采用具有交错像素的多个芯片的扫描成像器制造技术

一种固态成像系统具有至少一个ＣＭＯＳ成像器，该ＣＭＯＳ成像器具有第一和第二像素系列，其中一个像素系列的像素相对于另一像素系列像素偏移，即，交错。多个成像器可以端对端布置成阵列，使用跳线连接每个像素输出导线，使得像素输入到每个系列的公共输出放大器，以最小化芯片之间的偏移电压。像素可以彼此沿对角线偏移，且可以被构造彩色成像器，其中带状滤色器沿对角线布置在成像区域上。这种布置最小化了颜色的串扰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固态成像器和图像捕获系统，且尤其涉及将像素配置 成两个或更多的像素系列的偏移或交错布置的像素的改善配置。本发 明更具体而言涉及一种配置，该配置采用了两个或更多的端对端对接 的成像器芯片，且该配置避免了芯片之间的不希望的增益差异。希望 使用低功率CMOS成像器技术和偏移的像素系列来实施本专利技术。
技术介绍
固态图像传感器被用在各种应用中，且对于这些应用而言，在追 求低成本、高分辨率、高可靠性图像传感器方面具有浓厚的兴趣。因 为CMOS仅需要单个电源电压、它的耐用性以及它本质上的低功耗， CMOS成像器技术是有利的。在需要增强像素密度获得极高分辨率方面 也具有极大的兴趣。扫描系统被用于各种图像捕获应用，例如，网络检查和文档复制 和归档。常规地，这类扫描器使用接触式图像传感器(CIS)模块或CCD 来捕获图像信息。在这种扫描系统中，CCD成像器在尺寸上受到限制， 仅为例如相片或文本的扫描对象的宽度的一部分。这种尺寸限制是由 于长距离上(即在和页面宽度相当的距离上)的电荷传递困难。这需 要聚焦文档的图像以将其减小到成像器的尺寸。尽管可能希望端到端 连接很多CCD成像器以达成单个长的图像捕获设备，但存在很多缺点 使其不实际。图1示出了采用了 CCD固态成像器12的现有技术扫描器布置或扫描系统10。聚焦透镜系统14置为在CCD成像器12上聚焦待扫描对象 例如一页文本16的缩小图像。在很多实际的扫描器布置中可以采用反 射镜(此处未示出)。输出緩冲器18耦合到CCD成像器12且通过柔性 电缆被应用以驱动专用集成电路(ASIC)22。输入緩冲器20也耦合到 CCD成像器12且用于连接被模拟-数字转换器(A/D)数字化的捕获的 图像数据到主机计算机、网络或者例如打印机或调制解调器的其他外 围设备，或者在某些情况下，具有图像处理功能的多功能外围设备 (MFP)、马达控制、光控制、纸张供给器以及(多个)用户接口 ASIC设 备的全部或其中一部分。桌面系统还包含马达和光源以移动被扫描的 移动文件16下的成像器。可以使用诸如荧光管和LED的各种不同光源 以及诸如步进马达和同步马达的各种不同驱动马达。这些是众所周知 的且在这里没有示出，但应当理解被包括在该扫描器系统中。CCD成像 器具有很多缺点和限制，例如由于电荷传输效率限制引起的速度限 制，以及高的功耗，以及将其他功能集成到像素阵列的能力受到严重 受限。此外，在CCD成像器中，像素必须以固定顺序读取，这不允许像素信息被跳过。在图2中示出了常规的基于CIS的扫描系统30。在该系统中，存 在端对端相接的多个CIS模块32 (1) ~ 32 (N) 。 CIS模块32 (1) ~ 32 (N) 彼此紧密相邻以构造与捕获的图像一样宽的长传感器连续阵列。光学 耦合器34置为面对扫描对象36并将其图像聚焦到CIS模块的阵列 上。因为模块32(1) ~ 32(N)阵列需要和扫描对象36 —样宽，该阵列 必须很大。CIS模块32 (1) ~ 32 (N)的准确放置要求在对象的宽度上拾 取整个图像而没有缝隙或跳跃，这使得基于CIS的系统的构造十分昂 贵。而且，各种独立的CIS传感器每一个都具有需要校正的独立的电 压偏移，这也增加了系统的复杂度。如在Pace等的美国专利No. 6, 084, 229中号公开的，最近发展了 一种有源列传感器(ACS)结构，它允许CM0S图像传感器被构造为单个 芯片视频照相机，具有等于或优于CCD或CID成像器可以获得的性能。 ACS成像器具有很小的固定模式噪声。Pace等的该专利中公开和阐述 的原理可以有利地结合到扫描应用中采用的成像器中，且引用结合于 此作为参考。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种固态成像器，它可以用在扫 描系统中并且避免了现有技术的缺点。本专利技术的另一目的是提供一种成像器，它在足够用于扫描文本文 档的宽度上是经济和有效的。本专利技术的另 一 目的是改善单色或彩色成像器的有效分辨率。