KR20100038140A

KR20100038140A - 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 카메라 시스템

Info

Publication number: KR20100038140A
Application number: KR1020090089945A
Authority: KR
Inventors: 히로시 호리구치
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2010-04-13
Also published as: JP2010093363A; US20100085458A1; JP5272630B2; TW201021558A; CN101715077A; US8547460B2

Abstract

고체 촬상 소자는 광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛; 및 지정된 어드레스 정보에 따라 상기 화소 어레이 유닛의 판독 또는 리셋 액세스 동작을 수행하도록 상기 화소 어레이 유닛의 구동을 제어할 수 있는 화소 구동 제어 유닛을 포함한다. 상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정할 수 있다. 상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행하는 기능을 포함한다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 카메라 시스템{SOLID-STATE IMAGING ELEMENT, DRIVING METHOD THEREFOR, AND CAMERA SYSTEM}

본 발명은, CMOS 이미지 센서로 대표되는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 카메라 시스템에 관한 것이다.

근래, CCD를 대신하는 고체 촬상 소자(이미지 센서)로서, CMOS 이미지 센서가 주목을 모으고 있다.

이것은 CMOS 이미지 센서가 다음의 과제를 극복하고 있기 때문이다:

즉, CCD 화소의 제조에는 전용 프로세스를 필요로 하고, 또한, 그 동작에는 복수의 전원 전압이 필요하고, 또한 복수의 주변 IC를 조합시켜서 동작시킬 필요가 있다.

이와 같은 CCD인 경우, 시스템이 매우 복잡화한다는 여러가지의 문제를, CMOS 이미지 센서가 극복하고 있기 때문이다.

이 CMOS 이미지 센서로 대표되는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 소자는, 광전변환 소자를 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 2차원 어레이 배치된 화소 어레이 유닛에 대해, 화소의 선택을 행 단위, 열 단위 또는 화소 단위로 수행하도록 구성된다.

또한, 행 액세스의 고체 촬상 소자에서는, 화소 어레이 유닛에의 판독 액세스와, 셔터를 릴리스하기 위한 리셋 액세스가 행하여진다.

CMOS 이미지 센서에서는, 일반적으로 화소 리셋할 때에, 행마다 순서대로 화소를 리셋하는 방식이 채택되는 일이 많다. 이 방식은, 롤링 셔터 방식이라고 불린다.

또한, 고체 촬상 소자에는, 노이즈·플로어를 결정하기 위해 광학적으로 마스크 된 화상, 즉, 옵티컬 블랙 영역이 형성된다.

그리고, 고체 촬상 소자에서는, 화소 어레이 유닛에서의 임의의 영역을 지정하고, 이 임의의 영역의 화소 정보를 부분적으로 잘라내어 판독할 수 있는 기술이 제안되어 있다(예를 들면 일본 특개2001-45383호 공보 참조).

이와 같이, 일본 특개2001-45383호 공보에 개시된 고체 촬상 소자는, 필요한 영역을 잘라내어 판독하는 기능("윈도우 판독" 기능)을 갖는다.

이 고체 촬상 소자는, 윈도우 판독에 의해 외부로의 출력 라인 수(數)를 줄일 수 있다.

그런데, 고체 촬상 소자에서는, 임의의 부분 판독 영역을 행마다 순차적으로 판독할 때에, 부분 판독 영역보다도 하방 및 상방의 행의 화소에서는 판독 등의 액세스 제어가 전혀 행하여 지지 않기 때문에 이하의 블루밍이라는 현상이 발생한다.

즉, 화소 내의 광전변환 소자에서 광전변환되고, 축적된 전하가 광전변환 소 자의 축적 용량을 초과하여 주변의 화소로 누출(漏出)할 가능성이 있다.

이 주변 화소로 누출한 전하는, 이 주변 화소의 촬상에 영향을 주어, CMOS 이미지 센서인 경우에서는, 부분 판독 영역의 화소의 상방 및 하방의 화소로부터 전하의 누출이 있으면, 그 부분에서는 이상한 화상으로 되는, 블루밍 현상이 발현한다.

블루밍을 막는 방법으로서 다음과 같은 방법이 알려져 있다.

이 방법은, 윈도우 영역을 소망하는 것보다 크게 설정하여, 이 크게 설정한 영역에 통상 액세스를 행함으로써, 전하의 원치않는 흐름을 막는 방법이다.

단, 이 방법에서는, 불필요한 행의 화소 데이터를 외부로 출력하기 때문에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 외부로의 출력 수가 증가하여 버린다.

여기서, 행 액세스의 고체 촬상 소자의 출력행(出力行) 등에 관해, 도 1 및 도 2에 관련지어 설명한다.

행 액세스의 고체 촬상 소자의 출력행은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기록 화소 영역, 색 처리 마진 영역, 무효 영역, 옵티컬 블랙 영역, 무효 옵티컬 블랙 영역, 블랭킹 영역이 있다.

무효 영역, 무효 옵티컬 블랙 영역, 블랭킹 영역은 데이터로서 불필요한 데이터이다.

블랭킹 출력은, 외부와 고체 촬상 소자와의 통신 기간, 고체 촬상 소자의 게인 값 등의 설정 변경 후의 내부 회로 안정화 대기 시간, 외부와의 타이밍 조정 등을 위해 있다.

블랭킹 기간은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 화소 어레이 유닛에의 판독 액세스 또는 리셋 액세스는 행하지 않는다. 또는, 판독 데이터에 영향을 주지 않는 특정 어드레스에의 액세스를 행한다.

또한, 일반적으로 고체 촬상 소자에서는, 옵티컬 블랙 영역에는 윈도우 영역이 지정되지 않고, 출력행 수는 화소 어레이 유닛에 의해 고정이다.

또한, 옵티컬 블랙 라인의 수는 사용 용도에 따라 다르다. 예를 들면, 정지화상 촬영일 때에는 많이 필요하지만, 동화상 촬영일 때에는 줄일 수 있다.

그런데, 블루밍의 발생을 방지하고, 또한 외부에 불필요한 행의 화소 데이터를 출력시키지 않는 방법이 일본 특개2006-310932호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 일본 특개2006-310932호 공보에 개시된 기술에서는, 필요한 회로가 증가하고, 회로 규모의 증대를 초래한다는 문제가 있다.

구체적으로는, 이 기술에서는, 판독 및 셔터 동작과 병행하여 비(非)액세스행(行)이 리셋되기 때문에, 화소 어레이 제어 회로로서, "행 판독 제어 회로(12)", "행 리셋 제어 회로(13)", 및 "비액세스행 리셋 제어 회로(14)"가 필요하다.

