Твердотельный приемник изображения, оптическое устройство, устройство для обработки сигнала и система обработки сигнала

Изобретение относится к твердотельному приемнику изображения. Техническим результатом является возможность передавать сигналы пикселов, считываемые из блока пикселов, в виде оптических сигналов с высокой скоростью, оптическому устройству, устройству для обработки сигналов и системе обработки сигналов. Результат достигается тем, что твердотельный приемник 1А изображения включает блок 10А пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь 11А, который преобразует сигналы от блока 10А пикселов в цифровые сигналы, оптический блок 12А связи, преобразующий сигналы, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе 11А в оптические сигналы и передающий эти оптический сигналы на выход, генератор 13А синхросигнала, формирующий управляющий тактовый сигнал, используемый для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, осуществляемых блоком 10А пикселов, аналого-цифровым преобразователем 11А и оптическим блоком 12А связи, и контроллер 16А, управляющий считыванием сигналов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 41 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к твердотельному приемнику изображения, оптическому устройству, включающему такой твердотельный приемник изображения, устройству для обработки сигналов, соединенному с оптическим устройством, и системе обработки сигналов, включающей эти оптическое устройство и устройство для обработки сигналов. В частности, сигналы пикселов, считываемые из твердотельного приемника изображения, передают на выход в виде оптических сигналов.

Уровень техники

По мере повышения быстродействия и степени интеграции схем на подложках появилась потребность в принятии мер против задержки сигнала и генерации электромагнитных помех. Способ оптического соединения для передачи сигналов, которому в последнее время уделяется большое внимание, рассматривает вопросы задержки сигнала, что является проблемой в электрических проводниках, деградации сигналов, а также электромагнитных помех и шумов, излучаемых проводами, и позволяет передавать сигналы с высокой скоростью.

В качестве метода высокоскоростной передачи сигналов в пределах подложки с использованием света был предложен способ, именуемый «оптическое соединение» (см. например, патентный документ 1). Этот патентный документ описывает вторичный оптический волноводный слой, полупроводниковый лазер с переключаемыми модами и оптический коммутатор, в котором происходит переключение оптических путей световых лучей, испускаемых полупроводниковым лазером.

Оптический коммутатор устроен таким образом, чтобы изменять угол излучения в оптическом волноводном слое в соответствии с изменением моды колебаний в полупроводниковом лазере и передавать испускаемый свет в оптический волноводный слой. Соответственно можно выбирать состояние передачи оптических сигналов и увеличить степень свободы при размещении светоизлучающего элемента и фотоприемного элемента, что позволяет реализовать гибкое реконфигурирование передачи световых сигналов.

В качестве способа использования такого оптического соединения в схемах на тонкопленочных транзисторах (TFT), применяемых в частности в драйверах плоских дисплеев, был рассмотрен способ использования света для передачи сигналов с целью решения проблемы увеличения задержки сигнала из-за увеличения размеров и соответственно большой электрической емкости дисплея.

С другой стороны, был предложен способ передачи выходного сигнала от твердотельного приемника изображения в оптической форме в базовый блок камеры, включающий съемный объектив, имеющий указанный твердотельный приемник изображения (см. например, патентный документ 2).

Патентный документ 1: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии No.2004-219882.

Патентный документ 2: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии No.2006-196972.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Однако согласно способу, описываемому в патентном документе 2, рассмотрена только конфигурация, в которой светоизлучающий элемент создан в подложке, где выполнен приемник изображения, а проблема, связанная с высокой скоростью передачи сигналов, не решена.

Настоящее изобретение было разработано для решения такой проблемы, а целью изобретения является создание твердотельного приемника изображения, способного передавать сигналы пикселов, считываемые из блока пикселов, с высокой скоростью в виде оптических сигналов, оптического устройства, включающего такой твердотельный приемник изображения, устройства для обработки сигналов, соединенного с оптическим устройством, и системы обработки сигналов, включающей оптическое устройство и устройство для обработки сигналов.

Техническое решение

Для решения указанной выше проблемы твердотельный приемник изображения согласно настоящему изобретению содержит блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь сигналов, считываемых из блока пикселов, в цифровые сигналы, оптический блок связи для преобразования дискретизированных сигналов от аналого-цифрового преобразователя в оптические сигналы и передачи этих оптические сигналы, генератор синхросигнала, используемого для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, выполняемых блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи, и контроллер для управления считыванием сигналов.

Оптическое устройство согласно настоящему изобретению включает твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы, и оптический элемент, принимающий свет для ввода в твердотельный приемник изображения. Твердотельный приемник изображения включает блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы, оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные аналого-цифровым преобразователем, в оптические сигналы и передающий оптические сигналы, генератор синхросигнала, используемого для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи и контроллер для управления считыванием сигналов. Блок пикселов, аналого-цифровой преобразователь, оптический блок связи, генератор синхросигнала и контроллер выполнены на одной подложке в виде одного кристалла интегральной схемы.

Устройство обработки сигналов согласно настоящему изобретению включает твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы, и оптический элемент, принимающий свет для ввода в твердотельный приемник изображения. Твердотельный приемник изображения, соединенный с оптическим устройством, включает блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы, оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные аналого-цифровым преобразователем, в оптические сигналы и передающий оптические сигналы, генератор синхросигнала, используемого для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи и контроллер для управления считыванием сигналов. Устройство для обработки сигналов включает оптический блок связи, принимающий выходные оптические сигналы от оптического блока связи, включенного в состав твердотельного приемника изображения, контроллер считывания, управляющий считыванием сигналов из блока пикселов в составе твердотельного приемника изображения, и процессор сигналов, обрабатывающий сигналы, считываемые из блока пикселов и поступающие от твердотельного приемника изображения по оптической линии связи.

Система обработки сигналов согласно настоящему изобретению включает оптическое устройство, включающее твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы, и оптический элемент, принимающий свет для ввода в твердотельный приемник изображения, а также устройство для обработки сигналов, соединенное с оптическим устройством. Твердотельный приемник изображения включает блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы, аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы, оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные аналого-цифровым преобразователем, в оптические сигналы и передающий оптические сигналы, генератор синхросигнала, используемого для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи и контроллер для управления считыванием сигналов. Устройство для обработки сигналов включает оптический блок связи, принимающий выходные оптические сигналы от оптического блока связи, включенного в состав твердотельного приемника изображения, контроллер считывания, управляющий считыванием сигналов из блока пикселов в составе твердотельного приемника изображения, и процессор сигналов, обрабатывающий сигналы, считываемые из блока пикселов и поступающие от твердотельного приемника изображения через оптическое соединение.

Согласно настоящему изобретению электрические сигналы, получаемые в результате фотоэлектрического преобразования света, падающего на твердотельный приемник изображения, считывают из блока пикселов синхронно с сигналом синхронизации от генератора синхросигнала и передают на вход аналого-цифрового преобразователя. Входные сигналы аналого-цифрового преобразователя превращают в цифровые сигналы, которые затем передают на выход синхронно с сигналом синхронизации от генератора синхросигнала и вводят в оптический блок связи. Входные цифровые сигналы оптического блока связи преобразуют в оптические сигналы и передают на выход синхронно с сигналом синхронизации от генератора синхросигнала.

Преимущества

Электрические сигналы, получаемые в результате фотоэлектрического преобразования падающего света в твердотельном приемнике изображения согласно настоящему изобретению, преобразуют в оптические сигналы для передачи на выход, причем процессы ввода/вывода сигналов синхронизированы одни с другими. Соответственно достигается высокая скорость передачи сигналов, считываемых из твердотельного приемника изображения. Более того, поскольку компоненты интегрированы в одном кристалле интегральной схемы, удается значительно уменьшить занимаемый объем. Кроме того, упрощается проектирование и облегчается реализация высокой скорости передачи сигналов, поскольку пути передачи электрических сигналов можно сделать короче.

В оптическом устройстве согласно настоящему изобретению благодаря наличию твердотельного приемника изображения образ света, воспринимаемого твердотельным приемником изображения, может быть передан с высокой скоростью. В устройстве обработки сигналов согласно настоящему изобретению благодаря присоединению оптического устройства образ света, воспринимаемого твердотельным приемником изображения, вводят с высокой скоростью, и, соответственно, может быть получен большой объем данных.

В системе обработки сигналов согласно настоящему изобретению благодаря наличию оптического устройства и устройства для обработки сигналов образ света, воспринимаемого твердотельным приемником изображения, может быть передан с высокой скоростью и может быть реализовано увеличение числа пикселов в твердотельном приемнике изображения и увеличение объема передаваемых данных вместе с повышением частоты кадров.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую общее описание твердотельного приемника изображения согласно первому варианту.

Фигура 2 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую общее описание системы обработки сигналов, включающей оптическое устройство и устройство для обработки сигналов.

Фигура 3 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс, выполняемый, когда нужно включить питание.

Фигура 4 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс, выполняемый, когда нужно выключить питание.

Фигура 5 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую твердотельный приемник изображения согласно первому варианту в подробностях.

Фигура 6 представляет схему, показывающую конфигурацию матрицы пикселов в подробностях.

Фигура 7 представляет вид сечения, иллюстрирующий пример модели конфигурации пиксела.

Фигура 8 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую систему обработки сигналов согласно первому варианту в подробностях.

Фигура 9 представляет схему, иллюстрирующую изменение состояния, показывающее примеры режимов работы системы видеокамеры.

Фигура 10 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в черновом режиме.

Фигура 11 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого твердотельным приемником изображения в черновом режиме.

Фигура 12 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в режиме неподвижного изображения.

Фигура 13 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого базовым блоком камеры в режиме неподвижного изображения.

Фигура 14 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого твердотельным приемником изображения в режиме неподвижного изображения.

Фигура 15 представляет временную диаграмму сигналов в черновом режиме и в режиме неподвижного изображения.

Фигура 16 представляет временную диаграмму сигналов в черновом режиме.

Фигура 17 представляет временную диаграмму сигналов в режиме неподвижного изображения.

Фигура 18 представляет временную диаграмму примера первого способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов.

Фигура 19 представляет временную диаграмму примера второго способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов.

Фигура 20 представляет временную диаграмму примера третьего способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов.

Фигура 21 представляет функциональную блок-схему твердотельного приемника изображения, иллюстрирующую пример конфигурации, в которой обеспечивается синхронизация процессов считывания данных пикселов.

Фигура 22 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример твердотельного приемника изображения, включающего последовательный интерфейс.

Фигура 23 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в твердотельном приемнике изображения, включающем последовательный интерфейс.

Фигура 24 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую примеры оптических блоков связи, включенных в твердотельный приемник изображения и в устройство для обработки сигналов и используемых для оптической связи, осуществляемой после преобразования данных пикселов в последовательную форму.

Фигура 25 представляет временную диаграмму, иллюстрирующую пример обработки сигнала, выполняемой с использованием твердотельного приемника изображения и устройства для обработки сигналов, поддерживающих оптическую связь, после преобразования данных пикселов в последовательную форму.

Фигура 26 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации твердотельного приемника изображения, в котором обеспечивается синхронное считывание данных пикселов, с использованием нескольких блоков модуляторов света.

Фигура 27 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую примеры других оптических блоков связи, включенных в твердотельный приемник изображения и в устройство для обработки сигналов и используемых для оптической связи, осуществляемой после преобразования данных пикселов в последовательную форму.

Фигура 28 представляет временную диаграмму преобразованных в последовательную форму сигналов в оптическом соединении между твердотельным приемником изображения и устройством для обработки сигнала.

Фигура 29 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример кодирующего устройства.

Фигура 30 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример блока выделения тактового сигнала, включенного в состав последовательно-параллельного преобразователя.

