TWI289991B - Control for a photosensor array - Google Patents

Description

1289991 玖、發明說明： 【發明所屬技術領域】 發明領域 本發明係大致有關於光感測器陣列被用於光學影像掃 5描器。 / 發明背景 影像掃描器係變換在文件或相片上可看見的影像或在 透明媒體内之影像為電子形式適用於電腦複製、儲存戋處 10理。影像掃描器可為分離的裝置，或影像掃描器可為影印 機的一部分、傳真機的一部分、或多用途裝置的一部分。 反射性的影像典型上具有受控制之光源、且光線由文件表 面被反射通過一光學系統而至一陣列之光敏感性裝置上。 該等光敏感性装置變換所接收之光強度為一電子信號。投 15影片影像掃描器將光線通過一透明影像（例如為一相片式 之幻燈片正片），通過一光學系統而然後至一陣列之光敏感 性襞置上。 一般的光感測器技術包括感光耦合元件(CCD)、感光注 入元件(CID)、互補式金屬氧化半導體元件(CM〇s)與太陽 此電池等。典型上，就CID或CMOS陣列而言，每一光敏感 疋件均為可定位址的。對照之下，CCD陣列一般係傳送 電何至電荷傳送暫存器，此處電荷以筒隊(bucket-brigade) %式序列地被傳送至少數的感應節點用於變換電荷為可量 電壓。本專利文件主要是關切具有序列電荷傳送暫存 1289991 11亦稱為序列讀出暫存器之光感測器陣列。 ,衫像掃描器用之光感測器陣列一般具有至少三線形陣 光感測器，以每一線形陣列接收如紅、綠與藍不同波 〇 波f。母一線形陣列可被滤波，或白光可用光束分裂 器被分離為不同波長之波帶。 刀衣 15 就一線形陣列而言，一排光敏感性裝置接收來自一行 文件之光線(稱之為掃描線）。就一光敏感性裝置配合掃描器 光學系統測量來自在定義要被掃描之影像上一圖像元素 (像素)之文件上有效區域的光強度。光學抽樣率經常被表達 為在被掃描之文件（或物體，或投影片）上被測量之每英吋 (或公厘）的像素。在被掃描之文件所測量之光學描樣率亦被 稱為輪入抽樣率。該本地的輸入抽樣率由各別感測器之透 鏡與節距所決定。某些光感測器總成具有多組線形陣列， 每一提供不同的光學抽樣率。本專利文件主要是關切提供 多重光學抽樣率之光感測器陣列。 典型上就具有電荷傳送暫存器之CCD線形陣列而言， 來自一曝光之電荷被傳送至一電荷傳送暫存器，而在該電 荷傳送暫存器中之電荷被移轉及被變換，該等光感測器再 次被曝光。典型上每一掃描線之曝光時間與由該電荷傳送 20 暫存器被移轉及被變換所需的時間相同。典型上掃描速度 主要是受到類比對數位變換時間之限制。就具有多重光學 抽樣率（由具有不同數目之級的電荷傳送暫存器所致之結 果）的光感測器總成而言，為一光學抽樣率被最佳化的曝光 時間不會就不同的光學抽樣率被最佳化。特別是，就低光 6 1289991 學抽樣率由-電荷傳送暫存器移轉及變換所需的時間小於 就高光學抽樣率由-電荷傳送暫存器移轉及變換所需的時 間。例如，考慮具有二線形陣列之光感測器總成，一線形 陣列具有1，〇〇〇個光感測器，提供每11111125像素之光學抽樣 率（配合-光學系統）’及—第二線形陣列具有4，_個光感 測為，提供每mmlOO像素之光學抽樣率。就該第一線形陣 列而言，該光強度與掃描線位移率可被調整，使得在其移 轉及變換1，000個電荷所用的時間中，被曝光至一白文件的 光感測器將幾近飽和。然而，該第二線形陣列與電荷傳送 10暫存器必須移轉及變換四倍的電荷，形成曝光時間成為四 倍的結果。若該燈強度就移轉及變換込⑻…固電荷所用的時 間被取佳化，在二線形陣列中之光感測器於其移轉及變換 4,000個電荷所用的時間之際被曝光中均將飽和。若該燈強 度就移轉及變換4,000個電荷所用的時間被最佳化，使用該 15第一線形陣列之掃描將比最佳值慢四倍，原因在於曝光時 間將比若該燈強度就移轉及變換個電荷所用的時間 被最佳化長至四倍。 在市面上可取得之掃描器中，其燈強度與電荷傳送暫 存器移轉率就最低光學抽樣率被最佳化以提供最小掃描時 20間。當較高的光學抽樣率被使用時，每一掃描線需要多重 曝光、以每一曝光具有相同的期間、以一部分電荷就每一 曝光被移轉及被變換、及以一部分電荷就每一曝光被棄 置例如使用上面的第二線形陣列為例，單一的掃描線 需要四次曝光。