본 발명은, 회로의 규모의 증대를 억제하면서, 블루밍의 발생을 방지하고, 또한 외부에 불필요한 행의 화소 데이터의 출력을 억제하는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 카메라 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 고체 촬상 소자는 광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛; 및 지정된 어드레스 정보에 따라 상기 화소 어레이 유닛의 판독 또는 리셋 액세스 동작을 수행하도록 상기 화소 어레이 유닛의 구동을 제어할 수 있는 화소 구동 제어 유닛을 포함한다. 상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정할 수 있다. 상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행하는 기능을 포함한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 고체 촬상 소자의 구동 방법은: 광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을, 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정하는 단계; 및 상기 윈도우 영역으로의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋 액세스를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 카메라 시스템은: 고체 촬상 소자와; 상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 시스템; 및 상기 고체 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함한다. 상기 고체 촬상 소자는: 광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛; 및 지정된 어드레스 정보에 따라 상기 화소 어레이 유닛의 판독 또는 리셋 액세스 동작을 수행하도록 상기 화소 어레이 유닛의 구동을 제어할 수 있는 화소 구동 제어 유닛을 포함한다. 상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정할 수 있다. 상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 화소 구동 제어 유닛은 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정한다.

그리고, 화소 구동 제어 유닛은, 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병 행하여, 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 회로의 규모의 증대를 억제하면서, 블루밍의 발생을 방지하고, 또한 불필요한 행의 화소 데이터의 외부로의 출력을 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면과 연계하여 설명한다.

<제 1의 실시 형태>

도 3은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면이다.

제 1의 실시 형태에 따른 CMOS 이미지 센서(100)는, 화소 어레이 유닛(110), 행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130), 병렬 신호 처리 회로(140), 출력 제어 회로(150), 및 타이밍 제어 회로(160)를 갖는다.

행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130), 및 타이밍 제어 회로(160)에 의해 화소 구동 제어 유닛이 형성된다.

화소 어레이 유닛(110)은, 매트릭스 형상으로 배열된 2차원 어레이의 화소 회로를 구비한다.

화소 어레이 유닛(110)은, 유효 화소 영역(110A)과, 유효 화소 영역(110A)의 외주부에 형성된 차광 화소 영역(옵티컬 블랙 영역)(110B)을 갖는다.

유효 화소 영역(110A)은, 화소 회로에서 광전변환되어 얻어진 신호가 촬상 신호로서 사용되는 영역이다.

옵티컬 블랙 영역(110B)은, 차광된 상태에서 유효 화소 영역(110A)의 주변에 형성되고, 각 화소 회로의 신호의 흑레벨을 정하기 위해 이용된다.

도 4는, 본 실시 형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 화소 회로의 한 예를 도시하는 도면이다.

이 화소 회로는, 예를 들면 포토 다이오드로 이루어지는 광전변환 소자(111)를 갖는다.

그리고, 화소 회로는, 이 1개의 광전변환 소자(111)에 대해, 전송 트랜지스터(112), 리셋 트랜지스터(113), 증폭 트랜지스터(114), 및 선택 트랜지스터(115)의 4개의 트랜지스터를 능동 소자로서 갖는다.

광전변환 소자(111)는 입사광을 그 광량에 대응하는 양의 전하(여기서는 전자)로 광전변환한다.

전송 트랜지스터(112)는, 광전변환 소자(111)와 출력 노드로서의 플로팅 디퓨전(FD)과의 사이에 접속되고, 전송 제어선(LTx)을 통하여 전송 트랜지스터(112)의 게이트(전송 게이트)에 제어 신호인 송신 신호(TG)가 제공된다.

이로써, 전송 트랜지스터(112)는, 광전변환 소자(111)에서 광전변환된 전자를 플로팅 디퓨전(FD)에 전송한다.

리셋 트랜지스터(113)는, 전원 라인(LVDD)과 플로팅 디퓨전(FD) 사이에 접속되고, 리셋 제어선(LRST)을 통하여 리셋 트랜지스터(113)의 게이트에 제어 신호인 리셋 신호(RST)가 제공된다.

이로써, 리셋 트랜지스터(113)는, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 전원 라인(LVDD)의 전위로 리셋한다.

플로팅 디퓨전(FD)에는, 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(114)는, 선택 트랜지스터(115)를 통하여 수직 신호선(116)에 접속되고, 화소 회로 외의 정전류원과 함께 소스 폴로워를 구성한다.

그리고, 선택 제어선(LSEL)을 통하여 어드레스 신호에 따른 제어 신호인 선택 신호(SEL)가 선택 트랜지스터(115)의 게이트에 제공되어, 선택 트랜지스터(115)가 온 한다.

선택 트랜지스터(115)가 온 하면, 증폭 트랜지스터(114)는 플로팅 디퓨전(FD)의 전위를 증폭하여 그 전위에 따른 전압을 수직 신호선(116)에 출력한다. 수직 신호선(116)을 통하여 각 화소로부터 출력된 전압은, 병렬 신호 처리 회로(140)에 출력된다.

이들의 동작은, 예를 들면 전송 트랜지스터(112), 리셋 트랜지스터(113), 및 선택 트랜지스터(115)의 각 게이트가 행 단위로 접속되어 있기 때문에, 1행분의 각 화소에 대해 동시에 행하여진다.

화소 어레이 유닛(110)에 배선되어 있는 리셋 제어선(LRST), 전송 제어선(LTx), 및 선택 제어선(LSEL)은 일조(一組)로서 화소 어레이의 각 행 단위로 배선되어 있다.

전송 제어선(LTx) 및 선택 제어선(LSEL)은, 행 판독 제어 회로(120)에 의해 구동되고, 리셋 제어선(LRST)은, 행 리셋 제어 회로(130)에 의해 구동된다.

행 판독 제어 회로(120)는, CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100)의 판독 동작을 행할 때의 행의 지정을 행하는 기능을 갖는다.

행 판독 제어 회로(120)는, 예를 들면 어드레스 디코드 회로를 기본 구성으로 하고, 화소 어레이 유닛(110)에서의 임의의 행 범위의 판독에 대응하여 화소의 행 판독을 제어한다.

행 리셋 제어 회로(130)는, CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100)의 셔터 동작을 행할 때의 행의 지정을 행하는 기능을 갖는다.

행 리셋 제어 회로(130)는, 예를 들면 어드레스 디코더 회로를 기본 구성으로 하고, 행 판독 동작과 병행하여, 다른 행의 화소의 광전변환에서 축적된 전하를 리셋함에 의해, 전하의 축적 시간을 제어하여 전자 셔터를 실현한다.

병렬 신호 처리 회로(140)는, 화소 어레이 유닛(110)의 각 화소로부터 행 단위로 판독된 신호에 대해 잡음 제거, 신호 처리, 아날로그/디지털(A/D) 변환 등의 처리를 병렬로 행한다.

