JP3668604B2 - 固体撮像素子およびこれを用いた画像システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子およびこれを用いた画像システムに係り、特にエリアセンサ部およびアナログ信号処理部またはディジタル信号処理部を少なくとも１つの半導体チップまたはモジュールに搭載するようにした固体撮像素子およびこれを用いた画像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を用いた従来の画像入力システムは、動画像をテープに記録するビデオカメラや監視カメラ、ビデオフロッピーディスクやディジタルメモリ媒体に静止画像を記録する電子カメラシステム、工業用のカメラなどで使用されており、その殆どがエリア電荷結合素子（以下、ＣＣＤ−Charge Coupled Device −と略記する。）センサを使用している。
【０００３】
このエリアＣＣＤセンサは、画素対応の光電変換素子を２次元に配列した光電変換部を持ち、この光電変換部に光学像を結像させることにより、当該光電変換部にて電荷となった信号を垂直転送ＣＣＤと水平転送ＣＣＤで、各画素の信号を順次読み出していくタイプである。
【０００４】
上記エリアＣＣＤセンサ以外の固体撮像素子も提案されており、その１つとして、ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor −金属酸化膜半導体−）を用いたＭＯＳ型センサがある。ＭＯＳ型センサは、垂直および水平転送にＣＣＤを使用せず、メモリデバイスのようにアルミ線などで構成される選択線を含む画素選択部により選択された画素が、読み出し線により読み出されるものである。ＭＯＳ型センサは、一時期、ビデオカメラに搭載されて商品化されたこともあったが、ＣＣＤセンサと比較するとノイズが大きいため、現在では固体撮像素子の殆どがＣＣＤセンサにより製造されている。
【０００５】
しかしながら、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサが備えていない特徴も備えている。例えば、ＣＣＤセンサがマルチ電源駆動であるのに対して、ＭＯＳ型センサは、シングル電源駆動であるという点である。つまり、ＣＣＤセンサを駆動するには、たとえば＋２０［Ｖ］、＋１５［Ｖ］、−１０［Ｖ］などのように、電極特性や値の異なる複数の電源電位を必要とするのに比べて、ＭＯＳ型センサは、例えば＋５［Ｖ］の単一電源を用いている。このように、ＭＯＳ型センサによれば必要な電源電位が一つで済み、増幅回路や制御回路などの撮像システムを構成する他の回路と同じ電源電圧が使用できるので、電源の供給数を減らすことができる。
【０００６】
また、ＭＯＳ型センサは、駆動電源が単一であるばかりでなく、駆動電力も上記の例のように＋５［Ｖ］で充分であるために、ＣＣＤセンサに比べてセンサ全体が消費する電力の総量も小さくなっている。
【０００７】
さらに、ＭＯＳ型センサのもう一つの特徴は、センサ上に同じＭＯＳ回路製造プロセスを用いてエリアセンサ以外の論理回路やアナログ回路、アナログデジタル変換回路などを形成し易いという点である。ＭＯＳ型センサ製造時に、ＭＯＳ型センサ上に、周辺回路や他の関連回路などを一緒に作成してしまうことの容易さは、良く知られており、その例として、試作品も学会において発表されている（例えば、１９９６年ＩＳＳＣＣ）。近年、このＭＯＳ型センサの製造プロセスとして多くの開発メーカで採用されているのは、ＣＭＯＳプロセスであり、一般にＣＭＯＳ型センサと呼ばれている。
【０００８】
このように、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサにない特徴があるが、これらの特徴を生かすには、使用されるシステムに適したセンサ内の回路構成や、他の回路部とのインターフェイスが必要となる。例えば、インターフェイスを適正なものにしないと、ピン数が多くなり、センサのチップ面積が大きくなったり、パッケージが大きくなり、コストが高くなる。
【０００９】
一方、ＴＶ会議やＴＶ電話などの画像圧縮技術が規格化されているが、パーソナルコンピュータ（パソコン）やパソコン通信の普及に伴い、パーソナルコンピュータを使用したデスクトップ会議が実現されつつあり、これにも画像圧縮技術が利用されている。
【００１０】
これらの画像システムの画像取り込み部には、ビデオカメラレコーダや小型ビデオカメラが利用されている。これらのカメラ出力は、いまだアナログビデオ出力であるが、今後パーソナルコンピュータとデジタル直結、あるいはカメラを内蔵するパーソナルコンピュータが当たり前のことになる時代が来ることが予想できる。このような用途の撮像素子として、撮像処理回路を搭載した固体撮像素子があれば、部品の削減につながり、コストダウンとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、固体撮像素子としてのＭＯＳ型センサはノイズの点を除けば、ＣＣＤセンサに比べて利点が多く、ノイズ対策技術の進展に伴って、再び脚光を集めようとしてしている。そして、ＭＯＳ型センサを撮像デバイスとして用いる場合に、単に、撮像デバイスとしての機能ばかりでなく、画像データ変換などの機能をＭＯＳ回路で当該ＭＯＳ型センサの同一チップ上に作り込んでおくようにすれば、処理結果のみを利用することができるようになり、現在、周辺回路で行なう構成としていた分、ＭＯＳ型センサを対応した実システムの設計や製造において、負担が軽減される。
【００１２】
つまり、撮像素子として、撮像処理回路を搭載した固体撮像素子があれば、部品の削減につながり、コストダウンとなる。
【００１３】
しかし、ＭＯＳ型センサのチップ上にこれら撮像処理回路を単に作り込んでも、そのチップをシステムに応用する場合に、使い勝手の点で問題を残す。例えば、機能をユーザの要求する仕様に基づいて設計すれば、単機能の素子となってしまい、専用デバイスつまり、特定用途向けデバイスに近いものになって汎用性が失われる。
【００１４】
情報化社会、マルチメディア全盛の現在の社会背景を考慮すると、画像処理の用途は、今後、種々の分野で必要とされるものであり、また、省スペース、省エネルギが叫ばれる中、機能素子も小型、低消費電力化を図る必要性から、これらを踏まえた要求を満たすことの可能なＭＯＳ型センサ応用の高機能、高汎用性固体撮像素子の出現は急務である。
【００１５】
そこで、この発明の目的とするところは、小型であり、しかも、高機能、高汎用性を有すると共に、省エネルギ化の可能なＭＯＳ型センサ応用の固体撮像素子を提供することにある。また、この固体撮像素子を使用した画像システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されていると共に、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第２の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、信号変換された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の第３の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されると共に、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第５の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、信号変換された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像変更手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第６の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
以上のように、本発明に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素を２次元状に配列したエリアセンサ部と、このエリアセンサ部の画素を選択し、画像信号を読み出す画素選択部と、画素から読み出した画像信号を信号処理するアナログ信号処理部と、この処理された信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このデジタル信号を所望の信号形式のディジタル信号にするために信号処理するディジタル信号処理部と、このディジタル信号を外部に出力すると共に、外部からのコマンド信号の入力が可能で、かつ、コマンド対応の操作をインターフェイス部と、を備えているものである。
【００２７】
本発明は、撮像素子内のセンサ部の画素選択回路や信号処理回路の構成において、複数の画素読み出しモード、あるいは複数の信号処理モード、あるいは複数の信号出力形式モードを持ち、撮像素子が外部からのコマンドを入力するインターフェイス部を設けることにより、これらのモードを切り替え、撮像素子を用いるシステムに応じた、あるいは必要な、あるいは有益な出力を出すことができるものである。
【００２８】
撮像素子に設けられた端子により、撮像素子を用いる画像システムは、コマンドを撮像素子に入力できる。このコマンドに沿って、撮像素子は、画像システムが要求する出力データの形式を出力する。
【００２９】
