JP3382997B2

JP3382997B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3382997B2
Application number: JP10603693A
Authority: JP
Inventors: 泰広大石
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH06303530A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一部領域のみの読み
出しなどの特殊な読み出し機能を有する固体撮像装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２次元イメージセンサより画像デ
ータを読み出す場合、データを垂直方向に行分割し、行
毎ある決められた方向に順次データを読み出すという、
いわゆるラスタ走査を全画面に対して行うのが一般的で
ある。しかしながら、ある特殊な用途においては、デー
タの読み出し順序あるいは読み出すデータ数に関して一
般的な方法と大きく異なる場合がある。

【０００３】例えば、T. Kinugasa et al; "An Electro
nic Zoom Video Camera Using Imager Scanning Contro
l" IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol.
37,No. 3, Aug. 1991 には、ＣＣＤイメージセンサに
対してイメージエリアの一部領域データのみを有効デー
タとして読み出すような駆動を行うことにより、電子ズ
ーム機能を実現した例が解説されている。図10に、その
システムの概略を示す。このシステムは、ＣＣＤイメー
ジセンサ101 ，走査パルス発生回路102 ，ズーム信号処
理回路103 ，コントローラ104 ，及びモニタ105 より構
成されている。そしてコントローラ104 により制御され
る走査パルス発生回路102 によって、有効データ領域10
6 以外の行データが、垂直帰線期間に高速垂直転送され
廃棄される。また有効データ領域106 内部の行のデータ
のみが、通常速で読み出されてズーム信号処理回路103
に送られ、拡大処理されモニタ105 に表示されるように
なっている。

【０００４】また、J. Hojo et al; "A 1/3-in 510(H)
×492(V) CCD Image Sensor with Mirror Image Senso
r" IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. 3
8, No. 5, May 1991 には、ＣＣＤイメージセンサに対
して左右反転した鏡像出力を得るようにしたものが解説
されている。図11に、そのＣＣＤイメージセンサの構成
を示す。このセンサは、画素107 ，垂直転送ＣＣＤ108
，水平転送ＣＣＤ109 ，及び２個の電荷検出アンプ110
-1 ，110-2 によって構成されている。そして水平転送
ＣＣＤとして双方向転送可能なものを採用し、電荷検出
アンプを左右２個を有しているため、読み出しの水平方
向を左右いずれにも設定することができる。したがって
通常出力と鏡像出力が自由に切り換えて出力できるよう
になっている。

【０００５】以上のような特殊な読み出し機構は、ＣＣ
Ｄイメージセンサのような電荷転送型のイメージセンサ
に限らず、ＭＯＳ型イメージセンサのようなＸＹアドレ
ス型のイメージセンサであっても同様に実現可能であ
る。ＸＹアドレス型のイメージセンサは、画像データの
読み出し自由度がＣＣＤイメージセンサに比べて大きい
ことをその特徴としており、例えば特開平４−２７７９
８６号に開示されているような、高速転送を必要としな
い一部領域のみの読み出しが可能な構成とすることがで
きる。

【０００６】図12に、一部領域読み出し可能なＸＹアド
レス型のイメージセンサの構成例を示す。このイメージ
センサは、画素アレイ111 ，水平走査回路112 ，垂直走
査回路113 により構成されており、両走査回路112 ，11
3 は、それらが内蔵するシフトレジスタによってシフト
動作を行う。このイメージセンサの最も大きな特徴は両
走査回路112 ，113 とも３分割されており、シフトレジ
スタの走査開始入力パルスΦ_H1，Φ_H2，Φ_H3及びΦ_V1，
Φ_V2，Φ_V3が、３ステートバッファ114 を介して途中段
より入力できるような構成を有している点である。した
がって、所望の位置から走査を開始することができるた
め、一部領域のみの読み出しが可能となる。

【０００７】また特願平４−１２５３９９号には、双方
向シフトが可能なシフトレジスタが開示されており、こ
のようなシフトレジスタを走査回路に内蔵すれば、ＸＹ
アドレス型のイメージセンサにおいても鏡像出力が可能
である。更にＸＹアドレス型のイメージセンサは、走査
回路の制御により走査方向を上下左右以外、例えば斜め
方向や曲線に沿った方向に設定することが原理的に可能
である。

【０００８】以上のように、本来一般的な全面ラスタ走
査を行うことを動作の基本としているＣＣＤイメージセ
ンサやＭＯＳ型イメージセンサなどのイメージセンサに
対して、駆動方法あるいは周辺回路等の変更を施すこと
によって、データの読み出し順序あるいは読み出すデー
タ数を、さまざまに変更させることのできる画像入力シ
ステムの例が数多く存在する。

【０００９】また非常に読み出し自由度の高いイメージ
センサの例として、O. Yadid-Pechtet al; "Random Acc
ess Photodiode Array for Intelligent Image Captur
e" IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. 3
8, No. 8, Aug. 1991 には、画素アレイの水平及び垂直
方向にデコーダを設けた例が解説されている。図13に、
そのイメージセンサの構成を示す。このイメージセンサ
は、画素アレイ115 ，行デコーダ116 ，列デコーダ117
，列選択回路118 及び出力回路119 により構成されて
おり、この構成によれば、画素選択は両デコーダ116 ，
117 に入力される座標情報に基づいて行われるため、ラ
ンダムアクセスすなわち画素アレイ内の任意の画素の出
力の読み出しが可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のような特殊な画
像データの読み出しを実行する場合、イメージセンサの
駆動方法が極めて複雑なものとなり、そのための駆動回
路も複雑且つ大規模なものとなってしまうという問題が
生じる。例えば、図10に示したイメージセンサシステム
の場合、高速転送と通常速転送を混在させる必要から、
イメージセンサに与えるべき走査パルスは非常に複雑な
ものであり、それに伴ってセンサ周辺の駆動回路も非常
に複雑なものとならざるをえない。またこのシステムの
場合、それに加えて、コントローラとしてコンピュータ
の利用を前提とするという大規模なものになっている。

