201021558 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一諸如一互補型金屬氧化物半導體 (CMOS)裝置影像感測器之固態影像元件，其一驅動方法 及一相機系統。 【先前技術】 近年來，CMOS影像感測器作為取代電荷耦合裝置 (CCD)影像感測器之固態影像元件（影像感測器）已吸引了 吾人之關注。 CMOS影像感測器已克服了以下問題： CCD像素之製造涉及若干特殊製程，且驅動CCD像素需 複數個電源電壓。此外，亦必須操作複數個組合之週邊積 體電路（1C)。 此CCD技術增加了系統複雜性。此等各種問題已藉由 CMOS影像感測器而得以克服。 X-Y定址固態影像元件，諸如該CMOS影像感測器係經 組態以於一具有一包含若干被配置成一矩陣之光電轉換元 件之二維像素陣列之像素陣列單元上執行逐列、逐行或逐 像素之像素選擇。 此外，列存取固態影像元件提供對於該像素陣列單元之 讀取存取及快門釋放之重設存取。 CMOS影像感測器一般採用一像素重設方法，在該方法 中，像素係依次逐列地被重設。此方法係稱為滚動快門 法0 141162.doc 201021558 在該等固態影像元件中，亦形成了 一光學遮蔽影像或一 光學黑色區域以判定雜訊底部。 在該等固態影像元件中，已提出一用以於該像素陣列單 凡中指定一期望之區域並提供關於該期望之區域之像素資 訊之部分切割及讀出（參見，例如曰本未審查專利公開案 •第2001-45383號）之技術。 * 據此，揭示於曰本未審查專利公開案第2001-45383號中 之一固態影像元件具有一切割並讀出一必要區域之功能 (「視窗讀出」功能）。 有了该視窗讀出，該固態影像元件可減少至該固態影像 元件的外侧之輸出線之數目。 然而，在一固態影像元件中，當一期望之部分讀出區域 被依次且逐列地讀取，會發生被稱為輝散之現象，這是因 為該部分讀出區域之下方及上方之列中之像素之讀出不具 存取控制。 * 被光電地轉換並蓄積於一像素中之一光電轉換元件中之 電荷可能超過該光電轉換元件之容量且溢出至相鄰的像 素。 溢出至相鄰像素中之電荷影響由該等相鄰像素所執行之 * 成像。在CMOS影像感測器中，來自該部分讀出區域中之 像素之上方及下方之像素的電荷之一溢出會造成一輝散現 象，而該輝散現象會在此區域中產生不希望之影像瑕疵。 防正輝散之一種方法係如下所述： 將一視窗區域被設定成較所期望者大，且該設定區域係 U1162.doc 201021558 可正常被存取以防止不希望之電荷流動。 然而，在此方法中，若干不必要之列中之像素資料被輸 出至該外侧，從而導致至外侧的輸出之數目增加，如圖1 所示。 現將參考圖1及圖2來描述該等輸出列及具同樣性質之一 列存取固態影像元件。 如圖1中所示，一列存取固態影像元件之輸出列包含位 元於一 e己錄像素區域中之若干列、一色彩處理邊際區域、 一無效之區域、一光學黑色區域、一無效之光學黑色區域 及一空白區域。 資料對於該無效區域、該無效光學黑色區域及該空白區 域係不必要。 一空白輸出係於該固態影像元件與該外側之通信時期、 在該固態影像元件之諸如增益值之若干設《已變化之後， 用以穩定化該㈣電路之特_、該關影像元件與該 外側之間之定時調整等期間被提供。 在如圖2所示之—空白週期中，未執行對該像素陣列單 π之讀取存取或重設存取。或者，執料影 對一特定位址之存取。 貝抖之 二固態影響元件中，-般…在-光學黑色區域中 視窗區域且該輸出列之數目係取決於該像素陣列 。例如，拍攝 拍攝移動影像 此外該光學黑色線之數目係視使用而定 靜態影像所需要之光學黑色線之數目大，而 141162.doc 201021558 所需要之光學黑色線之數目則可較小。 一用以防止輝散之發生並防止—不必要列之像素資料被 輸出至該外側之方法係揭示⑨日本未審4專利公開案第 2006-310932中。 【發明内容】 二而揭不於曰本未審查專利公開案第2006_310932中
