist diese Ausführungsform vorteilhafter als die zuerst erläuterte Ausführungsform.
Nach einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform wählt die Einheit zur Auswahl des auszugebenden Signals die vielen Bildsignale, die von den vielen Einheiten zur Bildsignalausgabe in einer vorab bestimmten Reihenfolge ausgegeben werden, wiederholt aus, und gibt die vielen so ausgewählten Bildsignale aus. In Übereinstimmung damit erhält man in den beliebigen Bereichen, welche den vielen Bildsignalen entsprechen, wiederholt Bildsignale, obwohl die Auflösung niedrig ist. Wenn es daher gewünscht wird, ein Zielobjekt mit Bezug auf einen bestimmten Bereich zu verfolgen, um ein Bildsignal zu erhalten, wird weder eine Schaltung noch eine Steuerverarbeitung auf der Außenseite benötigt, um diesen Wunsch zu erfüllen, so dass man schnell und leicht ein gewünschtes Bildsignal erhalten kann. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite vereinfacht werden, und die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann erhöht werden. Weiterhin kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung aufweist, miniaturisiert werden.
In Übereinstimmung mit einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform werden durch die Bereichsauswahleinheit einer oder mehrere beliebige Bereiche aus den vielen Bereichen ausgewählt, und die vielen Bildelemente werden durch die Einheit zur Steuerung der Ausgabe der Pixelladung in dem Bereich so gesteuert, dass Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge aus den vielen Bildpixeln ausgegeben werden können, die in dem Bereich angeordnet sind, der von der Bereichsauswahleinheit ausgewählt ist. In Übereinstimmung damit werden die Ladungen in der vorab bestimmten Reihenfolge aus den vielen Bildabtastelementen, die in einem beliebigen Bereich aus den vielen Bereichen angeordnet sind, so ausgegeben, dass in dem beliebigen betroffenen Bereich ein Bildsignal mit hoher Auflösung erzielt werden kann. Wenn daher ein Zielobjekt basierend auf einem Bildsignal mit niedriger Auflösung auf der Grundlage eines Kompositcharakters eines jeden Bereichs erkannt wird, kann das betroffene Zielobjekt beispielsweise auf der Grundlage eines hochauflösenden Bildsignals erkannt werden, indem der Existenzbereich des betreffenden Zielobjekts auf den beliebigen betroffenen Bereich festgelegt wird. Das heißt, weder eine Schaltung noch eine Verarbeitung ist separat auf der Außenseite notwendig, um das hochauflösende Bildsignal zu erhalten, und sowohl das niedrigauflösende Bildsignal als auch das hochauflösende Bildsignal können ausgegeben werden. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite weiter vereinfacht werden, und die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden. Weiterhin kann das Gesamtsystem, welches die Vorrichtung erhält, miniaturisiert werden.
Nach einer noch anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Bildabtastvorrichtung der letztgenannten Ausführungsform mit der Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung ausgestattet, um die vielen Bildabtastelemente so zu steuern, dass Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge unabhängig von den vielen Bereichen ausgegeben werden können, und die Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung in dem Bereich bildet einen Teil oder die Gesamtheit der Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung. In Übereinstimmung damit kann die Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung in dem Bereich aufgebaut werden, indem ein Teil oder alle Schaltungselemente, welche die Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung bilden, die normalerweise vorgesehen ist, so verwendet werden, dass die Schaltungsgröße im Vergleich mit dem Fall verringert werden kann, in dem diese Elemente nicht verwendet werden. In Übereinstimmung damit kann das Gesamtsystem, welches die betroffene Vorrichtung umfasst, miniaturisiert werden.
Nach dem zehnten Aspekt wird zumindest entweder die Ladungssammeleinheit oder die Bildsignalausgabeeinheit oder die Einheit zur Auswahl des Ausgabesignals auf einem Halbleitersubstrat erzeugt, in dem die Gruppe von Bildabtastelementen erzeugt ist. In Übereinstimmung damit können diese Elemente auf dem selben Halbleiterchip wie die Gruppe von Bildabtastelementen gebildet werden. In Übereinstimmung damit kann die betreffende Vorrichtung im Vergleich mit dem Fall miniaturisiert werden, in dem die Ladungssammeleinheit, die Bildsignalausgabeeinheit und die Einheit zur Auswahl des Ausgabesignals getrennt von dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, in dem die Gruppe von Bildabtastelementen gebildet ist.
1 ist ein Blockschaubild, welches die Zusammenfassung des Grundaufbaus einer bildgebenden Vorrichtung nach einer Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Schaltdiagramm, das einen Aufbau einer Unterfensterschaltung zeigt, die dem in 1 gezeigten Grundaufbau zugefügt ist;
3 ist ein Schaltdiagramm, das einen anderen Aufbau der Unterfensterschaltung zeigt, die dem in 1 gezeigten Grundaufbau hinzugefügt ist;
4A ist ein Schaltdiagramm, das einen Aufbau einer Pixeleinheit zeigt, und 4B ist ein Blockdiagramm, das ein Konstruktionsbeispiel eines SBW-(spectral bandwidth, spektrale Bandbreite)Bildsignalausgabeabschnitts zeigt;
5 ist ein Schaltdiagramm, das einen Aufbau einer Ringzählerschaltung (einer Auswahleinheit für die integrierte Ladung, einer Einheit zur Auswahl des auszugebenden Signals) zeigt, welche die bildgebende Vorrichtung nach der Ausführungsform bildet;
6 ist ein Schaltdiagramm, das einen Aufbau einer Ringzählerschaltung (einer Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung in dem Bereich) zeigt, welche die bildgebende Vorrichtung nach der Ausführungsform bildet;
7 ist ein Schaltdiagramm, das einen Aufbau eines horizontalen Schieberegisters/einer Ringzählerschaltung zeigt, welches die bildgebende Vorrichtung nach der Ausführungsform bildet;
8 ist ein Zustandsübergangsdiagramm, welches die Schaltreihenfolge der Steuerverarbeitung der Bildsignalausgabe der bildgebenden Vorrichtung nach der Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Ablaufplan, welcher den Fluss der Steuerverarbeitung der Bildsignalausgabe der bildgebenden Vorrichtung nach der Ausführungsform zeigt;
10 ist ein Ablaufplan, welcher den Fluss der Verarbeitung des Unterfensters auf der Grundlage der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe der bildgebenden Vorrichtung nach der Ausführungsform zeigt;
11 ist ein Ablaufplan, welcher den Fluss der Unterblockverarbeitung auf der Grundlage der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe der bildgebenden Vorrichtung nach der Ausführungsform zeigt;
12A ist ein Musterdiagramm, in welchem Unterfenster auf 3 Zeilen × 3 Reihen in einem Photofeld bzw. einem Photoarray einer bildgebenden Vorrichtung von 9 Zeilen × 9 Reihen angeordnet sind, und 12B ist ein Ablaufplan, der die Zusammenfassung der Steuerverarbeitung zeigt, wenn eine Unterfensterverarbeitung und eine Unterblockverarbeitung durchgeführt werden; und
13A ist ein Musterdiagramm, wenn kein Unterfenster in dem Photoarray von 9 Zeilen × 9 Reihen der abbildenden Vorrichtung festgelegt ist, und 13B ist ein Ablaufplan, der die Zusammenfassung der Steuerverarbeitung zeigt, wenn weder die Unterfensterverarbeitung noch die Unterblockverarbeitung durchgeführt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen einer Bildabtastvorrichtung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Als Erstes wird der grundlegende Aufbau einer bildgebenden Vorrichtung 20 nach einer Ausführungsform mit Bezug auf die 1 und 4A–4B beschrieben.
Wie in 1 gezeigt besteht die bildgebende Vorrichtung 20 hauptsächlich aus einem bildgebenden Photoarray 21, einer Pixelsignalausgabeschaltung 31, einem horizontalen Schieberegister 32h, einem vertikalen Schieberegister 32v, einem Ausgabepuffer Bff, usw.
Das bildgebende Photoarray 21 ist mit mehreren bildgebenden Pixeleinheiten 22 (die nachstehend als ”Pixeleinheiten” bezeichnet werden) ausgestattet, die in einer Matrixform angeordnet sind. Das heißt, dass in dem bildgebenden Photoarray 21 jede Pixeleinheit 22 an jedem Gitterpunkt, der durch die Steuerleitung Lv, die in jeder Zeile vorgesehen ist, und die Steuerleitung Lo, die in jeder Spalte vorgesehen ist, gebildet wird, mit einer Steuerleitung Lv und einer Ausgabeleitung Lo verbunden ist, wodurch jede Pixeleinheit 22 durch das horizontale Schieberegister 32h und das vertikale Schieberegister 32v frei gewählt werden kann.
Gemäß der bildgebenden Vorrichtung 20 dieser Ausführungsform ist das bildgebende Photoarray 21, das mehrere Pixeleinheiten 22 umfasst, so konzipiert, dass es in vorab bestimmte Bereiche (Blöcke) (die nachstehend als ”Unterfenster” bezeichnet werden) unterteilbar ist. Beispielsweise werden Blöcke, die jeweils neun Pixeleinheiten 22 umfassen, in 3 Zeilen × 3 Spalten angeordnet, um dadurch Unterfenster W11, W12, ..., W1M, W21, W22, ..., WN1, ..., WNM (wobei die Variablen M, N positive ganze Zahlen sind, die als die ”Unterfenster” W11 bis WNM” bezeichnet werden), so festzulegen, dass die bildgebende Vorrichtung 20 kollektiv (integriert) die Pixeleinheiten 22 jedes Unterfensters wie nachstehend beschrieben für jedes Unterfenster W11 bis WNM auswählen kann. Das bildgebende Photoarray 21 bildet eine ”Gruppe von Bildabtastelementen” und die Unterfenster W11 bis WNM bilden ”viele Bereiche”.
Die Pixeleinheit 22 ist eine Halbleitervorrichtung, die durch den CMOS-Herstellungsprozess gebildet wird, und weist beispielsweise eine Photodiode PD vom CMOS-Typ und einen MOS-Transistor MT auf. Das heißt, wie in 4A gezeigt wird der Drainanschluss des MOS-Transistors MT mit dem Kathodenanschluss der Photodiode PD verbunden, und der Anodenanschluss der Photodiode PD wird mit der Erde verbunden. Die Steuerleitung Lv wird mit dem Gatterterminal des MOS-Transistors MT verbunden und weiterhin wird die Ausgabeleitung Lo mit dem Sourceanschluss des MOS-Transistors MT verbunden. Wenn demgemäß ein Auswahlsignal durch die Steuerleitung Lv an dem Gateanschluss des MOS-Transistors MT anliegt, kann der MOS-Transistor MT in den EIN-Zustand versetzt sein. Daher können die in der Photodiode Pd gesammelten Ladungen als ein Pixelsignal an die Ausgangsleitung Lo abgegeben werden. Die Pixeleinheit 22 bildet ein ”Bildabtastelement”.
