JP2009206591A - イメージセンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】 外部端子の数を削減させてチップサイズを縮小し、かつYアドレスのライト信号REを1パルスにて行え、外部回路を従来例と同様の構成とするイメージセンサを提供する。
【解決手段】 本発明のイメージセンサは、画素素子マトリクスにて、行及び列を順次選択し、各画素素子から画素データを時系列に読み出すX−Yアドレス走査方式を用い、行選択のYアドレスを、ライト信号で設定するレジスタラッチと、レジスタラッチからのYアドレスをデコードし、画素素子マトリクスの行選択のYアドレス信号を出力するYアドレスレジスタと、列選択のXアドレス信号を生成するXアドレス制御部とを有し、アドレスラッチがライト信号の入力タイミングで、YアドレスレジスタをディセーブルとしてYアドレス信号を出力させず、ライト信号の入力が終了してYアドレスデータのアドレスラッチへの書込みタイミングで、YアドレスレジスタをイネーブルとしてYアドレス信号を出力させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、マトリクス状に配置された各画素素子からX−Yアドレス走査方式により、撮像した画素データを時系列に出力するイメージセンサに関する。
イメージセンサにおいて、各画素素子から画素データを順次読み出す方式として、X方向およびY方向のアドレス走査回路により、X方向およびY方向の位置を画素素子単位にて順次指定し、それぞれの画素素子から画素データを時系列に読み出すX−Yアドレス走査方式が一般的に用いられている(例えば、特許文献1参照)。
基本的な動作としては、Yアドレスを設定し、Xアドレスをインクリメントしていき、そのYアドレスにおけるXアドレスの画像データの読み出しが終了すると、Yアドレスをインクリメントして、順次、画素素子から画像データを読み出していく。
特開2003−87660号公報
しかしながら、特許文献1などの従来のイメージセンサにあっては、Xアドレスはクロックを入力する際にインクリメントされるが、Yアドレスに関してはいずれから読み出すかを設定するため、ライト信号によりYアドレスを設定する必要がある。
Yアドレスを設定する際、Yアドレスの書き込みをイネーブルとし、書き込みが終了した後にディセーブルとする必要がある。
X−Yアドレス走査方式によるイメージセンサの従来例として図4に示す回路構成がある。また、図5は図4のイメージセンサの動作を示すタイミングチャートである。
外部端子からYアドレス走査イネーブル信号が入力されておらずディセーブルの期間(「L」レベルの期間)に、ライト信号REが入力されると、レジスタラッチ100に対し、データバスからYアドレスを書き込まれる。そして、Yアドレスがデコードされた結果のYアドレス信号YA1〜YA4が、ライト信号REによりYアドレスレジスタ101に設定されるが、この時点ではいずれの信号も出力されない。
そして、Yアドレス走査イネーブル信号が入力されたイネーブルの期間(「H」レベルの期間)に、Yアドレスレジスタ101は画素素子マトリクス103に対して、Yアドレス信号YA1〜YA4のいずれか、すなわちYアドレスに対応したYアドレス信号を例えば「H」レベルにて出力する。このYアドレス走査イネーブル信号が入力されている期間、ライト信号REが入力されてもYアドレスは変化しない。
Yアドレス走査イネーブル信号が入力され、Xアドレス制御部102がXアドレスをインクリメントし、内部クロックに同期したXアドレス走査イネーブル信号が順次入力されるタイミングにて、Xアドレス信号XA1〜XA4のいずれか、すなわちXアドレスに対応したXアドレス信号を例えば「H」レベルにて、画素素子マトリクス103に対して出力する。
そして、X画素素子マトリクスから、Yアドレス信号とXアドレス信号とにより選択された画素素子から画素データが読み出される。
しかし、図4のイメージセンサの場合、Yアドレス走査イネーブル信号を入力するための外部端子が必要であり、イメージセンサのチップの小型化を阻害する要因となっている。
一方、X−Yアドレス走査方式によるイメージセンサの他の従来例として図6に示す回路構成がある。また、図7は図6のイメージセンサの動作を示すタイミングチャートである。この図6の回路は、Yアドレス走査イネーブル信号を入力させるための外部端子を設けず、ライト信号REから内部回路にてYアドレス走査イネーブル信号を生成する回路である。レジスタラッチ200は、1発目のライト信号RE1の立ち下がりにより、Yアドレスレジスタ201に出力するYアドレス走査イネーブル信号をディセーブル状態とする。
これにより、Yアドレスレジスタ201は、レジスタラッチ200から入力されるYアドレスをデコードしたYアドレス信号YA1からYA4のいずれも出力しない。
次に、レジスタラッチ200は、2発目のライト信号RE2の立ち下がりにより、データバスから入力されるYアドレスを保持し、保持したYアドレスをYアドレスレジスタ201へ出力する。
