ES2199273T3

ES2199273T3 - Aparato de conversion fotoelectrica para imagenes en color.

Info

Publication number: ES2199273T3
Application number: ES96305670T
Authority: ES
Inventors: Hidekazu Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: DE69628886D1; EP0757497A3; DE69628886T2; EP0757497B1; EP0757497A2; JPH0946480A; US5786588A; JP3432051B2

Abstract

HAY DESVELADO UN APARATO DE CONVERSION FOTOELECTRICO DIRIGIBLE XY, CAPAZ DE PROPORCIONAR SIEMPRE LA SEÑAL DE SALIDA EN EL MISMO COLOR DESDE CADA UNO DE LOS TERMINALES DE SALIDA. EL APARATO ESTA PROVISTO DE CUATRO FILTROS DE COLOR A, B, C Y D EN UNA RED MOSAICO SOBRE LOS PIXELS, EN DONDE LOS FILTROS DE COLOR SON ADAPTADOS EN UNA UNIDAD DE RED DE 4 LINEAS Y 4 COLUMNAS Y EN UNA DISPOSICION DE ABAB, CDCD, ABAB Y DCDC DESDE LA PRIMERA A LA CUARTA LINEA, Y LOS PUNTOS CORRESPONDIENTES A LOS FILTROS DE COLOR SON LEIDOS PARA CADA COLUMNA, CON UN DESPLAZAMIENTO DE LOS PIXELS DE LA SEGUNDA Y CUARTA LINEA POR UNA COLUMNA. LOS FILTROS DE COLOR EN LA UNIDAD DE RED DE 4 LINEAS Y 4 COLUMNAS SON FILTROS MOSAICO DE COLOR COMPLEMENTARIOS.

Description

Aparato de conversión fotoeléctrica para imágenes en color.

La presente invención hace referencia a un aparato de conversión fotoeléctrica compuesto, por ejemplo, de elementos fotoconversores XY-dirigibles BASIS, MOT o SIT y con filtros de color en los mismos.

Entre los sensores de área convencionales del tipo compuesto por elementos fotoconversores XY-dirigibles, es ya conocido un sensor de área BASIS (Base Stored Image Sensor, (``sensor de imagen almacenada de base'')), que se da a conocer con más detalle en la solicitud de patente japonesa a inspección pública JP-A 63186466.

En la figura 8 se muestra un diagrama de circuito equivalente de un aparato de conversión fotoeléctrica que utiliza BASIS como sensor de imagen en color, en el que se muestra una serie de píxeles (40) cada uno compuesto por fototransistores bipolares (1) que reciben fotones en la base del mismo; un transistor PMOS de reajuste (2); una capacitancia de control 3 (COX) para controlar el potencial base; y una línea de salida del emisor (4). También se muestran las líneas de salida vertical (5); líneas de desplazamiento horizontal (6); y circuitos de lectura (41) para leer las líneas de salida pares e impares, respectivamente, que incluyen: transistores MOS de reajuste (7) para las líneas de salida vertical (5); transistores MOS de transferencia (8); capacitancias de acumulación (9) (CT) para acumular la carga fotoinducida de los fototransistores bipolares (1); transistores MOS de transferencia (10) para las líneas de salida horizontal; líneas de salida horizontal (11); transistores MOS de reajuste (12) para las líneas de salida horizontal (11); amplificadores de salida (13) para amplificar la señal de las líneas de salida horizontal; circuitos de escaneado horizontal (14) para escanear las señales transferidas a la línea de salida horizontal (11); y un circuito de escaneado vertical (15) para activar las líneas de desplazamiento horizontal (6). En cada uno de los píxeles (40), particularmente en las bases de los fototransistores (1), se disponen filtros de mosaico en el chip de colores complementarios Cy (ciánico), Mg (magenta), G (verde) y Ye (amarillo). En el circuito que se ha explicado anteriormente, desplazando dos líneas al mismo tiempo, se ejecuta una operación de lectura para las cuatro columnas verticales, con lo que se consigue una lectura muy rápida. Por ejemplo, en el uso de un aparato de conversión fotoeléctrica para el sistema de televisión del NTSC (``National Television System Committee''), se han obtenido los siguientes resultados en los terminales de salida OUT1-OUT4:

Período de escaneado horizontal	1H	2H	3H	4H
OUT1	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow
OUT2	Mg \rightarrow	G \rightarrow	Mg \rightarrow	G \rightarrow
OUT3	G \rightarrow	Mg \rightarrow	G \rightarrow	Mg \rightarrow
OUT4	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow

de manera que la lectura secuencial de línea de las señales de diferencia de color pueden conseguirse mediante las sumas OUT1 + OUT2 y OUT3 + OUT4.