Ein Pixelsignalausgabeschaltkreis 31 ist eine Schaltung zum Auswählen der Pixelsignale (der Ladungen), die von jeder Pixeleinheit 22 durch jede Abgabeleitung Lo ausgegeben werden, und er weist mehrere Schalttransistoren Tr auf, welche den jeweiligen Ausgabeleitungen Lo entsprechen. Das heißt, der Drainanschluss jedes MOS-Transistors Tr ist mit der zugehörigen Ausgabeleitung Lo verbunden, der Sourceanschluss jedes MOS-Transistors Tr ist mit einer gemeinsamen Ausgabeleitung Lc verbunden, und der Gateanschluss jedes MOS-Transistors Tr ist mit einer Steuerleitung Lh verbunden. In dieser Ausführungsform wird eine Rauschentfemungs- bzw. Rauschfilterschaltung Mr auf der Grundlage eines Dual-Correlations-Sampling-(CDS)-Verfahrens zwischen den Drainanschluss jedes MOS-Transistors Tr und die zugehörige Ausgabeleitung Lo geschaltet, und daher können Rauschkomponenten, die in den Pixelsignalen (Ladungen) enthalten sind, effektiv entfernt werden. Wenn in Übereinstimmung damit das Auswahlsignal durch die Steuerleitung Lh auf den Gateanschluss des MOS-Transistors Tr wirkt, kann der MOS-Transistor Tr in den EIN-Zustand versetzt werden, und dadurch können die von der Ausgabeleitung Lo eingelesenen Pixelsignale (Ladungen) an die gemeinsame Ausgabeleitung Lc ausgegeben werden.
Das horizontale Schieberegister 32h ist eine Logikschaltung, welche seriell eingegebene Horizontalauswahldaten SLh in Übereinstimmung mit der Zeitgebung eines Horizontalzeitgebers CKh parallel an die jeweiligen Steuerleitungen Lh ausgeben kann, und wird beispielsweise durch Verbinden von D-Flipflops in mehreren Stufen aufgebaut. Das heißt, das Auswahlsignal wird in Übereinstimmung mit dem Taktsignal des Zeitgebers von dem horizontalen Schieberegister 32h aufeinanderfolgend und wählbar an jede Steuerleitung Lh ausgegeben. Daher kann jeder MOS-Transistor Tr der Pixelsignalausgabeschaltung 31 durch das entsprechende Auswahlsignal für jede Spalte aufeinanderfolgend ein/ausgeschaltet werden. In Übereinstimmung damit können die Pixelsignale (Ladungen) von den Pixeleinheiten 22 durch die Ausgabeleitungen Lo entnommen werden. Das horizontale Schieberegister 32h bildet eine ”Steuereinheit für die Pixelladungsausgabe”.
Wie in dem Fall des horizontalen Schieberegisters 32h ist auch das vertikale Schieberegister 32v eine Logikschaltung, die seriell eingelesene Daten parallel ausgeben kann (und ist beispielsweise durch Verbindung von D-Flipflops in mehreren Stufen aufgebaut), und es gibt senkrechte Auswahldaten SLv an die jeweiligen Steuerleitungen Lv parallel in Übereinstimmung mit dem Taktsignal des Zeitgebers CKv für die Senkrechte aus. Das heißt, das Auswahlsignal wird in Übereinstimmung mit dem Taktsignal des Zeitgebers aufeinanderfolgend und wählbar von dem vertikalen Schieberegister 32v für jede Zeile an jede Steuerleitung Lv ausgegeben. Daher werden die MOS-Transistoren MT der jeweiligen Pixeleinheiten 22 durch das entsprechende Auswahlsignal für jede Zeile aufeinanderfolgend ein/ausgeschaltet. In Übereinstimmung damit können die in der Photodiode Pd jedes Einheitspixels 22 gesammelten Ladungen als ein Pixelsignal an die Ausgabeleitung Lo ausgegeben werden. Das vertikale Schieberegister 32v entspricht einer ”Steuereinheit für die Pixelladungsausgabe”.
Der Ausgabepuffer Bff ist ein Pufferverstärker, der eine Impedanzanpassung durchführt usw., um den benötigten Ausgabestrom zu erzielen, der an eine externe Schaltung abzugeben ist, und er ist mit der gemeinsamen Ausgabeleitung Lc des Pixelsignalausgabeschaltkreises 31 so verbunden, dass er die Pixelsignal-(Ladungs-)Ausgabe von jeder Pixeleinheit 22 als ein bildgebendes Signal Dp nach außen abgeben kann.
Durch Aufbau der vorstehend beschriebenen Grundstruktur in der abbildenden Einheit 20 wird das von dem vertikalen Schieberegister 32v ausgegebene Auswahlsignal sukzessive auf die Pixeleinheiten 22 angewendet, die für jede Zeile in einer Matrixform angeordnet sind, d. h. das Scannen in der senkrechten Richtung wird durchgeführt. Daher werden in den jeweiligen Pixeleinheiten 22 jeder Zeile, die durch Anwenden des entsprechenden Auswahlsignals ausgewählt werden, die MOS-Transistoren MT eingeschaltet, und auch die in den Photodioden Pd angesammelten Ladungen werden durch die betreffenden eingeschalteten MOS-Transistoren MT an die jeweiligen Ausgangsleitungen Lo ausgegeben. Andererseits wirkt das von dem horizontalen Schieberegister 32h ausgegebene Ausgangssignal sukzessive auf die jeweiligen MOS-Transistoren Tr der Pixelsignalausgabeschaltung 31, welche den entsprechenden Spalten der Matrixanordnung entspricht, d. h. das Scannen in der Horizontalrichtung wird durchgeführt. Daher werden die jeweiligen Ausgabeleitungen Lo durch die MOS-Transistoren Tr, die durch Anwendung des jeweiligen Auswahlsignals aufeinander folgend ausgewählt und eingeschaltet werden, aufeinander folgend mit der gemeinsamen Ausgabeleitung Lc verbunden.
In Übereinstimmung damit wird das Pixelsignal aus den Pixelsignalen (Ladungen), das von den jeweiligen Pixeleinheiten 22, die von dem vertikalen Schieberegister 32v ausgewählt sind, an die Ausgabeleitung Lo ausgegeben wird, welche der Spalte entspricht, die von dem horizontalen Schieberegister 32h ausgewählt wird, in den Ausgabepuffer Bff eingegeben. Daher werden die vielen Pixeleinheiten 22, die in der Matrixform angeordnet sind, aufeinander folgend in der horizontalen Richtung und in der vertikalen Richtung gescannt, indem das Taktsignal der Zeilenauswahl auf der Grundlage des vertikalen Schieberegisters 32v und das Taktsignal zur Auswahl der Spalte bzw. Reihe auf der Grundlage des horizontalen Schieberegisters 32h kombiniert werden, wodurch man die Pixelsignale (Ladungen) jeder Pixeleinheit erhält. In Übereinstimmung damit kann man das Pixelsignal (die Ladungen), die man von jeder Pixeleinheit 22 erhält, als ein bildgebendes Signal Dp von dem Ausgabepuffer Bff erhalten.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die 2 bis 4A/4B ein Aufbau beschrieben, in dem die bildgebende Einheit 20, die den Basisaufbau wie vorstehend beschrieben aufweist, so konzipiert ist, dass die vielen Pixeleinheiten 22, die in der Matrixform angeordnet sind, in Unterfenster W11 bis WNM geblockt (gruppiert) werden können.
Wie vorstehend beschrieben ist die bildgebende Einheit 20 nach dieser Ausführungsform so konzipiert, dass die vielen Pixeleinheiten 22, die in der Matrixform angeordnet sind, für jede Einheit beispielsweise in Neuner-Gruppen (3 Zeilen × 3 Spalten) gruppiert sind, wodurch das Konzept eines Unterfensters festgelegt wird, das neun Pixeleinheiten umfasst, und die für jedes Unterfenster gesammelten (integrierten) Ladungen (die nachstehend als ”integrierte Ladungen” bezeichnet werden), werden für jedes Unterfenster herausgenommen. Das Unterfenster W31 wird hier repräsentativ mit Bezug auf 2 beschrieben, die nachstehende Beschreibung kann jedoch auch auf die anderen Unterfenster W11, W12, W13, W21, W22, ..., WNM angewendet werden.
Das heißt, die neun Pixeleinheiten 22 (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg, Ph, Pi), welche das Unterfenster W31 bilden, werden miteinander so verbunden, dass die Ausgaben derselben durch eine Koppelschaltung 23 gebündelt (integriert) werden, wodurch die Pixelsignale (Ladungen), die von den Pixeleinheiten 22 des Unterfensters W31 ausgegeben werden, als eine integrierte Ladung gesammelt werden können, und an einen MOS-Schalter 26a eines horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 ausgegeben werden.
Jedes horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 ist eine Halbleiterschaltergruppe, die eines der jeweiligen Unterfenster (horizontal angeordneten Unterfenster) W11 bis WNM auswählen kann, die in der Horizontalrichtung angeordnet sind, und weist beispielsweise MOS-Schalter (MOS-Transistoren) 26a, 26b, 26c auf. In der nachfolgenden Beschreibung wird das horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 beschrieben, das mit dem Unterfenster W31 verbunden ist.
Das horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 weist einen MOS-Schalter 26a auf, um die Ausgabe des Unterfensters W31 zu steuern, einen MOS-Schalter 26b zum Steuern der Ausgabe des Unterfensters W32 und einen MOS-Schalter 26c zum Steuern der Ausgabe des Unterfensters W33, und es legt den Drainanschluss jedes MOS-Schalters an einen Eingangsanschluss, und legt den Sourceanschluss jedes MOS-Schalters an einen gemeinsamen Ausgabeanschluss. In Übereinstimmung damit steuert es den Ein/Aus-Betrieb jedes Schalters in Übereinstimmung mit einem Spannungszustand, der an dem Gateanschluss jedes MOS-Schalters anliegt (der in dem Fall eines H-Pegels eingeschaltet und in dem Fall eines L-Pegels ausgeschaltet ist) und steuert das Zulassen/das Verhindern der Ausgabe jedes der Unterfenster W31, W32, W33, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind. Das heißt, es kann in der horizontalen Richtung eines der Unterfenster W31, W32, W33 auswählen, aus dem die integrierte Ladung herausgenommen werden kann.
Weiterhin ist der horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26, der denselben Aufbau aufweist, für jede Zeile vorgesehen, und die Gate-Anschlüsse der jeweiligen MOS-Schalter sind miteinander in der senkrechten Richtung verbunden (beispielsweise der Gateanschluss des Unterfensters W11, der Gateanschluss des Unterfensters W21 und der Gateanschluss des Unterfensters W31), wodurch die Unterfenster W11, W12, W13 und die Unterfenster W21, W22, W23 in ähnlicher Weise in der horizontalen Richtung selektiert werden können.
Mit Bezug auf den vorstehend beschriebenen SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26, der für jede Leitung vorgesehen ist, wird jeder Ausgabeanschluss desselben in einen senkrechte SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 27 eingegeben. Das heißt, der Ausgabeanschluss des horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 jeder Zeile wird mit jedem Eingabeanschluss des vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 verbunden, der denselben Aufbau wie der horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 aufweist. In Übereinstimmung damit können die drei Unterfenster, die in der horizontalen Richtung durch das horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 gebündelt sind (beispielsweise die Unterfenster W11, W12, W13, die Unterfenster W21, W22, W23, die Unterfenster W31, W32, W33) in der senkrechten Richtung ausgewählt werden.