【発明の実施形態の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置およびこれを用いた映像システムの実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の基本概念としての第１実施形態に係る固体撮像素子を示すブロック説明図である。図１において、固体撮像素子１は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部２と、行方向および列方向を同期させることによりエリアセンサ部２を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像信号を順次に読み出す画素選択部１０と、画素から順次に読み出されたアナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部３と、前記アナログ信号処理部３より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部４と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部４からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部５と、を備えており、エリアセンサ部２、画素選択部１０、アナログ信号処理部３、出力部４、インターフェイス部５が単一の半導体チップとして構成されている。
【００３０】
画素選択部１０は、垂直方向に配列された画素の位置を特定する垂直走査部１１と、水平方向に配列された画素の位置を特定する水平走査部１２と、垂直方向および水平方向の走査を同期させるためのタイミングを発生させるタイミング発生部１３と、を備えている。
【００３１】
上記基本構成を備える第１実施形態に係る固体撮像素子は、図示されない光学システム等によって結像された光学像をエリアセンサ部２で捉えて光電変換を行ない、画素選択部１０により垂直方向および水平方向に順次に画素の蓄積する電荷を読取ることによりアナログ信号を生成してこのアナログ信号をアナログ信号処理部３により信号処理してアナログ映像信号とし、例えば出力アンプ等の出力部４において増幅した後、アナログ映像端子を介して外部に映像を導き出している。インターフェイス部５は、この基本構成にあっては、外部より入力されるコマンド信号に基づいてタイミング発生部１３に所望のタイミングのクロック信号を発生させるために用いられている。
【００３２】
上述の基本構成に係る固体撮像素子は、あくまでもアナログ映像信号のみを外部に取り出すために用いられているが、今後のディジタル化時代においては、アナログ映像を取出すよりもディジタル画像データを処理することが要求されている。したがって、アナログ信号処理部３より出力されたアナログ映像信号を増幅する出力部４を設けることなく、アナログ映像信号をディジタル画像データに変換するアナログ−ディジタル変換部６と、変換されたディジタル画像データを信号処理するディジタル信号処理部７と、を設け、更にコマンド信号を入力するインターフェイス部５をディジタル信号処理部７の出力を導入した後、このインターフェイス部５を介してディジタル画像データを出力端子より出力させるように構成しても良い。
【００３３】
また、上述のようにアナログ信号とディジタルデータとのどちらか一方を択一的に取出すのではなく、アナログ映像信号とディジタル画像データとの両方を個別に取出すようにしても良い。何れにしても、本発明の第１実施形態においてはエリアセンサ部とこれに付随する映像信号または画像データを取出すための回路構成とをＭＯＳ型半導体チップにより１チップ化または１モジュール化するようにして、固体撮像素子の小型化と高機能化とを図っている。
【００３４】
次に、映像信号と画像データとの両方を同時に取出すように構成した第２実施形態に係るＭＯＳ型固体撮像素子について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の概略的な内部構成を示したブロック図である。図２において、１はＭＯＳ型固体撮像素子を示しており、図２に示すように、撮像素子１内には、エリアセンサ部２、タイミング発生部１３のタイミングにより画素の出力を選択する垂直走査部１１および水平走査部１２、アナログ信号処理部３、検出された信号のアナログ−デジタル変換を行なうアナログ−ディジタル変換部６、ディジタル化された信号を出力信号に変換するディジタル信号処理部７、ディジタル画像データを外部に出力し、また外部からのコマンドデータを受け取るインターフェイス部５、アナログ信号処理部からの信号を外部に出力する出力アンプ４が設けられている。
【００３５】
エリアセンサ部２は上述したＭＯＳ型センサであり、垂直走査部１１はエリアセンサ部２を垂直走査制御するためのものであり、例えばＣＭＯＳプロセスにより形成される。水平走査部１２はエリアセンサ部２を水平走査制御するためのものであり、これらはタイミング発生部１３の出力信号に基づいて所要の走査制御をする構成である。
【００３６】
タイミング発生部１３は、外部からの信号を元に、各画素で光電変換された画像信号を読み出すためのタイミング信号を生成し、垂直および水平走査部１１および１２が、このタイミング信号に従って、画素内で光電変換された電荷を読み出している。またＡ−Ｄ変換部６、ディジタル信号処理部７、インターフェイス部５において変換や処理のために必要なタイミング信号も生成している。外部からの信号には、基準周波数であるマスタークロック、あるいは同期信号、あるいはその両者が考えられる。
【００３７】
アナログ信号処理部３は、エリアセンサ部２から読み出された映像信号を所要の信号処理をしてＡ−Ｄ変換部６に出力するためのものであり、例えばノイズ低減や、増幅、ガンマ処理やクランプ処理などを行なう。Ａ−Ｄ変換部６はこの映像信号をディジタル画像データに変換する。
【００３８】
ディジタル信号処理部７は、このＡ−Ｄ変換部６においてディジタル変換された画像データ、すなわち画素配列信号から、外部出力に適した出力信号へ変換する。たとえばＮＴＳＣやＰＡＬなどのビデオ規格信号、輝度信号、ＲＧＢ信号、輝度色差信号（ＹＣｒＣｂ，ＹＵＶ）などが考えられる。
【００３９】
さらにこれらの信号を元に、信号処理することも考えられる。たとえば、輝度色差信号を元として、ＪＰＥＧに代表される静止画データ圧縮処理、Ｈ．２６１やＨ．２６３などの会議用途向け動画処理、ＭＰＥＧ１やＭＰＥＧ２、および現在、規格が審議中のＭＰＥＧ４の信号処理などを施すことが可能である。またアナログ信号処理部３でなく、ディジタル信号処理部７でガンマ処理を行なうことも考えられる。
【００４０】
ディジタル信号処理部７で処理されたディジタル画像データは、インターフェイス部５より固体撮像素子１の外部に出力される。これとは別にアナログ信号処理部３からのビデオ信号は、出力アンプ４にも導出されており、出力アンプ４よりアナログ映像信号として外部に出力されている。
【００４１】
この第２実施形態で重要なことは、本固体撮像素子は、外部からコマンド入力を行なうことができ、コマンド対応に撮像素子１のモードや出力信号形式をコントロールできるようにしている点である。そのために設けられたものが、インターフェイス部５であり、外部からこのインターフェイス部５に所定のコマンドを与えると、インターフェイス部５は受けたコマンド対応の制御を行なうように各種構成要素の制御を実施する。
【００４２】
以下、コマンドによる撮像素子出力信号形式の切り替えについて第３実施形態以下の具体例により詳細に説明する。
【００４３】
第１の具体例としての第３実施形態に係る固体撮像素子は、この撮像素子の出力にブランキング部が有る形式と、ブランキング部が無い形式を持っており、これをコマンドで切り替えることができるようにした例である。図３は、ブランキングの有る形式を示しており、図３の下側の波形は、出力アンプ４より出力されるアナログ映像信号であり、図３の上側はインターフェイス部５より出力されるディジタル画像データを示しており、両者の時間軸は同じである。一般に、ビデオ信号をモニタに出力する場合には、ブランキング部が走査ビームの帰線期間として必要である。また、アナログ信号入力仕様のビデオキャプチャーボードを介してパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）に画像を取り込む場合には、入力信号が、キャプチャーボードが定めたビデオ信号に則した信号である必要があり、通常ブランキング部を有する信号が用いられている。
【００４４】
しかし、パソコンへ直接ディジタルデータとして入力する場合には、有効画像データのないブランキング期間は必ずしも必要ではなく、これを省いた方が、余分な時間がかからず、その後の処理が速くなる。図４は、図３に示されるブランキング期間を省いた時の波形と対応するディジタルデータの様子を示している。ブランキング期間が有るか無いかを切り替えることができるようにすれば、この撮像素子を使用するシステムにあわせて、切り替えることができ、それぞれ専用の撮像素子を使用する必要がなくなり、これは結果的にコストダウンになる。
【００４５】
