KR20070102997A - 고체 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

고속의 화상 독출을 행하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공한다. n 번째의 처리 회로(예를 들어, PU1)에는 개개의 촬상 블록 B1, B2, B3에 있어서 n 번째의 화소열(N1)이 스위치 Q(1), Q(4), Q(7)을 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있으므로, 부분 독출 영역 R이 작은 경우에 있어서도 인접하는 화소열 N2로부터의 신호는 다른 처리 회로 PU2에서 별도로 처리된다. 또한, 화상 데이터 연산부(10)에 의해서, 독출 영역을 부분 독출 영역 R로 제한하고 있으므로, 더욱 고속인 촬상을 행하는 것이 가능하게 된다。

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE}

본 발명은 화상을 독출(讀出)하는 영역을 설정할 수 있는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.

종래의 고체 촬상 장치는 하기와 같이 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 이 고체 촬상 장치에서는 화상의 독출 영역을 전 영역의 1/2 또는 1/3 로 전환할 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3251042호 공보

그러나, 종래의 고체 촬상 장치에서는 고체 촬상 장치의 후단에 설치되는 복수의 처리 회로의 처리 부하가 독출 영역에 따라 다르다고 하는 문제가 있다. 예를 들어, 촬상 영역의 오른쪽 영역에 존재하는 미소 화상은 이 오른쪽 영역에 대응하는 처리 회로만을 이용하여 처리되고, 그 외의 처리 회로는 기능하고 있지 않다고 하는 현상이 생긴다. 즉, 종래의 고체 촬상 장치에서는 처리 회로의 처리 속도가 처리 부하에 의해서 제한되기 때문에, 고속의 화상 독출을 행할 수 없다.

미사일의 추종 제어나 전방 주행 차량의 추종 제어에 있어서는 이러한 대상물의 화상을 고속으로 독출하여 인식할 필요가 있으나, 종래의 고체 촬상 장치에서는 그 독출 속도가 충분하지 않다.

본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 종래에 비해 더욱 고속의 화상 독출을 행하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 N 개의 화소열이 인접하여 늘어서 이루어진 촬상 블록이 K 개 늘어서 이루어진 촬상 영역을 가지는 고체 촬상 장치에 있어서, 입력되는 디지털 비디오 신호에 따라 부분 독출 영역을 지정하는 화상 데이터 연산부와, 부분 독출 영역에 대응하는 화소행을 선택하는 행선택 회로와, 부분 독출 영역에 대응하는 화소열을 선택하는 열선택 회로와, 화상 데이터 연산부의 출력에 기초하여, 행선택 회로 및 열선택 회로에 선택을 하게 하는 제어 신호를 발생하는 타이밍 발생 회로와, N 개의 화소열에, 열선택 회로의 선택에 의해서 온(on) 하는 스위치를 통하여, 각각 접속된 N 개의 처리 회로를 구비하고, n 번째의 처리 회로는 개개의 촬상 블록에 있어서 n 번째의 화소열에, 상기 스위치를 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있고, N 개의 처리 회로는 행선택 회로 및 열선택 회로에 의해서 선택된 화소열마다의 신호로부터 디지털 비디오 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 고체 촬상 장치에 의하면, n 번째의 처리 회로에는 개개의 촬상 블록에 있어서 n 번째의 화소열이 스위치를 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있으므로, 부분 독출 영역이 작은 경우에 있어서도 인접하는 화소열로부터의 신호는 다른 처리 회로에서 별도로 처리된다. 또한, 화상 데이터 연산부에 의해서, 독출하는 영역을 부분 독출 영역으로 제한하고 있으므로, 더욱 고속인 촬상을 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 개개의 화소열에 각각 접속된 복수의 홀드(hold) 회로를 구비하고, 상기 스위치는 열선택 회로에 타이밍 발생 회로로부터 입력되는 제어 신호에 동기하여, 화소열마다 개개의 홀드 회로에 축적된 전하를, 개개의 화소열에 대응하는 처리 회로에 접속하는 것을 특징으로 한다.

각 화소행마다의 신호는 일단 홀드 회로에 축적되고, 스위치를 제어 신호에 의해서 접속하는 것으로, 화소행마다 축적된 전하를, 개개의 화소열에 대응하는 처리 회로로 전송할 수 있다.

또한, 개개의 처리 회로는 앰프와 AD 변환기를 접속하여 이루어지는 것이 바람직하고, 이 경우에는 아날로그 화소 신호가 디지털 비디오 신호로 변환되게 된다.

본 발명의 고체 촬상 장치에 의하면, 고속의 화상 독출을 행할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 블럭도이다.

