KR102277599B1 - 촬상 소자, 제어 방법, 및, 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

본 기술은, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있도록 하는 촬상 소자, 제어 방법, 및, 촬상 장치에 관한 것이다. 본 기술의 한 측면에서는, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 신호선의 각각에, 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 그 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호가 그 모드로 판독되고, 판독된 화소 신호가 신호선을 통하여 전송된다. 본 기술은, 예를 들면, 촬상 소자나 촬상 장치에 적용할 수 있다.

Description

촬상 소자, 제어 방법, 및, 촬상 장치{IMAGING ELEMENT, CONTROL METHOD, AND IMAGING DEVICE}

본 기술은, 촬상 소자, 제어 방법, 및, 촬상 장치에 관한 것으로, 특히, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있도록 한 촬상 소자, 제어 방법, 및, 촬상 장치에 관한 것이다.

종래, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 소자에서, 열마다 화소가 접속되는 각 출력선에 대해, 각각 복수의 A/D 변환기(ADC(Analog Digital Converter))가 접속되고, 그 복수의 ADC를 이용함에 의해 고속의 데이터 판독을 실현하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 각 출력선에 대해 복수의 비교기와 카운터를 탑재하고, D/A 변환기(DAC(Digital Analog Converter))의 전압을 임의의 값만큼 어긋내어, 고(高)비트 정밀도의 신호를 고속으로 판독하는 것도 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

또한, 판독 신호에 대해 2회의 A/D 변환을 실시함으로써 저노이즈화나 다이내믹 레인지 향상을 실현하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4 참조).

일본 특개2005-347932호 공보 일본 특개2010-252140호 공보 일본 특개2009-296423호 공보 일본 특개2008-012482호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 방법의 경우, 고속의 판독이 가능할 뿐이고, 예를 들면 다이내믹 레인지의 확장이나 노이즈의 저감 등, 고기능성으로의 전개를 도모하는 것은 곤란하였다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 방법의 경우, ADC가 복수 마련되어는 있는 것이지만, 그 구성은 분해능의 향상에만 이용되고 있고, 예를 들면 노이즈의 저감이나, 저소비 전력화 등을 실현하는 것은 곤란하였다.

또한, 특허 문헌 3이나 특허 문헌 4에 기재된 방법의 경우, 처리 시간이 증대하고 있어, 고속의 판독을 행하는 것이 곤란하였다.

근래, 정보 처리 기술의 향상에 의해, 화상 처리나 촬상 장치도 보다 다기능화 및 고기능화의 일로를 걷고 있다[추세이다]. 이에 수반하여, 촬상 소자로부터 출력되는 화상 데이터에 요구되는 출력 형식도, 보다 다양화하고 있다. 그러나, 종래의 방법에서는, 상술한 바와 같이, 다양한 데이터 출력 형식에 대응하기가 곤란하였다.

본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 기술의 한 측면은, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자이다.

상기 제어부는, 상기 화소로부터의 화소 신호의 판독을, 상기 화소에 대응하는 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 또한, 각 칼럼의 메인 셔터 동작 및 프리 셔터 동작을 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어할 수 있다.

각 칼럼에서, 각 신호선에 할당되는 화소수가 서로 다르도록 할 수 있다.

각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고, 상기 제어부는, 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 어느 하나의 상기 신호선을 선택시키고, 상기 선택부에 의해 선택된 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 선택부에 의해 선택된 신호선을 통하여 전송시키도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 선택부에, 선택하는 신호선을 순차적으로 전환시켜, 복수 모드의 화소 신호의 판독을 시분할로 행하도록 제어할 수 있다.

상기 화소 어레이의 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 신호선에 대응하는 상기 모드에 대응하는 더미 화소가 또한 접속되고, 상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 더미 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 또한, 상기 더미 화소의 셔터 동작을 상기 모드로 행하도록 제어할 수 있다.

상기 화소 어레이의 각 칼럼에서,

상기 신호선을 통하여 전송되는 상기 화소 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부를 또한 구비할 수 있다.

상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고, 상기 A/D 변환부는, 상기 선택부에 의해 선택된 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를 A/D 변환할 수 있다.

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해, 상기 A/D 변환부가 복수 구비되고, 상기 선택부는, 화소 신호의 A/D 변환에 이용하는 상기 A/D 변환부를 또한 선택할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 복수의 신호선과 복수의 A/D 변환부를 선택시키고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 의해 선택된 각 신호선에 접속되는 화소로부터의 상기 모드에서의 화소 신호의 판독을, 상기 신호선 사이에서 서로 병렬로 행하도록 제어할 수 있다.

각 화소의 노광 시간은, 상기 화소가 접속되는 신호선에 대응하는 모드마다 설정되도록 할 수 있다.

본 기술의 한 측면은, 또한, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독시키고, 판독시킨 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키는 제어 방법이다.

본 기술의 한 측면은, 또한, 피사체를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 상기 촬상부는, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치이다.

본 기술의 다른 측면은, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와 상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자이다.

상기 복수의 압축부는, 상기 복수 라인의 화소 신호의 압축 후의 데이터 사이즈가 1단위기간 내에 전송 가능한 사이즈 이하가 되도록, 각 라인의 화소 신호를 압축할 수 있다.

상기 제어부는, 2라인씩 화상 신호를 판독시키고, 상기 복수의 압축부는, 각 라인의 화소 신호를, 데이터 사이즈가 반분이 되도록 압축할 수 있다.

상기 압축부는, 상기 화소 신호를, 소정의 비트 레이트로 압축할 수 있다.

서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호에 대해, 소정의 신호 처리를 병렬로 행하는 복수의 신호 처리부를 또한 구비하고, 상기 복수의 압축부는, 서로 다른 상기 신호 처리부에 의해 상기 신호 처리가 행하여진 서로 다른 라인의 화소 신호를 병렬로 압축할 수 있다.

본 기술의 다른 측면은, 또한, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독시키고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독시킨 상기 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송시키고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송시킨 상기 복수 라인의 화소 신호를 병렬로 A/D 변환시키고, A/D 변환시킨 서로 다른 라인의 화소 신호를 병렬로 압축시키는 제어 방법이다.

본 기술의 다른 측면은, 또한, 피사체를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 상기 촬상부는, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치이다.

본 기술의 또 다른 측면은, 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 각 A/D 변환부에 대해 복수개씩 할당되고, 각각이 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 기억하는 복수의 래치와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하고, 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 상기 A/D 변환부에 대응하는 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억하고, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되어 있는 상기 화소 신호를 판독하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자이다.

상기 복수의 래치로부터 판독된 상기 화소 신호끼리를 가산 또는 감산하는 연산부를 또한 구비하고, 상기 제어부는, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치로부터 판독된 상기 화소 신호끼리를, 상기 연산부를 이용하여 가산 또는 감산하도록 제어할 수 있다.

본 기술의 또 다른 측면은, 또한, 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 칼럼의 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독시키고, 상기 화소로부터 판독시킨 상기 화소 신호를 A/D 변환시키고, A/D 변환시킨 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억시키고, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억시키고 있는 상기 화소 신호를 판독시키는 제어 방법이다.

본 기술의 또 다른 측면은, 또한, 피사체를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 상기 촬상부는, 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 각 A/D 변환부에 대해 복수개씩 할당되고, 각각이 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 기억하는 복수의 래치와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하고, 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 상기 A/D 변환부에 대응하는 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억하고, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되어 있는 상기 화소 신호를 판독하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치이다.

본 기술의 다른 측면은, 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자이다.

상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사의 크기에 응하여, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 설정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사가 큰 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차(差)가 작아지도록 설정하고, 상기 램프 신호의 경사가 작은 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 커지도록 설정할 수 있다.

본 기술의 다른 측면은, 또한, 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부의 각각의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독시키고, 상기 화소로부터 판독시킨 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부에 A/D 변환시키는 제어 방법이다.

본 기술의 다른 측면은, 또한, 피사체를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고, 상기 촬상부는, 화소 어레이와, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치이다.

본 기술의 한 측면에서는, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 신호선의 각각에, 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 그 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호가 그 모드로 판독되고, 판독된 화소 신호가 신호선을 통하여 전송된다.

본 기술의 다른 측면에서는, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 칼럼에 할당된 복수의 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호가 병렬로 판독되고, 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호가, 각각, 화소에 대응하는 신호선을 이용하여 병렬로 전송되고, 복수의 신호선을 이용하여 전송된 복수 라인의 화소 신호가 병렬로 A/D 변환되고, A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호가 병렬로 압축된다.

본 기술의 또 다른 측면에서는, 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 칼럼의 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호가 판독되고, 화소로부터 판독된 화소 신호가 A/D 변환되고, A/D 변환된 화소 신호가, 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되고, 모드에 응하여, 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되어 있는 화소 신호가 판독된다.

본 기술의 다른 측면에서는, 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부의 각각의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정되고, 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호가 판독되고, 화소로부터 판독된 화소 신호가, 칼럼에 할당된 복수의 A/D 변환부에 A/D 변환된다.

본 기술에 의하면, 피사체를 촬상할 수 있다. 특히, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

도 1은 본 기술을 적용한 이미지 센서의 주된 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 칼럼 화소부의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 단위화소의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 단위화소의 다른 구성례를 도시하는 도면.
도 5는 선택부의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 6은 칼럼 A/D 변환부의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 7은 어드레스 디코더의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 8은 화소 구동부의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 화소 판독의 양상의 예를 설명하는 타이밍 차트.
도 10은 어드레스 디코더의 구동의 양상의 예를 설명하는 타이밍 차트.
도 11은 단위화소 동작 제어의 양상의 예를 설명하는 타이밍 차트.
도 12는 A/D 변환부의 구동의 양상의 예를 설명하는 타이밍 차트.
도 13은 2스트림 판독의 양상의 예를 도시하는 도면.
도 14는 판독 처리의 흐름의 예를 설명하는 플로 차트.
도 15는 2스트림 액세스의 양상의 예를 도시하는 도면.
도 16은 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 17은 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 18은 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 19는 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 20은 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 21은 2스트림 액세스의 양상의 다른 예를 도시하는 도면.
도 22는 시분할의 2스트림 액세스의 양상의 예를 도시하는 도면.
도 23은 더미 어드레스 적용의 예를 도시하는 도면.
도 24는 더미 어드레스 적용의 예를 도시하는 도면.
도 25는 배속 판독의 예를 도시하는 도면.
도 26은 배속 판독의 다른 예를 도시하는 도면.
도 27은 배속 판독의 예를 도시하는 도면.
도 28은 고S/N 판독의 예를 도시하는 도면.
도 29는 본 기술을 적용한 이미지 센서의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 30은 압축의 양상의 예를 도시하는 도면.
도 31은 수평 처리부의 예를 도시하는 도면.
도 32는 압축부의 예를 도시하는 도면.
도 33은 본 기술을 적용한 이미지 센서의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 34는 A/D 변환부의 주된 구성례를 도시하는 블록도.
도 35는 판독 처리의 흐름의 예를 설명하는 플로 차트.
도 36은 화소 신호 판독에 관한 구성의 예를 도시하는 도면.
도 37은 화소 신호 판독에 관한 구성의 다른 예를 도시하는 도면.
도 38은 화소 신호 판독에 관한 구성의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 39는 램프 신호의 오프셋의 어긋남량의 보호의 다른 예를 도시하는 도면.
도 40은 오프셋의 어긋남량의 보호의 예를 도시하는 도면.
도 41은 오프셋의 어긋남량의 보호의 다른 예를 도시하는 도면.
도 42는 램프 신호 제어 처리의 흐름의 예를 설명하는 플로 차트.
도 43은 촬상 소자의 주된 구성례를 도시하는 도면.
도 44는 촬상 장치의 주된 구성례를 도시하는 도면.

이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태(이하 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.

1. 제1의 실시의 형태(CMOS 이미지 센서)

2. 제2의 실시의 형태(CMOS 이미지 센서)

3. 제3의 실시의 형태(CMOS 이미지 센서)

4. 제4의 실시의 형태(CMOS 이미지 센서)

5. 제5의 실시의 형태(CMOS 이미지 센서)

6. 제6의 실시의 형태(촬상 장치)

<1. 제1의 실시의 형태>

<CMOS 이미지 센서>

도 1은, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태인 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 일부의 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시되는 CMOS 이미지 센서(100)는, 피사체를 촬상하고, 촬상 화상의 디지털 데이터를 얻는 촬상 소자이다. 또한, 본 명세서에서는, CMOS 이미지 센서를 예로 설명하지만, 본 기술은, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등의, CMOS 이미지 센서 이외의 촬상 소자에도 적용할 수 있다.

도 1에 도시되는 바와 같이, CMOS 이미지 센서(100)는, 화소 어레이부(111), 판독부(112A), 판독부(112B), 및 D/A 변환부(113)를 갖는다.

화소 어레이부(111)는, 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 갖는 화소 구성(단위화소)이 평면형상 또는 곡면형상으로 배치되는 화소 영역이다. 화소 어레이부(111)의 각 단위화소는, 피사체로부터의 광을 수광하고, 그 입사광을 광전 변환하여 전하를 축적하고, 소정의 타이밍에서, 그 전하를 화소 신호로서 출력한다.

화소 어레이부(111)에서, 단위화소는, 예를 들면 행렬(어레이)형상으로 배치된다. 각 단위화소에는, 화소 신호를 전송하는 신호선(수직 신호선)이 단위화소의 칼럼(열)마다 할당된다. 또한, 화소 신호의 판독에 관한 동작은, 단위화소의 라인(행)마다 제어된다.

또한, 이 화소 어레이는, 각 단위화소를 서로 다른 2방향으로 분류(그룹화)할 수 있는 구성이라면 어떤 것이라도 좋고, 서로 직교하는 2직선 방향으로 나열되는 NxM의 전형적인 행렬 구성이 아니라도 좋다. 즉, 예를 들면 허니컴 구조와 같이, 단위화소의 라인(행)이나 칼럼(열)이 직선이 아니라도 좋다. 즉, 각 라인이나 각 칼럼의 단위화소가 직선형상으로 나열되지 않아도 좋고, 단위화소의 라인과 칼럼이 직교하지 않아도 좋다.

즉, 화소 어레이부(111)는, 단위화소의 1칼럼(열)분의 구성인 칼럼 화소부(121)를, 화소 어레이의 칼럼수의 수만큼 갖는다. 도 1에는 1칼럼(열)분의 구성만을 도시하고 있지만, 예를 들면, 화소 어레이부(111)가 P(P는 자연수)열의 단위화소를 갖는 경우, 화소 어레이부(111)는, P개의 칼럼 화소부(121)를 갖는다. 칼럼 화소부(121)의 상세에 관해서는 후술하지만, 칼럼 화소부(121)는, 당해 칼럼의 단위화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선(수직 신호선)을 복수(예를 들면 N개(N은 2 이상의 자연수)) 갖는다. 즉, 칼럼 화소부(121)로부터는 복수(예를 들면 N개)의 화소 신호를 병렬로 판독할 수 있다.

판독부(112A)는, 화소 어레이부(111)로부터 화소 신호를 판독하고, A/D 변환 등의 신호 처리를 행하여 출력한다. 판독부(112A)는, 화소 어레이부(111)의 각 칼럼(각 칼럼 화소부(121))에 대해, 선택부(122A) 및 칼럼 A/D 변환부(123A)를 갖는다. 즉, 도 1에는 1칼럼(열)분의 구성만 도시하고 있지만, 예를 들면, 화소 어레이부(111)가 P열의 단위화소를 갖는 경우, 판독부(112A)는, P개의 선택부(122A)와 칼럼 A/D 변환부(123A)를 갖는다.

선택부(122A)는, 자신이 대응하는 칼럼 화소부(121)의 복수(예를 들면 N개)의 수직 신호선 중에서, 화소 신호를 칼럼 A/D 변환부(123A)에 공급하는 신호선을 선택한다. 즉, 선택부(122A)는, 칼럼 화소부(121)의 수직 신호선(그 수직 신호선에 접속되는 단위화소)과 칼럼 A/D 변환부(123A)와의 접속을 제어한다.