Фигура 31 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример декодера.

Фигура 32 представляет схему, иллюстрирующую пример генерации данных для ввода в кодирующее устройство в твердотельном приемнике изображения.

Фигура 33 представляет схему, иллюстрирующую пример генерации данных для вывода из декодера в устройстве для обработки сигналов.

Фигура 34 представляет схему, иллюстрирующую пример генерации данных для вывода из декодера в устройстве для обработки сигналов.

Фигура 35 представляет схему, иллюстрирующую пример генерации данных для вывода из декодера в устройстве для обработки сигналов.

Фигура 36 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую систему обработки сигнала, демонстрирующую конкретные примеры оптических блоков связи.

Фигура 37 представляет схему конфигурации, иллюстрирующую светоизлучающий блок.

Фигура 38 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример фотоприемного блока.

Фигура 39 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример применения системы обработки сигналов согласно первому варианту.

Фигура 40 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример применения системы обработки сигналов согласно первому варианту.

Фигура 41 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример применения системы обработки сигналов согласно первому варианту.

Подробное описание изобретения

Далее вариант твердотельного приемника изображения, оптического устройства, включающего такой твердотельный приемник изображения, устройства для обработки сигналов, соединенного с этим оптическим устройством, и системы обработки сигналов, включающей указанные оптическое устройство и устройство для обработки сигналов, будет описан со ссылками на прилагаемые чертежи.

Общее описание твердотельного приемника изображения согласно первому варианту

Фиг.1 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую общее описание твердотельного приемника изображения согласно первому варианту. Твердотельный приемник 1А изображения согласно первому варианту построен на основе КМОП-формирователя сигналов изображения (КМОП - Комплементарные приборы на основе структур Металл-Оксид-Полупроводник (CMOS)) или ПЗС-формирователя сигналов изображения (ПЗС - прибор с зарядовой связью (CCD)). Этот твердотельный приемник 1А изображения включает блок 10А пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы и передающий эти электрические сигналы на выход, и аналого-цифровой преобразователь 11А, преобразующий электрические сигналы с выхода блока 10А пикселов в цифровые сигналы. Блок 10А пикселов включает пикселы, преобразующие свет в электрическую энергию, расположенные в виде двумерной или одномерной структуры и передающие на выход электрические сигналы в соответствии с интенсивностью падающего света.

Твердотельный приемник 1А изображения включает оптический блок 12А связи, преобразующий электрические сигналы, дискретизированные аналого-цифровым преобразователем 11А в оптические сигналы и передающий эти оптические сигналы. Оптический блок 12А связи включает светоизлучающий элемент, например лазерный диод (LD), в качестве светоизлучающего блока и передает оптические сигналы, модулированные в соответствии с выходными электрическими сигналами от аналого-цифрового преобразователя 11А.

Твердотельный приемник 1А изображения включает генератор (TG) 13A синхросигнала, который генерирует управляющий тактовый сигнал (CLK) в соответствии с режимом работы и передает этот управляющий тактовый сигнал различным функциональным блокам, включенным в аналого-цифровой преобразователь 11А и оптический блок 12А связи. Твердотельный приемник 1А изображения включает блок 14А ввода/вывода управления, осуществляющий ввод/вывод сигналов управления для, например, преобразователя 15А постоянного тока, служащего источником электроэнергии, и контроллера 16А, управляющего считыванием данных пикселов. Контроллер 16А, преобразователь 15А постоянного тока и генератор 13A синхросигнала соединены с шиной 17 и осуществляют передачу/прием сигналов управления и данных. Твердотельный приемник 1А изображения не нуждается в электроде для передачи сигналов пикселов в форме электрических сигналов вовне, поскольку этот твердотельный приемник 1А изображения передает эти сигналы пикселов посредством оптической связи. Поэтому совокупность электродов (не показаны), соединенных с блоком 14А ввода/вывода управления, может включать по меньшей мере три электрода, включая линию питания, линию заземления (GND) и линию управления.

Контроллер 16А управляет преобразователем 15А постоянного тока для включения или выключения твердотельного приемника 1А изображения. Более того, контроллер 16А передает команды генератору 13A синхросигнала для генерации управляющего тактового сигнала и передачи этого управляющего тактового сигнала блоку 10А пикселов, аналого-цифровому преобразователю 11А и оптическому блоку 12А связи, чтобы эти блок 10А пикселов, аналого-цифровой преобразователь 11А и оптический блок 12А связи работали синхронно с управляющим тактовым сигналом.

Процессы ввода/вывода сигналов, осуществляемые блоком 10А пикселов, аналого-цифровым преобразователем 11А и оптическим блоком 12А связи, синхронизированы один с другим посредством управляющего тактового сигнала, поступающего от генератора 13A синхросигнала. В блоке 10А пикселов данные пикселов считывают в соответствии с изображением, передаваемым падающим светом, в виде электрических сигналов. Эти данные пикселов, считываемые из блока 10А пикселов, вводят в аналого-цифровой преобразователь 11А и преобразуют в нем в цифровые сигналы для передачи на выход. Такие данные пикселов, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе 11А, вводят в оптический блок 12А и преобразуют в оптические сигналы для передачи на выход.

Общее описание оптического устройства согласно первому варианту

Фиг.2 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую общее описание системы обработки сигналов, включающей оптическое устройство и устройство для обработки сигналов. Сначала будет приведено общее описание оптического устройства, включающего твердотельный приемник изображения. Оптическое устройство 2А согласно первому варианту включает твердотельный приемник 1А изображения, объектив 20 и корпус 21, в котором установлены эти твердотельный приемник 1А изображения и объектив 20. Объектив 20 представляет собой пример оптического элемента и может быть построен из одной линзы или в виде сочетания нескольких линз.

В оптическом устройстве 2А блок 10А пикселов твердотельного приемника 1А изображения расположен в фокусе объектива 20, так что в блоке 10А пикселов твердотельного приемника 1А изображения формируется изображение, передаваемое светом, вошедшим через объектив 20.

Оптическое устройство 2А включает механизм фокусировки, перемещающий объектив 20 в направлении оптической оси относительно твердотельного приемника 1А изображения таким образом, например, чтобы положение фокуса объектива 20 соответствовало блоку 10А пикселов твердотельного приемника 1А изображения независимо от расстояния до объекта, изображение которого необходимо считать.

Общее описание устройства для обработки сигналов согласно первому варианту

Далее будет рассмотрено общее описание устройства для обработки сигналов со ссылками на фиг.2. Устройство 3А для обработки сигналов согласно первому варианту, соединенное с оптическим устройством 2А, описанным выше, включает оптический блок 30А связи, преобразующий оптические сигналы в электрические сигналы, и блок 31А ввода/вывода управления, осуществляющий ввод/вывод сигналов управления, например. Оптический блок 30А связи из состава устройства 3А для обработки сигналов оптически связан с оптическим блоком 12А связи из состава твердотельного приемника 1А изображения, когда оптическое устройство 2А соединено с устройством 3А для обработки сигналов. Более того, блок 31А ввода/вывода управления соединен с блоком 14А ввода/вывода управления в твердотельном приемнике 1А изображения.

Устройство 3А для обработки сигналов включает операционный блок 32А, принимающий операцию, выполненную пользователем, и контроллер 33А считывания, передающий твердотельному приемнику 1А изображения в оптическом устройстве 2А команды считывать данные пикселов в соответствии с операцией, выполненной с использованием операционного блока 32А.

Устройство 3А для обработки сигналов передает твердотельному приемнику 1А изображения в оптическом устройстве 2А команды считывать данные пикселов и осуществляет оптическую связь с использованием собственного оптического блока 30А связи, поддерживающего оптическую связь с оптическим блоком 12А связи из состава твердотельного приемника 1А изображения, для получения данных пикселов от твердотельного приемника 1А изображения.

Оптический блок 30А связи включает фотоприемный элемент, например фотодиод (PD), в качестве фотоприемника, который принимает выходные оптические сигналы от оптического блока 12А связи из состава твердотельного приемника 1А изображения и преобразует данные пикселов, поступившие в форме оптических сигналов, в электрические сигналы для передачи на выход.

Устройство 3А для обработки сигналов включает процессор 34А сигналов, выполняющий определенные операции обработки сигналов над данными пикселов, поступившими через оптическое соединение от твердотельного приемника 1А изображения, для генерации видеоданных. Кроме того, устройство 3А для обработки сигналов включает запоминающее устройство 35А данных, сохраняющее данные пикселов, полученные от твердотельного приемника 1А изображения, и дисплей 36А для представления видеоданных, генерируемых процессором 34А сигналов.

Устройство 3А для обработки сигналов включает блок 37А питания, служащий источником питания для самого устройства 3А для обработки сигналов и для оптического устройства 2А, и контроллер 38А подачи питания, управляющий этим блоком питания. Контроллер 38А подачи питания выполняет операции управления питанием таким образом, что подачу или отсутствие питания устройства 3А для обработки сигналов и подачу или отсутствие питания оптического устройства 2А переключают в заданном порядке в соответствии с операцией включения/выключения блока питания.

Общее описание системы обработки сигналов согласно первому варианту

Далее будет рассмотрено общее описание системы обработки сигналов со ссылками на фиг.2. Система 4А обработки сигналов согласно первому варианту включает оптическое устройство 2А и устройство 3А для обработки сигналов, описанные выше, и конфигурирована таким образом, что оптическое устройство 2А можно отделить от устройства 3А для обработки сигналов.

В системе 4А обработки сигналов оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов и оптический блок 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения, включенном в оптическое устройство 2А, оказываются оптически связаны один с другим, когда оптическое устройство 2А соединено с устройством 3А для обработки сигналов. Более того, блок 31А ввода/вывода управления в устройстве 3А для обработки сигналов и блок 14А ввода/вывода управления в твердотельном приемнике 1А изображения при этом оказываются соединены один с другим.

Таким образом, в системе 4А обработки сигналов ввод/вывод данных в виде оптических сигналов между оптическим устройством 2А и устройством 3А для обработки сигналов осуществляется с использованием оптического блока 12А связи из состава твердотельного приемника 1А изображения и оптического блока 30А связи из состава устройства 3А для обработки сигналов.

Более того, в системе 4А обработки сигналов ввод/вывод сигналов управления между устройством 3А для обработки сигналов и оптическим устройством 2А осуществляется с использованием блока 31А ввода/вывода управления из состава устройства 3А для обработки сигналов и блока 14А ввода/вывода управления из состава твердотельного приемника 1А изображения.

В системе 4А обработки сигналов операционный блок 32А устройства 3А для обработки сигналов принимает операцию, выполненную пользователем, и в соответствии с операцией, выполняемой с использованием операционного блока 32А, контроллер 33А считывания из состава устройства 3А для обработки сигналов передает сигнал управления с командами для считывания данных пикселов.

В системе 4А обработки сигналов указанный сигнал управления с командами для считывания данных пикселов подают на вход твердотельного приемника 1А оптического устройства 2А через блок 31А ввода/вывода управления из состава устройства 3А для обработки сигналов и блок 14А ввода/вывода управления из состава оптического устройства 2А.

В системе 4А обработки сигналов, когда сигнал управления с командами для считывания данных пикселов поступит на вход твердотельного приемника 1А изображения в оптическом устройстве 2А, контроллер 16А твердотельного приемника 1А изображения управляет генератором 13А синхросигнала для генерации управляющего тактового сигнала.

Управляющий тактовый сигнал, генерируемый с использованием генератора 13А синхросигнала, поступает в блок 10А пикселов, аналого-цифровой преобразователь 11А и оптический блок 12А связи. Блок 10А пикселов считывает данные пикселов в виде электрических сигналов. Данные пикселов, считываемые из блока 10А пикселов, вводят на вход аналого-цифрового преобразователя 11А и преобразуют в нем в цифровые сигналы для передачи на выход. Эти данные пикселов, дискретизированные с использованием аналого-цифрового преобразователя 11А, подают на вход оптического блока 12А связи и в нем преобразуют в оптические сигналы для передачи на выход.