도 2는 각 화소열을 구성하는 각 화소 P(x, y)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치의 타이밍차트이다.

도 4는 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 회로도이다.

도 5는 화소 P(x, y)의 상세 회로도이다.

도 6은 각 신호를 생성하기 위한 행선택 회로(12)의 회로도이다.

도 7은 각 신호의 타이밍차트이다.

도 8은 홀드 회로 그룹 H(1) ~ H(N×K) 에 축적된 전하를 독출하기 위한 스위치 그룹 Q(1) ~ Q(N×K) 의 회로도이다.

도 9는 각 신호를 생성하기 위한 열선택 회로(13)의 회로도이다.

도 10은 각 신호의 타이밍차트이다.

<부호의 설명>

ADC1, ADC2, ADC3 변환기

10 화상 데이터 연산부

11 타이밍 발생 회로

12 행선택 회로

13 열선택 회로

AMP 앰프

B1, B2, B3 촬상 블록

H 홀드 회로

PD 포토다이오드

PU1, PU2, PU3 처리 회로

이하, 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에 대해 설명한다. 또한, 동일 요소에는 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 1은 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 회로도이다.

이 고체 촬상 장치는 촬상 소자와 제어 회로를 구비하고 있다.

이 촬상 소자는 N 개의 화소열(N1, N2, N3)이 인접하여 늘어서 이루어진 촬상 블록 B1, B2, B3이 K 개(본 예에서는 K = 3) 늘어서 이루어진 촬상 영역을 가지고 있다. 각 촬상 블록의 왼쪽으로부터의 차례를 k 번째로 한다. 또한, 도 2에 각 화소열을 구성하는 각 화소 P(x, y)의 상세한 구성을 나타낸다.

화소 P(x, y)는 포토다이오드 PD(x, y)와, 포토다이오드 PD(x, y)의 캐소드와 리셋 전위 Vr 사이에 접속된 리셋 스위치 Q_reset(x, y)와, 포토다이오드 PD(x, y)의 캐소드가 입력 단자에 접속된 앰프 AMP(x, y)와, 앰프 AMP(x, y)와 비디오 라인 L_n 사이에 접속된 어드레스 스위치 Q_address(x, y)를 구비하고 있다. 또한, 좌표 x와 y는 1에서 9의 숫자로 어드레스가 나타나는 것으로 한다.

어드레스 스위치 Q_address(x, y)에, 하이 레벨의 시프트 신호(수직) V_shift(y)를 입력하는 것으로, 앰프 AMP(x, y)에서 증폭한 화소 신호를, 비디오 라인 L_n에 전송하는 상태가 생긴다. 포토다이오드 PD(x, y)에 입사한 광량에 따라 축적된 전하가 앰프 AMP(x, y)에서 증폭되고, 비디오 라인 L_n에 전압으로서 출력된다. 그 후, 하이 레벨의 리셋 신호(수직) V_reset(y)를 리셋 스위치 Q_reset(x, y)에 입력하고, 이것을 온하면, 포토다이오드 PD(x, y)에 축적된 전하가 리셋된다.

본 예의 화소 P(x, y)는 행 방향(x)를 따라서 9 개, 열 방향(y)를 따라서 9 개 있고, 어드레스(x, y)로 규정되는 2차원 형상으로 배치되어 있다. 본 예에서는 촬상 영역 중앙에 부분 독출 영역 R을 설정하고, 부분 독출 영역 R 내부의 화소 P(x, y)의 신호를 독출하는 것으로 한다.

이 부분 독출 영역 R은 화상 데이터 연산부(10)에 의해서 지정된다. 화상 데이터 연산부(10)는 입력되는 디지털 비디오 신호에 따라 부분 독출 영역 R을 지정한다. 즉, 예를 들어 디지털 비디오 신호에서 1 프레임의 화상에 있어서, 휘도가 소정값 이상의 화소 P(x, y)의 어드레스를 기억한다. 미사일 등의 물체가 촬영 대상인 경우, 촬상 소자가 실리콘으로 이루어진 것으로서, 그 적외선상(赤外線像)은 물체상(物體像)의 중심을 최대 휘도의 기점으로 하여 연속적으로 주변에 퍼지고, 주변부에서는 휘도가 소정값보다 미만으로 된다.

