JPH11177893A - 固体撮像素子およびこれを用いた画像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高機能で汎用性の高い小型のＭＯＳ型固体撮
像素子を提供する。 【解決手段】 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て複数の画素から光電変換
されたアナログ画像信号を読出す画素選択部１０と、画
素から読出されたアナログ画像信号を信号処理するアナ
ログ信号処理部３と、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
部からの入力されたコマンド信号に対応して出力部４か
らのアナログ映像信号の出力を操作するインターフェイ
ス部５と、を単一の半導体チップで構成する。さらに、
アナログ信号処理部３の映像出力を変換するアナログ−
ディジタル変換部６と、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、を同一の半導体チッ
プとして形成しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、ＣＣ
Ｄ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。ＭＯ
Ｓ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ＩＳＳＣ
Ｃ）。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、Ｃ
ＣＤ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、請求項１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、行方向および列方向を同期させてエリ
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信号を順次読出す
画素選択部と、画素から読出されたアナログ画像信号を
信号処理するアナログ信号処理部と、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、外部からのコマンド信号の入力が可能でありか
つコマンド信号に対応して出力部からのアナログ画像信
号の出力を操作するインターフェイス部と、を備え、こ
れらのエリアセンサ部，画素選択部，アナログ信号処理
部，出力部，インターフェース部が半導体チップとして
構成されていることを特徴としている。

【００１７】また、請求項２に係る固体撮像素子は、請
求項１に記載のものにおいて、信号処理されたアナログ
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、を更に備え、かつ前記
インターフェース部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、これ
らのエリアセンサ部，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ース部が半導体チップと
して構成されていることを特徴としている。

【００１８】さらに、請求項３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、行方向および列方向
を同期させて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
像信号を順次読出す画素選択部と、画素から読出された
アナログ画像信号を信号処理するアナログ信号処理部
と、信号処理された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、外部からのコマンド信号の入力が可能でありかつ
コマンド信号に対応してディジタル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、これらエリアセ
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およびインタ
ーフェース部が半導体チップとして構成されていること
を特徴とする。

【００１９】また、請求項４に係る固体撮像素子は、請
求項２または請求項３に記載のものにおいて、ディジタ
ル信号処理部が、複数のフィルタ信号処理手段を備える
と共に、前記インターフェイス部は、コマンド信号によ
り、ディジタル信号処理部のフィルタ信号処理手段を選
択する構成とすることにより、外部に出力される前記デ
ィジタル画像信号を変更可能にしたことを特徴としてい
る。

【００２０】また、請求項５に係る固体撮像素子は、請
求項１ないし請求項３の何れかに記載のものにおいて、
画素選択部が、ブランキングを含む画像信号を生成する
モードと、ブランキングを含まない画像信号を生成する
モードとを有すると共に、前記インターフェイス部は、
前記コマンド信号により画素選択部のモードを選択して
外部に出力される画像信号を変更可能とするモード選択
手段を備えることを特徴としている。

【００２１】また、請求項６に係る固体撮像素子は、請
求項１または請求項２に記載のものにおいて、ディジタ
ル信号処理部が、同期信号を含む画像信号を生成する第
１の処理手段と、同期信号を含まない画像信号を生成す
る第２の処理手段と、備えると共に、インターフェイス
部が、外部に出力する画像信号を変更するためにコマン
ド信号によりディジタル信号処理部の第１の処理手段と
第２の処理手段の何れかを選択する選択手段を備えるこ
とを特徴としている。

【００２２】また、請求項７に係る固体撮像素子は、請
求項１または請求項２に記載のものにおいて、出力部
が、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と共に、前記インターフェイ
ス部が、コマンド信号により出力部の同期信号の有無を
選択する構成とすることにより、外部に出力する画像信
号を変更可能とする画像信号変更手段を備えることを特
徴とする。

【００２３】また、請求項８に係る固体撮像素子は、請
求項１ないし請求項３の何れかに記載のものにおいて、
アナログ信号処理部が、アナログ信号の増幅度を変更す
るアナログアンプを備えると共に、インターフェイス部
が、前記コマンド信号により前記アナログアンプの増幅
度を設定して外部に出力する画像信号を変更可能とする
画像信号変更手段を備えることを特徴とする。