【００１１】また図13に示したデコーダを備えたイメー
ジセンサの場合にも、センサの取り扱い性能が悪化する
という問題が生じる。すなわち座標情報を一画素読み出
す度に入力する必要があるというセンサ制御の複雑さに
加え、入出力端子数が膨大になるという点がセンサの取
り扱いを非常に煩わしいものにしてしまう。画素アレイ
の規模が高々 256×256 程度であっても、座標情報を入
力する端子数だけで16端子も必要となる。それだけでも
通常のイメージセンサより遙かに多い入出力端子数とい
える上に、実際にはそれ以上に大規模な画素アレイが必
要となる場合が多い。また入出力端子数の増加を避ける
ために、座標情報をシリアル入力としてしまうと、読み
出しスピードの大幅な低下によって画像入力システムと
しての基本性能が大いに損なわれる。

【００１２】また、これら特殊な読み出し機能を実現す
る際の問題点は、画像入力システムとしての非効率性と
も大いに関連がある。特殊な読み出し機能を必要とする
現実の画像入力システムをみると、必ずしもあらゆる読
み出しパターンに対応する必要がない場合が殆どであ
る。例えば電子ズーム機能について言えば、画像のアス
ペクト比が保存されぬような読み出しパターンは不要で
ある。つまり、ある画像入力システムに必要となる読み
出しパターンは限定されると考えてよい。言い換える
と、特殊な読み出し機能を有する画像入力システムを構
築する上で、イメージセンサとしては潜在的に高い自由
度を有している必要はあるものの、システムとしてその
高い自由度を全て完全に実現している必要は全くない。
そして用途に応じて、備える読み出しパターンの種類を
変更できる程度の自由度さえあればよい。したがって、
既に問題としてあげた駆動回路の複雑さや入出力端子数
の多さといった点は、現実の画像入力システムが実現す
べき機能とのバランスを大いに欠くものであるといえ、
あらゆる面で非効率であることになる。

【００１３】本発明は、従来の特殊な読み出し機能を備
えた固体撮像装置において、現実的に不要な機能までも
システムに取り込んでしまうという非効率性と、その非
効率性に起因する駆動回路あるいはシステムの複雑さ、
また膨大な入出力端子数などの問題点を解決するために
なされたもので、入力すべき情報量を圧縮してセンサ周
辺の駆動回路の複雑化を回避し、システム規模の縮小化
を図った固体撮像装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、２次元に配列された光電変換素
子アレイと、垂直転送ＣＣＤと、水平転送ＣＣＤと、電
荷検出アンプとからなるＣＣＤ固体撮像装置、あるいは
２次元に配列された光電変換素子アレイと、行選択を行
うための垂直走査手段と、列選択を行うための水平走査
手段とからなるＸＹアドレス型固体撮像装置、あるいは
また２次元に配列された光電変換素子アレイと、行選択
を行うための行デコーダと、列選択を行うための列デコ
ーダとからなるランダムアクセス可能な固体撮像装置に
おいて、パターン符号化された複数種類の読み出し動作
にそれぞれ対応した走査パラメータを記憶する走査パラ
メータ記憶手段と、外部入力された所望の読み出しパタ
ーン符号に基づいて前記走査パラメータ記憶手段内の前
記パターン符号に相当する走査パラメータを走査制御手
段へ送出する走査パターン入力回路と、前記垂直転送Ｃ
ＣＤ及び前記水平転送ＣＣＤに対し前記入力された読み
出しパターン符号に対応する駆動信号を送出する走査制
御手段、あるいは前記垂直走査手段及び前記水平走査手
段に対し前記入力された読み出しパターン符号に対応す
る駆動信号を送出する走査制御手段、あるいはまた前記
行デコーダ及び前記列デコーダに対し前記入力された読
み出しパターン符号に対応する駆動信号を送出する走査
制御手段とを、光電変換素子アレイと同一基板上に設
け、外部から入力された読み出しパターン符号に基づく
読み出し動作を可能とするようにして固体撮像装置を構
成するものである。

【００１５】このような構成によって、特殊なパターン
の読み出しを実行するために必要となる膨大な情報は、
センサ内に存在することになり、それに比べて遙に小さ
な情報量しか持たない所望の読み出しパターン符号を入
力するだけで、特殊なパターンの読み出しが実現でき
る。すなわち入力すべき情報量が圧縮されることによっ
て、センサ周辺の駆動回路が複雑化することが避けら
れ、システム規模の縮小化された固体撮像装置を実現す
ることができる。

【００１６】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る固体撮像装置の第１の実施例を示すブロック構
成図である。この実施例は、本発明をＣＣＤ固体撮像装
置に適用したものである。図１において、１はセンサチ
ップで、該センサチップ１は、垂直転送ＣＣＤとフォト
ダイオードよりなる画素アレイ２，水平転送ＣＣＤ３，
電荷検出アンプ４，走査パターン入力回路５，走査パラ
メータ記憶部６，データラッチ７，垂直転送クロック制
御回路８により構成されている。この実施例に示すよう
に、本発明の最大の特徴は、センサチップ１内に走査パ
ラメータ記憶部６を有することであり、ここにはいくつ
かの特殊な読み出しパターンについての走査パラメー
タ、例えば走査開始位置座標などが、符号化されて記憶
されている。なおセンサ駆動に必要な基本的なクロック
信号である垂直転送クロック，水平転送クロック，垂直
転送開始クロック，水平転送開始クロックなどは、図１
には省略し図示していない。

【００１７】この実施例の固体撮像装置の動作の概略
は、次のとおりである。まず画像情報の読み出し動作を
実行するにあたって、いくつかの読み出しパターンにつ
いての走査パラメータを、走査パラメータ記憶部６の決
められたアドレスへ予め記憶させておく。次に所望の読
み出しパターンに相当するパターン符号Ｄ_Pを走査パタ
ーン入力回路５に入力する。パターン符号Ｄ_Pは、読み
出しパターンを区別するために、各パターンに割り当て
られる符号である。例えば、必要となる読み出しパター
ンの数が８であれば、これら全てのパターンは３ビット
のデジタル信号で表すことができる。