また、ブランキング期間が無い状態に固定してしか使用しない場合であっても撮像素子の出荷テストにおいて、これまでのブランキング期間が有る波形用の測定装置が使用できるので有益である。図５および図６は、垂直部分のブランキング期間の有無の様子を示している。図５の下側の波形は、出力アンプ４の出力であるアナログ映像信号を示し、図５の上側は、インターフェイス部５のディジタル画像データの出力を示している。図６の下側の波形は、垂直ブランキング部を省いたときのアナログ映像信号を示し、図６の上側はディジタル画像データを示している。このように、ブランキング期間が有るモードと無いモードとを持たせるようにして、これを切り替えるには、例えば図７に示すように、タイミング発生部１３を構成すれば良い。
【００４６】
図７において、タイミング発生部１３は、入力されたクロック同期信号に基づいてブランキング期間有タイミング信号を生成するブランキング期間有タイミング信号生成回路１４と、入力されたクロック信号に基づいてブランキング無タイミング信号を生成するブランキング無タイミング信号生成回路１５と、インターフェイス部５からの切り替えコマンドにより、ブランキング有タイミング信号とブランキング無タイミング信号とを切り替えるスイッチ１６と、切り替えられたモードにより垂直走査信号を発生させる垂直走査信号発生回路１７と、切り替えられたモードにより水平走査信号を発生させる水平走査信号発生回路１８と、を備えている。このように、タイミング発生回路１３を構成することにより、垂直走査信号および水平走査信号に、ブランキング期間がそれぞれ有る場合と無い場合とを選択することができる。なお、インターフェイス部からの切り替えコマンドは、撮像素子を用いるシステムが、撮像素子に与えたコマンドである。この切り替えは、撮像素子の端子の設定（ＨかＬ）により行なうようにしてもよい。
【００４７】
上記第３実施形態に係る固体撮像素子においては、このブランキング有り無しの設定を、図２に示すディジタル出力とアナログ出力の両方を有する撮像素子に適用する例をあげたが、どちらか一方の出力を持つ素子でも有効である。すなわち、図８に示すように、ディジタル画像データのみ出力されている場合には、図１および図２に示される出力アンプ４とアナログ映像信号出力端子が設けられていないだけであり、その他の構成は図１および図２と同じである。図３、図４、図５、図６に示される波形は、それぞれの図の上側に示されているディジタル画像データのみの出力となる。
【００４８】
一方、アナログ映像信号の出力だけを有する場合には、図９に示される第４実施形態に係る固体撮像素子の構成となる。図９において、固体撮像素子１Ａは、図２に示されるＡ−Ｄ変換部６、ディジタル信号処理部７が設けられておらず、インターフェイス部５は外部からのコマンド入力のみとなる。図３、図４、図５および図６のそれぞれ下側に示されるアナログ映像出力のみを出力する。また、図３および図５の下側に示されるアナログ映像信号における同期信号がない場合も考えられる。
【００４９】
次に、コマンドによる切替えの第２の具体例としての第５実施形態に係る固体撮像素子について図１０を参照しながら説明する。コマンド切替えの第２の具体例は、図１０に示すように、同期信号のあるアナログ映像信号と同期信号のないアナログ映像信号とを生成することである。同期信号は、機器間で映像信号のタイミングを取るために必要なものだが、他に同期をとる手段がある場合には、必ずしもアナログ映像信号に同期信号をのせる必要はない。このように同期信号を省くことにより、ダイナミックレンジがより有効に利用されることになるので、ＳＮ比の改善になる。
【００５０】
図１０においては、水平ブランキング期間に水平同期信号があるアナログの映像信号と、水平同期信号がないアナログ映像信号を示した。この信号の選択は、図１１に示すように、固体撮像素子のアナログ信号処理部３と、出力アンプ４との間に同期信号合成部１９をおくことにより実現できる。同期信号合成部１９はインターフェイス部５からの切替えコマンドに応じて、アナログ映像信号に同期信号を付加する。この図１１の同期信号合成部１９は、図２と図９に示される出力アンプ４を備える構成の撮像素子に対して応用が可能である。また図１１に対応したディジタル画像データについても、同期信号の有り無しを設定することが考えられ、この場合は、図２または図８のディジタル信号処理部７を図１２のような構成にすることによって達成される。図１２において、ディジタル信号処理部７は、アナログ−ディジタル変換部６より入力されたディジタル画像信号を信号処理して画像データを生成する画像信号処理回路２０と、この画像データに同期信号を付加する同期信号付加回路２１と、同期信号が付加されていない画像データを同期信号が付加された画像データとを、インターフェイス部５からの切替えコマンドに基づいて切替えるスイッチ２２と、を備えている。
【００５１】
次に、コマンドによる切替えの第３の具体例としての第６実施形態に係る固体撮像素子について、図１３ないし図１５を参照しながら説明する。コマンド切替えの第３の具体例は、アナログ信号処理回路３に設けられたアナログアンプ２３のゲインを外部からのアンプ切替えコマンドにより切替えて設定する例である。図１、図２、図８、図９に示されるアナログ信号処理部３には、アナログアンプが含まれており、これをゲイン変更可能なアナログアンプ２３として、図１３のような構成とし、外部からの変更コマンドにより変更する。これにより、暗い場所での映像入力においても、より鮮明な画像を得ることが可能となる。図１、図２あるいは図８の実際のアナログ信号処理部３の構成の例として、図１４の回路構成例を説明する。エリアセンサ部２より出力された映像信号は、ノイズリダクション回路２４によりノイズを減少させた後、アナログアンプ２３により増幅され、ガンマ処理回路２５に入力される。ガンマ処理回路２５においてガンマ処理を受けた後、映像信号はクランプ回路２６によりクランプされてＡ−Ｄ変換部６へ出力される。
【００５２】
このように構成されたアナログ信号処理部に本第６実施形態を適用すると図１５に示すようになる。すなわち、アナログアンプ２３に対してアンプ切替えコマンドが入力されると、アナログアンプの増幅ゲインが切り替えられて、異なるゲインにより増幅度の異なるアナログ映像信号が出力されることになる。なお、アナログ・アンプの１種類としてＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）アンプを用いてもよい。この場合は、出力レベルの設定を変える。また、図９に示す固体撮像素子へ応用した場合も、アナログ信号処理部の出力がアナログ−ディジタル変換部６へではなく出力アンプへ向かう以外の構成は、同じである。なお、図１４および図１５におけるガンマ処理回路２５を省略するようにして、アナログアンプ２３により増幅された映像信号を直接クランプ回路２６へ供給するようにしてもよい。
【００５３】
次に、コマンドによる切替えの第４の具体例としての第７実施形態に係る固体撮像素子について説明する。コマンド切替えの第４の具体例は、図２あるいは図８のディジタル信号処理部７における信号処理で用いているフィルタの切替えに関連する変更である。前述したようにディジタル信号処理部は、Ａ−Ｄ変換部６より入力される画像データを、システムに適した画像信号に変換する。例えば、輝度信号と色差信号、ＲＧＢ信号などであるが、これらの変換処理する場合に、帯域制限のフィルタを使用する場合がある。このフィルタを画像によって切替えることにすれば、画質を向上させることができる。
【００５４】
例えば、図１６に示す第７実施形態に係る固体撮像素子のディジタル信号処理部７のように、画像信号処理回路２０と、３タップフィルタ２７と、５タップフィルタ２８と、インターフェイス部５からのフィルタ選択コマンドによりフィルタ２７および２８を切替えるスイッチ２９と、を備えるようにしても良い。この例のように、フィルタの次数を３タップと５タップのものを用意しておき、処理速度を優先する場合は３タップ係数を選択し、画質を優先する場合には、５タップ係数を選択するようにすれば、所望の画質に応じたフィルタを用いることが可能となる。
【００５５】
なお、この例では２種類であるが、複数のフィルタを用意することも可能であり、これを一般的に表わすと図１７のようになる。図１７において、ディジタル信号処理部７は、アナログ−ディジタル変換部６より入力された画像信号を信号処理する画像信号処理回路２０と、第１，第２ないし第ｎのフィルタ８ａ，８ｂないし８ｎと、複数のフィルタ８ａないし８ｎを選択する選択回路９と、を備えている。図１６、図１７ともインターフェイス部からのフィルタ選択コマンドによって、フィルタを選択することができる構成になっている。その他にも次のようなフィルタ切替えが考えられる。
【００５６】
タップ数は同一としておいて、フィルタの係数を異ならせるように設定しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。また、通常の画像生成のための帯域制限フィルタと、輪郭抽出のような特殊な画像生成のためのフィルタを用意しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。さらに、１次元フィルタ，２次元フィルタ，３次元フィルタを用意しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。さらに、通常のフィルタと撮像素子の画素欠陥を補正するフィルタとを用意しておいて、これらのフィルタを切替えて欠陥画素を補正するようにしても良い。なお、通常フィルタと欠陥補正フィルタとの切換えは、選択回路９により行なうのではなく、外部からのコマンドを両フィルタに供給して、このコマンドにより使用するフィルタを選択するようにしてもよい。