В системе 4А обработки сигналов вводят данные пикселов, считываемые из твердотельного приемника 1А изображения, в устройство 3А для обработки сигналов через оптическое соединение с использованием оптического блока 12А связи из состава твердотельного приемника 1А изображения и оптического блока 30А связи из состава устройства 3А для обработки сигналов.

В системе 4А обработки сигналов, когда данные пикселов, считываемые из твердотельного приемника 1А изображения, вводят в устройство 3А для обработки сигналов, оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов преобразует эти данные пикселов, поступающие в виде оптических сигналов, в электрические сигналы для передачи на выход.

В системе 4А обработки сигналов процессор 34А сигналов в устройстве 3А для обработки сигналов выполняет определенные операции обработки сигналов над данными пикселов, преобразованными в электрические сигналы с использованием оптического блока 30А связи из состава устройства 3А для обработки сигналов, для генерации видеоданных, а соответствующее изображение представляют, например, на дисплее 36А.

Пример управления блоком питания в системе обработки сигналов согласно первому варианту

Фиг.3 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс, выполняемый, когда нужно включить питание. Фиг.4 представляет логическую схему, иллюстрирующую процесс, выполняемый, когда нужно выключить питание. Далее будет описан пример управления блоком питания, когда нужно включить питание и когда нужно выключить питание.

Сначала, со ссылками на эти чертежи, будет описан процесс, выполняемый, когда нужно включить питание. В системе 4А обработки сигнала, когда нужно включить питание, управляют блоком питания таким образом, что включение устройства 3А для обработки сигналов и твердотельного приемника 1А изображения в оптическом устройстве 2А происходит в этом порядке перечисления, а включение оптического блока 30А связи на фотоприемной стороне и оптического блока 12А связи на светоизлучающей стороне тоже происходит в этом порядке перечисления.

В частности, при включении системы 4А обработки сигналов посредством выключателя питания (не показан) электрическое питание поступает к устройству 3А для обработки сигналов на этапе SA1 на фиг.3. Когда питание поступает в устройство 3А для обработки сигналов, контроллер 38А подачи питания в устройстве 3А для обработки сигналов, подает питание оптическому блоку 30А связи из состава устройства 3А для обработки сигналов на этапе SA2 на фиг.3.

После поступления питания к оптическому блоку 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов контроллер 38А подачи питания этого устройства 3А для обработки сигналов подает питание твердотельному приемнику 1А изображения в оптическом устройстве 2А на этапе SA3 на фиг.3.

В системе 4А обработки сигналов, имеющей конфигурацию, показанную на фиг.2, блок 37А питания включен в состав устройства 3А для обработки сигналов, а уже устройство 3А для обработки сигналов подает питание оптическому устройству 2А с использованием блока 31 А ввода/вывода управления в составе устройства 3А для обработки сигналов и блока 14А ввода/вывода управления в составе твердотельного приемника 1А изображения.

При получении питания от устройства 3А для обработки сигналов преобразователь 15А постоянного тока в твердотельном приемнике 1А изображения подает питание оптическому блоку 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения на этапе SA4 на фиг.3. В частности, напряжение питания поступает к драйверу, включенному в состав оптического блока 12А связи, который будет рассмотрен позднее, и затем питание поступает к включенному в состав этого оптического блока 12А связи светоизлучающему блоку, который будет рассмотрен позднее. Соответственно, это позволяет предотвратить сбой работы выходного каскада, происходящий, если питание поступает к светоизлучающему блоку в ситуации, когда выходной каскад драйвера оптического блока 12А связи находится в неустойчивом состоянии, и сбой в работе светоизлучающего блока из-за поступления чрезмерно большого тока. После этого, на этапе SA5 на фиг.3, питание поступает к функциональным блокам, таким как блок 10А пикселов, используемых при выполнении операции считывания изображения. Подача электрического напряжения питания в такой последовательности при включении твердотельного приемника 1А изображения позволяет предотвратить сбои в работе и повреждение входного каскада драйвера, которые происходят, когда данные пикселов приходят на вход оптического блока 12А связи прежде, чем этот оптический блок 12А связи войдет в состояние готовности к возбуждению.

Таким образом, включение оптического блока 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов и оптического блока 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения происходит в указанном порядке.

Как описано выше, при подаче питания от фотоприемной стороны к светоизлучающей стороне контроллер 33А считывания в устройстве 3А для обработки сигналов передает сигнал управления, дающий команду считывать данные пикселов, и начинается считывание данных пикселов из твердотельного приемника 1А изображения.

Далее, со ссылками на чертежи будет описан процесс, выполняемый, когда нужно выключить питание. В системе 4А обработки сигнала, когда нужно выключить питание, управляют блоком питания таким образом, что выключение питания твердотельного приемника 1А изображения в оптическом устройстве 2А и выключение питания устройства 3А для обработки сигналов происходит в этом порядке перечисления, а выключение питания оптического блока 12А связи на светоизлучающей стороне и выключение питания оптического блока 30А связи на фотоприемной стороне тоже происходит в этом порядке перечисления.

В частности, при выключении системы 4А обработки сигналов посредством выключателя питания (не показан) контроллер 38А подачи питания в устройстве 3А для обработки сигналов передает сигнал управления, используемый для выполнения процесса остановки подачи питания твердотельному приемнику 1А изображения в оптическом устройстве 2А. В ответ на этот сигнал управления, используемый для выполнения процесса остановки подачи питания, преобразователь 15А постоянного тока в твердотельном приемнике 1А изображения прекращает подачу питания к функциональным блокам, таким как блок 10А пикселов в твердотельном приемнике 1А изображения, используемым для выполнения операций считывания изображения, на этапе SB1 на фиг.4. После прекращения подачи питания к блоку 10А пикселов и аналогичным блокам прерывают подачу питания к оптическому блоку 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения на этапе SB2. Прекращение подачи питания к твердотельному приемнику 1А изображения в указанном порядке позволяет предотвратить и сбои в работе, и повреждения входного каскада драйвера в оптическом блоке 12А связи, происходящие, если данные пикселов поступают в оптический блок 12А связи в ситуации, когда этот оптический блок 12А связи находится в состоянии неготовности к возбуждению. В оптическом блоке 12А после прекращения подачи питания светоизлучающему блоку, останавливают подачу питания блоку драйверов. Благодаря этому, как и в случае включения питания, можно предотвратить сбои в работе и неисправности выходного каскада, возникающие, если питание продолжает поступать к светоизлучающему блоку в ситуации, когда выходной каскад драйвера оптического блока 12А связи находится в неустойчивом состоянии, и сбой в работе светоизлучающего блока из-за поступления чрезмерно большого тока.

После прекращения подачи питания к оптическому блоку 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения контроллер 38А подачи питания в устройстве 3А для обработки сигналов останавливает подачу питания к твердотельному приемнику 1А изображения на этапе SB3 на фиг.4.

После прекращения подачи питания к твердотельному приемнику 1А изображения контроллер 38А подачи питания в устройстве 3А для обработки сигналов останавливает подачу питания к оптическому блоку 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов на этапе SB4 на фиг.4.

Таким образом, подача питания к оптическому блоку 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения на светоизлучающей стороне и к оптическому блоку 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов на фотоприемной стороне прекращается именно в этом порядке перечисления.

Как описано выше, после прекращения подачи питания на светоизлучающей стороне и на фотоприемной стороне в указанном порядке контролер 38А подачи питания в устройстве 3А для обработки сигналов останавливает подачу питания устройству 3А для обработки сигналов на этапе SB5 на фиг.4.

Конкретный пример твердотельного приемника изображения согласно первому варианту

Фиг.5 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую твердотельный приемник изображения согласно первому варианту в подробностях. Как будет описано далее, твердотельный приемник 1А изображения образован КМОП-формирователем сигналов изображения.

Блок 10А пикселов в твердотельном приемнике 1А изображения на основе КМОП-формирователя сигналов изображения включает матрицу 101 пикселов, включающую пикселы 100, расположенные в виде матрицы, схему 102 вертикальной развертки и схему 103 горизонтальной развертки, используемые для выбора некоторых пикселов 100 для считывания данных пикселов согласно способу адресации по двум координатам XY.

Схема 102 вертикальной развертки (декодер/драйвер строк) выбирает некоторые пикселы 100 для считывания данных пикселов в направлении строк матрицы 101 пикселов. Более того, схема 102 вертикальной развертки генерирует схему выбора строк для каждого режима работы и выбирает некоторые пикселы для считывания данных пикселов в соответствии со сформированной схемой выбора.

Схема 103 горизонтальной развертки (декодер/драйвер столбцов) выбирает некоторые пикселы 100 для считывания данных пикселов в направлении столбцов пикселов 100. Более того, схема 103 горизонтальной развертки генерирует схему выбора столбцов для каждого режима работы и выбирает некоторые пикселы для считывания данных пикселов в соответствии со сформированной схемой выбора. Кроме того, схема 103 горизонтальной развертки вычисляет дополнительные пикселы в горизонтальном направлении и осуществляет параллельно-последовательное преобразование для линейки выходных сигналов пикселов 100.

Твердотельный приемник 1А изображения включает схему 104 CDS столбцов, устраняющую шумы из данных пикселов. Схема CDS (коррелированной двойной дискретизации) выполняет отсчеты опорного уровня (сброса) и уровня сигнала и вычитает один уровень из другого для определения разности. Схема 104 CDS столбцов соединена с сигнальными линиями 105 строк, используемыми для вывода данных пикселов из матрицы 101 пикселов, и устраняет вариации усиления для каждого пиксела 100. В ходе обработки в схеме 104 CDS столбцов аналоговые сигналы обрабатывают как аналоговые сигналы.

В твердотельном приемнике 1А изображения описанные выше схема 102 вертикальной развертки и схема 103 горизонтальной развертки из состава блока 10А пикселов соединены с шиной 17. Более того, описанные выше аналого-цифровой преобразователь 11А, оптический блок 12А связи, генератор 13А синхросигнала, преобразователь 15А постоянного тока и контроллер 16А тоже соединены с шиной 17.

В схему 103 горизонтальной развертки и схему 104 CDS столбцов подают управляющий тактовый сигнал ϕh от генератора 13А синхросигнала. Кроме того, в аналого-цифровой преобразователь 11А подают управляющий тактовый сигнал ϕADC. Наконец, управляющий тактовый сигнал ϕOpt подают в оптический блок 12А связи.

Твердотельный приемник 1А изображения конфигурирован таким образом, что блок 10А пикселов, аналого-цифровой преобразователь 11А, оптический блок 12А связи, генератор 13А синхросигнала, преобразователь 15А постоянного тока и контроллер 16А расположены на одной подложке 18, например кремниевой подложке. Твердотельный приемник 1А изображения конфигурирован в виде одного кристалла, так что все эти компоненты выполнены с использованием технологии изготовления полупроводниковых приборов. Более того, в твердотельном приемнике 1А изображения электроды (не показаны), описанные со ссылками на фиг.1 и соединенные с блоком 14А ввода/вывода управления, выполнены на передней или на задней поверхности подложки 18.