【００１８】走査パターン入力回路５は入力されたパタ
ーン符号Ｄ_Pに基づいて、走査パラメータ記憶部６より
必要な走査パラメータを、データラッチ７を介して垂直
転送クロック制御回路８へ送る。垂直転送クロック制御
回路８は走査パラメータに応じた垂直転送クロックを垂
直転送ＣＣＤに印加し、その結果、出力端子より所望の
読み出しパターンによる出力信号ＯＵＴを得ることがで
きる。なお走査パターン入力回路５に入力されるパター
ン読み込み制御信号ＣＮＴ_Pは、パターン符号Ｄ_Pをセ
ンサ内に取り込むタイミングを制御するための信号であ
る。

【００１９】次に、更に具体的な例を用いて本実施例を
説明する。この具体例では特殊な読み出しパターンの例
として、図２に示すように、垂直に５分割された画素ア
レイに対する読み出しパターンＡ，Ｂ，Ｃを考える。な
お、ここでは水平走査方向にＸ軸をとり、垂直走査方向
にＹ軸をとるものとする。パターンＡは通常の全面読み
出しであり、パターンＢ，Ｃは従来例で解説したような
一部領域の読み出しである。一部領域の読み出しについ
ては、有効データ領域以外の行データは高速垂直転送さ
れ廃棄される。すなわち、この場合の読み出しパターン
に必要とされるのは、垂直転送クロックの制御、つまり
高速転送用クロックと低速転送用クロックの切り換えで
ある。また各読み出しパターンの相違点は、その有効行
数である。Ｙ軸における座標値で表すと、パターンＡは
座標ｙ₁からｙ₆までが有効行となり、パターンＢは座
標ｙ₂からｙ₅までが有効行となり、パターンＣは座標
ｙ₃からｙ₄までが有効行となる。これらの座標値によ
り全てのパターンを数値的に記述することができる。し
たがって、これらの座標値を符号化して走査パラメータ
記憶部に格納しておけば、読み出しパターンＡ，Ｂ，Ｃ
を実行するために必要且つ十分な情報を、センサ内に保
持できていることになる。これらパラメータ群を表１に
まとめて示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】図３は、このようなパターン読み出しに適
した固体撮像装置の構成の詳細なブロック図である。図
３は、図１における走査パターン入力回路５，走査パラ
メータ記憶部６，垂直転送クロック制御回路８について
の具体的な構成例を示すものである。なお図中、Φ_sys
はセンサ内部のタイミングを制御するための基準クロッ
クである。走査パターン入力回路５は、２つの要素から
構成される。すなわち第１の構成要素であるパターン選
択回路９は、パターン符号Ｄ_Pに応じて走査パラメータ
記憶部６の適切なアドレスをアクセスする機能をもって
いる。第２の構成要素であるタイミングコントローラ10
は、パターン符号Ｄ_Pのパターン選択回路９への取り込
み動作、パターン選択回路９の走査パラメータ記憶部６
へのアクセス動作、及び走査パラメータ記憶部６から垂
直転送クロック制御回路８への走査パラメータ受渡し動
作などのタイミング制御を一括して行う。

【００２２】走査パラメータ記憶部６は、メモリＡ，
Ｂ，Ｃに３分割されており、それぞれがパターンＡ，
Ｂ，Ｃに対応した走査パラメータを記憶している。メモ
リＡ，Ｂ，Ｃより取り出された走査パラメータは、デー
タラッチ７を介して垂直転送クロック制御回路８に送ら
れる。垂直転送クロック制御回路８も３つの要素から構
成されている。第１の構成要素である走査ビットカウン
タ11は、垂直転送回数を転送開始時点より積算するため
の回路であり、ある時点で読み出される行データの、図
２に示した５分割画素アレイにおけるＹ座標値を出力す
る役目を持っている。第２の構成要素である座標一致検
出回路12は、走査ビットカウンタ11の出力とデータラッ
チ７に保持されているデータとの比較を行って、両者の
一致を検出する回路である。第３の構成要素であるクロ
ックセレクタ13は、入力される２種の垂直転送クロッ
ク、すなわち高速転送用のクロックΦ_VFと低速転送用の
クロックΦ_VSを切り換えて垂直転送ＣＣＤに出力するた
めの回路である。またクロックセレクタ13に入力されて
いる垂直転送開始パルスΦ_STは、垂直転送の開始を制御
するための信号である。

【００２３】次に、このように構成されている固体撮像
装置の動作について説明する。まず予めパターンＡ，
Ｂ，Ｃに対応した走査パラメータ、すなわち有効行開始
座標と有効行終了座標をメモリＡ，Ｂ，Ｃに格納してお
く。ここでパターン符号Ｄ_Pとして、パターンＢを示す
符号をパターン選択回路９に入力した場合を考える。パ
ターン読み込み制御信号ＣＮＴ_Pによってパターン読み
込みがセンサ外部より指示されると、タイミングコント
ローラ10の制御により、パターン選択回路９がパターン
Ｂの走査パラメータが格納されている走査パラメータ記
憶部６のメモリＢをアクセスする。アクセスされたメモ
リＢより有効行開始座標としてｙ₂が、有効行終了座標
ｙ₅がデータラッチ７に送られて保持される。ここまで
がパターン情報の取り込み動作であり、画像データの読
み出しはデータラッチ７に有効行開始座標と有効行終了
座標の情報が保持されている状態で可能となる。

