JP2010272839A - Ｃｍｏｓイメージセンサ及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自己較正により製造歩留まり率を改善可能なＣＭＯＳイメージセンサ及びその動作方法を提供する。
【解決手段】ＣＭＯＳイメージセンサは画素配列ユニット、行選択ユニット及び論理回路を有する。画素配列ユニットはオブジェクトを検知するために用いられる。画素配列ユニットはＭ個の画素及びＰ個のマルチプレクサを有し、各画素は１つのマルチプレクサに電気的に接続されている。行選択ユニット及び論理回路はＰ個のマルチプレクサに電気的に接続されている。行選択ユニットは行選択信号を生成するために用いられる。論理回路は、オブジェクトに対応する検知領域を決定するために用いられる。検知領域はＭ個の画素のうちＮ個の画素を有する。更に、論理回路は、これらＮ個の画素に電気的に接続されているＱ個のマルチプレクサを制御して行選択信号をＮ個の画素に送る。
【選択図】図４

Description

本発明は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ及びその動作方法に関し、より具体的に、自己較正により製造歩留まり率を改善可能なＣＭＯＳイメージセンサ及びその動作方法に関する。

イメージセンサは順調に開発されてきており、画像処理速度も改善されているので、光学タッチスクリーンが大いに注目されている。これまでイメージセンサは電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサに分類される。一般に、ＣＣＤイメージセンサは、ＣＭＯＳセンサに比べてノイズが少なく、画像品質が良い。しかし、ＣＭＯＳイメージセンサの信号処理回路は単一チップに集積可能であり、電子デバイスを最小限とすることが可能である。更に、ＣＭＯＳイメージセンサはＣＣＤイメージセンサに比べて電力消費が少ないので、ますます広く用いられるようになっている。

図１を参照すると、図１は、先行技術の光学タッチスクリーン１を表す説明図である。図１に示されるように、光学タッチスクリーン１は、タッチパネル１０と、２つのＣＭＯＳイメージセンサ１２及び１４とを有する。ＣＭＯＳイメージセンサ１２及び１４は、夫々、タッチパネル１０の両側に配置されている。ユーザがオブジェクト１６（例えば、指、スタイラス等）を用いてタッチパネル１０を操作する場合に、ＣＭＯＳイメージセンサ１２及び１４はオブジェクト１６の投影を検知する。後に、その投影と接触位置との間の角度が知られるとともに、２つのＣＭＯＳイメージセンサ１２及び１４の間の角度が得られる場合は、接触位置の座標が計算可能である。

図２及び図３を参照すると、図２は、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１２に投影されたオブジェクト１６の移動軌跡１６０を表す説明図であり、図３は、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１２に投影されたオブジェクト１６の移動軌跡１６０’を表す説明図である。例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ１２が偏向又は斜角性を伴うことなくタッチパネル１０に取り付けられている場合は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２の画素配列ユニット１２０に投影されるオブジェクト１６の移動軌跡１６０は、図２に示されるように長方形形状を有する。しかし、ＣＭＯＳイメージセンサ１２が組み立て許容誤差により偏向又は斜角性を有してタッチパネル１０に取り付けられている場合は、ＣＭＯＳイメージセンサ１２の画素配列ユニット１２０に投影されるオブジェクト１６の移動軌跡１６０’は、図３に示されるように斜走形状を有する。オブジェクト１６の移動軌跡１６０’が斜めである場合に、読出回路１２２は、組み立て許容誤差を排除するように後のアルゴリズムでより多くのデータを読み出す必要がある。結果として、システムの動作周波数及び電力消費は大幅に増大する。

本発明は、上記の問題を解決するように自己較正により製造歩留まり率を改善可能なＣＭＯＳイメージセンサ及びその動作方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に従って、ＣＭＯＳイメージセンサは画素配列ユニット、行選択ユニット及び論理回路を有する。画素配列ユニットはオブジェクトを検知するために用いられる。画素配列ユニットはＭ個の画素及びＰ個のマルチプレクサを有する。Ｍ個の画素の夫々は、Ｐ個のマルチプレクサのうち１つに電気的に接続されている。なお、Ｍは正の整数であり、ＰはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。行選択ユニット及び論理回路はＰ個のマルチプレクサに電気的に接続されている。行選択ユニットは行選択信号を生成するために用いられる。論理回路は、オブジェクトに対応する検知領域を決定するために用いられる。検知領域はＭ個の画素のうちＮ個を有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。論理回路は、更に、Ｎ個の画素に電気的に接続されているＱ個のマルチプレクサを制御して、それらＮ個の画素に行選択信号を送る。なお、Ｑは、Ｎより小さいか又はそれに等しく、且つ、Ｐより小さいか又はそれに等しい正の整数である。