Der horizontale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 26 und der vertikale SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 27 sind wie vorstehend beschrieben aufgebaut und mit den jeweiligen Unterfenstern W11 bis WNM verbunden. In Übereinstimmung damit können die Unterfenster W11 bis WNM durch ein Steuersignal ausgewählt werden, das von einem SBW-Auswahlschaltkreis 35 ausgegeben wird. Das heißt, Steuersignale, mit denen eines der Unterfenster W11 bis WNW, aus dem die integrierte Ladung herausgenommen werden soll, auf der Grundlage eines zweidimensionalen Koordinatensystems (einer NW Matrix) ausgewählt werden können, werden den horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 und den vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 eingegeben, wodurch das Unterfenster spezifiziert wird, um die Ausgabe der integrierten Ladungen zuzulassen.
2 zeigt den Aufbau der SBW-Auswahlschaltung 35, welche die Steuersignale ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03 für die horizontale Richtung ausgeben kann, die den horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 einzugeben sind. Das heißt, die SBW-Auswahlschaltung 35 umfasst eine Decoderschaltung, welche die Steuersignale ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03 ausgeben kann, um die Auswahl in der horizontalen Richtung der neun Unterfenster W11, W12, W13, W21, W22, W23, W31, W32, W33 (die nachstehend als ”W11-W33” bezeichnet werden) zu ermöglichen, die auf 3 Zeilen × 3 Spalten angeordnet sind, und sie umfasst AND-Schaltkreise 35a, 35b, 35c, und Inverterschaltungen 35d, 35e. Wenn beispielsweise ”SWh0 = 0, SWh1 = 0” als ein horizontales Auswahlsignal für ein Unterfenster eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW01 = 1, ϕSW02 = 0, ϕSW03 = 0 ausgegeben. Wenn ”SWh0 = 1, SWh1 = 0” eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW01 = 0, ϕSW02 = 1, ϕSW03 = 0 ausgegeben. Wenn ”SWh0 = 0, SWh1 = 0” als ein horizontales Auswahlsignal für ein Unterfenster eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW01 = 1, ϕSW02 = 0, ϕSW03 = 0 ausgegeben. Wenn ”SWh0 = 0, SWh1 = 1” eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW01 = 0, ϕSW02 = 0, ϕSW03 = 1 ausgegeben. Wenn ”SWh0 = 1, SWh1 = 1” eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW01 = 0, ϕSW02 = 0, ϕSW03 = 0 ausgegeben.
Eine SBW-Auswahlschaltung, welche die Steuersignale ϕSW10, ϕSW20, ϕSW30 der senkrechten Richtung ausgeben kann, welche dem vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 27 eingegeben werden, ist nicht gezeigt; sie weist jedoch dieselbe Decoderschaltung wie die vorstehend beschriebene SBW-Auswahlschaltung 35 auf. Wie in dem Fall der SBW-Auswahlschaltung 35 werden die Steuersignale ϕSW10 = 1, ϕSW20 = 0, ϕSW30 = 1 ausgegeben, wenn ”SWv0 = 0, SWv1 = 0” als ein vertikales Auswahlsignal für das Unterfenster eingegeben wird, und wenn ”SWv0 = 1, SWv1 = 0” eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW10 = 0, ϕSW20 = 1, ϕSW30 = 0 ausgegeben. Weiterhin werden die Steuersignale ϕSW10 = 0, ϕSW20 = 0, ϕSW30 = 1 ausgegeben, wenn ”SWv0 = 0, SWv1 = 1” eingegeben wird, und wenn ”SWv0 = 1, SWv1 = 1” eingegeben wird, werden die Steuersignale ϕSW10 = 0, ϕSW20 = 0, ϕSW30 = 0 ausgegeben.
Wie vorstehend beschrieben wird die integrierte Ladung, die von dem Unterfenster W11 bis WNM ausgegeben wird, das von den horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 und dem vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschalter 27 ausgegeben wird, einem SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 eingegeben, der mit der Ausgabeseite des senkrechten SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 verbunden ist. Hier wird der Aufbau des SBW-Bildsignalausgabeabschnitts 24 mit Bezug auf die 4B beschrieben.
Wie in der 4B gezeigt weist der SBW-Bildsignalausgabeabschnitts 24 ein Ladungssammelelement EC auf, das Ladungen sammeln kann, die von Eingabeanschlüssen Pi1, Pi2 eingelesen werden, und einen A/D-Wandler ADC, der die in dem Ladungssammelelement EC angesammelten Ladungen in ein Digitalsignal umwandeln und das Digitalsignal von einem Ausgabeanschluss Po ausgeben kann. Das Ladungssammelelement EC entspricht einer ”Ladungssammeleinheit” und der A/D-Wandler ADC entspricht der ”Bildsignalausgabeeinheit”.
Das Ladungssammelelement EC ist ein Halbleiterkondensator, der beispielsweise durch den CMOS-Vorgang gebildet werden kann, und ist so konzipiert, dass es die integrierte Ladung sammelt, die von dem senkrechten SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 27 ausgegeben wird. Wenn die integrierte Ladung, die von dem senkrechten SBW-Ausgabeauswahlschaltarray 27 ausgegeben wird, auf der Grundlage der Ausgaben der vielen Unterfenster W11 bis WNM basiert, kann das Ladungssammelelement EC alle integrierten Ladungen von dem SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 empfangen und aufspeichern und kombiniert entweder eine oder mehrere integrierte Ladungen als eine Kompositladung. Die zwei Eingabeanschlüsse sind in dem SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24, der in 4B gezeigt ist, aus Gründen der vereinfachten Erläuterung vorhanden, weil in einer bildgebenden Einheit 20' (3), die später als eine andere Ausführungsform beschrieben wird, ein Aufbau mit zwei Eingaben enthalten ist.
Der A/D-Konverter bzw. -Wandler ADC weist eine Funktion zur Umwandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal auf, und er kann die Kompositladung, die in dem Ladungssammelelement EC zu einem vorab bestimmten Zeitpunkt gesammelt ist, herausnehmen und sie in ein digitales Signal umwandeln. Das digitale Signal, das von dem A/D-Konverter ADC ausgegeben wird, ist ein Bildsignal, das als ein Unterfenstersignal Dw ausgegeben wird, und es gibt die Größe der Kompositladung als eine analoge Größe durch einen binären Ausdruck wieder. Dieser A/D-Konverter ADC kann ebenfalls wie in dem Fall des Ladungssammelelements EC durch den CMOS-Vorgang gebildet werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden in Übereinstimmung mit dem bildgebenden Element 20 dieser Ausführungsform zusätzlich zu dem Grundaufbau, der vorstehend mit Bezug auf die 1 beschrieben wurde, die von den vielen Pixeleinheiten 22, die in jedem Unterfenster W11 bis WNM angeordnet sind, ausgegebenen Ladungen für jedes Unterfenster W11 bis WNM durch jede der vielen Koppelschaltungen 23, die für jedes Unterfenster W11 bis WNM vorgesehen sind, gesammelt und als eine integrierte Ladung ausgegeben, und eine oder mehrere beliebige integrierte Ladungen werden durch die horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 und die vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 aus den vielen so ausgegebenen integrierten Ladungen ausgewählt und ausgegeben. Jede einzelne oder mehrere integrierte Ladungen, die aus den horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 und den vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 ausgegeben werden, werden von dem Ladungssammelelement EC als eine Kompositladung akkumuliert und kombiniert, und weiterhin wird die in dem Ladungssammelelement EC akkumulierte Kompositladung durch den A/D-Konverter ADC in ein Unterfenstersignal Dw umgewandelt und dann ausgegeben.
In Übereinstimmung damit kann jede der integrierten Ladungen, die für jedes Unterfenster W11 bis WNM integriert werden, das heißt, jede der integrierten Ladungen der jeweiligen Unterfenster W11 bis WNM, als ein Unterfenstersignal Dw ausgegeben werden, oder jeweils mehrere integrierte Ladungen, die für jedes Unterfenster W11 bis WNM integriert sind, können kombiniert und als ein Unterfenstersignal Dw ausgegeben werden. Daher ist es im Vergleich zu dem Fall, in dem die Pixelsignale (Ladungen), die von jeder Pixeleinheit 22 ausgegeben werden, als ein bildgebendes Signal Dp erhalten werden, nicht notwendig, dass eine Schaltung zum Kombinieren der bildgebenden Signale (der Ladungen) Dp oder zur Verarbeitung derselben separat auf der Außenseite vorgesehen ist, und ein Bild, das eine niedrigere Auflösung aufweist, kann einfach erzielt werden. In Übereinstimmung damit kann in dem bildgebenden Element 20 nach dieser Ausführungsform der Signalverarbeitungsschaltkreis usw. auf der Außenseite einfach aufgebaut sein, und auch die Verarbeitung der Kombination der Pixelsignale (Ladungen) wird auf der Außenseite nicht benötigt. Daher kann die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit auf der Außenseite erhöht werden. Weiterhin werden in dieser Ausführungsform die Speichervorrichtung, die peripheren Schaltungen, usw., die bisher benötigt wurden, um die Pixelsignale (Ladungen) zu kombinieren, in dieser Ausführungsform nicht benötigt, so dass das Gesamtsystem, welches das betreffende bildgebende Element 20 umfasst, miniaturisiert werden kann, was zu einer Verringerung der Kosten beim Aufbau des Systems beiträgt.
Die gesamte Schaltung des bildgebenden Elements 20 kann in dem gleichen Halbleiterchip aufgebaut sein, in dem die Koppelschaltungen 23, die SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24, die horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26, die vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27, die Pixelsignalausgabeschaltung 31, das horizontale Schieberegister 32h, das vertikale Schieberegister 32v, die SBW-Auswahlschaltung 35, der Ausgabepuffer Bff, usw. (auf der Grundlage des CMOS-Vorgangs) in dem Halbleitersubstrat gebildet werden, welches das Fotobildarray 21 bildet. In Übereinstimmung damit kann das bildgebende Element 20 im Vergleich mit einem Fall miniaturisiert werden, in welchem diese Elemente getrennt von dem Halbleitersubstrat aufgebaut sind, in dem das Bildfotoarray 21 gebildet ist.
Als Nächstes wird eine andere Ausführungsform mit Bezug auf die 3 und 4A/4B beschrieben.
Eine bildgebende Vorrichtung 20' nach dieser Ausführungsform ist so konzipiert, dass ein SBW-Bildausgabeabschnitt 24 für jedes der Unterfenster W11 bis WNM zusätzlich zu dem Grundaufbau geschaffen wird, der mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Daher werden im Wesentlichen dieselben konstituierenden Elemente wie für das bildgebende Element 20, das mit Bezug auf 2 beschrieben ist, in 3 durch die selben Bezugszeichen wiedergegeben, und die Beschreibung derselben wird ausgelassen.
