JP3972645B2 - Solid-state image sensor - 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に係り、特に複数の出力ポートを備え、並列読み出しを行うCMOSイメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は従来の固体撮像素子の一例の構成図を示す。この従来の固体撮像素子は、画素部11、垂直シフトレジスタ12、CDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)回路13及び水平シフトレジスタ14から構成されているCMOSイメージセンサと称される固体撮像素子である。画素部11は二次元マトリックス状に配置された多数の画素から構成されており、各画素は入射被写体光を光電変換して入射光量に応じた電荷を発生するフォトダイオードと、その電荷を転送して蓄積する蓄積部と、蓄積部からの電荷による電位変化を増幅する増幅用トランジスタと、増幅された電位変化を所定のタイミングで画素外へ撮像信号として出力する出力用トランジスタとから構成されている。
【0003】
画素部11の全画素数は、例えば高精細度テレビ(HDTV)方式の画素数の2倍以上の画素数であり、それら全画素の撮像信号を単一の出力ポートから順次に出力すると、画素数が多いために高い動作周波数が必要となるので、それを回避するため、ここでは画素部11を水平方向に8分割している。従って、画素部11は、8つの画素組(分割撮像領域)111〜118から構成されている。
【0004】
垂直シフトレジスタ12には、行コントロール回路が含まれており、シフトレジスタと行コントロール回路で、行毎の画素の動作を制御する。CDS回路13と水平シフトレジスタ14とは水平出力回路を構成している。CDS回路13は画素部11から出力された撮像信号のノイズを除去し、水平シフトレジスタ14は、画素部11の画素列の選択と撮像信号の出力とをそれぞれ行う。ここでは、画素部11は水平方向に8分割された画素組111〜118から構成されているので、水平シフトレジスタ14も各画素組111〜118から並列に取り出される撮像信号を8個の出力ポート151〜158から並列に出力させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような画素数の多い大規模CMOSイメージセンサでは、動作周波数を抑えるために、8個の出力ポート151〜158から撮像信号を並列出力する構成であり、このような大規模CMOSイメージセンサでランダムアクセス読み出しを行う場合、読み出す領域が8個の画素組111〜118のうちの隣接する画素組をまたがるときには、撮像信号の出力ポートが異なることになるため、後の信号処理が複雑になるという問題がある。
【0006】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、複雑な後段の信号処理を必要としないランダムアクセス読み出しされた撮像信号を複数の出力ポートから並列に出力し得る固体撮像素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、画素部が複数の分割撮像領域に分割され、複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号をそれぞれ対応して設けられた通常読み出し用の複数の出力ポートから並列に出力する固体撮像素子において、画素部の全撮像領域のうち、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域を設定する設定手段と、上記の複数の出力ポートとは別に設けられた単一のランダムアクセス用出力ポートと、通常の読み出し時は、複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号を複数の出力ポートへ出力し、ランダムアクセス読み出し時は、ランダムアクセス読み出し領域から得た撮像信号を単一のランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力する選択スイッチ手段とを有する構成としたものである。
【0008】
この発明では、ランダムアクセス読み出し時には、複数の分割撮像領域からではなく、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域からの撮像信号を選択スイッチにより選択してランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図1は本発明になる固体撮像素子の一実施の形態の構成図を示す。同図中、図4と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図1において、本実施の形態の固体撮像素子は、画素部11、垂直シフトレジスタ12、CDS回路13及び水平シフトレジスタ14の従来の構成に加え、選択スイッチ16を有する構成のCMOSイメージセンサと称される固体撮像素子である。
【0010】
CDS回路13、水平シフトレジスタ14及び選択スイッチ16は、水平出力回路を構成しており、画素部11からの撮像信号のノイズを除去した後、画素部11を構成する画素の列の選択と撮像信号の出力を行う。また、選択スイッチ16には、ランダムアクセス用ポート17が設けられている。
【0011】
図2は図1中の水平出力回路の要部の一例の構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。図2において、CDS回路13による処理結果の蓄積部1911〜191nは、画素組111から出力された撮像信号をCDS回路13でノイズ処理を行って得られた処理結果を蓄積するn個の蓄積部で、各々2系統の信号線を持ち、一方の信号線はスイッチS11〜S1nを介して出力ポート151に共通接続され、他方の信号線はスイッチT11〜T1nを介してランダムアクセス出力ポート17に共通接続されている。
【0012】
同様に、画素組112、・・・、118から出力された撮像信号を、それぞれCDS回路13でノイズ処理を行って得られた処理結果を蓄積する蓄積部1921〜192n、・・・、1981〜198nは各々2系統の信号線を持ち、一方の信号線はスイッチS21〜S2n、・・・、S81〜S8nを介して出力ポート152、・・・、158に共通接続され、他方の信号線はスイッチT21〜T2n、・・・、T81〜T8nを介してランダムアクセス出力ポート17に共通接続されている。
【0013】
上記のスイッチS11〜S8nとスイッチT11〜T8nとは、選択スイッチ16を構成しており、図2には図示していない水平シフトレジスタ14からの制御信号に基づき、各々互いに独立してスイッチング制御される。また、後述するように、通常の読み出し時にはスイッチS11〜S8nがオン又はオフにスイッチング制御され、かつ、スイッチT11〜T8nはオフとされ、他方、ランダムアクセス時にはスイッチT11〜T8nがオン又はオフにスイッチング制御され、かつ、スイッチS11〜S8nはオフとされる。
【0014】
次に、本実施の形態の通常の読み出し動作について図1及び図2と共に説明する。通常の読み出し動作時には、図1の垂直シフトレジスタ12により画素組111〜118の各行の複数の画素が選択され、かつ、上の行から下の行に向かって水平走査周期で順々に選択されていく。選択された行の各画素からの撮像信号がCDS回路13によりノイズが除去されて選択スイッチ16に供給される。
【0015】
図1の水平レジスタ14は、通常読み出し時は選択スイッチ16のスイッチT11〜T8nを常時オフとすると共に、8組のスイッチ群S11〜S1n、・・・、S81〜S8nの各々について、1つのスイッチだけをオンとし、かつ、そのオンとするスイッチを順々に切替えていく。これにより、8つの出力ポート151〜158からは、8つの画素組111〜118のそれぞれにおいて各画素が水平方向に走査されて得られる映像信号が並列に出力される。
【0016】
次に、本実施の形態のランダムアクセス時の動作について説明する。ランダムアクセスは、全体の情報が必要なく、必要な領域のみを選択的に取り出すという目的で行われる。例えば、図3に示すように、垂直シフトレジスタ12の読み出し開始アドレスをA、読み出し終了アドレスをBとし、水平出力回路の読み出しアドレスをC、読み出し終了アドレスをDとすることにより、画素部11の全画素領域内のランダムアクセス読み出し領域20を定める。このランダムアクセス読み出し領域20の決定は、図示しない撮像素子外部からの信号により設定される。
【0017】
ランダムアクセス読み出し領域20から撮像信号を得るランダムアクセス時には、図1及び図3の垂直シフトレジスタ12により画素組111〜118のアドレスAからBまでの各行の複数の画素が、上の行から下の行に向かって水平走査周期で順々に選択されていく。選択された行の各画素からの撮像信号がCDS回路13によりノイズが除去されて選択スイッチ16に供給される。