칼럼 A/D 변환부(123A)는, 자신이 대응하는 선택부(122A)를 통하여 칼럼 화소부(121)로부터 전송되는 화소 신호(아날로그 데이터)를 A/D 변환한다. 칼럼 A/D 변환부(123A)는, 복수(예를 들면 M개(M은 2 이상의 자연수. 단 M≤N))의 A/D 변환부를 가지며, 선택부(122A)를 통하여 전송된 복수(예를 들면 M개)의 화소 신호를 병렬로 A/D 변환할 수 있다. 즉, 선택부(122A)는, 예를 들면, N개 중에서 M개의 수직 신호선을 선택하고, 칼럼 A/D 변환부(123A)에 접속시킬 수 있다.

칼럼 A/D 변환부(123A)는, D/A 변환부(113)로부터 공급되는 램프 신호를 이용하여 화소 신호를 A/D 변환한다. 상세에 관해서는 후술한다.

판독부(112A)는, 또한 수평 전송부(124A)를 갖는다. 수평 전송부(124A)는, 각 칼럼 A/D 변환부(123A)로부터 출력되는 화소 신호(디지털 데이터), 즉, 화소 어레이부(111)의 각 칼럼의 화소 신호를 순차적으로 출력한다. 예를 들면, 화소 어레이부(111)가 P열의 단위화소를 가지며, 각 칼럼 A/D 변환부(123A)가 M개의 A/D 변환부를 갖는 경우, 수평 전송부(124A)에는, PxM개의 화소 신호가 병렬로 공급된다. 수평 전송부(124A)는, 그 PxM의 화소 신호를 순차적으로 전송한다. 수평 전송부(124A)로부터 출력되는 화소 신호는, 예를 들면, 신호 처리부 등의 후단의 처리부(도시 생략)에 공급된다. 이 후단의 처리부는, CMOS 이미지 센서(100)의 내부에 마련되도록 하여도 좋고, 외부에 마련되도록 하여도 좋다.

판독부(112B)는, 판독부(112A)와 같은 처리부이고, 판독부(112A)와 같은 구성을 가지며, 판독부(112A)와 같은 처리를 행한다. 즉, 판독부(112B)는, 화소 어레이부(111)의 단위화소의 칼럼마다 선택부(122B) 및 칼럼 A/D 변환부(123B)를 가지며, 또한 수평 전송부(124B)를 갖는다. 선택부(122B)는, 선택부(122A)와 같은 처리부이고, 선택부(122A)와 같은 구성을 가지며, 선택부(122A)와 같은 처리를 행한다. 칼럼 A/D 변환부(123B)는, 칼럼 A/D 변환부(123A)와 같은 처리부이고, 칼럼 A/D 변환부(123A)와 같은 구성을 가지며, 칼럼 A/D 변환부(123A)와 같은 처리를 행한다. 수평 전송부(124B)는, 수평 전송부(124A)와 같은 처리부이고, 수평 전송부(124A)와 같은 구성을 가지며, 수평 전송부(124A)와 같은 처리를 행한다.

이하에서, 판독부(112A) 및 판독부(112B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지 판독부(112)라고 칭한다. 마찬가지로, 선택부(122A) 및 선택부(122B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지 선택부(122)라고 칭한다. 마찬가지로, 칼럼 A/D 변환부(123A) 및 칼럼 A/D 변환부(123B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지 칼럼 A/D 변환부(123)라고 칭한다. 마찬가지로, 수평 전송부(124A) 및 수평 전송부(124B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지 수평 전송부(124)라고 칭한다.

D/A 변환부(113)는, 각 칼럼 A/D 변환부(123)에 소정의 램프 신호를 공급한다.

이상과 같이 도 1의 예의 경우, CMOS 이미지 센서(100)는, 화소 어레이부(111)로부터 화소 신호를 판독하는 경로를 2계통 갖는다. 즉, 도 1의 예의 경우, 판독부(112)가 판독부(112A)와 판독부(112B)의 2개의 구성으로 되어 있다. 단, 이 경로의 수는 임의이고, 1계통이라도 좋고, 3계통 이상이라도 좋다. 즉, 판독부(112A)와 판독부(112B)를 하나의 판독부(112)로서 구성하도록 하여도 좋고, 예를 들면, 판독부(112A), 판독부(112B), 판독부(112C)(도시 생략), …와 같이, 판독부(112)를 3개 이상의 구성으로 하여도 좋다.

CMOS 이미지 센서(100)는, 또한, 센서 컨트롤러(131), 수직 주사부(132), 및 수평 주사부(133)를 갖는다.

센서 컨트롤러(131)는, CMOS 이미지 센서(100)의 각 처리부의 동작을 제어한다. 예를 들면, 센서 컨트롤러(131)는, 수직 주사부(132)나 수평 주사부(133)를 제어하여, 화소 어레이부(111)로부터의 화소 신호의 판독을 제어한다.

수직 주사부(132)는, 센서 컨트롤러(131)에 제어되어, 화소 어레이부(111)의 각 칼럼의 각 단위화소를 라인마다 구동시키고, 화소 신호를 판독시킨다. 수직 주사부(132)는, 어드레스 디코더(141) 및 화소 구동부(142)를 갖는다. 어드레스 디코더(141)는, 센서 컨트롤러(131)로부터 공급되는 어드레스 지정 정보를 디코드하고, 화소 구동부(142)의 지정된 어드레스에 대응하는 구성에 제어 신호를 공급한다. 화소 구동부(142)는, 센서 컨트롤러(131)에 제어되어, 화소 어레이부(111)의 각 단위화소에 대해 구동시키는 제어 신호를 공급한다. 화소 구동부(142)는, 제어 신호를 공급하는 구성을 화소 어레이의 라인마다 갖는다. 화소 구동부(142)는, 어드레스 디코더(141)에 의해 지정된 구성을 이용하여, 센서 컨트롤러(131)로부터 지정된 제어 내용에 대응하는 제어 신호를, 화소 어레이부(111)(즉, 센서 컨트롤러(131)에 의해 지정된 라인의 각 단위화소)에 공급한다.

수평 주사부(133)는, 판독부(112)의 동작을 제어하여, 화소 어레이부(111)로부터 공급되는 각 칼럼의 화소 신호를 순차적으로 후단에 전송시킨다.

<칼럼 화소부>

칼럼 화소부(121)의 주된 구성의 예를 도 2에 도시한다. 상술한 바와 같이, 칼럼 화소부(121)에는, 복수(예를 들면 N개(N은 2 이상의 자연수))의 수직 신호선이 할당되어 있다. 칼럼 화소부(121)의 각 단위화소(즉 화소 어레이의 당해 칼럼의 각 단위화소)는, 이 복수의 수직 신호선의 어느 하나에 접속된다. 또한, 칼럼 화소부(121)가 갖는 단위화소의 수는 임의이다.

도 2의 예의 경우, 4개의 수직 신호선(VSL0, VLS1, VSL2, VSL3)이 할당되어 있고, 4개의 단위화소(단위화소(151A), 단위화소(151B), 단위화소(151C), 단위화소(151D))가 도시되고, 단위화소(151A)는 수직 신호선(VSL0)에 접속되고, 단위화소(151B)는 수직 신호선(VSL1)에 접속되고, 단위화소(151C)는 수직 신호선(VSL2)에 접속되고, 단위화소(151D)는 수직 신호선(VSL3)에 접속되어 있다. 칼럼 화소부(121)가 5개 이상 단위화소를 갖는 경우, 그 밖의 단위화소도 마찬가지로, 4개의 수직 신호선의 어느 하나(VSL0, VLS1, VSL2, VSL3)에 접속된다.

또한, 이하에서, 단위화소를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 단위화소(151)라고 칭한다. 또한, 수직 신호선을 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 수직 신호선(VSL)이라고 칭한다.

<단위화소>

단위화소(151)의 주된 구성의 예를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 단위화소(151)는, 포토 다이오드(161), 판독 트랜지스터(162), 리셋 트랜지스터(163), 증폭 트랜지스터(164), 및 셀렉트 트랜지스터(165)를 갖는다.

포토 다이오드(PD)(161)는, 수광한 광을 그 광량에 응한 전하량의 광 전하(여기에서는, 광 전자)로 광전 변환하여 그 광 전하를 축적한다. 포토 다이오드(161)의 애노드 전극은 화소 영역의 그라운드(화소 그라운드)에 접속되고, 캐소드 전극은 판독 트랜지스터(162)를 통하여 플로팅 디퓨전(FD)에 접속된다.

판독 트랜지스터(162)는, 포토 다이오드(161)로부터의 광 전하의 판독을 제어한다. 판독 트랜지스터(162)는, 드레인 전극이 플로팅 디퓨전에 접속되고, 소스 전극이 포토 다이오드(161)의 캐소드 전극에 접속된다. 또한, 판독 트랜지스터(162)의 게이트 전극에는, 화소 구동부(142)로부터 제어 신호(TRG)가 공급된다. 제어 신호(TRG)(즉, 판독 트랜지스터(162)의 게이트 전위)가 오프 상태일 때, 포토 다이오드(161)로부터의 광 전하의 판독이 행하여지지 않는다(포토 다이오드(161)에서 광 전하가 축적된다). 제어 신호(TRG)(즉, 판독 트랜지스터(162)의 게이트 전위)가 온 상태일 때, 포토 다이오드(161)에 축적된 광 전하가 판독되어, 플로팅 디퓨전(FD)에 공급된다.

리셋 트랜지스터(163)는, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 리셋한다. 리셋 트랜지스터(163)는, 드레인 전극이 전원 전위에 접속되고, 소스 전극이 플로팅 디퓨전(FD)에 접속된다. 또한, 리셋 트랜지스터(163)의 게이트 전극에는, 화소 구동부(142)로부터 제어 신호(RST)가 공급된다. 제어 신호(RST)(즉, 리셋 트랜지스터(163)의 게이트 전위)가 오프 상태일 때, 플로팅 디퓨전(FD)은 전원 전위와 분리되어 있다. 제어 신호(RST)(즉, 리셋 트랜지스터(163)의 게이트 전위)가 온 상태일 때, 플로팅 디퓨전(FD)의 전하가 전원 전위로 버려져서, 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다.

증폭 트랜지스터(164)는, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위 변화를 증폭하고, 전기 신호(아날로그 신호)로서 출력한다. 증폭 트랜지스터(164)는, 게이트 전극이 플로팅 디퓨전(FD)에 접속되고, 드레인 전극이 전원 전위에 접속되고, 소스 전극이 셀렉트 트랜지스터(165)의 드레인 전극에 접속되어 있다. 예를 들면, 증폭 트랜지스터(164)는, 리셋 트랜지스터(163)에 의해 리셋된 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 리셋 신호(리셋 레벨)로서 셀렉트 트랜지스터(165)에 출력한다. 또한, 증폭 트랜지스터(164)는, 판독 트랜지스터(162)에 의해 광 전하가 전송된 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 광 축적 신호(신호 레벨)로서 셀렉트 트랜지스터(165)에 출력한다.

셀렉트 트랜지스터(165)는, 증폭 트랜지스터(164)로부터 공급되는 전기 신호의 수직 신호선(VSL)에의 출력을 제어한다. 셀렉트 트랜지스터(165)는, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(164)의 소스 전극에 접속되고, 소스 전극이 수직 신호선(VSL)에 접속되어 있다. 또한, 셀렉트 트랜지스터(165)의 게이트 전극에는, 화소 구동부(142)로부터 제어 신호(SEL)가 공급된다. 제어 신호(SEL)(즉, 셀렉트 트랜지스터(165)의 게이트 전위)가 오프 상태일 때, 증폭 트랜지스터(164)와 수직 신호선(VSL)은 전기적으로 분리되어 있다. 따라서 이 상태일 때, 당해 단위화소로부터 화소 신호가 출력되지 않는다. 제어 신호(SEL)(즉, 셀렉트 트랜지스터(165)의 게이트 전위)가 온 상태일 때, 당해 단위화소가 선택 상태가 된다. 즉, 증폭 트랜지스터(164)와 수직 신호선(VSL)이 전기적으로 접속되고, 증폭 트랜지스터(164)로부터 출력되는 신호가, 당해 단위화소의 화소 신호로서, 수직 신호선(VSL)에 공급된다. 즉, 당해 단위화소로부터 화소 신호가 판독된다.

<단위화소의 다른 예>

단위화소(151)의 구성은 임의이고, 도 3의 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 판독 트랜지스터(162)가 생략되어 있어도 좋다. 또한, 1단위화소당의 화소수는 임의이고, 도 3의 예와 같이 1화소라도 좋고, 복수 화소라도 좋다.

복수 화소를 갖는 경우의 단위화소의 구성례를 도 4에 도시한다. 도 4의 예의 경우, 단위화소(151)는, 포토 다이오드(161)를 4개 갖는다(포토 다이오드(161-0), 포토 다이오드(161-1), 포토 다이오드(161-2), 포토 다이오드(161-3)). 즉, 이 경우, 단위화소(151)는, 4화소에 의해 구성된다. 각 포토 다이오드(161)는, 서로 동일한 특성을 갖도록 하여도 좋지만, 서로 다른 특성을 갖도록 하여도 좋다. 예를 들면, 이들의 포토 다이오드(161) 중, 일부 또는 전부가, 다른 것과 다른 파장 대역의 입사광을 광전 변환하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 포토 다이오드(161-0) 내지 포토 다이오드(161-3)를 2행2열로 배열하고, 좌상의 포토 다이오드(161-0)가 주로 적(R)의 대역을 광전 변환하고, 우상(右上)의 포토 다이오드(161-1)가 주로 녹(GR)의 대역을 광전 변환하고, 좌하의 포토 다이오드(161-2)가 주로 녹(GB)의 대역을 광전 변환하고, 우하의 포토 다이오드(161-3)가 주로 청(B)의 대역을 광전 변환하도록 하여도 좋다. 이와 같이 함에 의해, 단위화소(151)가 베이어 배열의 1단위를 구성하도록 할 수 있다.

또한, 도 4의 예의 경우, 단위화소(151)는, 판독 트랜지스터(162)를 4개 갖는다(판독 트랜지스터(162-0), 판독 트랜지스터(162-1), 판독 트랜지스터(162-2), 판독 트랜지스터(162-3)). 판독 트랜지스터(162-0)는, 화소 구동부(142)로부터 공급되는 제어 신호(TRG)(TR0)에 의거하여, 포토 다이오드(161-0)로부터의 광 전하의 판독을 제어한다. 판독 트랜지스터(162-1)는, 화소 구동부(142)로부터 공급되는 제어 신호(TRG)(TR1)에 의거하여, 포토 다이오드(161-1)로부터의 광 전하의 판독을 제어한다. 판독 트랜지스터(162-2)는, 화소 구동부(142)로부터 공급되는 제어 신호(TRG)(TR2)에 의거하여, 포토 다이오드(161-2)로부터의 광 전하의 판독을 제어한다. 판독 트랜지스터(162-3)는, 화소 구동부(142)로부터 공급되는 제어 신호(TRG)(TR3)에 의거하여, 포토 다이오드(161-3)로부터의 광 전하의 판독을 제어한다.

도 4의 예의 경우, 플로팅 디퓨전(FD), 리셋 트랜지스터(163), 증폭 트랜지스터(164), 및 셀렉트 트랜지스터(165) 등의 구성은, 단위화소 내에서 공유된다. 그리고, 각 화소(포토 다이오드(161-0), 포토 다이오드(161-1), 포토 다이오드(161-2), 포토 다이오드(161-3))의 화소 신호는, 서로 동일 수직 신호선(VSL)을 통하여 전송된다.

이하에서는, 단위화소(151)의 구성으로서 도 4의 예를 이용하여 설명한다.

<선택부>

도 5는, 선택부(122)의 주된 구성의 예를 도시하는 도면이다. 도 5의 A에 선택부(122A)의 구성례를 도시한다. 도 5의 B에 선택부(122B)의 구성례를 도시한다. 선택부(122)는, 칼럼 화소부(121)마다 마련되고, 칼럼 화소부(121)의 N개의 수직 신호선과 칼럼 A/D 변환부(123)의 M계통의 A/D 변환부(M개의 수직 신호선)와의 접속을 제어한다. 도 5의 A의 예의 경우, 선택부(122A)는, 자신이 대응하는 칼럼 화소부(121)의 4개의 수직 신호선(VSL0 내지 VSL3) 중의 어느 2개를 선택하고, 칼럼 A/D 변환부(123A)의 2개의 수직 신호선(VSLA0, VSLA1)에 접속한다.