출력 제어 회로(150)는, 각 열에 대응하는 수평 선택 스위치, 수평 신호선, 수평 주사 회로, 증폭 회로 등을 포함하여 구성된다.

출력 제어 회로(150)는, 병렬 신호 처리 회로(140)에서 병렬 처리된 1행분의 신호를 수평 주사 하에서 수평 주사 회로에 의해 출력하거나, 또는 임의의 열 범위 내의 신호만을 순차적으로 출력하는 기능을 갖는다.

출력 제어 회로(150)는, 증폭 회로로서, 병렬 신호 처리 회로(140)로부터 순 차적으로 이루어지는 신호를 증폭하여 칩 외부에 출력한다.

타이밍 제어 회로(160)는, 행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130), 병렬 신호 처리 회로(140), 및 출력 제어 회로(150)의 임의의 동작 모드에 따른 각종의 타이밍 신호를 생성하고, 각 타이밍 신호에 의해 각 회로의 타이밍 제어를 행한다.

타이밍 제어 회로(160)의 구체적인 구성예에 관해서는 후에 상세히 기술한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(100)는, 필요한 영역을 잘라내어 판독하는 윈도우 판독에 있어서, 다음과 같은 특징적인 기능을 갖는다.

윈도우 판독의 개관을 설명한다.

CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100)에서, 윈도우 판독을 행할 때, 외부로의 불필요한 출력 라인 수를 줄이고, 또한 블루밍의 발생을 막을 수 있는 구성을 갖는다.

본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)에서, 유효 화소 영역(110A)과 옵티컬 블랙 영역(110B)의 양쪽에 윈도우 판독 위치와 사이즈가 설정 가능하다.

또한, CMOS 이미지 센서(100)는, 외부로의 출력 라인 수가 제한되어 있을 때에, 유효 화소 영역(110A)을 많이 취하든지, 그렇지 않으면 옵티컬 블랙 영역(110B)을 많이 취하든지의 절충적인(trade-off) 선택이 가능하다.

본 실시 형태에서의 CMOS 이미지 센서(100)는, 윈도우 판독에 있어서, 크게 나누어 다음 2개의 특징적인 기능을 갖는다.

(1) 윈도우 판독(잘라냄(切出))을 행하는 영역에 인접하는 행을, CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100)로부터 블랭킹 라인으로서 출력하는 기간(고체 촬상 소자와 외부와의 통신 기간 등)에 판독 액세스, 또는 리셋 액세스를 한다.

이로써, CMOS 이미지 센서(100)는, 그 액세스를 한 행의 화소에서 전하를 제거하여(방전(放電)시켜), 셔터 및 윈도우 판독이 수행되지 않는 윈도우 프레임 밖의 영역에서 블루밍의 발생을 방지하고 있다.

(2) 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는, 유효 화소 영역(110A) 외에, 옵티컬 블랙 영역(110B)에 대해서도 윈도우 잘라냄을 행한다.

이로써, CMOS 이미지 센서(100)는, 외부로의 출력 라인 수가 제한되어 있을 때에, 옵티컬 블랙 영역(110B)의 출력 수를 줄일 수 있다.

옵티컬 블랙 영역(110B)의 출력을 줄인 만큼, 유효 화소 영역(110A)을 늘릴 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는, 요구되는 출력 포맷에 따라, 옵티컬 블랙 영역(110B)을 많이 취하든지, 유효 화소 영역(110A)을 많이 취하든지의 절충적인 선택 제어가 가능하게 되어 있다.

예를 들면, 동일 촬상 장치에서, 정지화상을 찍을 때에는 옵티컬 블랙 영역(110B)을 크게 취할 필요가 있지만, 동화상을 찍을 때에는 옵티컬 블랙 영역(110B)을 작게 할 수도 있다.

CMOS 이미지 센서(100)는, 윈도우 판독(잘라냄)을 한 옵티컬 블랙 영 역(110B)에 대해서도 상기 (1)에서 기술한 액세스를 행하는 것이 가능하다.

즉, CMOS 이미지 센서는, 옵티컬 블랙 영역(110B)에 윈도우 판독 영역(잘라냄 영역)에 인접하는 행에 대한 판독 액세스 또는 리셋 액세스를 블랭킹 라인으로서 출력하는 기간(외부와의 통신 기간 등)에 제공할 수 있다.

이로써, CMOS 이미지 센서(100)는, 그 액세스를 한 행의 화소에서 전하를 ㅈ제거하여(방전시켜), 셔터 및 윈도우 판독이 수행되지 않는 윈도우 프레임 밖의 영역에서 블루밍의 발생을 방지하고 있다.

또한, 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는, 블루밍 방지의 판독 액세스 또는 리셋 액세스는, 센서의 통신 기간, 아날로그 안정 대기 기간, 외부와의 타이밍 조정 기간 등의 블랭킹 출력 기간에 대응하는 시간에 행한다.

CMOS 이미지 센서(100)는, 통상의 판독 어드레스 카운터 또는 리셋 어드레스 카운터와 블루밍 방지행(blooming-preventing row)의 값을 선택하여 전환함에 의해 화소 어레이 유닛(110)을 액세스한다.

여기서, "블루밍 방지행"이란 블루밍 방지를 위해 액세스하는 행을 말한다.

CMOS 이미지 센서(100)는 블루밍 방지행(블루밍 방지를 위해 액세스하는 행)의 값을, 윈도우 영역 설정치로부터 계산하여 구하거나, 또는 레지스터를 사용하여 직접 설정하거나, 또는 다른 적절한 방법을 사용하여 결정한다.

본 실시 형태에서는, 블루밍 방지행(블루밍 방지를 위해 액세스하는 행)의 수는 0, 1, 2, 3과 같은 여러 값에서 선택될 수 있다.

그리고, 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는, 유효 화소 영역(110A)의 윈도우 영역폭과, 옵티컬 블랙 영역(110B)의 윈도우 영역폭을 사용 목적에 따라 절충하여 선택하는 것이 가능하게 구성되어 있다.

이와 같은 본 실시 형태의 윈도우 판독 동작은, 타이밍 제어 회로(160)에 의해 발생되는 타이밍 제어 신호에 응답하여 행 판독 제어 회로(120) 및 행 리셋 제어 회로(130)에 의해 구동 제어된다.

여기서, 본 실시 형태의 윈도우 판독 동작의 타이밍을 제어하는 타이밍 제어 회로(160)의 구성예에 관해 설명한다.

도 5는, 본 실시 형태에 관한 타이밍 제어 회로(160)의 구성예를 도시하는 도면이다.

타이밍 제어 회로(160)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 통신 인터페이스(I/F)(1601), 판독/셔터 행 시작 종료 어드레스 산출 보존 유닛(이하, "어드레스 산출 보존 유닛"으로 칭한다)(1602), 및 행방향 카운터(1603)를 갖는다.