Wie in 3 gezeigt ist in dem bildgebenden Element 20' nach diesem Beispiel ein SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 für jedes Unterfenster (W11 bis WMN) vorgesehen, der Ladungen sammeln kann, die von vielen Pixeleinheiten 22 ausgeben werden, die in jedem Unterfenster (W11 bis WMN) angeordnet sind. Beispielsweise werden in dem in 3 gezeigten Aufbau Ladungen von jeweils neun (3 Zeilen × 3 Spalten) Pixeleinheiten 22 (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg, Ph, Pi) ausgegeben, welche das Unterfenster W11 bilden, und in dem zugehörigen SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 gesammelt. In Übereinstimmung damit werden die von den Pixeleinheiten 22 ausgegebenen Ladungen in dem SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 miteinander kombiniert, um eine Kompositladung zu erzielen, und ein digitalisiertes Bildsignal, welches der so erzielten Kompositladung entspricht, wird an die SBW-Signalausgabeschaltung 34 ausgegeben. In dieser Ausführungsform wird das Digitalsignal, das von dem SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 ausgegeben wird, als ein Bildsignal Dw bezeichnet.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 für jedes Unterfenster (W11 bis WMN) vorgesehen. Ein gemeinsamer Aufbau, in dem ein SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 gemeinsam für zwei oder mehrere benachbarte Unterfenster W11, W12, W13 verwendet wird, kann genutzt werden. In diesem Fall kann die Anzahl der benötigten SWB-Bildsignalausgabeabschnitte 24 verringert werden.
Die SBW-Signalausgabeschaltung 34 ist eine Multiplexerschaltung zum Ausgeben der Bildsignale dw, die von dem SBW-Bildsignalausgabeabschnitten 24 der jeweiligen Unterfenster W11 bis WNM in Übereinstimmung mit den Steuersignalen ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03 ausgegeben werden, die von der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgegeben werden. Die 3 zeigt den Aufbau der SBW-Signalausgabeschaltung 34 zum Ausführen der Ausgabesteuerung in der horizontalen Richtung.
Die in 3 gezeigte SBW-Signalausgabeschaltung 34 kann die Auswahl in der horizontalen Richtung der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24 der neun Unterfenster W11 bis W33 ausführen, die in 3 Zeilen × 3 Spalten angeordnet sind. Daher werden die Ausgabeanschlüsse der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 34 der jeweiligen Unterfenster, die in der senkrechten Richtung angeordnet sind, gemeinsam mit jedem einzelnen der Eingabeanschlüsse der UND-Schaltung verbunden, welche die SBW-Signalausgabeschaltung 34 bilden, und auch die SBW-Auswahlschaltung 35 ist mit der SBW-Ausgabeschaltung 34 so verbunden, dass die Steuersignale, die von der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgegeben werden, den anderen Eingabeanschlüssen der UND-Schaltung 34a bis 34c eingegeben werden können.
In Übereinstimmung damit werden beispielsweise die Ausgaben (Bildsignale dw) der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte, welche zu den Unterfenstern W11, W21, W31 gehören, dem einen Eingabeanschluss der UND-Schaltung 34a eingegeben, und das Steuersignal ϕSW01, das von der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgegeben wird, wird dem anderen Eingabeschluss der UND-Schaltung 34a eingeben. In ähnlicher Weise werden die Ausgaben (Bildsignale dw) der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24, welche den Unterfenstern W12, W22, W32 entsprechen, einem Eingabeanschluss der UND-Schaltung 34b eingegeben, und das Steuersignal ϕSW02, das von der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgeben wird, wird dem anderen Eingabeanschluss der UND-Schaltung 34b eingegeben. Weiterhin werden die Ausgaben (Bildsignale dw) der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24, welche den Unterfenstern W13, W23, W33 entsprechen, einem Eingabeanschluss der UND-Schaltung 34c eingegeben, und das Steuersignal ϕSW03, das von der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgegeben wird, wird dem anderen Eingabeanschluss der UND-Schaltung 34c eingegeben. Die Ausgaben der jeweiligen UND-Schaltkreise 34a, 34b, 34c, werden einem ODER-Schaltkreis 34d eingegeben, um dadurch die logische Addition diese Ausgaben als eine Ausgabe des ODER-Schaltkreises 34d zu erhalten. Das heißt, man erhält das Unterfenstersignal Dw als die Multiplexerausgabe.
In 3 werden die SBW-Signalausgabeschaltung 34 und die SBW-Auswahlschaltung 35 als Elemente veranschaulicht, um die Auswahl der horizontalen Richtung der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 34 der Unterfenster W11 bis W33 zu ermöglichen, und man sollte beachten, dass die SBW-Signalausgabeschaltung 34 und die SBW-Auswahlschaltung 35 in ähnlicher Weise als Elemente aufgebaut sind, um die Auswahl in der vertikalen Richtung der SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 34 der Unterfenster W11 bis W33 zu ermöglichen. Weiterhin entsprechen die SBW-Signalausgabeschaltung 34 und die SBW-Auswahlschaltung 35 einer ”Einheit zur Auswahl des auszugebenden Signals”.
Durch Verwendung des Aufbaus des bildgebenden Elements 20', das in 3 gezeigt ist, werden die von den vielen Pixeleinheiten 22 ausgegebenen Ladungen, die in den vielen Unterfenstern W11 bis WNM angeordnet sind, durch die vielen Ladungssammelelemente EC (die SBW-Pixelsignalausgabeabschnitte 24) gesammelt und als eine Kompositladung kombiniert, und die jeweilige Kompositladung wird in ein Bildsignal Dw umgewandelt und dann von den vielen A/D-Wandlern ADC (SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24) ausgegeben. Ein beliebiges Bildsignal Dw wird unter den vielen Bildsignalen Dw ausgewählt, die von den vielen AD-Konvertern ADC (SBW-Bildsignalausgabeabschnitten 24) ausgegeben werden, und von der SBW-Signalausgabeschaltung 34 und der SBW-Auswahlschaltung 35 ausgegeben.
In Übereinstimmung damit kann die Kompositladung, die für jedes Unterfenster W11 bis WNM erzielt wird, in das zugehörige Bildsignal dw konvertiert werden, und jedes Bildsignal dw kann gewählt und ausgegeben werden. Weder eine Schaltung noch eine Verarbeitung wird separat benötigt, um die Pixelsignale (Ladungen) zu kombinieren, und daher kann man leicht ein Bild mit niedriger Auflösung erzielen. Zudem wird die Kompositladung, die man durch gemeinsames Kombinieren der Unterfenster W11, W12, W13, ... erhält, in das zugehörige Bildsignal dw konvertiert, und jedes so konvertierte Bildsignal dw kann selektiert und ausgegeben werden, indem der herkömmliche Aufbau verwendet wird, dass der SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 für zwei oder mehr Unterfenstern W11, W12, W13, ... gemeinsam vorgesehen ist. In Übereinstimmung damit kann gemäß der bildgebenden Vorrichtung 20' wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen bildgebenden Vorrichtung 20 die Signalverarbeitungsschaltung usw. auf der Außenseite einfach aufgebaut sein, und es ist nicht notwendig, die Pixelsignale (Ladungen) auf der Außenseite zu kombinieren, so dass die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit auf der Außenseite erhöht werden kann. Weiterhin werden keine Speichervorrichtung, zugehörigen peripheren Schaltkreise usw. benötigt, die man verwendet um Pixelsignale (Ladungen) zu kombinieren, so dass das Gesamtsystem, welches das betreffende bildgebende Element 20' enthält, miniaturisiert werden kann. Daher kann das System zu niedrigen Kosten aufgebaut sein.
Mit Bezug auf das bildgebende Element 20' kann die gesamte Schaltung des bildgebenden Elements 20 auf dem selben Halbleiterchip aufgebaut sein, indem die SBW-Bildsignalausgabeabschnitte 24, die horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26, die vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27, die Pixelsignalschaltung 31, das horizontale Schieberegister 32h, das vertikale Schieberegister 32v, die SBW-Signalausgabeschaltung 34, die SBW-Auswahlschaltung 35, der Ausgangspuffer Bff, usw. auf dem Halbleitersubstrat (auf der Grundlage eines CMOS Prozesses) gebildet sind, welches das Fotoarray 21 des bildgebenden Elements bildet. In Übereinstimmung damit kann das betreffende bildgebende Element 20' im Vergleich mit dem Aufbau miniaturisiert werden, in dem die vorstehenden Elemente separat von dem Halbleitersubstrat gebildet werden, welches das bildgebende Fotoarray bildet.
Als Nächstes werden Modifikationen 1 bis 3 des bildgebenden Elements 20 und des bildgebenden Elements 20' in Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit Bezug auf die 5 bis 7 erläutert. In diesen Modifikationen kann das Unterfenstersignal Dw, usw. wiederholt in einem vorab bestimmten Bereich ausgegeben werden, indem eine Ringzählerschaltung zu dem Aufbau des bildgebenden Elements 20, 20' hinzugefügt wird, die mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben wurde. In den 5 bis 7 werden hauptsächlich die Ringzählerschaltung und die peripheren Schaltungen dazu gezeigt, und der Aufbau des bildgebenden Elements 20, 20' wird aus der Veranschaulichung ausgelassen. Weiterhin werden im Wesentlichen die selben grundlegenden Elemente wie in dem bildgebenden Element 20, das mit Bezug auf 2 beschrieben wurde und dem bildgebenden Element 20', das mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, durch die selben Bezugszeichen wie in den 5 bis 7 bezeichnet, und die Beschreibung derselben wird ausgelassen.
<Modifikation 1>
In einer wie in 5 gezeigten Modifikation 1 wird die Funktion der wiederholten Auswahl von mehreren Bildsignalen dw, die mehrere integrierte Ladungen umfassen und von mehreren Koppelschaltungen 23 ausgegeben werden, und die Ausgabe der so ausgewählten Bildsignale dw an die Ladungssammelelemente EC in einer vorab bestimmten Ordnung durch eine Ringzählerschaltung 36 eingebaut und hinzugefügt.
Das heißt, in der Modifikation 1 ist die Ringzählerschaltung 36 an Stelle der SBW-Auswahlschaltung 35 vorgesehen, die in 2 gezeigt ist. Die Ringzählerschaltung 36 ist ein Zähler, der durch Verbinden von Schieberegistem in einer Ringform erhalten wird. In der in 5 gezeigten Modifikation werden drei JK-Flipflops 36a, 36b, 36c so aufgebaut, dass sie im Kreis die Steuersignale ϕSW01. ϕSW02, ϕSW03 an die Unterfenster W11, W12, W13 ausgeben können, die in drei Spalten angeordnet sind. Die Ringzählerschaltung 36 entspricht einer ”integrierten Ladungsauswahleinheit”.
Insbesondere werden drei JK-Flipflops 36a, 36b, 36c so verbunden, dass die Ausgaben Q1, –Q1 des JK-Flipflops 36a in der ersten bzw. früheren Stufe (”–Q” bedeutet einen negativen logischen Wert von Q) kontinuierlich an die Eingangsanschlüsse J, K des JK-Flipflops 36b in der mittleren Stufe eingegeben werden können, die Ausgaben Q2, –Q2 des JK-Flipflops 36b kontinuierlich an den JK-Flipflop 36c in der folgenden bzw. letzten Stufe eingegeben werden können und die Ausgaben Q3, –Q3 des JK-Flipflops 36c kontinuierlich an die Eingangsanschlüsse J, K des JK-Flipflops 36a der vorhergehenden bzw. ersten Stufe eingegeben werden können. Weiterhin wird das selbe Zeitgebersignal bzw. Taktsignal CKL an dem Zeitgebereingang CK jedes JK-Flipflops 36a, 36b, 36c eingegeben.