На фиг.6 и 7 будут рассмотрены конфигурация одного пиксела и конфигурация для считывания сигнала пиксела. Фиг.6 представляет схему, показывающую конфигурацию матрицы пикселов. Фиг.7 представляет вид сечения, иллюстрирующий пример модели конфигурации одного из пикселов. Каждый из пикселов 100 включает фотодиод (PD) 106, преобразующий свет в электроэнергию (сигнальный заряд), FD усилитель 107 для усиления электрического сигнала и транзистор (Tr) 108 выбора строки, образующий ключ для выбора строки. Схема 102 вертикальной развертки отпирает и запирает транзисторы 108 выбора строки в каждом из пикселов 100 один за другим посредством соответствующей линии 109 выбора строки, так что в сигнальную линию 105 столбца передается электрический сигнал, усиленный в FD усилителе 107.

FD усилитель 107 содержит детектор (FD) 110 заряда, транзистор 111 сброса и усилительный транзистор 112 и имеет функцию усиления заряда, получаемого в результате фотоэлектрического преобразования в период накопления.

В частности, в FD усилителе 107 после завершения периода накопления сбрасывают детектор 110 заряда через линию 113 сброса, образующую затвор (Rst) сброса, перед тем, как передать сигнал на выход. Поскольку напряжение «сброшенного» детектора 110 заряда поступает на затвор транзистора 112, уровень сброса, получаемый, когда нет сигнала, передается в сигнальную линию 105 столбца с истока усилительного транзистора 112.

Сразу же после этого, когда произошло считывание сигнального заряда из фотодиода 106 через линию 114 считывания строки, образующую считывающий затвор (Rd) и запирание линии 114 считывания строки после такой передачи, напряжение детектора 110 заряда изменяется за счет интенсивности света, измеренной фотодиодом 106. Таким образом, в сигнальную линию 105 столбца поступает с выхода усилительного транзистора 112 сигнал, представляющий уровень принятого сигнала.

Отметим, что фотодиод 106, показанный на фиг.7, имеет конфигурацию, именуемую встроенным фотодиодом, в котором область 106b p-типа выполнена в поверхности области 106а n-типа. Область 106b p-типа подавляет генерацию темнового тока и тем самым улучшает шумы FPN (шумы неподвижного изображения), порождаемые темновым током.

Конкретный пример системы обработки сигналов согласно первому варианту Фиг.8 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую систему обработки сигнала согласно первому варианту в подробностях. Система 401А видеокамеры конфигурирована на основе системы 4А обработки сигналов, использующей CMOS формирователь сигналов изображения в качестве твердотельного приемника 1А изображения.

Система 401А видеокамеры включает модуль 402А объектива, служащий оптическим устройством 2А, описанным со ссылками на фиг.2, и базовый блок 403А видеокамеры, служащий устройством 3А для обработки сигналов, описанным со ссылками на фиг.2. Базовый блок 403А видеокамеры включает в дополнение к конфигурации, рассмотренной на фиг.2, затвор 404, управляющий считыванием изображения, детектор 405 с автоматической экспозицией/автоматической фокусировкой (AE/AF), осуществляющий фотометрию и измерение дальности, электронную вспышку 406, излучающую вспомогательный свет, и контроллер 407 электронной вспышки. Система 401А выполняет процедуру преобразования массива данных RGB цветов в цветное изображение (демозаика) и обработку сигнала камеры с использованием процессора 34А сигналов в базовом блоке 403А видеокамеры.

Операция считывания сигналов пикселов в системе видеокамеры

Далее операция считывания сигнала пиксела, выполняемая системой 401А видеокамеры, будет описана со ссылками на чертежи.

(1) Изображение, передаваемое светом, падающим на модуль 402А объектива, формируется с использованием объектива 20 и входит в блок 10А пикселов в твердотельном приемнике 1А изображения.

(2) Когда свет падает на пикселы 100 в блоке 10А пикселов, происходит фотоэлектрическое преобразование и начинается процесс накопления заряда.

(3) Период накопления регулируют в соответствии с периодом времени, в течение которого происходит экспозиция, управляемая с использованием электронного затвора или механического затвора, после чего период накопления заряда завершается.

(4) Схема 102 вертикальной развертки выбирает одну из линий 109 выбора строки, используемую для считывания сигналов.

(5) Детектор 110 заряда сбрасывают с использованием линии 113 сброса, и считывают уровень сброса. Этот считываемый уровень сброса усиливают посредством FD усилителя 107.

(6) Уровень сброса записывают в схеме 104 CDS столбцов.

(7) Сигнальный заряд считывают из фотодиода 106 посредством линии 114 считывания строки и передают в детектор 110 заряда. Этот считываемый сигнальный заряд усиливают посредством FD усилителя 107.

(8) Уровень сигнала записывают в схеме 104 CDS столбцов.

(9) В схеме 104 CDS столбцов выполняют операцию вычитания с использованием уровня сигнала и уровня сброса.

(10) Из схемы 104 CDS столбцов считывают сигналы пикселов, последовательно выбирая столбцы посредством схемы 103 горизонтальной развертки.

(11) Полученные сигналы пикселов преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А и передают в оптический блок 12А связи твердотельного приемника 1А изображения.

(12) Оптический блок 12А связи твердотельного приемника 1А изображения осуществляет модуляцию света в соответствии с входными цифровыми сигналами.

В результате последовательного выполнения процедуры, включающей описанные выше операции с (4) по (12), для индивидуальных строк схемой 102 вертикальной развертки формируется изображение (неподвижное изображение) на основе изображения, передаваемого светом, падающим на твердотельный приемник 1А изображения.

Пример режима работы в системе видеокамеры

Фиг.9 представляет схему, иллюстрирующую изменение состояния, показывающее примеры режимов работы системы видеокамеры. Примеры режимов работы системы 401А видеокамеры включают режим вычисления пикселов, в котором выполняют вычисления между соседними пикселами, в дополнение к черновому режиму и режиму неподвижного изображения, которые будут описаны далее. Режим вычисления пикселов может быть использован для дифференцирования, интегрирования, выделения величин элементов, определения центра тяжести, подсчета и измерений, например. Кроме того, другие примеры режимов работы включают режим добавления пикселов, который замещает выбор прореживания, режим добавления кадров и режим распознавания, в котором, например, вычисляют параметр распознавания, репрезентативно используемый для распознавания лица. Далее, из всей совокупности режимов работы системы 401А видеокамеры будут в качестве примеров рассмотрены черной режим и режим неподвижного изображения. Система 401А видеокамеры может работать в черновом режиме M1, когда она передает на выход движущееся изображение с низким разрешением, и в режиме М2 неподвижного изображения, в котором она передает на выход неподвижное изображение с высоким разрешением. Система 401А видеокамеры работает в черновом режиме M1, когда она выполняет операцию выбора композиции перед съемкой (считыванием) изображения, и работает в режиме М2 неподвижного изображения в ответ на сигнал срабатывания затвора, генерируемый при нажатии кнопки затвора для перехода в режим М2 неподвижного изображения из чернового режима M1. После выполнения считывания изображения в режиме М2 неподвижного изображения и фиксации неподвижного изображения начинается работа в черновом режиме M1, т.е. видеокамера из режима М2 неподвижного изображения переходит в черновой режим M1.

Пример работы в черновом режиме

Фиг.10 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в черновом режиме. Фиг.11 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого твердотельным приемником изображения в черновом режиме. Этот черновой режим будет теперь рассмотрен подробно.

Сначала будет рассмотрен поток данных в черновом режиме. Система 401А видеокамеры выбирает некоторые пикселы из всей совокупности пикселов и подает команду считывания данных пикселов. В твердотельном приемнике 1А изображения такое изображение, передаваемое светом, входящим в объектив 20, подвергают фотоэлектрическому преобразованию в блоке 10А пикселов. Сигнальные заряды, считываемые из пикселов, для которых поступила команда считывания, усиливают в FD усилителе 107 и устраняют шумы этих сигналов посредством схемы 104 CDS столбцов. Эти данные пикселов, считываемые из блока 10А пикселов, преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А и затем превращают в оптические сигналы в оптическом блоке 12А связи для передачи на выход.

Твердотельный приемник 1А изображения и базовый блок 403А видеокамеры осуществляют оптическую передачу данных между собой через оптический блок 12А связи и оптический блок 30А связи. Выходные оптические сигналы от оптического блока 12А связи твердотельного приемника 1А изображения поступают в оптический блок 30А связи в базовом блоке 403А видеокамеры.

Представляющие данные пикселов оптические сигналы, поступающие в оптический блок 30А связи в базовом блоке 403А видеокамеры, преобразуют в электрические сигналы. Эти электрические сигналы пропускают через процедуру демозаики и процедуру обработки сигнала видеокамеры в процессоре 34А сигнала и представляют на дисплее 36А.

Далее будет описан процесс, выполняемый твердотельным приемником 1А изображения при работе в черновом режиме. Твердотельный приемник 1А изображения получает команду считывать пикселы в черновом режиме от контроллера 33А считывания из состава базового блока 403А видеокамеры на этапе SC1 на фиг.11.

Контроллер 16А твердотельного приемника 1А изображения определяет моменты времени, когда должно происходить считывание пикселов, в соответствии с сигналом от генератора 13А синхросигнала на этапе SC2 на фиг.11. Контроллер 16А устанавливает черновой режим в схеме 102 вертикальной развертки на этапе SC3 на фиг.11. Кроме того, контроллер 16А устанавливает черновой режим в схеме 103 горизонтальной развертки на этапе SC4 на фиг.11.

В ходе процессов на этапе SC3 и на этапе SC4 выполняют установки прореживания и добавления пикселов, например схема 102 вертикальной развертки генерирует схему выбора строк для считывания в черновом режиме, так что выбор пикселов, используемых для считывания данных пикселов, осуществляется в соответствии с этой схемой выбора. Схема 103 горизонтальной развертки генерирует схему выбора столбцов для считывания в черновом режиме, так что выбор пикселов, используемых для считывания данных пикселов, осуществляется в соответствии с этой схемой выбора.

Контроллер 16А осуществляет установку управления в соответствии с черновым режимом оптического блока 12А связи на этапе SC5 на фиг.11. В твердотельном приемнике 1А изображения, поскольку степень уменьшения общего числа пикселов, подлежащих считыванию, значительно изменяется в зависимости от установки чернового режима, частоту следования битов данных для передачи на выход следует регулировать адекватным образом в соответствии с синхронизацией горизонтальной развертки. Поэтому настройку управления для оптического блока 12А связи осуществляют в соответствии с регулируемой должным образом частотой следования битов.

Пример работы в режиме неподвижного изображения

Фиг.12 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в режиме неподвижного изображения. Фиг.13 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого базовым блоком камеры в режиме неподвижного изображения. Фиг.14 представляет логическую схему, иллюстрирующую пример процесса, выполняемого твердотельным приемником изображения в режиме неподвижного изображения. Далее режим неподвижного изображения будет описан подробно.

Сначала будет рассмотрен поток данных в режиме неподвижного изображения. Система 401А видеокамеры подает команду считывания данных пикселов путем выбора всех пикселов в определенном порядке. В твердотельном приемнике 1А изображения такое изображение, передаваемое светом, входящим в объектив 20, подвергают фотоэлектрическому преобразованию в блоке 10А пикселов. Сигнальные заряды, считываемые из пикселов, для которых поступила команда считывания, усиливают в FD усилителе 107 и устраняют шумы этих сигналов посредством схемы 104 CDS столбцов. Эти данные пикселов, считываемые из блока 10А пикселов, преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А и затем превращают в оптические сигналы в оптическом блоке 12А связи для передачи на выход.

Выходные оптические сигналы от оптического блока 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения, поступающие в оптический блок 30А связи в базовом блоке 403А видеокамеры, преобразуют в электрические сигналы в оптическом блоке 30А связи и записывают в запоминающем устройстве 35 данных. Данные пикселов для одного экрана, записанные в запоминающем устройстве 35А данных, пропускают через процедуру демозаики и процедуру обработки сигнала видеокамеры в процессоре 34А сигнала и представляют на дисплее 36А.