Dicho método se emplea en el escaneado de televisión ordinario, ya que posee una resolución dinámica, indicando la resolución cuando el objeto se mueve, y una proporción S/N (Signal-to-Noise (``señal/ruido'')) superiores.

Dicha configuración convencional, aunque resulta efectiva en el actual sistema de televisión analógico, presenta ciertas desventajas en su aplicación multimedia, principalmente si se utiliza el proceso digital. Para el sensor de área para multimedia, se desea un sistema de salida de todos los píxeles simultáneamente en dos líneas, dado que el sistema de diferencia de color secuencial en línea resulta inferior en resolución vertical. Sin embargo, si se utiliza tal método de salida en el sensor de área convencional, los resultados serán:

a) inversión de color de las salidas OUT2 y OUT3 en cada 1H; y

b) falta de uniformidad en las salidas de color de las señales entrelazadas y no entrelazadas, con lo que el circuito de proceso de señales posterior al aparato de conversión fotoeléctrica se convierte en complejo y costoso.

El aparato de conversión fotoeléctrica según la presente invención es un aparato del tipo que se da a conocer en el documento JP-A 63-186466, que comprende:

una serie de píxeles dispuestos en dos dimensiones, en las direcciones vertical y horizontal;

una serie de líneas de salida vertical respectivas adyacentes a las columnas de los píxeles dispuestos en la dirección vertical;

un primer circuito de lectura dispuesto para leer secuencialmente señales desde las líneas impares de dicha serie de líneas de salida vertical; y

un segundo circuito de lectura dispuesto para leer secuencialmente señales desde las líneas pares de dicha serie de líneas de salida vertical,

en que los filtros de color de los cuatro colores distintos respectivos (A), (B), (C) y (D) para dicha serie de píxeles se disponen en un patrón que se repite para cada cuatro filas de píxeles dispuestos en dirección horizontal; y en cuyo patrón dichos filtros de color respectivos de color A y dichos filtros de color respectivos de color B se disponen alternativamente en las primeras filas y también en las terceras filas de los píxeles dispuestos en dirección horizontal, los filtros de color respectivos de color C y los filtros de color respectivos de color D se disponen alternativamente en las segundas filas y también en las cuartas filas de los píxeles dispuestos en la dirección horizontal y en el que el orden de disposición de los filtros de color en por lo menos una de dichas filas tercera y cuarta, de cada cuatro filas, es el inverso al de dicha primera o segunda filas.

El aparato según la presente invención tiene la intención de facilitar la extracción de las mismas señales de color, empleando una disposición convencional de cuatro filtros de color.

Para este fin, el aparato de conversión fotoeléctrica de la presente invención, que es del tipo anteriormente mencionado, se caracteriza porque:

dicha serie de píxeles de cada columna se conectan con dichas líneas de salida vertical de tal manera que píxeles predeterminados dispuestos en la misma columna se conectan a una de las líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna y los píxeles de dicha misma columna que no son los píxeles predeterminados se conectan a la otra línea de salida vertical adyacente a dicha misma columna de manera que el primer circuito de lectura lee las señales sólo de aquellos píxeles en los que se disponen los filtros de los colores (A) y (C), y dicho segundo circuito de lectura lee las señales procedentes sólo de aquellos píxeles en los que se han dispuestos los filtros de los colores (B) y (D), respectivamente.

Se reconoce que los filtros de mosaico de cuatro colores compuestos por filtros de color de los tres colores complementarios ciánico, magenta y amarillo y uno entre el color blanco o el color primario verde se conocen, por ejemplo, a partir de las solicitudes de patentes europeas EP-A 0570204 y EP-A 0368614, respectivamente. Las disposiciones de los filtros de color incluido el orden inverso de los filtros de color alternados también se conocen a partir de estas referencias.