就第一曝光而言，第一次的丨’⑻…固電荷被 1289991 移轉及被變換，而其餘的3,000電荷迅速地被移轉離開及被 棄置。就第二曝光而言，第一次的1，〇〇〇個電荷迅速地被移 轉離開及被棄置、第二次的1，000個電荷被移轉及被變換、 及最後的2,000個電荷迅速地被移轉離開及被棄置、餘此類 5 推。 對放大器之輸入線的電荷在變換後必須被放電，故線 形陣列用之放大器一般具有被稱為重置開關的開關，其在 每一變換後使該輸入線放電。該輸入線可被用以在迅速移 轉之際棄置電荷。 10 【曰月内】 發明概要 一線形陣列之光感測器就每一掃描線被曝光兩次。就 η亥第曝光而s ’電荷在不會使光感測器飽和的一適當之 曝光時間後由該線形陣列被傳送至該電荷傳送暫存器。在 15結果所致的電荷被移轉及被變換時，該線形陣列就相當長 勺/月間再人被爆光，此可能形成溢流。在該線形陣列中來 自°亥第一曝光<電荷(在移轉與變換之際)被棄置。 圖式簡單說明 第1圖為〜光感測器陣列之實施例的方塊圖。 20 第2圖為〜時間圖的實施例。 第3圖為士、丄 万法之實施例的流程圖。 t實施务式】 較佳實施例之詳細說明 光感測器總成具有多重節距之線形陣列 1289991 而形成多重光學抽樣率之結果。一第一綠 第線形陣列之光感測 态1〇〇提供一第一光學抽樣率。二相锊的妗 。、 才目錯的線形陣列之光感測 為102與104在被組合時提供比第一魂开彡陸 ^ 蜾形陣列之光學抽樣率 10 15 南的光學抽樣率。來自第-線形陣列之光㈣_電荷透 過-電荷傳送_6被傳送至-第―電荷傳送暫存器⑽。 來自線形陣列102的電荷透過一電荷傳送閘11〇被傳送至一 電荷傳送暫存器112。來自線形陣賴4的電荷透過一電荷 傳送閘114被傳送至一電荷傳送暫存器116。來自電荷傳送 暫存器⑽，112與116之電荷序列地被移轉至一：大： 118，然後被一類比對數位變換器12〇變換。電荷傳送暫存 器108中各別的級在實體上大於電荷傳送暫存器與 中各別的級，所以可保存較多電荷。因之，當電荷傳送暫 存器108相對於電荷傳送暫存器112與116被使用之增益 曰ΤΓ，4放大為'之增盈較佳地被設定為較低的增益。 當強光或長曝光時，光感測器電荷井可能飽和，且額 外的電荷會溢出流入相鄰的光感測器電荷井，形成開花之 結果（在數位化影像之亮區結果大於實際的亮區）。在^D 陣列中，提供溢流排極（亦被稱為抗開花排極）以放掉任何額 外的電荷⑽止開花。溢簡極可在t荷井下被組配消為 垂直溢流排極），或可與電荷井相鄰被組配(稱為側式溢流排 極）。在第1圖中，一側式溢流排極122放掉來自線形陣列ι〇〇 之額外電荷、及一側式溢流排極122放掉來自線形陣列 102，104之額外電荷。 當第1圖之光感測器總成在影像掃描器中被使用且當 20 1289991 4形陣列100中之光感測器正接收由文件上之白區漫射的 來自燈之光線時，燈強度可被設定為使得移轉及變換來自 電荷傳送暫存器1〇8所需的時段形成線形陣列1〇〇之光感測 5器的幾近飽和。此提供在較低光學抽樣率之快速掃描。在 5線形陣列102與1〇4中之光感測器以與在線形陣列1〇〇中之 光感測器相同的光強度被曝光。就線形陣列1〇2與1〇4而 舌，每一掃描線兩次曝光被使用。在第一曝光之際，具有 * 一翊間之所欲的電知累積。隨著該所欲的電荷便被變 、忒等光感測為不可避免地就較長的曝光時間被曝光， 1〇此時一些光感測器可能會飽和或溢流。結果所致之不想要 的電荷被棄置。該過程再重複、以較短的曝光時間、以結 果的電荷被變換、隨後有較長的曝光時間、以結果的電荷 被棄置。 要倒掉不想要的電荷有多個選擇。一個選擇為對該等 15溢流排極提供可變的門檻，而在該所欲的曝光前排掉所有 電荷。可完全使光感測器放電之可變的門檻的溢流排極有 時被稱為一電子快門。一般而言，電子快門相對於具有固 定門檻之溢流排極添增成本與電路面積。一替選做法為對 該等溢流排極提供固定的門檻、傳送電荷至電荷傳送暫存 2〇器、以在短曝光時間之際不變換地迅速移轉電荷。兮重置 開關可被用以在不需要變換時排放電荷至接地。 第2圖為說明該第二種選擇之時間圖例子。信號811開 啟電荷傳送閘，讓電荷由線形陣列傳送至該等電荷傳送暫 存器。信號#1與02顯示控制信號用於在一個二相位電荷傳 1289991 运暫存器巾移轉電荷。