【００５７】
最後に、上述の第１ないし第７実施形態に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いた第８実施形態に係る画像システムについて図１８を参照しながら説明する。図１８は、本発明に係る撮像素子を用いた画像システムを携帯型情報機器に応用した場合のブロック図である。図１８において、画像システム３０は、例えば携帯型情報機器に適用されており、第１ないし第７実施形態に係る固体撮像素子１または１Ａを含む画像入力ユニット３１と、各種の信号処理や通信制御等を行なう中央処理装置（以下、ＣＰＵ―Central Processing Unit―という。）３２と、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ―liquid Crystal Display―）等より構成される表示ユニット３３と、例えばキーボードやマウス等のデータ入力手段が接続される入力ユニット３４と、無線通信回線等を用いて他の機器との間で情報の通信を行なう通信ユニット３５と、外部に設けられた情報機器を接続可能な外部インターフェイスユニット３６と、必要な画像データを記憶しておくためのメモリ３７と、前記各ユニットやＣＰＵおよびメモリ間で画像データを転送し合う内部バス３８と、上記各構成要素に必要な駆動電力を供給するバッテリ３９と、を備えている。
【００５８】
画像入力ユニット３１は、固体撮像素子１または１Ａに光学像を結像させるための光学システム４０を備えており、画像の入力はこの画像入力ユニット３１を介して行なわれている。画像入力ユニット３１の撮像素子１または１Ａは、携帯型情報機器としての画像システム３０の内部バス３８に接続されており、ＣＰＵ３２からの命令を受け、その出力形式を変更する構成となっている。
【００５９】
なお、上記各実施形態においては、エリアセンサ部をＭＯＳ型センサ、特にＣＭＯＳプロセスにより製造されたセンサにより形成する場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばＣＣＤ等の他のセンサを用いる固体撮像素子により構成するものとしても単一のチップ上に周辺回路と共に形成できるという本発明に特有の効果を得ることが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子は、これが適用される画像システムの要求に応じた出力が可能となり、画像システム全体の部品点数を少なくすることができる。また、アナログ映像信号出力とディジタル画像データ出力との両者を取出すことができるようになるので、既存のシステムへの対応が容易となり、汎用性のある固体撮像素子を提供することが可能となると共に、同一の半導体チップにエリアセンサ部と周辺回路とを搭載することができるため、撮像素子自体のコストダウンを図ることができ、複数の画像システムへの対応が可能となるなどの種々の効果を得ることができる高機能な撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本理念としての第１実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す説明図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の基本的な構成を説明するブロック図。
【図３】第３実施形態に係る固体撮像素子の水平同期期間の信号出力を説明する信号波形図。
【図４】図３で示した固体撮像素子の信号出力をコマンドで変更したときの信号出力を説明する図。
【図５】第３実施形態に係る固体撮像素子の垂直期間の信号出力を説明する波形図。
【図６】図５で示した固体撮像素子の信号処理をコマンドで変更したときの信号出力を説明する信号波形図。
【図７】第３実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによる変更を実現するためのタイミング発生部の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子の別の基本的な構成を説明するブロック図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の基本的な構成を説明するブロック図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子においてコマンドにより同期信号を設定する様子を説明する信号波形図。
【図１１】第５実施形態のコマンドによる同期信号設定を実現するための固体撮像素子の構成を示すブロック図。
【図１２】図１０のコマンドによる同期信号設定を実現するためのディジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによりゲインを設定するアナログ・アンプの構成を示すブロック図。
【図１４】第６実施形態の固体撮像素子のアナログ信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１５】図１３のコマンドによるアナログ・アンプのゲイン設定を行なうためのアナログ信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによりディジタル信号処理部内のフィルタを切替える構成を示すブロック図。
【図１７】図１６に示す構成例を一般化したディジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の固体撮像素子を携帯型情報機器に応用した第８実施形態に係る画像システムを示すブロック図。
【符号の説明】
１，１Ａ 固体撮像素子
２ エリアセンサ部
３ アナログ信号処理部
４ 出力部
５ インターフェイス部
６ アナログ−ディジタル（Ａ−Ｄ）変換部
７ デジタル信号処理部
１０ 画素選択部
１１ 垂直走査部
１２ 水平走査部
１３ タイミング発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子およびこれを用いた画像システムに係り、特にエリアセンサ部およびアナログ信号処理部またはディジタル信号処理部を少なくとも１つの半導体チップまたはモジュールに搭載するようにした固体撮像素子およびこれを用いた画像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子を用いた従来の画像入力システムは、動画像をテープに記録するビデオカメラや監視カメラ、ビデオフロッピーディスクやディジタルメモリ媒体に静止画像を記録する電子カメラシステム、工業用のカメラなどで使用されており、その殆どがエリア電荷結合素子（以下、ＣＣＤ−Charge Coupled Device −と略記する。）センサを使用している。
【０００３】
このエリアＣＣＤセンサは、画素対応の光電変換素子を２次元に配列した光電変換部を持ち、この光電変換部に光学像を結像させることにより、当該光電変換部にて電荷となった信号を垂直転送ＣＣＤと水平転送ＣＣＤで、各画素の信号を順次読み出していくタイプである。
【０００４】
上記エリアＣＣＤセンサ以外の固体撮像素子も提案されており、その１つとして、ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor −金属酸化膜半導体−）を用いたＭＯＳ型センサがある。ＭＯＳ型センサは、垂直および水平転送にＣＣＤを使用せず、メモリデバイスのようにアルミ線などで構成される選択線を含む画素選択部により選択された画素が、読み出し線により読み出されるものである。ＭＯＳ型センサは、一時期、ビデオカメラに搭載されて商品化されたこともあったが、ＣＣＤセンサと比較するとノイズが大きいため、現在では固体撮像素子の殆どがＣＣＤセンサにより製造されている。
【０００５】
しかしながら、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサが備えていない特徴も備えている。例えば、ＣＣＤセンサがマルチ電源駆動であるのに対して、ＭＯＳ型センサは、シングル電源駆動であるという点である。つまり、ＣＣＤセンサを駆動するには、たとえば＋２０［Ｖ］、＋１５［Ｖ］、−１０［Ｖ］などのように、電極特性や値の異なる複数の電源電位を必要とするのに比べて、ＭＯＳ型センサは、例えば＋５［Ｖ］の単一電源を用いている。このように、ＭＯＳ型センサによれば必要な電源電位が一つで済み、増幅回路や制御回路などの撮像システムを構成する他の回路と同じ電源電圧が使用できるので、電源の供給数を減らすことができる。
【０００６】
また、ＭＯＳ型センサは、駆動電源が単一であるばかりでなく、駆動電力も上記の例のように＋５［Ｖ］で充分であるために、ＣＣＤセンサに比べてセンサ全体が消費する電力の総量も小さくなっている。
【０００７】
さらに、ＭＯＳ型センサのもう一つの特徴は、センサ上に同じＭＯＳ回路製造プロセスを用いてエリアセンサ以外の論理回路やアナログ回路、アナログデジタル変換回路などを形成し易いという点である。ＭＯＳ型センサ製造時に、ＭＯＳ型センサ上に、周辺回路や他の関連回路などを一緒に作成してしまうことの容易さは、良く知られており、その例として、試作品も学会において発表されている（例えば、１９９６年ＩＳＳＣＣ）。近年、このＭＯＳ型センサの製造プロセスとして多くの開発メーカで採用されているのは、ＣＭＯＳプロセスであり、一般にＣＭＯＳ型センサと呼ばれている。