根据本专利技术的一个方面，固态区域或线成像器集成电路制作为像 素元件阵列，所述像素元件以两个或更多的像素系列的形式配置。一 个系列的像素偏离另一系列，即，像素位置交叠或交错。像素系列被 读出到相应的输出总线，且所述输出可以被水平和垂直地多路复用。两个或更多的这些成像器ic可以端对端对接以产生宽的成像器组件。 在这种情况下，每个IC上的输出总线也以最小化芯片之间电压偏移的方式相连。根据本专利技术的一个实施例的用于捕获图像的系统采用CMOS成像 系统、图像聚焦设备，以及耦合到该CMOS成像系统的图像控制处理系 统。所述CMOS成像系统具有至少一个CMOS成像器，该成像器具有至 少一 系列像素。所述图像聚焦设备将图像引导到所述至少 一 系列像素 的至少一部分上。根据本专利技术的另一实施例的用于扫描或捕获图像的方法包括引导 图像到CMOS成像系统中的至少一系列像素的至少一部分上。接着，使 用所述CMOS成像系统中的CMOS成像器中的该至少一系列像素捕获图 像。在图像的捕获和处理过程中所述CMOS成像系统是受控的。根据本专利技术的另一实施例的用于捕获图像的系统包括至少一个 CMOS成像器中的笫一系列像素和与该至少一个CMOS成像器中的至少 毗邻该第一系列像素的至少又一系列像素。该至少又一系列像素偏离 所述第一系列像素。根据本专利技术的另 一 实施例的用于捕获图像的方法包括使至少 一个 CMOS成像器中的第一系列像素偏离该至少一个CMOS成像器中的至少 毗邻该第一系列像素的至少又一系列像素，并使用偏离的第一系列像 素和该至少又一系列像素的至少一部分捕获图像以提高捕获的图像的 分辨率。当多个像素系列被堆叠使得像素连续地偏移时，像素布置成阵列以沿着一条或多条对角轴对准。 一系列偏移的像素可以被读取，使得 视频信号被分箱到公共读出节点上，且滤色器可以置于由下面的像素 形成的对角线上，这样允许优于现有技术的多个优点。对角定向的像 素和滤色器允许通过最小化颜色串扰改善色纯度。本专利技术可以提供一种用于捕获图像的系统，该系统和用于捕获图像的现有系统例如依赖于CCD成像器或CIS成像器的系统相比，具有 更大灵活性和更低的成本。本专利技术包括快门，允许例如行或列(或对 角线)的系列中的所有像素共享相同的曝光周期，每种颜色有独立的积 分周期以增强颜色平衡；像素跳过，用于多分辨率成像；交错像素， 用于在更小的区域提供更高的分辨率和更高的色纯度；以及来自不同 系列的像素的信号的分箱。手持的电池供电的设备的有用计算能力的 最近进步允许附加高集成、低功耗、小尺寸的系统，用于捕获可以是 图片、文本、视频、条形码、生物统计的图像，且因此可以将基于多 芯片大功耗的CCD的系统置于大的劣势中。根据一优选实施例，CMOS成像系统在成像区域上以行和列的像素 阵列的形式布置，列分成彼此交替的第一和第二列系列，使得每一列 系列的像素从其他的列系列的像素偏移一预定量。每个列包括具有源 电极和漏电极的列放大器FET。至少一对与第一列系列相关的导线分别 与该第一列系列的列放大器FET的源和漏电极耦合。与笫二列系列相 关的另一对导线耦合到第二列系列的列放大器FET的源和漏电极。第 一和第二输出放大器每个都包括附加的FET以及与相应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-21 11/111,3345. 根据权利要求l所述的系统，其中每个所述像素系列的像素布置 成在像素控制区域的两侧上沿对角线布置的像素对或像素区域，使得每 一个像素区域对沿对角线延伸，定义该系列的连续像素区域对之间的对 角区域，且其中另一像素系列的像素位于所述对角区域中。6. 根据权利要求5所述的系统，其中所述像素区域分割成红色、蓝 色和绿色光敏区，使得红色、蓝色和绿色光敏区沿对角线与像素区域的 相应光敏区对准，所述像素区域与所述像素控制区域相对布置，且其中 红色、蓝色和绿色滤光器布置为沿对角线延伸跨过相应像素的光敏区的 带状滤光器。7. —种CMOS成像系统，包括在成像区域上布置成行和列的像素阵列，列分成彼此交替的第 一和 第二列系列，使得每个系列的列的像素偏移其他系列的列的像素一预定每个所述列具有列放大器FET，所述FET具有源电极和漏电极；至少一对与第一列系列相关的导线，第一列系列的列放大器FET的 源电极和漏电极分别与其连...

【专利技术属性】
技术研发人员：JJ扎诺夫斯基，KV卡里亚，M乔纳，T潘宁，
申请(专利权)人：宽银幕电影成像有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]