本発明の他の実施形態に従って、ＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は、Ｍ個の画素及びＰ個のマルチプレクサを有し、Ｍ個の画素の夫々はＰ個のマルチプレクサのうち１つに電気的に接続される画素配列ユニットによってオブジェクトを検知するステップを有する。なお、Ｍは正の整数であり、ＰはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。当該方法は、更に、Ｍ個の画素のうちＮ個を有し、オブジェクトに対応する検知領域を決定するステップを有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。当該方法は、更に、行選択信号を生成するステップと、この行選択信号をＮ個の画素に送るよう、それらＮ個の画素に電気的に接続されているＱ個のマルチプレクサを制御するステップとを有する。なお、Ｑは、Ｎより小さいか又はそれに等しく、且つ、Ｐより小さいか又はそれに等しい正の整数である。

本発明の他の実施形態に従って、ＣＭＯＳイメージセンサは画素配列ユニット、行選択ユニット、読出回路及び論理回路を有する。読出回路及び行選択ユニットは画素配列ユニットに電気的に接続されている。論理回路は読出回路に電気的に接続されている。画素配列ユニットはオブジェクトを検知するために用いられ、Ｍ個の画素を有する。なお、Ｍは正の整数である。行選択ユニットは行選択信号を生成するために用いられる。行選択信号は、Ｍ個の画素を制御して信号を出力させる。読出回路はＭ個の画素によって生成される信号を読むために用いられる。論理回路は、オブジェクトに対応する検知領域を決定するために用いられる。検知領域はＭ個の画素のうちＮ個を有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。後に、論理回路は、検知領域内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定し、読出回路を制御して行順に各行の最初の画素から最後の画素を読ませ、Ｎ個の画素によって生成される信号を出力する。

本発明の他の実施形態に従って、ＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は、Ｍ個の画素を有する画素配列ユニットによってオブジェクトを検知するステップを有する。なお、Ｍは正の整数である。当該方法は、更に、Ｍ個の画素のうちＮ個を有し、オブジェクトに対応する検知領域を決定するステップを有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。当該方法は、更に、Ｍ個の画素を制御して信号を出力させる行選択信号を生成するステップと、記検知領域内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定するステップと、行順に各行の最初の画素から最後の画素を読むステップと、Ｎ個の画素によって生成される信号を出力するステップとを有する。

従って、上述されるＣＭＯＳイメージセンサ及びその動作方法に従って、本発明は、動作周波数及び電力消費を実質上低減するように、製造許容誤差の影響を除くべく検知領域内で画素データを出力することしか必要としない。

本発明のこれらの及び他の目的は、当然に、様々な図面で表される好ましい実施形態についての以下の詳細な記載を読むことで当業者に明らかとなるであろう。

本発明の実施形態によれば、自己較正により製造歩留まり率を改善可能なＣＭＯＳイメージセンサ及びその動作方法を提供することが可能となる。

先行技術の光学タッチスクリーンを表す説明図である。 図１のＣＭＯＳイメージセンサに投影されるオブジェクトの移動軌跡を表す説明図である。 図１のＣＭＯＳイメージセンサに投影されるオブジェクトの移動軌跡を表す説明図である。 本発明の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサを表す説明図である。 ３×３画素配列を有する図４の画素配列ユニットを表す説明図である。 図５のＣＭＯＳイメージセンサの回路を表す説明図である。 ダミー画素を有する図５の検知領域を表す説明図である。 本発明に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの回路を表す説明図である。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサを表す説明図である。 画素データの読出順序を表す時間シーケンス図である。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサを表す説明図である。 ３×３画素配列を有する図１３の画素配列ユニットを表す説明図である。 図１４のＣＭＯＳイメージセンサの回路を表す説明図である。 ダミー画素を有する図１４の検知領域を表す説明図である。 本発明の他の実施例に従う検知領域を表す説明図である。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。 本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。

図４を参照すると、図４は、本発明の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサ３を表す説明図である。図４に示されるように、ＣＭＯＳイメージセンサ３は、画素配列ユニット３０、行選択ユニット３２、論理回路３４及び読出回路３６を有する。行選択ユニット３２、論理回路３４及び読出回路３６は、画素配列ユニット３０に電気的に接続されている。