선택부(122B)는, 선택부(122A)와 기본적으로 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 5의 B의 예의 경우, 선택부(122B)는, 자신이 대응하는 칼럼 화소부(121)의 4개의 수직 신호선(VSL0 내지 VSL3) 중의 어느 2개를 선택하고, 칼럼 A/D 변환부(123B)의 2개의 수직 신호선(VSLB0, VSLB1)에 접속한다.

즉, 선택부(122)는, 각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 수직 신호선(VSL)을, 그 칼럼에 할당된 복수의 수직 신호선(VSL) 중에서 선택한다. 그 때, 센서 컨트롤러(131)는, 각 칼럼에 관해, 선택부(122)에 어느 하나의 수직 신호선(VSL)을 선택시키고, 그 선택부(122)에 의해 선택된 수직 신호선(VSL)에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 그 모드로 판독하고, 판독한 화소 신호를 선택부(122)에 의해 선택된 신호선을 통하여 전송시키도록 제어한다. 또한, 이 선택부(122)는, 생략하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 칼럼 A/D 변환부(123)가 병렬로 동작하는 N계통의 A/D 변환부를 갖는 경우, 선택부(122)는 불필요해진다.

<칼럼 A/D 변환부>

칼럼 A/D 변환부(123B)의 주된 구성의 예를 도 6에 도시한다. 칼럼 A/D 변환부(123)는, 상술한 바와 같이 M계통의 A/D 변환부를 갖는다. 도 6의 예의 경우, 2계통(VSLB0, VSLB1)의 A/D 변환부를 갖는다. 그리고, 칼럼 A/D 변환부(123B)는, 수직 신호선(VSLB0) 계통의 A/D 변환부로서, 전류원(181-0), 비교기(182-0), 및 카운터(183-0)를 갖는다. 전류원(181-0)은, 수직 신호선(VSLB0)에 접속되는 주변 회로의 부하를 나타내고 있다. 전류원(181-0)은, 수직 신호선(VSLB0)과 그라운드에 접속된다.

D/A 변환부(113)는, 칼럼 A/D 변환부(123B)의 각 계통에 대해 램프 신호를 공급한다. 도 6의 예의 경우, 칼럼 A/D 변환부(123B)는, D/A 변환부(113)는, 수직 신호선(VSLB0) 계통의 A/D 변환부에 램프 신호를 공급하는 D/A 변환부(113-0)와, 수직 신호선(VSLB1) 계통의 A/D 변환부에 램프 신호를 공급하는 D/A 변환부(113-1)를 갖는다.

비교부(182-0)는, 화소 어레이부(111)의 단위화소(151)로부터 수직 신호선(VSL), 선택부(122B), 및 수직 신호선(VSLB0)을 통하여 전송되는 화소 신호를, D/A 변환부(113-0)로부터 공급되는 램프 신호와 비교하고, 비교 결과(어느 쪽의 값이 큰지를 나타내는 정보)를 카운터(183-0)에 공급한다.

카운터(183-0)는, 카운트 시작부터 그 비교 결과의 값이 변화할 때까지의 기간을 카운트하고, 비교 결과의 값이 변화한 시점에서 그 카운트값을 화소 신호의 디지털 데이터로서 수평 전송부(124B)에 출력한다.

칼럼 A/D 변환부(123B)는, 수직 신호선(VSLB1) 계통의 A/D 변환부로서, 전류원(181-1), 비교기(182-1), 및 카운터(183-1)를 갖는다. 전류원(181-1)은, 전류원(181-0)과 같은 구성이다. 즉, 전류원(181-1)은, 수직 신호선(VSLB1)에 접속되는 주변 회로의 부하를 나타내고 있다. 전류원(181-1)은, 수직 신호선(VSLB1)과 그라운드에 접속된다.

비교부(182-1)는, 비교부(182-0)와 같은 구성을 가지며, 비교부(182-0)와 같은 처리를 행한다. 즉, 비교부(182-1)는, 화소 어레이부(111)의 단위화소(151)로부터 수직 신호선(VSL), 선택부(122B), 및 수직 신호선(VSLB1)을 통하여 전송되는 화소 신호를, D/A 변환부(113-1)로부터 공급되는 램프 신호와 비교하고, 비교 결과(어느 쪽의 값이 큰지를 나타내는 정보)를 카운터(183-1)에 공급한다.

카운터(183-1)는, 카운터(183-0)와 같은 구성을 가지며, 같은 처리를 행한다. 즉, 카운터(183-1)는, 카운트 시작부터 그 비교 결과의 값이 변화할 때까지의 기간을 카운트하고, 비교 결과의 값이 변화한 시점에서 그 카운트값을 화소 신호의 디지털 데이터로서 수평 전송부(124B)에 출력한다.

칼럼 A/D 변환부(123A)도 칼럼 A/D 변환부(123B)와 같은 구성을 가지며, 같은 처리를 행한다. 즉, 칼럼 A/D 변환부(123)가, 몇개의 구성으로 되는 경우라도, 각 칼럼 A/D 변환부(123)는, 도 6의 예와 같은 구성을 가지며, 같은 처리를 행한다.

또한, 칼럼 A/D 변환부(123)가, 갖는 A/D 변환부의 계통수는 임의이고, 1계통이라도 좋고, 3계통 이상이라도 좋다. 계통수가 몇 개라도, D/A 변환부(113)는, 각 계통에 서로 독립하여 램프 신호를 공급한다. 즉, 예를 들면, 칼럼 A/D 변환부(123)가, M계통의 A/D 변환부를 갖는 경우, D/A 변환부(113)가, M개의 독립한 D/A 변환부를 갖도록 하여도 좋다.

<어드레스 디코더>

도 7에 어드레스 디코더(141)의 주된 구성의 예를 도시한다. 어드레스 디코더(141)는, 화소 어레이의 각 라인에 대해, 도 7에 도시되는 바와 같은 구성의 논리 회로를 갖는다. 그리고, 어드레스 디코더(141)에는, 화소를 선택하기 위한 어드레스(ADD_X), 판독 래치 리셋(RLRST), 판독 래치 세트(RLSET_X), 전자 셔터 래치 리셋(SLRST), 및 전자 셔터 래치 세트(SLSET_X) 등의, 어드레스를 지정하는 제어 신호가, 센서 컨트롤러(131)로부터 입력된다. 어드레스 디코더(141)는, 센서 컨트롤러(131)에 의해 지정되는 라인의 논리 회로에서, 이들 입력 신호를 기초로, 판독 래치(RLQ) 또는 전자 셔터 래치(SLQ)로서 값 "H(하이)"를 화소 구동부(142)에 출력한다. NOT_판독 래치(XRLQ)나 NOT_전자 셔터 래치(XSLQ)는 그들의 제어 신호를 부(負)논리로 한 펄스이다.

<화소 구동부>

화소 구동부(142)의 주된 구성례를 도 8에 도시한다. 화소 구동부(142)는, 화소 어레이의 각 라인에 대해, 도 8에 도시되는 바와 같은 구성의 논리 회로를 갖는다.

도 8에 화소 구동 타이밍 구동 회로의 등가 회로도와 타이밍 차트를 도시한다. 어드레스 디코더(141)로부터 공급되는 판독 래치 출력 펄스(RLQ)나 전자 셔터 래치(SLQ), 센서 컨트롤러(131)로부터 공급되는 판독시(讀み出し時) 전송 펄스(RTR), 전자 셔터시(時) 전송 펄스(STR), 전자 셔터시 리셋 펄스(SRST), 판독시 리셋 펄스(RRST), 및 판독시 선택 펄스(RSEL) 등의 각종 제어 신호의 값에 따라, 당해 라인의 각 단위화소(151)의 각 트랜지스터에 대해 제어 신호(TRG), 제어 신호(SEL), 및 제어 신호(RST)를 공급한다.

<타이밍 차트>

도 9에, 이와 같은 CMOS 이미지 센서(100)를 구동하기 위한 각종 제어 신호의 타이밍 차트의 예를 도시한다. 센서 컨트롤러(131)는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 화소를 선택하기 위한 어드레스(ADD), 어드레스 디코더(141)의 판독 래치 리셋(RLRST), 판독 래치 세트(RLSET), 전자 셔터 래치 리셋(SLRST), 및 전자 셔터 래치 세트(RLSET) 등의 제어 신호를 어드레스 디코더(141)에 입력함에 의해, 임의의 어드레스를 구동시킬 수 있다.

또한, 센서 컨트롤러(131)는, 판독시 전송 펄스(RTR), 판독시 리셋 펄스(RRST), 판독시 선택 펄스(RSEL), 전자 셔터시 전송 펄스(STR), 및 전자 셔터시 리셋 펄스(SRST) 등의 제어 신호를 화소 구동부(142)에 입력함에 의해, 어드레스 디코더(141)에 세트한 임의의 어드레스를 임의의 기간만큼 구동시킬 수 있다.

이들의 제어 신호에 대한 어드레스 디코더(141)가 출력하는 각종 제어 신호의 타이밍 차트의 예를 도 10에 도시한다. 또한, 화소 구동부(142)가 출력하는 각종 제어 신호의 타이밍 차트의 예를 도 11에 도시한다.

이들의 제어 신호에 의거하여, 화소 어레이의 각 단위화소로부터 화소 신호가 판독된다. 판독된 화소 신호는, 각 칼럼 A/D 변환부(123)에서, 도 12에 도시되는 타이밍 차트와 같이 A/D 변환된다.

<판독 모드와 수직 신호선의 배분>

이상과 같은 CMOS 이미지 센서(100)의 경우, 각 칼럼의 복수의 수직 신호선이나 복수의 A/D 변환부를 이용하여, 다양한 판독 방법(판독 모드)으로 화소 신호를 판독할 수 있다. 예를 들면, 2계통의 데이터의 동시 출력을 실현하는 2스트림 판독이나, 보다 고속으로 판독하기 위해 종렬(縱列) 칼럼을 전수(全數) 사용하는 병렬 판독, 또한 다이내믹 레인지 향상을 실현하기 위한 멀티 샘플링 등의 판독 모드를 실현할 수 있다.

그러나, 각 수직 신호선과 단위화소가 불규칙하게 접속되어 있는 경우, 화소 신호의 판독 제어가 번잡하게 될 우려가 있다. 예를 들면, 구동시키는 단위화소의 라인을 전환할 때마다(수평 동기마다), 화소 신호에 이용하는 수직 신호선을 지정하지 않으면 안되었다. 특히 복수의 판독 모드를 병용하는 경우, 모드마다 지정하는 수직 신호선을 바꾸지 않으면 안되어, 제어가 보다 복잡하게 되었다.

그래서, 단위화소와 수직 신호선(VSL)을 판독 모드에 응하여 접속하도록 한다. 즉, 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 신호선의 각각에, 화소 신호의 판독의 소정의 모드가 할당되고, 화소 어레이의 그 칼럼의, 그 모드에 대응하는 화소가 접속되도록 하고, 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 그 모드로 판독하고, 판독한 화소 신호를 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하도록 한다.

환언하면, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 어느 하나를 할당하고, 그 판독 모드에서 화소 신호를 판독하는 단위화소를 그 수직 신호선(VSL)에 접속하도록 한다. 이 판독 모드에 할당하는 수직 신호선(VSL)의 수는 임의이고, 단수라도 복수라도 좋다. 또한, 수직 신호선의 할당이 판독 모드 사이에서 중복되도록 하여도 좋다. 예를 들면, 1개의 수직 신호선(VSL)이 복수의 판독 모드에 할당되도록 하여도 좋다.

이와 같이 함에 의해, 예를 들면, 어느 판독 모드를 선택하는 경우, 최초에(수직 동기마다), 그 판독 모드에 응한 수직 신호선을 선택할 뿐으로, 그 판독 모드에 대응하는 모든 단위화소로부터 화소 신호를 판독할 수 있도록 된다. 따라서 각 수평 동기에서는, 구동시키는 라인을 선택할 뿐으로, 용이하게 소망하는 판독 모드를 실현할 수 있도록 된다. 복수의 판독 모드를 병용하는 경우도, 수직 동기에서 전환 후의 모드에 대응하는 수직 신호선을 선택할 뿐으로, 각 수평 동기의 제어는, 어느 모드도 마찬가지로, 그 판독 모드에 응한 라인을 선택할 뿐이면 좋다.

도 13에 그 예를 도시한다. 도 13의 예의 경우, 판독 모드(1)에서는, 단위화소(A), 단위화소(C), 단위화소(E), 및 단위화소(G)로부터 화소 신호가 판독되고, 판독 모드(2)에서는, 단위화소(B), 단위화소(D), 단위화소(F), 및 단위화소(H)로부터 화소 신호가 판독된다. 그리고 도 13에 도시되는 바와 같이, 단위화소(A), 단위화소(C), 단위화소(E), 및 단위화소(G)는, 단위화소(B), 단위화소(D), 단위화소(F), 및 단위화소(H)와 다른 수직 신호선에 접속되어 있다.

따라서 판독 모드(1)로 판독하는 경우, 선택부(122)는, 수직 동기의 최초에, 단위화소(A), 단위화소(C), 단위화소(E), 및 단위화소(G)가 접속되는 수직 신호선을 선택하면 좋다. 역으로, 판독 모드(2)로 판독하는 경우, 선택부(122)는, 수직 동기의 최초에, 단위화소(B), 단위화소(D), 단위화소(F), 및 단위화소(H)가 접속되는 수직 신호선을 선택하면 좋다. 수평 동기마다 이 수직 신호선의 선택을 전환할 필요가 없다.

즉, 보다 용이하게 보다 다양한 판독 모드를 실현할 수 있다.

도 14의 플로 차트를 참조하여, 센서 컨트롤러(131)에 의한 판독 처리의 흐름의 예를 설명한다.

판독 처리가 시작되면, 센서 컨트롤러(131)는, 스텝 S101에서, 수평 주사부(133)를 통하여 각 칼럼의 선택부(122)를 제어하여, 각 칼럼에 관해, 판독 모드에 응하여 수직 신호선을 선택한다. 센서 컨트롤러(131)는, 이 처리를, 판독을 시작할 때, 또는, 판독 모드를 전환할 때에, 수직 동기의 최초에 행한다.

스텝 S102에서, 센서 컨트롤러(131)는, 선택한 수직 신호선에 대응하는 단위화소로부터, 그 수직 신호선에 대응하는 판독 모드로 화소 신호의 판독을 행한다. 즉, 센서 컨트롤러(131)는, 수직 주사부(132)의 어드레스 디코더(141)나 화소 구동부(142)를 제어하여, 각 칼럼의 판독 모드에 대응하는 단위화소를 선택하고, 그 단위화소로부터, 그 판독 모드로 화소 신호를 판독한다. 센서 컨트롤러(131)는, 이 처리를 수평 동기마다 행한다.

이상과 같이 판독 처리를 행함에 의해, 센서 컨트롤러(131)는, 보다 다양한 판독 모드의 동작을 실현시킬 수 있다. 즉, CMOS 이미지 센서(100)는, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

<판독 모드의 예>

이하에, 이상과 같은 CMOS 이미지 센서(100)에 의해 실현 가능한 판독 모드의 예를 설명한다.

도 15에 2스트림 액세스의 예(XVS단위)를 도시한다. 도 15에 도시되는 예에서는, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 예를 들면, 모드(1)가 모니터링 모드의 경우 30fps로 동작하고, 모드(2)가 AF 모드의 경우 240fps로 동작한다. 이와 같이, 화소로부터의 화소 신호의 판독은, 그 화소에 대응하는 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어되도록 하여도 좋다.

이때, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다. 따라서 이와 같은 프레임 레이트가 다른 2개의 판독 모드로 화소 신호를 판독하는 경우에도, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)을 배분하고 있기 때문에, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서, 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 일은 없다. 그 때문에, CMOS 이미지 센서(100)는, 화질에 영향을 미치는 일 없이, 2개의 판독 모드에서의 판독을 보다 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 각 칼럼의 메인 셔터 동작 및 프리 셔터 동작도, 그 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어되도록 하여도 좋다. 도 16에 2스트림 액세스의 예(XHS단위)를 도시한다. 이 도 16의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 도 15의 경우와 마찬가지로, 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 240fps의 AF 모드이다. 도 15의 예와 마찬가지로, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

이 경우, 도 16의 예와 같이, 메인 셔터 및 리드, 및 프리 셔터의 양쪽 모두 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다. 따라서 종래의 CMOS 이미지 센서와 동등한 양호한 화질이 2계통에서 얻어지게 된다.

