Un aparato de formación de imágenes que se sirve de un sensor de imagen de estado sólido (102) que obtiene por lectura una seña de cada píxel por medio de un método de dirección de XY con el fin de captar una imagen,

de tal modo que el aparato de formación de imágenes comprende: - un obturador mecánico configurado para bloquear la luz incidente en una superficie de recepción de luz del sensor de imagen de estado sólido (102); - medios de control (107) para restablecer simultáneamente las señales de píxel para todas las filas del sensor de imagen de estado sólido (102) con el fin de iniciar la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102), cerrar el obturador mecánico una vez transcurrido un periodo de exposición predeterminado, y obtener por lectura, de forma secuencial, las señales de píxel para cada fila del sensor de imagen de estado sólido (102), estando cerrado el obturador mecánico, y - medios de detección de periodo de exposición destinado a calcular un periodo de exposición basándose en una señal suministrada como salida desde el sensor de imagen de estado sólido (102), en el cual, si el periodo de exposición calculado es menor o igual que un valor de umbral predeterminado, cuando se recibe una petición para captar la imagen fija, los medios de control controlan la operación de captación de la imagen fija por un primer control de operación de obturador, y, en caso contrario, los medios de control controlan la operación de captación de la imagen fija por un segundo control de operación de obturador, de tal manera que, en el primer control de operación de obturador, las señales de píxel son restablecidas simultáneamente para todas las filas con el fin de iniciar la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102), el obturador mecánico se cierra una vez transcurrido el periodo de exposición predeterminado y las señales de píxel se obtienen por lectura secuencialmente para cada fila del sensor de imagen de estado sólido (102), estando el obturador mecánico cerrado, y de modo que, en el segundo control de operación de obturador, se llevan a cabo en cada fila una operación de restablecimiento de las señales de píxel con el fin de iniciar la exposición de la correspondiente fila del sensor de imagen de estado sólido (102), y una operación de obtención por lectura de las señales de píxel para la correspondiente fila una vez transcurrido el periodo de exposición predeterminado

La presente invención contiene la materia objeto relacionada con la Solicitud de Patente japonesa JP 2005-000212, depositada en la Oficina de Patentes Japonesa el 4 de enero de 2005.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención 5

La presente invención se refiere a aparatos de formación de imágenes y a métodos de formación de imágenes que se sirven de sensores de imagen de estado sólido para captar imágenes. Más particularmente, la presente invención se refiere a un aparato de formación de imágenes y a un método de formación de imágenes que utilizan un sensor de imagen de estado sólido, tal como un sensor de imagen de metal-óxido-semiconductor complementario (CMOS –“complementary metal oxide semiconductor”), el cual extrae por lectura una señal de punto de imagen o píxel 10 por medio de un método de direccionamiento XY, a fin de captar la imagen.

2. Descripción de la técnica relacionada

Los aparatos de formación de imágenes tales como las cámaras digitales de imagen fija o las cámaras de vídeo digitales, capaces de utilizar sensores de imagen de estado sólido para captar imágenes y almacenar las imágenes captadas como datos digitales, se han venido utilizando de forma generalizada en los últimos años. Si bien los sensores 15 de imagen de dispositivo de acoplamiento de carga (CCD –“charge coupled devices”) son los más populares como dispositivos de formación de imágenes utilizados en tales aparatos de formación de imágenes, los sensores de imagen de CMOS han captado la atención puesto que el número de puntos de imagen o píxeles en los sensores de imagen de estado sólido se ha incrementado adicionalmente. Los sensores de imagen de CMOS se caracterizan por ser capaces de un acceso aleatorio de las señales de píxel y por la extracción por lectura a una velocidad más alta, con una mayor 20 sensibilidad y con menor consumo de potencia, en comparación con los sensores de imagen de CCD.

Muchos sensores de imagen de CMOS están provistos de una función de obturador electrónico. Sin embargo, puesto que se ha adoptado como obturador electrónico un obturador secuencial o sucesivo (o al cual se hace también referencia como obturador de plano focal), en el que un gran número de píxeles que se han dispuesto bidimensionalmente son explorados o barridos de forma secuencial para cada fila de píxeles con el fin de suministrar 25 como salida señales, en los sensores de imagen de CMOS, a diferencia de los sensores de imagen de CCD, existe un problema por cuanto que los periodos de exposición de las filas se ven desplazados unos con respecto a otros.