타이밍 제어 회로(160)는, 통신 기간/블랭킹 출력 기간 판정 유닛(이하, "판정 유닛"으로 칭한다)(1604), 판독 어드레스 카운터(1605), 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606), 판독 어드레스 선택 유닛(1607), 및 셔터 어드레스 카운터(1608)를 갖는다.

또한, 타이밍 제어 회로(160)는, 판독 타이밍 제어 유닛(1609), 및 셔터 타이밍 제어 유닛(1610)을 갖는다.

또한, 어드레스 산출 보존 유닛(1602), 행방향 카운터(1603), 판정 유닛(1604), 판독 어드레스 카운터(1605), 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606), 및 판독 어드레스 선택 유닛(1607)에 의해 판독 어드레스 생성 유닛(1620)이 형성된다.

통신 I/F(1601)는, 제어 유닛(도시하지 않음)으로부터 공급되는 커맨드, 액세스 어드레스 등을 수신하여, 필요한 부분, 즉 어드레스 산출 보존 유닛(1602) 및 행방향 카운터(1603)에 공급한다.

어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 화소 어레이 유닛(110)의 유효 화소 영역(110A)에서의 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 시작 어드레스(Y1) 및 종료 어드레스(Y2)를 생성하고, 생성한 어드레스를 보존한다.

어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 화소 어레이 유닛(110)의 옵티컬 블랙 영역(110B)에서의 옵티컬 블랙 윈도우 영역(이하, OB 윈도우 영역으로 칭함)(OWND)의 시작 어드레스(Y3) 및 종료 어드레스(Y4)를 생성하고, 생성한 어드레스를 보존한다.

어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 생성한 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 시작 어드레스(Y1) 및 종료 어드레스(Y2)를 판독 어드레스 카운터(1605) 및 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)에 출력한다.

또한, 어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 생성한 OB 윈도우 영역(OWND)의 시작 어드레스(Y3) 및 종료 어드레스(Y4)를 판독 어드레스 카운터(1605) 및 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)에 출력한다.

행방향 카운터(1603)는, 행방향의 액세스 어드레스를 카운트하고, 그 결과를 판정 유닛(1604)에 출력한다.

판정 유닛(1604)은, 행방향 카운터(1603)의 출력 신호로부터 통신 기간인지 블랭킹 출력 기간인지를 판정하고, 그 판정 결과를 판정 신호(S1604)로서 판독 어드레스 선택 유닛(1607)에 출력한다.

판독 어드레스 카운터(1605)는, 어드레스 산출 보존 유닛(1602)에 의한 어드레스 정보(Y1, Y2, Y3, Y4)를 받아서 유효 화소 윈도우 영역(EWND)과 OB 윈도우 영역(OWND)의 액세스 어드레스를 생성한다.

판독 어드레스 카운터(1605)는, 생성한 액세스 어드레스를 판독 어드레스 선택 유닛(1607)에 출력한다.

윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)은, 어드레스 산출 보존 유닛(1602)에 의한 어드레스 정보(Y1, Y2, Y3, Y4)를 받아서 인접 외측행 액세스 어드레스(Y1', Y2', Y3', Y4')를 생성한다. 인접 외측행 액세스 어드레스(Y1', Y2', Y3', Y4')는 유효 화소 윈도우 영역(EWND)과 OB 윈도우 영역(OWND) 밖의 인접하는 하나 또는 복수행을 식별하는 기능을 한다.

윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)은, 생성한 유효 화소 윈도우 영역(EWND)과 OB 윈도우 영역(OWND) 밖의 행의 인접 외측행 액세스 어드레스(Y1', Y2', Y3', Y4')를 판독 어드레스 선택 유닛(1607)에 출력한다.

판독 어드레스 선택 유닛(1607)은, 판정 유닛(1604)의 판정 신호(S1604)에 따라, 판독 어드레스 카운터(1605) 또는 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)이 생성한 액세스 어드레스의 어느 하나를 선택하여 행 판독 제어 회로(120)에 출력한다.

판독 어드레스 선택 유닛(1607)은, 판정 신호(S1604)가 유효 화소 출력 기간인 것을 나타내고 있을 때는, 판독 어드레스 카운터(1605)가 생성한 액세스 어드레스를 선택하여 행 판독 제어 회로(120)에 출력한다.

판독 어드레스 선택 유닛(1607)은, 판정 신호(S1604)가, 블랭킹 출력 기간인 것을 나타내고 있을 때는, 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)이 생성한 액세스 어드레스를 선택하여 행 판독 제어 회로(120)에 출력한다.

셔터 어드레스 카운터(1608)는, 어드레스 산출 보존 유닛(1602)에 의한 어드레스 정보(Y1, Y2, Y3, Y4)를 받아서 유효 화소 윈도우 영역(EWND)과 OB 윈도우 영역(OWND)용의 셔터 액세스 어드레스를 생성한다.

셔터 어드레스 카운터(1608)는, 생성한 셔터 액세스 어드레스를 행 리셋 제어 회로(130)에 출력한다.

판독 타이밍 제어 유닛(1609)은, 행 판독 제어 회로(120)의 판독 타이밍을 제어한다.

셔터 타이밍 제어 유닛(1610)은, 행 리셋 제어 회로(130)의 행 리셋의 타이밍을 제어한다.

도 6은, 본 실시 형태에 관한 판독 어드레스 생성 유닛(1620)의 구성예를 도시하는 도면이다.

판독 어드레스 생성 유닛(1620)은, 어드레스 산출 보존 유닛(1602), 행방향 카운터(1603), 판정 유닛(1604), 판독 어드레스 카운터(1605), 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606), 및 판독 어드레스 선택 유닛(1607)에 의해 형성된다.

도 6의 어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 옵티컬 블랙 영역 윈도우(이하, OB 영역 윈도우로 칭함) 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021) 및 OB 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16022)을 갖는다.

또한, 어드레스 산출 보존 유닛(1602)은, 유효 화소 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16023), 및 유효 화소 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16024)을 갖는다.

OB 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021)은, OB 윈도우 영역(OWND)의 시작 어드레스(Y3)를 생성한다.

OB 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16022)은, OB 윈도우 영역(OWND)의 종료 어드레스(Y4)를 생성한다.

유효 화소 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16023)은, 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 시작 어드레스(Y1)를 생성한다.

유효 화소 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16024)은, 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 종료 어드레스(Y2)를 생성한다.

도 6의 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)은, 윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16061 내지 16068)을 갖는다.