画素配列ユニット３０は、オブジェクト（図示せず。）又はオブジェクトの移動軌跡を検知するために用いられる。本実施例で、画素配列ユニット３０は、Ｍ個の画素３００及びＰ個のマルチプレクサ３０２を有する。Ｍ個の画素３００の夫々は、Ｐ個のマルチプレクサ３０２の１つに電気的に接続されている。なお、Ｍは正の整数であり、ＰはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。更なる記載のために、ＰがＭに等しい場合、画素３００の数はマルチプレクサ３０２の数と同じであり、夫々のマルチプレクサ３０２は一意の画素３００に電気的に接続されている。他方で、ＰがＭより小さい場合、マルチプレクサ３０２の数は画素３００の数より少なく、夫々のマルチプレクサ３０２は少なくとも１つの画素３００に電気的に接続されている。図４に示される画素配列ユニット３０は、説明のため、同数の画素３００及びマルチプレクサ３０２を有する。例えば、画素配列ユニット３０は６４０×４６０の画素配列を有し、画素３００の数はマルチプレクサ３０２の数と同じである場合に、Ｍ及びＰはいずれも６４０×４６０に等しい。言い換えると、画素配列ユニット３０は６４０×４６０個の画素３００と、６４０×４６０個のマルチプレクサ３０２とを有する。更に、画素３００は、オブジェクトから反射される光を吸収して、その吸収した光を電気信号に変換することができる。通常、画素３００はトランジスタ及びフォトダイオードを有する。留意すべきは、画素３００の構造及び原理は当業者が容易に想到することができるものであり、従って、ここでは詳述されない。

行選択ユニット３２は、コントローラ（図示せず。）から時間シーケンス信号及び制御信号を受信して、行選択信号を生成する。行選択信号は、画素配列ユニット３０の画素３００を制御してデータを出力させるために用いられる。論理回路３４は、画素配列ユニット３０によって検知されるオブジェクト又は移動軌跡に対応する検知領域を決定するために用いられる。検知領域はＭ個の画素３００のうちＮ個を有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。後に、論理回路３４は、Ｎ個の画素３００に電気的に接続されているＱ個のマルチプレクサ３０２を制御してＮ個の画素３００に行選択信号を出力させる。なお、Ｑは、Ｎより小さいか又はそれに等しく、且つ、Ｐより小さいか又はそれに等しい正の整数である。例えば、図４に示される画素配列ユニット３０で、ＱはＮに等しく且つＰより小さい。読出回路３６は、検知領域のＮ個の画素３００によって生成される信号を読むために用いられる。

図５を参照すると、図５は、３×３の画素配列を有する図４の画素配列ユニット３０を表す説明図である。図５の３×３画素配列は、例えば、本発明の特徴を表すために用いられる。本実施例で、画素配列ユニット３０は同数の画素３００及びマルチプレクサ３０２を有する。すなわち、前述のＭ及びＰはいずれも９に等しい。また、図６を参照すると、図６は、図５のＣＭＯＳイメージセンサ３の回路を表す説明図である。

ユーザがオブジェクト（例えば、指、スタイラス等）（図示せず。）を用いてＣＭＯＳイメージセンサ３に備えられている光学ポジショニングシステム（図示せず。）を操作する場合に、画素配列ユニット３０はオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知する。後に、論理回路３４は、画素配列ユニット３０によって検知されたオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に従って検知領域３０４を決定する。図５に示されるように、検知領域３０４は５個の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６及びＰ９を有する。すなわち、前述のＮ及びＱはいずれも５に等しい。次いで、論理回路３４は、これら５個の画素に電気的に接続されているマルチプレクサ３０２を制御して行選択信号をそれら５個の画素に送信させ、読出回路３６が行順に検知領域３０４内で５個の画素によって生成される信号を読むことを可能にする。言い換えると、読出回路３６は検知領域３０４内の画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９を順に読み出す。すなわち、読出回路３６によって最初に読み出される行は画素Ｐ２及びＰ６を有し、読出回路３６によって２番目に読み出される行は画素Ｐ１、Ｐ５及びＰ９を有する。本実施例で、検知領域３０４は可変であり、ブーティング（booting）の間に自己較正により設定され得る。更に、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡がランダムな形状を有する場合に、論理回路３４は、後のアルゴリズムが複雑になることを防ぐように、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を含む平行四辺形として検知領域を定めてよい。