도 17에 2/8 솎아냄 가산(thinning addition) + 2/8 솎아냄 가산의 예를 도시한다. 이 도 17의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 도 15의 경우와 마찬가지로, 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 240fps의 AF 모드이다. 도 15의 예와 마찬가지로, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

단, 도 17의 예의 경우, 모드(1)(모니터링 모드)에서는, 화소 8라인마다 2라인을 판독하고 가산하는 2/8 솎아냄 가산이 행하여진다. 즉, 모드(1)(모니터링 모드)에서는 「2/8 솎아냄 가산 30fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 모드(2)(AF 모드)에서도 2/8 솎아냄 가산이 행하여진다. 즉, 모드(2)(AF 모드)에서는 「2/8 솎아냄 가산 240fps 모드」로의 판독이 행하여진다.

가산 모드의 경우, 예를 들면, 화소 8라인 중 2라인(즉, R화소와 GR화소가 나열하는 라인(R/GR)과 GB화소와 B화소가 나열하는 라인(GB/B))이 2라인씩 판독되고, 그 2라인(R/GR의 라인끼리와, GB/B의 라인끼리)이 가산된다. 이에 의해, 고감도의 화상(가산 화상)을 얻을 수 있다. 화소 신호의 가산 방법은, 임의이다. 예를 들면, 카운터 가산, 컴퍼레이터의 용량 가산, 로직 내부에서의 가산 등의 방법이 생각된다.

이와 같은 2모드의 판독의 경우도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다.

도 18에 4/16 솎아냄(thinning) + 4/16 솎아냄의 예를 도시한다. 이 도 18의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 도 15의 경우와 마찬가지로, 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 240fps의 AF 모드이다. 도 15의 예와 마찬가지로, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

단, 도 18의 예의 경우, 모드(1)(모니터링 모드)로서, 화소 16라인마다 4라인을 판독하는 4/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(1)(모니터링 모드)에서는 「4/16 솎아냄 30fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 모드(2)(AF 모드)에서 4/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(2)(AF 모드)에서는, 「4/16 솎아냄 240fps 모드」로의 판독이 행하여진다.

4/16 솎아냄의 경우, 도 17 및 도 18에 도시되는 바와 같이, 2/8 솎아냄과 라인이 판독 패턴이 다르다. 또한, 도 18의 예의 경우, 라인끼리의 가산은 행하여지지 않는다.

이와 같은 2모드의 판독의 경우도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다.

도 19에 4/8 솎아냄 + 4/8 솎아냄의 예를 도시한다. 이 도 19의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 120fps의 AF 모드이다. 도 15의 예와 마찬가지로, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

단, 도 19의 예의 경우, 모드(1)(모니터링 모드)로서, 화소 8라인마다 4라인을 판독하는 4/8 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(1)(모니터링 모드)에서는 「4/8 솎아냄 30fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 모드(2)(AF 모드)에서도 4/8 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(2)(AF 모드)에서는, 「4/8 솎아냄 120fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 도 19의 예의 경우, 라인끼리의 가산은 행하여지지 않는다.

이와 같은 2모드의 판독의 경우도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다.

도 20에 8/16 솎아냄 + 8/16 솎아냄의 예를 도시한다. 이 도 20의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 도 19의 예와 마찬가지로, 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 120fps의 AF 모드이다. 도 15의 예와 마찬가지로, 모드(1)에는 수직 신호선(VSL1)과 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0)과 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

단, 도 20의 예의 경우, 모드(1)(모니터링 모드)로서, 화소(16) 라인마다 8라인을 판독하는 8/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(1)(모니터링 모드)에서는 「8/16 솎아냄 30fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 모드(2)(AF 모드)에서도 8/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(2)(AF 모드)에서는, 「8/16 솎아냄 120fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 도 20의 예의 경우, 라인끼리의 가산은 행하여지지 않는다.

이와 같은 2모드의 판독의 경우도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다.

또한, 각 모드로 판독하는 화소의 라인의 비율은 서로 동일하지 않아도 좋다. 즉, 각 칼럼에서, 각 신호선에 할당되는 화소수가 서로 다르도록 하여도 좋다. 예를 들면, 모드(1)와 모드(2)에서 솎아냄의 비율이 서로 다르도록 하여도 좋다. 또한, 각 모드에 할당하는 수직 신호선(VSL)의 수가 서로 다르도록 하여도 좋다. 예를 들면, 모드(1)에 할당하는 수직 신호선(VSL)의 개수와, 모드(2)에 할당하는 수직 신호선(VSL)의 개수가 서로 다르도록 하여도 좋다.

도 21에 4/16 솎아냄 + 12/16 솎아냄의 예를 도시한다. 이 도 21의 예의 경우도, 모드(1)와 모드(2)의 2개의 판독 모드로 화소 신호의 판독이 행하여진다. 도 15의 경우와 마찬가지로, 모드(1)는 30fps의 모니터링 모드이고, 모드(2)는 90fps의 AF 모드이다. 모드(1)에는 수직 신호선(VSL3)이 할당되고, 모드(2)에는, 수직 신호선(VSL0), 수직 신호선(VSL1), 및 수직 신호선(VSL2)이 할당되어 있다.

도 21의 예의 경우, 모드(1)(모니터링 모드)로서, 화소(16) 라인마다 4라인을 판독하는 4/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(1)(모니터링 모드)에서는 「4/16 솎아냄 30fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 모드(2)(AF 모드)로서, 화소(16) 라인마다 12라인을 판독하는 12/16 솎아냄이 행하여진다. 즉, 모드(2)(AF 모드)에서는, 「12/16 솎아냄 90fps 모드」로의 판독이 행하여진다. 또한, 도 21의 예의 경우, 라인끼리의 가산은 행하여지지 않는다.

이와 같은 화소 신호의 판독량이 서로 다른 2모드의 판독의 경우도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독에서 화소나 수직 신호선(VSL)이 부딪치는 것을 억제할 수 있다.

이상과 같이, CM4OS 이미지 센서(100)는, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다. 물론, 판독 모드는 임의이고, 상술한 예로 한정되지 않는다. 또한, 병용하는 판독 모드의 수나 조합 패턴도 임의이고, 상술한 예로 한하지 않는다. 예를 들면, 2/8 솎아냄 가산 + 4/16 솎아냄 가산 등과 같은, 비가산 모드와 가산 모드가 섞인 경우라도 제어 가능하다. 또한, 솎아냄율에 관해서는 수직 신호선(VSL)의 개수의 2N배라면 임의로 설정 가능하다.

<그 밖의 판독 모드의 예>

판독 모드의 병용은, 칼럼 A/D 변환부(123)의 A/D 변환부의 계통수에 의해 행하도록 하여도 좋지만, 도 22에 도시되는 예와 같이, 시분할에 의해 실현하도록 하여도 좋다.

예를 들면, 도 22의 패턴 2와 같이 각 판독 모드에서의 화소 신호의 판독을 행함에 의해, 칼럼 A/D 변환부(123)의 2계통의 A/D 변환부를 이용하여 2개의 판독 모드를 실현할 수 있다. 이에 대해, 패턴(1)과 같이, 각 모드가 판독 타이밍을 어긋냄에 의해, 1계통의 A/D 변환부를 시분할하여 2개의 판독 모드에 이용할 수 있다. 즉, 칼럼 A/D 변환부(123)의 A/D 변환부의 계통수 이상의 수의 판독 모드를 실현할 수 있다. 그 경우, 예를 들면, 센서 컨트롤러(131)가, 선택부(122)에 선택하는 신호선을 순차적으로 전환시켜, 복수 모드의 화소 신호의 판독을 시분할로 행하도록 제어한다.

즉, 1칼럼당에 하나의 A/D 변환부가 마련되는 경우라도, 상술한 바와 같은 복수의 판독 모드를 실현할 수 있다. 또한, A/D 변환부를 공유하는 판독 모드의 수는 임의이다. 예를 들면, 3개 이상의 판독 모드가 서로 동일한 A/D 변환부를 사용하도록 하여도 좋다.

이와 같은 제어를 행하는 경우라도, CMOS 이미지 센서(100)는, 각 판독 모드에 수직 신호선(VSL)의 배분을 실시함으로써, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

또한, 판독 모드에의 수직 신호선(VSL)의 배분은, 유효 화소뿐만 아니라, 더미 화소에 대해서도 행하여지도록 하여도 좋다. 즉, 더미 화소가, 그 판독 모드에 대응하는 수직 신호선(VSL)에 접속되도록 하여도 좋다.

도 23에, 각 판독 모드에서 더미 어드레스나 더미 셔터의 동작의 양상의 예를 도시한다. 또한, 도 24에 더미 어드레스의 배치례를 도시한다.

CMOS 이미지 센서(100)는 비유효 기간, 또는 블랭킹 기간 등이라도 부하를 정돈하기 위해 리드나 셔터 동작을 실시한다. 이때에 사용하는 화소는 더미 화소이다. 예를 들면 상술한 2스트림의 경우, 모드(2)의 블랭킹 기간과 모드(1)의 유효 기간이 겹쳐지는 시간대가 있고, 이때에 더미 어드레스의 수직 신호선(VSL)이 부딪치고 있으면 모드(1)의 가로줄무늬 등의 화질 열화에 이어질 우려가 있다.

그래서, 2스트림의 화질 개선을 위해, 더미 어드레스도 유효 어드레스와 마찬가지로 수직 신호선(VSL)을 배분하여 제어하도록 한다. 즉, 센서 컨트롤러(131)는, 화소 어레이부(111)의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 수직 신호선(VSL)에 접속되는 더미 화소로부터도 화소 신호를, 그 모드로 판독하도록 제어한다. 이에 의해, CMOS 이미지 센서(100)는, 모드(1) 또는 모드(2)의 블랭킹 기간과 겹쳐진 기간이라도 양호한 화질을 얻을 수 있다. 즉, CMOS 이미지 센서(100)는, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

물론, 센서 컨트롤러(131)가, 또한, 그 더미 화소의 셔터 동작을 그 모드로 행하도록 제어하도록 하여도 좋다.

또한, 본 기술은, 통상의 판독 속도보다도 고속으로 화소 신호를 판독하는 판독 모드에 적용할 수 있다. 도 25에 통상의 속도의 판독의 V액세스 이미지를 도시한다. 이 판독 모드의 경우, 1수평 동기 기간(1XHS)에 2화소씩 판독한다.

도 26에 2배속 판독의 V액세스 이미지를 도시한다. VSL 4개를 항상 A/D 변환하도록 함으로써, 상술한 통상의 판독 속도의 모드의 경우의 2배의 프레임 레이트를 실현할 수 있다. 또한, 프리 셔터도 통상의 판독 속도의 2배로 함에 의해, 이 2배속 판독 모드의 경우도, 통상의 판독 속도의 경우와 동등한 양호한 화질을 얻을 수 있다.

도 27에 4배속 판독의 V액세스 이미지를 도시한다. CMOS 이미지 센서(100)는 일반적으로 실리콘(Si) 기판에서 작성되고, 그 밴드 갭으로부터 근적외선(예를 들면, 1㎛ 이하의 파장역)의 광전 변환도 가능하다. 또한, 적외선(IR) 커트 필터를 제외한 경우, 1㎛ 부근에서 가장 감도가 높아지는 것이 R화소인 것에 주목하여 R화소만을 4배속 판독으로 함으로써, 근적외(近赤外)에 대응한 CMOS 이미지 센서(100)를 실현하는 것이 가능해진다. 또한, 1칼럼당에 복수의 A/D 변환부를 마련함에 의해, CMOS 이미지 센서(100)는, 통상의 판독 속도인 경우의 2배의 프레임 레이트를 실현할 수 있다.

도 28에 고S/N 판독의 제어 방법을 도시한다. 상술한 2스트림의 제어 방법을 응용함으로써, 지금까지 제안되어 있는 고S/N 판독이 용이하게 실현 가능해진다. 도 28에 도시되는 바와 같이, 장시간 축적과 단시간 축적으로 셔터의 계통을 분할함으로써 2스트림과 동등한 제어 방법으로 2행 걸러서 장시간 축적과 단시간 축적이 실현할 수 있다. 판독은, 종래의 CMOS 이미지 센서와 마찬가지로 1수평 동기 기간(1XHS)당에 2화소 판독으로 문제 없다. 즉, 각 화소의 노광 시간은, 그 화소가 접속되는 신호선에 대응하는 모드마다 설정되도록 하여도 좋다.

이상과 같이, CMOS 이미지 센서(100)는, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

<2. 제2의 실시의 형 태>

<고속 판독 모드에서의 화소 신호의 전송>

일반적인 CMOS 이미지 센서의 경우, 1칼럼당 하나의 A/D 변환부가 탑재되어 있다. 라인 단위로 순차적으로 화소를 주사하면서 A/D 변환이 행하여진다. 이것을 롤링 셔터 방식이라고 칭한다. 이 주사 방식 때문에 라인마다 A/D 변환되는 타이밍이 어긋난다. 그 때문에 동체(動體) 등을 촬상한 때에 일그러짐(歪)이 발생하여 버린다. 이것을 롤링 셔터 일그러짐이라고 칭한다. A/D 변환 속도는 D/A 변환부의 세트링 시간에 의존하기 때문에 극단적인 고속화는 어렵다. 그 때문에 롤링 셔터 일그러짐을 저감하는 것이 곤란하였다.

그래서, 제1의 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 1칼럼당 2개 이상의 A/D 변환부를 마련하고, 병렬로 2라인분의 A/D 변환을 행함에 의해, 롤링 셔터 일그러짐을 저감시킬 수 있다.

그러나, 이와 같은 구성에 하면, 이번에는 전송 대역의 문제가 발생한다. 후단의 카메라 신호 처리 LSI의 전송 대역에 한계가 있다. 그 때문에, 2라인 동시에 A/D 변환된 촬상 데이터를 단위시간 내에 완전히 전송할 수 없을 우려가 있다. 그 때문에 이미지 센서측에 버퍼로서 방대한 수의 라인 메모리를 탑재하지 않으면 안 되어, 칩 사이즈나 소비 전력이 증대하여 버릴 우려가 있다.

그래서, 상술한 바와 같이 A/D 변환부를 1칼럼당 복수 마련하고, 복수 라인의 화소 신호를 병렬로 A/D 변환할 수 있도록 하여, 롤링 셔터 일그러짐을 저감시킨다. 또한, 병렬로 A/D 변환한 2라인 부분의 화소 신호를 압축하여, 전송에 필요한 대역을 삭감하도록 한다. 이에 의해 데이터 전송을 1H 내에 행할 수 있도록 한다. 이와 같이 함에 의해, 대용량의 버퍼가 불필요하게 할 수 있고, 비용이나 소비 전력의 증대를 억제할 수 있다.

<CMOS 이미지 센서>

도 29는, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태인 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 일부의 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 29에 도시되는 CMOS 이미지 센서(200)는, CMOS 이미지 센서(100)와 마찬가지로, 피사체를 촬상하고, 촬상 화상의 디지털 데이터를 얻는 촬상 소자이다. 또한, 이하에서는, CMOS 이미지 센서를 예로 설명하지만, 본 실시의 형태의 경우도, 제1의 실시의 형태의 경우와 마찬가지로, 본 기술은, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등의, CMOS 이미지 센서 이외의 촬상 소자에도 적용할 수 있다.

도 29에 도시되는 바와 같이, CMOS 이미지 센서(200)는, CMOS 이미지 센서(100)와 같은 구성을 갖는다. CMOS 이미지 센서(200)는, 칼럼 A/D 변환부(123A-0)(칼럼 A/D 변환부(123A-0-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123A-0-P)) 및 칼럼 A/D 변환부(123B-0)(칼럼 A/D 변환부(123B-0-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123B-0-P)), 및, 칼럼 A/D 변환부(123A-1)(칼럼 A/D 변환부(123A-1-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123A-1-P)) 및 칼럼 A/D 변환부(123B-1)(칼럼 A/D 변환부(123B-1-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123B-1-P))를 갖는다.