In Übereinstimmung damit kann synchron mit dem Taktsignal CLK, das der Ringzählerschaltung 36 eingegeben wird, der Betrieb der aufeinanderfolgenden Verschiebung der Ausgangspulse in jeder Stufe zum Ausgang der benachbarten Stufe wie ”Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 0” → ”Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1” → ”Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 0” →, ... wiederholt werden. Das heißt, die Werte der Steuersignale ϕSW01, ϕSW02 ϕSW03 die an die Unterfenster W11, W12, W13 ausgegeben werden, können zirkulieren, wie ”100” → ”010” → ”001” → ”100” → ”010” → ..., wodurch die EIN/AUS-Steuerung der MOS-Schalter 26a, 26b, 26c der horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26 durchgeführt werden kann. Daher können die Unterfenster W11 bis WNM wiederholt in der horizontalen Richtung für jede Breite der drei Spalten bzw. für die drei aufeinanderfolgenden Spalten (”W11, W12, W13”, ”W21, W22, W23”, ”W31, W32, W33”, ...) abgetastet werden.
5 zeigt den Aufbau der Steuerung des horizontalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 26, und eine Ringzählerschaltung zum Steuern des vertikalen SBW-Ausgabeauswahlschaltarrays 27 kann wie in dem Fall der Ringzählerschaltung 36 aufgebaut sein. Beispielsweise können die Unterfenster W11 bis WNM durch Durchführen der EIN/AUS-Steuerung der MOS-Schalter 27a, 27b, 27c wiederholt in der senkrechten Richtung für jede Breite von drei Zeilen (”W11, W21, W23”, ”W11, W22, W32”, ”W13, W23, W33”, ...) abgetastet werden. In Übereinstimmung damit kann man in den Unterfenstern W11, W12, W13 usw., das Unterfenstersignal Dw, das wiederholt ausgegeben wird, erhalten, obwohl dessen Auflösung niedrig ist.
In dem in 5 gezeigten Aufbau wird die zirkulierende Ausgabe der Steuersignale ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03 durch die Ringzählerschaltung nicht erlaubt, bis einer UND-Schaltung 36d, die in der ringförmigen Verbindung der Ringzählerschaltung 36 (dem Draht zur Verbindung der Ausgabe Q3 des JK-Flipflops 36c mit der Eingabe J des JK-Flipflops 36a) zwischengeschaltet wird, ein H-Signal eingegeben wird. Das heißt, nur wenn ”SBh0 = 1, SBh1 = 1” als ein Ringzählerstartsignal eingegeben wird, wird eine Auswahlschaltung 37 durch eine UND-Schaltung 37a und INV-Schaltungen 37b, 37c aufgebaut, die ein H-Pegelsignal an die betreffende UND-Schaltung 36d ausgeben kann, um die Steuerung des Betriebs der Ringzählerschaltung 36 zu ermöglichen.
In 5 wird die Funktion der wiederholten Auswahl der mehreren Bildsignale dw, die von den mehreren integrierten Ladungen ausgegeben werden, die von den mehreren integrierten Koppelschaltungen 23 in einer vorab bestimmten Ordnung ausgegeben werden, und der Ausgabe der mehreren Bildsignale dw an das Ladungssammelelement EC durch die Ringzählerschaltung 36 implementiert. In diesem Fall wird jedoch die Ringzählerschaltung 36 an Stelle der in 3 gezeigten SBW-Ausgabeauswahlschaltung 35 vorgesehen, und gibt die Steuersignale ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03, die von der Ringzählerschaltung 36 ausgegeben werden, an die SBW-Signalausgabeschaltung 34 ein. In Übereinstimmung damit können die Werte der Steuersignale ϕSW01, ϕSW02, ϕSW03, die der SBW-Signalausgabeschaltung 34 eingegeben werden, zirkulieren, wie ”100” → ”010” → ”001” → ”100” → ”010” → ..., und so werden die Unterfenster W11 bis WNM in der horizontalen Richtung für jede Breite von drei Spalten (”W11, W12, W13”, ”W21, W22, W23”, ”W31, W32, W33”, ...) wiederholt abgetastet. Die Ringzählerschaltung 36 dieses Falles entspricht der ”Einheit zur Auswahl des auszugebenden Signals”.
Wie vorstehend beschrieben wählt die Ringzählerschaltung 36 die mehreren integrierten Ladungen, die von den mehreren Koppelschaltkreisen 23 ausgegeben werden, wiederholt in einer vorab bestimmten Reihenfolge aus und gibt die ausgewählten integrierten Ladungen an das Ladungssammelelement EC ab. In Übereinstimmung damit wird in beliebigen Unterfenstern WIJ bis WKL zur Ausgabe der mehreren integrierten Ladungen das Unterfenstersignal Dw wiederholt erhalten, obwohl die Auflösung niedrig ist. Daher ist es beispielsweise unnötig, die Schaltung und die Steuerverarbeitung bereitzustellen, wenn mit Bezug auf einen bestimmten Bereich ein Zielobjekt gesucht und ein Unterfenstersignal Dw erhalten wird, und man kann ein gewünschtes Bildsignal leicht und schnell erhalten. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite vereinfacht werden und die Verarbeitungsgeschwindigkeit kann verbessert werden. Weiterhin kann das Gesamtsystem, welches die abbildende Einheit 20, 20' enthält, miniaturisiert werden.
<Modifikation 2>
Wie in 6 gezeigt wird in einer Modifikation 2 die Funktion der Steuerung der mehreren Pixeleinheiten 22, die in einem oder mehreren ausgewählten Unterfenstern WIJ bis WKL aus den Unterfenstern W11 bis WNM angeordnet sind, so aufgebaut und der Ringzählerschaltung 38 hinzugefügt, dass die Ladungen von den vielen Pixeleinheiten 22 in einer vorab bestimmten Reihenfolge ausgegeben werden können.
Das heißt, dass in der Modifikation 2 eine Ringzählerschaltung 38 an Stelle des horizontalen Schieberegisters 32h, das in 1 gezeigt ist, vorgesehen ist. Die Ringzählerschaltung 38 wird wie in dem Fall der Ringzählerschaltung 36, die in der Modifikation 1 beschrieben ist, durch mehrere JK-Flipflops aufgebaut. In diesem Fall wird die Beschreibung des Schaltungsaufbaus ausgelassen. Die Ringzählerschaltung 38 wird durch drei JK-Flipflops 38a, 38b, 38c wie in dem Fall der JK-Flipflops 36 gebildet, und sie ist so konzipiert, dass ϕSP01, ϕSP02, ϕSP03 kreisförmig als Steuersignale ausgegeben werden. Die Ringzählerschaltung 38 entspricht einer ”Steuereinheit für die Ausgabe von Pixelladungen im Bereich”.
In der Ringzählerschaltung 38 wird der Betrieb der aufeinander folgenden Verschiebung der Ausgangspulse in jeder Stufe synchron mit dem Taktsignal CLK wiederholt, welches der Ringzählerschaltung 38 eingegeben wird, wie ”Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 0” → ”Q1 = 0, Q2 = 1, Q3 = 0” → ”Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1” → ”Q1 = 1, Q2 = 0, Q3 = 0” → ..., sodass die Steuersignale ϕSP01, ϕSP02, ϕSP03, die zirkulär variieren wie ”100” → ”010” → ”001” → ”100” → ”010” → ..., beispielsweise an die drei Pixeleinheiten 22 (Pa, Pb, Pc) in der horizontalen Richtung in dem Unterfenster W11 ausgegeben werden. In Übereinstimmung damit werden die Pixeleinheiten 22 von Pa, Pb, Pc aufeinanderfolgend so der EIN/AUS-Steuerung unterzogen, dass die Pixeleinheiten 22 für jede Breite von drei Spalten (”Pa, Pb, Pc”, ”Pd, Pe, Pf”, ”Pg, Ph, Pi”) wiederholt in der horizontalen Richtung abgetastet werden können. Das heißt, man kann das Bildsignal Dp jeder Pixeleinheit 22 wiederholt in einem vorab bestimmten Bereich erhalten. Die Verarbeitung der Ausgabe des Bildsignals Dp jeder Pixeleinheit 22 mit Bezug auf einen vorab bestimmten Bereich aus den mehreren Pixeleinheiten 22 in dem Unterfenster wird als ”Unterblockverarbeitung” bezeichnet.
6 zeigt den Aufbau zur Steuerung mehrerer Pixeleinheiten 22 in der horizontalen Richtung, die Ringzählerschaltung zur Steuerung mehrerer Pixeleinheiten 22 in der senkrechten Richtung kann jedoch ebenfalls ähnlich wie in dem Fall der Ringzählerschaltung 38 aufgebaut sein. Weiterhin können nicht nur die mehreren Pixeleinheiten 22, die in dem Unterfenster W11 angeordnet sind, sondern auch die mehreren Pixeleinheiten 22, die in dem Bereich über die zwei oder mehr Unterfenster W11 bis WNM angeordnet sind, wiederholt in einem vorab bestimmten Bereich durch die Steuersignale ϕSP01, ϕSP02, ϕSP03 usw. abgetastet werden. Die in 6 gezeigte Auswahlschaltung 37 wird wie in dem Fall der Auswahlschaltung 37 zur Steuerung der Ringzählerschaltung 36 aufgebaut, die mit Bezug auf die Modifikation beschrieben ist, und sie entspricht einer ”Bereichsauswahleinheit”.
Wie vorstehend beschrieben werden in der Modifikation 2 durch die Auswahlschaltung 37 eines oder mehrere Unterfenster WIJ bis WKL aus den Unterfenstern W11 bis WMN ausgewählt, und die mehreren Pixeleinheiten 22, die in den Unterfenstern WIJ bis WKL angeordnet sind, welche in der Auswahlschaltung 37 ausgewählt sind, werden durch die Ringzählerschaltung 38 so gesteuert, dass die Ladungen von den vielen betroffenen Pixeleinheiten 22 in einer vorab bestimmten Ordnung ausgegeben werden können. In Übereinstimmung damit werden die Ladungen in einer vorab bestimmten Ordnung aus den mehreren Pixeleinheiten 22 ausgegeben, die in einem beliebigen Unterfenster WIJ bis WKL angeordnet sind (Unterblockverarbeitung), so dass ein Bildsignal, das eine hohe Auflösung aufweist, in jedem Unterfenster WIJ bis WKL erzielbar ist.
