KR20150099716A - 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 기술은, 저해상도 화상을 출력하는 경우의 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 고체 촬상 소자에서, 화소 가산부는, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력한다. AD 변환부는, 화소 가산부로부터 출력된 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환한다. 본 기술은, 예를 들면, 고체 촬상 소자 등에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기{SOLID STATE IMAGE-SENSING ELEMENT, METHOD OF DRIVING SAME, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 기술은, 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 저해상도 화상을 출력하는 경우의 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 하는 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
요즘의 촬상 장치는, 고해상도의 화상 촬영을 위해, 수백만~수천만 화소의 극히 다수의 화소를 갖는 촬상 소자를 구비한 것이 많아져 오고 있다. 그러나, 고해상도로의 촬상을 필요로 하지 않는 경우도 있다. 또한, 고해상도 화상을 메모리에 기록하면, 필요해지는 메모리 용량이 증대하기 때문에, 기록 가능한 화상 매수를 우선하고 싶은 경우도 있다.
이와 같은 상황을 고려하여, 고화소수의 촬상 소자를 구비한 촬상 장치에서는, 촬상 소자로부터의 출력 화소 신호를 그대로 메모리에 기록하지 않고, 출력 화소수를 솎아내는 처리나, 복수 화소의 가산 연산 등을 포함하는 합성 처리에 의해, 총획수 소수를 삭감하여 메모리에 기록하는 처리가 많이 행하여지고 있다. 이와 같은 화소수 삭감 처리를 개시한 기술로서, 예를 들면 특허 문헌 1이 있다.
일본 특개2012-175600호 공보
이와 같은 화소수를 삭감한 저해상도 화상을 출력하는 경우에는, 소비 전력도, 보다 저감할 수 있는 것이 바람직하다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 저해상도 화상을 출력하는 경우의 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 제1의 측면의 고체 촬상 소자는, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와, 상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비한다.
본 기술의 제2의 측면의 고체 촬상 소자의 구동 방법은, 고체 촬상 소자가, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하고, 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환한다.
본 기술의 제3의 측면의 전자 기기는, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와, 상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자를 구비한다.
본 기술의 제1 내지 제3의 측면에서는, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호가 출력되고, 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호가 AD 변환된다.
고체 촬상 소자 및 전자 기기는, 독립한 장치라도 좋고, 1개의 장치를 구성하고 있는 내부 블록이라도 좋다.
본 기술의 제1 내지 제3의 측면에 의하면, 저해상도 화상을 출력하는 경우의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 기술이 적용된 고체 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 화소 어레이부의 화소 배열례를 도시하는 도면.
도 3은 화소 회로의 예를 도시하는 도면.
도 4는 2×2의 화소 가산 모드의 처리를 설명하는 도면.
도 5는 2×2의 화소 가산 모드의 처리를 설명하는 도면.
도 6은 수직 방향의 화소의 감도 제어에 관해 설명하는 도면.
도 7은 수직 방향의 화소의 감도 제어에 관해 설명하는 도면.
도 8은 수평 방향의 화소의 감도 제어에 관해 설명하는 도면.
도 9는 제1의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드의 처리 순서를 설명하는 도면.
도 10은 각 화소의 구동 제어의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 11은 2×2의 화소 가산 모드의 제2의 화소 가산 방법을 설명하는 도면.
도 12는 제2의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드의 처리 순서를 설명하는 도면.
도 13은 4×4의 화소 가산 모드의 제1의 화소 가산 방법을 설명하는 도면.
도 14는 제1의 화소 가산 방법으로 4×4의 화소 가산 모드의 처리 순서를 설명하는 도면.
도 15는 4×4의 화소 가산 모드의 제2의 화소 가산 방법을 설명하는 도면.
도 16은 제2의 화소 가산 방법으로 4×4의 화소 가산 모드의 처리 순서를 설명하는 도면.
도 17은 제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법을 병용하는 고체 촬상 소자의 개략 구성도.
도 18은 제1의 화소 가산 방법으로 실행하는 경우의 접속례를 설명하는 도면.
도 19는 제2의 화소 가산 방법으로 실행하는 경우의 접속례를 설명하는 도면.
도 20은 본 기술을 적용한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
<고체 촬상 소자의 구성례>
도 1은, 본 기술이 적용된 고체 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시되는 고체 촬상 소자(1)는, 화소 어레이부(11), 수직 구동부(12), 용량 가산부(13), AD 변환부(14), 수평 구동부(15), 시스템 제어부(16), 화소 구동선(17), 수직 신호선(18), 신호 처리부(19), 및 DAC(20)로 구성되어 있다.
화소 어레이부(11)는, 수광한 광량에 응한 광전하를 생성하며 또한 축적하는 광전 변환부를 갖는 화소가 행방향 및 열방향으로, 즉, 행렬형상으로 2차원 배치된 구성으로 되어 있다. 여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향, 즉, 수평 방향을 말하고, 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향, 즉, 수직 방향을 말한다. 화소의 구체적인 회로 구성에 관해서는 후술한다.
화소 어레이부(11)의 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소행마다 화소 구동선(17)이 수평 방향에 따라 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(18)이 수직 방향에 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(17)은, 화소로부터 화소 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 1에서는, 화소 구동선(17)에 관해 1개의 배선으로서 도시하고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(17)의 일단은, 수직 구동부(12)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동부(12)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(11)의 각 화소를 전화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 수직 구동부(12)의 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 일반적으로, 판독 주사계와 소출(掃出) 주사계의 2개의 주사계를 갖는 구성으로 되어 있다.
판독 주사계는, 화소로부터 화소 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(11)의 화소를 행 단위로 차례로 선택 주사한다. 화소로부터 판독되는 화소 신호는 아날로그 신호이다. 소출 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 소출 주사를 행한다.
이 소출 주사계에 의한 소출 주사에 의해, 판독 행의 화소의 광전 변환부로부터 불필요한 전하가 소출됨에 의해 광전 변환부가 리셋된다. 그리고, 이 소출 주사계에 의한 불필요 전하를 소출함(리셋함)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환부의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는(광전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독되는 화소 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 수광한 광량에 대응하는 것이다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍으로부터, 이번의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 화소에서의 광전하의 노광 기간이 된다.
수직 구동부(12)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소로부터 출력되는 화소 신호는, 화소열마다 수직 신호선(18)의 각각을 통하여 용량 가산부(13)에 입력된다.
용량 가산부(13)는, 수직 신호선(18)을 통하여 입력된 화소 신호를 축적하는 용량 소자(도 8의 용량 소자(CP) 등)를, 화소열에 대응하여 구비한다. 용량 가산부(13)는, 복수 화소의 화소 신호를 하나의 화소 신호로서 출력하는 경우에, 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가산한다. 용량 가산부(13)는, 수직 구동부(12)와 함께, 수평 방향 및 수직 방향으로 복수의 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부를 구성하고 있다.
AD 변환부(14)는, 복수의 ADC(Analog-Digital Converter)(21)를 가지며, 각각의 ADC(21)는, 화소 어레이부(11)의 화소열에 대응하여 배치되어 있다. 각 ADC(21)는, 동열(同列)의 화소로부터 수직 신호선(18)을 통하여 공급되는 화소 신호를, CDS(Correlated Double Sampling;상관 2중 샘플링) 처리하고, 또한 AD 변환 처리한다.
ADC(21)에는, 참조 신호 생성부로서의 DAC(Digital to Analog Converter)(20)로부터, 시간 경과에 응하여 레벨(전압)이 계단형상으로 변화하는 램프 신호가 공급된다.
ADC(21)는, 화소 어레이부(11)의 동열의 화소가 출력하는 화소 신호와, DAC(20)로부터의 램프 신호를 비교하는 콤퍼레이터(비교기)와, 콤퍼레이터의 비교 시간을 카운트하는 업다운 카운터를 갖는다.
콤퍼레이터(비교기)는, 화소 신호와 램프 신호를 비교하여 얻어지는 차신호를 업다운 카운터에 출력한다. 예를 들면, 램프 신호가 화소 신호보다 크는 경우에는 Hi(High)의 차신호가 업다운 카운터에 공급되고, 램프 신호가 화소 신호보다 작은 경우에는 Lo(Low)의 차신호가 업다운 카운터에 공급된다.
업다운 카운터는, P상(Preset Phase) AD 변환 기간에, Hi의 차신호가 공급되고 있는 사이만 다운 카운트함과 함께, D상(Data Phase) AD 변환 기간에, Hi의 차신호가 공급되고 있는 사이만 업 카운트한다. 그리고, 업다운 카운터는, P상 AD 변환 기간의 다운 카운트값과, D상 AD 변환 기간의 업 카운트값과의 가산 결과를, CDS 처리 및 AD 변환 처리 후의 화소 데이터로서 출력한다. 또한, P상 AD 변환 기간에 업 카운트하고, D상 AD 변환 기간에 다운 카운트하여도 좋다.