Далее будет описан процесс, выполняемый базовым блоком 403А видеокамеры при работе в режиме неподвижного изображения. В базовом блоке 403А видеокамеры контроллер 33А считывания определяет нажатие кнопки затвора 404 на этапе SD1 на фиг.13. Здесь, в базовом блоке 403А видеокамеры AE/AF детектор 405 осуществляет фотометрию и определение дальности, так что установка и управление параметрами видеокамеры для съемки изображения выполняются, пока кнопка затвора 404 проходит в процессе нажатии примерно половину пути. После этого управляют экспозицией в соответствии с синхронизацией затвора, и начинается считывание всех пикселов.

В базовом блоке 403А видеокамеры на этапе SD2 на фиг.13 контроллер 407 электронной вспышки управляет электронной вспышкой 406 в соответствии с результатами фотометрии. Заметим, что процесс этапа SD2 не выполняется при установке, согласно которой свечение электронной вспышки 406 запрещено.

На этапе SD3 на фиг.13 в базовом блоке 403А видеокамеры контроллер 33А считывания работает в режиме неподвижного изображения и передает контроллеру 16А твердотельного приемника 1А изображения команду считывать все пикселы. В базовом блоке 403А видеокамеры контроллер 33А считывания принимает на этапе SD4 на фиг.13 от контроллера 16А твердотельного приемника 1А изображения извещение, представляющее завершение считывания всех пикселов. В базовом блоке 403А видеокамеры в ответ на получение этого извещения, представляющего завершение считывания всех пикселов, от твердотельного приемника 1А изображения контроллер 33А считывания передает контроллеру 16А твердотельного приемника 1А изображения команду работать в черновом режиме на этапе SD5 на фиг.13.

Далее будет описан процесс, выполняемый твердотельным приемником 1А изображения во время работы в режиме неподвижного изображения. На этапе SE1 на фиг.14 твердотельный приемник 1А изображения получает команду считывать все пикселы в режиме неподвижного изображения в соответствии с процессом этапа SD3 на фиг.13, выполняемым контроллером 33А считывания в базовом блоке 403А видеокамеры.

Контроллер 16А твердотельного приемника 1А изображения дает генератору 13А синхросигнала команду сформировать синхросигнал для считывания всех пикселов на этапе SE2 фиг.14. Этот контроллер 16А осуществляет установку режима считывания всех пикселов в схеме 102 вертикальной развертки на этапе SE3 на фиг.14. Кроме того, контроллер 16А осуществляет установку режима считывания всех пикселов в схеме 103 горизонтальной развертки на этапе SE4 на фиг.14.

Контроллер 16А осуществляет установку управления для считывания всех пикселов в оптическом блоке 12А связи на этапе SE5 на фиг.14. Вследствие этого в твердотельном приемнике 1А изображения считывают данные пикселов в определенном порядке из пикселов в блоке пикселов 10А и завершают чтение всех пикселов на этапе SE6 на фиг.14.

После завершения считывания всех пикселов в твердотельном приемнике 1А изображения передают контроллеру 33А считывания в базовом блоке 403А видеокамеры на этапе SD4 на фиг.13 извещение, представляющее завершение считывания всех пикселов, и передают команду перехода в черновой режим на этапе SD5 на фиг.13.

На этапе SE7 на фиг.14 твердотельный приемник 1А изображения получает команду считывать пикселы в черновом режиме в соответствии с процессом этапа SD5 на фиг.13, выполняемым контроллером 33А считывания в базовом блоке 403А видеокамеры.

Контроллер 16А твердотельного приемника 1А изображения дает генератору 13А синхросигнала команду сформировать синхросигнал для считывания пикселов на этапе SE8 на фиг.14. Этот контроллер 16А осуществляет установку чернового режима в схеме 102 вертикальной развертки на этапе SE9 на фиг.14. Кроме того, контроллер 16А осуществляет установку чернового режима в схеме 103 горизонтальной развертки на этапе SE10 на фиг.14. Более того, контроллер 16А производит установку управления, подходящего для чернового режима, в оптическом блоке 12А связи на этапе SE11 на фиг.14.

Конкретный пример сигналов в нескольких режимах работы

Фиг.15 представляет временную диаграмму сигналов в черновом режиме и в режиме неподвижного изображения. Фиг.16 представляет временную диаграмму сигналов в черновом режиме. Фиг.17 представляет временную диаграмму сигналов в режиме неподвижного изображения.

В черновом режиме M1 контроллер 16А дает команду генератору 13А синхросигнала сформировать синхросигнал при входе в черновой режим. После этого генератор 13А формирует сигнал вертикальной синхронизации, показанный под литерой (а) на фиг.15, и сигнал горизонтальной синхронизации, показанный под литерой (b) на фиг.15. Более того, контроллер 16А производит установку чернового режима в схеме 102 вертикальной развертки и в схеме 103, чтобы выбрать пикселы с номерами, показанными под литерой (с) на фиг.15, для считывания сигналов из этих пикселов.

Затем, в ответ на поступление сигнала срабатывания затвора, показанного под литерой (d) на фиг.15, производится фотометрия и определение дальности. После завершения считывания одного экрана в черновом режиме M1, выполняется режим М2 неподвижного изображения. В этом режиме М2 неподвижного изображения контроллер 16А дает генератору 13А синхросигнала команду сформировать синхросигнал для считывания всех пикселов. После этого генератор 13А синхросигнала генерирует сигнал вертикальной синхронизации, показанный под литерой (а) на фиг.15, и сигнал горизонтальной синхронизации, показанный под литерой (b) на фиг.15. Более того, контроллер 16А осуществляет установку считывания всех пикселов в схеме 102 вертикальной синхронизации и в схеме 103 горизонтальной синхронизации.

В черновом режиме M1, если рассмотреть некий период H1 горизонтальной развертки, происходит генерация тактового сигнала ϕh горизонтальной развертки, показанного под литерой (b) на фиг.16 в качестве управляющего тактового сигнала для сигнала горизонтальной синхронизации, показанного под литерой (а) на фиг.16. Кроме того, выбирают пикселы с номерами, показанными под литерой (с) на фиг.16, для считывания сигналов из этих пикселов. В результате считывают данные D, показанные под литерой (d) на фиг.16, и получают последовательные данные, показанные под литерой (е) на фиг.16.

В режиме М2 неподвижного изображения, если рассмотреть некий период Н2 горизонтальной развертки, происходит генерации тактового сигнала ϕh горизонтальной развертки, показанного под литерой (b) на фиг.17 в качестве управляющего тактового сигнала для сигнала горизонтальной синхронизации, показанного под литерой (а) на фиг.17. Кроме того, выбирают пикселы с номерами, показанными под литерой (с) на фиг.17, для считывания сигналов из этих пикселов. В результате считывают данные D, показанные под литерой (d) на фиг.17, и получают последовательные данные, показанные под литерой (е) на фиг.17. Отметим, что процесс преобразования данных в последовательную форму будет рассмотрен позднее.

Пример способа обеспечения синхронизации процессов считывания данных пикселов

Далее будет описан способ обеспечения синхронизации процессов считывания данных пикселов, осуществляемых оптическим блоком связи и электрическим блоком, таким как блок пикселов или аналого-цифровой преобразователь.

Как показано на фиг.5, в твердотельном приемнике 1А изображения управляющий тактовый сигнал, формируемый генератором 13А синхросигнала, поступает в блок 10А пикселов, аналого-цифровой преобразователь 11А и оптический блок 12А связи в соответствии с текущим режимом работы. Блок 10А пикселов, аналого-цифровой преобразователь 11А и оптический блок 12А связи выполняют ввод/вывод сигналов синхронно один с другим в соответствии с управляющим тактовым сигналом, поступающим от генератора 13А синхросигнала.

Фиг.18 представляет временную диаграмму примера первого способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов. Согласно первому способу обеспечения синхронизации оптический блок 12А связи получает тактовый сигнал в моменты, когда аналого-цифровой преобразователь 11А передает свой выходной сигнал.

Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 11А задерживают, как показано под литерой (b) на фиг.18, относительно поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя 11А управляющего тактового сигнала ϕADC, показанного под литерой (а) на фиг.18. Величина этой задержки обработки в аналого-цифровом преобразователе 11А является фиксированной вследствие конфигурации схемы. Поэтому, как показано под литерой (с) на фиг.18, генератор 13А синхросигнала формирует управляющий тактовый сигнал ϕOpt, фаза которого сдвинута в соответствии с фиксированной величиной задержки в аналого-цифровом преобразователе 11А, для передачи в оптический блок 12А связи.

Фиг.19 представляет временную диаграмму примера второго способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов. Согласно второму способу для обеспечения синхронизации аналого-цифровой преобразователь 11А защелкивает входной сигнал в моменты, когда схема 103 горизонтальной развертки осуществляет вывод данных в процессе горизонтальной развертки.

Выходной сигнал схемы 103 горизонтальной развертки задержан относительно управляющего тактового сигнала ϕh, который показан под литерой (а) на фиг.19 и который поступает в схему 103 горизонтальной развертки. Поэтому, как показано под литерой (b) на фиг.19, генератор 13А синхросигнала формирует управляющий тактовый сигнал ϕADC, совпадающий с моментами времени, когда схема 103 горизонтальной развертки передает на выход величины столбцов, для передачи аналого-цифровому преобразователю 11А.

Фиг.20 представляет временную диаграмму примера третьего способа для обеспечения синхронности считывания данных пикселов. Третий способ обеспечения синхронности представляет собой результат сочетания и оптимизации первого и второго способов, описанных выше.

Генератор 13А синхросигнала формирует управляющий тактовый сигнал ϕADC, совпадающий с моментами передачи выходного сигнала схемой 103 горизонтальной развертки, как показано под литерой (b) на фиг.20, относительно управляющего тактового сигнала ϕh, поступающего на вход схемы 103 горизонтальной развертки, как показано под литерой (а) на фиг.20, и передает этот сигнал ϕADC аналого-цифровому преобразователю 11А. Более того, как показано под литерой (с) на фиг.20, генератор 13А синхросигнала формирует управляющий тактовый сигнал ϕOpt, фаза которого сдвинута вперед на основе фиксированной величины задержки в аналого-цифровом преобразователе 11А относительно управляющего тактового сигнала ϕADC, получаемого аналого-цифровым преобразователем 11А, и передает этот сигнал ϕOpt в оптический блок 12А связи.

Согласно третьему способу обеспечения синхронизации, поскольку управляющий тактовый сигнал ϕOpt для оптического блока 12А связи генерируют с учетом задержки в блоке 10А пикселов и задержки в аналого-цифровом преобразователе 11А, можно надежно обеспечить синхронизацию высокоскоростной модуляции в оптической линии связи.

Пример конфигурации для обеспечения синхронизации процессов считывания данных пикселов

Фиг.21 представляет функциональную блок-схему твердотельного приемника изображения, иллюстрирующую пример конфигурации, в которой обеспечивается синхронизация процессов считывания данных пикселов. Для подачи управляющих тактовых сигналов, генерируемых в соответствии со способами, описанными со ссылками на фиг.18-20, функциональным блокам - блоку 10А пикселов, аналого-цифровому преобразователю 11А и оптическому блоку 12А связи, без задержки линии, обеспечивающие подачу этих сигналов, имеют одинаковые длины.

Линия 130Н служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕh от генератора 13А синхросигнала в схему 103 горизонтальной развертки. Линия 130AD служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕADC от генератора 13А синхросигнала аналого-цифровому преобразователю 11А. Линия 130OP служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕOpt от генератора 13А оптическому блоку 12А связи.