Wenn daher ein Zielobjekt von dem Unterfenstersignal Dw mit niedriger Auflösung auf der Grundlage der integrierten Ladung oder des Bildsignals dw jedes Unterfensters W11 bis WMN erkannt wird, kann das betreffende Zielobjekt durch das bildgebende Signal Dp mit hoher Auflösung erkannt werden, indem der Existenzbereich des betroffenen Zielobjekts auf ein betroffenes Unterfenster WIJ bis WKL festgelegt wird. Das heißt, sowohl das Unterfenstersignal dw mit niedriger Auflösung als auch das bildgebende Signal Dp mit hoher Auflösung können ausgegeben werden, ohne separat die Unterblockschaltung und die Unterblockverarbeitung vorzusehen, um das bildgebende Signal Dp auf der Außenseite zu erhalten. In Übereinstimmung damit kann die Signalverarbeitung auf der Außenseite weiter vereinfacht und die Verarbeitungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden. Zudem kann das Gesamtsystem, welches das abbildende Element 20, 20' umfasst, weiter miniaturisiert werden.
<Modifikation 3>
Wie in 7 gezeigt, ist die Modifikation 3 mit einem horizontalen Schieberegister/einer Ringzählerschaltung 39 ausgestattet, die man erhält, indem ein Ringzähler durch einen Teil des horizontalen Schieberegisters 32h aufgebaut wird, der mehrere Pixeleinheiten 22 so steuern kann, dass Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge unabhängig von den Unterfenstern W11 bis WNM ausgegeben werden können. Das heißt, dass in der Modifikation 3 eine Umschaltschaltung 39a1, eine Unterblockauswahlschaltung 39a2, usw. mehreren der vielen JK-Flipflops 32ha, 32hb, 32hc, ... hinzugefügt werden, wodurch die Funktion der in 6 gezeigten Ringzählerschaltung 38 verwirklicht wird.
Insbesondere wird durch die Funktionsumschaltschaltung 39a eine Inverterschaltung zwischen die Eingangsanschlüsse J, K jedes JK-Flipflops geschaltet. Wenn in Übereinstimmung damit die betreffende Inverterschaltung zwischengeschaltet ist, wird der umgekehrte logische Wert des logischen Werts, der dem Eingangsanschluss J eingegeben wird, dem Eingangsanschluss K eingegeben, und daher arbeitet das betreffende JK-Flipflop als ein D-Flipflop. Es wird durch einen MOS-Schalter gesteuert, der mit jeder Inverterschaltung in Serie verbunden ist, unabhängig davon, ob die Inverterschaltung dazwischen geschaltet sein soll oder nicht.
Durch die Unterblockauswahlschaltung 39b werden das Vorhandensein oder die Abwesenheit der ringförmigen Verbindung der Ringzählerschaltung (des Drahts zur Verbindung des Ausgangsanschlusses –Q des JK-Flipflops auf der nachfolgenden Stufe mit dem Eingangsanschluss K des JK-Flipflops auf der vorderen bzw. vorhergehenden Stufe) und die Verbindungsposition derselben durch mehrere MOS-Schalter gesteuert. Weiterhin wird durch Zwischenschaltung einer UND-Schaltung an einem Punkt in der Mitte des Drahts zur Verbindung des Ausgangsanschlusses Q des JK-Flipflops auf der letzten Stufe mit dem Eingangsanschluss J des JK-Flipflops auf der vorderen Stufe ein Schaltungsaufbau erreicht, der eine ähnliche ringförmige Verbindung ist, so dass er nicht als eine Ringzählerschaltung funktioniert, so lange nicht ein H-Pegelsignal an die betroffene UND-Schaltung angelegt wird. Das H-Pegelsignal wird wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Modifikationen 1, 2 durch die Auswahlschaltung 37 gesteuert. Weiterhin zeigt 7 einen Aufbau in der horizontalen Richtung, und mit Bezug auf die vertikale Richtung kann derselbe Aufbau für das vertikale Schieberegister 32v angepasst werden.
Wenn dieselbe Funktion wie die vorstehend beschriebene Modifikation 2 für das horizontale Schieberegister 32h ausgeführt wird, wie beispielsweise in 7 gezeigt, werden eine Inverterschaltung und MOS-Schalter 39a1, 39a2, 39a3 zwischen den Eingangsanschlüssen J, K jedes der JK-Flipflops 32ha, 32hb, 32hc verbunden, um eine Funktionsumschaltschaltung 39a zu bilden. Ein Draht 39L1 zur Verbindung des Ausgangsanschlusses –Q3 des JK-Flipflops auf der Rückseite mit dem Eingangsanschluss K des JK-Flipflops 32ha auf der Vorderseite wird vorgesehen, und MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 werden zwischen die Ausgangsanschlüsse –Q1, –Q2, –Q3 der jeweiligen JK-Flipflops 32ha, 32hb, 32hc und den Draht 39L1 geschaltet. Weiterhin wird eine UND-Schaltung 39c, deren einer Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss der Auswahlschaltung 37 verbunden ist, an einigen Punkten in der Mitte eines Drahts 39L2 zur Verbindung des Ausgangsanschlusses Q3 des JK-Flipflops 32hc auf der hinteren Stufe mit dem Eingangsanschluss J des JK-Flipflops 32ha auf der vorderen Stufe zwischengeschaltet.
Durch Hinzufügen der Funktionsumschaltschaltung 39a, der Unterblockauswahlschaltung 39b, der UND-Schaltung 39c usw. zu einem Teil des horizontalen Schieberegisters 32h wie vorstehend beschrieben, wenn beispielsweise das H-Pegelsignal an jedem der Gate-Anschlüsse des MOS-Schalters 39a1, 39a2, 39a3 als das Schaltsignal anliegt, wird das L-Pegelsignal jedem der Gate-Anschlüsse der MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 als das Unterblockauswahlsignal eingelesen und weiterhin wird das L-Pegelsignal durch die Auswahlschaltung 37 der UND-Schaltung 39c eingegeben, wobei das horizontale Schieberegister/die Ringzählerschaltung 39, das bzw. die dem horizontalen Schieberegister 32h entspricht, als ein horizontales Schieberegister wirkt.
Wenn weiterhin das L-Pegelschaltsignal jedem der Gate-Anschlüsse der MOS-Schalter 39a1, 39a2, 39a3 eingegeben wird, wird das H-Pegelauswahlsignal für den Unterblock jedem der Gate-Anschlüsse der MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 eingegeben, und das H-Pegelsignal wird durch die Auswahlschaltung 37 der UND-Schaltung 39c eingegeben, wodurch das horizontale Schieberegister/die Ringzählerschaltung 39 als eine Ringzählerschaltung wirkt.
Wenn die MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 der Unterblockauswahlschaltung 39b so festgelegt werden, dass der MOS-Schalter 39b1 ausgeschaltet ist, der MOS-Schalter 39b2 ausgeschaltet ist und der MOS-Schalter 39b2 durch das Schaltsignal eingeschaltet ist, können die neun Pixeleinheiten 22 in den 3 Zeilen × 3 Spalten (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg, Ph, Pi) der Unterblockverarbeitung unterzogen werden. Wenn weiterhin die MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 so festgelegt werden, dass der MOS-Schalter 39b1 ausgeschaltet wird, wird der MOS-Schalter 39b2 durch das Umschaltsignal ein- und der MOS-Schalter 39b3 ausgeschaltet, wodurch die vier Pixeleinheiten 22 auf 2 Zeilen × 2 Spalten (Pa, Pb, Pd, Pf) der Unterblockverarbeitung unterzogen werden können. In dem Fall des in 7b gezeigten Aufbaus ist es nicht effektiv, wenn die MOS-Schalter 39b1, 39b2, 39b3 in EIN/AUS-Zustände außer den vorstehend beschriebenen Zuständen versetzt werden.
Das horizontale Schieberegister 32h und das vertikale Schieberegister 32v entsprechen einer ”Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung”. Weiterhin entspricht das horizontale Schieberegister/die Ringzählerschaltung 39 einer ”Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung” und einer ”Steuereinheit für die Ausgabe der Pixelladung im Bereich”.
Wie vorstehend beschrieben bildet das horizontale Schieberegister/die Ringzählerschaltung 39 einen Teil oder die Gesamtheit des horizontalen Schieberegisters 32h und des vertikalen Schieberegisters 32v. In Übereinstimmung damit kann das horizontale Schieberegister/die Ringzählerschaltung 39 aufgebaut sein, indem einige oder alle Schaltungselemente verwendet werden, welche das horizontale Schieberegister 32h und das vertikale Schieberegister 32v bilden, die normalerweise vorhanden sind, und daher kann die Größe der Schaltung verringert werden, um im Vergleich mit dem Fall, in dem die vorstehend genannten Elemente nicht verwendet werden, kleiner zu sein. In Übereinstimmung damit kann das Gesamtsystem, welches das bildgebende Element 20, 20' umfasst, weiter miniaturisiert werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe durch das bildgebende Element 20, 20' (nachstehend als ”bildgebendes Element 20 oder etwas Ähnliches” bezeichnet), mit Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben. Diese Verarbeitung wird durch einen (nicht gezeigten) Mikrocomputer (auch ein digitaler Signalprozessor kann verwendet werden) durchgeführt, der mit dem bildgebenden Element 20 oder etwas Ähnlichem verbunden ist, und der betreffende Mikrocomputer entspricht der ”Außenseite”. Wie nicht gezeigt ist, wird ein vorab bestimmtes Programm von der den Mikrocomputer bildenden CPU durchgeführt, das in einer Halbleiterspeichervorrichtung oder etwas Ähnlichem gespeichert ist, welche zu dem betreffenden Mikrocomputer gehört, wodurch die Steuerverarbeitung der Bildsignalausgabe durchgeführt wird. 8 ist ein Zustandsübergangsdiagramm auf der Grundlage der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe, und der Übergang des verarbeitenden Zustands wird ebenfalls beschrieben, wenn der Ablaufplan der 9 beschrieben wird.
Wie in 8 gezeigt wird die normale Verarbeitung fortgesetzt, bis der in 1 gezeigte Basisaufbau ein Zielobjekt erkennt (R11), wenn die Auflösung des auszugebenden Bildsignals über die Verarbeitungsgeschwindigkeit Priorität hat, und wenn das betroffene Zielobjekt erkannt wird, wird das bildgebende Signal Dp jeder Pixeleinheit 22 von der Pixelsignalausgabeschaltung 31 ausgegeben (R12). Wenn andererseits die Verarbeitungsgeschwindigkeit zur Ausgabe des Bildsignals Priorität über der Auflösung hat, verschiebt sich die Verarbeitung zur Unterfensterverarbeitung (R21). Man sollte beachten, dass der Schritt der normalen Verarbeitung aus dem Ablaufplan der 9 ausgelassen ist, und die Verarbeitung von der Stufe startet, in welcher die Verarbeitung zur Unterfensterverarbeitung übergeht. Bevor man zur Unterfensterverarbeitung weitergeht, wird ein Parameter zum Bestimmen einer gewünschten Unterfenstergröße von einem (nicht gezeigten) Hauptprogramm an die Unterfensterverarbeitung geliefert.
Wie in 9 gezeigt wird eine Verarbeitung zur Festlegung des Unterfensters in dem in 10 gezeigten Schritt S201 ausgeführt, wenn die Unterfensterverarbeitung im Schritt 101 aufgerufen wird. Diese Verarbeitung legt die Größe oder etwas Ähnliches für das Unterfenster fest, die als ein Parameter an die in den 2 oder 3 gezeigte Hardware geliefert wird. In 2 oder 3 wird die Unterfenstergröße auf 3 Zeilen × 3 Spalten festgelegt.