そして、レジスタラッチ200は、3発目のライト信号RE3の立ち下がりにより、Yアドレス走査イネーブル信号をイネーブル状態とする。
これにより、Yアドレスレジスタ201は、レジスタラッチ200から入力されるYアドレスをデコードし結果とし、Yアドレス信号YA1からYA4のいずれかを出力し、画素素子マトリクス203における画素素子の行のいずれかを選択する。また、Xアドレス制御部202は、図4の回路と同様に画素素子マトリクス203のいずれかの列を選択する。これにより、画素素子マトリクス203におけるいずれかの画素素子が選択され、画素データが読み出される。
しかしながら、図6のイメージセンサの場合、Yアドレス走査イネーブル信号を入力するための外部端子が不必要となるが、ライト信号REを一度のYアドレスの書き込みに対して3発ずつ(複数パルス)生成させる必要があり、このライト信号REを生成する外部回路の構成が複雑となり、回路規模が大きくなる欠点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、外部端子の数を削減させてチップサイズを縮小することができ、かつ外部からのYアドレスのライト信号REを1パルスにて行え、外部回路を図4の場合と同様とすることができるイメージセンサを提供することを目的とする。
本発明のイメージセンサは、画素素子をマトリクス状に配設した画素素子マトリクスにおいて、行及び列をそれぞれ順次選択し、各画素素子から画素データを時系列に読み出すX−Yアドレス走査方式を用いたイメージセンサであり、外部から入力されるY方向における行を選択するYアドレスを、ライト信号により設定するレジスタラッチと、該レジスタラッチから入力されるYアドレスをデコードし、前記画素素子マトリクスの行を選択するYアドレス信号を出力するYアドレスレジスタと、前記画素素子マトリクスの列を選択するXアドレス信号を生成するXアドレス制御部とを有し、前記アドレスラッチがライト信号の入力されたタイミングにて、Yアドレスレジスタをディセーブル状態としてYアドレス信号を出力させず、ライト信号の入力が終了してYアドレスデータがアドレスラッチに書き込まれるタイミングにて、Yアドレスレジスタをイネーブル状態としてYアドレス信号を出力させることを特徴とすることを特徴とする。
本発明のイメージセンサは、前記レジスタラッチが、前記ライト信号のパルスが入力されたタイミングにおいて、Yアドレス信号の出力を停止させるため、Yアドレス走査イネーブル信号を出力せず、Yアドレスレジスタをディセーブルとし、前記ライト信号のパルスの入力が終了したタイミングにおいて、前記Yアドレス信号を出力させるため、Yアドレス走査イネーブル信号を出力し、Yアドレスレジスタをイネーブルとすることを特徴とする。
本発明のイメージセンサは、前記レジスタラッチが、Yアドレスデータがアドレスラッチに書き込まれるタイミングにて、Yアドレスレジスタをイネーブルとするタイミングに対して、レジスタラッチに対するYアドレスの書き込みを遅延させて行うことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、外部から入力される1パルスのライト信号により、Yアドレスレジスタのイネーブル及びディセーブルを制御するため、外部端子を必要とせず、ライト信号を生成する外部回路の構成を簡易にすることができる。
という効果が得られる。
以下、本発明の一実施形態によるイメージセンサを図面を参照して説明する。図1は同実施形態によるイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
この図において、本実施形態のイメージセンサは、Yアドレスレジスタ1、レジスタラッチ2、画素素子マトリクス3及びXアドレス制御部4から構成されている。
レジスタラッチ2は、ライト信号が入力されると、例えば「H」レベルのパルスの場合立ち上がりエッジにより(本実施形態の場合、「H」レベルのパルスによりライト信号REが入力される)Yアドレスレジスタ1に対するYアドレス走査イネーブル信号(本実施形態の場合、「H」レベルのパルスのYアドレス走査イネーブル信号を出力する)を出力しない状態となる。
また、レジスタラッチ2は、ライト信号REにより、上記Yアドレス走査イネーブル信号の出力を「L」レベルとするとともに、データバスを介して外部回路から入力したデータがYアドレスデータとその書き込みを指示する制御信号であることを検出すると、データバスからYアドレスデータを入力して保持し、保持したYアドレスデータをYアドレスレジスタ1に対して出力する。ここで、レジスタラッチ2には、データバスから入力したデータがYアドレスデータとその書き込みを指示する制御信号である場合、ライト信号REの入力が終了したタイミング、すなわちライト信号REのパルスが「H」レベルであると立ち下がりにより、Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとするタイミングを、データバスからYアドレスデータを入力して保持するタイミングに対して遅延させる構成としても良い。ここで、レジスタラッチ2は、データとともに入力される制御信号を解析(入力された制御信号と、あらかじめ設定された制御の種類を示す制御信号設定値とを比較することにより、いずれに制御を行うかを検出する)により、Yアドレスの書き込み、あるいは他の動作の制御などの種類を検出する。