La Figura 1A muestra las secuencias temporales de exposición y de transferencia de carga en la técnica relacionada, cuando se utiliza el obturador sucesivo. La Figura 1B muestra una imagen captada en estos instantes de tiempo. 30

Tal como se muestra en la Figura 1A, en un sensor de imagen de CMOS que tiene píxeles, por ejemplo, en un número n de filas que van de la fila L1 a la fila Ln (n denota un número entero que es mayor o igual que 2), la exposición a un fotodiodo se inicia después de que se haya restablecido cada fila, la carga eléctrica acumulada es transferida tras un periodo predeterminado de exposición, y se suministra como salida la señal. Semejante operación se lleva a cabo secuencialmente con un retardo temporal desde la fila L1 a la fila Ln. De acuerdo con ello, por ejemplo, cuando un 35 objeto S perfilado o conformado como una línea recta vertical se desplaza en la dirección horizontal, el objeto S se encuentra inclinado en una imagen fija del objeto S, tal como se muestra en la Figura 1B.

En contraposición, se han desarrollado dispositivos de formación de imágenes en los que el obturador es disparado simultáneamente para todas las filas con el fin de sincronizar los periodos de exposición para todas las filas. Tales dispositivos de formación de imágenes restablecen de forma simultánea los fotodiodos para todas las filas en un 40 cierto instante, transfieren la carga de los fotodiodos a una difusión flotante (FD –“floating diffusion”) una vez transcurrido un periodo de exposición predeterminado, y suministran como salida, secuencialmente, las señales en la FD para cada fila. Por otra parte, existen dispositivos de formación de imágenes que tienen transistores de drenaje capaces de descargar directamente el exceso de carga de los fotodiodos a drenajes sin que pase a través de ningún FD, al objeto de restablecer simultáneamente la carga de señal en los fotodiodos para todas las filas (hágase referencia, 45 por ejemplo, a la Publicación de Solicitud de Patente japonesa no examinada Nº 2001-238132.

La Figura 2 muestra un ejemplo de la configuración de cada circuito de punto de pantalla o píxel de un sensor de imagen de CMOS capaz de disparar simultáneamente el obturador para todas las filas.

El circuito de píxel de la Figura 2 incluye un fotodiodo PD11, un transistor de transferencia M12, un transistor de amplificación M13, un transistor de selección M14, un transistor de restablecimiento M15 y un transistor de drenaje M16. 50 Cada transistor es un transistor de efecto de campo de MOS (MOSFET –“MOS field effect transistor”) de canal n.

Una línea o conducción 211 de señal de selección de fila, una línea o conducción 212 de señal de transferencia y una línea o conducción 213 de señal de restablecimiento están conectadas a las puertas del transistor de selección M14, del transistor de transferencia M12 y del transistor de restablecimiento M15, respectivamente. Estas conducciones de señal se extienden horizontalmente para excitar, simultáneamente, los píxeles de la misma fila con el fin de controlar 55

el accionamiento del obturador sucesivo. Una línea o conducción vertical 214 de señal está conectada a la fuente del transistor de selección M14, y una línea o conducción 217 de señal de drenaje se encuentra conectada a la puerta del transistor de drenaje M16. Uno de los extremos de la conducción vertical 214 de señal está conectada a tierra a través de una fuente de corriente constante 215. La conducción 217 de señal de drenaje se ha proporcionado, por lo común, para todos los píxeles. 5

El fotodiodo PD11 tiene, acumulada en él, una carga eléctrica generada por conversión fotoeléctrica. El extremo semiconductor P del fotodiodo PD11 está conectado a tierra, y el extremo semiconductor N del mismo está conectado a la fuente del transistor de transferencia M12. Cuando el transistor de transferencia M12 se activa o enciende, la carga del fotodiodo PD11 es transferida a una difusión flotante (FD) 216. Como la FD 216 tiene una cierta capacidad parásita, la carga se acumula en la FD 216. 10

Una tensión Vdd de suministro de potencia se aplica al drenaje del transistor de amplificación M13, y la puerta del transistor de amplificación M13 se conecta a la FD 216. El transistor de amplificación M13 convierte una variación de la tensión en la FD 216 en una señal eléctrica. El transistor de selección M14 selecciona un punto de imagen o píxel a partir del cual se extrae por lectura una señal para cada fila. El drenaje del transistor de selección M14 está conectado a la fuente del transistor de amplificación M13, y la fuente del mismo se conecta a la conducción vertical 214 de señal. 15 Como el transistor de amplificación M13 y la fuente de corriente constante 215 forman un seguidor de fuente cuando el transistor de selección M14 se activa, se suministra como salida una tensión asociada con la tensión de la FD 216 a la conducción vertical 214 de señal.