In dem darauf folgenden Schritt S203 wird eine Signalverarbeitung für die Ausgabe im Unterfenster durchgeführt. Der betreffende Mikrocomputer liest das Signal Dw für das Unterfenster ein, das von dem in 2 gezeigten SBW-Bildsignalausgabeabschnitt 24 oder der in 3 gezeigten SBW-Signalausgabeschaltung 34 ausgegeben wird, und daher basiert die Verarbeitung des Auslesens des Signals Dw für das Unterfenster auf diesem Schritt.
Im Schritt S205 wird eine vorab bestimmte Bildverarbeitung durchgeführt oder eine Erkennungsverarbeitung wird auf der Grundlage des Unterfenstersignals Dw durchgeführt, das im Schritt S203 gelesen wird. Wenn die Bildverarbeitung/Erkennungsverarbeitung auf der Grundlage des Schritts S205 beendet ist, wird diese Unterfensterverarbeitung beendet, und die Verarbeitung geht zu der in 9 gezeigten Verarbeitung des Schritts S103.
Im Schritt S103 der 9 wird eine Verarbeitung zur Berechnung eines Bewegungsvektors durchgeführt. Diese Verarbeitung erfasst einen Bewegungsvektor, und auf der Grundlage dieses Ergebnisses wird eine Beurteilung durchgeführt, ob es irgendein zu verfolgendes Zielobjekt gibt, d. h., eine Beurteilungsverarbeitung für die Ausführung oder Nichtausführung der Verfolgung wird in dem nächsten Schritt S105 durchgeführt.
Wenn im Schritt S105 ein zu verfolgendes Zielobjekt bestätigt wird (S105: Ausführung), geht die Verarbeitung zum Schritt S101, um wieder die Unterfensterverarbeitung durchzuführen. Das heißt, die Verarbeitung geht zu der Verarbeitung, welche der Verarbeitungsgeschwindigkeit Priorität über die Auflösung einräumt. In diesem Fall wird ein Zustand (R22) festgelegt, in welchem die in 8 gezeigte Unterfensterverarbeitung wiederholt wird.
Wenn im Schritt S105 kein zu verfolgendes Zielobjekt bestätigt wird (S105: keine Durchführung), geht die Verarbeitung zu dem nachfolgenden Schritt S107 weiter, um die Verarbeitung der Beurteilung durchzuführen, ob die Auflösung ausreichend ist oder nicht, d. h. zu einer Verarbeitung der Auflösungsbeurteilung.
Wenn im Schritt S107 beurteilt wird, dass die Auflösung ausreicht (S107: ausreichend), geht die Verarbeitung zum Schritt S115, um die Verarbeitung zur Ausgabe des Unterfenstersignals Dw durchzuführen, das bis jetzt gelesen wurde. In diesem Fall (R26) geht der Zustand wie in 8 gezeigt zu der Ausgabeverarbeitung über.
Wenn es andererseits im Schritt S107 beurteilt wird, dass die Auflösung nicht ausreicht (S107: nicht ausreichend), wird ein notwendiger Unterblock bestimmt und ein Parameter festgelegt, und dann geht die Verarbeitung auf der Grundlage des Schritts S109 zu der Unterblockverarbeitung weiter. In diesem Fall (R23) geht der Zustand wie in 8 gezeigt zu der Unterblockverarbeitung über.
Wenn im Schritt S109 die Unterblockverarbeitung aufgerufen wird, wird im in 11 gezeigten Schritt S301 die Verarbeitung zur Festlegung des Unterblockbereichs durchgeführt. Diese Verarbeitung ist dazu da, die Größe und ähnliche Merkmale des Unterblocks festzulegen, die im Schritt S107 als ein Parameter an die in 2 und 3 gezeigte Hardware geliefert wird. In den 6 und 7 ist die Unterblockgröße auf 3 Zeilen × 3 Spalten festgelegt.
In dem nachfolgenden Schritt S303 wird eine Leseverarbeitung eines Unterblockausgabesignals durchgeführt. Das bildgebende Signal Dp in dem Unterblockbereich, das von der Pixelsignalausgabeschaltung 31 ausgegeben wird, die in 1 gezeigt ist, wird in den betreffenden Mikrocomputer eingelesen, und daher liest dieser Schritt dieses Signal.
Im Schritt S305 wird eine vorab bestimmte Bildverarbeitung oder eine Erkennungsverarbeitung auf der Grundlage des bildgebenden Signals Dp ausgeführt, das im Schritt S303 gelesen wird. Wenn die Bildverarbeitung/Erkennungsverarbeitung auf der Grundlage des Schritts S303 beendet ist, wird diese Unterblockverarbeitung beendet, und so geht die Verarbeitung zum in 9 gezeigten Schritt S111.
Im Schritt S111, der in 9 gezeigt ist, wird die Kalkulationsverarbeitung des Bewegungsvektors durchgeführt. Diese Verarbeitung erfasst wie in dem Fall des vorstehend beschriebenen Schritts S103 einen Bewegungsvektor, und auf der Grundlage dieses Ergebnisses wird eine Beurteilung durchgeführt, ob es ein zu verfolgendes Zielobjekt gibt, d. h., in dem nächsten Schritt S113 wird eine Verarbeitung durchgeführt, um zu beurteilen, ob das Verfolgen durchzuführen ist oder nicht.
Wenn ein zu verfolgendes Zielobjekt im Schritt S113 bestätigt wird (S113: Ausführung), geht die Verarbeitung zum Schritt S109, um erneut die Unterblockverarbeitung durchzuführen. In diesem Fall (R25) wird der Zustand der Wiederholung der Unterblockverarbeitung wie in 8 gezeigt festgelegt.
Wenn andererseits kein zu verfolgendes Zielobjekt im Schritt S111 bestätigt wird (S113: keine Ausführung), geht die Verarbeitung zu dem nachfolgenden Schritt S115, um die Verarbeitung der Ausgabe des bildgebenden Elements Dp in dem Unterblockbereich durchzuführen, der zuvor gelesen wurde. In diesem Fall geht der Zustand wie in 8 gezeigt zu der Ausgabeverarbeitung über. Dann wird die Serie der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe beendet.
Durch Durchführen der Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe wie vorstehend beschrieben kann die Belastung des Mikrocomputers durch die Bildverarbeitung verringert werden. Wenn beispielsweise das bildgebende Fotoarray 21, das 9 Zeilen × 9 Spalten aufweist, im Unterfenster von 3 Zeilen × 3 Spalten wie in 12A gezeigt unterteilt ist, wird eine auftretende Last, wenn das Unterfester von ”J” verarbeitet wird, auf der Grundlage des in 12B gezeigten Ablaufplans betrachtet.
Zunächst werden in der Verarbeitung zum Auslesen der Unterfensterausgabe des Schritts S510 die von den neun Unterfenstern von 3 Zeilen × 3 Spalten ausgegebenen Unterfenstersignale Dw gelesen (Signalanzahl: neun). In der Pixelsignalverarbeitung des Schritts S503 werden die neun Unterfenstersignale Dw, die im Schritt S501 ausgelesen wurden, verarbeitet (Signalverarbeitungsanzahl: neun). In der Merkmalsextraktions-/Bilderkennungsverarbeitung auf der Grundlage des Schritts S505 werden die neun Unterfenstersignale Dw in ähnlicher Weise verarbeitet (Zielsignalanzahl: neun). Wenn in der Beurteilungsverarbeitung für die Nützlichkeit oder Nichtnützlichkeit der Information des Schritts S507 beurteilt wird, dass die Information nicht nützlich ist (S507: nicht nützlich) wird die Ausgabeverarbeitung im Schritt S515 durchgeführt. D. h., in diesem Fall ist die Verarbeitung die kürzeste Verarbeitung, und die gesamte Anzahl an Signalverarbeitungsschritten ist gleich 9(S501) + 9(S503) + 9(S505) = 27.
Wenn in der Verarbeitung zur Beurteilung der Nützlichkeit oder Nichtnützlichkeit der Information des Schritts S507 ”Nützlichkeit” beurteilt wird (S507: nützlich), wird die Leseverarbeitung für die Ausgabe des Unterblocks in dem nachfolgenden Schritt S509 durchgeführt. Der Unterblock wird auf 3 Zeilen × 3 Spalten festgelegt, und daher werden die bildgebenden Signale Dp, die von neun Einheitspixeln ausgegeben werden, ausgelesen (Signalanzahl: neun). In der Pixelsignalverarbeitung des Schritts S511 werden die neun bildgebenden Signale Dp, die im Schritt S509 ausgelesen wurden, verarbeitet (Signalverarbeitungsanzahl: neun). In der Merkmalsextraktions/Bilderkennungsverarbeitung des Schritts S513 werden die neun bildgebenden Signale Dp in gleicher Weise verarbeitet (Zielsignalanzahl: neun). Dann wird die Ausgabeverarbeitung im Schritt S515 durchgeführt. D. h., in diesem Fall ist die Verarbeitung die längste Verarbeitung, und die gesamte Signalverarbeitungsanzahl ist gleich 9(S501) + 9(S503) + 9(S505) + 9(S509) + 9(S511) + 9(S513) = 54.
Andererseits wird diese aufzunehmende Last, wenn die bildgebenden Signale Dp von 81 Einheitspixeln direkt verarbeitet werden, ohne das bildgebende Fotoarray 21 aus 9 Zeilen × 9 Spalten in Unterfenster aufzuteilen, auf der Grundlage des in 13B gezeigten Ablaufplans betrachtet.
Zunächst werden in der Leseverarbeitung zur Ausgabe des Schritts S601 die bildgebenden Signale Dp, die von 81 Pixeleinheiten auf 9 Zeilen × 9 Spalten ausgegeben werden, ausgelesen (Signalanzahl: 81). In der Pixelsignalverarbeitung auf der Grundlage des Schritts S603 werden die 81 bildgebenden Signale Dp, die im Schritt S101 ausgelesen werden, verarbeitet (Signalverarbeitungsanzahl: 81). In der Merkmalsextraktion-/Bilderkennungsverarbeitung des Schritts S605 werden die 81 bildgebenden Signale Dp in gleicher Weise verarbeitet (Zielsignalanzahl: 81). Dann wird in Schritt S115 die Ausgabeverarbeitung durchgeführt. Die gesamte Signalverarbeitungsanzahl ist gleich 81(S601) + 81(S603) + 81(S605) = 243.
In dem Fall des bildgebenden Fotoarrays von 9 Zeilen × 9 Spalten wie vorstehend beschrieben ist die Signalverarbeitungsanzahl gleich minimal 27 und maximal 54, wenn die Unterfensterverarbeitung und die Unterblockverarbeitung durchgeführt werden. Andererseits ist die Signalverarbeitungsanzahl gleich 243, wenn diese Verarbeitungen nicht durchgeführt wird. In Übereinstimmung damit kann die Belastung durch die Bildverarbeitung, die der Mikrocomputer zu tragen hat, deutlich verringert werden (in dem vorstehenden Fall können ungefähr 80% verringert werden) indem die Steuerverarbeitung für die Bildsignalausgabe wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird.