【0018】
また、これと同時に、図1及び図3の水平レジスタ14は、このランダムアクセス時は図2に示した選択スイッチ16のスイッチS11〜S8nを常時オフとすると共に、8組のスイッチ群T11〜T1n、・・・、T81〜T8nのうち、アドレスCからアドレスDまでのアドレス範囲にある全スイッチについて、1つのスイッチだけをオンとし、かつ、そのオンとするスイッチを順々に切替えていく。また、8組のスイッチ群T11〜T1n、・・・、T81〜T8nのうち、アドレスC以前のアドレス範囲にあるスイッチ群と、アドレスD以後のアドレス範囲にあるスイッチ群とはそれぞれオフに制御される。
【0019】
これにより、ランダムアクセス読み出し領域20内にある全画素は、複数の画素組を構成している画素という概念はなく、一つのランダムアクセス読み出し領域20を構成している画素として、垂直方向及び水平方向に走査され、これにより得られる映像信号が単一のランダムアクセス出力ポート17へ直列に出力される。
【0020】
従来は、ランダムアクセス読み出し時には、読み出す領域が分割撮像領域をまたがる場合、出力されるポートが異なるために、各出力ポートから読み出した情報をフレームメモリに蓄積し、画像を再構成するといった複雑な処理を必要としていたが、本実施の形態では、分割領域をまたがるという概念はなく、常に一つのランダムアクセス読み出し領域20からランダムアクセス読み出し映像信号を出力することができるので、従来のような複雑な処理を不要にできる。
【0021】
また、本実施の形態では、ランダムアクセス読み出し領域20の大きさに応じてフレームレートが変化するが、垂直シフトレジスタ12及び水平シフトレジスタ14の動作周波数は、通常読み出し時とランダムアクセス時とで変えないので、動作周波数の問題はない。また、ランダムアクセス読み出し領域20の画素数が、画素部11の全画素数の1/8以下であれば、出力ポート151〜158から並列にランダムアクセス読み出し映像信号を得る場合よりも速くできる。
【0022】
なお、垂直シフトレジスタ12をアドレスAからBまでの範囲で動作させる方法、及び水平シフトレジスタ14をアドレスCからDまでの範囲で動作させる方法は、公知の方法で行うことができるので、その詳細な説明は省略する。
【0023】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば画素部11の分割数は水平方向に8分割するように説明したが、8以外の2以上の任意の分割数としてもよいことは勿論である。また、水平方向のみに複数分割するのではなく、水平方向にN分割し、かつ、垂直方向にM分割(N、Mは互いに同一または異なる2以上の整数)してもよい。例えば、画素部11の画素数がHDTV方式の画素数の水平方向及び垂直方向共に2倍の計4倍の画素数である場合、水平方向に2分割し、かつ、垂直方向に2分割し、各分割領域をHDTV方式と同一画素数とすることなども可能である。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ランダムアクセス読み出し時には、複数の分割撮像領域からではなく、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域からの撮像信号を選択スイッチにより選択してランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力するようにしたため、ランダムアクセス読み出し領域が複数の分割撮像領域をまたがる場合に複数の出力ポートから並列に取り出される撮像信号に対して複雑な信号処理を必要としていた従来の固体撮像素子に比し、簡単な処理でランダムアクセス読み出しされた撮像信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成図である。
【図2】図1中の要部の一例の構成図である。
【図3】本発明のランダムアクセス読み出し時の概念説明図である。
【図4】従来の一例の構成図である。
【符号の説明】
11 画素部
111〜118 画素組(分割撮像領域)
12 垂直シフトレジスタ
13 CDS回路
14 水平シフトレジスタ
151〜158 出力ポート
16 選択スイッチ
17 ランダムアクセス用出力ポート
1911〜198n 処理結果の蓄積部
20 ランダムアクセス読み出し領域
S11〜S8n、T11〜T8n スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a CMOS image sensor that includes a plurality of output ports and performs parallel reading.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional solid-state imaging device. This conventional solid-state imaging device is a solid-state imaging device called a CMOS image sensor including a
[0003]
The total number of pixels of the
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The large-scale CMOS image sensor having a large number of pixels as described above has a configuration in which imaging signals are output in parallel from the eight
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of outputting, in parallel, a plurality of output ports, imaging signals read out in random access that do not require complicated subsequent signal processing. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a plurality of pixels for normal readout in which a pixel unit is divided into a plurality of divided imaging regions, and imaging signals output in parallel from the plurality of divided imaging regions are respectively provided correspondingly. In a solid-state imaging device that outputs in parallel from an output port, a setting unit that sets a desired random access readout region among all the imaging regions of the pixel unit, and a single unit provided separately from the plurality of output ports Output port for random access, and during normal readout, imaging signals output in parallel from multiple divided imaging areas are output to multiple output ports, and during random access readout, images obtained from the random access readout area And a selection switch means for outputting a signal in series to a single random access output port.
[0008]
In the present invention, at the time of random access reading, it is possible to select an imaging signal from one desired random access reading area instead of from a plurality of divided imaging areas by the selection switch and output it in series to the random access output port. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIG. 1, the solid-state imaging device of the present embodiment is referred to as a CMOS image sensor having a