즉, 최대 휘도의 점을 포함하고, 휘도가 소정값 ±Δ 이내의 점을 포함하는 직사각형 영역을 부분 독출 영역 R로서 선택한다. 대상물이 이동중인 경우, 전회의 프레임내에 있어서 물체상의 중심 위치(x1, y1)와, 이번 프레임내에 있어서 물체상의 중심 위치(x2, y2)의 프레임내에서 위치 차분의 벡터(x2 - x1, y2 - y1)를 연산하고, 이번 프레임내 물체상의 중심 위치(x2, y2)에, 이 벡터를 가산한 위치를, 다음 번의 물체상의 중심 위치(x3, y3)로서 추정하고, 이것을 중심 위치로 하는 직사각형 영역을 새로운 부분 독출 영역 R로서 설정한다.

화상 데이터 연산부(10)에는 디지털 비디오 신호가 입력되고 있으나, 이 디지털 비디오 신호는 각 촬상 블록 B1(B2, B3)로부터의 화소열마다(3열)의 신호를 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 입력하는 것으로 얻을 수 있다. 개개의 처리 회로 PU1, PU2, PU3은 앰프 AMP1, AMP2, AMP3과 AD 변환기 ADC1, ADC2, ADC3을 접속하여 이루어진다. 각 화소열로부터 출력된 아날로그 화소 신호는 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 의해서 디지털 비디오 신호로 변환된다.

부분 독출 영역 R을 규정하는 부분 화상 선택 위치 정보(x = 4 ~ 6, y = 4 ~ 6)는 타이밍 발생 회로(11)에 입력된다. 또, 이 고체 촬상 장치는 부분 독출 영역 R에 대응하는 화소행을 선택하는 행선택 회로(12)와, 부분 독출 영역 R에 대응하는 화소열을 선택하는 열선택 회로(13)를 구비하고 있다. 타이밍 발생 회로(11)는 입력된 부분 화상 선택 위치 정보에 기초하여 행선택 회로 제어 신호와, 열선택 회로 제어 신호를 생성한다.

요컨데, 행선택 회로 제어 신호는 y = 4 ~ 6 인 화소행의 신호가 독출되도록 행선택 회로(12)에 화소의 선택을 하게 하고, 열선택 회로 제어 신호는 x = 4 ~ 6 인 화소열의 신호가 독출되도록 열선택 회로(13)에 화소의 선택을 하게 한다. 환언하면, 타이밍 발생 회로(11)는 화상 데이터 연산부(10)의 출력에 기초하여, 행선택 회로(12) 및 열선택 회로(13)에 선택을 하게 하는 제어 신호를 발생하고 있는 것으로 된다.

도 3은 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치의 타이밍차트이다.

본 예에서는 도 1에 나타낸 부분 독출 영역 R의 신호를 독출하는 예가 나타나고 있다.

시각 t₀ ~ t₂ 까지는 제1 ~ 제3 시프트 신호(수직) V_shift(1 ~ 3), 제1 ~ 제3 리셋 신호(수직) V_reset(1 - 3), 제4 시프트 신호(수직) V_shift(4), 제4 리셋 신호(수직) V_reset(4), 제5 시프트 신호(수직) V_shift(5), 제5 리셋 신호(수직) V_reset(5), 제6 시프트 신호(수직) V_shift(6), 제6 리셋 신호(수직) V_reset(6), 제7 ~ 제9 시프트 신호(수직) V_shift(7 - 9), 제7 ~ 제9 리셋 신호(수직) V_reset(7 - 9), 제1 시프트 신호(수평) H_shift(1), 제2 시프트 신호(수평) H_shift(2), 제3 시프트 신호(수평) H_shift(3)는 모두 로우 레벨이다. 또한, 신호의 각 숫자는 좌표 x 또는 y의 어드레스를 나타낸다. 또, 설명에 있어서는 도 2를 적당히 참조한다.

시각 t₂ ~ t₃ 에서는 행선택 회로(12)로부터, 하이 레벨의 제4 시프트 신호(수직) V_shift(4)가 입력되기 때문에, 도 1의 아래에서부터 4 행째 화소행의 시프트 스위치 Q_address(x, 4)가 온으로 되고, 광의 입사에 따라 포토다이오드 PD(x, 4)에 축적된 전하가 앰프 AMP(x, 4)에서 증폭되고, 비디오 라인 L_n에 전압으로서 출력되고, 홀드 회로 H(1) ~ H(9)에 홀딩된다. 또한, 각 홀드 회로에는 전류원이 병렬로 접속되어 있다. 계속하여, 시각 t₃ ~ t₄ 에서는 하이 레벨의 제4 리셋 신호 V_reset(4)가 입력되기 때문에, 리셋 스위치 Q_reset(x, 4)가 온으로 되고, 포토다이오드 PD(x, 4)에 축적된 전하는 리셋된다. 시각 t₄ ~ t₅ 에서는 열선택 회로(13)로부터, 하이 레벨의 제2 시프트 신호(수평) H_shift(2)가 화소열의 4 열째 스위치 Q(4), 화소열의 5 열째 스위치 Q(5), 화소열의 6 열째 스위치 Q(6)에 동시에 입력되기 때문에, 홀드 회로 H(4), H(5), H(6)에 축적된 화소 P(4, 4), P(5, 4), P(6, 4)의 전하가 각각 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 입력된다.