La tensión Vdd de suministro de potencia se aplica al drenaje del transistor de restablecimiento M15, y la fuente del transistor de restablecimiento M15 se conecta a la FD 216. El transistor de restablecimiento M15 restituye la tensión 20 de la FD 216 en la tensión Vdd de suministro de potencia. La tensión Vdd de suministro de potencia se aplica al drenaje del transistor de drenaje M16, y la fuente del transistor de drenaje M16 se conecta a la fuente del transistor de transferencia M12. El transistor de drenaje M16 restablece directamente la carga acumulada en el fotodiodo PD11 con la tensión Vdd de suministro de potencia.

La Figura 3A muestra la secuencias temporales de exposición y de transferencia de carga en el circuito de píxel 25 representado en la Figura 2. La Figura 2B muestra una imagen captada en estas secuencias temporales.

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1. Un aparato de formación de imágenes que se sirve de un sensor de imagen de estado sólido (102) que obtiene por lectura una seña de cada píxel por medio de un método de dirección de XY con el fin de captar una imagen, de tal modo que el aparato de formación de imágenes comprende:

- un obturador mecánico configurado para bloquear la luz incidente en una superficie de recepción de luz del 5 sensor de imagen de estado sólido (102);

- medios de control (107) para

restablecer simultáneamente las señales de píxel para todas las filas del sensor de imagen de estado sólido (102) con el fin de iniciar la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102),

cerrar el obturador mecánico una vez transcurrido un periodo de exposición predeterminado, y 10

obtener por lectura, de forma secuencial, las señales de píxel para cada fila del sensor de imagen de estado sólido (102), estando cerrado el obturador mecánico, y

- medios de detección de periodo de exposición destinado a calcular un periodo de exposición basándose en una señal suministrada como salida desde el sensor de imagen de estado sólido (102),

en el cual, si el periodo de exposición calculado es menor o igual que un valor de umbral predeterminado, cuando se 15 recibe una petición para captar la imagen fija, los medios de control controlan la operación de captación de la imagen fija por un primer control de operación de obturador, y, en caso contrario, los medios de control controlan la operación de captación de la imagen fija por un segundo control de operación de obturador,

de tal manera que, en el primer control de operación de obturador, las señales de píxel son restablecidas simultáneamente para todas las filas con el fin de iniciar la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102), el 20 obturador mecánico se cierra una vez transcurrido el periodo de exposición predeterminado y las señales de píxel se obtienen por lectura secuencialmente para cada fila del sensor de imagen de estado sólido (102), estando el obturador mecánico cerrado,

y de modo que, en el segundo control de operación de obturador, se llevan a cabo en cada fila una operación de restablecimiento de las señales de píxel con el fin de iniciar la exposición de la correspondiente fila del sensor de 25 imagen de estado sólido (102), y una operación de obtención por lectura de las señales de píxel para la correspondiente fila una vez transcurrido el periodo de exposición predeterminado.

2. El aparato de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada píxel del sensor de imagen de estado sólido (102) incluye:

un transductor fotoeléctrico, configurado para generar carga de señal correspondiente a la cantidad de luz 30 recibida;

una difusión flotante, configurada para detectar una cantidad de la carga de señal generada por el transductor fotoeléctrico;

un transistor de transferencia (M12), configurado para transferir la carga de señal generada por el transductor fotoeléctrico a la difusión flotante; y 35

un transistor de restablecimiento (M15), configurado para restablecer la tensión de la difusión flotante en una magnitud predeterminada, y

en el cual, cuando se inicia la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102), los medios de control (107) encienden o activan el transistor de transferencia (M12) y el transistor de restablecimiento (M15) con el fin de restablecer la carga de señal acumulada en el transductor fotoeléctrico y la tensión de la difusión flotante, 40 y, una vez cerrado el obturador mecánico, los medios de control (107) obtienen por lectura, secuencialmente, las tensiones correspondientes a la carga de señal transferida desde el transductor fotoeléctrico, de la difusión flotante, para cada fila.