Para comprender mejor la presente invención, las realizaciones preferentes de la misma se describirán con detalle a continuación, tan solo a modo de ejemplo, y se hará referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es un diagrama de un circuito esquemático de una primera realización de la presente invención;

La figura 2 es una vista que muestra la disposición del filtro de color en la primera realización de la presente invención;

La figura 3 es una vista en planta de las zonas de píxeles de la primera realización según la presente invención;

La figura 4 es un diagrama de circuito esquemático de una segunda realización de la presente invención;

La figura 5 es un diagrama de circuito esquemático de una tercera realización de la presente invención;

La figura 6 es un diagrama de circuito esquemático de una cuarta realización de la presente invención;

Las figuras 7A y 7B son vistas que muestran la disposición de los filtros de color en las realizaciones cuarta y quinta según la presente invención; y

La figura 8 es un diagrama de un circuito equivalente esquemático en un aparato de recogida de imagen en estado sólido convencional.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Ahora se clarificará en detalle la presente invención mediante sus realizaciones preferentes, haciendo referencia a las figuras adjuntas.

La figura 1 es un diagrama de un circuito esquemático de una primera realización de la presente invención, en la que se muestran un fototransistor bipolar (1) para recibir fotones en la base del mismo; un transistor PMOS de reajuste (2); una capacitancia de control (3) (COX) para controlar el potencial base; una línea de salida del emisor (4); una línea de salida vertical (5); una línea de desplazamiento horizontal (6); un transistor NMOS de reajuste (7) para la línea de salida vertical; un transistor NMOS de transferencia (8) para transferir la carga inducida por los fotones; una capacitancia de acumulación (9) (CT) para acumular temporalmente la carga inducida por los fotones; un transistor NMOS de transferencia (10) para transferir la carga de la capacitancia de acumulación CT (9); una línea de salida horizontal (11); un transistor NMOS (12) para llevar a tierra la línea de salida horizontal; un amplificador de salida (13); un circuito de escaneado horizontal (14); un circuito de escaneado vertical (15); un píxel XY-dirigible (40) que incluye el fototransistor bipolar (1), el transistor PMOS de reajuste (2) y la capacitancia COX que controla el potencial base (3) mencionados anteriormente; y un circuito de lectura (41) que incluye el circuito de escaneado horizontal (14). Debe observarse que, en la línea de desplazamiento horizontal (6-4) entre las líneas de desplazamiento horizontal (6), los emisores de los fototransistores bipolares (1) están conectados respectivamente a las líneas de salida verticales (5) adyacentes horizontalmente.

La función del aparato de conversión fotoeléctrica explicada anteriormente se explicará brevemente a continuación. Se proporciona un primer impulso de nivel bajo desde el circuito de escaneado vertical (15) a la línea de desplazamiento horizontal (6-1) para convertir los transistores PMOS (2) de los píxeles (40-11) – (40-14) en conductivos, con lo que se reajustan las bases de los fototransistores (1) de esta línea de desplazamiento al nivel de tierra. A continuación, se conmuta un impulso de control (\diameterVC) a nivel elevado para restablecer las líneas de salida vertical. También se conmuta un impulso de control (\diameterHR) a nivel elevado para restablecer la línea de salida horizontal (11). Las cargas fotoinducidas subsiguientes que corresponden a la imagen del objeto se acumulan en las bases de los fototransistores (1). Después de transcurrir un tiempo predeterminado, se proporciona un impulso de nivel elevado a la línea de desplazamiento horizontal (6-1) para elevar los potenciales de las bases de los fototransistores (1) a través de las capacitancias de control COX (3) conectadas con la línea de desplazamiento horizontal (6-1), con lo que se activan los fototransistores (1) y se emiten las cargas fotoinducidas a los emisores de las mismas. Después se conmuta un impulso de control (\diameterT1) a nivel elevado para convertir en conductivos los transistores NMOS de transferencia (8), con lo que se acumulan las cargas fotoinducidas en las capacitancias de acumulación CT. También se conmuta un impulso de control (\diameterT2) a nivel elevado para convertir en conductivos los transistores NMOS de transferencia (8), con lo que se acumulan las cargas fotoinducidas en las capacitancias de acumulación CT. A continuación, los impulsos de escaneado predeterminados se suministran desde el circuito de escaneado horizontal (14) para convertir los transistores NMOS de transferencia (10) en conductivos, con lo que se liberan señales de imagen desde los terminales de salida OUT1-OUT4, a través de las líneas de salida horizontal (11) y después de la amplificación hasta un nivel predeterminado por la salida mediante los amplificadores de salida (13). Los impulsos de control (\diameterVC), (\diameterT1), (\diameterT2), (\diameterHR) y los impulsos desde el circuito de escaneado horizontal (14) se suministran, de manera similar, también a un circuito de lectura superior que se muestra en la figura 1.