留意すべきは、図５の検知領域３０４は画素配列ユニット３０の実質領域を越えるので、走査時間は毎回不安定となり、従って、照射時間（exposure time）の計算は増大しうる。この問題を解決するために、本発明の読出回路３６は、走査時間を毎回一定に保つとともに照射時間の計算を簡単にするように、画素データを読み出す間、検知領域３０４にダミー画素を付加することができる。図７を参照すると、図７は、ダミー画素Ｐ０を有する図５の検知領域３０４を表す説明図である。図７に示されるように、ダミー画素Ｐ０を付加した後、検知領域３０４内の画素は平行四辺形として配置され、各行にある画素の数は同じである。従って、走査時間は毎回一定に保たれ得る。

図８を参照すると、図８は、本発明に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。また、前述のＣＭＯＳイメージセンサ３とともに図４乃至６を参照すると、本発明のＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は次のステップを有する。

最初に、ステップＳ１００は、画素配列ユニット３０によってオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知するよう実行される。後に、ステップＳ１０２は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域３０４を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ１０４は、行選択信号を生成するよう実行される。次いで、ステップＳ１０６は、検知領域３０４内の画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９に電気的に接続されているマルチプレクサを制御して行選択信号を画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９に送信させるよう実行される。最後に、ステップＳ１０８は、行順に検知領域３０４の画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９によって生成される信号を読むよう実行される。

図９を参照すると、図９は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。また、前述のＣＭＯＳイメージセンサ３とともに図７を参照すると、本発明のＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は、検知領域３０４が画素配列ユニット３０の実質領域を越える場合に次のステップを有する。

最初に、ステップＳ２００は、画素配列ユニット３０によってオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知するよう実行される。後に、ステップＳ２０２は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域３０４を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ２０４は、行選択信号を生成するよう実行される。ステップＳ２０６は、検知領域３０４内の画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９に電気的に接続されているマルチプレクサを制御して行選択信号を画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９に送信させる。次いで、ステップＳ２０８は、検知領域３０４が画素配列ユニット３０の実質領域を越えるかどうかを判断するよう実行され、次いで、ステップＳ２１０が、検知領域３０４が画素配列ユニット３０の実質領域を越える場合に実行される。検知領域３０４が画素配列ユニット３０の実質領域を越えない場合は、ステップＳ２１２が実行される。ステップＳ２１０は、ダミー画素Ｐ０を検知領域３０４に付加するよう実行される。ステップＳ２１２は、行順に、もしあればダミー画素Ｐ０と、検知領域３０４の画素Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１、Ｐ５及びＰ９とによって生成される信号を読むよう実行される。

図１０を参照すると、図１０は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサ３’の回路を表す説明図である。図１０に示されるように、ＣＭＯＳイメージセンサ３’は画素配列ユニット３０’、行選択ユニット３２、論理回路３４及び読出回路３６を有する。なお、行選択ユニット３２、論理回路３４及び読出回路３６の原理は上述されたものと同じであり、ここでは詳細に記載されない。本実施例で、画素配列ユニット３０’は４×５の画素配列を有する。言い換えると、画素配列ユニット３０’は２０個の画素Ｐ１〜Ｐ２０を有する。図６の画素配列ユニット３０と比較して、画素配列ユニット３０’のマルチプレクサの数は画素の数より少ない。図１０に示されるように、画素配列ユニット３０’は１７個のマルチプレクサを有する。画素Ｐ１及びＰ２は１個の単一マルチプレクサ３０２ａに電気的に接続され、画素Ｐ３及びＰ４は１個の単一マルチプレクサ３０２ｂに電気的に接続され、画素Ｐ１１及びＰ１２は１個の単一マルチプレクサ３０２ｃに電気的に接続されている。すなわち、本発明は、マルチプレクサの数を減らすように、１個のマルチプレクサを用いて１よりも多い画素を同時に制御してよい。１個の単一マルチプレクサに電気的に接続されている画素の数は、実際の用途に基づいて決定され得、図１０に示されるように２個に限定されない。留意すべきは、１個の単一マルチプレクサに電気的に接続されている少なくとも２個の画素が存在する場合に、その少なくとも２個の画素は画素配列ユニット３０’の異なる列に配置される。図１０に示されるように、画素Ｐ１及びＰ２は異なる列に配置され、画素Ｐ３及びＰ４は異なる列に配置され、画素Ｐ１１及びＰ１２は異なる画素に配置されている。望ましくは、１個の単一マルチプレクサに電気的に接続されている画素は、画素配列ユニット３０’の１つの行に配置されてよい。しかし、本発明は斯かる配置に限られない。図１０に示されるように、画素Ｐ１及びＰ２は１つの行に配置され、画素Ｐ３及びＰ４は１つの行に配置され、画素Ｐ１１及びＰ１２は１つの行に配置されている。