이 예는, 인접 2행의 어드레스를 생성하는 예이다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16061)은, OB 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021)에서 생성된 OB 윈도우 영역(OWND)의 시작 어드레스(Y3)에서 2를 빼는 것에 의해 주어지는 어드레스 응답하여 윈도우 프레임 어드레스1을 생 성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16062)은, OB 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021)에서 생성된 OB 윈도우 영역(OWND)의 시작 어드레스(Y3)에서 1을 빼는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스2를 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16063)은, OB 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021)에서 생성된 OB 윈도우 영역(OWND)의 종료 어드레스(Y4)에 1을 더하는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스3을 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16064)은, OB 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16021)에서 생성된 OB 윈도우 영역(OWND)의 종료 어드레스(Y4)에 2를 더하는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스4를 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16065)은, 유효 화소 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16023)에서 생성된 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 시작 어드레스(Y1)에서 2를 빼는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스5를 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16066)은, 유효 화소 영역 윈도우 시작 위치 어드레스 생성 유닛(16023)에서 생성된 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 시작 어드레스(Y1)에서 1을 빼는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레 임 어드레스6을 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16067)은, 유효 화소 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16024)에서 생성된 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 종료 어드레스(Y2)에 1을 더하는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스7을 생성한다.

윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16068)은, 유효 화소 영역 윈도우 종료 위치 어드레스 생성 유닛(16024)에서 생성된 유효 화소 윈도우 영역(EWND)의 종료 어드레스(Y2)에 2를 더하는 것에 의해 주어지는 어드레스에 응답하여 윈도우 프레임 어드레스8을 생성한다.

이와 같이, 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛(1606)에서는, 윈도우 영역의 설정치에 의거하여 계산된다.

도 7은, 판독 어드레스의 선택 결과의 예를 도시하는 도면이다.

도 7의 예에서는, 행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N인 경우, 판독 어드레스는, 윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16061)에 의해 생성된 어드레스이다.

행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+1인 경우, 판독 어드레스는, 윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16062)에 의해 생성된 어드레스이다.

행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+2인 경우, 판독 어드레스는, 윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16063)에 의해 생성된 어드레스이다.

마찬가지로 하여, 행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+7인 경우, 판독 어드레스는, 윈도우 프레임 어드레스 생성 유닛(16068)에 의해 생성된 어드레스이다.

그리고, 행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+8인 경우, 판독 어드레스 카운터(1605)의 어드레스(M)가 선택된다.

행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+9인 경우, 판독 어드레스 카운터(1605)의 어드레스(M+1)가 선택된다.

행방향 카운터(1603)의 카운트 값이 N+10인 경우, 판독 어드레스 카운터(1605)의 어드레스(M+2)가 선택된다.

다음에, 상기 구성에 의한 동작을, 도 3, 도 8 등에 관련지어 설명한다.

X-Y 어드레스형 고체 촬상 소자인 CMOS 이미지 센서(100)는, 2차원으로 배치된 화소에 대해 행 단위로 판독하고, 셔터(리셋) 동작을 행한다.

타이밍 제어 회로(160)의 제어하에, 행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130)의 구동 제어에 의해, 화소 어레이 유닛(110)의 유효 화소 영역(110A)에서의 윈도우 잘라냄 및 판독 영역이 어드레스(Y1과 Y2)로서 설정된다.

더하여, 타이밍 제어 회로(160)의 제어하에, 행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130)의 구동 제어에 의해, OB(옵티컬 블랙) 영역(110B)에서의 윈도우 잘라냄 및 판독 영역이 어드레스(Y3과 Y4)로서 설정된다.

이 때, 유효 화소 영역(110A), OB(옵티컬 블랙) 영역(110B) 각각의 윈도우 잘라냄 위치와 사이즈는, 요구되는 출력 라인 수에 따라 임의의 값으로 설정 가능하다.

이로써, 유효 화소의 출력행과 옵티컬 블랙의 출력행의 절충적인 선택이 가능해진다.

화소 어레이 유닛(110)에의 판독 및 리셋 주사는 "<1> 화소 행 액세스 주사", "<2> 화소 행 액세스 주사"와같이 행하여진다.

CMOS 이미지 센서(100)로부터의 데이터 이미지 출력은 도 3중의 우측에 도시되어 있다.

CMOS 이미지 센서(100)로부터의 이미지 출력은, 전블랭킹부(FBLK)과 후블랭킹부(RBLK)를 포함한다.

전블랭킹부(FBLK)와 후블랭킹부(RBLK)에 대응하는 블랭킹 기간은, CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100)와 외부와의 통신 기간, 게인 값 등의 고체 촬상 장치 설정 변경 후의 내부 회로 안정 대기 기간, CMOS 이미지 센서(100)와 외부 사이의 타이밍 조정에 기인하여 생긴다.

인접 외측행 액세스 어드레스(Y1', Y2')에 의해 식별되는 유효 화소 윈도우 영역(EWND)에 인접하는 행, 및 인접 외측행 액세스 어드레스(Y3', Y4')에 의해 식별되는 OB 윈도우 영역(OWND)에 인접하는 행은 블랭킹 출력 기간에 판독 및 액세스된다.

판독 및 액세스된 행은, 전하의 소거가 행하여지기 때문에, 윈도우 영역으로의 전하의 오버플로우를 막을 수 있다.

이로써 외부에 여분의 라인을 출력하지 않고, 또한 일체 액세스되지 않는 영역A와 영역B로부터의 블루밍을 막을 수 있다.

화소의 판독과 셔터(리셋) 액세스와, 출력의 개략은 도 8에 도시하는 바와 같이 된다.

이 경우, 윈도우 영역의 프레임은, 블루밍 방지를 위해 외부에의 블랭킹 출력 기간에 액세스하여 리셋된다. 윈도우 영역의 프레임은 외부에 출력하지 않는다.

또한, 이 예는, 판독 동작에 의해 리셋하는 예이다.

옵티컬 블랙 영역(110B)은 차광되어 있기 때문에, 통상은 블루밍의 문제는 없지만, 유효 화소 영역(110A)의 영역A의 블루밍이 옵티컬 블랙 영역으로 진행하여 어드레스(Y4)의 옵티컬 블랙 윈도우 영역(OWND)에 영향을 주는 것을 방지한다.

나아가서는. 화소 어레이 유닛(110)의 외부(도 3에서는 화소 어레이의 상부)로부터의 전하의 원치않는 흐름이 어드레스(Y3)의 OB 윈도우 영역(OWND)에 영향을 주는 것을 방지한다.

차광을 통과하는 강한 광이 OB 영역(110B)에 들어간 때에 OB 영역 내에서 일어나는 블루밍 등을 방지하기 위해, 인접 외측행 액세스 어드레스(Y3'와 Y4')에 의해 식별되는 행에도 블루밍 방지를 위한 액세스가 행하여진다.