이 CDS 처리에 의해, 리셋 노이즈나 화소 내의 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 또한, AD 변환 처리에 의해, 아날로그의 화소 신호가 디지털 신호로 변환된다. AD 변환 후의 화소 신호는, 수평 구동부(15)에 의해 출력될 때까지, ADC(21)에서 일시적으로 유지된다.
수평 구동부(15)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 예를 들면, AD 변환부(14)의 화소열에 대응하는 ADC(21)를 순번대로 선택한다. 이 수평 구동부(15)에 의한 선택 주사에 의해, ADC(21)에서 일시적으로 유지되어 있는 화소 신호가 순번대로 출력된다.
시스템 제어부(16)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍을 기초로, 수직 구동부(12), AD 변환부(14), 및, 수평 구동부(15) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(19)는, 적어도 연산 처리 기능을 가지며, AD 변환부(14)로부터 출력되는 화소 신호에 대해 연산 처리 등의 여러가지의 신호 처리를 행한다.
DAC(Digital to Analog Converter)(20)는, 시간 경과에 응하여 레벨(전압)이 계단형상으로 변화하는 램프 신호를, 참조 신호로서 생성하고, AD 변환부(14)의 각 ADC(21)에 출력한다.
<화소 배열례>
도 2는, 화소 어레이부(11)의 화소 배열례를 도시하고 있다.
화소 어레이부(11)에는, 행렬형상으로 복수의 화소(31)가 배열되어 있다. 또한, 도 2에서는, 화소 어레이부(11)에 포함되는 화소(31) 중, 8×8(수직 방향×수평 방향)의 64화소의 배열만이 도시되어 있지만, 기타의 화소(31)에 대해서도 마찬가지이다.
화소 어레이부(11)에서의 각 화소(31)의 배열은, R(적), Gb(녹), Gr(녹), B(청)의 2×2로 이루어지는 4화소를 1조(組)로 하여, 그 4화소를 수평 방향 및 수직 방향으로 반복 배열시킨 베이어 배열로 되어 있다. 또한, 이하에 있어서, R, Gb, Gr, B의 화소(31)를, 각각, R화소, Gb화소, Gr화소, B화소라고도 한다.
도 2에 도시되는 각 화소(31) 중, 수직 방향으로 나열하는 4화소의 영역인 화소 영역(32)의 화소 회로가, 예를 들면, 도 3에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다.
<화소의 회로 구성>
도 2에 도시한 화소 영역(32)에서 수직 방향으로 나열하는 4화소는, Gb화소, R화소, Gb화소, R화소의 화소 배열이고, Gb화소와 R화소가 각각 2화소로 되기 때문에, 도 3의 설명에서는, 편의적으로, 화소 영역(32)의 위의 화소(31)로부터 차례로, Gb1화소, R1화소, Gb2화소, R2화소로서 구별하여 설명한다.
화소 영역(32)은, 광전 변환부(41 내지 44), 전송 트랜지스터(45 내지 48), FD(플로팅 디퓨전)(49), 리셋 트랜지스터(50), 증폭 트랜지스터(51), 및 선택 트랜지스터(52)에 의해 구성된다.
광전 변환부(41 내지 44)의 각각은, 예를 들면, PN 접합의 포토 다이오드로 구성되고, 광을 수광하여 광전하를 생성하고, 축적한다.
전송 트랜지스터(45)는, 구동 신호(T1)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 광전 변환부(41)에 축적되어 있는 광전하를 FD(49)에 전송한다. 전송 트랜지스터(46)는, 구동 신호(T2)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 광전 변환부(42)에 축적되어 있는 광전하를 FD(49)에 전송한다. 전송 트랜지스터(47)는, 구동 신호(T3)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 광전 변환부(43)에 축적되어 있는 광전하를 FD(49)에 전송한다. 전송 트랜지스터(48)는, 구동 신호(T4)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, 광전 변환부(44)에 축적되어 있는 광전하를 FD(49)에 전송한다.
광전 변환부(41)와 전송 트랜지스터(45)는, Gb1화소의 화소 내에 배치되고, 광전 변환부(42)와 전송 트랜지스터(46)는, R1화소의 화소 내에 배치된다. 또한, 광전 변환부(43)와 전송 트랜지스터(47)는, Gb2화소의 화소 내에 배치되고, 광전 변환부(44)와 전송 트랜지스터(48)는, Gb2화소의 화소 내에 배치된다.
FD(49)는, 광전 변환부(41 내지 44)로부터 공급된 광전하를 축적한다.
리셋 트랜지스터(50)는, 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 됨으로써, FD(49)의 전위를 소정의 레벨(리셋 전압)로 리셋한다.
증폭 트랜지스터(51)는, 소스 전극이 선택 트랜지스터(52)를 통하여 수직 신호선(18)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(18)의 일단에 접속되는 정전류원 회로부의 부하(MOS)(도시 생략)와 소스 팔로워 회로를 구성한다.
선택 트랜지스터(52)는, 증폭 트랜지스터(51)의 소스 전극과 수직 신호선(18)과의 사이에 접속되어 있다. 구동 신호(SEL)는, 선택 트랜지스터(52)의 게이트 전극에 선택 신호로서 인가된다. 그리고, 선택 트랜지스터(52)는, 구동 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면 이에 응답하여 도통 상태가 되고, 화소 영역(32)을 선택 상태로 하여 증폭 트랜지스터(51)로부터 출력되는 화소 신호를 수직 신호선(18)에 출력한다.
이상과 같이, 화소 영역(32)에서는, 광전 변환부(41 내지 44) 및 전송 트랜지스터(45 내지 48)는 각 화소(31)에 독립하여 마련되지만, FD(49), 리셋 트랜지스터(50), 증폭 트랜지스터(51), 및 선택 트랜지스터(52)는, 화소 영역(32)의 4화소에서 공유되어 있다.
화소 어레이부(11)는, 예를 들면, 도 3에 도시한 4화소 단위의 화소 영역(32)의 회로가, 수직 방향과 수평 방향으로 반복 배치되는 구성으로 되어 있다. 또한, 화소 어레이부(11)의 회로 구성으로서, 이 이외의 구성을 채용하여도 좋다.
이상과 같은 구성을 갖는 고체 촬상 소자(1)는, 동작 모드로서, 화소 어레이부(11)의 전화소(全畵素)로부터 화소 신호를 출력하는 전화소 판독 모드와, 화소 어레이부(11)의 화소수보다도 적은 화소수의 화소 신호를 출력하는 저해상도 모드를 갖는다. 저해상도 모드가 실행되는 경우, 고체 촬상 소자(1)는, 행렬형상으로 배치된 복수의 화소(31)의 수평 방향과 수직 방향의 각각에서, 복수의 화소(31)의 화소 신호를 가산함에 의해 화소수를 삭감한 화소 신호를 출력한다.
이하, 고체 촬상 소자(1)의 저해상도 모드가 실행되는 경우의 동작에 관해 설명한다.
<2×2의 화소 가산 모드의 예>
처음에, 화소행 및 화소열에서 동색(同色)의 2화소의 화소 신호를 가산한 화소 가산 신호를 출력하는 2×2의 화소 가산 모드의 처리에 관해 설명한다.
도 4에 도시되는 화소 블록(71)은, 2×2의 화소 가산 모드에서의 화소 가산의 처리 단위가 되는 4×4화소의 화소 영역을 도시하고 있다.
2×2의 화소 가산 모드에서의 Gb화소의 화소 신호는, 화소 블록(71) 중, 좌상측의 3×3의 화소 블록(81)에 포함되는 4개의 Gb화소의 화소 신호를 가산하여 구하여진다. 이때, 고체 촬상 소자(1)는, 4개의 Gb화소의 화소 신호를 가산한 때의 중심(重心) 위치(91)가, 도 4에 도시되는 바와 같이, 화소 블록(81)의 중심 화소의 좌상 단부(端部)가 되도록 제어한다. 중심 위치(91)는, 수평 방향에 관해서는, 동행(同行)의 2개의 Gb화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당하고, 또한, 수직 방향에 관해서는, 동열의 2개의 Gb화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당한다.
또한, 2×2의 화소 가산 모드에서의 B화소의 화소 신호는, 화소 블록(71) 중, 우상측의 3×3의 화소 블록(82)에 포함되는 4개의 B화소의 화소 신호를 가산하여 구하여진다. 이때, 고체 촬상 소자(1)는, 4개의 B화소의 화소 신호를 가산한 때의 중심 위치(92)가, 도 4에 도시되는 바와 같이, 화소 블록(82)의 중심 화소의 우상 단부가 되도록 제어한다. 중심 위치(92)는, 수평 방향에 관해서는, 동행의 2개의 B화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당하고, 또한, 수직 방향에 관해서는, 동열의 2개의 B화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당한다.