화소 어레이부(111)로부터 판독된 화소 신호는, 이들의 칼럼 A/D 변환부(123)에 의해 A/D 변환된다. 이들의 칼럼 A/D 변환부(123)에서 A/D 변환된 화소 신호(디지털 데이터)는, 수평 전송부(124)에 공급된다.

CMOS 이미지 센서(200)는, 수평 전송부(124A-0) 및 수평 전송부(124B-0), 및, 수평 전송부(124A-1) 및 수평 전송부(124B-1)를 갖는다. 칼럼 A/D 변환부(123A-0)(칼럼 A/D 변환부(123A-0-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123A-0-P))에서 A/D 변환된 화소 신호는, 수평 전송부(124A-0)에 공급된다. 칼럼 A/D 변환부(123B-0)(칼럼 A/D 변환부(123B-0-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123B-0-P))에서 A/D 변환된 화소 신호는, 수평 전송부(124B-0)에 공급된다. 칼럼 A/D 변환부(123A-1)(칼럼 A/D 변환부(123A-1-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123A-1-P))에서 A/D 변환된 화소 신호는, 수평 전송부(124A-1)에 공급된다. 칼럼 A/D 변환부(123B-1)(칼럼 A/D 변환부(123B-1-1) 내지 칼럼 A/D 변환부(123B-1-P))에서 A/D 변환된 화소 신호는, 수평 전송부(124B-1)에 공급된다.

또한, CMOS 이미지 센서(200)는, 수평 처리부(221A) 및 수평 처리부(221B)를 갖는다. 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지 수평 처리부(221)라고 칭한다. 수평 전송부(124A-0) 및 수평 전송부(124B-0)는, 화소 신호를 수평 처리부(221A)에 공급한다. 수평 전송부(124A-1) 및 수평 전송부(124B-1)는, 화소 신호를 수평 처리부(221B)에 공급한다.

즉, 수평 전송부(124)는, 화소 신호를 2계통으로 하여 병렬로 수평 처리부(221)에 출력한다. 수평 처리부(221A) 및 수평 처리부(221B)는, 각각의 계통의 화소 신호에 대해 소정의 신호 처리를 시행한다. 또한, 수평 처리부(221)는, 각 계통의 화소 신호에 대해 서로 독립하여 신호 처리를 시행하는 하나의 처리부로서 구성되도록 하여도 좋다. 또한, 수평 처리부(221)는, 생략하도록 하여도 좋다.

CMOS 이미지 센서(200)는, 또한, 압축부(222A) 및 압축부(222B)를 또한 갖는다. 압축부(222A)와 압축부(222B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 압축부(222)라고 칭한다.

수평 처리부(221A)는, 신호 처리한 화소 신호를 압축부(222A)에 공급한다. 수평 처리부(221B)는, 신호 처리한 화소 신호를 압축부(222B)에 공급한다. 압축부(222A) 및 압축부(222B)는, 각각의 계통의 화소 신호를 압축한다. 그 때, 압축부(222A) 및 압축부(222B)는, 화소 신호를, 그 데이터량이 모든 계통의 화소 신호를 소정의 단위기간(예를 들면 1수평 동기 기간) 내에 전송할 수 있는 정도가 될 때까지 압축한다.

CMOS 이미지 센서(200)는, 또한 출력부(223)를 갖는다. 압축부(222A) 및 압축부(222B)는, 압축된 화소 신호를 출력부(222)에 공급한다. 출력부(223)는, 공급된 모든 계통의 압축된 화소 신호를 CMOS 이미지 센서(200)의 외부에 출력한다.

또한, 압축부(222)는, 각 계통의 화소 신호에 대해 서로 독립하여 압축 처리를 시행하는 하나의 처리부로서 구성되도록 하여도 좋다.

이와 같이 함에 의해, CMOS 이미지 센서(200)는, 전송 대역을 증대시키지 않고서 복수 계통의 화소 신호를 출력할 수 있다. 또한, 도 29에서는, 화소 신호가 2계통으로서 판독되도록 설명하였지만, 이 읽기의 계통수은, 복수라면 임의이다. 계통수가 몇 개라도, 압축부(222)를 그 계통수만큼 준비하도록 하면 좋다. 단, 계통수가 증대하면 그 만큼, 압축률을 높게 할 필요가 있다. 예를 들면, N계통으로 판독을 행하는 경우, 압축부(222)를 N개 준비하고, 각 압축부에어서 화소 신호의 데이터 사이즈를 N분의1 이하로 할 때까지 압축하도록 하면 좋다. 이하에서는, 화소 신호가 2계통으로서 판독되는 경우에 관해 설명한다.

<타이밍 차트>

도 30은, 이 CMOS 이미지 센서(200)의 데이터 출력의 양상을 설명하는 타이밍 차트이다. 도 30의 구간(231)과 같이 화소 신호의 판독을 행하는 경우, 단위시간당, 1계통으로 1라인의 화소 신호를 출력할 수 있다. 이에 대해, 도 29의 예와 같이 각 계통의 화소 신호를 압축하고 출력함에 의해, 구간(232)과 같이, 단위시간당, 1계통으로 2라인분의 화소 신호를 출력할 수 있다. 따라서 CMOS 이미지 센서(200)는, 출력 인터페이스의 대역을 넘지 않고서 포컬 플레인 일그러짐(focal plane distortion)이 작은 화상을 출력할 수 있다.

<수평 처리부>

도 31은, 수평 처리부(221A) 및 수평 처리부(221B)의 주된 구성의 예를 도시하는 도면이다.

도 31의 예의 경우, 수평 처리부(221A)는, 인터페이스(I/F)(241A), 수평 재나열부(242A), 클램프량 연산부(243A), 디지털 클램프(244A), 수평 가산부(245A), 게인 조정부(246A), 및 흑레벨 보정부(247A)를 갖는다.

마찬가지로, 수평 처리부(221B)는, 인터페이스(I/F)(241B), 수평 재나열부(242B), 클램프량 연산부(243B), 디지털 클램프(244B), 수평 가산부(245B), 게인 조정부(246B), 및 흑레벨 보정부(247B)를 갖는다.

인터페이스(I/F)(241A)와 인터페이스(I/F)(241B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 인터페이스(I/F)(241)라고 칭한다. 수평 재나열부(242A)와 수평 재나열부(242B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 수평 재나열부(242)라고 칭한다. 클램프량 연산부(243A)와 클램프량 연산부(243B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 클램프량 연산부(243)라고 칭한다. 디지털 클램프(244A)와 디지털 클램프(244B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 디지털 클램프(244)라고 칭한다. 수평 가산부(245A)와 수평 가산부(245B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 수평 가산부(245)라고 칭한다. 게인 조정부(246A)와 게인 조정부(246B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 게인 조정부(246)라고 칭한다. 흑레벨 보정부(247A)와 흑레벨 보정부(247B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 단지, 흑레벨 보정부(247)라고 칭한다.

수평 처리부(221)가 행하는 신호 처리는 임의이다. 따라서 수평 처리부(221)의 구성은, 도 31의 예로 한정되지 않는다.

또한, 도 31에 도시되는 바와 같이, 출력부(223)는, FIFO 버퍼(251) 및 차동 출력 인터페이스(I/F)(252)를 갖는다. 상술한 바와 같이, 압축부(222)가 화소 신호를 충분히 압축함에 의해, FIFO 버퍼(251)의 오버플로우의 발생을 억제할 수 있고, 복수 라인의 화소 신호를 1계통으로 단위시간 내에 출력시킬 수 있다. 또한, 출력부(223)의 구성은 임의이고, 도 31의 예로 한정되지 않는다.

<압축부>

또한, 압축부(222)에 의한 화소 신호의 압축 방법은 임의이다. 단, 압축 처리의 처리 시간의 증대를 억제하기 위해, 압축 방법이나 제어 방법이 간이적인 방법인 것이 바람직하다. 예를 들면, 고정 비트 레이트(CBR)의 압축 방식을 채용하도록 하여도 좋다. 도 32는, 그 경우의 압축부(222)의 주된 구성의 예를 도시하는 도면이다. 물론, 압축부(222)의 구성은 임의이고, 도 32의 예로 한정되지 않는다.

이상과 같이, CMOS 이미지 센서(200)는, 전송 대역을 증대시키지 않고서 복수 계통의 화소 신호를 출력할 수 있기 때문에, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

<3. 제3의 실시의 형태>

<데이터 래치>

화소 어레이의 1칼럼에 대해 하나의 SingleSlope형 A/D 변환부가 할당되는 이미지 센서의 경우, 그 하나의 A/D 변환부에 대해, 그 A/D 변환부가 카운트한 카운트값(A/D 변환 후의 화소 신호(디지털 데이터))를 격납하는 데이터 래치가 하나 마련되어 있다. 카운트값을 데이터 래치에 격납함으로써, 다음 행의 판독과 A/D 변환을 행하면서, 카운트값을 로직부에 전송하는 것이 가능해진다.

이와 같은 하나의 A/D 변환부에 대해 하나의 데이터 래치를 마련하는 구성의 경우, 다른 행과의 가산이나 차분 데이터를 출력하고 싶은 때에 다른 행의 데이터를 격납하는 라인 메모리가 필요해진다. 이와 같은 라인 메모리를 실장하면, 회로 면적(즉 제조 비용)이나 소비 전력이 증대할 우려가 있다.

그래서, 하나의 SingleSlope형 A/D 변환부에 대해, 그 A/D 변환부가 카운트한 카운트값(A/D 변환 후의 화소 신호(디지털 데이터))를 격납하는 데이터 래치를 복수 마련하고, 복수의 화소 신호(복수 라인의 화소 신호)를 병렬로 (1단위시간 내에) 전송할 수 있도록 한다.

또한, 이상과 같은 복수의 데이터 래치로부터 판독된 화소 신호끼리를 가산 또는 감산하는 연산부를 또한 구비하도록 하여도 좋다.

이상과 같이 함에 의해, 화상 처리부에 라인 메모리를 갖는 경우보다도, 회로 규모(제조 비용)나 소비 전력의 증대를 억제할 수 있다.

<CMOS 이미지 센서>

도 33은, 그 경우의 CMOS 이미지 센서의 주된 구성의 예를 도시하는 도면이다. 도 33에 도시되는 CMOS 이미지 센서(300)는, CMOS 이미지 센서(100)나 CMOS 이미지 센서(200)와 마찬가지로, 피사체를 촬상하고, 촬상 화상의 디지털 데이터를 얻는 촬상 소자이다. 또한, 본 명세서에서는, CMOS 이미지 센서를 예로 설명하지만, 본 기술은, 예를 들면, CCD 이미지 센서 등의, CMOS 이미지 센서 이외의 촬상 소자에도 적용할 수 있다.

도 33에 도시되는 바와 같이, CMOS 이미지 센서(300)는, 화소 어레이부(311), A/D 변환부(312), 수평 전송로(313), 증폭부(314), 연산부(315), 및 화상 처리부(316)를 갖는다. 또한, CMOS 이미지 센서(300)는, 제어부(331), 수직 주사부(332), 및 수평 주사부(333)를 갖는다.

화소 어레이부(311)는, 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 갖는 화소 구성(단위화소(321))이 평면형상 또는 곡면형상으로 배치된 화소 영역이다. 화소 어레이부(111)의 각 단위화소(321)는, 수직 주사부(332)에 제어되어, 피사체로부터의 광을 수광하고, 그 입사광을 광전 변환하여 전하를 축적하고, 소정의 타이밍에서, 그 전하를 화소 신호로서 출력한다.

각 단위화소(321)로부터 출력된 화소 신호는, 칼럼마다, 그 칼럼에 할당된 수직 신호선(VSL)(예를 들면, VSL0이나 VSL1 등)에 의해 A/D 변환부(312)에 전송된다.

A/D 변환부(312)는, 칼럼마다, 그 칼럼의 화소 신호를 A/D 변환하는 칼럼 A/D 변환부를 갖는다. A/D 변환부(312)는, 수평 주사부(333)에 제어되어, 각 칼럼 A/D 변환부를 이용하여, 화소 어레이의 각 칼럼의 화소 신호를 A/D 변환한다. A/D 변환부(312)에서 A/D 변환된 화소 신호(디지털 데이터)는, 수평 전송로(313)를 통하여 증폭부(314)에 공급되고, 증폭부(314)에 의해 증폭되고, 연산부(315)에 공급된다.

연산부(315)는, 제어부(331)의 제어하에, 필요에 응하여, 공급된 복수 라인의 화소 신호에 대해 소정의 연산(예를 들면, 복수 라인의 화소 신호끼리의 가산이나 감산 등)을 행한다. 연산부(315)는, 공급된 화소 신호 또는 연산 결과를 화상 처리부(316)에 공급한다.

화상 처리부(316)는, 연산부(315)로부터 공급되는 화소 신호를 이용하여 소정의 화상 처리나 신호 처리 등을 행한다.

제어부(331)는, CMOS 이미지 센서(300)의 각 처리부를 제어한다. 예를 들면, 제어부(331)는, 수직 주사부(332)를 제어하여 단위화소(321)의 구동을 제어시킨다. 또한, 예를 들면, 제어부(331)는, A/D 변환부(312)를 제어하여, 화소 어레이부(311)로부터 판독된 화소 신호의 A/D 변환(보다 구체적으로는, A/D 변환된 화소 신호의 래치)을 제어한다. 또한, 예를 들면, 제어부(331)는, 수평 주사부(333)를 제어하여 A/D 변환된, 각 칼럼의 A/D 변환부(312)(보다 구체적으로는 데이터 래치)로부터의 화소 신호의 판독이나 전송을 제어시킨다. 또한, 예를 들면, 제어부(331)는, 연산부(315)를 제어하여, 화소 신호를 이용한 연산 처리를 제어한다.

수직 주사부(332)는, 제어부(331)에 제어되어, 화소 어레이부(311)의 각 단위화소(321)의 구동을 제어하여, 단위화소(321)로부터의 화소 신호의 판독을 행하게 한다. 수평 주사부(333)는, 제어부(331)에 제어되어, A/D 변환부(312)를 제어하여, 화소 어레이부(311)로부터 판독된 화소 신호의 A/D 변환을 행하게 하거나, A/D 변환된 화소 신호를 전송시키거나 한다.

또한, 증폭부(314), 연산부(315), 및 화상 처리부(316)는, 생략하도록 하여도 좋다.

<A/D 변환부>

도 34는, A/D 변환부(312)의 주된 구성의 예를 도시하는 도면이다. 상술한 바와 같이, A/D 변환부(312)는, 칼럼마다 칼럼 A/D 변환부를 갖는다. 도 34에 도시되는 바와 같이, A/D 변환부(312)는, 각 칼럼 A/D 변환부에 대해 램프 신호를 공급하는 D/A 변환부(351)를 갖는다.

또한, 도 34에 도시되는 바와 같이, 수직 신호선(VSL0)을 통하여 공급되는 화소 신호를 A/D 변환하는 칼럼 A/D 변환부는, 비교부(352-0), 카운터(353-0), 셀렉터(354-0), 데이터 래치(355A-0), 및 데이터 래치(355B-0)를 갖는다. 마찬가지로, 수직 신호선(VSL1)을 통하여 공급되는 화소 신호를 A/D 변환하는 칼럼 A/D 변환부는, 비교부(352-1), 카운터(353-1), 셀렉터(354-1), 데이터 래치(355A-1), 및 데이터 래치(355B-1)를 갖는다.

즉, 각 칼럼 A/D 변환부는, 비교부(352), 카운터(353), 셀렉터(354), 및 데이터 래치(355A) 및 데이터 래치(355B)를 갖는다. 또한, 이하에서, 각 칼럼의 구성을 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 이와 같이, 비교부(352), 카운터(353), 셀렉터(354), 데이터 래치(355A), 데이터 래치(355B)라고 칭한다. 칼럼을 구별하여 설명할 필요가 있는 경우는, 상술한 바와 같이, 칼럼(X)의 칼럼 A/D 변환부의 구성을, 비교부(352-X), 카운터(353-X), 셀렉터(354-X), 데이터 래치(355A-X), 데이터 래치(355B-X)라고 칭한다. 또한, 데이터 래치(355A)와 데이터 래치(355B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 데이터 래치(355)라고 칭한다.