또한, 어드레스(Y1', Y2', Y3', Y4')에 의해 식별되는 블루밍 방지를 위한 액세스행의 수는 가변이다.

<제 1 변형예>

도 9는, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서의 블루밍 방지를 위한 화소행 액세스의 제 1의 변형예를 도시하는 도면이다.

상기한 실시 형태에서는, 블루밍 방지를 위해 윈도우 영역의 인접행에의 액세스를 판독 동작에서 행하고 있지만, 도 9에 도시하는 바와 같이, 셔터(리셋) 액세스에서도 가능하다.

이 경우도, 윈도우 영역의 프레임은, 블루밍 방지를 위해 외부에의 블랭킹 출력 기간에 액세스하여 리셋된다. 윈도우 영역의 프레임은 외부에 출력하지 않는다.

단지 이 예에서는, 윈도우 영역의 프레임이 셔터 동작에 의해 리셋된다.

<제 2 변형예>

도 10은, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서의 블루밍 방지를 위한 화소행 액세스의 제 2의 변형예를 도시하는 도면이다.

상기 실시 형태에서는, 블루밍 방지를 위해 윈도우 영역의 인접행에의 액세스를 판독 동작에서만 행하고 있지만, 판독과 셔터(리셋)의 양쪽의 액세스에서도 가능하다.

<제 3 변형예>

도 3에서, 옵티컬 블랙 영역(110B)이 0(출력되지 않음)으로 설정될 수 있다.

<제 4 변형예>

도 3에서, 옵티컬 블랙 영역(110B)이 화소 어레이 유닛(110)의 도면중 상변뿐만 아니라 하변에도 존재하는 구성도 채용하는 것이 가능하다.

이 경우에는, 화소 어레이 유닛(110)의 하변의 옵티컬 블랙 영역에도 윈도우 영역이 설정될 수 있다.

<제 5 변형예>

도 3에서, 화소 어레이 유닛(110)의 도면중 우변, 좌변에도 옵티컬 블랙 영역이 존재하는 구성도 채용 가능하다.

이 경우, 옵티컬 블랙 영역의 데이터는 수평 방향의 출력 데이터로서도 출력될 수 있다. 그 경우, 도 3의 우측에 도시된 데이터 이미지의 좌우 양측에 수평 옵티컬 블랙 영역의 데이터가 출력된다.

<제 6 변형예>

도 3에서, 도면중의 위로부터 아래로의 화소 주사를 나타내고 있지만, 반전 판독인 경우에는 아래로부터 위로의 주사가 되는 것도 가능하다.

<제 7 변형예>

도 6에서, 윈도우 인접 어드레스 값은 윈도우 위치의 값으로부터 계산을 통해 결정되지만, 윈도우 인접 어드레스 값은 레지스터 설정 등에 의해 직접 설정된 수도 있다.

<제 8 변형예>

도 6에서, 각 단은 2개의 윈도우 인접 어드레스 값을 갖고 있지만, 1개 또는 3개 이상 갖는 것도 가능하다.

이 경우도, 블루밍 방지를 위해 인접 외측행 액세스 어드레스(Y1', Y2', Y3', Y4')의 블루밍 방지를 위한 액세스행 수는 제어 가능하다.

<제 2의 실시 형태>

도 11은, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면이다.

본 제 2의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(100A)가 제 1의 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)와 다른 점은, 도 3의 행 판독 제어 회로(120) 및 행 리셋 제어 회로(130) 대신에 행 액세스 시프트 레지스터(170)가 배치되어 있는 것에 있다.

본 제 2의 실시 형태에서도, 제 1의 실시 형태와 같은 방법에 의해, 타이밍 제어 회로(160)가 행 액세스 시프트 레지스터(170)를 제어함에 의해, 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 윈도우 영역에 인접하는 행을 판독 액세스 또는 셔터(리셋) 액세스를 함에 의해 블루밍을 막을 수 있다.

인접하는 행에의 액세스는, 외부에 블랭킹을 출력하는 기간에 행함에 의해, 고체 촬상 소자로부터 외부에 여분의 라인을 출력하는 일 없이 블루밍 문제를 방지할 수 있다.

통상의 고체 촬상 소자에서의 윈도우 판독에서는, 도 1에 도시하는 라인 수를 출력하여야 하였지만, 본 실시 형태에 의하면, 도 12에 도시하는 라인 수로 출력을 줄일 수 있다.

도 12의 예에서는, 윈도우 영역이 옵티컬 블랙 영역에서 설정될 수 있다. 윈도우 영역은 기록 화소 영역과 옵티컬 블랙 영역 둘 다에 설정된다. 윈도우 영역의 프레임이 블루밍 방지를 위해 외부로의 블랭킹 출력 기간에 액세스되고 리셋되기 때문에, 윈도우 영역의 프레임의 데이터는 외부에 출력하지 않는다.

이상으로, 1프레임당의 출력 라인 수가 한정되어 있을 때에, 보다 많은 유효 화소 라인을 출력할 수 있다.

(2) 옵티컬 블랙 영역도 윈도우 잘라냄을 행함에 의해, 위치와 사이즈가 가변되고, 외부에 출력하는 옵티컬 블랙 영역의 라인 수를 가변으로 할 수 있다.

이로써, 1프레임당의 출력 라인 수가 한정되어 있을 때에 유효 화소 라인 수와 옵티컬 블랙 라인 수의 절충이 가능해진다.

예를 들면, 정지화상 촬영일 때에는 옵티컬 블랙을 많이 필요로 하지만, 동화상 촬영일 때는 옵티컬 블랙을 적게 하는 사용 요구가 있다. 또한, 유효 화소중의 색 처리 마진 영역을 많이 필요로 하는 사용 요구가 있다.

이와 같은 경우에, 출력 라인을 도 12로부터 도 13과 같이 변경하는 것이 가능하다.

이 경우, 기록 화소의 색 처리 마진 영역과 옵티컬 블랙 영역의 수의 절충적인 선택이 가능하다.

도 13의 예는 도 12의 예와 비교하여, 옵티컬 블랙 영역의 라인 수를 줄여서, 색 처리 마진 영역의 라인 수를 늘린 예이다. 외부로의 출력 라인 수를 변경하는 일 없이, 색 처리 마진 영역과 옵티컬 블랙 영역의 수의 절충적인 선택이 가능하다.

(3) 상기 (1)과 (2)에 나타낸 효과에 의해, 고체 촬상 소자가 갖는 화소 어레이의 화소행 수보다도 적은 화소행 수의 출력 포맷에 대응하기 때문에 윈도우 잘라냄 판독을 행할 때에 문제가 되는 블루밍 문제를 해결할 수 있다.

또한, 출력 라인 수가 제한되어 있는 출력 포맷으로의 대응, 유효 화소를 많 이 필요로 하는 출력 포맷으로의 대응, 옵티컬 블랙을 많이 필요로 하는 출력 포맷으로의 대응을 가능하게 한다.