【００２４】この状態において、垂直転送開始パルスΦ
_STによって垂直転送の開始が指示されると、まずクロッ
クセレクタ13は高速転送用のクロックΦ_VFを垂直転送Ｃ
ＣＤに出力する。同時に高速転送用のクロックΦ_VFと同
じ周期を有するクロック信号が走査ビットカウンタ11に
送られ、垂直転送回数の積算が開始される。座標一致検
出回路12では、走査ビットカウンタ11から出力されるＹ
座標データと有効行開始座標ｙ₂との比較を行う。両者
の一致が検出されると、座標一致検出回路12はクロック
セレクタ13に対して一致検出信号を送る。それを受けて
クロックセレクタ13は垂直転送ＣＣＤに出力するクロッ
クを、高速転送用のクロックΦ_VFから低速転送用のクロ
ックΦ_VSに切り換える。同時に走査ビットカウンタ11に
送られるクロック信号も、低速転送用のクロックΦ_VSと
同じ周期を有するものに切り換えられる。この時点から
有効データ領域のデータ読み出しが開始する。

【００２５】座標一致検出回路12は一致検出信号を送っ
た直後に、走査ビットカウンタ11から出力されるＹ座標
データと有効行終了座標ｙ₅との比較を開始する。有効
データ領域のデータ読み出しが完了し、走査ビットカウ
ンタ11の出力が有効行終了座標ｙ₅に至ると、再び座標
一致検出回路12は一致検出信号をクロックセレクタ13に
対して送る。それを受けてクロックセレクタ13は垂直転
送ＣＣＤに出力するクロックを低速転送用のクロックΦ
_VSから高速転送用のクロックΦ_VFに切り換える。そして
有効データ領域以外の行データが廃棄処理される。

【００２６】この実施例のＣＣＤ固体撮像装置における
入出力端子数については、パターン符号Ｄ_Pやパターン
読み込み制御信号ＣＮＴ_Pに対する入力端子が追加され
ることになるが、せいぜい数端子の増加である。また本
実施例における入力信号の複雑度についていえば、まず
Φ_VS，Φ_VF，Φ_STなどのＣＣＤ駆動用クロックは、通常
の全面ラスタ走査を行う場合と同等な信号である。また
パターン符号Ｄ_Pはビット数の少ない単純なデジタル符
号であり、基準クロックΦ_sys及びパターン読み込み制
御信号ＣＮＴ_Pも単純なクロック信号である。したがっ
て、センサ駆動時に入力すべき情報量は、一部領域読み
出しを実現するために本来必要となる座標情報と比較し
て、明らかに大幅に圧縮され、センサ周辺の駆動回路は
通常の全面読み出しのみ可能な固体撮像装置の場合と同
等の複雑度をもつ構成でよいことになる。

【００２７】更に走査パラメータ記憶部として、例えば
マスクＲＯＭのようにセンサ製造時などに書き込みを行
うものを用いる場合には、センサ周辺回路として走査パ
ラメータ記憶部に対するデータ書き込み手段を有する必
要がなくなる。すなわち本実施例の構成によれば、セン
サ周辺の駆動回路は簡単な構成で済み、膨大な入出力端
子数を備える必要もなくなり、小規模ながら必要な特殊
な読み出し機能を全て備えた非常に効率的な画像入力シ
ステムとなるＣＣＤ固体撮像装置を構築することができ
る。

【００２８】なお、図１に示したＣＣＤ固体撮像装置を
構成する各ブロックの具体的な回路構成については、セ
ンサ外部からのパターン指定を受けて、予め内部に保持
していた走査パラメータを基に画像信号読み出しを行う
という本発明の主旨に沿う限りにおいて、如何なる回路
構成であっても構わない。また走査パラメータの走査パ
ラメータ記憶部への書き込み手段、あるいは書き換えが
可能であれば消去手段、についても特に制限は存在しな
い。すなわちマスクＲＯＭやＥＰＲＯＭなどの一般に半
導体メモリとして知られているメモリ構成は、全て本発
明に適用可能である。但し、システムとして走査パラメ
ータの書き換え機能をもたせる場合には、書き換えのた
めの制御回路をセンサ周辺回路として追加する必要があ
る。

【００２９】また本実施例は、特殊なセンサ制御として
一部領域読み出しに伴う垂直転送クロック制御に限って
説明したが、それ以外の制御、例えば水平転送ＣＣＤの
転送方向制御などであっても、走査パラメータとして符
号化が可能であって、且つセンサ内にその制御回路を内
蔵可能なものである限り、本発明は適用可能である。

【００３０】次に、本発明の第２の実施例を図４のブロ
ック構成図に基づいて説明する。この実施例は、ＸＹア
ドレス型固体撮像装置に本発明を適用したものである。
図４において、21はセンサチップで、該センサチップ21
は、画素アレイ22，水平走査回路23，垂直走査回路24，
水平走査制御回路25，垂直走査制御回路26，データラッ
チ27，28，走査パターン入力回路29，走査パラメータ記
憶部30により構成されている。なおセンサ駆動に必要な
基本的なクロック信号である水平走査クロック，垂直走
査クロック，水平走査開始クロック，垂直走査開始クロ
ックなどは、図４には省略し図示していない。

【００３１】このように構成されているＸＹアドレス型
固体撮像装置の動作の概略は、次のとおりである。まず
画像情報の読み出し動作を実行するにあたって、いくつ
かの読み出しパターンについての走査パラメータを、走
査パラメータ記憶部30の決められたアドレスへ予め記憶
させておく。次に所望の読み出しパターンに相当するパ
ターン符号Ｄ_Pを走査パターン入力回路29に入力する。
走査パターン入力回路29はパターン符号Ｄ_Pに基づい
て、走査パラメータ記憶部30より必要な走査パラメータ
を、データラッチ27，28を介して水平走査制御回路25及
び垂直走査制御回路26へ転送する。水平走査制御回路25
及び垂直走査制御回路26は、走査パラメータに応じた走
査パルスを水平走査回路23及び垂直走査回路24に印加
し、その結果、出力端子より所望の読み出しパターンに
よる出力信号ＯＵＴを得ることができる。なおパターン
読み込み制御信号ＣＮＴ_Pは、パターン符号Ｄ_Pをセン
サ内に取り込むタイミングを制御するための信号であ
る。