【０００８】
このように、ＭＯＳ型センサは、ＣＣＤセンサにない特徴があるが、これらの特徴を生かすには、使用されるシステムに適したセンサ内の回路構成や、他の回路部とのインターフェイスが必要となる。例えば、インターフェイスを適正なものにしないと、ピン数が多くなり、センサのチップ面積が大きくなったり、パッケージが大きくなり、コストが高くなる。
【０００９】
一方、ＴＶ会議やＴＶ電話などの画像圧縮技術が規格化されているが、パーソナルコンピュータ（パソコン）やパソコン通信の普及に伴い、パーソナルコンピュータを使用したデスクトップ会議が実現されつつあり、これにも画像圧縮技術が利用されている。
【００１０】
これらの画像システムの画像取り込み部には、ビデオカメラレコーダや小型ビデオカメラが利用されている。これらのカメラ出力は、いまだアナログビデオ出力であるが、今後パーソナルコンピュータとデジタル直結、あるいはカメラを内蔵するパーソナルコンピュータが当たり前のことになる時代が来ることが予想できる。このような用途の撮像素子として、撮像処理回路を搭載した固体撮像素子があれば、部品の削減につながり、コストダウンとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、固体撮像素子としてのＭＯＳ型センサはノイズの点を除けば、ＣＣＤセンサに比べて利点が多く、ノイズ対策技術の進展に伴って、再び脚光を集めようとしてしている。そして、ＭＯＳ型センサを撮像デバイスとして用いる場合に、単に、撮像デバイスとしての機能ばかりでなく、画像データ変換などの機能をＭＯＳ回路で当該ＭＯＳ型センサの同一チップ上に作り込んでおくようにすれば、処理結果のみを利用することができるようになり、現在、周辺回路で行なう構成としていた分、ＭＯＳ型センサを対応した実システムの設計や製造において、負担が軽減される。
【００１２】
つまり、撮像素子として、撮像処理回路を搭載した固体撮像素子があれば、部品の削減につながり、コストダウンとなる。
【００１３】
しかし、ＭＯＳ型センサのチップ上にこれら撮像処理回路を単に作り込んでも、そのチップをシステムに応用する場合に、使い勝手の点で問題を残す。例えば、機能をユーザの要求する仕様に基づいて設計すれば、単機能の素子となってしまい、専用デバイスつまり、特定用途向けデバイスに近いものになって汎用性が失われる。
【００１４】
情報化社会、マルチメディア全盛の現在の社会背景を考慮すると、画像処理の用途は、今後、種々の分野で必要とされるものであり、また、省スペース、省エネルギが叫ばれる中、機能素子も小型、低消費電力化を図る必要性から、これらを踏まえた要求を満たすことの可能なＭＯＳ型センサ応用の高機能、高汎用性固体撮像素子の出現は急務である。
【００１５】
そこで、この発明の目的とするところは、小型であり、しかも、高機能、高汎用性を有すると共に、省エネルギ化の可能なＭＯＳ型センサ応用の固体撮像素子を提供することにある。また、この固体撮像素子を使用した画像システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されていると共に、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第２の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、信号変換された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の第３の構成に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されると共に、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第５の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、信号変換された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像変更手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第６の構成に係る画像通信システムは、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備える固体撮像素子と、前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、前記画像データを表示する表示ユニットと、前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
以上のように、本発明に係る固体撮像素子は、光電変換を行なう画素を２次元状に配列したエリアセンサ部と、このエリアセンサ部の画素を選択し、画像信号を読み出す画素選択部と、画素から読み出した画像信号を信号処理するアナログ信号処理部と、この処理された信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このデジタル信号を所望の信号形式のディジタル信号にするために信号処理するディジタル信号処理部と、このディジタル信号を外部に出力すると共に、外部からのコマンド信号の入力が可能で、かつ、コマンド対応の操作をインターフェイス部と、を備えているものである。
【００２７】
本発明は、撮像素子内のセンサ部の画素選択回路や信号処理回路の構成において、複数の画素読み出しモード、あるいは複数の信号処理モード、あるいは複数の信号出力形式モードを持ち、撮像素子が外部からのコマンドを入力するインターフェイス部を設けることにより、これらのモードを切り替え、撮像素子を用いるシステムに応じた、あるいは必要な、あるいは有益な出力を出すことができるものである。
【００２８】
撮像素子に設けられた端子により、撮像素子を用いる画像システムは、コマンドを撮像素子に入力できる。このコマンドに沿って、撮像素子は、画像システムが要求する出力データの形式を出力する。
【００２９】
【発明の実施形態の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置およびこれを用いた映像システムの実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の基本概念としての第１実施形態に係る固体撮像素子を示すブロック説明図である。図１において、固体撮像素子１は、光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部２と、行方向および列方向を同期させることによりエリアセンサ部２を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像信号を順次に読み出す画素選択部１０と、画素から順次に読み出されたアナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部３と、前記アナログ信号処理部３より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部４と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部４からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部５と、を備えており、エリアセンサ部２、画素選択部１０、アナログ信号処理部３、出力部４、インターフェイス部５が単一の半導体チップとして構成されている。
【００３０】
画素選択部１０は、垂直方向に配列された画素の位置を特定する垂直走査部１１と、水平方向に配列された画素の位置を特定する水平走査部１２と、垂直方向および水平方向の走査を同期させるためのタイミングを発生させるタイミング発生部１３と、を備えている。
【００３１】
上記基本構成を備える第１実施形態に係る固体撮像素子は、図示されない光学システム等によって結像された光学像をエリアセンサ部２で捉えて光電変換を行ない、画素選択部１０により垂直方向および水平方向に順次に画素の蓄積する電荷を読取ることによりアナログ信号を生成してこのアナログ信号をアナログ信号処理部３により信号処理してアナログ映像信号とし、例えば出力アンプ等の出力部４において増幅した後、アナログ映像端子を介して外部に映像を導き出している。インターフェイス部５は、この基本構成にあっては、外部より入力されるコマンド信号に基づいてタイミング発生部１３に所望のタイミングのクロック信号を発生させるために用いられている。
【００３２】
上述の基本構成に係る固体撮像素子は、あくまでもアナログ映像信号のみを外部に取り出すために用いられているが、今後のディジタル化時代においては、アナログ映像を取出すよりもディジタル画像データを処理することが要求されている。したがって、アナログ信号処理部３より出力されたアナログ映像信号を増幅する出力部４を設けることなく、アナログ映像信号をディジタル画像データに変換するアナログ−ディジタル変換部６と、変換されたディジタル画像データを信号処理するディジタル信号処理部７と、を設け、更にコマンド信号を入力するインターフェイス部５をディジタル信号処理部７の出力を導入した後、このインターフェイス部５を介してディジタル画像データを出力端子より出力させるように構成しても良い。
【００３３】
