JPH06509920A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体撮像装置 本発明は、固体撮像装置や撮像素子に関し、特に電子的露光制御手段を備えた同 上装置に関わる。

固体撮像素子を含む装置の露光制御は、紅彩手段を使い機械的に実現するよりむ しろ、センサ・セルの調整時間、即ちセンサ・セルのリセット後の時間（その時 間中、センサ・セルはサンプリングに先立ち露光される）を変化させることによ り実現できることが、知られている。しかし、これまで調整時間を変化させるの に用いられた方法は、例えばマルチプルバーチカルジフトレジスタを使うなど、 比較的複雑で厄介であった。

本発明の目的の一つは、上述した不便の一つ以上を除去又は最小化することであ る。

本発明は、二次元配列のセンシング・セルと、各センシング・セルはホトダイオ ード１個とホトダイオードに読み書きするためのトランジスタを１個を有し、上 記配列の各セルに結合した水平及び垂直走査手段と、前記垂直走査手段は複数の 垂直走査線からなり、各走査線は水平方向に配列されたセンシング・セルに共通 に接続され、さらに垂直走査線を制御パルスで駆動し、各走査線を次々にリセッ トし、調整時間となる可変時間後サンプリングするためその出力を上記垂直走査 線に接続した垂直シフト・レジスタ手段とからなる固体撮像装置であって；前記 垂直シフト・レジスタ手段は一群の連続する垂直走査線を各線間隔で駆動するた めに入力により駆動されるよう形成・配列された単一垂直シフト・レジスタから なり、更に、復号セルを介してこれら線の各々に接続された大域リセット、サン プル信号駆動の手段を備えられ、前記復号セルはそれぞれ先行及び後続の線の復 号セルに接続され、これら復号セルはリセットされつつあるライン群の先頭ライ ンがサンプルされるように形成・配列されており、このリセットされつつある群 の線の数が、サンプルされる線の先にある未だリセットされない一群の線の数を 決定し、従って調整時間を決定することにより調整時間は垂直シフト・レジスタ への入力の変化により変化されうることを特徴とする固体撮像装置を提供する。

本発明による固体撮像素子により、ただ１個の垂直シフトレジスタで簡単な経清 面方法で露光を電子的に制御することが可能であり、それにより、集積回路のセ ミ・コンダクタ・チップに要する回路の全体的サイズ従って回路面積を最小化で き、従ってこの装置の最小化を容易にする。

好ましくは種々な論理ゲートの組み合わせを使用して、以下に述べるような僅か に４個の論理ゲートを備えた装置を含めて、復号セルを実現できる。

本発明のその外の特徴や利益は、添付図面に好ましい実施例を表すことにより以 下の詳細な説明から更に明らかになる。

添付図面において、第１図は、本発明の出願人による国際特許出願公開番号第Ｗ ０９１１０４６３３に開示する固体撮像装置の全体の概略平面図である。第２図 は、第１図の装置の垂直シフト・レジスタの部分と、関連の復号セル及び接続を 示す。第３図は、第１及び第２図に示す装置の、ある時間における種々の線の状 態の概略図であり、第４図は、各復号セルの内部構造を示す詳細図、第５−７図 は、垂直シフト・レジスタ入力の波形、リセット信号、ある時間での異なるライ ンの波形の比較を示し、第８図は、露光制御に適した制御アルゴリズムを示す。

第１図の固体撮像素子１は、それぞれ水平及び垂直走査手段４及び５に結合され た二次元配列２のセンシング・セル３を具備する。垂直走査手段は、入力信号ｆ ｉを受ける共通の人力線８を有する複数の垂直シフト・レジスタ・セルフを含む １個の垂直シフト・レジスタ６からなり、それぞれがそれぞれの復号セル１０を 介し垂直走査線１１に接続９され、走査線１１はセンシング・セル３の水平列１ ２に順に接続される（第１図参照）。各復号セル１０は又それぞれ大域リセット 、サンプリング・ライン１４及び１５に共通に接続される。

垂直シフト・レジスタ入力信号ｆｉは、一群のリセット制御パルスからなり、多 数の垂直走査線１１、「調整」即ち、サンプルされる迄ラインに当たる光を「記 録する」　（ｉ＋１）から（ｉ＋ｎ）までのラインを残して、ｉ＋ｎ＋１からＮ まで、及び１からｉまでのラインのリセットを可能にする（第３図参照）。第５ 図に示すように、−詳のパルス数は変化し得るので、ある瞬間において、ライン の一木から全本数まで何本のラインでも−「調整する」ラインの最大本数に応じ て一リセットされるので、最大の調整期間は最大の露光を生じ、その逆も真であ る。第２及び第４図に示すように、全ライン１１は大域リセット・ライン１４を 介してリセット信号を受ける。しかし、それぞれの垂直シフト・レジスタ・セル フを介して制御リセット信号を受けとるライン１１だけが実際にリセットされる 。