図１１及び図１２を参照すると、図１１は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサ５を表す説明図であり、図１２は、画素データの読出順序を表す時間シーケンス図である。図１１に示されるように、ＣＭＯＳイメージセンサ５は、画素配列ユニット５０、列選択ユニット５２、論理回路５４、読出回路５６及びフレームバッファ５８を有する。列選択ユニット５２、論理回路５４及び読出回路５６は画素配列ユニット５０に電気的に接続されており、フレームバッファ５８は読出回路５６に電気的に接続されている。図１１に示される４×３の画素配列は説明のためにのみ用いられ、本発明はそのように限定されない。画素Ｐ１〜Ｐ１２は、オブジェクトから反射された光を吸収して、その吸収した光を電気信号に変換することができる。通常、画素Ｐ１〜Ｐ１２はトランジスタ及びフォトダイオードを有する。留意すべきは、画素Ｐ１〜Ｐ１２の構造及び原理は当業者が容易に想到することができるものであり、従って、ここでは詳述されない。

列選択ユニット５２は、コントローラ（図示せず。）から時間シーケンス信号及び制御信号を受信して、列選択信号を生成する。列選択信号は、画素配列ユニット５０の画素Ｐ１〜Ｐ１２を制御してデータを出力させるために用いられる。論理回路５４は、画素配列ユニット５０によって検知されるオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域を決定するために用いられる。読出回路５６は、列順に検知領域の画素によって生成される信号を読むために用いられる。後に、フレームバッファ５８は出力データを列順から行順に変換する。

例えば、ユーザがオブジェクト（例えば、指、スタイラス等）（図示せず。）を用いてＣＭＯＳイメージセンサ５に備えられている光学ポジショニングシステム（図示せず。）を操作する場合に、画素配列ユニット５０はオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知する。後に、論理回路５４は、画素配列ユニット５０によって検知されたオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域５０４を決定する。図１１に示されるように、検知領域５０４は５個の画素Ｐ２、Ｐ３、Ｐ７、Ｐ８及びＰ１２を有する。留意すべきは、図１１の検知領域５０４は画素配列ユニット５０の実質領域を越えるので、走査時間は毎回不安定になり、従って、照射時間の計算は増大しうる。この問題を解決するために、本発明の読出回路５６は、走査時間を毎回一定に保つとともに照射時間の計算を簡単にするように、画素データを読み出す間、検知領域５０４にダミー画素を付加することができる。

列選択ユニット５２によって生成される列選択信号に基づいて、読出回路５６は、列順に検知領域５０４の画素によって生成される信号を読み出す。読出順序はＰ０、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ７、Ｐ８及びＰ１２の通りである。後に、フレームバッファ５８は出力データを列順から行順に変換する。図１２に示されるように、フレームバッファ５８によって変換された後、読出順序はＰ０、Ｐ３、Ｐ８、Ｐ２、Ｐ７及びＰ１２のように変更される。更に、本実施例で、走査ラインはオブジェクトの外形（contour）に直交しないので、走査結果は斜角性を示しうる。本発明は、前述の問題を改善するように、フレームバッファ５８を用いて画素データを再配置する。

図１３を参照すると、図１３は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサ７を表す説明図である。図１３に示されるように、ＣＭＯＳイメージセンサ７は、画素配列ユニット７０、行選択ユニット７２、論理回路７４及び読出回路７６を有する。行選択ユニット７２及び読出回路７６は画素配列ユニット７０に電気的に接続されている。論理回路７４は読出回路７６に電気的に接続されている。

画素配列ユニット７０は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知するために用いられる。本実施例で、画素配列ユニット７０はＭ個の画素７００を有する。Ｍは正の整数である。更に、画素７００は、オブジェクトから反射された光を吸収して、その吸収した光を電気信号に変換することができる。通常、画素７００はトランジスタ及びフォトダイオードを有する。留意すべきは、画素７００の構造及び原理は当業者が容易に想到することができるものであり、従って、ここでは詳述されない。