시각 t₆ ~ t₇ 에서는 행선택 회로(12)로부터, 하이 레벨의 제5 시프트 신호(수직) V_shift(5)가 입력되기 때문에, 도 1의 아래에서부터 5 행째 화소행의 시프트 스위치 Q_address(x, 5)가 온으로 되고, 광의 입사에 따라 포토다이오드 PD(x, 5)에 축적된 전하가 앰프 AMP(x, 5)에서 증폭되고, 비디오 라인 L_n에 전압으로서 출력되고, 홀드 회로 H(1) ~ H(9)에 홀딩된다. 계속하여, 시각 t₇ ~ t₈ 에서는 하이 레벨의 제5 리셋 신호 V_reset(5)가 입력되기 때문에, 리셋 스위치 Q_reset(x, 5)가 온으로 되고, 포토다이오드 PD(x, 5)에 축적된 전하가 리셋된다. 시각 t₈ ~ t₉ 에서는 열선택 회로(13)로부터, 하이 레벨의 제2 시프트 신호(수평) H_shift(2)가 화소열의 4 열째 스위치 Q(4), 화소열의 5 열째 스위치 Q(5), 화소열의 6 열째 스위치 Q(6)에 동시에 입력되기 때문에, 홀드 회로 H(4), H(5), H(6)에 축적된 화소 P(4, 5), P(5, 5), P(6, 5)의 전하가 각각 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 입력된다.

시각 t₁₀ ~ t₁₁ 에서는 행선택 회로(12)로부터, 하이 레벨의 제6 시프트 신호(수직) V_shift(6)가 입력되기 때문에, 도 1의 아래에서부터 6 행째 화소행의 시프트 스위치 Q_address(x, 6)가 온으로 되고, 광의 입사에 따라 포토다이오드 PD(x, 6)에 축적된 전하가 앰프 AMP(x, 6)에서 증폭되고, 비디오 라인 L_n에 전압으로서 출력되고, 홀드 회로 H(1) ~ H(9)에 홀딩된다. 계속하여, 시각 t₁₁ ~ t₁₂ 에서는 하이 레벨의 제6 리셋 신호 V_reset(6)가 입력되기 때문에, 리셋 스위치 Q_reset(x, 6)가 온으로 되고, 포토다이오드 PD(x, 6)에 축적된 전하가 리셋된다. 시각 t₁₂ ~ t₁₃ 에서는 열선택 회로(13)로부터, 하이 레벨의 제2 시프트 신호(수평) H_shift(2)가 화소열의 4 열째 스위치 Q(4), 화소열의 5 열째 스위치 Q(5), 화소열의 6 열째 스위치 Q(6)에 동시에 입력되기 때문에, 홀드 회로 H(4), H(5), H(6)에 축적된 화소 P(4, 6), P(5, 6), P(6, 6)의 전하가 각각 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 입력된다.

상술한 바와 같이, 본 고체 촬상 장치는 N 개의 화소열에, 열선택 회로(13)의 선택에 의해서 온하는 스위치 Q(4), Q(5), Q(6)를 통하여, 각각 접속된 N 개의 처리 회로 PU1, PU2, PU3를 구비하고 있다. n 번째의 처리 회로 PU1(PU2, PU3)은 개개의 촬상 블록 B1, B2, B3에 있어서 n 번째의 화소열 N1(N2, N3)에, 스위치 Q(1) ~ Q(9)를 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있다. 또, N 개의 처리 회로 PU1, PU2, PU3은 행선택 회로(12) 및 열선택 회로(13)에 의해서 선택된 화소열마다의 신호로부터 디지털 비디오 신호를 생성하고 있다.