信號RS為在該放大器之輪人用於— 重置開關之—控制信號’其在該信號如第2圖顯示之逆相形 式而為低時倒掉電荷。第2圖中之移轉次數僅用於說明，且 在典㈣光㈣轉列中有數付之移轉。 討論ΪΓ-=由時間I”至時間I對應於上面第1圖之 在時間 10 15 20 %”之際，在先核先Γ之累積開始。在由時間I”至時間 變換地迅速將之際㈣積的不想要之電荷藉由不須 至時間“B”之日士/該重置開關而被棄置。由時間“A” 轉率）被設計^ ^因而的由時間“A”至時間“B”之際的移 與UM)提供適春的7的光學抽樣率線形陣列（第1圖之1〇2 已累積且所有二:目光時間。在時間“『，該等所欲的電荷 SH致使由時間“A” 4要之電荷已被棄置。在時間“B”，信號 電荷被傳送至電^時間“B”之時段被累積之該等所欲的 時間“A”至時間适暫存器。由時間“B”至時間“C”，在 被該類比對仏被累積的電荷被傳送至該放大器且 使該放大器之輪、益曼換。該重置信號RS在每一變換後 該等線形陣列：:線路放電。在時間“B”至時間“C”之際， 排極。在時間“c”累積電何，其可能致使溢流至該等溢流 致使在線形該等有效電荷之變換完成，且信號阳 暫存器。然後4之不想要的電荷被傳送至該等電荷傳送 第3圖顯種欠曝光就新。的掃摇線被重複。 感測器就-適〜t去之—實施例。在步驟300，該等光 田勺曝光時間對光線曝光 ，且較早被累積的 11 1289991 電荷被棄置(例如，電子開關；或藉由不需變換之移轉）。在 步驟302,該等光感測器對光線被曝光第二次，而來自第一 次曝光之電荷被變換。 10 15 20 第1圖之光感測器總成僅為舉例之目的。其可能有單一 線形陣列用於高光學抽樣率而取代所顯示之錯開的二線形 陣列。其可能有二個以上的光學抽樣率。光學抽樣率之比 值可能與所說明的比值不同。其可能有多重線形陣列專用 於接收光線波長之不同波帶。如溢流排極與電荷傳送暫存 器之構造可被多重線形陣列共用。電荷傳送暫存器典型上 被分為多相位，使得在移轉之際，每一電荷以受控制之方 向被移轉至-個空的級。二、三與四相位之電荷傳送暫存 器為習知的。第1圖之例子為說明之目的被簡化，而就每一 光感測器僅顯示一個電荷傳送暫存器級。 ,、、5月之刖面描述已就說明與描述之目的被提出。其 不欲為排他的，或使本發明受限於所揭示之精準形式，： 改與變化基於上面的教習為可能的。該等實施例被 '及被描述以最佳地解釋本發明之原理與其實務應 促^其他熟f本技藝者能以各種實施例運用本發明，且各 二改為適合於所意圖的特定使用。其欲於所附之 利耗圍破構建以除了在f知技藝所限制 明之其他替選實施例。 匕括杨 Γ阳式簡半說明】 第1圖為一光感測器陣列之實施例的方塊圖。 第2圖為一時間圖的實施例。 12 1289991 第3圖為一方法之實施例的流程圖。 【圈式之主要元件代表符號表】 100、102、104…光感測器陣列 106、110、114···電荷傳送閘 108、112、116…電荷傳送暫存器 118···放大器 120···類比對數位變換器 122···溢流排極

300、302…步驟

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Claims (1)

1. 1289991 拾、申請專利範圍： 第92129144號申請案申請專利範圍修正本 96·01·15_ 1. 一種用以控制光感測器總成之方法，其包含下列步驟： (a)以一第一期間使一陣列之光感測器對一掃描線 5 曝光； (b)將步驟(a)中產生之電荷轉移至一電荷移轉暫存 32： · 為， (C)將該電荷移轉暫存器中之該等電荷變換為數位 值； 10 (d)以一第二期間在步驟(c)之際使該陣列之光感測 器對該掃描線曝光，此處該第二期間比該第一期間長， 且該第二期間係在步驟(c)之期間内； (e) 棄置由步驟(d)產生之所有電荷；以及 (f) 為多重掃描線重複步驟(a)至(e)。 15 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，此處步驟(e)進一步 包含透過一電子快門棄置。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，此處步驟(e)進一步 包含在步驟(a)之際移轉電荷至放電之一開關。 14