이상에 의해 다양한 출력 포맷에 대응할 수 있는 고체 촬상 소자를 가능하게 한다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 일본특개 제2006-310932호 공보와 같이, 화소 어레이 제어 회로로서, "행 판독 제어 회로(12)", "행 리셋 제어 회로(13)", 및 "비액세스행 리셋 제어 회로(14)"를 필요로 하지 않는다.

즉, 본 실시 형태에서는, 화소 어레이 제어 회로로서, "행 판독 제어 회로(120)", "행 리셋 제어 회로(130)"의 2개면 좋고, "비액세스행 리셋 제어 회로(14)"를 필요로 하지 않는다.

그 이유는, 고체 촬상 소자가 블랭킹행 출력 기간중에 블루밍 방지행에 대한 판독 행 액세스 또는 리셋 액세스를 행하고, 통상 판독 및 셔터의 어드레스 값과 블루밍 방지 액세스행 값을 시간적으로 전환하는 것만으로 어드레스를 액세스하기 때문이다.

또한, 각 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 열병렬형의 아날로그-디지털 변환 장치(이하, ADC(Analog digital converter)라고 약칭한다)를 탑재한 CMOS 이미지 센서로서 구성하는 것도 가능하다.

<제 3의 실시 형태>

도 14는, 본 제 3의 실시 형태에 관한 열병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성예를 도시하는 블록도이다.

이 고체 촬상 소자(200)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 촬상 유닛으로서의 화소 어레이 유닛(210), 화소 구동 유닛(화소 어레이 제어 회로)으로서의 수직 주사 회로(220), 수평 전송 주사 회로(230), 타이밍 제어 회로(240)를 갖는다.

또한, 고체 촬상 소자(200)는, ADC군(250), 디지털-아날로그 변환 장치(이하, DAC(Digital Analog converter)라고 약칭한다)(260), 앰프 회로(S/A)(270), 및 신호 처리 회로(280)를 갖는다.

이들의 구성중, 수직 주사 회로(220)는, 도 3의 행 판독 제어 회로(120), 행 리셋 제어 회로(130)의 기능, 또는 도 11의 행 액세스 시프트 레지스터(170)에 상당하는 기능을 갖는다.

타이밍 제어 회로(240)는, 도 3 및 도 11의 타이밍 제어 회로(160)에 상당한다.

또한, 고체 촬상 소자(200)의 ADC군(250), DAC(260), 앰프 회로(S/A)(270), 및 신호 처리 회로(280)는, 도 3 및 도 11의 병렬 신호 처리 회로(140), 출력 제어 회로(150)에 상당한다.

화소 어레이 유닛(210)은, 포토 다이오드와 화소 내 앰프를 포함하는, 예를 들면 도 8에 도시하는 바와 같은 화소가 매트릭스 형상으로 배치되어 구성된다.

또한, 고체 촬상 소자(200)에서는, 화소 어레이 유닛(210)의 신호를 순차적으로 판독하기 위한 제어 회로로서 다음 회로가 배치되어 있다.

즉, 고체 촬상 소자(200)에서는, 제어 회로로서 내부 클록을 생성하는 타이 밍 제어 회로(240), 행 어드레스나 행 주사를 제어하는 수직 주사 회로(220), 그리고 열어드레스나 열 주사를 제어하는 수평 전송 주사 회로(230)가 배치된다.

ADC군(250)은 비교기(251), 카운터(252), 및 래치(253)를 갖는 복수의 ADC를 구비한다.

비교기(251)는, DAC(260)에 의해 생성되는 참조 전압을 계단형상으로 변화시킨 램프 파형(RAMP)인 참조 전압(Vslop)과, 행선(行線)마다 화소로부터 수직 신호선을 경유하여 얻어지는 아날로그 신호를 비교한다.

카운터(252)는, 비교기(251)의 비교 시간을 카운트한다.

ADC군(250)은, n비트 디지털 신호 변환 기능을 가지며, 수직 신호선(열선)마다 배치되고, 열병렬 ADC 블록이 구성된다.

각 래치(253)의 출력은, 예를 들면 2n비트 폭의 수평 전송선(290)에 접속되어 있다.

그리고, 수평 전송선(290)에 대응한 2n개의 앰프 회로(270), 및 신호 처리 회로(280)가 배치된다.

ADC군(250)에서는, 수직 신호선에 판독된 아날로그 신호(전위(Vsl))는 열마다 배치된 비교기(251)에서 참조 전압(Vslop)(어떤 경사를 갖는 선형으로 변화하는 슬로프 파형)과 비교된다.

이때, 비교기(251)와 마찬가지로 열마다 배치된 카운터(252)가 동작하고 있고, 램프 파형의 어느 전위(Vslop)와 카운터 값이 1대1 대응을 취하면서 변화함으로써 수직 신호선의 전위(아날로그 신호)(Vsl)를 디지털 신호로 변환한다.

참조 전압(Vslop)의 변화는 전압의 변화를 시간의 변화로 변환한 것이고, 그 시간을 어떤 주기(클록)로 카운트함으로써 디지털 값으로 변환하는 것이다.

그리고 아날로그 전기 신호(Vsl)와 참조 전압(Vslop)이 교차한 때, 비교기(251)의 출력이 반전하고, 카운터(252)의 입력 클록을 정지하고, AD 변환이 완료된다.

이상의 AD 변환 기간 종료 후, 수평 전송 주사 회로(230)에 의해, 래치(253)에 보존된 데이터가, 수평 전송선(290), 앰프 회로(270)를 경유하여 신호 처리 회로(280)에 입력되고, 2차원 화상이 생성된다.

이와 같이 하여, 열병렬 출력 처리가 행하여진다.

이와 같은 효과를 갖는 고체 촬상 소자는, 디지털 카메라나 비디오 카메라의 촬상 디바이스로서 적용할 수 있다.

<제 4의 실시 형태>

도 15는, 본 발명의 제 4의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.

본 카메라 시스템(300)은, 도 15에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100, 100A, 200)가 적용 가능한 촬상 디바이스(310)를 갖는다.

카메라 시스템(300)은, 촬상 디바이스(310)의 화소 영역으로 입사광을 유도하는(피사체상을 결상하는) 광학 시스템, 예를 들면 입사광(상광)을 촬상면상에 결상시키는 렌즈(320)를 갖는다.

카메라 시스템(300)은, 촬상 디바이스(310)를 구동하는 구동 회로(DRV)(330)와, 촬상 디바이스(310)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(PRC)(340)를 갖는다.