마찬가지로, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R화소의 화소 신호는, 화소 블록(71) 중, 좌하측의 3×3의 화소 블록(83)에 포함되는 4개의 R화소의 화소 신호를 가산하여 구하여진다. 이때, 고체 촬상 소자(1)는, 4개의 R화소의 화소 신호를 가산한 때의 중심 위치(93)가, 도 4에 도시되는 바와 같이, 화소 블록(83)의 중심 화소의 좌하 단부가 되도록 제어한다. 중심 위치(93)는, 수평 방향에 관해서는, 동행의 2개의 R화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당하고, 또한, 수직 방향에 관해서는, 동열의 2개의 R화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당한다.
또한, 2×2의 화소 가산 모드에서의 Gr화소의 화소 신호는, 화소 블록(71) 중, 우하측의 3×3의 화소 블록(84)에 포함되는 4개의 Gr화소의 화소 신호를 가산하여 구하여진다. 이때, 고체 촬상 소자(1)는, 4개의 Gr화소의 화소 신호를 가산한 때의 중심 위치(94)가, 도 4에 도시되는 바와 같이, 화소 블록(84)의 중심 화소의 우하 단부가 되도록 제어한다. 중심 위치(94)는, 수평 방향에 관해서는, 동행의 2개의 Gr화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당하고, 또한, 수직 방향에 관해서는, 동열의 2개의 Gr화소의 화소 사이를, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당한다.
고체 촬상 소자(1)는, 이상과 같이 화소 가산 모드에서의 화소 신호의 출력 위치를, 가산 대상의 복수 화소의 중심치(中心値)로부터 비켜놓은 위치로 한다. 이에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 출력 화상 전체로서는, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R화소, Gb화소, Gr화소, B화소 각각의 출력 위치가 균등하게 되기 때문에, 위색(僞色) 등을 저감하고, 저해상도의 화상을 출력하는 경우의 화질 열화를 저감시킬 수 있다.
<제1의 화소 가산 방법>
다음에, 2×2의 화소 가산 모드에서, 화소 신호의 출력 위치를, 가산 대상의 복수 화소의 중심치로부터 비켜놓은 화소 가산 신호를 생성하는 제1의 화소 가산 방법에 관해 설명한다.
제1의 화소 가산 방법에서는, 수직 방향의 중심(重心) 위치에 관해서는, 고체 촬상 소자(1)는, 가산 대상의 복수 화소의 노광 시간(감도)을 바꿈으로써, 중심 위치를 제어한다.
한편, 수평 방향의 중심 위치에 관해서는, 고체 촬상 소자(1)는, 가산 대상의 복수 화소의 화소 신호를 축적하는 용량 가산부(13)의 용량 소자의 용량비를 바꿈으로써, 중심 위치를 제어한다.
처음에, 도 6 및 도 7을 참조하여, 화소 어레이부(11)의 수직 방향의 화소(31)의 감도(感度) 제어에 관해 설명한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 화소 어레이부(11)의 각 화소행을, 위로부터 차례로, 제1행(L1), 제2행(L2), 제3행(L3), …로 부르기로 한다. 고체 촬상 소자(1)는, 제1행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2행 및 제3행의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정하고, 제4행 및 제5행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 이하 마찬가지로, 2행 단위로, 고감도의 화소행과, 저감도의 화소행이 할당된다.
여기서, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소와, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소의 감도비는, 1 : 3으로 설정된다. 즉, 저감도 화소의 노광 시간 : 고감도 화소의 노광 시간=1 : 3이다.
이 경우, 도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 고감도로 설정된 제1행의 Gb화소와, 저감도로 설정된 제3행의 Gb화소와의 중심 위치(101)는, 제1행의 Gb화소의 하단부가 된다. 즉, 중심 위치(101)는, 제1행의 Gb화소와 제3행의 Gb화소의 화소 중심간을, 1 : 3의 거리비로 분할한 위치에 상당한다.
이와 같이, 수직 방향의 중심 위치에 관해서는, 가산 대상의 복수 화소의 노광 시간을 바꿈으로써, 중심 위치를 제어할 수 있다.
다음에, 도 8을 참조하여, 화소 어레이부(11)의 수평 방향의 화소(31)의 감도 제어에 관해 설명한다.
도 8은, 제1의 화소 가산 방법에 의해 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 용량 가산부(13)의 구성을 설명하는 도면이다.
또한, 도 8에서는, 화소 어레이부(11)의 일부(8×8의 화소 배열)와, 그에 대응하는 용량 가산부(13)와 AD 변환부(14)의 구성이 도시되어 있다.
용량 가산부(13)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 화소 어레이부(11)의 화소열에 대응하여, 용량 소자(커패시터)(CP)를 구비한다. 용량 가산부(13)의 각 용량 소자(CP)는, 수직 신호선(18)을 통하여 공급되는 화소 신호를 축적한다.
용량 가산부(13)에서는, 제1열(C1)의 용량 소자(CP1)와 제3열(C3)의 용량 소자(CP3)가 병렬로 접속되어 있고, 제1열의 용량 소자(CP1)와 제3열의 용량 소자(CP3)의 용량비가 CP1 : CP3=3 : 1로 설정되어 있다. 제1열의 용량 소자(CP1)와 제3열의 용량 소자(CP3)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제1열의 ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)에서는, 제2열(C2)의 용량 소자(CP2)와 제4열(C4)의 용량 소자(CP4)가 병렬로 접속되어 있고, 제2열의 용량 소자(CP2)와 제4열의 용량 소자(CP4)의 용량비가 CP2 : CP4=1 : 3으로 설정되어 있다. 제2열의 용량 소자(CP2)와 제4열의 용량 소자(CP4)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제4열의 ADC(21-4)에 출력된다.
마찬가지로, 제5열(C5)의 용량 소자(CP5)와 제7열(C7)의 용량 소자(CP7)가 병렬로 접속되어 있고, 제5열의 용량 소자(CP5)와 제7열의 용량 소자(CP7)의 용량비가 CP5 : CP7=3 : 1로 설정되어 있다. 제5열의 용량 소자(CP5)와 제7열의 용량 소자(CP7)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제5열의 ADC(21-5)에 출력된다.
또한, 제6열(C6)의 용량 소자(CP6)와 제8열(C8)의 용량 소자(CP8)가 병렬로 접속되어 있고, 제6열의 용량 소자(CP6)와 제8열의 용량 소자(CP8)의 용량비가 CP6 : CP8=1 : 3으로 설정되어 있다. 제6열의 용량 소자(CP6)와 제8열의 용량 소자(CP8)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제8열의 ADC(21-8)에 출력된다.
또한, 제1의 화소 가산 방법에 의한 2×2의 화소 가산 모드에서는, ADC(21-2), ADC(21-3), ADC(21-6), 및 ADC(21-7)는 사용되지 않는다. 따라서 미사용의 ADC(21)에 관해서는 전원 공급을 오프할 수 있기 때문에, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 9를 참조하여, 제1의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 처리 순서에 관해 설명한다.
처음에, 스텝 S1에서, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해 노광 제어 처리가 실행된다. 이에 의해, 화소 어레이부(11)의 화소행마다 고감도 또는 저감도의 어느 하나의 노광 시간이 설정되어, 노광이 행하여진다.
도 9에 도시되는 화소 맵(111)은, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R, Gb, Gr, B 각각 하나의 화소 신호를 생성하는 처리 단위인 4×4의 각 화소(31)의 노광 시간의 비를 도시하고 있다.
화소 맵(111)의 각 화소(31)에 도시되는 산괄호(山括弧)로 둘러싸여진 값은, 저감도 화소의 노광 시간을 기준(1)으로 한 때의 각 화소(31)의 노광 시간을 나타내고 있다. 저감도 화소의 노광 시간이 「1」이고, 고감도 화소의 노광 시간이 「3」이고, 저감도 화소와 고감도 화소의 노광 시간의 비(감도비)는 1대3으로 되어 있다.
다음에, 스텝 S2에서, 수직 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 가산 대상의 수직 방향의 저감도의 화소(31)와 고감도의 화소(31)의 화소 신호가 동시에 판독됨으로써, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산되고, 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)에 축적된다. 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)는, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수직 화소 가산 신호를 축적한다.
도 9의 화소 맵(112)은, 수직 방향 가산 처리에 의해 생성된 수직 화소 가산 신호의 4×4의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다.
화소 맵(112)에서, 산괄호로 둘러싸여진 값<3+1>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 저감도 화소의 노광 시간「1」의 화소 신호와, 고감도 화소의 노광 시간「3」의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다.
계속해서, 스텝 S3에서, 수평 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 용량 가산부(13)의 가산 대상의 복수의 용량 소자(CP)에 축적된 화소 신호가 동시에 출력됨으로써, 가산 대상의 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산된다. 여기서 가산된 화소 신호는, 수직 방향에 관해 가산 완료의 수직 화소 가산 신호이다. 따라서 스텝 S3의 처리에 의해, 수직 방향과 수평 방향의 양쪽의 가산 대상의 복수 화소의 화소 신호를 가중(加重) 가산한 수평수직 화소 가산 신호가 생성된다.