비교부(352)는, 그 칼럼의 수직 신호선(VSL)을 통하여 공급되는 화소 신호와, D/A 변환부(351)로부터 공급되는 램프 신호로 그 크기를 비교하고, 그 비교 결과를 카운터(353)에 공급한다.

카운터(353)는, 비교부(352)의 비교를 시작하고 나서 비교 결과가 변화할 때까지의 기간을 카운트하고, 그 카운트값을 셀렉터(354)에 출력한다.

셀렉터(354)는, 카운터(353)로부터 공급된 카운트값(화소 신호의 디지털 데이터)를, 제어부(331)의 제어에 따라, 데이터 래치(355A) 및 데이터 래치(355B)의 적어도 어느 일방에 공급한다.

데이터 래치(355)는, 셀렉터(354)로부터 공급되는 화소 신호(디지털 데이터)를 래치한다. 데이터 래치(355)는, 수평 주사부(333)의 제어에 따라, 래치하고 있는 화소 신호(디지털 데이터)를 수평 전송로(313)에 공급하고, 증폭부(314)에 전송시킨다.

이와 같이, A/D 변환부(312)는, 화소 어레이의 칼럼마다 칼럼 A/D 변환부를 가지며, 그 각 칼럼 A/D 변환부에 2개씩 데이터 래치(355)를 갖는다. 따라서 A/D 변환부(312)는, 2라인의 화소 신호(디지털 데이터)를 래치할 수 있다. 따라서 수평 주사부(333)는, 1단위시간(예를 들면, 1수평 동기 기간)에서, 이 2라인의 화소 신호 중, 어느 일방 또는 양방을 임의로 선택하여 전송시킬 수 있다.

이에 의해, CMOS 이미지 센서(300)는, 라인 사이의 화소 신호의 연산을, 제조 비용이나 소비 전력의 증대를 억제하면서 실현할 수 있다. 또한, 수평 주사부(333)는, 임의의 1라인의 화소 신호를 선택하여 전송시킬 수도 있기 때문에, CMOS 이미지 센서(300)는, 보다 다양한 모드로 화소 신호를 출력시킬 수 있다.

<판독 처리의 흐름>

도 35의 플로 차트를 참조하여, 판독 처리의 흐름의 예를 설명한다. 판독 처리를 시작하면, 제어부(331)는, 스텝 S301에서, 수직 주사부(332)를 통하여 화소 어레이부(311)의 각 단위화소(321)를 제어하여, 처리 대상인 커런트 행(커런트 라인)의 단위화소(321)로부터 화소 신호를 판독시킨다.

스텝 S302에서, 제어부(331)는, A/D 변환부(312)를 제어하여, 단위화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환시킨다.

스텝 S303에서, 제어부(331)는, A/D 변환부(312)(보다 구체적으로는 셀렉터(354))를 제어하여, 동작 모드(판독 모드)에 응하여, A/D 변환된 커런트 행의 화소 데이터(화소 신호의 디지털 데이터)를 기억시키는 데이터 래치(355)를 선택한다.

스텝 S304에서, 제어부(331)는, A/D 변환부(312)를 제어하여, 스텝 S303에서 선택된 데이터 래치(355)에 화소 데이터를 기억시킨다.

스텝 S305에서, 제어부(331)는, 수평 주사부(333)를 제어하여, 동작 모드에 응하여, 소망하는 데이터 래치(355)로부터 화소 데이터를 판독시킨다.

스텝 S306에서, 제어부(331)는, 연산부(315)를 제어하여, 동작 모드에 응하여, 라인 사이에서 화소 데이터의 연산을 행하게 한다. 연산이 불필요한 경우, 이 스텝의 처리는 생략할 수 있다.

스텝 S307에서, 제어부(331)는, 화상 처리부(316)를 제어하여, 화상 처리를 시행한 화소 데이터를 CMOS 이미지 센서(300)의 외부에 출력시킨다.

스텝 S308에서, 제어부(331)는, 다른 라인(행)의 화소 신호를 판독하는지의 여부를 판정한다. 미처리의 라인이 존재하고, 다른 라인(행)의 화소 신호를 판독한다고 판정된 경우, 처리는, 스텝 S301로 되돌아와, 그 이후의 처리를 반복한다. 또한, 스텝 S308에서, 다른 라인의 화소 신호를 판독하지 않는다고 판정된 경우, 판독 처리를 종료한다.

이와 같이 제어함에 의해, CMOS 이미지 센서(300)는, 라인 사이의 화소 신호의 연산을, 필요에 응하여, 제조 비용이나 소비 전력의 증대를 억제하면서 실현할 수 있다. 또한, CMOS 이미지 센서(300)는, 보다 다양한 모드로 화소 신호를 출력시킬 수 있다.

<판독 모드례>

CMOS 이미지 센서(300)는, 예를 들면, 도 36에 도시되는 바와 같이, 화소 신호의 판독을 행할 수가 있다. 도 36의 예에서는 전후의 행을 가산한 데이터를 출력할 수 있다. 각 칼럼에 관해, 각 처리부를 도 36의 A의 예와 같이 구성하고, 도 36의 B의 예의 타이밍 차트와 같이 화소 신호의 판독, 래치, 전송을 행하도록 하면 좋다. 예를 들면, N행째의 데이터를 데이터 래치(355A)와 데이터 래치(355B)의 양방에 격납하고, 다음 N+1행의 데이터를 데이터 래치(355B)에만 격납한다. 이때 데이터 래치(355A)에서는 N행의 데이터를 격납한 채로 된다. 이 2개의 데이터를 연산부(315)에서 가산함에 의해, 가산 데이터를 출력하는 것이 가능해진다.

또한 데이터 래치(355B)의 데이터를 판독함으로써, 가산 전의 데이터를 출력할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 상술한 가산 데이터의 출력과 가산 전의 데이터의 출력을 병행하여 행할 수도 있다. 예를 들면, 동화 모드의 경우, 연산부(315)가 데이터 래치(355A)에 격납된 데이터와, 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터를 가산하고, 1단위시간 걸러서 그 가산 결과(A+B)를 출력하도록 하고, 정지 화상 모드의 경우, 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터(B)를, 각 단위시간에서 출력하도록 할 수 있다. 이와 같이 함에 의해, 보다 다양한 방법으로 화소 신호를 출력시킬 수 있다.

또한, CMOS 이미지 센서(300)는, 예를 들면, 도 37에 도시되는 바와 같이, 화소 신호의 판독을 행할 수가 있다. 도 37의 예에서는 전후의 행을 감산한 데이터(차분 데이터)를 출력할 수 있다. 각 칼럼에 관해, 각 처리부를 도 37의 A의 예와 같이 구성하고, 도 37의 B의 예의 타이밍 차트와 같이 화소 신호의 판독, 래치, 전송을 행하도록 하면 좋다. 예를 들면, N행째의 데이터를 데이터 래치(355A)에만 격납하고, 다음 N+1행째의 데이터를 데이터 래치(355B)에만 격납한다. 즉, 데이터를 래치시키는 데이터 래치(355)를, 행마다 전환하도록 한다. 이와 같이 함에 의해, 데이터 래치(355A) 및 데이터 래치(355B)에는, 연속하는 2행의 데이터가 격납되게 된다. 이 2개의 데이터를 연산부(315)에서 감산함에 의해, 차분 데이터를 출력하는 것이 가능해진다.

또한 데이터 래치(355A)에 격납되어 있는 데이터와, 데이터 래치(355B)에 격납되어 있는 데이터를 교대로 판독함으로써, 감산 전의 데이터를 출력할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 상술한 차분 데이터의 출력과 감산 전의 데이터의 출력을 병행하여 행할 수도 있다. 예를 들면, 콘트라스트 AF(Auto Focus) 기능의 정밀도 향상을 위한 모드인 AF 모드의 경우, 연산부(315)가 데이터 래치(355A)에 격납된 데이터와, 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터를 감산하고, 각 단위시간에서 그 감산 결과(A-B 또는 B-A)를 출력하도록 하고, 정지 화상 모드의 경우, 데이터 래치(355A)에 격납된 데이터(A)와 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터(B)를, 단위시간마다 교대로 출력하도록 할 수 있다. 이와 같이 함에 의해, 보다 다양한 방법으로 화소 신호를 출력시킬 수 있다.

또한, 예를 들면, 도 38의 A에 도시되는 바와 같이, 도 38의 A(감산의 경우)와 같은 구성으로 하여, 도 36의 예와 마찬가지로, 전후의 행을 가산한 데이터를 출력하도록 할 수도 있다. 그 경우, 도 38의 B의 예의 타이밍 차트와 같이 화소 신호의 판독, 래치, 전송을 행하도록 하면 좋다.

예를 들면, N행째의 데이터를 데이터 래치(355A)에만 격납하고, 다음 N+1행째의 데이터를 데이터 래치(355B)에만 격납한다. 즉, 데이터를 래치시키는 데이터 래치(355)를, 행마다 전환하도록 한다. 이와 같이 함에 의해, 데이터 래치(355A) 및 데이터 래치(355B)에는, 연속한 2행의 데이터가 격납되게 된다. 이 2개의 데이터를 연산부(315)에서 가산함에 의해, 가산 데이터를 출력하는 것이 가능해진다.

또한 데이터 래치(355A)에 격납되어 있는 데이터와, 데이터 래치(355B)에 격납되어 있는 데이터를 교대로 판독함으로써, 가산 전의 데이터를 출력할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 상술한 가산 데이터의 출력과 가산 전의 데이터의 출력을 병행하여 행할수도 있다. 예를 들면, 동화 모드의 경우, 연산부(315)가 데이터 래치(355A)에 격납된 데이터와, 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터를 가산하고, 1단위시간마다 그 가산 결과(A+B)를 출력하도록 하고, 정지 화상 모드의 경우, 데이터 래치(355A)에 격납된 데이터(A)와 데이터 래치(355B)에 격납된 데이터(B)를, 단위시간마다 교대로 출력하도록 할 수 있다. 이와 같이 함에 의해, 보다 다양한 방법으로 화소 신호를 출력시킬 수 있다.

또한, 연산(가산 또는 감산)한 후의 데이터의 중심(重心)을 정돈하기 위해, 각 데이터 래치에 격납된 데이터에, 각각 소정의 가중(加重)을 걸어서 연산(가산 또는 감산)하도록 하여도 좋다.

이상과 같이 함에 의해, 복수의 데이터를 병행하여 출력할 수 있도록 된다. 또한, 데이터 래치 후에 연산을 행하도록 함으로써, 복수행의 화소 데이터를 이용한 연산(가산이나 감산 등)을 행할 수가 있다. 또한, 이상과 같은 구성으로 함에 의해, 라인 메모리가 불필요해지기 때문에, 회로 규모(제조 비용)나 소비 전력의 증대를 억제할 수 있다.

이상에서는, 각 칼럼(각 칼럼 A/D 변환부)에 대해 2개의 데이터 래치(355)를 마련하도록 설명하였지만, 1칼럼당의 데이터 래치(355)의 수는 임의이다. 예를 들면, 각 칼럼에 대해 3개 이상의 데이터 래치(355)를 마련하도록 하여도 좋다. 이와 같이 함에 의해, 보다 다수의 라인의 화소 데이터를 격납할 수 있고, 라인 사이에서 보다 다양한 연산을 할 수가 있도록 된다. 즉, 보다 다양한 방법으로 화소 신호를 출력시킬 수 있도록 된다.

<4. 제4의 실시의 형태>

<멀티 샘플링에 의한 노이즈 저감>

이상의 각 실시의 형태에서 설명한 바와 같이 각 칼럼에 대해 복수 계통의 A/D 변환을 행하는 경우, 그 서로 독립한 복수 계통을 이용하여, 출력 데이터의 노이즈를 저감시키도록 하여도 좋다.

그 경우, 각 계통의 A/D 변환에서, P상, D상의 샘플링 타이밍을 서로 어긋내어, 각각의 가산평균(加算平均)을 구하도록 하여도 좋다.

예를 들면, 각 계통의 DAC 파형을 서로 어긋낸다. 각 계통의 칼럼 ADC는 서로 독립하여 동작하기 때문에, 이와 같은 제어는 용이하게 실현할 수 있다. 이와 같이 함에 의해, 샘플링 회수가 2배에 증가하기 때문에, 서로의 노이즈에 상관(相關)이 없다면, 양 샘플링에 의해 얻어진 신호의 가산평균을 출력함에 의해, SN비를 개선할 수 있다. 즉, 출력 데이터의 노이즈를 저감시킬 수 있다.

그러나, 이 방법의 경우, 1칼럼당의 A/D 변환 처리 시간이 길어져 버릴 우려가 있다.

그래서, 복수의 A/D 변환의 타이밍 제어를 변경하는 일 없이, 참조 신호(램프 신호)의 오프셋을 상대적으로 어긋냄으로써, 샘플링 타이밍을 어긋내도록 하여도 좋다. 예를 들면, 도 39의 예의 점선(401)과 실선(402)과 같이, P상, D상의 샘플링 타이밍을 복수로 나누어, 각 출력의 가산평균을 구하도록 하여도 좋다.

예를 들면, 도 40의 A에 도시되는 바와 같이, 각 계통의 램프 신호의 오프셋이 어긋나지 않으면(각 계통의 램프 신호에 서로 동일한 오프셋을 부여한다), 각 계통의 샘플링 타이밍이 동일하게 되기 때문에, 출력 데이터에는, 개략 동일한 노이즈가 실려져 버린다. 그 때문에, 가령 각 계통의 출력 데이터의 가산평균을 구하여도, A/D 변환부의 SN비는 개선되지만, 화소 신호의 SN비를 개선하는 것은 곤란하다.

이에 대해, 도 39의 예와 같이, 각 계통의 램프 신호의 오프셋을 상대적으로 어긋내면(각 계통의 램프 신호에 서로 다른 오프셋을 부여한다), 도 40의 B에 도시되는 바와 같이, 각 계통의 샘플링 타이밍이 서로 다른 타이밍이 되어, 출력 데이터에 실리는 노이즈가 랜덤 노이즈라고 하면, 각 계통의 출력 데이터의 가산평균을 출력 데이터로 함에 의해, A/D 변환부와 함께 화소 신호의 SN비도 개선할 수 있다. 즉, 출력 데이터의 노이즈를 보다 저감시킬 수 있다.

또한, 이 방법의 경우, 램프 신호의 공급 타이밍은, 전(全) 계통에서 동일하기 때문에, 상술한 램프 신호의 공급 타이밍을 계통마다 어긋내는 경우보다도 제어가 용이하다. 또한, 이 램프 신호의 오프셋을 계통마다 어긋내는 방법인 편이, 램프 신호의 공급 타이밍을 계통마다 어긋내는 경우보다도 보다 단시간에 A/D 변환을 행할 수가 있다. 즉, A/D 변환 처리 시간의 증대를 억제할 수 있다. 즉, A/D 변환 처리를 보다 고속으로 행할 수 있다.

<흑화(黑化) 현상 보정과 멀티 샘플링의 양립>

또한, 촬상 장치에서는, 광전 변환부(포토 다이오드)에 매우 강한 광이 입사한 경우, 흑화 현상이 발생한 가능성이 있다. 이 흑화 현상을 보정하는 방법으로서, P상 판독 기간에 비교부의 출력이 반전하지 않는 경우, A/D 변환 결과로서 고정치를 출력시키는 방식이 있다. 이 방식의 경우, 램프 신호의 오프셋을 너무 작게 하면, P상 판독 기간에 비교부의 출력이 반전하여 버리기 때문에, 상술한 마와 같은 고정치를 출력하는 제어 방법이 유효하게 기능하지 않아, 흑화 현상의 발생을 억제하는 것이 곤란해질 가능성이 생각된다.