Для предотвращения задержки управляющих тактовых сигналов из-за разницы длин указанных линий длины этих линии 130Н, линии 130AD и линии 130OP сделаны одинаковыми.

Пример конфигурации для преобразования данных пикселов в последовательную форму в оптической линии связи

Фиг.22 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример твердотельного приемника изображения, включающего последовательный интерфейс. Фиг.23 представляет схему, иллюстрирующую поток данных в твердотельном приемнике изображения, включающем последовательный интерфейс.

Во время преобразования данных пикселов в последовательную форму перед тем, как передать эти данные пикселов в оптическое соединение от твердотельного приемника 1А изображения, данные, имеющие некоторое число битов, могут быть переданы с использованием одного канала связи либо с использованием нескольких каналов связи, число которых меньше числа битов передаваемых данных. Поэтому оптический блок 12А связи включает последовательный интерфейс (I/F) 120 и светоизлучающий блок 121.

В твердотельном приемнике 1А изображения такое изображение, передаваемое светом, поступающим от объектива 20, подвергают фотоэлектрическому преобразованию в блоке 10А пикселов. Сигнальные заряды, которые были по соответствующей команде считаны из пикселов, усиливают в FD усилителе 107 и устраняют шумы в схеме 104 CDS столбцов. Данные пикселов, считываемые из блока 10А пикселов, преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А, превращают в последовательные данные посредством последовательного интерфейса 120 и преобразуют в оптические сигналы в светоизлучающем блоке 121 для передачи на выход.

Фиг.24 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую примеры оптических блоков связи, включенных в твердотельный приемник изображения и в устройство для обработки сигнала и используемых для оптической связи, осуществляемой после преобразования данных пикселов в последовательную форму. Фиг.25 представляет временную диаграмму, иллюстрирующую пример обработки сигнала, выполняемой с использованием твердотельного приемника изображения и устройства, поддерживающих оптическую связь, после преобразования данных пикселов в последовательную форму. В примере, показанном на фиг.24, преобразованные в последовательную форму данные пикселов и тактовый сигнал передают по разным каналам связи.

Оптический блок 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения включает параллельно-последовательный преобразователь 120А, служащий последовательным интерфейсом, преобразующим данные DATA_TX пикселов, полученные в результате преобразования в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А в последовательные данные.

Кроме того, оптический блок 12А связи включает светоизлучающий блок 121S, превращающий преобразованные в последовательную форму данные SDATA_TX пикселов в оптические сигналы для передачи на выход, и светоизлучающий блок 121CL, превращающий тактовый сигнал ϕSCLK_ТХ в оптический сигнал. Оптический блок 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения и оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов или в базовом блоке 403А видеокамеры соединены один с другим через линию LsD данных, используемую для передачи преобразованных в последовательную форму данных пикселов посредством оптической связи, и тактовую линию LsCL, используемую для передачи тактового сигнала посредством оптической связи. Эти линия LsD данных и тактовая линия LsCL служат для пространственной передачи, поскольку волоконные световоды и волноводы в этом варианте не используются.

Оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки данных и в базовом блоке 403А видеокамеры включает фотоприемный блок 300S, принимающий данные SDATA_TX пикселов, полученные путем преобразования в последовательную форму и затем превращения в оптические сигналы, и преобразующий входные оптические сигналы в данные SDATA_RX пикселов, служащие электрическими сигналами в последовательной форме. Кроме того, оптический блок 30А включает фотоприемный блок 300CL, принимающий тактовый сигнал ϕSCLK_TX, полученный путем превращения в оптический сигнал, и преобразующий входной оптический сигнал в тактовый сигнал ϕSCLK_RX, служащий электрическим сигналом.

Кроме того, оптический блок 30А связи включает последовательно-параллельный преобразователь 301А, определяющий данные DATA_RX пикселов из данных SDATA_RX пикселов, полученных в результате преобразования в электрические сигналы в фотоприемном блоке 300S, с использованием тактового сигнала ϕSCLK_RX, полученного путем преобразования в электрический сигнал в фотоприемном блоке 300CL.

В твердотельном приемнике 1А изображения данные DATA_TX пикселов, полученные путем преобразования в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А, и управляющий тактовый сигнал ϕOpt, соответствующий тактовому сигналу CLK_TX, формируемому генератором 13А синхросигнала, поступают в параллельно-последовательный преобразователь 120А.

Параллельно-последовательный преобразователь 120А преобразует поступающие от аналого-цифрового преобразователя 11А данные DATA_TX пикселов, показанные под литерой (b) на фиг.25, в последовательную форму с использованием управляющего тактового сигнала ϕOpt, показанного под литерой (а) на фиг.25, приходящего от генератора 13А синхросигнала. Этот параллельно-последовательный преобразователь 120А передает на выход тактовый сигнал ϕSCLK_ТХ, показанный под литерой (с) на фиг.25, и преобразованные в последовательную форму данные SDATA_TX пикселов, показанные под литерой (d) на фиг.25.

Параллельно-последовательный преобразователь 120А передает преобразованные в последовательную форму данные SDATA_TX пикселов светоизлучающему блоку 121S и передает тактовый сигнал ϕSCLK_ТХ светоизлучающему блоку 121CL. Преобразованные в последовательную форму данные SDATA_TX пикселов превращают в оптические сигналы для передачи от светоизлучающего блока 121S. Кроме того, тактовый сигнал ϕSCLK_ТХ превращают в оптический сигнал для передачи от светоизлучающего блока 121CL.

Выходные оптические сигналы от светоизлучающего блока 121S твердотельного приемника 1А изображения поступают в фотоприемный блок 300S устройства 3А для обработки сигналов, где этот фотоприемный блок 300S превращает их в электрические сигналы и передает на выход данные SDATA_RX пикселов в последовательной форме. Выходной оптический сигнал от светоизлучающего блока 121CL твердотельного приемника 1А изображения поступает в фотоприемный блок 300CL устройства 3А для обработки сигналов, где этот фотоприемный блок 300CL превращает их в электрические сигналы и передает на выход тактовый сигнал ϕSCLK_RX.

В устройстве 3А для обработки сигналов тактовый сигнал ϕSCLK_RX, показанный под литерой (е) на фиг.25, и данные SDATA_RX пикселов, показанные под литерой (f) на фиг.25, поступают в последовательно-параллельный преобразователь 301А.

Последовательно-параллельный преобразователь 301А определяет данные пикселов из данных SDATA_RX пикселов, поступающих от фотоприемного блока 300А, с использованием тактового сигнала ϕSCLK_RX, поступающего от фотоприемного блока 300В, и передает на выход тактовый сигнал ϕCLK_RX и данные DATA_RX пикселов, показанные под литерой (h) на фиг.25.

Пример конфигурации для обеспечения синхронизации процессов считывания данных пикселов посредством блоков модуляторов света

Фиг.26 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации твердотельного приемника изображения, в котором обеспечивается синхронное считывание данных пикселов с использованием нескольких блоков модуляторов света. Линия 130Н служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕh от генератора 13А синхросигнала в схему 103 горизонтальной развертки. Линия 130AD служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕADC от генератора 13А цифроаналоговому преобразователю 11А. Линия 1300Р служит для подачи управляющего тактового сигнала ϕOpt от генератора 13А в параллельно-последовательный преобразователь 120А оптического блока 12А связи. Линия 130Н, линия 130AD и линия 1300Р имеют одинаковую длину, что предотвращает задержку управляющих тактовых сигналов из-за разницы длин линий.

Кроме того, между параллельно-последовательным преобразователем 120А и светоизлучающим блоком 121S проходит линия 122А, а между параллельно-последовательным преобразователем 120А и светоизлучающим блоком 121CL проходит линия 122В, так что обе линии имеют одинаковую длину. Более того, линии 123, проходящие между аналого-цифровым преобразователем 11А и параллельно-последовательным преобразователем 120А, также имеют одинаковую длину.

Фиг.27 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую примеры других оптических блоков связи, включенных в твердотельный приемник изображения и в устройство для обработки сигналов и используемых для оптической связи, осуществляемой после преобразования данных пикселов в последовательную форму. Фиг.28 представляет временную диаграмму преобразованных в последовательную форму сигналов в линии оптической связи между твердотельным приемником изображения и устройством для обработки сигнала. На фиг.27 показан пример передачи с использованием одного канала связи после наложения синхросигнала на преобразованные в последовательную форму данные пикселов.

Оптический блок 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения включает кодирующее устройство 124, накладывающее синхросигнал, формируемый генератором 13А синхросигнала, на данные пикселов, получаемые путем преобразования в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А.

Оптический блок 12А связи дополнительно включает блок 125 скремблирования данных пикселов, на которые наложен синхросигнал, и параллельно-последовательный преобразователь 126 для преобразования данных пикселов с наложенным на них синхросигналом после скремблирования. Более того, оптический блок 12А связи включает светоизлучающий блок 121, передающий оптические сигналы, полученные в результате превращения в оптическую форму преобразованных в последовательную форму данных пикселов и преобразованного в последовательную форму синхросигнала.

Оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов и в базовом блоке 403А видеокамеры включает фотоприемный блок 302, принимающий данные пикселов в последовательной форме и синхросигнал в последовательной форме в виде оптических сигналов и преобразующий входные оптические сигналы в электрические сигналы.

Оптический блок 30А связи дополнительно включает последовательно-параллельный преобразователь 303, воспроизводящий тактовый сигнал с использованием данных пикселов в последовательной форме и синхросигнала и определяющий данные пикселов. Более того, оптический блок 30А связи включает блок 304 дескремблирования данных пикселов с наложенным на них синхросигналом и декодер 305 для определения синхросигнала.

В твердотельном приемнике 1А изображения генератор 13А синхросигнала формирует вертикальный синхросигнал ϕV, показанный под литерой (а) на фиг.28. Кроме того, генератор 13А синхросигнала формирует горизонтальный синхросигнал ϕН, показанный под литерой (b) на фиг.28.

Если рассматривать какой-то период H1 горизонтальной развертки, тактовый сигнал ϕh горизонтальной развертки, показанный под литерой (d) на фиг.28, генерируют в соответствии с горизонтальным синхросигналом ϕН. Кроме того, пикселы для считывания сигналов выбирают в соответствии с номерами, показанными под литерой (е) на фиг.28. В результате происходит считывание данных D, показанных под литерой (f) на фиг.28.

В твердотельном приемнике 1А изображения данные пикселов, полученные в результате преобразования в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 11А, подают на вход кодирующего устройства 124. Кроме того, в кодирующее устройство 124 вводят вертикальный синхросигнал ϕV, формируемый в генераторе 13А синхросигнала, горизонтальный синхросигнал ϕН, также формируемый в генераторе 13А синхросигнала, и сигнал полей F, используемый для выбора поля.

В кодирующем устройстве 124, как показано под литерами (g) и (h) на фиг.28, данные, представляющие сигнал F полей, вертикальный синхросигнал ϕV и горизонтальный синхросигнал ϕН, включены в период Е, не включающий данные пикселов.

Фиг.29 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример кодирующего устройства. Это кодирующее устройство 124 использует, например, алгоритм кодирования 8b/10b. При таком кодировании 8b/10b происходит преобразование 8-битовых данных в 10-битовые данные в соответствии с преобразовательной таблицей и наложение тактового сигнала на последовательные данные.

Фиг.30 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример блока выделения тактового сигнала, включенного в состав последовательно-параллельного преобразователя. Блок 303А выделения тактового сигнала включает схему фазовой синхронизации (PLL; Контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)) и выделяет тактовый сигнал, CLK. с использованием перепада уровней входных последовательных данных D1.