[0010]
The
[0011]
FIG. 2 shows a configuration diagram of an example of a main part of the horizontal output circuit in FIG. In the figure, the same components as those in FIG. 2, the
[0012]
Similarly, the set of pixels 11 2, ..., 11 an imaging signal output from the 8, the
[0013]
The switches S 11 to S 8n and the switches T 11 to T 8n constitute a
[0014]
Next, a normal read operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. During normal read operation, a plurality of pixels of each row of pixels set 11 1 to 11 8 by the
[0015]
The
[0016]
Next, the operation at the time of random access according to the present embodiment will be described. Random access is performed for the purpose of selectively extracting only a necessary area without requiring the entire information. For example, as shown in FIG. 3, the read start address of the
[0017]
When random access to obtain the imaging signals from the random access read
[0018]
At the same time, the
[0019]
As a result, all the pixels in the random access read
[0020]
Conventionally, at the time of random access reading, if the area to be read crosses the divided imaging area, the output port is different, so the information read from each output port is accumulated in the frame memory and the image is reconstructed However, in this embodiment, there is no concept of crossing divided areas, and a random access read video signal can always be output from one random access read
[0021]
In this embodiment, the frame rate changes according to the size of the random access read
[0022]
Note that the method for operating the
[0023]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the number of divisions of the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at the time of random access readout, an imaging signal from a desired random access readout area is selected by a selection switch instead of from a plurality of divided imaging areas, and a random access output port is selected. In the conventional solid-state imaging device, complicated signal processing is required for imaging signals taken out in parallel from a plurality of output ports when the random access readout region extends over a plurality of divided imaging regions. Compared to the above, it is possible to obtain an image signal read out by random access with simple processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a main part in FIG. 1;
FIG. 3 is a conceptual explanatory diagram of random access reading according to the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
11
12
Claims (1)
前記画素部の全撮像領域のうち、所望のランダムアクセス読み出し領域を設定する設定手段と、
前記複数の出力ポートとは別に設けられた単一のランダムアクセス用出力ポートと、
通常の読み出し時は、前記複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号を前記複数の出力ポートへ出力し、ランダムアクセス読み出し時は、前記ランダムアクセス読み出し領域から得た撮像信号を前記単一のランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力する選択スイッチ手段と
を有することを特徴とする固体撮像素子。A solid-state imaging device in which a pixel unit is divided into a plurality of divided imaging regions, and imaging signals output in parallel from the plurality of divided imaging regions are output in parallel from a plurality of normal read ports provided in correspondence with each other. In
Setting means for setting a desired random access readout region among all the imaging regions of the pixel unit;
A single random access output port provided separately from the plurality of output ports;
During normal readout, imaging signals output in parallel from the plurality of divided imaging regions are output to the plurality of output ports, and during random access readout, imaging signals obtained from the random access readout region are output to the single And a selection switch means for outputting in series to the random access output port.
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