예를 들면, 도 41의 경우, 화소 신호(VSL 신호)와 점선(401)으로 도시되는 램프 신호(1)과의 비교 결과는, P상 판독 기간에서 반전하지 않지만, 화소 신호(VSL 신호)와 실선(402)으로 도시되어는 램프 신호(2)와의 비교 결과는, P상 판독 기간에서 반전한다. 이와 같이, 램프 신호(1)과 램프 신호(2)와의 사이에서 오프셋의 차를 너무 크게 하여 버리면, 즉, 램프 신호에 부여하는 오프셋을 너무 작게 하여 버리면, 램프 신호와 화소 신호와의 비교 결과가 반전하기 쉽게 되어, 상술한 바와 같은 고정치를 출력함에 의한 흑화 현상의 발생의 억제 제어가 잘 듣기 어렵기 된다.

그래서, 램프 신호의 오프셋의 어긋남량을 램프 신호의 경사에 응하여 변화시키도록 하여도 좋다. 예를 들면, 램프 신호의 경사가 큰 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 작아지도록 설정하고, 램프 신호의 경사가 작은 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 커지도록 설정하도록 하여도 좋다.

이 램프 신호의 경사가 큰지의 여부는, 소정의 임계치를 이용하여 판정하도록 하여도 좋다. 즉, 램프 신호의 경사가 소정의 임계치보다도 큰 경우(또는 임계치 이상인 경우)는, 램프 신호의 경사가 크다고 판정되어, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 작아지도록 설정되도록 하고, 램프 신호의 경사가 소정의 임계치 이하인 경우(또는 임계치보다도 작은 경우)는, 램프 신호의 경사가 작다고 판정되어, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 커지도록 설정되도록 하여도 좋다. 이 임계치는 임의이고, 소정의 고정치라도 좋고, 어떠한 정보에 의거하여 결정되도록 하여도 좋다. 또한, 임계치를 이용하지 않고, 각 계통의 램프 신호의 오프셋의 차를, 램프 신호의 경사의 크기에 응한 값으로 설정하도록 하여도 좋다.

이와 같이 제어함에 의해, 광전 변환부에 매우 강한 광이 입사한 경우에도, 흑화 현상은 정상적으로 보정되도록 할 수 있고, 또한, 멀티 샘플링에 의한 노이즈 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 복수 계통 출력을 이용하여, 출력 신호의 어느 하나로부터 흑화 보정된 고정치가 출력된 경우, 가산평균 처리를 행하지 않고, 그 고정치를 선택하여 출력하도록 하여도 좋다.

물론 이 경우도, 1칼럼당의 A/D 변환부의 계통수는 임의이다. 또한, 이와 같은 제어는, 1칼럼당에 복수 계통의 A/D 변환부가 마련되는 이미지 센서라면, 어떤 이미지 센서에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 상술한 각 실시의 형태에서 설명한 각 CMOS 이미지 센서에서 실현할 수 있다. 이하에서는, 도 1의 CMOS 이미지 센서(100)를 예로 설명한다.

<램프 신호 제어 처리의 흐름>

도 42의 플로 차트를 참조하여, 상술한 바와 같은 램프 신호의 오프셋량의 제어를 행하기 위한 램프 신호 제어 처리의 흐름의 예를 설명한다.

램프 신호 제어 처리가 시작되면, 센서 컨트롤러(131)는, 스텝 S401에서, D/A 변환부(113)가 출력하는 램프 신호의 경사를 판정한다. D/A 변환부(113)는, 센서 컨트롤러(131)의 제어에 따라 램프 신호를 생성하고, 출력한다. 즉, 센서 컨트롤러(131)는, 그 제어 정보에 의거하여, 램프 신호의 경사를 판정하다. 또한, 물론, 센서 컨트롤러(131)가, D/A 변환부(113)의 출력 파형(램프 신호의 파형)을 해석하고, 그 경사를 판정하도록 하여도 좋다.

스텝 S402에서, 센서 컨트롤러(131)는, D/A 변환부(113)를 제어하여, 스텝 S401에서 판정된 램프 신호의 경사의 크기에 응하여, 램프 신호의 어긋남량(오프셋의 차)을 상술한 바와 같이 제어한다. 램프 신호의 어긋남량을 제어하면, 램프 신호 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 제어함에 의해, CMOS 이미지 센서(100)는, 멀티 샘플링에 의한 노이즈 저감 효과를 얻을 수 있음과 함께, 흑화 현상의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 보다 다양한 방법으로 화소 신호를 출력시킬 수 있도록 된다.

<5. 제5의 실시의 형태>

<CMOS 이미지 센서>

또한, 본 기술을 적용한 촬상 소자가, 서로 중첩되는 복수의 반도체 기판을 갖도록 하여도 좋다.

도 43은, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 예의 주된 구성례를 도시하는 도면이다. 도 43에 도시되는 CMOS 이미지 센서(500)는, 각 실시의 형태에서 상술한 각 CMOS 이미지 센서와 마찬가지로, 피사체를 촬상하고, 촬상 화상의 디지털 데이터를 얻는 촬상 소자이다. 도 43에 도시되는 바와 같이, CMOS 이미지 센서(500)는, 서로 중첩되는 2장의 반도체 기판(적층 칩(화소 칩(501) 및 회로 칩(502)))을 갖는다. 또한, 이 반도체 기판(적층 칩)의 수(층수)는, 복수라면 좋고, 예를 들면, 3층 이상이라도 좋다.

화소 칩(501)에는, 입사광을 광전 변환하는 광전 변환 소자를 포함하는 단위화소가 복수 나열된 화소 영역(511)이 형성되어 있다. 또한, 회로 칩(502)에는, 화소 영역(511)으로부터 판독된 화소 신호를 처리하는 주변 회로가 형성되는 주변 회로 영역(512)이 형성되어 있다.

상술한 바와 같이 화소 칩(501) 및 회로 칩(502)은, 서로 중첩되어, 다층 구조(적층 구조)를 형성한다. 화소 칩(501)에 형성되는 화소 영역(511)의 각 화소와 회로 칩(502)에 형성되는 주변 회로 영역(512)의 주변 회로는, 비아 영역(VIA)(513) 및 비아 영역(VIA)(514)에 형성되는 관통 비아(VIA) 등을 통하여 서로 전기적으로 접속되어 있다.

CMOS 이미지 센서(500)가, 이와 같은 적층 구조를 형성하는 경우라도, 각 실시의 형태에서 설명한 각 CMOS 이미지 센서의 구성을 가질 수 있다. 즉, 이와 같은 적층 구조의 CMOS 이미지 센서(500)에도 본 기술을 적용할 수 있다.

<6. 제6의 실시의 형태>

<촬상 장치>

또한, 본 기술은, 촬상 소자 이외에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 촬상 장치와 같은, 촬상 소자를 갖는 장치(전자 기기 등)에 본 기술을 적용하도록 하여도 좋다. 도 44는, 본 기술을 적용한 전자 기기의 한 예로서의 촬상 장치의 주된 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 44에 도시되는 촬상 장치(600)는, 피사체를 촬상하고, 그 피사체의 화상을 전기 신호로서 출력하는 장치이다.

도 44에 도시되는 바와 같이 촬상 장치(600)는, 광학부(611), CMOS 이미지 센서(612), 화상 처리부(613), 표시부(614), 코덱 처리부(615), 기억부(616), 출력부(617), 통신부(618), 제어부(621), 조작부(622), 및 드라이브(623)를 갖는다.

광학부(611)는, 피사체까지의 초점을 조정하고, 초점이 맞는 위치로부터의 광을 집광하는 렌즈, 노출을 조정하는 조리개, 및, 촬상의 타이밍을 제어하는 셔터 등으로 이루어진다. 광학부(611)는, 피사체로부터의 광(입사광)을 투과하고, CMOS 이미지 센서(612)에 공급한다.

CMOS 이미지 센서(612)는, 입사광을 광전 변환하여 화소마다의 신호(화소 신호)를 A/D 변환하고, CDS 등의 신호 처리를 행하고, 처리 후의 촬상 화상 데이터를 화상 처리부(613)에 공급한다.

화상 처리부(613)는, CMOS 이미지 센서(612)에 의해 얻어진 촬상 화상 데이터를 화상 처리한다. 보다 구체적으로는, 화상 처리부(613)는, CMOS 이미지 센서(612)로부터 공급된 촬상 화상 데이터에 대해, 예를 들면, 혼색 보정이나, 흑레벨 보정, 화이트 밸런스 조정, 디모자이크 처리, 매트릭스 처리, 감마 보정, 및 YC 변환 등의 각종 화상 처리를 시행한다. 화상 처리부(613)는, 화상 처리를 시행한 촬상 화상 데이터를 표시부(614)에 공급한다.

표시부(614)는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등으로 구성되고, 화상 처리부(613)로부터 공급된 촬상 화상 데이터의 화상(예를 들면, 피사체의 화상)을 표시한다.

화상 처리부(613)는, 또한, 화상 처리를 시행한 촬상 화상 데이터를, 필요에 응하여, 코덱 처리부(615)에 공급한다.

코덱 처리부(615)는, 화상 처리부(613)로부터 공급된 촬상 화상 데이터에 대해, 소정의 방식의 부호화 처리를 시행하고, 얻어진 부호화 데이터를 기억부(616)에 공급한다. 또한, 코덱 처리부(615)는, 기억부(616)에 기록되어 있는 부호화 데이터를 판독하고, 복호하여 복호 화상 데이터를 생성하고, 그 복호 화상 데이터를 화상 처리부(613)에 공급한다.

화상 처리부(613)는, 코덱 처리부(615)로부터 공급되는 복호 화상 데이터에 대해 소정의 화상 처리를 시행한다. 화상 처리부(613)는, 화상 처리를 시행한 복호 화상 데이터를 표시부(614)에 공급한다. 표시부(614)는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등으로서 구성되고, 화상 처리부(613)로부터 공급된 복호 화상 데이터의 화상을 표시한다.

또한, 코덱 처리부(615)는, 화상 처리부(613)로부터 공급된 촬상 화상 데이터를 부호화한 부호화 데이터, 또는, 기억부(616)로부터 판독한 촬상 화상 데이터의 부호화 데이터를 출력부(617)에 공급하고, 촬상 장치(600)의 외부에 출력시키도록 하여도 좋다. 또한, 코덱 처리부(615)는, 부호화 전의 촬상 화상 데이터, 또는, 기억부(616)로부터 판독한 부호화 데이터를 복호하여 얻어진 복호 화상 데이터를 출력부(617)에 공급하고, 촬상 장치(600)의 외부에 출력시키도록 하여도 좋다.

또한, 코덱 처리부(615)는, 촬상 화상 데이터, 촬상 화상 데이터의 부호화 데이터, 또는, 복호 화상 데이터를, 통신부(618)를 통하여 다른 장치에 전송시키도록 하여도 좋다. 또한, 코덱 처리부(615)는, 촬상 화상 데이터나 화상 데이터의 부호화 데이터를, 통신부(618)를 통하여 취득하도록 하여도 좋다. 코덱 처리부(615)는, 통신부(618)를 통하여 취득한 촬상 화상 데이터나 화상 데이터의 부호화 데이터에 대해, 적절히, 부호화나 복호 등을 행한다. 코덱 처리부(615)는, 얻어진 화상 데이터 또는 부호화 데이터를, 상술한 바와 같이, 화상 처리부(613)에 공급하거나, 기억부(616), 출력부(617), 및 통신부(618)에 출력하도록 하여도 좋다.

기억부(616)는, 코덱 처리부(615)로부터 공급되는 부호화 데이터 등을 기억한다. 기억부(616)에 격납된 부호화 데이터는, 필요에 응하여 코덱 처리부(615)에 판독되어 복호된다. 복호 처리에 의해 얻어진 촬상 화상 데이터는, 표시부(617)에 공급되고, 그 촬상 화상 데이터에 대응하는 촬상 화상이 표시된다.

출력부(617)는, 외부 출력 단자 등 외부 출력 인터페이스를 가지며, 코덱 처리부(615)를 통하여 공급되는 각종 데이터를, 그 외부 출력 인터페이스를 통하여 촬상 장치(600)의 외부에 출력한다.

통신부(618)는, 코덱 처리부(615)로부터 공급되는 화상 데이터나 부호화 데이터 등의 각종 정보를, 소정의 통신(유선 통신 또는 무선 통신)의 통신 상대인 다른 장치에 공급한다. 또한, 통신부(618)는, 소정의 통신(유선 통신 또는 무선 통신)의 통신 상대인 다른 장치로부터, 화상 데이터나 부호화 데이터 등의 각종 정보를 취득하고, 그것을 코덱 처리부(615)에 공급한다.

제어부(621)는, 촬상 장치(600)의 각 처리부(점선(620) 내에 도시되는 각 처리부, 조작부(622), 및, 드라이브(623))의 동작을 제어한다.

조작부(622)는, 예를 들면, 조그다이얼(상표), 키, 버튼, 또는 터치 패널 등의 임의의 입력 디바이스에 의해 구성되고, 예를 들면 유저 등에 의한 조작 입력을 받아, 그 조작 입력에 대응하는 신호를 제어부(621)에 공급한다.

드라이브(623)는, 자신에게 장착된, 예를 들면, 자기 디스크, 광디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 미디어(631)에 기억되어 있는 정보를 판독한다. 드라이브(623)는, 리무버블 미디어(631)로부터 프로그램이나 데이터 등의 각종 정보를 판독하고, 그것을 제어부(621)에 공급한다. 또한, 드라이브(623)는, 기록 가능한 리무버블 미디어(631)가 자신에게 장착된 경우, 제어부(621)를 통하여 공급되는, 예를 들면 화상 데이터나 부호화 데이터 등의 각종 정보를, 그 리무버블 미디어(631)에 기억시킨다.

이상과 같은 촬상 장치(600)의 CMOS 이미지 센서(612)로서, 각 실시의 형태에서 상술한 본 기술을 적용한다. 즉, CMOS 이미지 센서(612)로서, 상술한 각 실시의 형태의 CMOS 이미지 센서(예를 들면, CMOS 이미지 센서(100), CMOS 이미지 센서(200), 또는 CMOS 이미지 센서(300) 등)가 사용된다. 이에 의해, CMOS 이미지 센서(612)는, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다. 따라서 촬상 장치(600)는, 피사체를 촬상함에 의해, 보다 용이하게, 보다 다양한 데이터 출력을 실현할 수 있다.

또한, 본 기술을 적용한 촬상 장치는, 상술한 구성으로 한하지 않고, 다른 구성이라도 좋다. 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라뿐만 아니라, 휴대 전화기, 스마트 폰, 태블릿형 디바이스, 퍼스널 컴퓨터 등의, 촬상 기능을 갖는 정보 처리 장치라도 좋다. 또한, 다른 정보 처리 장치에 장착하여 사용되는(또는 조립 디바이스로서 탑재되는) 카메라 모듈이라도 좋다.

상술한 일련의 처리는, 하드웨어에 의해 실행시킬 수도 있고, 소프트웨어에 의해 실행시킬 수도 있다. 상술한 일련의 처리를 소프트웨어에 의해 실행시키는 경우에는, 그 소프트웨어를 구성하는 프로그램이, 네트워크나 기록 매체로부터 인스톨된다.

이 기록 매체는, 예를 들면, 도 44에 도시되는 바와 같이, 장치 본체와는 별도로, 유저에게 프로그램을 배신하기 위해 배포되는, 프로그램이 기록되어 있는 리무버블 미디어(631)에 의해 구성된다. 이 리무버블 미디어(631)로는, 자기 디스크(플렉시블 디스크를 포함한다)나 광디스크(CD-ROM이나 DVD를 포함한다)가 포함된다. 또한, 광자기 디스크(MD(Mini Disc)를 포함한다)나 반도체 메모리 등도 포함된다.

그 경우, 프로그램은, 그 리무버블 미디어(631)를 드라이브(623)에 장착함에 의해, 기억부(616)에 인스톨할 수 있다.

또한, 이 프로그램은, 로컬 에어리어 네트워크, 인터넷, 디지털 위성 방송이라는, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통하여 제공할 수도 있다. 그 경우, 프로그램은, 통신부(18)에서 수신하고, 기억부(616)에 인스톨할 수 있다.

그 밖에, 이 프로그램은, 기억부(616)나 제어부(621) 내의 ROM(Read Only Memory) 등에, 미리 인스톨하여 둘 수도 있다.

또한, 컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 본 명세서에서 설명하는 순서에 따라 시계열로 처리가 행하여지는 프로그램이라도 좋고, 병렬로, 또는 호출이 행하여진 때 등의 필요한 타이밍에 처리가 행하여지는 프로그램이라도 좋다.