Los píxeles presentan mutuamente las mismas características, pero se dan en los mismos con filtros de color de colores complementarios, tal como se ha mostrado. De este modo, en la línea de salida vertical (5-1), la carga fotoinducida del píxel (40-11) (Cy) se transfiere a la capacitancia de acumulación inferior (9-11). También la carga fotoinducida del píxel (40-12) (Ye) se transfiere a la capacitancia de acumulación superior (9-12), la del píxel
(40-13) (Cy) se transfiere a la capacitancia de acumulación inferior (9-13), y la del píxel (40-14) (Ye) se transfiere a la capacitancia de acumulación superior (9-14). A continuación, cuando la siguiente línea de desplazamiento horizontal (6-2) se activa de manera similar, la carga fotoinducida del píxel (40-21) (Mg) se transfiere a la capacitancia de acumulación inferior (9-21), la del píxel (40-22) (G) se transfiere a la capacitancia de acumulación superior
(9-22), y la del píxel (40-23) (Mg) se transfiere a la capacitancia de acumulación inferior (9-23). De esta manera, las cargas fotoinducidas se transfieren en sucesión a las capacitancias de acumulación, y, en respuesta a los impulsos de escaneado procedentes del circuito de escaneado horizontal (14), se liberan respectivamente las cargas fotoinducidas amplificadas de los píxeles (40-11) (Cy), (40-21) (Mg), (40-12) (Ye) y (40-22) (G) a partir de los terminales de salida OUT3, OUT4, OUT1 y OUT2. Por consiguiente, el terminal de salida OUT3 proporciona el componente Cy de la carga fotoinducida amplificada, y los terminales de salida OUT4, OUT1 y OUT2 proporcionan respectivamente los componentes Mg, Ye y G.

Dado que las conexiones de los píxeles de la cuarta línea de desplazamiento horizontal (604) están desplazadas en un píxel, las señales de píxel G se liberan desde las líneas de salida vertical (5-0), (5-2)... También las señales de píxel G y Ye se obtienen a partir del circuito de lectura superior (41). En consecuencia, los componentes Mg y G de las cargas fotoinducidas se obtienen respectivamente a partir de los terminales de salida OUT4 y OUT2, tal como se ha explicado anteriormente.

Los píxeles se disponen sobre los mismos con filtros en el chip de colores complementarios para la dirección XY, en una matriz de mosaico en la unidad de 4 líneas y 4 columnas. Tales filtros de mosaico complementario se forman sobre una oblea en la formación de los aparatos de conversión fotoeléctrica, y cada chip del aparato de conversión fotoeléctrica se divide a continuación a partir de dicha oblea. Los filtros de mosaico constan de elementos ciánico (Cy), amarillo (Ye), magenta (Mg) y verde (G). Cada línea está compuesta por un patrón repetitivo de elementos ciánico (Cy) y amarillo (Ye) o de elementos magenta (Mg) y verde (G). En esta realización, las líneas primera y tercera, que consisten en los elementos ciánico (Cy) y amarillo (Ye) presentan el mismo diseño, pero las líneas segunda y cuarta, que consisten en los elementos magenta (Mg) y verde (G), se desplazan mutuamente en un píxel. Esto se hace para desplazar los filtros G, que poseen el mayor peso en la señal de luminosidad teniendo en consideración la vista humana, en medio ciclo, con lo que se mejora la resolución dinámica. Ésta es, de hecho, la disposición óptima para el filtro de color, empleada más comúnmente, puesto que las señales de diferencia de color también pueden obtenerse mediante una lectura simultánea de dos líneas en el caso de un sistema de señales de diferencia de color secuencial en línea.