【００３２】次に、更に具体的な例を用いて本実施例を
説明する。この具体例では特殊な読み出しパターンの例
として、図５に破線で示すようなパターンを考える。図
５は、典型的なＸＹアドレス型固体撮像装置の基本的な
構成要素である画素アレイ22，垂直走査回路24及び水平
走査回路23を示すものである。なおここで想定している
ＸＹアドレス型固体撮像装置は、各画素の出力を点順次
で読み出せるタイプのものである。また垂直走査回路24
及び水平走査回路23は従来例で解説したような途中ビッ
トより走査を開始することが可能で、且つ双方向走査が
可能であるものとする。なお走査開始可能ビットは、走
査回路の両端及び中央部であるものとする。また画素ア
レイ22において水平走査方向にＸ軸をとり、垂直走査方
向にＹ軸をとるものとし、走査方向は、両座標軸につい
て正方向を正転方向、負方向を反転方向と定義する。

【００３３】図５に示すパターンは、三角形の辺に沿っ
た読み出しパターンである。座標（ｘ₁，ｙ₂）より座
標（ｘ₂，ｙ₁）まで水平方向に正転走査、垂直方向に
反転走査を行い、更に座標（ｘ₃，ｙ₂）まで水平方向
及び垂直方向ともに正転走査を行い、更に座標（ｘ₁，
ｙ₂）まで水平方向にのみ反転走査を行う。この読み出
しパターンを正確に記述するための走査パラメータは、
例えば表２に示すようなものであればよい。

【００３４】

【表２】

【００３５】これらの走査開始座標，全走査ビット数，
初期走査方向，走査反転座標，走査周波数を符号化し
て、走査パラメータ記憶部30に格納しておけば、センサ
内部でこれらの読み出しパターンを実行するについて、
必要且つ十分な情報を保持できていることになる。なお
表２においてＮ_Hは水平画素数、Ｎ_Vは垂直画素数を表
している。

【００３６】図６は、このようなパターン読み出しに適
した固体撮像装置の構成の詳細なブロック図である。図
６は、図４における走査パターン入力回路29，走査パラ
メータ記憶部30，垂直走査制御回路26の具体的な構成を
示すものである。なおここでは、走査パラメータ記憶部
30がマスクＲＯＭによって構成されている場合を説明す
る。また図６は、垂直走査の制御部のみを抜き出したも
のであって、垂直走査制御回路を水平走査制御回路に置
き換えることによって水平走査の制御部となる。

【００３７】走査パターン入力回路29は３つの要素から
構成されている。その第１は、パターン符号Ｄ_Pをデコ
ードして適切な制御信号を発生するパターン符号デコー
ダ31である。第２は、その制御信号に従い走査パラメー
タ記憶部30に対して、必要な情報が格納されているメモ
リアドレスの指定を行うメモリアドレス制御回路32であ
る。このメモリアドレス制御回路32は、あるパターン符
号Ｄ_Pに対して、決められたアドレスを決められた順序
でアクセスするようにプログラムされている。この際に
アクセスしていくアドレスは、ある連続する数字の列で
よいため、このメモリアドレス制御回路32はカウンタに
よって簡単に構成できる。第３は、走査パターンの入力
タイミングを管理するタイミングコントローラ33であ
る。このタイミングコントローラ33は基準クロックΦ
_sysに従って動作する回路であって、パターン符号Ｄ_P
の読み込み、メモリアドレスの指定など、走査パターン
入力に関する全ての動作のタイミングを制御している。

【００３８】走査パラメータ記憶部30は、アドレスデコ
ーダ34，メモリアレイ35，出力バッファ36により構成さ
れる。メモリアドレス制御回路32によって指定されるア
ドレスに記憶されている走査パラメータが、順次出力バ
ッファ36より出力され、データラッチ28を構成する４つ
のデータラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに転送される。４つのデ
ータラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、垂直走査制御回路26の４
つの機能ブロックに対応させて設けられている。

【００３９】次に、垂直走査制御回路26の４つの機能ブ
ロックについて説明する。走査ビットカウンタ37は、走
査開始からの走査ビット数の積算を行い、ある時点で走
査の対象となっているビットのＹ座標データを出力す
る。データラッチＡには全走査ビット数が格納されてい
る。次に走査開始座標制御回路38は走査を開始する位置
を制御するための回路であり、データラッチＢには走査
開始座標を格納している。次に走査方向制御回路39は走
査方向を制御するための回路であり、データラッチＣに
は初期走査方向及び走査反転座標を格納している。次に
走査周波数制御回路40は垂直走査回路24に送る垂直転送
クロックの周波数を制御して走査スピードを制御するた
めの回路であり、データラッチＤには走査周波数を格納
している。走査周波数の変更は、例えば、必要となる最
高駆動周波数を有するクロックΦ_maxを、走査周波数制
御回路40に入力しておいて、より低周波数での走査が必
要となる場合には、このクロックΦ_maxを分周して新た
な駆動パルスを作り出すような回路を構成することによ
り実現できる。

【００４０】次に、このように構成されている固体撮像
装置の動作について説明する。まず走査パラメータ記憶
部30のマスクＲＯＭには、表２に示した走査パラメータ
を書き込んでおく。パターン情報の取り込み動作は、図
５に示すパターンを表すパターン符号Ｄ_Pがパターン符
号デコーダ31に入力されることで開始される。パターン
読み込み制御信号ＣＮＴ_Pによってパターン取り込みが
センサ外部より指示されると、タイミングコントローラ
33の制御により、パターン符号デコーダ31は入力された
パターン符号Ｄ_Pが図５のパターンに対応するものであ
るという信号を、メモリアドレス制御回路32に転送す
る。そしてメモリアドレス制御回路32が、メモリアレイ
35の所定のアドレスを順次アクセスするためのアドレス
情報を、アドレスデコーダ34に送る。