상술한 고체 촬상 장치에 의하면, n 번째의 처리 회로(예를 들어, PU1로 함)에는 개개의 촬상 블록 B1, B2, B3에 있어서 n 번째의 화소열(N1)이 스위치 Q(1), Q(4), Q(7)을 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있으므로, 부분 독출 영역 R이 작은 경우에 있어서도 인접하는 화소열 N2로부터의 신호는 다른 처리 회로 PU2에서 별도로 처리된다. 또한, 화상 데이터 연산부(10)에 의해서, 독출하는 영역을 부분 독출 영역 R로 제한하고 있으므로, 더욱 고속인 촬상을 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 상술한 고체 촬상 장치는 개개의 화소열 N1, N2, N3에 각각 접속된 복수의 홀드 회로 H(1) ~ H(9)를 구비하고 있고, 상기 스위치 Q(1) ~ Q(9)는 열선택 회로(13)에 타이밍 발생 회로(11)로부터 입력되는 제어 신호에 동기하여, 화소열마다 개개의 홀드 회로 H(1) ~ H(9)에 축적된 전하를, 개개의 화소열 N1, N2, N3에 대응하는 처리 회로 PU1, PU2, PU3에 접속하고 있고, 각 화소행마다의 신호는 일단 홀드 회로(1) ~ H(9)에 축적되지만, 스위치를 제어 신호 Q(1) ~ Q(9)에 의해서 접속하는 것으로, 화소행마다 축적된 전하를, 화소열 N1, N2, N3마다 처리 회로 PU1, PU2, PU3으로 전송할 수 있다.

도 4는 1 개의 촬상 블록을 8 개의 화소열로 이루어지는 것으로 하고(N = 8), 64의 촬상 블록 Bk(k = 1 ~ 64)를 구비하여(K = 64), 수직 방향의 화소열이 512 화소를 가지고, 수평 방향의 화소열이 512 화소를 가지는 고체 촬상 장치를 나타낸다. 또한, 각 촬상 블록 B1, B2,ㆍㆍㆍ, B64에 있어서 n 번째의 화소열마다, n 번째의 처리 회로 PUn이 접속되어 있다(n = 1 ~ 8). 열선택 회로(13)에 의해서 제어되는 스위치 그룹 Q(1) ~ Q(N×K) 와, 촬상 영역 사이에는 홀드 회로 그룹 H(1) ~ H(N×K) 가 개재하고 있다. 스위치 그룹 Q(1) ~ Q(N×K), 홀드 회로 그룹 H(1) ~ H(N×K) 는 상술한 스위치 그룹 Q(1) ~ Q(9) 및 홀드 회로 그룹 H(1) ~ H(9)에 대응하는 것이다. 이 고체 촬상 장치로 부분 독출의 동작을 이하에 설명한 다. 여기서는 화상 데이터 연산부의 출력에 기초하여 전회 얻은 화상으로부터, 512×512 의 화소 전체 중, 주변 10 행과 10 열만을 제외한 중앙의 492×492 인 화소의 부분 독출을 행하는 것을 선택하여 타이밍 발생 회로가 거기에 필요한 제어 신호를 행선택 회로(12)와 열선택 회로(13)에 공급하는 것으로 한다.

도 5는 화소 P(x, y)의 상세 회로도이다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 스위치는 전계 효과 트랜지스터를 나타내는 것으로 한다.

화소 P(1, 1)은 포토다이오드 PD(1)의 캐소드와, 리셋 전위 Vr1 사이에 직렬로 개재하는 전송 스위치 Q_trans(1), 리셋 스위치 Q_reset(1)을 구비하고 있다. 전송 스위치 Q_trans(1)의 상류단은 홀드 스위치 Q_hold(1)을 통하여, 증폭 트랜지스터 Q_amp(1)의 게이트에 입력되고 있다. 증폭 트랜지스터 Q_amp(1)과 비디오 라인 L₁ 사이에는 어드레스 스위치 Q_address(1)이 개재하고 있다.

전송 스위치 Q_trans(1)의 게이트에는 전송 신호 V_trans(1)이 입력되고, 리셋 스위치 Q_reset(1)의 게이트에는 리셋 신호 V_reset(1)이 입력된다. 또, 홀드 스위치 Q_hold(1)의 게이트에는 홀드 신호 V_hold(1)이 입력된다. 어드레스 스위치 Q_address(1)의 게이트에는 어드레스 신호 V_address(1)이 입력된다. 또한, 어드레스 신호 V_address(1)은 제1 시프트 신호(수직) V_shift(1)로 표기할 수도 있다.

화소 P(1, 2)의 구성은 각 요소의 숫자가 「2」일 뿐, 구성은 화소 P(1, 1)과 동일하다.

도 6은 각 신호를 생성하기 위한 행선택 회로(12)의 회로도이다. 도 7은 각 신호의 타이밍차트이다. 이 도면은 수직 방향의 상하 10 행씩을 제외한 중앙 492 행의 부분 독출을 달성하기 위한 것이다.