구동 회로(330)는, 촬상 디바이스(310) 내의 회로를 구동하는 스타트 펄스나 클록 펄스를 포함하는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(도시 생략)를 가지며, 소정의 타이밍 신호로 촬상 디바이스(310)를 구동한다.

또한, 신호 처리 회로(340)는, 촬상 디바이스(310)의 출력 신호에 대해 소정의 신호 처리를 시행한다.

신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호는, 예를 들면 메모리 등의 기록 매체에 기록된다. 기록 매체에 기록된 화상 정보는, 프린터 등에 의해 하드 카피된다. 또한, 신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호는 액정 디스플레이 등으로 이루어지는 모니터에 동화상로서 투영된다.

상술한 바와 같이, 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 있어서, 촬상 디바이스(310)로서, 선술한 촬상 소자(100, 100A, 200)를 탑재함으로써, 저소비 전력으로, 고정밀한 카메라를 실현할 수 있다.

본 발명은 2008년 10월 3일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2008-258698호를 우선권으로 주장한다.

당업자라면, 첨부된 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 여러가지 수정, 조합, 부분 조합 및 변경을 가할 수 있을 것이다.

도 1은 통상의 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 윈도우 판독례를 설명하기 위한 도면.

도 2는 통상의 CMOS 이미지 센서의 화소 라인 액세스의 한 예를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면.

도 4는 본 실시 형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성된 CMOS 이미지 센서의 화소의 한 예를 도시하는 도면.

도 5는 본 실시 형태에 관한 타이밍 제어 회로의 구성예를 도시하는 도면.

도 6은 본 실시 형태에 관한 판독 어드레스 생성 유닛의 구성예를 도시하는 도면.

도 7은 판독 어드레스의 선택 결과의 예를 도시하는 도면.

도 8은 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서의 화소 라인 액세스의 예를 도시하는 도면.

도 9는 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서의 블루밍 방지를 위한 화소행 액세스의 제 1의 변형예를 도시하는 도면.

도 10은 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서의 블루밍 방지를 위한 화소행 액세스의 제 2의 변형예를 도시하는 도면.

도 11은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소 자)의 구성예를 도시하는 도면.

도 12는 본 발명의 실시 형태에 의한 출력 라인의 이미지를 도시하는 도면.

도 13은 본 발명의 실시 형태에 의한 출력 라인의 이미지의 다른 예를 도시하는 도면.

도 14는 본 제 3의 실시 형태에 관한 열병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성예를 도시하는 블록도.

도 15는 본 발명의 제 4의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 한 예를 도시하는 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100 : 고체 촬상 소자 110 : 화소 어레이 유닛

110A : 화소 111 : 광전변환 소자

112 : 전송 트랜지스터 113 : 리셋 트랜지스터

114 : 증폭 트랜지스터 115 : 선택 트랜지스터

120 : 행 판독 제어 회로 130 : 행 리셋 제어 회로

140 : 병렬 신호 처리 회로 150 : 출력 제어 회로

160 : 타이밍 제어 회로 170 : 행 액세스 시프트 레지스터

200 : 고체 촬상 소자 210 : 화소 어레이 유닛

220 : 수직 주사 회로 230 : 수평 전송 주사 회로

240 : 타이밍 제어 회로 250 : ADC군

260 : DAC 270 : 앰프 회로(S/A)

280 : 신호 처리 회로 300 : 카메라 시스템

310 : 촬상 디바이스 320 : 렌즈

330 : 구동 회로 340 : 신호 처리 회로

Claims

광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛; 및

지정된 어드레스 정보에 따라 상기 화소 어레이 유닛의 판독 또는 리셋 액세스 동작을 수행하도록 상기 화소 어레이 유닛의 구동을 제어할 수 있는 화소 구동 제어 유닛을 포함하며,

상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정할 수 있고,

상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 어레이 유닛은 유효 화소 영역 및 차광 상태에 있는 옵티컬 블랙 영역을 구비하고,

상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 유효 화소 영역과 옵티컬 블랙 영역중의 적어도 유효 화소 영역에 상기 윈도우 영역을 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 화소 구동 제어 유닛은,

상기 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 블랭킹 출력 기간에 수행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 구동 제어 유닛은,

판독 어드레스를 생성하기 위한 판독 어드레스 카운터와,

리셋 어드레스를 생성하는 리셋 어드레스 카운터와,

상기 윈도우 영역에 인접하는 상기 인접 외측행의 어드레스를 생성하는 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛을 포함하고,

상기 화소 어레이 유닛으로의 액세스는, 상기 판독 어드레스 카운터 또는 상기 리셋 어드레스 카운터에 의해 생성된 어드레스와, 상기 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛에 의해 생성된 상기 인접 외측행의 어드레스를 선택적으로 전환하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 4항에 있어서,

상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛에 의해 생성되는 상기 인접 외측행의 어드레스를 윈도우 영역 설정치로부터 계산하여 결정 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 4항에 있어서,

상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛에서 생성되는 인접 외측행의 어드레스를 외부로부터 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 4항에 있어서,

상기 화소 구동 제어 유닛은 블랭킹 기간에는 상기 윈도우 인접 어드레스 생성 유닛에 의해 생성되는 어드레스를 선택하고, 유효 화소 출력 기간에는 상기 판독 어드레스 카운터에 의해 생성되는 어드레스를 선택하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제 1항에 있어서,

상기 화소 어레이 유닛은 상기 유효 화소 영역 및 차광 상태에 있는 옵티컬 블랙 영역을 구비하고,

상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 유효 화소 영역과 옵티컬 블랙 영역에 윈도우 영역을 설정할 수 있고,

상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 유효 화소 영역의 윈도우 영역폭과 상기 옵티컬 블랙 영역의 윈도우 영역폭을 절충적으로 선택할 수 있는 것을 특징으로 하 는 고체 촬상 소자.
광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을, 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정하는 단계; 및

상기 윈도우 영역으로의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋 액세스를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 구동 방법.
고체 촬상 소자와;

상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학 시스템; 및

상기 고체 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하며,

상기 고체 촬상 소자는:

광전변환 소자를 각각 포함하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 화소 어레이 유닛; 및

지정된 어드레스 정보에 따라 상기 화소 어레이 유닛의 판독 또는 리셋 액세스 동작을 수행하도록 상기 화소 어레이 유닛의 구동을 제어할 수 있는 화소 구동 제어 유닛을 포함하며,

상기 화소 구동 제어 유닛은 상기 화소 어레이 유닛의 임의의 영역을 액세스 대상으로 하는 윈도우 영역으로서 설정할 수 있고,

상기 화소 구동 제어 유닛은, 상기 윈도우 영역에의 액세스 및 출력 처리와 병행하여, 상기 윈도우 영역에 인접하는 적어도 하나의 인접 외측행에 대한 판독 또는 리셋의 액세스를 수행하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템.