【００４１】第１番目にアクセスされるアドレスには、
全走査ビット数Ｎ_Vが記憶されており、タイミングコン
トローラ33の制御によりデータラッチＡに転送、格納さ
れる。第２番目にアクセスされるアドレスには、走査開
始座標ｙ₂が記憶されており、データラッチＢに転送、
格納される。第３番目にアクセスされるアドレスには、
初期走査方向である正を表す符号が記憶されており、デ
ータラッチＣに転送、格納される。第４番目にアクセス
されるアドレスには、走査反転座標ｙ₁が記憶されてお
り、同じくデータラッチＣに転送、格納される。第５番
目にアクセスされるアドレスには、走査周波数ｆ₁が記
憶されており、データラッチＤに転送、格納される。

【００４２】次にデータラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに格納さ
れた情報に基づき、垂直走査制御回路26を構成する各機
能ブロックが初期化される。すなわち、走査ビットカウ
ンタ37では積算ビット数を０に設定すると同時に、出力
するＹ座標データを走査開始座標ｙ₂に設定する。また
この走査ビットカウンタ37に入力される垂直走査開始ク
ロックΦ_STによって積算開始が指示されると、積算ビッ
ト数が全走査ビット数がＮ_Vに達したかどうかの監視を
開始する。走査開始座標制御回路38では走査回路内の座
標ｙ₂へ走査開始クロックを送るように、内蔵するスイ
ッチング回路の設定を行う。走査方向制御回路39では垂
直走査回路に送るべき走査方向制御信号を正転方向に設
定し、走査ビットカウンタ37より出力されるＹ座標デー
タと走査反転座標ｙ₁の一致の検出を開始する。一致が
検出されると走査方向制御信号を反転方向に切り換える
ことになる。走査周波数制御回路40においては、走査周
波数ｆ₁に基づきクロックΦ_maxが分周され、垂直走査
クロックとして垂直走査回路24に印加され始める。

【００４３】実際の画像データの読み出しは、垂直走査
制御回路26の全ての機能ブロックの初期化が完了した時
点より可能となる。読み出し可能状態において、垂直走
査開始クロックΦ_STによって垂直走査の開始が指示され
ると、垂直走査回路24においてシフトレジタ反転シフト
動作が開始する。同時に走査ビットカウンタ37が走査ビ
ット数の積算を開始する。走査ビットカウンタ37より出
力されるＹ座標データがｙ₁になった時点で、走査方向
制御回路39が走査方向制御信号を正転方向に設定し、垂
直走査回路24のシフトレジタは正転シフト動作を開始す
る。更にＹ座標データが再びｙ₂に戻ると、走査ビット
カウンタ37において積算ビット数と全走査ビット数Ｎ_V
との一致が検出されて、走査終了の合図を各機能ブロッ
クに対して送信し、各機能ブロックとも再び初期化の動
作を実行することになる。そして新たに別のパターン符
号が取り込まれて、データラッチに異なった走査パラメ
ータが格納されるまで、上記の読み出し手順が繰り返さ
れる。

【００４４】この実施例のＸＹアドレス型固体撮像装置
における入出力端子数についても、第１実施例と同様
に、通常の全面ラスタ走査を行うだけの場合に対して、
せいぜい数端子の増加である。またこの実施例における
入力信号の複雑度についても、従来のＸＹアドレス型固
体撮像装置とほぼ同等である。したがって、センサ入力
にすべき情報量の大幅な圧縮により、周辺の駆動回路の
複雑化が避けられる。また走査パラメータ記憶部とし
て、マスクＲＯＭのような用いれば、固体撮像装置が周
辺回路として走査パラメータ記憶部に対するデータ書き
込み手段を有する必要がなくなる。すなわち本実施例の
構成によれば、センサ周辺の駆動回路は簡単な構成で済
み、膨大な入出力端子数を備える必要もなくなり、小規
模ながら必要な特殊な読み出し機能を全て備えた非常に
効率的な画像入力システムとなるＸＹアドレス型固体撮
像装置を構築することができる。

【００４５】なお本実施例においても、図４に示した各
ブロックの具体的な回路構成については、本発明の主旨
に沿う限りにおいて、如何なる回路構成であっても構わ
ない。また走査パラメータの走査パラメータ記憶部への
書き込み手段、あるいは書き換えが可能であれば消去手
段、についても特に制限は存在しない。システムとして
走査パラメータの書き換え機能をもたせる場合には、書
き換えのための制御回路をセンサ周辺回路として追加す
る必要があるのも第１実施例と同様である。

【００４６】また本実施例で説明に用いた走査パラメー
タは、ＸＹアドレス型固体撮像装置のもつ読み出し手順
を記述するパラメータの一例にすぎず、走査パラメータ
として符号化可能であって、且つ固体撮像装置内にその
制御回路を内蔵可能なものである限り、ＸＹアドレス型
固体撮像装置として可能な全ての読み出し手順に関し
て、本発明は適用可能である。

【００４７】次に、本発明の第３の実施例を図７に基づ
いて説明する。この実施例は、図13に示したような画素
選択のためにデコーダを用いた固体撮像装置に本発明を
適用したものである。図７において、41はセンサチップ
で、該センサチップ41は、画素アレイ42，行デコーダ4
3，列デコーダ44，出力回路45，走査パラメータ記憶部4
6，走査制御回路47により構成されている。この固体撮
像装置への入力信号の主なものは、固体撮像装置内部の
全ての動作タイミングを制御する基準クロックΦ_sys，
パターン符号Ｄ_P及びパターン読み込み制御信号ＣＮＴ
_Pである。ここで、パターン符号Ｄ _P 及びパターン読み
込み制御信号ＣＮＴ _P が入力されている走査制御回路47
は、同様にパターン符号Ｄ _P 及びパターン読み込み制御
信号ＣＮＴ _P が入力されている、図１及び図４に示す第
１及び第２実施例における走査パターン入力回路の機能
を併せもつものである。