도 9의 화소 맵(113)은, 수평 방향 가산 처리에 의해 생성된 수평수직 화소 가산 신호의 4×4의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다. 화소 맵(113)이 도시하는 R, Gb, Gr, B의 화소 신호의 출력 위치는, 도 4에 도시한 화소 블록(71)에 대한 R화소, Gb화소, Gr화소, B화소의 중심 위치(91 내지 94)와 일치한다. 따라서 제1의 화소 가산 방법에 의하면, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R화소, Gb화소, Gr화소, B화소의 출력 위치를 균등하게 배치할 수 있고, 화질 열화를 저감한 저해상도 화상을 출력할 수 있다.
<구동 타이밍 차트>
도 10은, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)의 구동 제어의 타이밍 차트를 도시하고 있다.
고감도로 설정된 행의 각 화소(31)에서는, 노광 시간이 시간(LT)으로 설정된다. 한편, 저감도로 설정된 행의 각 화소(31)에서는, 노광 시간이, 시간(LT)의 1/3의 시간인 시간(ST)으로 설정된다.
시각(t1)에서, 긴 노광 시간(LT)만큼 노광한 제1행(L1)의 각 화소(31)와, 짧은 노광 시간(ST)만큼 노광한 제3행(L3)의 각 화소(31)의 화소 신호가, 동시에 판독된다.
다음에, 시각(t2)에서, 짧은 노광 시간(ST)만큼 노광한 제2행(L2)의 각 화소(31)와, 긴 노광 시간(LT)만큼 노광한 제4행(L4)의 각 화소(31)의 화소 신호가, 동시에 판독된다.
다음에, 시각(t3)에서, 긴 노광 시간(LT)만큼 노광한 제5행(L5)의 각 화소(31)와, 짧은 노광 시간(ST)만큼 노광한 제7행(L7)의 각 화소(31)의 화소 신호가, 동시에 판독된다.
다음에, 시각(t4)에서, 짧은 노광 시간(ST)만큼 노광한 제6행(L6)의 각 화소(31)와, 긴 노광 시간(LT)만큼 노광한 제8행(L8)의 각 화소(31)의 화소 신호가, 동시에 판독된다.
제9행(L9) 이후의 각 화소(31)의 화소 신호에 대해서도 마찬가지로 구동 제어된다.
이상과 같이, 제1의 화소 가산 방법에서는, 수직 방향에 관해서는, 노광 시간(감도)을 바꿈으로써, 가산 대상의 복수 화소의 무게가 제어되고, 수평 방향에 관해서는, 용량 소자(CP)의 용량비를 바꿈으로써, 가산 대상의 복수 화소의 무게가 제어된다. 이에 의해, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력할 수 있다.
<제2의 화소 가산 방법>
다음에, 도 11을 참조하여, 2×2의 화소 가산 모드에서, 화소 신호의 출력 위치를, 가산 대상의 복수 화소의 중심치로부터 비켜놓은 화소 가산 신호를 생성하는 제2의 화소 가산 방법에 관해 설명한다.
도 11은, 제2의 화소 가산 방법에 의해 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 고체 촬상 소자(1)의 구성례를 도시하고 있다. 또한, 도 11에서는, 도 8과 마찬가지로, 화소 어레이부(11), 용량 가산부(13), 및 AD 변환부(14)의 일부만이 도시되어 있다.
제2의 화소 가산 방법에서는, 고체 촬상 소자(1)는, 수직 방향과 수평 방향의 어느 중심 위치에 대해서도, 가산 대상의 복수 화소의 노광 시간(감도)을 바꿈으로써, 중심 위치를 제어한다.
구체적으로는, 고체 촬상 소자(1)는, 수직 방향에 주목하면, 제1행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2행 및 제3행의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정하고, 제4행 및 제5행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 이하 마찬가지로, 2행 단위로, 고감도의 화소행과, 저감도의 화소행이 할당된다.
또한, 수평 방향에 주목하면, 고체 촬상 소자(1)는, 제1열의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2열 및 제3열의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정하고, 제4열 및 제5열의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 이하 마찬가지로, 2열 단위로, 고감도의 화소열과, 저감도의 화소열이 할당된다.
또한, 화소행의 각 화소(31)에 대해, 다른 노광 시간을 설정하고 제어하는 기술로서는, 예를 들면, 일본 특개2004-282552호 공보에 개시된 기술을 채용할 수 있다.
한편, 용량 가산부(13)에 관해서는, 제1의 화소 가산 방법에서는, 수평 방향의 가중비가 용량비로 제어되어 있지만, 제2의 화소 가산 방법에서는, 수평 방향의 가중비도 노광 시간비로 제어되기 때문에, 가산 대상의 용량 소자(CP)의 용량비는 동등하게 설정된다.
구체적으로는, 용량 가산부(13)의 제1열의 용량 소자(CP1)와 제3열의 용량 소자(CP3)가 병렬로 접속되어 있고, 제1열의 용량 소자(CP1)와 제3열의 용량 소자(CP3)의 용량비가 CP1 : CP3=1 : 1로 설정되어 있다. 제1열의 용량 소자(CP1)와 제3열의 용량 소자(CP3)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제1열의 ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)의 제2열의 용량 소자(CP2)와 제4열의 용량 소자(CP4)가 병렬로 접속되어 있고, 제2열의 용량 소자(CP2)와 제4열의 용량 소자(CP4)의 용량비가 CP2 : CP4=1 : 1로 설정되어 있다. 제2열의 용량 소자(CP2)와 제4열의 용량 소자(CP4)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제4열의 ADC(21-4)에 출력된다.
제5열의 용량 소자(CP5)와 제7열의 용량 소자(CP7)가 병렬로 접속되어 있고, 제5열의 용량 소자(CP5)와 제7열의 용량 소자(CP7)의 용량비가 CP5 : CP7=1 : 1로 설정되어 있다. 제5열의 용량 소자(CP5)와 제7열의 용량 소자(CP7)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제5열의 ADC(21-5)에 출력된다.
또한, 제6열의 용량 소자(CP6)와 제8열의 용량 소자(CP8)가 병렬로 접속되어 있고, 제6열의 용량 소자(CP6)와 제8열의 용량 소자(CP8)의 용량비가 CP6 : CP8=1 : 1로 설정되어 있다. 제6열의 용량 소자(CP6)와 제8열의 용량 소자(CP8)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제8열의 ADC(21-8)에 출력된다.
제2의 화소 가산 방법에 의한 2×2의 화소 가산 모드에서도, ADC(21-2), ADC(21-3), ADC(21-6), 및 ADC(21-7)는 사용되지 않는다. 따라서 미사용의 ADC(21)에 관해서는 전원 공급을 오프할 수 있기 때문에, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 12를 참조하여, 제2의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 처리 순서에 관해 설명한다.
처음에, 스텝 S11에서, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해 노광 제어 처리가 실행된다. 이에 의해, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해, 소정의 노광 시간이 설정되어, 노광이 행하여진다.
도 12에 도시되는 화소 맵(121)은, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R, Gb, Gr, B 각각 하나의 화소 신호를 생성하는 처리 단위인 4×4의 각 화소(31)의 노광 시간의 비를 도시하고 있다.
화소 맵(121)의 각 화소(31)에 도시되는 산괄호로 둘러싸여진 값은, 노광 시간이 가장 짧은 화소(31)의 노광 시간을 기준(1)으로 한 때의 각 화소(31)의 노광 시간을 나타내고 있다. 수평 및 수직의 어느 것에서도 저감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 <1>이고, 수평 또는 수직의 한쪽만이 고감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 <3>이고, 수평 및 수직의 양쪽이 고감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 <9>로 되어 있다.
다음에, 스텝 S12에서, 수직 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 가산 대상의 수직 방향의 저감도의 화소(31)와 고감도의 화소(31)의 화소 신호가 동시에 판독됨으로써, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산되고, 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)에 축적된다. 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)는, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수직 화소 가산 신호를 축적한다.
도 12에 도시되는 화소 맵(122)은, 수직 방향 가산 처리에 의해 생성된 수직 화소 가산 신호의 4×4의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다.
화소 맵(122)에서, 산괄호로 둘러싸여진 값<3+1>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 노광 시간「1」의 화소 신호와, 노광 시간「3」의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다. 또한, 산괄호로 둘러싸여진 값<9+3>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 노광 시간「9」의 화소 신호와, 노광 시간「3」의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다.
계속해서, 스텝 S13에서, 수평 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 용량 가산부(13)의 가산 대상의 복수의 용량 소자(CP)에 축적된 화소 신호가 동시에 출력됨으로써, 가산 대상의 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산된다. 여기서 가산된 화소 신호는, 수직 방향에 관해 가산 완료의 수직 화소 가산 신호이다. 따라서 스텝 S13의 처리에 의해, 수직 방향과 수평 방향의 양쪽의 가산 대상의 복수 화소의 화소 신호를 가중 가산한 수평수직 화소 가산 신호가 생성된다.