또한, 본 명세서에서, 기록 매체에 기록된 프로그램을 기술하는 스텝은, 기재된 순서에 따라 시계열적으로 행하여지는 처리는 물론, 반드시 시계열적으로 처리되지 않더라도, 병렬적 또는 개별적으로 실행된 처리도 포함하는 것이다.

또한, 상술한 각 스텝의 처리는, 상술한 각 장치, 또는, 상술한 각 장치 이외의 임의의 장치에서, 실행할 수 있다. 그 경우, 그 처리를 실행하는 장치가, 상술한, 그 처리를 실행하는데 필요한 기능(기능 블록 등)을 갖도록 하면 좋다. 또한, 처리에 필요한 정보를, 적절히, 그 장치에 전송하도록 하면 좋다.

또한, 본 명세서에서, 시스템이란, 복수의 구성 요소(장치, 모듈(부품) 등)의 집합을 의미하고, 모든 구성 요소가 동일 몸체 중에 있는지의 여부는 묻지 않는다. 따라서 별개의 몸체에 수납되고, 네트워크를 통하여 접속되어 있는 복수의 장치, 및, 하나의 몸체의 중에 복수의 모듈이 수납되어 있는 하나의 장치는, 모두, 시스템이다.

또한, 이상에서, 하나의 장치(또는 처리부)로서 설명한 구성을 분할하여, 복수의 장치(또는 처리부)로서 구성하도록 하여도 좋다. 역으로, 이상에서 복수의 장치(또는 처리부)로서 설명한 구성을 통합하여 하나의 장치(또는 처리부)로서 구성되도록 하여도 좋다. 또한, 각 장치(또는 각 처리부)의 구성에 상술한 이외의 구성을 부가하도록 하여도 물론 좋고. 또한, 시스템 전체로서의 구성이나 동작이 실질적으로 같으면, 어느 장치(또는 처리부)의 구성의 일부를 다른 장치(또는 다른 처리부)의 구성에 포함하도록 하여도 좋다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 알맞은 실시 형태에 관해 상세히 설명하였지만, 본 개시의 기술적 범위는 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 개시의 기술 분야에서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종의 변경례 또는 수정례에 상도할 수 있음은 분명하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들면, 본 기술은, 하나의 기능을, 네트워크를 통하여 복수의 장치에서 분담, 공동하여 처리하는 클라우드 컴퓨팅의 구성을 취할 수 있다.

또한, 상술의 플로 차트에서 설명한 각 스텝은, 하나의 장치에서 실행하는 외에, 복수의 장치에서 분담하여 실행할 수 있다.

또한, 하나의 스텝에 복수의 처리가 포함되는 경우에는, 그 하나의 스텝에 포함되는 복수의 처리는, 하나의 장치로 실행하는 외에, 복수의 장치에서 분담하여 실행할 수 있다.

또한, 본 기술은, 이것으로 한하지 않고, 이와 같은 장치 또는 시스템을 구성하는 장치에 탑재하는 모든 구성, 예를 들면, 시스템 LSI(Large Scale Integration) 등으로서의 프로세서, 복수의 프로세서 등을 이용하는 모듈, 복수의 모듈 등을 이용하는 유닛, 유닛에 또한 그 밖의 기능을 부가한 세트 등(즉, 장치의 일부의 구성)으로서 실시할 수도 있다.

또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.

(1) 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자.

(2) 상기 제어부는, 상기 화소로부터의 화소 신호의 판독을, 상기 화소에 대응하는 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어하는 (1), (3) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(3) 상기 제어부는, 또한, 각 칼럼의 메인 셔터 동작 및 프리 셔터 동작을 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어하는 (1), (2), (4) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(4) 각 칼럼에서, 각 신호선에 할당되는 화소수가 서로 다른 (1) 내지 (3), (5) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(5) 각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고,

상기 제어부는, 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 어느 하나의 상기 신호선을 선택시키고, 상기 선택부에 의해 선택된 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 선택부에 의해 선택된 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 (1) 내지 (4), (6) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(6) 상기 제어부는, 상기 선택부에, 선택하는 신호선을 순차적으로 전환시켜, 복수 모드의 화소 신호의 판독을 시분할로 행하도록 제어하는 (1) 내지 (5), (7) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(7) 상기 화소 어레이의 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 신호선에 대응하는 상기 모드에 대응하는 더미 화소가 또한 접속되고,

상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 더미 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하도록 제어하는 (1) 내지 (6), (8) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(8) 상기 제어부는, 또한, 상기 더미 화소의 셔터 동작을 상기 모드로 행하도록 제어하는 (1) 내지 (7), (9) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(9) 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 상기 신호선을 통하여 전송되는 상기 화소 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부를 또한 구비하는 (1) 내지 (8), (10) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(10) 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고,

상기 A/D 변환부는, 상기 선택부에 의해 선택된 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를 A/D 변환하는 (1) 내지 (9), (11) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(11) 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해, 상기 A/D 변환부가 복수 구비되고,

상기 선택부는, 화소 신호의 A/D 변환에 이용하는 상기 A/D 변환부를 또한 선택하는 (1) 내지 (10), (12), (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(12) 상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 복수의 신호선과 복수의 A/D 변환부를 선택시키고,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 의해 선택된 각 신호선에 접속되는 화소로부터의 상기 모드로의 화소 신호의 판독을, 상기 신호선 사이에서 서로 병렬로 행하도록 제어하는 (1) 내지 (11), (13)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(13) 각 화소의 노광 시간은, 상기 화소가 접속되는 신호선에 대응하는 모드마다 설정되는 (1) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(14) 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독시키고,

판독시킨 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키는 제어 방법.

(15) 피사체를 촬상하는 촬상부와,

상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,

상기 촬상부는,

화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치.

(16) 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와

상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자.

(17) 상기 복수의 압축부는, 상기 복수 라인의 화소 신호의 압축 후의 데이터 사이즈가 1단위기간 내에 전송 가능한 사이즈 이하가 되도록, 각 라인의 화소 신호를 압축하는 (16), (18) 내지 (20)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(18) 상기 제어부는, 2라인씩 화상 신호를 판독시키고,

상기 복수의 압축부는, 각 라인의 화소 신호를, 데이터 사이즈가 반분이 되도록 압축하는 (16), (17), (19), (20)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(19) 상기 압축부는, 상기 화소 신호를, 소정의 비트 레이트로 압축하는 (16) 내지 (18), (20)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(20) 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호에 대해, 소정의 신호 처리를 병렬로 행하는 복수의 신호 처리부를 또한 구비하고,

상기 복수의 압축부는, 서로 다른 상기 신호 처리부에 의해 상기 신호 처리가 행하여진 서로 다른 라인의 화소 신호를 병렬로 압축하는 (16) 내지 (19)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.

(21) 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독시키고,

상기 복수 라인의 화소로부터 판독시킨 상기 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송시키고,

상기 복수의 신호선을 이용하여 전송시킨 상기 복수 라인의 화소 신호를 병렬로 A/D 변환시키고,

A/D 변환시킨 서로 다른 라인의 화소 신호를 병렬로 압축시키는 제어 방법.

(22) 피사체를 촬상하는 촬상부와,

상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,

상기 촬상부는,

화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치.

(23) 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

각 A/D 변환부에 대해 복수개씩 할당되고, 각각이 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 기억하는 복수의 래치와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하고, 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 상기 A/D 변환부에 대응하는 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억하고, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되어 있는 상기 화소 신호를 판독하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자.

(24) 상기 복수의 래치로부터 판독된 상기 화소 신호끼리를 가산 또는 감산하는 연산부를 또한 구비하고,

상기 제어부는, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치로부터 판독된 상기 화소 신호끼리를, 상기 연산부를 이용하여 가산 또는 감산하도록 제어하는 (23)에 기재된 촬상 소자.

(25) 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 칼럼의 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독시키고,

상기 화소로부터 판독시킨 상기 화소 신호를 A/D 변환시키고,

A/D 변환시킨 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억시키고,

상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억시키고 있는 상기 화소 신호를 판독시키는 제어 방법.

(26) 피사체를 촬상하는 촬상부와,

상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,

상기 촬상부는,

화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

각 A/D 변환부에 대해 복수개씩 할당되고, 각각이 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 기억하는 복수의 래치와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하고, 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를, 상기 화소 신호의 판독 모드에 응하여, 상기 A/D 변환부에 대응하는 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억하고, 상기 모드에 응하여, 상기 복수의 래치 중의 어느 하나 또는 전부에 기억되어 있는 상기 화소 신호를 판독하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치.

(27) 화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 소자.

(28) 상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사의 크기에 응하여, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 설정하는 (27) 또는 (29)에 기재된 촬상 소자.

(29) 상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사가 큰 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 작아지도록 설정하고, 상기 램프 신호의 경사가 작은 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 커지도록 설정하는 (27) 또는 (28)에 기재된 촬상 소자.

(30) 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부의 각각의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독시키고,

상기 화소로부터 판독시킨 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부에 A/D 변환시키는 제어 방법.

(31) 피사체를 촬상하는 촬상부와,

상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,

상기 촬상부는,

화소 어레이와,

상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,

각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하도록 제어하는 제어부를 구비하는 촬상 장치.

100 : CMOS 이미지 센서
111 : 화소 어레이부
112 : 판독부
113 : D/A 변환부
121 : 칼럼 화소부
122 : 선택부
123 : 칼럼 A/D 변환부
124 : 수평 전송부
131 : 센서 컨트롤러
132 : 수직 주사부
133 : 수평 주사부
141 : 어드레스 디코더
142 : 화소 구동부
151 : 단위화소
161 : 포토 다이오드
162 : 판독 트랜지스터
163 : 리셋 트랜지스터
164 : 증폭 트랜지스터
165 : 셀렉트 트랜지스터
181 : 전류원
182 : 비교부
183 : 카운터
200 : CMOS 이미지 센서
221 : 수평 처리부
222 : 압축부
223 : 출력부
300 : CMOS 이미지 센서
311 : 화소 어레이부
312 : A/D 변환부
313 : 수평 전송로
314 : 증폭부
315 : 연산부
316 : 화상 처리부
321 : 단위화소
331 : 제어부
332 : 수직 주사부
333 : 수평 주사부
351 : D/A 변환부
352 : 비교부
353 : 카운터
354 : 셀렉터
355 : 데이터 래치
500 : CMOS 이미지 센서
501 : 화소 칩
502 : 회로 칩
511 : 화소 영역
512 : 주변 회로 영역
513 및 514 : 비아 영역
600 : 촬상 장치
612 : CMOS 이미지 센서
613 : 화상 처리부
621 : 제어부

Claims (31)

1. 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와,
   상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 화소 어레이의 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 신호선에 대응하는 상기 모드에 대응하는 더미 화소가 또한 접속되고,
   상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 더미 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 화소로부터의 화소 신호의 판독을, 상기 화소에 대응하는 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 또한, 각 칼럼의 메인 셔터 동작 및 프리 셔터 동작을 상기 모드의 프레임 레이트로 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
4. 제1항에 있어서,
   각 칼럼에서, 각 신호선에 할당되는 화소수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
5. 제1항에 있어서,
   각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고,
   상기 제어부는, 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 어느 하나의 상기 신호선을 선택시키고, 상기 선택부에 의해 선택된 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 선택부에 의해 선택된 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 선택부에, 선택하는 신호선을 순차적으로 전환시켜, 복수 모드의 화소 신호의 판독을 시분할로 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 또한, 상기 더미 화소의 셔터 동작을 상기 모드로 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
8. 제1항에 있어서,
   상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 상기 신호선을 통하여 전송되는 상기 화소 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
9. 제8항에 있어서,
   상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 신호선을, 상기 복수의 신호선 중에서 선택하는 선택부를 또한 구비하고,
   상기 A/D 변환부는, 상기 선택부에 의해 선택된 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를 A/D 변환하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
10. 제9항에 있어서,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해, 상기 A/D 변환부가 복수 구비되고,
    상기 선택부는, 화소 신호의 A/D 변환에 이용하는 상기 A/D 변환부를 또한 선택하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 복수의 신호선과 복수의 A/D 변환부를 선택시키고,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 상기 선택부에 의해 선택된 각 신호선에 접속되는 화소로부터의 상기 모드로의 화소 신호의 판독을, 상기 신호선 사이에서 서로 병렬로 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
12. 제1항에 있어서,
    각 화소의 노광 시간은, 상기 화소가 접속되는 신호선에 대응하는 모드마다 설정되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
13. 피사체를 촬상하는 촬상부와,
    상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,
    상기 촬상부는,
    화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 화소 신호의 판독의 서로 다른 모드가 할당되고, 상기 모드에 대응하는 화소가 접속되는 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하고, 판독한 상기 화소 신호를 상기 신호선을 통하여 전송시키도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼의 복수의 상기 신호선의 각각에, 상기 신호선에 대응하는 상기 모드에 대응하는 더미 화소가 또한 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에 관해, 화소 신호의 판독 모드에 대응하는 상기 신호선에 접속되는 더미 화소로부터 화소 신호를 상기 모드로 판독하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
14. 화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,
    서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와
    상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 복수의 압축부는, 상기 복수 라인의 화소 신호의 압축 후의 데이터 사이즈가 1단위기간 내에 전송 가능한 사이즈 이하가 되도록, 각 라인의 화소 신호를 압축하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 2라인씩 화상 신호를 판독시키고,
    상기 복수의 압축부는, 각 라인의 화소 신호를, 데이터 사이즈가 반분이 되도록 압축하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
16. 제14항에 있어서,
    상기 압축부는, 상기 화소 신호를, 소정의 비트 레이트로 압축하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
17. 제14항에 있어서,
    서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호에 대해, 소정의 신호 처리를 병렬로 행하는 복수의 신호 처리부를 또한 구비하고,
    상기 복수의 압축부는, 서로 다른 상기 신호 처리부에 의해 상기 신호 처리가 행하여진 서로 다른 라인의 화소 신호를 병렬로 압축하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
18. 피사체를 촬상하는 촬상부와,
    상기 촬상부에 의한 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터를 화상 처리하는 화상 처리부를 구비하고,
    상기 촬상부는,
    화소로부터 판독되는 화소 신호를 전송하는 신호선이 각 칼럼에 대해 복수 할당되고, 각 칼럼의 화소가, 상기 칼럼에 할당된 복수의 상기 신호선의 어느 하나에 접속되는 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼의 서로 다른 신호선을 통하여 전송되는 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,
    서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 상기 화소 신호를 압축하는 복수의 압축부와,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼의, 서로 다른 상기 신호선에 할당된 복수 라인의 화소로부터 화소 신호를 병렬로 판독하고, 상기 복수 라인의 화소로부터 판독된 복수 라인의 화소 신호를, 각각, 상기 화소에 대응하는 상기 신호선을 이용하여 병렬로 전송하고, 상기 복수의 신호선을 이용하여 전송된 상기 복수 라인의 화소 신호를 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 병렬로 A/D 변환하고, 서로 다른 상기 A/D 변환부에 의해 A/D 변환된 서로 다른 라인의 화소 신호를 상기 복수의 압축부를 이용하여 병렬로 압축하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 복수의 압축부는, 상기 복수 라인의 화소 신호의 압축 후의 데이터 사이즈가 1단위기간 내에 전송 가능한 사이즈 이하가 되도록, 각 라인의 화소 신호를 압축하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
19. 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이의 각 칼럼에 대해 할당되고, 각각이, 서로 다른 램프 신호를 이용하여, 상기 칼럼의 화소로부터 판독된 화소 신호를 A/D 변환하는 복수의 A/D 변환부와,
    각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 서로 다른 값으로 설정하고, 상기 화소 어레이의 각 칼럼에서, 처리 대상 라인의 화소로부터 화소 신호를 판독하고, 상기 화소로부터 판독된 상기 화소 신호를, 상기 칼럼에 할당된 상기 복수의 A/D 변환부를 이용하여 A/D 변환하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사의 크기에 응하여, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋을 설정하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 램프 신호의 경사가 큰 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 작아지도록 설정하고, 상기 램프 신호의 경사가 작은 경우, 각 A/D 변환부의 램프 신호의 오프셋의 차가 커지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
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