また、上述のようにアナログ信号とディジタルデータとのどちらか一方を択一的に取出すのではなく、アナログ映像信号とディジタル画像データとの両方を個別に取出すようにしても良い。何れにしても、本発明の第１実施形態においてはエリアセンサ部とこれに付随する映像信号または画像データを取出すための回路構成とをＭＯＳ型半導体チップにより１チップ化または１モジュール化するようにして、固体撮像素子の小型化と高機能化とを図っている。
【００３４】
次に、映像信号と画像データとの両方を同時に取出すように構成した第２実施形態に係るＭＯＳ型固体撮像素子について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の概略的な内部構成を示したブロック図である。図２において、１はＭＯＳ型固体撮像素子を示しており、図２に示すように、撮像素子１内には、エリアセンサ部２、タイミング発生部１３のタイミングにより画素の出力を選択する垂直走査部１１および水平走査部１２、アナログ信号処理部３、検出された信号のアナログ−デジタル変換を行なうアナログ−ディジタル変換部６、ディジタル化された信号を出力信号に変換するディジタル信号処理部７、ディジタル画像データを外部に出力し、また外部からのコマンドデータを受け取るインターフェイス部５、アナログ信号処理部からの信号を外部に出力する出力アンプ４が設けられている。
【００３５】
エリアセンサ部２は上述したＭＯＳ型センサであり、垂直走査部１１はエリアセンサ部２を垂直走査制御するためのものであり、例えばＣＭＯＳプロセスにより形成される。水平走査部１２はエリアセンサ部２を水平走査制御するためのものであり、これらはタイミング発生部１３の出力信号に基づいて所要の走査制御をする構成である。
【００３６】
タイミング発生部１３は、外部からの信号を元に、各画素で光電変換された画像信号を読み出すためのタイミング信号を生成し、垂直および水平走査部１１および１２が、このタイミング信号に従って、画素内で光電変換された電荷を読み出している。またＡ−Ｄ変換部６、ディジタル信号処理部７、インターフェイス部５において変換や処理のために必要なタイミング信号も生成している。外部からの信号には、基準周波数であるマスタークロック、あるいは同期信号、あるいはその両者が考えられる。
【００３７】
アナログ信号処理部３は、エリアセンサ部２から読み出された映像信号を所要の信号処理をしてＡ−Ｄ変換部６に出力するためのものであり、例えばノイズ低減や、増幅、ガンマ処理やクランプ処理などを行なう。Ａ−Ｄ変換部６はこの映像信号をディジタル画像データに変換する。
【００３８】
ディジタル信号処理部７は、このＡ−Ｄ変換部６においてディジタル変換された画像データ、すなわち画素配列信号から、外部出力に適した出力信号へ変換する。たとえばＮＴＳＣやＰＡＬなどのビデオ規格信号、輝度信号、ＲＧＢ信号、輝度色差信号（ＹＣｒＣｂ，ＹＵＶ）などが考えられる。
【００３９】
さらにこれらの信号を元に、信号処理することも考えられる。たとえば、輝度色差信号を元として、ＪＰＥＧに代表される静止画データ圧縮処理、Ｈ．２６１やＨ．２６３などの会議用途向け動画処理、ＭＰＥＧ１やＭＰＥＧ２、および現在、規格が審議中のＭＰＥＧ４の信号処理などを施すことが可能である。またアナログ信号処理部３でなく、ディジタル信号処理部７でガンマ処理を行なうことも考えられる。
【００４０】
ディジタル信号処理部７で処理されたディジタル画像データは、インターフェイス部５より固体撮像素子１の外部に出力される。これとは別にアナログ信号処理部３からのビデオ信号は、出力アンプ４にも導出されており、出力アンプ４よりアナログ映像信号として外部に出力されている。
【００４１】
この第２実施形態で重要なことは、本固体撮像素子は、外部からコマンド入力を行なうことができ、コマンド対応に撮像素子１のモードや出力信号形式をコントロールできるようにしている点である。そのために設けられたものが、インターフェイス部５であり、外部からこのインターフェイス部５に所定のコマンドを与えると、インターフェイス部５は受けたコマンド対応の制御を行なうように各種構成要素の制御を実施する。
【００４２】
以下、コマンドによる撮像素子出力信号形式の切り替えについて第３実施形態以下の具体例により詳細に説明する。
【００４３】
第１の具体例としての第３実施形態に係る固体撮像素子は、この撮像素子の出力にブランキング部が有る形式と、ブランキング部が無い形式を持っており、これをコマンドで切り替えることができるようにした例である。図３は、ブランキングの有る形式を示しており、図３の下側の波形は、出力アンプ４より出力されるアナログ映像信号であり、図３の上側はインターフェイス部５より出力されるディジタル画像データを示しており、両者の時間軸は同じである。一般に、ビデオ信号をモニタに出力する場合には、ブランキング部が走査ビームの帰線期間として必要である。また、アナログ信号入力仕様のビデオキャプチャーボードを介してパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）に画像を取り込む場合には、入力信号が、キャプチャーボードが定めたビデオ信号に則した信号である必要があり、通常ブランキング部を有する信号が用いられている。
【００４４】
しかし、パソコンへ直接ディジタルデータとして入力する場合には、有効画像データのないブランキング期間は必ずしも必要ではなく、これを省いた方が、余分な時間がかからず、その後の処理が速くなる。図４は、図３に示されるブランキング期間を省いた時の波形と対応するディジタルデータの様子を示している。ブランキング期間が有るか無いかを切り替えることができるようにすれば、この撮像素子を使用するシステムにあわせて、切り替えることができ、それぞれ専用の撮像素子を使用する必要がなくなり、これは結果的にコストダウンになる。
【００４５】
また、ブランキング期間が無い状態に固定してしか使用しない場合であっても撮像素子の出荷テストにおいて、これまでのブランキング期間が有る波形用の測定装置が使用できるので有益である。図５および図６は、垂直部分のブランキング期間の有無の様子を示している。図５の下側の波形は、出力アンプ４の出力であるアナログ映像信号を示し、図５の上側は、インターフェイス部５のディジタル画像データの出力を示している。図６の下側の波形は、垂直ブランキング部を省いたときのアナログ映像信号を示し、図６の上側はディジタル画像データを示している。このように、ブランキング期間が有るモードと無いモードとを持たせるようにして、これを切り替えるには、例えば図７に示すように、タイミング発生部１３を構成すれば良い。
【００４６】
図７において、タイミング発生部１３は、入力されたクロック同期信号に基づいてブランキング期間有タイミング信号を生成するブランキング期間有タイミング信号生成回路１４と、入力されたクロック信号に基づいてブランキング無タイミング信号を生成するブランキング無タイミング信号生成回路１５と、インターフェイス部５からの切り替えコマンドにより、ブランキング有タイミング信号とブランキング無タイミング信号とを切り替えるスイッチ１６と、切り替えられたモードにより垂直走査信号を発生させる垂直走査信号発生回路１７と、切り替えられたモードにより水平走査信号を発生させる水平走査信号発生回路１８と、を備えている。このように、タイミング発生回路１３を構成することにより、垂直走査信号および水平走査信号に、ブランキング期間がそれぞれ有る場合と無い場合とを選択することができる。なお、インターフェイス部からの切り替えコマンドは、撮像素子を用いるシステムが、撮像素子に与えたコマンドである。この切り替えは、撮像素子の端子の設定（ＨかＬ）により行なうようにしてもよい。
【００４７】
上記第３実施形態に係る固体撮像素子においては、このブランキング有り無しの設定を、図２に示すディジタル出力とアナログ出力の両方を有する撮像素子に適用する例をあげたが、どちらか一方の出力を持つ素子でも有効である。すなわち、図８に示すように、ディジタル画像データのみ出力されている場合には、図１および図２に示される出力アンプ４とアナログ映像信号出力端子が設けられていないだけであり、その他の構成は図１および図２と同じである。図３、図４、図５、図６に示される波形は、それぞれの図の上側に示されているディジタル画像データのみの出力となる。
【００４８】
一方、アナログ映像信号の出力だけを有する場合には、図９に示される第４実施形態に係る固体撮像素子の構成となる。図９において、固体撮像素子１Ａは、図２に示されるＡ−Ｄ変換部６、ディジタル信号処理部７が設けられておらず、インターフェイス部５は外部からのコマンド入力のみとなる。図３、図４、図５および図６のそれぞれ下側に示されるアナログ映像出力のみを出力する。また、図３および図５の下側に示されるアナログ映像信号における同期信号がない場合も考えられる。
【００４９】
次に、コマンドによる切替えの第２の具体例としての第５実施形態に係る固体撮像素子について図１０を参照しながら説明する。コマンド切替えの第２の具体例は、図１０に示すように、同期信号のあるアナログ映像信号と同期信号のないアナログ映像信号とを生成することである。同期信号は、機器間で映像信号のタイミングを取るために必要なものだが、他に同期をとる手段がある場合には、必ずしもアナログ映像信号に同期信号をのせる必要はない。このように同期信号を省くことにより、ダイナミックレンジがより有効に利用されることになるので、ＳＮ比の改善になる。