도 12에 도시되는 화소 맵(123)은, 수평 방향 가산 처리에 의해 생성된 수평수직 화소 가산 신호의 4×4의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다. 화소 맵(123)이 도시하는 R, Gb, Gr, B의 화소 신호의 출력 위치는, 도 4에 도시한 화소 블록(71)에 대한 R화소, Gb화소, Gr화소, B화소의 중심 위치(91 내지 94)와 일치한다. 따라서 제2의 화소 가산 방법에 의하면, 2×2의 화소 가산 모드에서의 R화소, Gb화소, Gr화소, 및 B화소의 출력 위치를 균등하게 배치할 수 있고, 화질 열화를 저감한 저해상도 화상을 출력할 수 있다.
이상과 같이, 제2의 화소 가산 방법에서는, 수직 방향과 수평 방향의 어느 것에서도, 노광 시간(감도)을 바꿈으로써, 가산 대상의 복수 화소의 무게가 제어된다. 이에 의해, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력할 수 있다.
제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법의 어느 것에서도, AD 변환의 전에서 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가중 가산하기 때문에, 화소열의 열수와 동수의 ADC(21) 중, 1/2의 ADC(21)를 휴지(休止)시킬 수 있고, 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 고체 촬상 소자(1)의 AD 변환부(14)가 화소열의 열수의 1/2의 ADC(21)만으로 미리 구성된 경우에는, 2배의 프레임 레이트로 동작시킬 수 있다.
<4×4의 화소 가산 모드의 예>
상술한 예에서는, 저해상도 모드의 예로서, 화소행 및 화소열에서 동색의 2화소의 화소 신호를 가산한 2×2의 화소 가산 모드의 처리의 예에 관해 설명하였다.
다음에, 기타의 저해상도 모드의 처리의 예로서, 화소행 및 화소열에서 동색의 4화소의 화소 신호를 가산한 4×4의 화소 가산 모드의 처리에 관해 설명한다.
<제1의 화소 가산 방법>
도 13은, 제1의 화소 가산 방법에 의해 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 고체 촬상 소자(1)의 구성례를 도시하고 있다.
4×4의 화소 가산 모드에서는, 8×8의 화소 영역에서, R, Gb, Gr, B 각각 하나의 화소 신호가 생성된다. 그 때문에, 도 13에서는, 화소 어레이부(11)의 8×8의 화소 영역과, 그에 대응하는 용량 가산부(13) 및 AD 변환부(14)의 부분만을 도시하고 있다.
제1의 화소 가산 방법으로 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우, 고체 촬상 소자(1)는, 제1행, 제3행, 제6행, 및 제8행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2행, 제4행, 제5행, 및 제7행의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정한다.
여기서, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소와, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소의 감도비는, 1 : 7로 설정된다. 즉, 저감도 화소의 노광 시간 : 고감도 화소의 노광 시간=1 : 7이다.
한편, 수평 방향의 가중 가산을 행하는 용량 가산부(13)에서는, 제1열의 용량 소자(CP1), 제3열의 용량 소자(CP3), 제5열의 용량 소자(CP5), 및 제7열의 용량 소자(CP7)가 병렬로 접속된다. 그리고, 용량 소자(CP1), 용량 소자(CP3), 용량 소자(CP5), 및 용량 소자(CP7)의 용량비는, CP1 : CP3 : CP5 : CP7=7 : 7 : 1 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP1), 용량 소자(CP3), 용량 소자(CP5), 및 용량 소자(CP7)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제1열의 ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 제2열의 용량 소자(CP2), 제4열의 용량 소자(CP4), 제6열의 용량 소자(CP6), 및 제8열의 용량 소자(CP8)가 병렬로 접속된다. 그리고, 용량 소자(CP2), 용량 소자(CP4), 용량 소자(CP6), 및 용량 소자(CP8)의 용량비는, CP2 : CP4 : CP6 : CP8=1 : 1 : 7 : 7로 설정되어 있다. 용량 소자(CP2), 용량 소자(CP4), 용량 소자(CP6), 및 용량 소자(CP8)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제8열의 ADC(21-8)에 출력된다.
또한, 제1의 화소 가산 방법에 의한 4×4의 화소 가산 모드에서는, ADC(21-2) 내지 ADC(21-7)는 사용되지 않는다. 따라서 미사용의 ADC(21)에 관해서는 전원 공급을 오프할 수 있기 때문에, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 14를 참조하여, 제1의 화소 가산 방법으로 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 처리 순서에 관해 설명한다.
처음에, 스텝 S21에서, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해 노광 제어 처리가 실행된다. 이에 의해, 화소 어레이부(11)의 화소행마다 고감도 또는 저감도의 어느 하나의 노광 시간이 설정되어, 노광이 행하여진다.
도 14에 도시되는 화소 맵(131)은, 4×4의 화소 가산 모드에서 R, Gb, Gr, B 각각 하나의 화소 신호를 생성하는 처리 단위인 8×8의 각 화소(31)의 노광 시간의 비를 도시하고 있다.
화소 맵(131)의 각 화소(31)에 도시되는 산괄호로 둘러싸여진 값은, 저감도 화소의 노광 시간을 기준(1)으로 한 때의 각 화소(31)의 노광 시간을 나타내고 있다. 저감도 화소의 노광 시간이 「1」이고, 고감도 화소의 노광 시간이 「7」이고, 저감도 화소와 고감도 화소의 노광 시간의 비(감도비)는 1대7으로 되어 있다.
다음에, 스텝 S22에서, 수직 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 가산 대상의 수직 방향의 저감도의 화소(31)와 고감도의 화소(31)의 화소 신호가 동시에 판독됨으로써, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산되고, 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)에 축적된다. 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)는, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수직 화소 가산 신호를 축적한다.
도 14에 도시되는 화소 맵(132)은, 수직 방향 가산 처리에 의해 생성된 수직 화소 가산 신호의 8×8의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다.
화소 맵(132)에서, 산괄호로 둘러싸여진 값<7, 7, 1, 1>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 노광 시간「7」, 「7」, 「1」, 「1」의 4화소의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다.
계속해서, 스텝 S23에서, 수평 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 용량 가산부(13)의 가산 대상의 복수의 용량 소자(CP)에 축적된 화소 신호가 동시에 출력됨으로써, 가산 대상의 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산된다. 여기서 가산된 화소 신호는, 수직 방향에 관해 가산 완료의 수직 화소 가산 신호이다. 따라서 스텝 S23의 처리에 의해, 수직 방향과 수평 방향의 양쪽의 가산 대상의 복수 화소의 화소 신호를 가중 가산한 수평수직 화소 가산 신호가 생성된다.
도 14에 도시되는 화소 맵(133)은, 수평 방향 가산 처리에 의해 생성된 수평수직 화소 가산 신호의 8×8의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다. 화소 맵(133)이 도시하는 R, Gb, Gr, B의 화소 신호의 출력 위치는 균등하게 배치되어 있다. 따라서 제1의 화소 가산 방법에 의하면, 화질 열화를 저감한 저해상도 화상을 출력할 수 있다.
<제2의 화소 가산 방법>
다음에, 제2의 화소 가산 방법에 의해 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우에 관해 설명한다.
도 15는, 제2의 화소 가산 방법에 의해 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 고체 촬상 소자(1)의 구성례를 도시하고 있다. 도 15에서도, 도 13과 마찬가지로, 화소 어레이부(11), 용량 가산부(13), 및 AD 변환부(14)의, 8×8의 화소 영역에 관한 부분만이 도시되어 있다.
제2의 화소 가산 방법에서는, 상술한 바와 같이, 수직 방향과 수평 방향의 어느 중심 위치에 대해서도, 가산 대상의 복수 화소의 노광 시간(감도)을 바꿈으로써, 중심 위치가 제어된다.
즉, 수직 방향에 주목하면, 고체 촬상 소자(1)는, 제1행, 제3행, 제6행, 및 제8행의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2행, 제4행, 제5행, 및 제7행의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정한다.
여기서, 수직 방향에서의 저감도 화소와 고감도 화소의 감도비는, 1 : 7로 설정된다. 즉, 수직 방향에서의 저감도 화소의 노광 시간 : 고감도 화소의 노광 시간=1 : 7이다.
또한, 수평 방향에 주목하면, 고체 촬상 소자(1)는, 제1열, 제3열, 제6열, 및 제8열의 각 화소(31)를, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소로 설정한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)는, 제2열, 제4열, 제5열, 및 제7열의 각 화소(31)를, 단시간 노광을 행하는 저감도 화소로 설정한다.
여기서, 수평 방향에서의 저감도 화소와, 장시간 노광을 행하는 고감도 화소의 감도비는, 1 : 7로 설정된다. 즉, 수평 방향에서의 저감도 화소의 노광 시간 : 고감도 화소의 노광 시간=1 : 7이다.