각 행마다 시프트 레지스터(shift register) S1, S2ㆍㆍㆍ가 설치되어 있고, 각 시프트 레지스터는 세트 입력 단자 ST, 리셋 입력 단자 rst, 클록 입력 단자 CLK와, 출력 단자 Q를 구비하고 있다. 리셋 입력 단자는 접지 전위에 접속되어 있다. 시프트 레지스터 S1의 세트 입력 단자 ST에는 스타트 신호 V_st가 입력되고, 시프트 레지스터 S1의 출력 단자 Q로부터의 출력 shiftout1이 시프트 레지스터 S2의 세트 입력 단자 ST에 입력되도록, 각 시프트 레지스터의 세트 입력 단자에는 하나전의 시프트 레지스터의 출력 단자 Q로부터의 출력이 차례로 입력된다. 타이밍 발생 회로(11)로부터 발생한 V_reset, V_trans, V_hold, V_address는 제1 화소 P(1, 1) 독출시의 소정 타이밍에서, 각각 V_reset(1), V_trans(1), V_hold(1), V_address(1)으로서, 스위치 QA1, QB1, QC1, QD1을 온하고, 상술한 각 스위치에 입력된다. 이 소정의 타이밍은 타이밍 발생 회로(11)에서 생성된 s-mode 신호와 스타트 신호 V_st에 의해서 결정되고, 제1 행째 화소의 독출이 종료되면, 제2 행째 화소의 독출로 차례로 이행한다. 또한, 도 7 중 (V_shift)에서 나타나는 숫자는 독출하는 중인 화소행을 나타내고, (H_shift)에서 나타나는 숫자는 독출 중인 화소열을 나타낸다.

s-mode 신호는 스타트 신호 V_st가 시프트 레지스터 S1에 입력되었을 때의 출력과 함께 NOR 회로(NOR1)에 입력된다. 또한, 2 행째 독출하는 경우에는 이러한 신호는 NOR 회로(NOR2)에 입력된다. 이 도면은 512×512 의 전 화소에서 각 포토다이오드 PD(x, y)에 축적한 전하를 동시에 홀드하는 글로벌 셔터 모드로 동작하는 예이고, s-mode 신호를 하이 레벨로 해 두는 것으로, V_reset, V_trans, V_hold의 신호를 전 화소 일제히 공급할 수 있다. 이것에 의해, 포토다이오드 PD(x, y)에 축적된 전하를 증폭 트랜지스터 Q_amp(x, y)의 게이트에 전 화소에 걸쳐서 동일한 타이밍으로 전송, 축적해 두는 것이 가능하게 된다.

실제의 동작으로서는 다음과 같이 된다. s-mode 신호를 하이 레벨로 하여, 모든 행에 걸쳐서 V_reset, V_trans, V_hold의 신호가 입력되도록 해 둔다. V_reset, V_trans, V_hold, V_address의 모든 신호가 로우 레벨일 때에, V_reset를 하이 레벨로 하여 V_hold를 하이 레벨로 하는 것에 의해, 증폭 트랜지스터의 게이트의 전하가 리셋된다. V_hold를 로우 레벨로 하고, V_reset를 로우 레벨로 한 후, V_trans를 하이 레벨로 하여 V_hold를 하이 레벨로 하는 것으로, 포토다이오드 PD(x, y)에 축적된 전하가 증폭 트랜지스터의 게이트에 전송된다. 그 후, V_hold를 로우 레벨로 하여 V_trans를 로우 레벨로 한 후, V_trans와 V_reset를 하이 레벨로 하여, 포토다이오드 PD(x, y)에 축적된 전하를 리셋한 후, V_trans와 V_reset를 로우 레벨로 하고 다음의 축적을 개시한다.

여기서 s-mode 신호를 로우 레벨로 되돌리는 것으로, 전 화소에 걸쳐서, 포토다이오드 PD(x, y)에 축적되고 있던 전하는 각 화소의 증폭 트랜지스터의 게이트에 전송, 홀딩된 상태에서, 포토다이오드에서는 다음의 축적이 개시되어 있고, 모든 화소에서의 축적 개시, 종료가 동시에 행해지는 글로벌 셔터 모드의 동작이 실현된다. 이후는 증폭 트랜지스터의 게이트에 홀딩되어 있는 전하를 읽고 싶은 화소만을 선택하여 독출하는 것으로 된다.

시프트 레지스터 S1, S2ㆍㆍㆍ의 클록 입력 단자 CLK에는 타이밍 발생 회로(11)에서 생성되는 수직 클록 신호 V_clk가 입력되어 있다. 스타트 신호 V_st가 시프트 레지스터 S1의 세트 입력 단자에 입력되고, 시프트 레지스터 S1의 출력 단자 Q로부터의 출력 shiftout1이 시프트 레지스터 S2의 세트 입력 단자에 입력되도록, 각 시프트 레지스터의 세트 입력 단자에 하나 전의 시프트 레지스터의 출력 단자 Q로부터의 출력이 차례로 입력되면, 각 행의 화소에 축적된 전하의 독출이 개시되지만, V_address는 로우 레벨로 해 두고, 수직 클록 신호 V_clk는 주기를 짧게 해 두는 것으로, 최초의 10 행은 신호의 건너뛰어 읽기를 행한다.