【００５０】
図１０においては、水平ブランキング期間に水平同期信号があるアナログの映像信号と、水平同期信号がないアナログ映像信号を示した。この信号の選択は、図１１に示すように、固体撮像素子のアナログ信号処理部３と、出力アンプ４との間に同期信号合成部１９をおくことにより実現できる。同期信号合成部１９はインターフェイス部５からの切替えコマンドに応じて、アナログ映像信号に同期信号を付加する。この図１１の同期信号合成部１９は、図２と図９に示される出力アンプ４を備える構成の撮像素子に対して応用が可能である。また図１１に対応したディジタル画像データについても、同期信号の有り無しを設定することが考えられ、この場合は、図２または図８のディジタル信号処理部７を図１２のような構成にすることによって達成される。図１２において、ディジタル信号処理部７は、アナログ−ディジタル変換部６より入力されたディジタル画像信号を信号処理して画像データを生成する画像信号処理回路２０と、この画像データに同期信号を付加する同期信号付加回路２１と、同期信号が付加されていない画像データを同期信号が付加された画像データとを、インターフェイス部５からの切替えコマンドに基づいて切替えるスイッチ２２と、を備えている。
【００５１】
次に、コマンドによる切替えの第３の具体例としての第６実施形態に係る固体撮像素子について、図１３ないし図１５を参照しながら説明する。コマンド切替えの第３の具体例は、アナログ信号処理回路３に設けられたアナログアンプ２３のゲインを外部からのアンプ切替えコマンドにより切替えて設定する例である。図１、図２、図８、図９に示されるアナログ信号処理部３には、アナログアンプが含まれており、これをゲイン変更可能なアナログアンプ２３として、図１３のような構成とし、外部からの変更コマンドにより変更する。これにより、暗い場所での映像入力においても、より鮮明な画像を得ることが可能となる。図１、図２あるいは図８の実際のアナログ信号処理部３の構成の例として、図１４の回路構成例を説明する。エリアセンサ部２より出力された映像信号は、ノイズリダクション回路２４によりノイズを減少させた後、アナログアンプ２３により増幅され、ガンマ処理回路２５に入力される。ガンマ処理回路２５においてガンマ処理を受けた後、映像信号はクランプ回路２６によりクランプされてＡ−Ｄ変換部６へ出力される。
【００５２】
このように構成されたアナログ信号処理部に本第６実施形態を適用すると図１５に示すようになる。すなわち、アナログアンプ２３に対してアンプ切替えコマンドが入力されると、アナログアンプの増幅ゲインが切り替えられて、異なるゲインにより増幅度の異なるアナログ映像信号が出力されることになる。なお、アナログ・アンプの１種類としてＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）アンプを用いてもよい。この場合は、出力レベルの設定を変える。また、図９に示す固体撮像素子へ応用した場合も、アナログ信号処理部の出力がアナログ−ディジタル変換部６へではなく出力アンプへ向かう以外の構成は、同じである。なお、図１４および図１５におけるガンマ処理回路２５を省略するようにして、アナログアンプ２３により増幅された映像信号を直接クランプ回路２６へ供給するようにしてもよい。
【００５３】
次に、コマンドによる切替えの第４の具体例としての第７実施形態に係る固体撮像素子について説明する。コマンド切替えの第４の具体例は、図２あるいは図８のディジタル信号処理部７における信号処理で用いているフィルタの切替えに関連する変更である。前述したようにディジタル信号処理部は、Ａ−Ｄ変換部６より入力される画像データを、システムに適した画像信号に変換する。例えば、輝度信号と色差信号、ＲＧＢ信号などであるが、これらの変換処理する場合に、帯域制限のフィルタを使用する場合がある。このフィルタを画像によって切替えることにすれば、画質を向上させることができる。
【００５４】
例えば、図１６に示す第７実施形態に係る固体撮像素子のディジタル信号処理部７のように、画像信号処理回路２０と、３タップフィルタ２７と、５タップフィルタ２８と、インターフェイス部５からのフィルタ選択コマンドによりフィルタ２７および２８を切替えるスイッチ２９と、を備えるようにしても良い。この例のように、フィルタの次数を３タップと５タップのものを用意しておき、処理速度を優先する場合は３タップ係数を選択し、画質を優先する場合には、５タップ係数を選択するようにすれば、所望の画質に応じたフィルタを用いることが可能となる。
【００５５】
なお、この例では２種類であるが、複数のフィルタを用意することも可能であり、これを一般的に表わすと図１７のようになる。図１７において、ディジタル信号処理部７は、アナログ−ディジタル変換部６より入力された画像信号を信号処理する画像信号処理回路２０と、第１，第２ないし第ｎのフィルタ８ａ，８ｂないし８ｎと、複数のフィルタ８ａないし８ｎを選択する選択回路９と、を備えている。図１６、図１７ともインターフェイス部からのフィルタ選択コマンドによって、フィルタを選択することができる構成になっている。その他にも次のようなフィルタ切替えが考えられる。
【００５６】
タップ数は同一としておいて、フィルタの係数を異ならせるように設定しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。また、通常の画像生成のための帯域制限フィルタと、輪郭抽出のような特殊な画像生成のためのフィルタを用意しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。さらに、１次元フィルタ，２次元フィルタ，３次元フィルタを用意しておいて、これらのフィルタを切替えるようにしても良い。さらに、通常のフィルタと撮像素子の画素欠陥を補正するフィルタとを用意しておいて、これらのフィルタを切替えて欠陥画素を補正するようにしても良い。なお、通常フィルタと欠陥補正フィルタとの切換えは、選択回路９により行なうのではなく、外部からのコマンドを両フィルタに供給して、このコマンドにより使用するフィルタを選択するようにしてもよい。
【００５７】
最後に、上述の第１ないし第７実施形態に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いた第８実施形態に係る画像システムについて図１８を参照しながら説明する。図１８は、本発明に係る撮像素子を用いた画像システムを携帯型情報機器に応用した場合のブロック図である。図１８において、画像システム３０は、例えば携帯型情報機器に適用されており、第１ないし第７実施形態に係る固体撮像素子１または１Ａを含む画像入力ユニット３１と、各種の信号処理や通信制御等を行なう中央処理装置（以下、ＣＰＵ―Central Processing Unit―という。）３２と、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ―liquid Crystal Display―）等より構成される表示ユニット３３と、例えばキーボードやマウス等のデータ入力手段が接続される入力ユニット３４と、無線通信回線等を用いて他の機器との間で情報の通信を行なう通信ユニット３５と、外部に設けられた情報機器を接続可能な外部インターフェイスユニット３６と、必要な画像データを記憶しておくためのメモリ３７と、前記各ユニットやＣＰＵおよびメモリ間で画像データを転送し合う内部バス３８と、上記各構成要素に必要な駆動電力を供給するバッテリ３９と、を備えている。
【００５８】
画像入力ユニット３１は、固体撮像素子１または１Ａに光学像を結像させるための光学システム４０を備えており、画像の入力はこの画像入力ユニット３１を介して行なわれている。画像入力ユニット３１の撮像素子１または１Ａは、携帯型情報機器としての画像システム３０の内部バス３８に接続されており、ＣＰＵ３２からの命令を受け、その出力形式を変更する構成となっている。
【００５９】
なお、上記各実施形態においては、エリアセンサ部をＭＯＳ型センサ、特にＣＭＯＳプロセスにより製造されたセンサにより形成する場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばＣＣＤ等の他のセンサを用いる固体撮像素子により構成するものとしても単一のチップ上に周辺回路と共に形成できるという本発明に特有の効果を得ることが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係るＣＭＯＳ型固体撮像素子は、これが適用される画像システムの要求に応じた出力が可能となり、画像システム全体の部品点数を少なくすることができる。また、アナログ映像信号出力とディジタル画像データ出力との両者を取出すことができるようになるので、既存のシステムへの対応が容易となり、汎用性のある固体撮像素子を提供することが可能となると共に、同一の半導体チップにエリアセンサ部と周辺回路とを搭載することができるため、撮像素子自体のコストダウンを図ることができ、複数の画像システムへの対応が可能となるなどの種々の効果を得ることができる高機能な撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本理念としての第１実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す説明図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の基本的な構成を説明するブロック図。