【００４８】このように構成されている固体撮像装置の
動作の概略は、次のとおりである。まず画像情報の読み
出し動作を実行するにあたって、いくつかの読み出しパ
ターンについての走査パラメータを、走査パラメータ記
憶部46の決められたアドレスへ予め記憶させておく。次
に所望の読み出しパターンに相当するパターン符号Ｄ_P
を走査制御回路47に入力する。パターン符号Ｄ_Pにより
指定された走査パターン名に従って走査制御回路47が、
読み出すべき画素の座標データが格納してあるメモリア
ドレスをアクセスする。取り出された座標データが行デ
コーダ43及び列デコーダ44に転送され、指定された座標
の画像データが読み出される。その結果、出力端子より
所望の読み出しパターンによる出力信号ＯＵＴを得るこ
とができる。メモリアドレスのアクセスが、直接に画素
選択動作に連結している点が本実施例の大きな特徴であ
る。

【００４９】この実施例における主要な走査パラメータ
は、全走査ビット数と全ての選択座標値の２種類であ
る。したがって走査パラメータ記憶部46に記憶すべきパ
ラメータ群は、例えば表３に示すようなものである。但
し、非常に複雑な読み出し制御、例えば走査途中のある
期間について画素選択動作を中断するなどを行う場合に
は、走査パラメータの種類は更に増えることになる。

【００５０】

【表３】

【００５１】次に、この実施例における走査制御回路47
と走査パラメータ記憶部46の具体的な構成例を図８に示
す。なお、この構成例においても第２実施例と同様に、
走査パラメータ記憶部46がマスクＲＯＭによって構成さ
れている場合について説明する。走査制御回路47は５つ
の要素から構成されている。その第１の要素は、パター
ン符号Ｄ_Pをデコードするパターン符号デコーダ48であ
る。第２の要素は、走査パターンの入力タイミングやメ
モリアドレスのアクセスを管理するタイミングコントロ
ーラ49である。上述のようにメモリアドレスのアクセス
が、そのまま画素選択動作となるため、このタイミング
コントローラ49は画素選択のタイミングを制御する回路
でもある。また、このタイミングコントローラ49は走査
ビット数を走査開始時点より積算する走査ビット数カウ
ンタの役目も兼ねている。積算ビット数が全走査ビット
数に達すると、積算ビット数を０に戻し、同じ動作を繰
り返していく。なお全走査ビット数の情報は、走査パラ
メータ記憶部46より座標データに先行して取り出され、
データラッチ50に格納される。そして、このデータラッ
チ50が第３の構成要素となっている。また走査タイミン
グコントローラ49は基準クロックΦ_sysに従って動作す
る回路である。第４の要素は入力されたパターン符号Ｄ
_Pによるパターン名の情報を保持しておくデータラッチ
51である。第５の要素はそのパターン名の情報に基づい
て適切なメモリアドレスのアクセスを行うメモリアドレ
ス制御回路52であり、機能及び構成は第２実施例のメモ
リアドレス制御回路32と同様である。

【００５２】走査パラメータ記憶部46は、第２実施例の
走査パラメータ記憶部30と同様に、アドレスデコーダ5
3，メモリアレイ54，出力バッファ55により構成されて
いる。メモリアドレス制御回路52によって指定されるア
ドレスに記憶されている座標データが、順次出力バッフ
ァ55より行デコーダ43及び列デコーダ44に送られる。そ
の結果、走査パラメータ記憶部46に記憶されていた座標
データに沿って、画素選択が行われていく。

【００５３】次に、本実施例における他の具体的な構成
を図９に基づいて説明する。この構成例は、画素選択動
作の高速化に適するようにしたものである。図８に示し
た構成例において、列デコーダ及び行デコーダが、ある
画素を選択して読み出しが完了するまでに要する時間を
Ｔ１とし、走査制御回路47により座標データが列デコー
ダ及び行デコーダに送られるのに要する時間をＴ２とす
る。これら２つの動作は、列デコーダ及び行デコーダ
が、ある画素を選択している間に、次の選択座標データ
をメモリから取り出すというような並列動作が可能であ
る。しかし画素選択の最短周期は、Ｔ１とＴ２の長い方
で決まってしまう。もしＴ１＜Ｔ２であるとすると、画
素の読み出しスピードが、列デコーダ及び行デコーダの
画素選択動作以外の部分で律せられてしまうことにな
り、好ましくない。このような場合に、本構成例は有効
である。

【００５４】この構成例は、列デコーダ44及び行デコー
ダ43の手前にデータセレクタ56，57と４個のデータラッ
チＣ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２を有すること、更に走査パラ
メータ記憶部46において各構成要素が２分割され、それ
ぞれが並列動作を行うように構成した点が特徴である。
走査制御回路47は図８に示した構成例とほぼ同等であ
る。走査制御回路47におけるメモリアドレス制御回路52
により、２個のアドレスデコーダ53-1，53-2は２個のメ
モリアレイ54-1，54-2を同時にアクセスし、２個の出力
バッファ55-1，55-2より４個の座標データが、４個のデ
ータラッチＣ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２に同時に格納され
る。すなわち、まず第１番目に選択すべき画素の列座標
及び行座標がデータラッチＣ１及びＲ１に、第２番目に
選択すべき画素の列座標及び行座標がデータラッチＣ２
及びＲ２に、という要領で格納される。

【００５５】データセレクタ56，57はラッチされた座標
データを画素選択順に列デコーダ44及び行デコーダ43に
送る。その結果、座標データを列デコーダ44及び行デコ
ーダ43に送るまでの動作にかかる時間Ｔ２は、図８に示
した構成例のほぼ半分とすることができる。また走査パ
ラメータ記憶部46及びデータラッチの分割数を更に増や
せば、Ｔ２は更に短縮できる。よってこの構成例によれ
ば、画素選択の最短周期が列デコーダ及び行デコーダの
画素選択周期Ｔ１によって決定されるように、Ｔ２を短
縮することができる。