Блок 303А воспроизведения тактового сигнала включает фазовый компаратор 306, передающий на выход напряжение, полученное в результате преобразования разности фаз между двумя входными сигналами, и фильтр 307, осуществляющий фазовую компенсацию. Блок 303А выделения тактового сигнала включает также генератор (VCO; генератор, управляемый напряжением (ГУН)) 308, управляющий частотой выходного импульса с использованием входного напряжения, и делитель 309 частоты входного сигнала на N.

Фиг.31 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример декодера. Декодер 305 использует алгоритм декодирования 10b/8b в соответствии с кодирующим устройством 124. При использовании такого алгоритма 10b/8b происходит преобразование 10-битовых данных в первоначальные 8-битовые данные в соответствии с преобразовательной таблицей.

Фиг.32 представляет схему, иллюстрирующую пример генерации данных для ввода в кодирующее устройство в твердотельном приемнике изображения. Далее будет описан способ генерации 8-битовых данных на основе выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 11А, когда кодирующее устройство 124 использует алгоритм кодирования 8b/10b. Когда на выходе аналого-цифрового преобразователя 11А появляются данные, содержащие 8 битов или более, т.е. когда данные имеют 12 битов с D0 no D11, как показано в примере на фиг.32, на выход передают данные из 8 битов и данные из 4 битов.

Фиг.33-35 представляет схемы, иллюстрирующие примеры генерации данных для вывода из декодера в устройстве для обработки сигналов. Далее будет рассмотрен способ генерации 12-битовых данных с использованием декодера 305, когда кодирующее устройство 124 использует алгоритм 8b/10b. Например, исходные данные из 12 битов передают от твердотельного приемника изображения после разбиения этих исходных 12-битовых данных на блоки данных по 8 битов в каждом. Поэтому декодер 305 должен передавать данные в виде параллельного сигнала из первоначальных 12 битов в шину. В примерах на фиг.33-35, когда данные на выходе декодера 305 имеют 8 битов или более, данные из 8 битов или данные из 4 битов записывают в буфер 305А и затем передают эти данные на выход, когда будут получены данные из 12 битов. На фиг.33 после завершения приема данных [с 11-го по 4-й] битов в составе data 1 эти данные оказываются записаны в буфере 305А декодера 305. На фиг.34 данные оставшихся [с 3-го по 0-й] битов в составе data 1 принимают во время приема следующих 8 битов и, таким образом, оставшиеся данные соединяют с данными, уже записанными в буфере 305А, и передают на выход data 1 из 12 битов. Одновременно, поскольку принимают данные [с 11-го по 8-й] битов в составе данных data 2, эти четыре бита записывают в буфере 305А. На фиг.35 данные оставшихся [с 7-го по 0-й] битов в составе data 2 принимают во время приема следующих 8 битов, так что эти оставшиеся биты соединяют с данными, уже записанными в буфере 305А, и передают на выход data 2 из 12 битов. В этот момент буфер 305А не содержит каких-либо данных.

Конкретные примеры оптических блоков связи

Фиг.36 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую систему обработки сигнала, демонстрирующую конкретные примеры оптических блоков связи. Оптический блок связи 12А в твердотельном приемнике 1А изображения включает последовательный интерфейс 120, блок 121а драйверов и светоизлучающий блок 121. Этот светоизлучающий блок 121 получает сигналы возбуждения от блока 121а драйверов и передает световые сигналы, модулированные с использованием данных пикселов, считываемых из блока 10А пикселов и преобразуемых в последовательную форму посредством последовательного интерфейса 120. Оптический блок 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов включает фотоприемный блок 310 и параллельный интерфейс 311, образующий параллельно-последовательный преобразователь.

Фиг.37 представляет схему конфигурации, иллюстрирующую светоизлучающий блок. В качестве светоизлучающего блока 121 используют, например, полупроводниковый лазер 128А поверхностного излучения (VCSEL - лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором). В структуре полупроводникового лазера 128А поверхностного излучения верхнее черное отражательное зеркало 128 с (распределенный дифракционный отражатель (DBR-зеркало)), активный слой 128d, нижнее черное отражательное зеркало 128е (DBR-зеркало) и полупроводниковая подложка 129f n-типа расположены одно на другом сверху вниз в порядке перечисления и вложены между электродом 128а p-типа и электродом 128b n-типа. В таком полупроводниковом лазере 128А поверхностного излучения, поскольку верхнее черное отражательное зеркало 128с и нижнее черное отражательное зеркало 128е выполнены каждое из нескольких диэлектрических слоев и между зеркалами вложен активный слой 128d, между этими зеркалами образован резонатор.

Далее будет описан принцип работы полупроводникового лазера 128А поверхностного излучения.

(1) Между электродом 128а p-типа и электродом 128b n-типа прикладывают напряжение, обеспечивающее поступление тока извне. В результате создается состояние инверсии населенности на энергетическом уровне в активном слое 128d.

(2) В этом активном слое 128d происходит спонтанное излучение фотонов с энергией, соответствующей ширине запрещенной зоны полупроводника. Эти фотоны вызывают вынужденное излучение, обеспечивающее усиление света.

(3) Свет отражается зеркалами, расположенными на верхней и нижней сторонах активного слоя 128d, так что часть этого света возвращается вновь в активный слой 128d, где происходит усиление света за счет вынужденного излучения.

(4) Часть усиленного света излучается наружу через торцевую поверхность рядом с электродом 128а p-типа.

Таким образом, свет можно включать и выключать, поставив в соответствие цифровым сигналам, представляющим «1» и «0», с выхода аналого-цифрового преобразователя 11А состояния включения и выключения напряжения, соответственно, реализуя тем самым модуляцию. Отметим, что в качестве светоизлучающего блока 121 можно использовать полупроводниковый лазер с торцевым излучением.

Когда в светоизлучающий блок 121, образованный полупроводниковым лазером, попадает чрезмерно сильный ток, в участке структуры рядом с зеркалами происходит расплавление и пробой. Более того, в блоке 121 а драйверов, потребляющем ток для возбуждения полупроводникового лазера, если только, например, полупроводниковый лазер включится первым и начнет непреднамеренно получать ток, может возникнуть пробой. Поэтому включение и выключение питания осуществляют в последовательности, показанной на логических схемах фиг.3 и 4.

Фиг.38 представляет функциональную блок-схему, иллюстрирующую пример фотоприемного блока. Этот фотоприемный блок 310 содержит фотодиод 310а, управляемый током усилитель 310b напряжения и усилитель-ограничитель 310с. Фотодиод 310а получает напряжение (напряжение обратного смещения) и передает на выход ток в соответствии с падающим светом. Управляемый током усилитель 310b напряжения усиливает слабый токовый сигнал от фотодиода 310а и преобразует этот токовый сигнал в сигнал напряжения. Усилитель-ограничитель 310с усиливает слабый выходной сигнал управляемого током усилителя 310b напряжения для получения сигнала, имеющего определенную амплитуду напряжения независимо от величины входного сигнала и передачи усиленного сигнала на выход.

Вообще, управляемый током усилитель 310b напряжения, расположенный сразу же после фотодиода 310а, работает с высокой скоростью и высокой чувствительностью, поэтому во входном каскаде нет схемы защиты. С другой стороны, в усилителе-ограничителе 310с приняты меры защиты от статического электричества, поскольку этот усилитель-ограничитель 310с служит для ввода напряжения.

Соответственно, когда на фотодиод падает свет неожиданно большой интенсивности, усилитель может быть выведен из строя. Более того, при подаче напряжения, превосходящего заданный уровень, может быть выведен из строя и фотодиод. Поэтому включение и выключение питание осуществляют в последовательности, показанной на логических схемах фиг.3 и 4.

В процессах, показанных на фиг.3 и 4, при включении питания устройство 3А для обработки сигналов и твердотельный приемник 1А изображения включают именно в этом порядке. Кроме того, в устройстве 3А для обработки сигналов систему управления, например контроллер 33А считывания, включают прежде включения оптического блока 30А связи. Более того, контроллер 16А включают прежде включения оптического блока 12А связи. В оптическом блоке 12А связи блок 121а драйверов включают прежде включения светоизлучающего блока 121. После этого включают питание функциональных блоков, связанных с операцией приема изображения, и в том числе блока 10А пикселов.

В процессах, показанных на фиг.3 и 4, при выключении питания твердотельный приемник 1А изображения и устройство 3А для обработки сигналов выключают именно в этом порядке. Кроме того, в устройстве 3А для обработки сигналов оптический блок 30А связи выключают прежде выключения контроллера 33А считывания. Более того, в твердотельном приемнике 1А изображения питание функциональных блоков, связанных с операцией приема изображения, и в том числе блока 10А пикселов, выключают прежде выключения оптического блока 12А связи. В оптическом блоке 12А связи светоизлучающий блок 121 выключают прежде выключения блока 121а драйверов. Наконец, оптический блок 12А связи выключают прежде выключения, например контроллера 16А.

Соответственно, в устройстве 3А для обработки сигналов электрическое напряжение питания поступает в оптический блок 30А связи только в состоянии, в котором этот оптический блок 30А связи является управляемым. Более того, оптический блок 12А связи на светоизлучающей стороне получает сигнал возбуждения только в состоянии, когда оптический блок 30А связи готов к приему света. Кроме того, в твердотельном приемнике 1А изображения светоизлучающий блок 121 получает электрическое напряжение питания только в состоянии, в котором оптический блок 12А связи является управляемым.

Соответственно, в оптическом блоке 12А связи в твердотельном приемнике 1А изображения можно предотвратить пробой, вызванный непреднамеренным током, поступающим, если первым включится только полупроводниковый лазер. Кроме того, в оптическом блоке 30А связи в устройстве 3А для обработки сигналов усилитель оказывается защищен от выхода из строя из-за попадания на фотодиод света неожиданно большой интенсивности. Более того, фотодиод оказывается защищен от выхода из строя из-за попадания напряжения, превышающего заданный уровень.

Пример действия твердотельного приемника изображения, включающего оптический блок связи, имеющий светоизлучающий блок

В твердотельном приемнике изображения, включающем оптический блок связи, имеющий светоизлучающий блок, система для передачи на выход света, попавшего извне, не нужна, так что относительное позиционирование светоизлучающего блока и фотоприемного блока осуществляется достаточно легко. Кроме того, поскольку твердотельный приемник изображения выполнен в одном кристалле интегральной схемы, реализована простая конфигурация с интегрированными драйверной схемой и светоизлучающим блоком. Это позволяет добиться низкой стоимости, малой потребляемой мощности и снижения шумов. Более того, светоизлучающие блоки можно легко разместить в виде матрицы.

Кроме того, можно выбрать источник света, подходящий с точки зрения функциональных возможностей твердотельного приемника 1А изображения. Более того, поскольку твердотельный приемник 1А изображения включает светоизлучающий блок, можно предотвратить деградацию сигналов в линиях передачи и генерацию шумов из-за влияния электромагнитных волн, а также реализовать высокую скорость передачи сигналов.

Более того, реализована высокая степень свободы при выборе фотоприемного блока на стороне устройства для обработки сигналов, куда приходят оптические сигналы. Например, можно выбрать фотоприемный элемент, работающий с высокой скоростью в соответствии со скоростью считывания, фотоприемный элемент, работающий в соответствии с реальной яркостью модулированного света, и усилитель и тем самым легко реализовать оптимальную конфигурацию. Более того, можно свободно выбирать взаимное расположение фотоприемного блока и твердотельного приемника 1А изображения. Например, свет от светоизлучающего блока твердотельного приемника изображения, установленного в одном удаленном пункте, можно считывать с использованием фотоприемного блока, установленного в другом удаленном пункте. Кроме того, для считывания можно также использовать другой фотоприемный блок, установленный еще в одном удаленном пункте. Соответственно, можно свободно определять пространственное размещение компонентов.