行選択ユニット７２は、コントローラ（図示せず。）から時間シーケンス信号及び制御信号を受信して、行選択信号を生成する。行選択信号は、画素配列ユニット７０の画素７００を制御してデータを出力させるために用いられる。読出回路７６は、画素配列ユニット７０の画素７００によって生成される信号を読み出す。論理回路７４は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域を決定するために用いられる。検知領域はＭ個の画素７００のうちＮ個を有する。なお、ＮはＭより小さいか又はそれに等しい正の整数である。後に、論理回路７４は、検知領域内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定し、読出回路７６を制御して行順に各行の最初の画素から最後の画素を読ませ、Ｎ個の画素によって生成される信号を出力する。

図１４及び図１５を参照すると、図１４は、３×３の画素配列を有する図１３の画素配列ユニット７０を表す説明図であり、図１５は、図１４のＣＭＯＳイメージセンサ７の回路を表す説明図である。図１４及び図１５に示される３×３画素配列は、例えば、本発明の特徴を表すために用いられる。

ユーザがオブジェクト（例えば、指、スタイラス等）（図示せず。）を用いてＣＭＯＳイメージセンサ７に備えられている光学ポジショニングシステム（図示せず。）を操作する場合に、画素配列ユニット７０はオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知する。後に、論理回路７４は、画素配列ユニット７０によって検知されたオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に従って検知領域７０４を決定する。図１４に示されるように、検知領域７０４は５個の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６及びＰ９を有する。すなわち、前述のＮは５に等しい。更に、画素Ｐ１及びＰ２は１行目に配置され、画素Ｐ５及びＰ６は２行目に配置され、画素Ｐ９は３行目に配置されている。次いで、論理回路７４は、検知領域７０４内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定する。図１４に示されるように、検知領域７０４内の１行目については、最初の画素はＰ１であり、最後の画素はＰ２である。また、検知領域７０４内の２行目については、最初の画素はＰ５であり、最後の画素はＰ６である。最後に、検知領域７０４内の３行目については、最初の画素はＰ９であり、最後の画素もＰ９である。次いで、論理回路７４は、読出回路７６を制御して行順に各行の最初の画素から最後の画素を読ませ、検知領域７０４内の５個の画素によって生成される信号を出力する。本実施例で、読出回路７６は検知領域７０４内の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６及びＰ９を順に読み出す。

本実施例で、検知領域７０４は可変であり、ブーティングの間に自己較正により設定され得る。更に、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡がランダムな形状を有する場合に、論理回路７４は、後のアルゴリズムが複雑になることを防ぐように、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を含む平行四辺形として検知領域を定めてよい。

留意すべきは、図１４の検知領域７０４は画素配列ユニット７０の実質領域を越えるので、走査時間は毎回不安定となり、従って、照射時間の計算は増大しうる。この問題を解決するために、本発明の読出回路７６は、走査時間を毎回一定に保つとともに照射時間の計算を簡単にするように、画素データを読み出す間、検知領域７０４にダミー画素を付加することができる。図１６を参照すると、図１６は、ダミー画素Ｐ１０を有する図１４の検知領域７０４を表す説明図である。図１６に示されるように、ダミー画素Ｐ１０を付加した後、検知領域７０４内の画素は平行四辺形として配置され、各行にある画素の数は同じである。従って、走査時間は毎回一定に保たれ得る。このとき、検知領域７０４内の３行目については、最初の画素はＰ９であり、最後の画素はダミー画素Ｐ１０である。

図１７を参照すると、図１７は、本発明の他の実施例に従う検知領域７０４’を表す説明図である。前述の平行四辺形に加えて、本発明の読出回路７６は、また、適切な設定により、図１７に示される検知領域７０４’内の画素データの読出及び出力を行ってよい。留意すべきは、検知領域７０４’内の２行目は６個の画素Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１４、Ｐ１５及びＰ１６を有し、画素Ｐ１０〜Ｐ１２と残りの画素Ｐ１４〜Ｐ１６との間には中断が存在するので、論理回路７４は画素Ｐ１０〜Ｐ１２について最初の画素及び最後の画素を決定するとともに、画素Ｐ１４〜Ｐ１６について他の最初の画素及び他の最後の画素を決定する。言い換えると、画素Ｐ１０〜Ｐ１２については、最初の画素はＰ１０であり、最後の画素はＰ１２であり、画素Ｐ１４〜Ｐ１６については、最初の画素はＰ１４であり、最後の画素はＰ１６である。従って、図１７に示される２行目については、読出回路７６は、最初に最初の画素Ｐ１０から最後の画素Ｐ１２を読み出し、次いで他の最初の画素Ｐ１４から他の最後の画素Ｐ１６を読み出す。すなわち、読出回路７６によって読み出される各行内の画素は連続又は不連続であってよく、それは検知領域に依存する。