【００５６】本実施例における入出力端子数は、タイミ
ング制御用の簡単なクロック信号を数個入力することが
必要になるにすぎず、列デコーダ及び行デコーダに座標
データを並列入力する場合に比べて入出力端子数は激減
する。また走査パラメータ記憶部としてマスクＲＯＭの
ようなものを用いれば、センサが周辺回路として走査パ
ラメータ記憶部に対するデータ書き込み手段を有する必
要がない。すなわち本実施例によれば、センサ周辺の駆
動回路は簡単な構成で済み、膨大な入出力端子数を備え
る必要もなくなり、小規模ながら必要な特殊な読み出し
機能を全て備えた非常に効率的な画像入力システムとな
る固体撮像装置を構築することができる。

【００５７】なお本実施例においても、図７に示した各
ブロックの具体的な回路構成については、本発明の主旨
に沿う限りにおいて、如何なる回路構成であっても構わ
ない。また走査パラメータの走査パラメータ記憶部への
書き込み手段、あるいは書き換えが可能であれば消去手
段、についても特に制限は存在しない。システムとして
走査パラメータの書き換え機能をもたせる場合には、書
き換えのための制御回路をセンサ周辺回路として追加す
る必要があるのも第１実施例と同様である。走査パラメ
ータの種類及び数についても特に制限はなく、走査パラ
メータとして符号化が可能であって、且つセンサ内にそ
の制御回路を内蔵可能なものである限り、ランダムアク
セスセンサとして可能なあらゆる読み出し手順に関し
て、本発明は適用可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、一部領域のみの読み出しなどの特
殊な読み出し機能を有する固体撮像装置において、周辺
の駆動回路が簡単な構成で済み、入出力端子数も通常用
途の固体撮像装置と同等となる。したがってシステム規
模も小さいものとすることができ、極めて効率よく固体
撮像装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す
概略ブロック構成図である。

【図２】第１実施例における特殊な読み出しパターンの
例を示す図である。

【図３】図２に示した読み出しパターンの走査に適した
第１実施例の具体的な構成例を示すブロック構成図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例を示す概略ブロック構成図
である。

【図５】第２実施例における特殊な読み出しパターンの
例を示す図である。

【図６】図５に示した読み出しパターンの走査に適した
第２実施例の具体的な構成例を示すブロック構成図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例を示す概略ブロック構成図
である。

【図８】第３実施例の具体的な構成例を示すブロック構
成図である。

【図９】第３実施例の他の具体的な構成例を示すブロッ
ク構成図である。

【図10】従来のＣＣＤイメージセンサを用いた電子ズー
ムシステムの構成を示す図である。

【図11】従来の鏡像出力可能なＣＣＤイメージセンサの
構成を示す図である。

【図12】従来の一部領域読み出し可能なＸＹアドレス型
イメージセンサの構成を示す図である。

【図13】従来のランダムアクセス可能なイメージセンサ
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１センサチップ２画素アレイ３水平転送ＣＣＤ４電荷検出アンプ５走査パターン入力回路６走査パラメータ記憶部７データラッチ８垂直転送クロック制御回路 21 センサチップ 22 画素アレイ 23 水平走査回路 24 垂直走査回路 25 水平走査制御回路 26 垂直走査制御回路 27，28 データラッチ 29 走査パターン入力回路 30 走査パラメータ記憶部 41 センサチップ 42 画素アレイ 43 行デコーダ 44 列デコーダ 45 出力回路 46 走査パラメータ記憶部 47 走査制御回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元に配列された光電変換素子アレイ
と、垂直転送ＣＣＤと、水平転送ＣＣＤと、電荷検出ア
ンプとからなるＣＣＤ固体撮像装置において、パターン
符号化された複数種類の読み出し動作にそれぞれ対応し
た走査パラメータを記憶する走査パラメータ記憶手段
と、外部入力された所望の読み出しパターン符号に基づ
いて前記走査パラメータ記憶手段内の前記パターン符号
に相当する走査パラメータを走査制御手段へ送出する走
査パターン入力回路と、前記垂直転送ＣＣＤ及び前記水
平転送ＣＣＤに対し前記入力された読み出しパターン符
号に対応する駆動信号を送出する走査制御手段とを、光
電変換素子アレイと同一基板上に設け、外部から入力さ
れた読み出しパターン符号に基づく読み出し動作を可能
とすることを特徴とするＣＣＤ固体撮像装置。
【請求項２】２次元に配列された光電変換素子アレイ
と、行選択を行うための垂直走査手段と、列選択を行う
ための水平走査手段とからなるＸＹアドレス型固体撮像
装置において、パターン符号化された複数種類の読み出
し動作にそれぞれ対応した走査パラメータを記憶する走
査パラメータ記憶手段と、外部入力された所望の読み出
しパターン符号に基づいて前記走査パラメータ記憶手段
内の前記パターン符号に相当する走査パラメータを走査
制御手段へ送出する走査パターン入力回路と、前記垂直
走査手段及び前記水平走査手段に対し前記入力された読
み出しパターン符号に対応する駆動信号を送出する走査
制御手段とを、光電変換素子アレイと同一基板上に設
け、外部から入力された読み出しパターン符号に基づく
読み出し動作を可能とすることを特徴とするＸＹアドレ
ス型固体撮像装置。
【請求項３】２次元に配列された光電変換素子アレイ
と、行選択を行うための行デコーダと、列選択を行うた
めの列デコーダとからなるランダムアクセス可能な固体
撮像装置において、パターン符号化された複数種類の読
み出し動作にそれぞれ対応した走査パラメータを記憶す
る走査パラメータ記憶手段と、前記行デコーダ及び前記
列デコーダに対し、外部入力された所望の読み出しパタ
ーン符号に基づいて前記走査パラメータ記憶手段内の前
記パターン符号に相当する走査パラメータに対応する駆
動信号を送出する走査制御手段とを、光電変換素子アレ
イと同一基板上に設け、外部から入力された読み出しパ
ターン符号に基づく読み出し動作を可能とすることを特
徴とする固体撮像装置。
【請求項４】前記走査パラメータ記憶手段の走査パラ
メータは書き換え可能であり、書き換え用の制御手段を
備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の固体撮像装置。