Weiterhin wird in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ein Unterfenster W11 bis WNM aufgebaut, indem neun Pixeleinheiten 22 (Pa, Pd, Pc, Pd, Pe, Pf, Pg, Ph, Pi) in der Matrixform von 3 Zeilen × 3 Spalten angeordnet werden; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann jedes Unterfenster W11 bis WNM aufgebaut sein, indem die Pixeleinheiten in einer quadratischen Matrix von 6 Zeilen × 6 Spalten, 9 Zeilen × 9 Spalten, 12 Zeilen × 12 Spalten oder in ähnlicher Weise oder in einer nicht quadratischen Matrix wie 6 Zeilen × 9 Spalten oder 6 Zeilen × 12 Spalten angeordnet sind.
Weiterhin ist in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform jede Logikschaltung durch positive Logik aufgebaut, dieselbe Aktion und dieselbe Wirkung wie vorstehend beschrieben kann jedoch durch Invertieren der Polaritäten der MOS-Transistoren und der MOS-Schalter erhältlich sein, um jede Logikschaltung durch negative Logik aufzubauen.
Zusammenfassend leistet die Erfindung folgendes:
Eine bildabtastende Vorrichtung (20, 20') teilt eine Gruppe (21) von Bildabtastelementen in eine Vielzahl von Bereichen (W11 bis WNM) und ein Bildsignal wird für jeden Bereich ausgegeben. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von ladungsintegrierenden Einheiten (23) auf, die jeweils für jeden aus der Vielzahl von Bereichen vorgesehen sind, um Ladungen zu integrieren, die von mehreren Bildabtastelementen ausgegeben werden und um die so integrierten Ladungen als eine integrierte Ladung auszugeben, eine Auswahleinheit (35, 36) für integrierte Ladungen, um eine oder mehrere integrierte Ladungen aus den vielen integrierten Ladungen auszuwählen und die so ausgewählten integrierten Ladungen auszugeben, eine Ladungssammeleinheit (24, EC) zum Sammeln und Kombinieren einer oder mehrerer integrierter Ladungen, die von der Auswahleinheit für integrierte Ladungen ausgegeben werden, als eine Kompositladung; und eine Einheit zur Ausgabe eines Bildsignals (24, ADC) zur Umwandlung der Kompositladung, die in der Ladungssammeleinheit (24, EC) gesammelt wurden, in ein Bildsignal und zum Ausgeben des Bildsignals.

Claims

Bildabtastvorrichtung (20, 20'), in der eine Bildabtastelementengruppe (21), die durch Anordnen von Bildabtastelementen (22) vom CMOS-Typ in einer Matrixform gebildet ist, in mehrere Bereiche (W11 bis WNM) aufgeteilt ist und von jedem der Bereiche (W11 bis WNM) ein Bildsignal (dw) ausgegeben wird, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Ladungsintegrationseinheiten (23), die jeweils in den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) vorgesehen sind, um Ladungen zu integrieren, die von den mehreren in dem betroffenen Bereich (W11 bis WNM) angeordneten Bildabtastelementen (22) ausgegeben werden, und um die so integrierten Ladungen als eine Vereinigungsladung abzugeben, wobei die Ladungsintegrationseinheiten (23) jeweils Vereinigungsladungen abgeben; eine Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (35, 36) zur Auswahl einer oder mehrerer der integrierten Ladungen, die von den Ladungsintegrationseinheiten (23) abgegeben werden, und zum Abgeben der einen oder mehreren der Vereinigungsladungen; eine Ladungssammeleinheit (24, EC) zum Sammeln und Kombinieren der einen oder mehreren der Vereinigungsladungen, die von der Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (35, 36) abgegeben werden, als einer Kompositladung; und eine Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC), um die in der Ladungssammeleinheit (24, EC) gesammelte Kompositladung in ein Bildsignal (Dw) umzuwandeln und um das so konvertierte Bildsignal (Dw) auszugeben; wobei die Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (36) zur Auswahl der integrierten Ladungen die eine oder mehrere der integrierten Ladungen, die von den mehreren Ladungsintegrationseinheiten (23) ausgegeben werden, wiederholt in einer vorab bestimmten Reihenfolge auswählt und die eine oder mehreren der Vereinigungsladungen an die Ladungssammeleinheit (24, EC) ausgibt, und mit einer Bereichsauswahleinheit (37), um beliebig einen oder mehrere der Bereiche (W11 bis WNM) auszuwählen, und einer bereichsgebundenen Pixelladungsausgabesteuereinheit (38), um mehrere Bildabtastelemente (22), die in dem einen oder den mehreren der von der Bereichsauswahleinheit (37) ausgewählten Bereiche (W11 bis WNM) angeordnet sind, so zu steuern, dass Ladungen von den mehreren Bildabtastelementen (22) in einer vorab bestimmten Reihenfolge ausgegeben werden können, weiterhin mit einer Pixelladungsausgabesteuereinheit (39), um die mehreren Bildabtastelemente (22) so zu steuern, dass Ladungen aus den mehreren Bildabtastelementen (22) unabhängig von dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) in einer vorab bestimmten Reihenfolge ausgebbar sind, wobei die bereichsgebundene Pixelladungsausgabesteuereinheit (38) einen Teil der oder die gesamte Pixelladungsausgabesteuereinheit (39) bildet, wobei die Bildabtastvorrichtung (20, 20') mit einem Mikrocomputer verbunden ist, wobei der Mikrocomputer Folgendes durchführt: einen Unterfenstervorgang (S101), so dass die Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (35, 36) die eine oder mehrere der Vereinigungsladungen auswählt, die zu dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) passen, und die Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC) das Bildsignal (Dw) ausgibt, das auf der Grundlage der einen oder der mehreren der integrierten Ladungen umgewandelt wird und eine niedrige Auflösung aufweist, wenn der Mikrocomputer bestimmt, dass einer Verarbeitungsgeschwindigkeit zur Ausgabe des Bildsignals Priorität gegenüber einer Auflösung des Bildsignals (Dw) eingeräumt wird, und einen Unterblockvorgang (S109) so, dass die Gebietsauswahleinheit (37) den einen oder die mehreren der Bereiche auswählt und die bereichsgebundene Pixelladungsausgabesteuereinheit (38) die mehreren Bildabtastelemente (22), die in dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) angeordnet sind, so auswählt, dass diese das Bildsignal (Dp) mit einer hohen Auflösung ausgeben, wenn der Mikrocomputer bestimmt, dass die Auflösung des von der Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC) ausgegebenen Bildsignals (Dw) nicht ausreicht.
Bildabtastvorrichtung (20, 20') nach Anspruch 1, wobei zumindest die Ladungsintegrationseinheit (23) oder die Vereinigungsladungs-Auswahleinheit (36) oder die Ladungssammeleinheit (24, EC) oder die Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC) auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, auf dem die Bildabtastelementengruppe (21) gebildet ist.
Bildabtastvorrichtung (20, 20'), in der eine aus einer Matrixanordnung von CMOS-Bildabtastelementen (22) gebildete Bildabtastelementenbaugruppe (21) in eine Vielzahl von Bereichen (W11 bis WNM) unterteilt ist und jeder dieser Bereiche ein Bildsignal ausgibt, wobei die Bildabtastvorrichtung (20, 20') Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Ladungssammeleinheiten (24, EC), die jeweils einzeln für jeden der mehreren Bereiche (W11 bis WNM) vorgesehen sind oder gemeinsam für zwei oder mehrere der Bereiche (W11 bis WNM) vorgesehen sind und eine Vielzahl der von den mehreren in dem betroffenen Bereich (W11 bis WNM) angeordneten Bildabtastelementen (22) ausgegebenen Ladungen sammeln und zu einer Kompositladung akkumulieren können; eine Vielzahl von Bildsignalausgabeeinheiten (24, ADC), die jeweils für jede der Ladungssammeleinheiten (24, EC) vorgesehen sind, wobei jede der Bildsignalausgabeeinheiten (24, ADC) die in der Ladungssammeleinheit (24, EC) akkumulierte Kompositladung in ein Bildsignal (Dw) umwandelt und dann das so umgewandelte Bildsignal (Dw) ausgibt, wobei die Bildsignalausgabeeinheiten (24, ADC) jeweilige Bildsignale (Dw) ausgeben; und eine Ausgabesignalauswahleinheit (34, 35), um eines oder mehrere der Bildsignale (Dw) auszuwählen, und um das eine oder die mehreren ausgewählten Bildsignale (Dw) auszugeben, wobei die Ausgabesignalauswahleinheit (34, 35) wiederholt in einer vorab bestimmten Reihenfolge das eine oder die mehreren Bildsignale (Dw) auswählt, weiterhin mit einer Bereichsauswahleinheit (37), um beliebig einen oder mehrere der Bereiche (W11 bis WNM) auszuwählen, und einer Bereichspixelladungsausgabesteuereinheit (38), um mehrere Bildabtastelemente (22), die in dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) angeordnet sind, die die Bereichsauswahleinheit (37) wählt, so zu steuern, dass Ladungen in einer vorab bestimmen Reihenfolge von den mehreren Bildabtastelementen (22) ausgegeben werden, weiterhin mit einer Pixelladungsausgabesteuereinheit (39), um die mehreren Bildabtastelemente (22) so zu steuern, dass die Ladungen in einer vorab bestimmten Reihenfolge unabhängig von dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) ausgebbar sind, wobei die Bereichspixelladungsausgabesteuereinheit (38) einen Teil oder die Gesamtheit der Pixelladungsausgabesteuereinheit (39) bildet, wobei die Bildabtastvorrichtung (20, 20') mit einem Mikrocomputer verbunden ist, wobei der Mikrocomputer Folgendes durchführt: einen Unterfenstervorgang (S101) so, dass die Abgabesignal-Auswahleinheit (35, 36) das eine oder mehrere der Bildsignale (Dw) auswählt, die zu dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) passen, und das eine oder mehrere Bildsignale (Dw) ausgibt, wenn der Mikrocomputer bestimmt, dass einer Verarbeitungsgeschwindigkeit zur Ausgabe des Bildsignals (Dw) Priorität gegenüber einer Auflösung des Bildsignals (Dw) eingeräumt wird, wobei jedes aus dem einen oder den mehreren Signalen (Dw) eine geringe Auflösung aufweist; und einen Unterblockvorgang (S109) so, dass die Gebietsauswahleinheit (37) den einen oder die mehreren der Bereiche (W11 bis WNM) auswählt und die bereichsgebundene Pixelladungsausgabesteuereinheit (38) die mehreren Bildabtastelemente (22), die in dem einen oder den mehreren Bereichen (W11 bis WNM) angeordnet sind, so auswählt, dass diese das Bildsignal (Dp) mit einer hohen Auflösung ausgeben, wenn der Mikrocomputer bestimmt, dass die Auflösung jedes der von der Abgabesignal-Auswahleinheit (35, 36) ausgegebenen Bildsignale (Dw) nicht ausreicht.
Bildabtastvorrichtung (20, 20') nach Anspruch 3, wobei zumindest die Ladungssammeleinheit (24, AC) oder die Bildsignalausgabeeinheit (24, ADC) oder die Abgabesignal-Auswahleinheit (35, 36) auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, auf dem die Bildabtastelementengruppe (21) gebildet ist.