Примеры применения системы обработки сигналов

Фиг.39-41 представляют функциональные блок-схемы, иллюстрирующие примеры применения системы обработки сигналов согласно первому варианту. На фиг.39 в качестве системы обработки сигналов конфигурирован дальномер 401В. В этом дальномере 401В оптическое устройство 20А включает светоизлучающий блок 410, облучающий объект, расстояние до которого нужно измерить, контроллер 411 излучения света и вычислительный блок 412 для сравнения данных. Кроме того, устройство 3А для обработки сигналов включает блок 413 вычисления расстояния.

В дальномере 401В свет, излучаемый в сторону объекта, расстояние до которого нужно измерить, светоизлучающим блоком 410 и отраженный от этого объекта, входит в блок 10А пикселов, а вычислительный блок 412 сравнения данных определяет изменение фазы, соответствующее изменению расстояния, с использованием электрического сигнала, считываемого из блока 10А пикселов. Результат вычислений, произведенных вычислительным блоком 412 сравнения данных, передают от твердотельного приемника 1А изображения по оптической линии связи в устройство 3А для обработки сигналов, где блок 413 вычисления расстояния определяет расстояние.

На фиг.40 в качестве системы обработки сигналов конфигурировано устройство 401C для формирования изображения. Примеры такого устройства 401C для формирования изображения включают фотокопировальное устройство, сканер, факсимильный аппарат или комплексное оборудование, имеющее функции фотокопировального устройства, сканера и факсимильного аппарата либо также сетевое комплексное оборудование, соединенное с сетью.

Устройство 401C для формирования изображения включает оптическое устройство 2А, имеющее датчик 414 строки, служащий блоком пикселов. Датчик 414 строки включает пикселы, расположенные в виде матрицы. Кроме того, в устройство включены экспозиционный источник 415 света, экспонирующий фотопроводниковый барабан (не показан), и контроллер 416 излучения света.

На фиг.41 в качестве системы обработки сигналов конфигурирована камера 401D видеонаблюдения, включающая устройство 3А для обработки сигналов, имеющее блок 417 распознавания изображения, поступающего от твердотельного приемника 1А изображения, и сетевой интерфейс 418, передающий информацию вовне.

Применимость в промышленности

Настоящее изобретение применимо к оптическому устройству, включающему твердотельный приемник изображения.

Пояснения цифровых позиционных обозначений

1А - твердотельный приемник изображения, 10А - блок пикселов, 11А - аналого-цифровой преобразователь, 12А - оптический блок связи, 13А - генератор синхросигнала, 14А - ввод/вывод управления, 15А - преобразователь постоянного тока, 16А - контроллер, 17 - шина, 2А - оптическое устройство, 20А - блок объектива, 21 - корпус, 3А - устройство для обработки сигналов, 30А - оптический блок связи, 31А - ввод/вывод управления, 32А - операционный блок, 33А - контроллер считывания, 34А - процессор сигналов, 35А - запоминающее устройство данных, 36А - дисплей, 37А - блок питания, 38А - контроллер подачи питания, 4А - система обработки сигналов, 100 - пиксел, 101 - матрица пикселов, 102 - схема вертикальной развертки, 103 - схема горизонтальной развертки, 104 - схема CDS столбцов, 105 - сигнальная линия столбца, 106 - фотодиод, 107 - FD усилитель, 108 - транзистор выбора строки, 109 - линия выбора строки, 110 - детектор электрического заряда, 111 - транзистор сброса, 112 - усилительный транзистор, 113 - линия сброса, 114 - линия считывания строки, 120 - последовательный интерфейс, 120А - параллельно-последовательный преобразователь, 121 121S 121CL - светоизлучающий блок, 122А 122В - линия, 123 - линия, 124 - кодирующее устройство, 125 - блок скремблирования данных, 126 - параллельно-последовательный преобразователь, 128А - полупроводниковый лазер поверхностного излучения, 130Н 130AD 130OP - линия, 300S 300CL - фотоприемный блок, 301А - последовательно-параллельный преобразователь, 302 - фотоприемный блок, 303 - последовательно-параллельный преобразователь, 304 - блок дескремблирования, 305 - декодер, 306 - фотоприемный блок, 307 - параллельный интерфейс, 401А - система видеокамеры, 402А - блок объектива, 403А - базовый блок видеокамеры, 404 - затвор, 405 - AE/AF детектор, 406 - электронная вспышка, 407 - контроллер электронной вспышки.

1. Твердотельный приемник изображения, содержащий:
блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы;
аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы;
оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в оптические сигналы и передающий эти оптические сигналы на выход;
генератор синхросигнала, формирующий синхросигнал, используемый для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, осуществляемых блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи; и
контроллер, управляющий считыванием сигналов.

2. Твердотельный приемник изображения по п.1,
отличающийся тем, что блок пикселов, аналого-цифровой преобразователь, оптический блок связи, генератор синхросигнала и контроллер выполнены на одной подложке в составе одного кристалла интегральной схемы.

3. Твердотельный приемник изображения по п.2,
отличающийся тем, что линия, используемая для подачи синхросигнала от генератора синхросигнала блоку пикселов, линия, используемая для подачи синхросигнала от генератора синхросигнала аналого-цифровому преобразователю, и линия, используемая для подачи синхросигнала от генератора синхросигнала оптическому блоку связи, имеют одинаковые длины.

4. Твердотельный приемник изображения по п.2,
отличающийся тем, что в блоке пикселов эти пикселы, осуществляющие фотоэлектрическое преобразование, расположены в виде матрицы, а сигналы, считываемые из пикселов, преобразуют в оптические сигналы без сжатия.

5. Твердотельный приемник изображения по п.2,
отличающийся тем, что при включении питания контроллер управляет подачей питания таким образом, чтобы подача электрического напряжения питания блоку драйверов, возбуждающему оптический блок связи, начиналась прежде поступления электрического напряжения питания светоизлучающему блоку в оптическом блоке связи, возбуждаемом блоком драйверов, и кроме того, чтобы электрическое напряжение питания поступило в оптический блок связи прежде поступления электрического напряжения питания в блок пикселов, и
при выключении питания контроллер управляет подачей питания таким образом, чтобы подача электрического напряжения питания в блок пикселов прекращалась прежде прекращения подачи электрического напряжения питания светоизлучающему блоку, и кроме того, чтобы подача электрического напряжения питания блоку драйверов прекращалась прежде прекращения подачи электрического напряжения питания оптическому блоку связи.

6. Твердотельный приемник изображения по п.2,
отличающийся тем, что переключение между режимом работы, в котором считывание сигналов происходит путем выбора определенных пикселов из всей совокупности пикселов, включенных в блок пикселов, и режимом работы, в котором считывание сигналов происходит путем выбора всех пикселов, включенных в блок пикселов, в заданном порядке осуществляется с использованием контроллера.

7. Твердотельный приемник изображения по п.2, дополнительно содержащий:
последовательный интерфейс, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов и дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в последовательные данные.

8. Твердотельный приемник изображения по п.2,
отличающийся тем, что блок пикселов включает блок подавления шумов, устраняющий шумовые составляющие сигналов, считываемых из пикселов.

9. Оптическое устройство, содержащее:
твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы; и
оптический элемент, принимающий свет для ввода его в этот твердотельный приемник изображения,
отличающееся тем, что твердотельный приемник изображения включает блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы,
аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы,
оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в оптические сигналы и передающий эти оптические сигналы на выход,
генератор синхросигнала, формирующий синхросигнал, используемый для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, осуществляемых блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи, и
контроллер, управляющий считыванием сигналов, и
блок пикселов, аналого-цифровой преобразователь, оптический блок связи, генератор синхросигнала и контроллер выполнены на одной подложке в составе одного кристалла интегральной схемы.

10. Устройство для обработки сигналов, включающее твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы, и оптический элемент, принимающий свет для ввода его в этот твердотельный приемник изображения,
отличающееся тем, что твердотельный приемник изображения, соединенный с оптическим устройством включает
блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы,
аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы,
оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в оптические сигналы и передающий эти оптические сигналы на выход,
генератор синхросигнала, формирующий синхросигнал, используемый для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, осуществляемых блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи; и
контроллер, управляющий считыванием сигналов, и
рассматриваемое устройство обработки сигнала включает
оптический блок связи, принимающий выходные оптические сигналы от оптического блока связи, включенного в твердотельный приемник изображения,
контроллер считывания, управляющий считыванием сигналов из блока пикселов в твердотельном приемнике изображения, и
процессор сигнала, обрабатывающий сигналы, считываемые из блока пикселов и поступающие в процессор от твердотельного приемника изображения через оптическую связь.

11. Система обработки сигналов, содержащая:
оптическое устройство, включающее твердотельный приемник изображения, преобразующий падающий свет в электрические сигналы, и оптический элемент, принимающий свет для ввода его в этот твердотельный приемник изображения; и
устройство для обработки сигналов, соединенное с этим оптическим устройством,
отличающаяся тем, что твердотельный приемник изображения включает
блок пикселов, преобразующий свет в электрические сигналы,
аналого-цифровой преобразователь, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов, в цифровые сигналы,
оптический блок связи, преобразующий сигналы, дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в оптические сигналы и передающий эти оптические сигналы на выход,
генератор синхросигнала, формирующий синхросигнал, используемый для синхронизации процессов ввода/вывода сигналов, осуществляемых блоком пикселов, аналого-цифровым преобразователем и оптическим блоком связи; и
контроллер, управляющий считыванием сигналов, и
рассматриваемое устройство обработки сигнала включает
оптический блок связи, принимающий выходные оптические сигналы от оптического блока связи, включенного в твердотельный приемник изображения,
контроллер считывания, управляющий считыванием сигналов из блока пикселов в твердотельном приемнике изображения, и
процессор сигнала, обрабатывающий сигналы, считываемые из блока пикселов и поступающие в процессор от твердотельного приемника изображения через оптическую связь.

12. Система обработки сигналов по п.11,
отличающаяся тем, что при включении питания устройства для обработки сигналов подачей питания управляют таким образом, чтобы подача электрического напряжения питания оптическому блоку связи в устройстве для обработки сигналов происходила прежде поступления электрического напряжения питания твердотельному приемнику изображения, и затем, чтобы электрическое напряжение питания поступило в оптический блок связи твердотельного приемника изображения прежде поступления электрического напряжения питания в блок пикселов, и
при выключении питания устройства для обработки сигналов подачей питания управляют таким образом, чтобы подача электрического напряжения питания в блок пикселов твердотельного приемника изображения прекращалась прежде прекращения подачи электрического напряжения питания оптическому блоку связи твердотельного приемника изображения, и затем, чтобы подача электрического напряжения питания твердотельному приемнику изображения прекращалась прежде прекращения подачи электрического напряжения питания оптическому блоку связи в устройстве для обработки сигналов.

13. Система обработки сигналов по п.11,
отличающаяся тем, что переключение между режимом работы, в котором считывание сигналов происходит путем выбора определенных пикселов из всей совокупности пикселов, включенных в блок пикселов, и режимом работы, в котором считывание сигналов происходит путем выбора всех пикселов, включенных в блок пикселов, в заданном порядке осуществляется в твердотельном приемнике изображения, и
устройство для обработки сигналов передает команду выбрать один из режимов работы для исполнения в твердотельном приемнике изображения в соответствии с операцией, выполненной с использованием операционного блока.

14. Система обработки сигналов по п.11,
отличающаяся тем, что твердотельный приемник изображения включает последовательный интерфейс, преобразующий сигналы, считываемые из блока пикселов и дискретизированные в аналого-цифровом преобразователе, в последовательные данные, и
устройство для обработки сигналов включает параллельный интерфейс, преобразующий последовательные данные, поступающие от твердотельного приемника изображения.