La figura 3 es una vista en planta de la zona de píxeles de un sensor de área que implementa la presente invención. El sensor de área en sí está compuesto por entre varias decenas de miles y varios millones de píxeles, repitiendo la unidad ilustrada de 8 píxeles en las direcciones horizontal y vertical. En la figura 3 se muestra una base (16) de un fototransistor (npn), un emisor (17) del mismo, y un contacto (18) entre el emisor y la línea de salida. También se muestran, tal como se muestra en la figura 1, una línea de salida del emisor (4) de los fototransistores (1), una línea de salida vertical (5), y una línea de desplazamiento horizontal (6). La luz procedente de la imagen de objeto que recibe la base (16), con una gran área efectiva para la conversión fotoeléctrica, del fototransistor (1), y, en respuesta a la activación mediante la línea de desplazamiento horizontal (6), la carga fotoinducida se transfiere a través del emisor (17), la línea de salida (4) y la línea de salida vertical (5). A continuación, las señales de color se obtienen desde los terminales de salida OUT1-OUT4, mediante la función del circuito de lectura (41), que se encuentran en la zona periférica del chip y que incluyen las capacitancias de acumulación (9), el circuito de escaneado horizontal (14), etc.

La presente realización se caracteriza por el hecho de que en cada columna las líneas de salida (4) de los píxeles (40-41), (40-42), (40-43) y (40-44) de cada cuarta fila se conectan con las líneas de salida verticales respectivamente adyacentes (5-0) a (5-3) en el otro lado de cada píxel en lugar de las líneas de salida vertical (5-1) a (5-4). En la configuración convencional, en cada columna la salida G de cada píxel de la segunda fila y la salida Mg de cada píxel de cuarta fila se conectan a una misma línea de salida vertical, pero, en la presente realización, en cada columna, los píxeles G de cada segunda y cuarta fila de píxeles se conectan a la misma línea de salida vertical, de manera que cada terminal de salida siempre puede proporcionar una señal de un mismo color en un desplazamiento de lectura independiente de todos los píxeles.

En la presente realización, cada uno de los terminales de salida OUT1-OUT4 proporciona siempre una señal de un mismo color, tal como se muestra a continuación:

Período de sincronización horizontal
	1H	2H	3H	4H	5H
OUT1	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow
OUT2	G \rightarrow	G \rightarrow	G \rightarrow	G \rightarrow	G
OUT3	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow
OUT4	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow

Tal como se ha explicado anteriormente, la presente realización permite proporcionar una señal de un mismo color a partir de cada uno de los terminales de salida, al tiempo que se mantiene la disposición de los filtros de color en mosaico complementario en el estado óptimo de visualización, con lo que se permite simplificar el circuito de proceso de señales sin ningún deterioro de la proporción S/N ni de la resolución dinámica. También puede mejorarse la precisión del balance de blanco automático, ya que la disposición de filtros de mosaico de color complementario se mantiene tal como se ha explicado anteriormente.

En la primera realización descrita, las disposiciones ordenadas de los filtros de color de las filas segunda y cuarta se invierten una respecto a la otra, y en cada columna los píxeles de las filas primera, segunda y tercera se conectan a una de las líneas de salida vertical adyacentes a esta columna, y los píxeles de las cuartas filas se conectan a las otras líneas de salida verticales adyacentes a la misma columna. Como una alternativa a la disposición de la conexión, la disposición puede ser de manera que en cada columna los píxeles de las filas primera, tercera y cuarta se conecten a una de las líneas de salida vertical adyacentes a esta columna, mientras que los píxeles de las segundas filas se conecten a las otras líneas de salida verticales adyacentes a la misma columna.

La figura 4 es un diagrama esquemático de un circuito equivalente de una segunda realización de la presente invención. En esta realización, los filtros verdes (G) se sustituyen con filtros blancos (W), para conseguir mejorar la sensibilidad, basándose en la diferencia en el factor de transmisión óptica. En la presente realización, los filtros W y Mg se desplazan en medio ciclo, y las líneas de salida del emisor de los píxeles correspondientes a tales filtros desplazados se conectan con las líneas de salida respectivamente adyacentes. El circuito de proceso de señales también puede simplificarse en esta realización.