3. El aparato de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual los medios de control (107) están dispuestos de tal modo que, una vez cerrado el obturador mecánico, activan secuencialmente, de manera 45 adicional, los transistores de transferencia (M12) para cada fila con el fin de transferir la carga de señal del transductor fotoeléctrico a la difusión flotante y para obtener por lectura de la difusión flotante la tensión correspondiente a la carga de señal transferida.

4. El aparato de formación de imágenes de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,

en el cual, para llevar a cabo el primer control de operación de obturador por parte de los medios de control, 50

el obturador mecánico tiene dos miembros sectoriales (311, 312) de blindaje o protección contra la luz, que tienen los mismos eje central (301), forma y tamaño, y

el obturador mecánico está estructurado de tal manera que bloquea selectivamente la luz incidente en el sensor de imagen de estado sólido (102), de manera que la luz pasa a través de una posición de un área a través de la cual pasan los miembros de protección contra la luz, al solapar uno con otro los dos miembros (311, 312) de protección contra la 5 luz, y al hacer rotar los miembros (311, 312) de protección contra la luz en torno alrededor del eje central (301) a la misma velocidad predeterminada y en sentidos opuestos.

5. Un método de formación de imágenes utilizando un sensor de imagen de estado sólido (102) que obtiene por lectura una señal de cada píxel por un método de dirección XY con el fin de captar una imagen, de tal modo que el método de formación de imágenes comprende 10

- una etapa de inicio de exposición, que comprende

restablecer de forma simultánea las señales de píxel para todas las filas del sensor de imagen de estado sólido (102) con el fin de iniciar la exposición del sensor de imagen de estado sólido (102) por los medios de control (107),

- una etapa de finalización de la exposición, que comprende las etapas de

cerrar el obturador mecánico una vez transcurrido un periodo de exposición predeterminado, a fin de bloquear la luz 15 incidente en una superficie de recepción de luz del sensor de imagen de estado sólido (102), y

obtener por lectura, de forma secuencial, las señales de píxel para cada fila del sensor de imagen de estado sólido (102), estando el obturador mecánico cerrado,

- recibir una petición de captación de imagen en respuesta a una operación de introducción por parte de un usuario, por los medios de control (107), 20

- calcular un periodo de exposición basándose en una señal suministrada como salida desde el sensor de imagen de estado sólido (102),

de tal manera que, si el periodo de exposición calculado es menor o igual que un valor de umbral predeterminado, cuando se recibe una petición para captar la imagen fija, se lleva a cabo la etapa de inicio de la exposición y la etapa de finalización de la exposición, y, en caso contrario, se lleva a cabo una etapa de exposición secuencial, 25

de modo que la etapa de exposición secuencial comprende llevar a cabo una operación de restablecimiento de las señales de píxel con el fin de iniciar la exposición de la correspondiente fila del sensor de imagen de estado sólido (102), y una operación de obtención por lectura de las señales de píxel para la fila correspondiente, una vez transcurrido el periodo de exposición predeterminado, en cada fila.

6. El método de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual, en cada píxel del sensor 30 de imagen de estado sólido (102),

un transductor fotoeléctrico genera carga de señal correspondiente a la cantidad de luz recibida;

una difusión flotante detecta una cantidad de la carga de señal generada por el transductor fotoeléctrico;

un transistor de transferencia (M12) transfiere la carga de señal generada por el transductor fotoeléctrico a la difusión flotante; y 35

un transistor de restablecimiento (M15) restituye o restablece la tensión de la difusión flotante a una magnitud predeterminada,

de tal manera que, en la etapa de inicio de la exposición, los medios de control (107) activan el transistor de transferencia (M12) y el transistor de restablecimiento (M15) con el fin de restablecer la carga de señal acumulada en el transductor fotoeléctrico y la tensión de la difusión flotante, y 40

en el que, en la etapa de finalización de la exposición, una vez cerrado el obturador mecánico, los medios de control (107) obtienen por lectura de la difusión flotante, secuencialmente, las tensiones correspondientes a la carga de señal transferida desde el transductor fotoeléctrico, para cada fila.

7. El método de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la etapa de finalización de la exposición comprende, adicionalmente, activar de manera secuencial los transistores de transferencia (M12) para 45 cada fila, una vez cerrado el obturador mecánico, a fin de transferir la carga de señal contenida en el transductor fotoeléctrico a la difusión flotante, y obtener por lectura de la difusión flotante la tensión correspondiente a la carga de señal transferida.