また、レジスタラッチ2は、データバスから入力されたデータの制御信号がYアドレスデータの書き込みを示す信号ではない場合、Yアドレス走査イネーブル信号を「L」レベルのままとし、ディセーブル状態を維持させる。そして、レジスタラッチ2は、ライト信号が入力され、その時点のデータバスのデータがYアドレスデータを書き込むことを示す制御信号であることを検出すると、そのライト信号REのパルスの立ち下がりにて、Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとし、イネーブル状態へ遷移させる。すなわち、レジスタラッチ2は、Yアドレスデータの書き込みを示す制御信号を検出したときのみ、Yアドレス走査ネーブル信号をディセーブル状態からイネーブル状態に遷移させる。また、レジスタラッチ2は、Yアドレス走査イネーブル信号がイネーブル状態の際、Yアドレスデータの書き込みを示す制御信号でなく、他の動作制御を示す制御信号であったとしても、ライト信号REの「H」レベルの遷移を検出すると、Yアドレス走査イネーブル信号を、イネーブル状態からディセーブル状態に遷移させる。
Yアドレスレジスタ1は、レジスタラッチ2から入力されるYアドレスデータをデコードし、このYアドレスデータに対応するYアドレス信号YA1〜Y4を生成する。
また、Yアドレスレジスタ1は、レジスタラッチ2からYアドレス走査イネーブル信号が「H」レベルで入力されていると、上記Yアドレス信号YA1〜YA4のいずれかを「H」レベルにて出力し、一方、レジスタラッチ2からのYアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルであると、上記Yアドレス信号YA1〜YA4の全てを「L」レベルにて出力する。
Xアドレス制御部4は、内部にカウンタを有しており、Yアドレス走査イネーブル信号が「H」レベルとなった後に(状態が安定する程度の遅延時間の後)、Xアドレスを外部から入力されるクロックによりインクリメントして生成し、このXアドレスをデコードし、上記外部から入力されるクロックに同期したXアドレスイネーブル信号とのアンドにより、Xアドレス信号XA1〜XA4(いずれかを「H」レベルにて出力)を生成して出力する。
ここで、上記Xアドレスイネーブル信号は、カウントされるXアドレス設定の変化点を含まないタイミングにて、Xアドレス走査イネーブル信号を生成する。
また、Xアドレス制御部4は、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルである場合に、画素素子マトリクス3は、Yアドレスレジスタ1の出力するYアドレス信号が選択した行と、Xアドレス制御部4の出力するXアドレス信号とが選択した列との交点にある画素素子が選択され、画像データが読み出される。
図2に画素素子マトリクス3の構成例のブロック図を示す。Yアドレス走査イネーブル信号が「H」レベルの際、Yアドレス信号YA1〜YA4のいずれかが「H」レベルとなり、「H」レベルのアドレス信号が入力される画素素子の列が選択され、その全てから画素データが出力される。
そして、画素素子の出力端子は、画素素子の列毎にスイッチに接続されている。図2に示すように、第1列(図の左端の画素の列)がスイッチSW1、第2列がスイッチSW2、第3列がスイッチSW3、第4列がスイッチSW4のそれぞれ一方の端子に接続されている。
各スイッチSW1、SW2、SW3及びSW4の他方の端子は共通に接続され、画素データを時系列に接続する出力端子VOUTへ接続されている。また、スイッチSW1、SW2、SW3及びSW4は、Xアドレス信号が入力されると、本実施形態においてはXアドレス信号が「H」レベルとなると、対応するスイッチ(SW1、SW2、SW3及びSW4)のいずれかがオン状態(導通状態)となり、画素素子から出力されている画素データを出力端子VOUTへ出力する。}
例えば、Yアドレスレジスタ1が、Yアドレス信号YA1を「H」レベル、Yアドレス信号YA2〜YA4を「L」レベルで出力していると、第1行(図面の最上部)の画素素子の行が選択され、全ての画素素子から画素データが出力される。
そして、Xアドレス制御部がXアドレス信号XA2を「H」レベル、Xアドレス信号XA1、XA3及びXA4を「L」レベルとすると、スイッチSW2がオン状態となり、画素素子Sの出力する画素データが出力端子VOUTへ出力される。
次に、本実施形態によるイメージセンサの動作を図1、図2及び図3を用いて説明する。図3は図1のイメージセンサの動作例を説明するタイミングチャートである。
時刻t1において、外部回路からデータバスを介してYアドレスデータが入力されるとともに、Yアドレスデータをレジスタラッチ2に書き込むライト信号REが「H」レベルのパルスにて入力される。