그 후, 11 행째의 화소로부터 V_address를 하이 레벨로 하여 축적 전하를 증폭하는 것에 의해 얻어진 전압을 홀드 회로에 한 번 전송한 다음, V_reset, V_hold도 하이 레벨로 하고, 증폭 트랜지스터의 게이트의 전하를 리셋한 후, V_hold를 로우 레벨로 하고, V_reset를 로우 레벨로 되돌려서, 리셋 후의 전압도 홀드 회로에 보내고, 축적한 전하를 증폭하는 것에 의해 얻어진 전압과, 증폭 트랜지스터의 게이트의 전하를 리셋했을 때의 증폭 트랜지스터로부터 출력되는 전압의 2 종류 전압을 홀드 회로에 입력한다. 홀드 회로에서는 노이즈분을 빼서 줄이기 위한 CDS 회로에서 이 2 종류 전압의 차를 연산하여 홀딩한다. 수직 클록 신호 V_clk의 주기를 길게 하여 512 화소분의 전하를 홀드 회로에 축적하고, 계속하여 타이밍 발생 회로(11)에서 생성된 화소열 독출 스타트 신호 H_st를 열선택 회로(13)에 입력하는 것으로, 타이밍 발생 회로(11)에서 생성된 수평 클록 신호 H_clk에 동기하여, 512 화소분의 홀드 회로에 축적된 전하 중, 선택된 부분 독출 영역 R에 해당되는 화소분이 8 개의 처리 회로로부터 독출되어서 화상 데이터 연산부에 입력된다. 이 동작은 도 8, 9, 10을 이용하여 후술한다. 또한, 503 행째의 화소행에서부터 이후의 10 행은 수직 클록 신호 V_clk의 주기를 짧게 하고, 동일하게 신호의 건너뛰어 읽기를 행한다.

즉, 수직 클록 신호의 주기를 짧게 하는 것으로, 불필요한 화소행의 독출 시간을 단축하고 있고, 이 불필요한 화소행의 독출 기간에서는 어드레스 신호 V_address를 입력하지 않고, 즉 비디오 신호는 출력되지 않는다.

도 8은 홀드 회로 그룹 H(1) ~ H(N×K) 에 축적된 전하를 독출하기 위한 스위치 그룹 Q(1) ~ Q(N×K) 의 회로도이다. 비디오 라인 L₁, L₂, L₃ㆍㆍㆍL_{N ×K} 마다 스위치 Q(1), Q(2), Q(3)ㆍㆍㆍQ(N×K) 가 접속되어 있다. 1 개의 촬상 블록의 스 위치 그룹에는 H_shift 신호가 입력되고, H_shift 신호가 하이 레벨일 때에, 홀드 회로에 축적된 전하가 독출된다.

도 9는 각 신호를 생성하기 위한 열선택 회로(13)의 회로도이다. 도 10은 각 신호의 타이밍차트이다. 이 도면은 수평 방향의 좌우에 각각 10 열씩을 제외한 중앙 492 열만의 부분 독출을 달성하기 위한 것이다. 이 도에서는 도 7의 s-mode 신호가 로우 레벨로 되고 나서 수평 스타트 신호 H_st가 하이 레벨로 되고, 이후 수평의 독출이 행해지는 타이밍만을 나타낸다.

시프트 레지스터 S10, S20, S30ㆍㆍㆍ이 촬상 블록에 대응하여 설치되어 있다. 각 시프트 레지스터는 세트 입력 단자 ST, 리셋 입력 단자 rst, 클록 입력 단자 CLK와, Q 출력 단자를 구비하고 있다. 클록 입력 단자 CLK에는 수평 클록 신호 H_clk가 입력된다.

타이밍 발생 회로에서는 64 촬상 블록 중의 원하는 독출 개시 번호의 화소에 대응하여, 수평 독출용의 스타트 신호 H_st를 발생하고, 6 비트의 디코더(0 ch ~ 63 ch) D에 입력한다. 디코더 D는 2값 입력 단자 dih0, dih1, dih2, dih3, dih4, dih5를 구비하고 있다. 디코더 출력 단자 1, 2, 3ㆍㆍㆍ과 각 세트 입력 단자 ST 사이에는 NAND 회로와 NOT 회로가 개재하고 있다.