Las operaciones de salida de señales de los píxeles de la figura 4 son las mismas que las de la figura 1, y cada uno de los terminales de salida OUT1-OUT4 proporciona siempre la señal de un mismo color, tal como se muestra a continuación:

Período de sincronización horizontal
	1H	2H	3H	4H	5H
OUT1	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow	Ye \rightarrow
OUT2	W \rightarrow	W \rightarrow	W \rightarrow	W \rightarrow	W
OUT3	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow	Cy \rightarrow
OUT4	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow	Mg \rightarrow

Como en la primera realización, esta realización permite proporcionar la señal de imagen de un mismo color en cada terminal de salida. Además el terminal de salida OUT2 proporciona una señal blanca, añadida a las señales de colores complementarios amarillo, ciánico y magenta, de manera que el proceso de transmisión resulta simple y efectivo para un sistema de señales de color en el que la transmisión de señales se divide en un eje I de color naranja-ciánico y un eje Q de color verde-magenta.

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La figura 5 es un diagrama de circuito equivalente esquemático de una tercera realización de la presente invención, que se caracteriza por el hecho de que la disposición del filtro de color en las líneas primera y segunda (6-1),
(6-2) se desplaza en medio ciclo, o en un píxel, respecto a la de las líneas tercera y cuarta (6-3), (6-4). En la presente realización, dado que Cy + Mg = R + G + 2B y Ye + G = R + 2G, se genera sólo una diferencia de color 2B-G, de manera que resulta difícil conseguir un desplazamiento de diferencia de color secuencial en línea. Sin embargo, con la disposición en mosaico explicada anteriormente para los filtros de color, mejora la energía de resolución de color, con lo que mejora la resolución en comparación con la configuración convencional.

Haciendo referencia a la figura 5, los píxeles Ye y G salen respectivamente desde OUT1 y OUT2, a través de las líneas de salida vertical (5-0), (5-2), ... y el circuito de lectura superior (41), mientras que los píxeles Cy y Mg salen respectivamente desde OUT3 y OUT4, a través de las líneas de salida vertical (5-1), (5-3), ... y el circuito de lectura inferior (41). Dado que los píxeles Cy y Ye, además de los píxeles Mg y G, se desplazan en un píxel desde el patrón básico, se consigue una mejora de la resolución dinámica, para el movimiento del objeto. En tal caso, la disposición del patrón de un filtro de mosaico de colores complementarios sobre el píxel del patrón básico se forma de manera similar al patrón de los píxeles (40).

La figura 6 es un diagrama de circuito de una cuarta realización de la presente invención, aplicado a un sensor de área compatible con procesos CMOS en lugar de un sensor de área BASIS. En la figura 6 se muestran las líneas de desplazamiento horizontal (21); las líneas de salida vertical (22); los conmutadores MOS de selección de salida de píxel (23); las líneas de salida de píxel (24); y los píxeles (25). Los píxeles se disponen en los mismos con filtros de mosaico de colores complementarios, y los píxeles (25-41), (25-42), ... conectados a la línea de desplazamiento horizontal (21-4) se desplazan, en un píxel, a partir de los conectados en la línea de desplazamiento horizontal (21-2).

La figura 7A es un diagrama de circuito de un píxel (25), en el que se muestra una unidad de conversión fotoeléctrica (26) compuesta por un fotodiodo; una capacitancia de fotocompuerta (27); un transistor NMOS de transferencia (28); un transistor NMOS de reajuste (29); y un transistor NMOS de amplificación (30). La unidad de conversión fotoeléctrica (26) es una capa de agotamiento formada por el potencial de la capacitancia de fotocompuerta (27), y el mencionado potencial está controlado por un impulso de control de voltaje (32) aplicado a la capacitancia de fotocompuerta (27).

En el circuito explicado anteriormente, un primer impulso de control (34) se conmuta a un nivel alto para convertir el transistor NMOS de reajuste (29) en conductivo, con lo que se reajusta la compuerta del transistor NMOS de amplificación (30) en la línea de fuente de alimentación (37). A continuación, se conmuta un impulso de control (32) a un nivel elevado para activar la unidad de conversión fotoeléctrica (26). A continuación, un impulso de control (33) se conmuta a un estado de nivel elevado para convertir el transistor NMOS de transferencia (28) en conductivo, con lo que se transfiere la carga fotoinducida, acumulada en la unidad de conversión fotoeléctrica (26) según la cantidad de luz recibida desde la imagen del objeto, hasta la puerta del transistor NMOS de amplificación (30). El transistor (30) amplifica la carga y la libera en la línea de salida vertical (22), a través del conmutador MOS de selección de salida de píxel (23) conectado a la línea de salida (38) y la línea de salida de píxel (24). A continuación, las señales de imagen de los píxeles se liberan mediante una operación de escaneado como en el circuito de lectura (41) que se muestra en la figura 1.