第７図が示すように、大域サンプリング・ライン１５を介し受け取られるサンプ ル信号は大域リセット・ライン１４を介し受け取られるリセット信号の前に、時 間をセットされるので、サンプル対象のライン（ｉ）はリセットされる前にサン プルされる。全ライン１１が大域サンプリング・ライン１５を介しサンプル信号 を受け取る一方で、リセットされるライン群の最初のライン、ライン（ｉ）だけ が実際にサンプルされる様に、復号セル１０が形成・配列される。

第４図は、上記の装置を実現するある特定方法を示す。より詳しくは、復号セル は１個のＮＯＲゲート１６と３個のＮＡＮＤゲート１７．１８及び１９からなる 。ＮＯＲゲート１６は、それぞれの垂直シフト・レジスタ・セルフからくるリセ ット制御信号の存在をモニターし、出力Ｘを次の垂直走査線（ｉ＋１）の復号セ ルの第−ＮＡＮＤゲート１７と、ライン（ｉ）の復号セルの第二のＮＡＮＤゲー トとに与える。このように、各復号セル１０の第一のＮＡＮＤゲート１７は、現 在の線（ｉ）と以前の線（ｉ−１）の「リセット」状態を比較し、「リセット」 されたライン群の先行縁は、現在の線の「リセット」状態なしくサンプリング時 、以下参照）と、その前の線の「リセット」状態ありに対応する。次いで、第三 のＮＡＮＤゲート１９が第二のＮＡＮＤゲート１８の出力を利用し、「リセット 」されたライン群の先行縁にあるライン（ｉ）のみのサンプリングを可能にする 。

このようにして、可変数のライン（可変数の露光頻度に対応）のサンプリング、 次いでリセットは、垂直シフト・レジスタを通して可変サイズのリセット制御パ ルス・ブロックを設定することにより、簡単に制御される。第４図は、大域サン プリング及びリセット入力並びに制御パルス入力を（単一の）垂直シフト・レジ スタを介して用いた所望のサンプリング制御を行う方法のみを示したが、他の稀 少形式の複合セルも使用できる。

上記の装置により、比較的広域の異なる露光値が、使用する垂直走査線の数に応 じて得られる。特に短い露光時間を許容する、もつと大きい露光制御度を、第６ 図に示すような実際のリセット信号の長さを変えることで得る事ができる。サン プルされる次のライン（即ち、最大数のラインをカバーするリセット制御パルス ・ブロック）で、リセット信号を短くする（しかし同じ出発時間を維持する）こ とにより、サンプリング前に使用できる比較的短い調整期間の長さを変える事が 出来、それにより露光変化に追加の次元を加える。

（リセットするライン数及び又はリセット・パルスの長さを介し）露光時間の設 定に用いるべき実際の値は、例えば、前の映像の灰色レベル・ヒストグラム測定 を含む適宜手段、及び又は二つ以上の灰色尺度の閾値以上又は以下の値を持つ画 素の率測定、次いでそれらを規定の標準に比較することにより容易に決定される 。適宜の方式の一例を、自動的露光制御決定図である第８図に示す。この場合、 ビデオの流れは画素の明るさにより内部的に３つの部類にヒストグラムされる： 高度の白色、平均及び高度の黒色である。映像がほぼ全部真っ黒だと見られる場 合、それは黒過ぎ、露光が増加したと判断される。逆に映像がほぼ全部白と見ら れるときは、白過ぎ、露光が減少したと判断される。

更に本発明は、二次元配列のセンシング・セルと、前記センシング・セルはホト ダイオード１個とそれに読み書きするためのトランジスタ１個を有し、配列され た各セルに接続する水平及び垂直の走査手段と、前記垂直走査手段は各線（よ水 手方向に配列されたセンシング・セルに共通に接続される複数の垂直走査線から なり、さらに調整時間である可変期間後に各線を続けてリセ・ソトし次Ｕ）でサ ンプルさせるよう垂直走査線を制御パルスで駆動するために垂直走査線ζこその 出力を接続した垂直シフト・レジスタ手段とからなる固体撮像装置におけるａ光 を自動的に電子制御する方法を提供し、前記方法は、垂直シフト・レジスタに入 力を提供し、連続した一群の垂直走査線を制御信号で駆動して、各線間隔でそれ らのＩＪ上セツト可能にし、大域サンプリングとリセット信号を全ての垂直走査 線（こ供給し、さらに各線で受け取る信号を処理して、上記の連続した垂直走査 線群の先ｔテ縁で各垂直走査線のサンプリングを可能し、上記撮像素子で得られ た映像をモニターし、垂直シフト・レジスタへの上記入力を変化させて、上記の 連続した垂直走査手段の線数を増加又は減少させ、それにより、各垂直走査線の 調整期間を減少又は増加させる行程からなる。

ここに使用する「線間隔」なる用語は、ある線をサンプルし、サンプルされる次 の線に移るのに要する期間を意味する。

第７図において、大域サンプル信号は大域リセ・ソト信引こ先行して伝達される ので、第一のＮＡＮＤゲート１７への現在の線の「リセ・ソト状態」入力が読み 取られて、サンプリングのイネーブル又はノン・イネーブルを決定すると、現在 の線の「リセット状態」はその前の線間隔から離れて効果を持つ。