図１８を参照すると、図１８は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。また、前述のＣＭＯＳイメージセンサ７とともに図１３乃至１５を参照すると、本発明のＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は次のステップを有する。

最初に、ステップＳ３００は、画素配列ユニット７０によってオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知するよう実行される。後に、ステップＳ３０２は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域７０４を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ３０４は、画素配列ユニット７０の画素を制御して信号を出力させる行選択信号を生成するよう実行される。次いで、ステップＳ３０６は、検知領域７０４内の行毎に最初の画素及び最後の画素を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ３０８は、行順に各行の最初の画素から最後の画素を読み出すよう実行される。最後に、ステップＳ３１０は、検知領域７０４の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６及びＰ９によって生成される信号を出力するよう実行される。

図１９を参照すると、図１９は、本発明の他の実施例に従うＣＭＯＳイメージセンサの動作方法を表すフローチャートである。また、前述のＣＭＯＳイメージセンサ７とともに図１６を参照すると、本発明のＣＭＯＳイメージセンサの動作方法は、検知領域７０４が画素配列ユニット７０の実質領域を越える場合に次のステップを有する。

最初に、ステップＳ４００は、画素配列ユニット７０によってオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡を検知するよう実行される。後に、ステップＳ４０２は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域７０４を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ４０４は、画素配列ユニット７０の画素を制御して信号を出力させる行選択信号を生成するよう実行される。ステップＳ４０６は、検知領域７０４が画素配列ユニット７０の実質領域を越えるかどうかを判断するよう実行され、次いで、ステップＳ４０８が、検知領域７０４が画素配列ユニット７０の実質領域を越える場合に実行される。検知領域７０４が画素配列ユニット７０の実質領域を越えない場合は、ステップＳ４１０が実行される。ステップＳ４０８は、ダミー画素Ｐ１０を検知領域７０４に付加するよう実行される。ステップＳ４１０は、検知領域７０４内の行毎に最初の画素及び最後の画素を決定するよう実行される。次いで、ステップＳ４１２は、行順に各行の最初の画素から最後の画素を読み出すよう実行される。最後に、ステップ４１４は、検知領域７０４の画素Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６及びＰ９と、もしあればダミー画素Ｐ１０によって生成される信号を出力するよう実行される。

先行技術と比較して、本発明はマルチプレクサを用いて画素データの出力を制御する。論理回路は、各行選択信号によって選択される走査ラインのスロープ（slope）を定義するようマルチプレクサを制御することができる。更に、本発明は、最初に列順に検知領域の画素データを読み出し、次いでフレームバッファを用いることで出力データを列順から行順に変換することができる。更に、本発明は、論理回路に読出回路を付加し、論理回路を用いて、検知されるオブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域内で行毎に始点（すなわち、前述の「最初の画素」）及び終点（すなわち、前述の「最後の画素」）を決定することで、読出回路を制御して検知領域内の画素データを出力させることができる。本発明は、オブジェクト又はオブジェクトの移動軌跡に対応する検知領域内の画素データを出力することしか必要でないので、動作周波数及び電力消費は実質的に低減され得る。更に、検知領域が画素配列ユニットの実質領域を越えると論理回路が判断すると、読出回路はダミー画素を検知領域に付加して、走査時間を毎回一定に保つとともに照射時間の計算を簡単にすることができる。

当業者には明らかなように、装置及び方法の多数の変形及び代替は本発明の教示を保ちながら行われてよい。

３，３’，５，７ ＣＭＯＳイメージセンサ
３０，３０’，５０，７０ 画素配列ユニット
３２，７２ 行選択ユニット
３４，５４，７４ 論理回路
３６，５６，７６ 読出回路
３００，７００ 画素
３０２ マルチプレクサ
３０４，５０４，７０４，７０４’ 検知領域
５２ 列選択ユニット
５８ フレームバッファ
Ｐ０，Ｐ１０ ダミー画素

Claims (14)