【図３】第３実施形態に係る固体撮像素子の水平同期期間の信号出力を説明する信号波形図。
【図４】図３で示した固体撮像素子の信号出力をコマンドで変更したときの信号出力を説明する図。
【図５】第３実施形態に係る固体撮像素子の垂直期間の信号出力を説明する波形図。
【図６】図５で示した固体撮像素子の信号処理をコマンドで変更したときの信号出力を説明する信号波形図。
【図７】第３実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによる変更を実現するためのタイミング発生部の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子の別の基本的な構成を説明するブロック図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の基本的な構成を説明するブロック図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子においてコマンドにより同期信号を設定する様子を説明する信号波形図。
【図１１】第５実施形態のコマンドによる同期信号設定を実現するための固体撮像素子の構成を示すブロック図。
【図１２】図１０のコマンドによる同期信号設定を実現するためのディジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによりゲインを設定するアナログ・アンプの構成を示すブロック図。
【図１４】第６実施形態の固体撮像素子のアナログ信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１５】図１３のコマンドによるアナログ・アンプのゲイン設定を行なうためのアナログ信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子におけるコマンドによりディジタル信号処理部内のフィルタを切替える構成を示すブロック図。
【図１７】図１６に示す構成例を一般化したディジタル信号処理部の構成を示すブロック図。
【図１８】本発明の固体撮像素子を携帯型情報機器に応用した第８実施形態に係る画像システムを示すブロック図。
【符号の説明】
１，１Ａ 固体撮像素子
２ エリアセンサ部
３ アナログ信号処理部
４ 出力部
５ インターフェイス部
６ アナログ−ディジタル（Ａ−Ｄ）変換部
７ デジタル信号処理部
１０ 画素選択部
１１ 垂直走査部
１２ 水平走査部
１３ タイミング発生部
Claims (6)
- 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、
前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されると共に、
前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、
前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、
信号変換された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、
前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、
前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、
前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備えることを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、
前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、
前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備えることを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成されると共に、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備える共に、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変更手段を備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、
前記画像データを表示する表示ユニットと、
前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、
を備えることを特徴とする画像通信システム。 - 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部より出力されたアナログ画像信号を外部に出力する出力部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に 従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、さらに、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所望の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、を備え、かつ、前記インターフェイスが前記アナログ画像信号と前記ディジタル画像信号との両者の出力を操作すると共に、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、出力部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部およびインターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備え、前記出力部は前記画像信号に同期信号を付加するか付加しないかを選択可能な選択回路を備え、前記インターフェイス部は外部に出力する画像信号を変更できるように前記コマンド信号により前記出力部の前記同期信号の有無を選択する画像信号変換手段を備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、
前記画像データを表示する表示ユニットと、
前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、
を備えることを特徴とする画像通信システム。 - 光電変換を行なう画素が行方向および列方向にそれぞれ複数配置されたエリアセンサ部と、前記行方向および列方向を同期させて前記エリアセンサ部を構成する複数の画素の中から特定の画素を選択して光電変換されたアナログ画像情報を順次に読み出す画素選択部と、前記画素から順次に読み出された前記アナログ画像信号を順次に信号処理するアナログ信号処理部と、信号処理された前記アナログ画像信号をディジタル画像信号に変換するアナログ−ディジタル変換部と、このディジタル画像信号を所定の信号形式のディジタル画像データとするために信号処理を行なうディジタル信号処理部と、外部から入力可能なコマンド信号に対応して生成されたタイミング信号に従って光電変換された前記アナログ画像情報を電荷として読み出すことにより前記出力部からの前記アナログ画像信号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、前記エリアセンサ部、画素選択部、アナログ信号処理部、アナログ−ディジタル変換部、ディジタル信号処理部、インターフェイス部が単一の半導体チップとして構成され、さらに、前記ディジタル信号処理部は複数のフィルタ信号処理手段を備え、前記インターフェイス部は外部に出力される前記ディジタル画像信号を変更できるように前記ディジタル信号処理部における前記複数のフィルタ信号処理手段の中から最適なフィルタ信号処理手段を前記コマンド信号により選択する選択手段を備え、前記画素選択部はブランキングを含む画像信号を生成する第１の信号生成手段とブランキングを含まない画像信号を生成する第２の信号生成手段とを備え、前記インターフェイス部は外部に出力される画像信号を変更できるように前記第１の信号生成手段と第２の信号生成手段を前記コマンド信号により選択するモード選択手段を備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を画像入力部として入力されたコマンド画像データを画像処理すると共に、この画像データの表示や送受信を制御する処理制御ユニットと、
前記画像データを表示する表示ユニットと、
前記画像データの送受信を外部機器との間で行なう通信ユニットと、
を備えることを特徴とする画像通信システム。
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|---|---|---|---|
| JP34678397A JP3668604B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 固体撮像素子およびこれを用いた画像システム |
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