디코더 D는 타이밍 발생 회로(11)에서 생성한 H_st나 2값 입력에 따라서, 원하는 촬상 블록에 입력되는 H_shift 신호가 하이 레벨로 되는 신호를 생성한다. 스타 트 신호 H_st와, 촬상 블록 특정 신호 dih0, dih1, dih2, dih3, dih4, dih5의 입력에 의해서, 지정된 촬상 블록의 화소열의 신호가 독출된다. 디코더 출력 단자 0에 대응하여 발생하는 H_shift(1) 신호는 하이 레벨일 때에 스위치 Q(1) ~ Q(8)를 온하고, 디코더 출력 단자 1에 대응하여 발생하는 H_shift(2) 신호는 하이 레벨일 때에 스위치 Q(9) ~ Q(16)을 온한다.

각 시프트 레지스터 S10, S20, S30의 리셋 단자 rst에는 타이밍 발생 회로(11)에서 생성된 올(all) 리셋 신호 H_{shift - reset}을 입력할 수 있고, H_{shift - reset}이 하이 레벨인 경우에는 홀드 회로에 축적된 전하의 독출을 종료하는 것으로, 부분 독출을 고속으로 행하고 있다. 이와 같이 도 7과 도 10의 양 수법을 적용하는 것에 의해, 512×512 화소 신호를 주변 10 행과 10 열씩을 제외한 중앙 492×492 화소의 부분 신호 독출을 달성할 수 있다.

또한, 상술한 예에서는 부분 독출 영역 R은 전회의 화상에 기초하여 화상 데이터 연산부가 결정되고, 필요한 제어 신호를 타이밍 발생 회로가 발생하였으나, 이것은 일본 특허 출원 2003-189181에 나타나는 촬상 장치(프로파일 이메져(profile imager)로 불리고 있음)의 프로파일 검출 기능으로부터 얻어지는 정보에 기초하여 결정해도 되고, 홀드 회로나 프레임 메모리 등에 축적된 화상에 기초하여 결정해도 된다. 또, 부분 독출 영역 R을 결정하기 위해서 기초하는 것은 축적된 화상으로 한정할 필요는 없고, 모든 화소 중의 일부분만을 독출하도록 선택하는 신호를, 화상 데이터 연산부 대신에 밖으로부터 주어도 된다. 이렇게 하는 것으로, 독출하는 부분과 화소수를 외부로부터 입력하는 신호에 의해 바꾸고, 화소수는 적어도 되기 때문에 어쨌든 고속으로 촬상하고 싶은 경우나, 화각(畵角)의 일부분에만 좁혀서 독출하고 싶은 경우 등 여러가지 경우에 대응 가능한 고체 촬상 장치를 실현할 수 있다.

본 발명은 고체 촬상 장치에 이용할 수 있다.

Claims (3)

1. N 개의 화소열이 인접하여 늘어서 이루어진 촬상 블록이 K 개 늘어서 이루어진 촬상 영역을 가지는 고체 촬상 장치에 있어서,

   입력되는 디지털 비디오 신호에 따라 부분 독출(讀出) 영역을 지정하는 화상 데이터 연산부와,

   상기 부분 독출 영역에 대응하는 화소행을 선택하는 행선택 회로와,

   상기 부분 독출 영역에 대응하는 화소열을 선택하는 열선택 회로와,

   상기 화상 데이터 연산부의 출력에 기초하여, 상기 행선택 회로 및 상기 열선택 회로에 선택을 하게 하는 제어 신호를 발생하는 타이밍 발생 회로와,

   상기 N 개의 화소열에, 상기 열선택 회로의 선택에 의해서 온(on)하는 스위치를 통하여, 각각 접속된 N 개의 처리 회로를 구비하고,

   n 번째의 처리 회로는 개개의 상기 촬상 블록에 있어서 n 번째의 화소열에, 상기 스위치를 통하여 모두 접속 가능하게 되어 있고,

   상기 N 개의 처리 회로는 상기 행선택 회로 및 상기 열선택 회로에 의해서 선택된 화소열마다의 신호로부터 상기 디지털 비디오 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   개개의 상기 화소열에 각각 접속된 복수의 홀드 회로를 구비하고,

   상기 스위치는 상기 열선택 회로에 상기 타이밍 발생 회로로부터 입력되는 상기 제어 신호에 동기하여, 상기 화소열마다 개개의 상기 홀드 회로에 축적된 전하를, 개개의 화소열에 대응하는 상기 처리 회로에 접속하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   개개의 상기 처리 회로는 앰프와 AD 변환기를 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.

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