1. 整数Ｍ個の画素及びＭ以下の整数Ｐ個のマルチプレクサを有し、前記Ｍ個の画素の夫々は前記Ｐ個のマルチプレクサの１つに電気的に接続される、オブジェクトを検知する画素配列ユニットと、
   前記Ｐ個のマルチプレクサに電気的に接続され、行選択信号を生成する行選択ユニットと、
   前記Ｐ個のマルチプレクサに電気的に接続され、前記オブジェクトに対応する検知領域を決定する論理回路と
   を有し、
   前記検知領域は、前記Ｍ個の画素のうちＭ以下の整数Ｎ個の画素を有し、
   前記論理回路は、前記Ｎ個の画素に電気的に接続されているＮ以下且つＰ以下のＱ個のマルチプレクサを制御して、前記行選択信号を前記Ｎ個の画素に送る、ＣＭＯＳイメージセンサ。
2. 前記画素配列ユニットに電気的に接続され、行順に前記検知領域の前記Ｎ個の画素によって生成される信号を読む読出回路を更に有する請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
3. 前記検知領域が前記画素配列ユニットの実質領域を越える場合に、前記読出回路は少なくとも１つのダミー画素を前記検知領域に加える、請求項２に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
4. 前記検知領域は平行四辺形である、請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
5. ＰがＭより小さい場合に、前記Ｍ個の画素のうち少なくとも２個の画素は、前記Ｐ個のマルチプレクサのうちの１つに同時に電気的に接続され、前記画素配列ユニットの１つの行及び異なる列に配置される、請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
6. ＣＭＯＳイメージセンサの動作方法であって、
   整数Ｍ個の画素及びＭ以下の整数Ｐ個のマルチプレクサを有し、前記Ｍ個の画素の夫々は前記Ｐ個のマルチプレクサの１つに電気的に接続される画素配列ユニットによってオブジェクトを検知するステップと、
   前記Ｍ個の画素のうちＭ以下の整数Ｎ個の画素を有し、前記オブジェクトに対応する検知領域を決定するステップと、
   行選択信号を生成するステップと、
   前記行選択信号を前記Ｎ個の画素に送るよう、前記Ｎ個の画素に電気的に接続されているＮ以下且つＰ以下のＱ個のマルチプレクサを制御するステップと
   を有する方法。
7. 行順に前記検知領域の前記Ｎ個の画素によって生成される信号を読むステップを更に有する請求項６に記載の方法。
8. 前記検知領域が前記画素配列ユニットの実質領域を越える場合に、少なくとも１つのダミー画素を前記検知領域に加えるステップを更に有する請求項６に記載の方法。
9. ＰがＭより小さい場合に、前記Ｍ個の画素のうち少なくとも２個の画素は、前記Ｐ個のマルチプレクサのうちの１つに同時に電気的に接続され、前記画素配列ユニットの１つの行及び異なる列に配置される、請求項６に記載の方法。
10. 整数Ｍ個の画素を有し、オブジェクトを検知する画素配列ユニットと、
    前記画素配列ユニットに電気的に接続され、前記Ｍ個の画素を制御して信号を出力させる行選択信号を生成する行選択ユニットと、
    前記画素配列ユニットに電気的に接続され、前記Ｍ個の画素によって生成される信号を読む読出回路と、
    前記読出回路に電気的に接続され、前記オブジェクトに対応する検知領域を決定する論理回路と
    を有し、
    前記検知領域は、前記Ｍ個の画素のうちＭ以下の整数Ｎ個の画素を有し、
    前記論理回路は、前記検知領域内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定し、前記読出回路を制御して行順に各行の最初の画素から最後の画素を読ませ、前記Ｎ個の画素によって生成される信号を出力する、ＣＭＯＳイメージセンサ。
11. 前記検知領域が前記画素配列ユニットの実質領域を越える場合に、前記読出回路は少なくとも１つのダミー画素を前記検知領域に加える、請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
12. 前記検知領域は平行四辺形である、請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
13. ＣＭＯＳイメージセンサの動作方法であって、
    整数Ｍ個の画素を有する画素配列ユニットによってオブジェクトを検知するステップと、
    前記Ｍ個の画素のうちＭ以下の整数Ｎ個の画素を有し、前記オブジェクトに対応する検知領域を決定するステップと、
    前記Ｍ個の画素を制御して信号を出力させる行選択信号を生成するステップと、
    前記検知領域内で行毎に最初の画素及び最後の画素を決定するステップと、
    行順に各行の最初の画素から最後の画素を読むステップと、
    前記Ｎ個の画素によって生成される信号を出力するステップと
    を有する方法。
14. 前記検知領域が前記画素配列ユニットの実質領域を越える場合に、少なくとも１つのダミー画素を前記検知領域に加えるステップを更に有する請求項１３に記載の方法。

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