第２図 １　□ 第６図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 国際調査報告　ＰＣＴ／ＣＢ　９２１０１５２２フロントページの続き （７２）発明者　ウォン　グウオユ イギリス国　ニシンバラ　イーエイチ　９２エヌアール　グラシン　ローン　３ エフ２４ （７２）発明者　ルー　ミンギュイン イギリス国　ニシンバラ　イーエイチ　９２エヌアール　グラシン　コーン　３ エフ２４

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．二次元配列のセンシング・セルと、各センシング・セルはホトダイオード１ 個とホトダイオードに読み書きするためのトランジスタを１個を有し、上記配列 の各セルに結合した水平及び垂直走査手段と、前記垂直走査手段は複数の垂直走 査線からなり、各走査線は水平方向に配列されたセンシング・セルに共通に接続 され、さらに垂直走査線を制御パルスで駆動し、各走査線を次々にリセットし、 調整時間となる可変時間後サンプリングするためその出力を上記垂直走査線に接 続した垂直シフト・レジスタ手段とからなる固体撮像装置であって；前記垂直シ フト・レジスタ手段は一群の連続する垂直走査線を各線間隔で駆動するために入 力により駆動されるよう形成・配列された単一垂直シフト・レジスタからなり、 更に、復号セルを介してこれら線の各々に接続された大域リセット、サンプル信 号駆動の手段を備えられ、前記復号セルはそれぞれ先行及び後続の線の復号セル に接続され、これら復号セルはリセットされつつあるライン群の先頭ラインがサ ンプルされるように形成・配列されており、このリセットされつつある群の線の 数が、サンプルされる線の先にある来だリセットされない一群の線の数を決定し 、従って調整時間を決定することにより調整時間は垂直シフト・レジスタヘの入 力の変化により変化されうることを特徴とする固体撮像装置。
2. ２．後合セルが、１個のＮＯＲゲートと３個のＮＡＮＤゲートからなり、前記Ｎ ＯＲゲートは各垂直シフト・レジスタ・セルからのリセット制御信号の存在をモ ニターし、次の垂直走査線ｉ＋１の復命セルの第一のＮＡＮＤゲートと、走査線 ｉの復命セルの第二のＮＡＮＤゲートとに対し出力を供給するように形成・配置 され、前記第二のＮＡＮＤゲートは又大域リセット入力に結合され、第一のＮＡ ＮＤゲートの出力にも結合されている第三のＮＡＮＤゲートに出力を与えること で、リセットされる線群の先行縁で走査線ｉにおいてのみサンプリングを可能に する、請求項１に記載の装置。
3. ３．リセット信号の持続時間を変化させるように形成・配置されたリセット信号 制御手段を備えた請求項１又は２に記載の装置。
4. ４．装置のビデオ流れ出力を、複数の異なる画素の明るさレベルにヒストグラム するために形成・配置されたヒストグラム手段と、記憶されたヒストグラム・デ ータで得られるヒストグラムを比較するように形成・配置されたコンパレータ手 段と、前記記憶されたヒストグラム・データで区画される所定のヒストグラム輪 郭を越えるヒストグラムに応じてリセットされる線の数を増減するように形成・ 配置されたリセット信号制御手段とからなり、ビデオ流れの画素の明るさ輪郭を 前記所定のヒストグラム輪郭内に回復し、それにより、露光が自動的に制御され 、過度に暗い又は明るい映像を回避できる、自動露光制御手段を備えた請求項１ から３の何れかに記載の装置。
5. ５．二次元配列のセンシング・セルと、各センシング・セルはホトダイオード１ 個とそれに読み書きするためのトランジスタ１個とを有し、配列された各セルに 接続する水平及び垂直の走査手段と、前記垂直走査手段は複数の垂直走査線から なり、各線は水平方向に配列されたセンシング・セルに共通に接続され、さらに 調整時間である可変期間後に各線を続けてリセットし、次いでサンプルさせるよ うに垂直走査線を制御パルスで駆動するために、垂直走査線にその出力を接続し た垂直シフト・レジスタ手段とからなる固体撮像装置において露光を自動的に電 子的に制御する方法であって；前記方法は、各線間隔でリセットを可能にするた めに連続した一群の垂直走査線を制御信号で駆動するよう垂直シフト・レジスタ に入力を提供し、大域サンプリングとリセット信号を全ての垂直走査線に供給し 、前記連続した垂直走査線群の先行縁で各垂直走査線のサンプリングを可能にす るために各線で受け取る信号を処理し、前記撮像素子で得られた映像をモニター し、垂直シフト・レジスタヘの前記入力を変化させて連続した垂直線群の線数を 増加又は減少させ、それにより、各垂直走査線の調整期間を減少又は増加させる 行程からなる方法。