これにより、レジスタラッチ2は、パルスの立ち上がりにて、Yアドレスレジスタ1に対するYアドレス走査イネーブル信号を「L」レベルとする。
そして、レジスタラッチ2は、データバスからデータとともに入力された制御信号がYアドレスデータの書き込みを示す信号であることを検出すると、イメージセンサの各回路は以下に示す動作を開始する。
Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルとなると、Yアドレスレジスタ1は、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルであるため、Yアドレス信号YA1〜YA4を全て「L」レベルにて出力し、画素素子の全てをオフ状態とする。
また、Xアドレス制御部4は、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルであるため、Xアドレス信号XA1〜XA4を全て「L」レベルにて出力し、スイッチSW1〜SW4を全てオフ状態とする。
次に、時刻t2において、レジスタラッチ2は、ライト信号REのパルスの立ち下がりにて、データバスからYアドレスデータを読み込み保持し、保持したYアドレスデータをYアドレスレジスタ1に対して出力する。
これにより、Yアドレスレジスタ1は、入力されたYアドレスデータをデコードし、Yアドレス信号YA1〜YA4を生成するが、Yアドレス走査イネーブル信号を「L」レベルのため、生成したYアドレス信号YA1〜YA4を出力しない。
そして、レジスタラッチ2は、Yアドレスデータを書き込んだ後、Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとして出力する。
Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとなると、Yアドレスレジスタ1は、デコードしたYアドレス信号YA1〜YA4を、図3の場合、Yアドレス信号YA1を「H」レベル、Yアドレス信号YA2〜YA4を「L」レベルにて出力する。
これにより、画素素子マトリクス3において、最上部の1行目の画素の行が選択され、この列の全ての画素が画素データを出力する。
次に、時刻t3において、Xアドレス制御部4は、内部クロックのパルスが1発入力されることにより、内部カウンタが「1」となる。ここで、Yアドレスデータがレジスタラッチ2に書き込まれたt2から、内部カウンタが外部から入力されるクロックによりインクリメントが開始されるt3までの時間はあらかじめ設定された時間である。ここで、内部カウンタは、四進カウンタであり、すなわち「1」から「4」までをカウントし、「4」をカウントした後にクロックが入力されると、「1」にリセットされる。
次に、時刻t4において、Xアドレス制御部4は、内部クロックに同期して、カウンタの出力するXアドレスデータをデコードし、Xアドレス信号XA1〜XA4を出力する。この場合、Xアドレスデータは「1」であるため、Xアドレス信号XA1を「H」レベルとし、Xアドレス信号XA2〜XA4を「L」レベルとして出力する。
これにより、画素素子マトリクス3において、Yアドレス信号YA1が「H」レベルであるため、画素素子の最上部の1行目の画素すべてが活性化されて画素データを出力し、一方、Yアドレス信号YA2〜YA4が全て「L」レベルであるため、2行目〜4行目の他の画素素子全てが活性化されずに画素データを出力しない。
また、Xアドレス信号XA1が「H」レベルであるため、スイッチSW1がオン状態となり、1行目の1列目(左端の列)の画素素子の画素データが出力端子VOUTへ出力される。
次に、時刻t5において、Xアドレス制御部4は、カウンタがインクリメントされ、Xアドレスデータが「2」となる。
そして、時刻t6において、Xアドレス制御部4は、内部クロックに同期して、Xアドレス信号XA2を「H」レベルとし、Xアドレス信号XA1、XアドレスデータXA3、及びXアドレスデータXA4を「L」レベルとして出力する。
これにより、Xアドレス信号XA2が「H」レベルであるため、スイッチSW2がオン状態となり、1行目の2列目の画素素子の画素データが出力端子VOUTへ出力される。
そして、上述した時刻t3〜t6の動作と同様に、時刻t7及びt8において1行目の3列目の画素素子の画素データが、時刻t9及びt10において1行目4列目の画素素子の画素データが出力端子VOUTへ出力される。
次に、時刻t11において、外部回路からデータバスを介し、データとともに入力された制御信号がYアドレスデータの書き込みを示す信号であり、2行目の画素素子の列を選択するYアドレスデータが入力される。ここで、時刻t1と同様に、Yアドレスデータをレジスタラッチ2に書き込むライト信号REが「H」レベルのパルスにて入力される。
これにより、レジスタラッチ2は、パルスの立ち上がりにて、Yアドレスレジスタ1に対するYアドレス走査イネーブル信号を「L」レベルとする
Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルとなると、Yアドレスレジスタ1は、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルであるため、Yアドレス信号YA1〜YA4を全て「L」レベルにて出力し、画素素子の全てをオフ状態とする。
また、Xアドレス制御部4は、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルであるため、Xアドレス信号XA1〜XA4を全て「L」レベルにて出力し、スイッチSW1〜SW4を全てオフ状態とする。
次に、時刻t12において、レジスタラッチ2は、ライト信号REのパルスの立ち下がりにて、データバスからYアドレスデータを読み込み保持し、保持したYアドレスデータをYアドレスレジスタ1に対して出力する。
これにより、Yアドレスレジスタ1は、入力されたYアドレスデータをデコードし、Yアドレス信号YA1〜YA4を生成するが、Yアドレス走査イネーブル信号が「L」レベルのため、生成したYアドレス信号YA1〜YA4を出力しない。
そして、レジスタラッチ2は、Yアドレスデータを書き込んだ後、Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとして出力する。
Yアドレス走査イネーブル信号を「H」レベルとなると、Yアドレスレジスタ1は、デコードしたYアドレス信号YA1〜YA4を、図3の場合、Yアドレス信号YA2を「H」レベル、Yアドレス信号YA1、YA3及びYA4を「L」レベルにて出力する。
これにより、画素素子マトリクス3において、2行目の画素の行が選択され、この列の全ての画素が画素データを出力する。
以降、上述した時刻t3〜t10までの処理が行われ、2行目の画素素子の行の1列目から4列目までの画素素子の画素データを、順次出力端子VOUTに出力する。
さらに、データバスから3行目、4行目の画素素子の行を選択するYアドレスを入力し、それぞれの行の1列目から4列目までの画素素子の画素データを、順次出力端子VOUTに出力する。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの構成例を示すブロック図である。 図1(図4及び図5)の画素素子マトリクス3の構成を示す概念図である。 図1のイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。 従来のイメージセンサの構成例を示すブロック図である。 図4のイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。 従来のイメージセンサの他の構成例を示すブロック図である。 図5のイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
符号の説明
1…Yアドレスレジスタ
2…レジスタラッチ
3…画素素子マトリクス
4…Xアドレス制御部

Claims (3)

  1. 画素素子をマトリクス状に配設した画素素子マトリクスにおいて、行及び列をそれぞれ順次選択し、各画素素子から画素データを時系列に読み出すX−Yアドレス走査方式を用いたイメージセンサであり、
    外部から入力されるY方向における行を選択するYアドレスを、ライト信号により設定するレジスタラッチと、
    該レジスタラッチから入力されるYアドレスをデコードし、前記画素素子マトリクスの行を選択するYアドレス信号を出力するYアドレスレジスタと、
    前記画素素子マトリクスの列を選択するXアドレス信号を生成するXアドレス制御部と を有し、
    前記アドレスラッチがライト信号の入力されたタイミングにて、Yアドレスレジスタをディセーブル状態としてYアドレス信号を出力させず、ライト信号の入力が終了してYアドレスデータがアドレスラッチに書き込まれるタイミングにて、Yアドレスレジスタをイネーブル状態としてYアドレス信号を出力させることを特徴とするイメージセンサ。
  2. 前記レジスタラッチが、前記ライト信号のパルスが入力されたタイミングにおいて、Yアドレス信号の出力を停止させるため、Yアドレス走査イネーブル信号を出力せず、Yアドレスレジスタをディセーブルとし、前記ライト信号のパルスの入力が終了したタイミングにおいて、前記Yアドレス信号を出力させるため、Yアドレス走査イネーブル信号を出力し、Yアドレスレジスタをイネーブルとすることを特徴とする請求項1記載のイメージセンサ。
  3. 前記レジスタラッチが、Yアドレスデータがアドレスラッチに書き込まれるタイミングにて、Yアドレスレジスタをイネーブルとするタイミングに対して、レジスタラッチに対するYアドレスの書き込みを遅延させて行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のイメージセンサ。
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