한편, 용량 가산부(13)에서는, 제1열의 용량 소자(CP1), 제3열의 용량 소자(CP3), 제5열의 용량 소자(CP5), 및 제7열의 용량 소자(CP7)가 병렬로 접속된다. 그리고, 용량 소자(CP1), 용량 소자(CP3), 용량 소자(CP5), 및 용량 소자(CP7)의 용량비는, CP1 : CP3 : CP5 : CP7=1 : 1 : 1 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP1), 용량 소자(CP3), 용량 소자(CP5), 및 용량 소자(CP7)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제1열의 ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 제2열의 용량 소자(CP2), 제4열의 용량 소자(CP4), 제6열의 용량 소자(CP6), 및 제8열의 용량 소자(CP8)가 병렬로 접속된다. 그리고, 용량 소자(CP2), 용량 소자(CP4), 용량 소자(CP6), 및 용량 소자(CP8)의 용량비는, CP2 : CP4 : CP6 : CP8=1 : 1 : 1 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP2), 용량 소자(CP4), 용량 소자(CP6), 및 용량 소자(CP8)의 각각에 축적된 화소 신호는, 합산되어, AD 변환부(14)의 제8열의 ADC(21-8)에 출력된다.
제2의 화소 가산 방법에 의한 4×4의 화소 가산 모드에서도, ADC(21-2) 내지 ADC(21-7)는 사용되지 않는다. 따라서 미사용의 ADC(21)에 관해서는 전원 공급을 오프할 수 있기 때문에, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
다음에, 도 16을 참조하여, 제2의 화소 가산 방법으로 4×4의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 처리 순서에 관해 설명한다.
처음에, 스텝 S31에서, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해 노광 제어 처리가 실행된다. 이에 의해, 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에 대해, 소정의 노광 시간이 설정되어, 노광이 행하여진다.
도 16에 도시되는 화소 맵(141)은, 4×4의 화소 가산 모드에서의 R, Gb, Gr, B 각각 하나의 화소 신호를 생성하는 처리 단위인 8×8의 각 화소(31)의 노광 시간의 비를 도시하고 있다.
화소 맵(141)의 각 화소(31)에 도시되는 산괄호로 둘러싸여진 값은, 노광 시간이 가장 짧은 화소(31)의 노광 시간을 기준(1)으로 한 때의 각 화소(31)의 노광 시간을 나타내고 있다. 수평 및 수직의 어느 것에서도 저감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 「1」이고, 수평 또는 수직의 한쪽만이 고감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 「7」이고, 수평 및 수직의 양쪽이 고감도로 설정된 화소(31)의 노광 시간이 「49」로 되어 있다.
다음에, 스텝 S32에서, 수직 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 가산 대상의 수직 방향의 저감도의 화소(31)와 고감도의 화소(31)의 화소 신호가 동시에 판독됨으로써, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산되고, 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)에 축적된다. 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)는, 가산 대상의 수직 방향의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수직 화소 가산 신호를 축적한다.
도 16에 도시되는 화소 맵(142)은, 수직 방향 가산 처리에 의해 생성된 수직 화소 가산 신호의 8×8의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다.
화소 맵(142)에서, 산괄호로 둘러싸여진 값<49, 49, 7, 7>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 노광 시간「49」, 「49」, 「7」, 「7」의 4화소의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다. 또한, 산괄호로 둘러싸여진 값<7, 7, 1, 1>은, 그 수직 화소 가산 신호가, 노광 시간「7」, 「7」, 「1」, 「1」의 4화소의 화소 신호를 가산한 신호인 것을 나타내고 있다.
계속해서, 스텝 S33에서, 수평 방향 가산 처리가 실행된다. 구체적으로는, 용량 가산부(13)의 가산 대상의 복수의 용량 소자(CP)에 축적된 화소 신호가 동시에 출력됨으로써, 가산 대상의 수평 방향의 복수 화소의 화소 신호가 가산된다. 여기서 가산된 화소 신호는, 수직 방향에 관해 가산 완료의 수직 화소 가산 신호이다. 따라서 스텝 S33의 처리에 의해, 수직 방향과 수평 방향의 양쪽의 가산 대상의 복수 화소의 화소 신호를 가중 가산한 수평수직 화소 가산 신호가 생성된다.
도 16에 도시되는 화소 맵(143)은, 수평 방향 가산 처리에 의해 생성된 수평수직 화소 가산 신호의 8×8의 화소 영역 내에서의 중심 위치를 도시하는 개념도이다. 화소 맵(143)이 도시하는 R, Gb, Gr, B의 화소 신호의 출력 위치는 균등하게 배치되어 있다. 따라서 제2의 화소 가산 방법에 의하면, 화질 열화를 저감한 저해상도 화상을 출력할 수 있다.
4×4의 화소 가산 모드에서는, 제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법의 어느 것에서도, 화소열의 열수와 동수의 ADC(21) 중, 3/4의 ADC(21)를 휴지시킬 수 있고, 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 고체 촬상 소자(1)의 AD 변환부(14)가 화소열의 열수의 3/4의 ADC(21)만으로 미리 구성된 경우에는, 4배의 프레임 레이트로 동작시킬 수 있다.
<제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법의 병용례>
상술한 예에서는, 저해상도 모드의 실현 방법으로서, 제1의 화소 가산 방법과, 제2의 화소 가산 방법에 관해 설명하였다.
제1의 화소 가산 방법은, 수직 방향에 관해서는 다른 노광 시간을 설정하고, 수평 방향에 관해서는 용량 가산부(13)의 용량 소자(CP)에서의 다른 용량비를 설정함으로써, 출력 화소 신호의 중심 위치를 제어하는 방법이다.
제2의 화소 가산 방법은, 수직 방향 및 수평 방향의 양쪽에 관해, 다른 노광 시간을 설정함으로써, 출력 화소 신호의 중심 위치를 제어하는 방법이다.
저해상도 모드의 실현 방법으로서, 제1의 화소 가산 방법을 채용한 경우에는, 행 단위로 노광 시간이 동일하게 되기 때문에, 화소(31)의 노광, 판독을 제어하는 화소 구동선(17)의 배선수를 삭감할 수 있고, 화소 내의 개구 영역을 넓게 확보하는 것이 가능해진다.
한편, 저해상도 모드의 실현 방법으로서, 제2의 화소 가산 방법을 채용한 경우에는, 각 화소(31)의 노광 시간 제어의 자유도가 높아지기 때문에, 다양한 가중비를 유연하게 선택하여 실행할 수 있다.
고체 촬상 소자(1)를 실리콘 기판 등의 반도체 기판상에 제조하는 경우에는, 저해상도 모드를 실현하기 위한 구성으로서, 상술한 제1의 화소 가산 방법 또는 제2의 화소 가산 방법의 어느 한쪽을 선택하여, 선택한 방법에만 대응하는 회로 구성을 채용할 수 있다.
또한 또는, 제1의 화소 가산 방법 및 제2의 화소 가산 방법의 양쪽을 선택적으로 실행 가능하게 고체 촬상 소자(1)를 제조하는 것도 가능하다.
그래서 다음에, 2×2의 화소 가산 모드를 예로, 전화소 판독 모드와 함께, 제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법의 양쪽을 선택적으로 실행 가능한 고체 촬상 소자(1)의 구성에 관해 설명한다.
도 17은, 전화소 판독 모드와 함께, 제1의 화소 가산 방법과 제2의 화소 가산 방법의 양쪽을 선택적으로 실행 가능한 고체 촬상 소자(1)의 개략 구성도를 도시하고 있다.
또한, 도 17에서는, 화소 어레이부(11)의 일부(제1행 내지 제4행이면서 제1열 내지 제8열의 화소(31))와, 그에 대응하는 용량 가산부(13) 및 AD 변환부(14)의 부분만 도시하고 있다.
화소 어레이부(11)의 각 화소행에는, 예를 들면, 수평 방향의 4화소 단위로 다른 노광 시간을 설정하기 위해, 4개의 화소 구동선(17)이 배선되어 있다. 수직 신호선(18)은, 화소 어레이부(11)의 화소열에 각각 대응하여 배선되어 있다.
용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제1열의 ADC(21-1)와 접속되는 용량 소자(CP1)로서, 3개의 용량 소자(CP1-1), 용량 소자(CP1-2), 및 용량 소자(CP1-3)를 구비한다. 이 3개의 용량 소자(CP1-1), 용량 소자(CP1-2), 및 용량 소자(CP1-3)는 병렬로 접속되고, 그 용량비는, CP1-1 : CP1-2 : CP1-3=3 : 3 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP1)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제2열의 ADC(21-2)와 접속되는 용량 소자(CP2)와, AD 변환부(14)의 제3열의 ADC(21-3)와 접속되는 용량 소자(CP3)를 구비한다. 용량 소자(CP2) 및 용량 소자(CP3)의 용량은, 용량 소자(CP1-1)나 용량 소자(CP1-2)의 용량과 동일하게 설정되어 있다. 용량 소자(CP2)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-2)에 출력되고, 용량 소자(CP3)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-3)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제4열의 ADC(21-4)와 접속되는 용량 소자(CP4)로서, 3개의 용량 소자(CP4-1), 용량 소자(CP4-2), 및 용량 소자(CP4-3)를 구비한다. 이 3개의 용량 소자(CP4-1), 용량 소자(CP4-2), 및 용량 소자(CP4-3)는 병렬로 접속되고, 그 용량비는, CP4-1 : CP4-2 : CP4-3=3 : 3 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP4)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-4)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW1 내지 SW4)도 구비한다.