También resulta posible en la presente realización sustituir los píxeles verdes (G) por los píxeles blancos (W) como en la segunda realización, y desplazar los píxeles de las líneas de desplazamiento horizontal tercera y cuarta en un píxel, respecto a aquellos de las líneas de desplazamiento horizontal primera y segunda, como en la tercera realización.

La presente realización permite, también en un sensor en el que las unidades de píxel y los circuitos periféricos se forman mediante un mismo proceso CMOS, efectuar salidas de colores constantes independientemente de todos los píxeles, desplazando los cableados de píxel en una línea dentro del patrón de píxel de unidad en un píxel, sin ningún cambio en el patrón original de los filtros de mosaico de colores complementarios. También la señal de imagen de salida, al ser amplificada por un transistor MOS dentro del píxel, pasa a un nivel elevado, y de este modo crea una elevada proporción S/N.

La figura 7B es un diagrama de un circuito que muestra la configuración de una quinta realización de la presente invención, que se caracteriza por el hecho de que la fotocompuerta (27) y la zona de conversión fotoeléctrica (26), compuestas por una capa de agotamiento, en la cuarta realización se sustituyen por un fotodiodo PN (31). También en esta realización, la lectura de todos los píxeles con colores constantes puede conseguirse con tan solo un cambio en los cableados de las líneas de salida de píxel.

En el circuito que se muestra en la figura 7B, un impulso de control (36) se conmuta al estado de nivel superior para convertir el transistor NMOS de reajuste (29) en conductivo, con lo que se restablece la compuerta del transistor NMOS de amplificación (30) en la línea de fuente de alimentación (37). Al mismo tiempo, se genera una carga fotoinducida en el fotodiodo PN (31), que corresponde a la cantidad de luz procedente de la imagen del objeto. A continuación, un impulso de control (35) se conmuta a un estado de nivel elevado para convertir el transistor NMOS de transferencia (28) en conductivo, con lo que se transfiere la carga fotoinducida del fotodiodo PN (31) a la compuerta del transistor NMOS de amplificación (30). El transistor (30) amplifica la carga fotoinducida y ésta sale en la línea de salida vertical (22), a través del conmutador MOS de selección de salida de píxel (23) conectado a la línea de salida (38) y a la línea de salida de píxel (24). A continuación, las señales de imagen de los píxeles salen mediante una operación de escaneado como en el circuito de lectura (41) de la figura 1.

También en esta realización, resulta naturalmente aplicable un patrón de píxel como en la segunda o la tercera realización.

Las anteriores realizaciones uno a cinco se han explicado mediante sensores BASIS y compatibles con CMOS, pero la presente invención resulta aplicable naturalmente además a cualquier otro sensor de XY direccionable, tal como los sensores SIT, CMD y JFET.

Tal como se ha explicado hasta aquí, las realizaciones descritas de la presente invención proporcionan todas una señal de imagen de un mismo color a partir de cada uno de los terminales de salida incluso con filtros de mosaico de colores complementarios diseñados para mejorar la resolución dinámica y sin tener en cuenta el método de desplazamiento de los circuitos de exploración horizontal y vertical, con lo que se permite que se pueda utilizar la simplificación del circuito de proceso de señales después del aparato de conversión fotoeléctrica y para mejorar la precisión del balance automático de blancos. Además, la señal de salida de un mismo color también puede obtenerse siempre en cada uno de los terminales de salida, sin ningún cambio en la disposición del filtro, y puede obtenerse la señal de imagen de una proporción S/N elevada utilizando un transistor de amplificación para la salida de píxeles.