【００２４】さらに、請求項９に係る画像システムは、
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
ナログ画像信号を順次読出す画素選択部と、前記画素か
ら順次読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、外部からのコマンド信号の入力が可能でありかつ
前記コマンド信号に対応して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、
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、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ース部が
単一の半導体チップとして構成された固体撮像素子と、
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。

【００２５】また、請求項１０に係る画像システムは、
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
ナログ画像信号を順次読出す画素選択部と、前記画素か
ら順次読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、外部からのコマン
ド信号の入力が可能でありかつ前記コマンド信号に対応
して前記ディジタル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およびインターフェース部が
単一の半導体チップとして構成された固体撮像素子と、
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】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体撮像素子
およびこれを用いた画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読出す画素選択部１０
と、画素から順次読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、外部からのコマンド信号の入力が可能
であり、かつ、前記コマンド信号に対応して前記出力部
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
ターフェース部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】上記構成を備える第１実施形態の基本構成
に係る固体撮像素子は、図示されない光学システム等に
より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案ログ信号
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
ログ塩蔵端子を介して外部に映像を導出している。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１
１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（ＹＣｒＣ
ｂ，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、ＭＰ
ＥＧ１やＭＰＥＧ２、および現在、規格が審議中のＭＰ
ＥＧ４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１
７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１
４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３
３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３
５と、外部〜の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
各校性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４
０を備えており、画像の入力はこの画像入力ユニット３
１を介して行なわれる。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の内部パス３８に接続されており、ＣＰＵ３２か
らの命令を受け、その出力形式を変える構成となってい
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 (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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信号を順次読出す画素
   選択部と、 前記画素から順次読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、 外部からのコマンド信号の入力が可能であり、かつ、前
   記コマンド信号に対応して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，インターフェース部が単一の半導体チップ
   として構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】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、を更に備え、かつ前記インターフェ
   ース部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
   ンターフェース部が単一の半導体チップとして構成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素
   子。
3. 【請求項３】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信号を順次読出す画素
   選択部と、 前記画素から順次読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、 外部からのコマンド信号の入力が可能であり、かつ、前
   記コマンド信号に対応して前記ディジタル画像信号の出
   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，インターフェース部が単一の半導体チップとして構
   成されていることを特徴とする固体撮像素子。
4. 【請求項４】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ると共に、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
   えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の
   固体撮像素子。
5. 【請求項５】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、
   を備えると共に、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請求
   項１ないし請求項３の何れかに記載の固体撮像素子。
6. 【請求項６】前記ディジタル信号処理部は、同期信号を
   含む画像信号を生成する第１の処理手段と、同期信号を
   含まない画像信号を生成する第２の処理手段とを備える
   と共に、前記インターフェイス部は、外部に出力する前
   記画像信号を変更できるように前記コマンド信号によっ
   て前記ディジタル信号処理部の前記第１の処理手段と第
   ２の処理手段とを選択する選択手段を備えることを特徴
   とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像素子。
7. 【請求項７】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
   と共に、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出力
   部の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請求項１または請求項２に記載の固
   体撮像素子。
8. 【請求項８】前記アナログ信号処理部には、前記アナロ
   グ信号の増幅度を変更するアナログアンプを備えると共
   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アナ
   ログアンプの増幅度の設定を変更する画像信号変更手段
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何
   れかに記載の固体撮像素子。
9. 【請求項９】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信号を順次読出す画素選択部
   と、前記画素から順次読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、外部からのコマンド信号の入力が
   可能でありかつ前記コマンド信号に対応して前記出力部
   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、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、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
   フェース部が単一の半導体チップとして構成された固体
   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システム。
10. 【請求項１０】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信号を順次読出す画素選択部
    と、前記画素から順次読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
    部からのコマンド信号の入力が可能でありかつ前記コマ
    ンド信号に対応して前記ディジタル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およびインター
    フェース部が単一の半導体チップとして構成された固体
    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システム。