셀렉트 스위치(SW1)는, 제3열의 수직 신호선(18)과 셀렉트 스위치(SW2)와의 접속(온·오프)을 전환한다. 셀렉트 스위치(SW2)는, 제1열의 용량 소자(CP1-2) 또는 용량 소자(CP1-3)와의 접속이나, 또는, 그 어느 것과도 접속되지 않는 상태인 비접속을 전환한다.
셀렉트 스위치(SW3)는, 제2열의 수직 신호선(18)과 셀렉트 스위치(SW4)와의 접속을 전환한다. 셀렉트 스위치(SW4)는, 제4열의 용량 소자(CP4-2) 또는 용량 소자(CP4-3)와의 접속이나, 또는, 그 어느 것과도 접속되지 않는 상태인 비접속을 전환한다.
용량 가산부(13)는, 제5렬 내지 제8열에 대해서도, 상술한 제1열 내지 제4열과 같은 구성을 구비한다.
즉, 용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제5열의 ADC(21-5)와 접속되는 용량 소자(CP5)로서, 3개의 용량 소자(CP5-1), 용량 소자(CP5-2), 및 용량 소자(CP5-3)를 구비한다. 이 3개의 용량 소자(CP5-1), 용량 소자(CP5-2), 및 용량 소자(CP5-3)는 병렬로 접속되고, 그 용량비는, CP5-1 : CP5-2 : CP5-3=3 : 3 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP5)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-5)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제6열의 ADC(21-6)와 접속되는 용량 소자(CP6)와, AD 변환부(14)의 제7열의 ADC(21-7)와 접속되는 용량 소자(CP7)를 구비한다. 용량 소자(CP6) 및 용량 소자(CP7)의 용량은, 용량 소자(CP5-1)나 용량 소자(CP5-2)의 용량과 동일하게 설정되어 있다. 용량 소자(CP6)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-6)에 출력되고, 용량 소자(CP7)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-7)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, AD 변환부(14)의 제8열의 ADC(21-8)와 접속되는 용량 소자(CP8)로서, 3개의 용량 소자(CP8-1), 용량 소자(CP8-2), 및 용량 소자(CP8-3)를 구비한다. 이 3개의 용량 소자(CP8-1), 용량 소자(CP8-2), 및 용량 소자(CP8-3)는 병렬로 접속되고, 그 용량비는, CP8-1 : CP8-2 : CP8-3=3 : 3 : 1로 설정되어 있다. 용량 소자(CP8)에 축적된 화소 신호는, ADC(21-8)에 출력된다.
또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW5 내지 SW8)도 구비한다.
셀렉트 스위치(SW5)는, 제7열의 수직 신호선(18)과 셀렉트 스위치(SW6)와의 접속·비접속(온·오프)을 전환한다. 셀렉트 스위치(SW6)는, 제5열의 용량 소자(CP5-2) 또는 용량 소자(CP5-3)와의 접속이나, 또는, 그 어느 것과도 접속되지 않는 상태인 비접속을 전환한다.
셀렉트 스위치(SW7)는, 제6열의 수직 신호선(18)과 셀렉트 스위치(SW8)와의 접속을 전환한다. 셀렉트 스위치(SW8)는, 제8열의 용량 소자(CP8-2) 또는 용량 소자(CP8-3)와의 접속이나, 또는, 그 어느 것과도 접속되지 않는 상태인 비접속을 전환한다.
<전화소 모드의 접속례>
이상과 같이 구성된 고체 촬상 소자(1)에서, 동작 모드가 전화소 판독 모드인 경우, 도 17에 도시되는 바와 같이, 모든 셀렉트 스위치(SW1 내지 SW8)가 비접속으로 설정된다.
이 경우, 제1열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제1열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP1-1)에만 축적된 후, ADC(21-1)에 출력된다. 제2열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제2열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP2)에 축적된 후, ADC(21-2)에 출력된다. 제3열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제3열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP3)에 축적된 후, ADC(21-3)에 출력된다. 제4열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제4열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP1-4)에만 축적된 후, ADC(21-4)에 출력된다. 용량 소자(CP1-1), 용량 소자(CP2), 용량 소자(CP3), 용량 소자(CP4-1)의 용량비는, CP1-1 : CP2 : CP3 : CP4-1=3 : 3 : 3 : 3이다.
따라서 화소 어레이부(11)의 각 화소(31)에서 생성된 화소 신호가, 무게 부여되지 않고(균등한 무게로), ADC(21)에 출력된다.
제5렬 내지 제8열이나, 기타의 열에 대해서도 마찬가지이다.
따라서 고체 촬상 소자(1)에서, 전화소 판독 모드의 실행이 가능해진다.
<제1의 화소 가산 방법으로 실행하는 경우의 접속례>
도 18은, 제1의 화소 가산 방법을 선택하여 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 용량 가산부(13)의 접속례를 도시하고 있다.
제1의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW1 및 SW3)를, 접속 상태(온)로 설정한다. 또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW2)를, 용량 소자(CP1-3)와 접속하도록 설정하고, 셀렉트 스위치(SW4)를, 용량 소자(CP4-3)와 접속하도록 설정한다.
마찬가지로, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW5 및 SW7)를, 접속 상태(온)로 설정한다. 또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW6)를, 용량 소자(CP5-3)와 접속하도록 설정하고, 셀렉트 스위치(SW8)를, 용량 소자(CP8-3)와 접속하도록 설정한다.
이와 같이 셀렉트 스위치(SW1 내지 SW7)를 접속한 경우, 제1열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제1열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP1-1)에 축적된다. 제3열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제3열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW1 및 SW2)를 경유하여 용량 소자(CP1-3)에 축적된다. 용량 소자(CP1-1)와 용량 소자(CP1-3)의 용량비는, CP1-1 : CP1-3=3 : 1이다. 그리고, 용량 소자(CP1-1)와 용량 소자(CP1-3)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 제2열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제2열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW3 및 SW4)를 경유하여 용량 소자(CP4-3)에 축적된다. 제4열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제4열의 수직 신호선(18)으로부터 용량 소자(CP4-1)에 축적된다. 용량 소자(CP4-1)와 용량 소자(CP4-3)의 용량비는, CP4-1 : CP4-3=3 : 1이다. 그리고, 용량 소자(CP4-1)와 용량 소자(CP4-3)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-4)에 출력된다.
마찬가지로, 제5열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제5열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP5-1)에 축적된다. 제7열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제7열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW5 및 SW6)를 경유하여 용량 소자(CP5-3)에 축적된다. 용량 소자(CP5-1)와 용량 소자(CP5-3)의 용량비는, CP5-1 : CP5-3=3 : 1이다. 그리고, 용량 소자(CP5-1)와 용량 소자(CP5-3)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-5)에 출력된다.
또한, 제6열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제6열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW7 및 SW8)를 경유하여 용량 소자(CP8-3)에 축적된다. 제8열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제8열의 수직 신호선(18)으로부터 용량 소자(CP8-1)에 축적된다. 용량 소자(CP8-1)와 용량 소자(CP8-3)의 용량비는, CP8-1 : CP8-3=3 : 1이다. 그리고, 용량 소자(CP8-1)와 용량 소자(CP8-3)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-8)에 출력된다.
따라서 제1의 화소 가산 방법에 의한 2×2의 화소 가산 모드의 실행이 가능해진다. 또한, 2×2의 화소 가산 모드에서는, ADC(21-2), ADC(21-3), ADC(21-6), 및 ADC(21-7)에 관해서는 사용하지 않기 때문에, 그들에 대한 전원 공급을 오프할 수 있고, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
<제2의 화소 가산 방법으로 실행하는 경우의 접속례>
도 19는, 제2의 화소 가산 방법을 선택하여 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우의 용량 가산부(13)의 접속례를 도시하고 있다.
제2의 화소 가산 방법으로 2×2의 화소 가산 모드를 실행하는 경우, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW1 및 SW3)를, 접속 상태(온)로 설정한다. 또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW2)를, 용량 소자(CP1-2)와 접속하도록 설정하고, 셀렉트 스위치(SW4)를, 용량 소자(CP4-2)와 접속하도록 설정한다.
마찬가지로, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW5 및 SW7)를, 접속 상태(온)로 설정한다. 또한, 용량 가산부(13)는, 셀렉트 스위치(SW6)를, 용량 소자(CP5-2)와 접속하도록 설정하고, 셀렉트 스위치(SW8)를, 용량 소자(CP8-2)와 접속하도록 설정한다.
이와 같이 셀렉트 스위치(SW1 내지 SW7)를 접속한 경우, 제1열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제1열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP1-1)에 축적된다. 제3열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제3열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW1 및 SW2)를 경유하여 용량 소자(CP1-2)에 축적된다. 용량 소자(CP1-1)와 용량 소자(CP1-2)의 용량비는, CP1-1 : CP1-2=3 : 3이다. 그리고, 용량 소자(CP1-1)와 용량 소자(CP1-2)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-1)에 출력된다.