Pueden llevarse a cabo realizaciones muy distintas de la presente invención sin apartarse del objetivo de la presente invención. Debe entenderse que la presente invención no se limita a las realizaciones específicas que se describen en la presente descripción, excepto tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Aparato de conversión fotoeléctrica que comprende:

una serie de píxeles (40:40-11 a 40-44) dispuestos en dos dimensiones, en las direcciones vertical y horizontal;

una serie de líneas de salida vertical respectivas (5:5 a 5-4) adyacentes a las columnas de los píxeles (40-11 a 40-41, 40-12 a 40-42, 40-13 a 40-43, 40-14 a 40-44) dispuestos en la dirección vertical;

un primer circuito de lectura (41) dispuesto para leer secuencialmente señales desde las líneas impares (5-1, 5-3) de dicha serie de líneas de salida vertical; y

un segundo circuito de lectura (41) dispuesto para leer secuencialmente señales desde las líneas pares (5-2, 5-4) de dicha serie de líneas de salida vertical,

donde los filtros de color de los cuatro colores distintos respectivos A, B, C y D para dicha serie de píxeles se disponen en un patrón que se repite para cada cuatro filas de píxeles dispuestos en dirección horizontal; y en cuyo patrón dichos filtros de color respectivos de color A y dichos filtros de color respectivos de color B se disponen alternativamente en las primeras filas (40-11 a 40-14) y también en las terceras filas (40-31 a 40-34) de los píxeles dispuestos en dirección horizontal, los filtros de color respectivos de color C y los filtros de color respectivos de color D se disponen alternativamente en las segundas filas (40-21 a 40-24) y también en las cuartas filas (40-41 a 40-44) de los píxeles dispuestos en la dirección horizontal y el orden de disposición de los filtros de color en por lo menos una de dichas filas tercera y cuarta, de cada cuatro filas, es el inverso al que se encuentra en dichas primeras o segundas filas,

caracterizado porque:

dicha serie de píxeles (40) de cada columna se conecta con dichas líneas de salida vertical (5), de tal manera que píxeles predeterminados dispuestos en la misma columna se conectan a una de las líneas de salida vertical (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) adyacentes a dicha misma columna y los píxeles de dicha misma columna que no son los píxeles predeterminados se conectan a las otras líneas de salida vertical (5-0, 5-1, 5-2, 5-3) adyacentes a dicha misma columna de manera que el primer circuito de lectura (41) lee las señales sólo de aquellos píxeles en los que se disponen los filtros de los colores A y C, y dicho segundo circuito de lectura (41) lee las señales procedentes sólo de aquellos píxeles en los que se han dispuesto los filtros de los colores B y D, respectivamente.

2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que cada píxel (40) incluye un fototransistor bipolar (1).

3. Aparato, según la reivindicación 1, en el que cada píxel incluye un fototransistor MOS (28).

4. Aparato, según la reivindicación 1, en el que cada píxel incluye un fotodiodo PN (31).

5. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos filtros de color son filtros de mosaico de color complementario en una matriz de unidades repetitivas de cuatro filas y cuatro columnas.

6. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el color C o D es verde y los otros colores son colores complementarios ciánico, magenta y amarillo.

7. Aparato, según la reivindicación 6, en el que los colores A, B, C y D son amarillo, ciánico, magenta y verde, respectivamente.

8. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los colores A, B, C y D son amarillo, ciánico, magenta y blanco, respectivamente.

9. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el orden de la disposición de los filtros de color en el que cada tercera fila es la misma que en la primera fila y el orden de disposición de los filtros de color en cada cuarta fila es el inverso al de cada segunda fila, y

en el que entre los píxeles dispuestos en cada una de dichas columnas, los píxeles de las filas primera, segunda y tercera se conectan a una de las líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna, y los píxeles de cada cuarta fila se conectan a las otras líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna.

10. Aparato de conversión fotoeléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 precedentes, en el que el orden de la disposición de los filtros de color en el que cada tercera fila es el mismo que en cada primera fila y el orden de disposición de los filtros de color en cada cuarta fila es el inverso al de cada segunda fila, y

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en el que entre los píxeles dispuestos en cada una de dichas mismas columnas, los píxeles de las filas primera, tercera y cuarta se conectan a una de las líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna, y los píxeles de cada segunda fila se conectan a las otras líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna.

11. Aparato de conversión fotoeléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 precedentes, en el que el orden de la disposición de los filtros de color en cada tercera fila es el inverso al de la primera fila y el orden de disposición de los filtros de color en cada cuarta fila es el inverso al de cada segunda fila, y

en el que entre los píxeles dispuestos en cada una de dichas columnas, los píxeles de las filas primera y segunda se conectan a una de las líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna, y los píxeles de las filas tercera y cuarta se conectan a las otras líneas de salida vertical adyacentes a dicha misma columna.