또한, 제2열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제2열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW3 및 SW4)를 경유하여 용량 소자(CP4-2)에 축적된다. 제4열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제4열의 수직 신호선(18)으로부터 용량 소자(CP4-1)에 축적된다. 용량 소자(CP4-1)와 용량 소자(CP4-2)의 용량비는, CP4-1 : CP4-2=3 : 3이다. 그리고, 용량 소자(CP4-1)와 용량 소자(CP4-2)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-4)에 출력된다.
마찬가지로, 제5열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제5열의 수직 신호선(18)을 통하여 용량 소자(CP5-1)에 축적된다. 제7열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제7열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW5 및 SW6)를 경유하여 용량 소자(CP5-2)에 축적된다. 용량 소자(CP5-1)와 용량 소자(CP5-2)의 용량비는, CP5-1 : CP5-2=3 : 3이다. 그리고, 용량 소자(CP5-1)와 용량 소자(CP5-2)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-5)에 출력된다.
또한, 제6열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제6열의 수직 신호선(18)으로부터 셀렉트 스위치(SW7 및 SW8)를 경유하여 용량 소자(CP8-2)에 축적된다. 제8열의 각 화소(31)의 화소 신호는, 제8열의 수직 신호선(18)으로부터 용량 소자(CP8-1)에 축적된다. 용량 소자(CP8-1)와 용량 소자(CP8-2)의 용량비는, CP8-1 : CP8-2=3 : 3이다. 그리고, 용량 소자(CP8-1)와 용량 소자(CP8-2)에 축적된 화소 신호가, 합산되어, ADC(21-8)에 출력된다.
따라서 제2의 화소 가산 방법에 의한 2×2의 화소 가산 모드의 실행이 가능해진다. 또한, 2×2의 화소 가산 모드에서는, ADC(21-2), ADC(21-3), ADC(21-6), 및 ADC(21-7)에 관해서는 사용하지 않기 때문에, 그들에 대한 전원 공급을 오프할 수 있고, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
이상과 같이, 고체 촬상 소자(1)의 회로 구성으로서, 저해상도 모드를 실행하는 경우에, 제1의 화소 가산 방법 및 제2의 화소 가산 방법의 양쪽을 선택적으로 실행 가능한 회로 구성으로 할 수도 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 고체 촬상 소자(1)는, 상술한 2×2의 화소 가산 모드와, 4×4의 화소 가산 모드를 선택적으로 실행하는 회로 구성으로 하는 것도 가능하다.
나아가서는, 상술한 예에서는, 화소수의 삭감률이 수평 방향과 수직 방향에서 동등하고, N×N(N은 2 이상의 정수)의 화소 가산 모드에 관해 설명하였지만, 수평 방향과 수직 방향에서 화소수의 삭감률이 다른, M×N(M은 N과는 다른 2 이상의 정수)의 화소 가산 모드를 실행하는 회로 구성으로 하는 것도 가능하다.
<전자 기기에의 적용례>
상술한 고체 촬상 소자(1)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 장치, 촬상 기능을 구비한 휴대 전화기, 또는, 촬상 기능을 구비한 다른 기기라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 20은, 본 기술을 적용한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 20에 도시되는 촬상 장치(201)는, 광학계(202), 셔터 장치(203), 고체 촬상 소자(204), 구동 회로(205), 신호 처리 회로(206), 모니터(207), 및 메모리(208)를 구비하여 구성되고, 정지화상 및 동화상을 촬상 가능하다.
광학계(202)는, 1장 또는 복수장의 렌즈를 갖고서 구성되고, 피사체로부터의 광(입사광)을 고체 촬상 소자(204)에 유도하고, 고체 촬상 소자(204)의 수광면에 결상시킨다.
셔터 장치(203)는, 광학계(202) 및 고체 촬상 소자(204)의 사이에 배치되고, 구동 회로(205)의 제어에 따라, 고체 촬상 소자(204)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다.
고체 촬상 소자(204)는, 상술한 고체 촬상 소자(1)에 의해 구성된다. 고체 촬상 소자(204)는, 광학계(202) 및 셔터 장치(203)를 통하여 수광면에 결상되는 광에 응하여, 일정 기간, 신호 전하를 축적한다. 고체 촬상 소자(204)에 축적된 신호 전하는, 구동 회로(205)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 따라 전송된다. 고체 촬상 소자(204)는, 그 단체로 원칩으로서 구성되어도 좋고, 광학계(202) 내지 신호 처리 회로(206) 등과 함께 팩키징된 카메라 모듈의 일부로 하고 구성되어도 좋다.
구동 회로(205)는, 고체 촬상 소자(204)의 전송 동작, 및, 셔터 장치(203)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 출력하여, 고체 촬상 소자(204) 및 셔터 장치(203)를 구동한다.
신호 처리 회로(206)는, 고체 촬상 소자(204)로부터 출력된 화소 신호에 대해 각종의 신호 처리를 시행한다. 신호 처리 회로(206)가 신호 처리를 시행함에 의해 얻어진 화상(화상 데이터)은, 모니터(207)에 공급되어 표시되거나, 메모리(208)에 공급되어 기억(기록)되거나 한다.
본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경이 가능하다.
예를 들면, 상술한 복수의 실시의 형태의 전부 또는 일부를 조합시킨 형태를 채용할 수 있다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와,
상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(2)
상기 화소 가산부는, 수직 방향의 상기 복수 화소의 노광 시간을 다른 시간으로 제어함으로써, 상기 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 생성하는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 화소 가산부는, 화소열에 대응하여, 상기 화소 신호를 축적하는 축적부를 가지며, 수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소에 대응하는 복수의 상기 축적부가 병렬 접속되어 있는 축적 가산부를 구비하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비는, 수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소의 상기 무게와 동등하고,
상기 화소 가산부는, 상기 용량비가 다른 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간 동일한 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산함으로써, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비는 동등하고,
상기 화소 가산부는, 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간이 다른 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산함으로써, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비가 전환 가능하고,
상기 화소 가산부는,
상기 용량비가 동등한 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간이 다른 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산하는지,
또는,
수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소의 상기 무게와 동등한 상기 용량비의 복수의 상기 축적부에 유지되어 있는, 노광 시간 동일한 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산하는지,
의 어느 한쪽을 선택적으로 실행하여, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 화소 가산부는, 화소행 및 화소열에서 동색의 2화소의 화소 신호를 가산한 상기 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 화소 가산부는, 화소행 및 화소열에서 동색의 4화소의 화소 신호를 가산한 상기 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
고체 촬상 소자가,
행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하고,
출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 고체 촬상 소자의 구동 방법.
(10)
행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와,
상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자를 구비하는 전자 기기.
1 : 고체 촬상 소자
11 : 화소 어레이부
12 : 수직 구동부
13 : 용량 가산부
14 : AD 변환부
15 : 수평 구동부
16 : 시스템 제어부
21 : ADC
31 : 화소
201 : 촬상 장치
204 : 고체 촬상 소자

Claims (10)

  1. 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와,
    상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화소 가산부는, 수직 방향의 상기 복수 화소의 노광 시간을 다른 시간으로 제어함으로써, 상기 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화소 가산부는, 화소열에 대응하여, 상기 화소 신호를 축적하는 축적부를 가지며, 수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소에 대응하는 복수의 상기 축적부가 병렬 접속되어 있는 축적 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비는, 수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소의 상기 무게와 동등하고,
    상기 화소 가산부는, 상기 용량비가 다른 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간 동일한 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산함으로써, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비는 동등하고,
    상기 화소 가산부는, 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간이 다른 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산함으로써, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    병렬 접속되어 있는 복수의 상기 축적부의 용량비가 전환 가능하고,
    상기 화소 가산부는,
    상기 용량비가 동등한 복수의 상기 축적부에 축적되어 있는, 노광 시간이 다른 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산하는지,
    또는,
    수평 방향의 가산 대상의 상기 복수 화소의 상기 무게와 동등한 상기 용량비의 복수의 상기 축적부에 유지되어 있는, 노광 시간 동일한 수평 방향의 상기 복수 화소의 화소 신호를 가산하는지,
    의 어느 한쪽을 선택적으로 실행하여, 상기 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화소 가산부는, 화소행 및 화소열에서 동색의 2화소의 화소 신호를 가산한 상기 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화소 가산부는, 화소행 및 화소열에서 동색의 4화소의 화소 신호를 가산한 상기 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 고체 촬상 소자가,
    행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하고,
    출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 구동 방법.
  10. 행렬형상으로 배치된 복수의 화소 중, 수직 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호와, 수평 방향의 다른 무게의 복수 화소의 화소 신호를 가산한 수평수직 화소 가산 신호를 출력하는 화소 가산부와,
    상기 화소 가산부로부터 출력된 상기 수평수직 화소 가산 신호를 AD 변환하는 AD 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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