之-亥技術之缺點在於增> 了不必要之電路之冑目，進而導 致電路之大小增加。 特疋而s，在此技術中，一非存取列之重設係與該讀取 及快門操作同時發生。因此，必須提供—包含該「列讀取 控制電路12」、該「列重設控制電路13」及該「非存取列 重設控制電路14」之像素陣列控制電路。 因此’理想的是，提供一固態影像元件、其之一驅動方 法及一相機线，其等可防止輝散之發生且防止—不必要 列像素資料被輸出至該外側，且同時防止該電路大小增 加。 根據本發明之—實施例，-固態、影像元件包含-像素陣 歹^早几’其具有料被配置成—矩陣中之像素，各個像素 包含—光電轉換元件及-能夠控制該像素陣列單元之驅動 以便根據特定化之位址資訊來執行該像㈣列單元之一讀 取存取操作或纽存取操作的像素驅動陣列單元。該像素 驅動控制单it能夠將該像素陣列中之—期望之區域設定為 可供存取的視窗區域。該像素驅動控制單元包含-與對 該視窗區域之存取及輸出處理的同時於至少—個鄰近該視 H1162.doc 201021558 窗區域之鄰近外側列上執行讀取或重設存取的功能。 根據本發明之一另一實施例，一用以驅動一固態影像元 件之方法包括將一像素陣列單元中之一期望之區域設定爲 一可供存取的視窗區域（該像素陣列單元具有若干被配置 成一矩陣之像素，各個像素包含一光電轉換元件）及與該 視窗區域之存取及輸出處理的同時於至少一個鄰近該視窗 區域之鄰近外侧列上執行讀取存取或重設存取的步驟。 根據本發明之又一實施例，一相機系統包含一固態影像 元件、一經組態以於形成該固態影像元件上形成一主體物 影像的光學系統及一經組態以處理該固態影像元件之一輸 出影像信號的信號處理電路。該固態影像元件包含一像素 陣列單元，其具有若干被配置成一矩陣之像素，各個像素 包含一光電轉換元件及一能夠控制該像素陣列單元之驅動 以便根據特定化之位址資訊來執行該像素陣列單元之一讀 取存取操作或重設存取操作。該像素驅動控制單元能夠將 該像素陣列單元中之—期望之區域設定為—可供存取的視 窗區域。該像素驅動控制單元包括一與對該視窗區域之存 取及輸出處理的同時於至少_個鄰近該視窗區域之鄰近外 侧列上執行讀取存取或重設存取的功能。 根，本發明之該實施例，該像素驅動控制單元將該像素 單元中之期望之區域設定為一可供存取的視窗區 域。 此外’該像素驅動控制單元在與該視窗區域之存取及輸 出處理的同時於至少一個鄰近該視窗區域之鄰近外側列上 141162.doc 201021558 執行讀取存取或重設存取。 因此’根據本發明之一實施例，可防止輝散之發生且防 止一不必要列之像素資料被輸出至該外側’且同時防止該 電路大小增加。 【實施方式】 下文將參見該等圖式來描述本發明之若干實施例。 第一實施例 圖3係一顯示根據本發明之一第一實施例之一 CM〇s影像 感測器（固態影像元件）100之一實例組態之一示意圖。 根據該第一實施例之該CMOS影像感測器1〇〇包含一像素 陣列單元110、一列讀取控制電路120、一列重設控制電路 130、一平行信號處理電路14〇、一輸出控制電路15〇及一 定時控制電路160。 β亥列讀取控制電路120、該列重設控制電路13〇及該定時 控制電路160係可組成一像素驅動控制單元。 該像素陣列單元11 0具有一個二維像素電路陣列，該等 像素電路被配置成一矩陣。 該像素陣列單元110包含一有效像素區域u〇A及一係沿 該有效像素區域110A之週邊而界定之光阻擋像素區域（光 學黑色區域）110B。 該有效像素區域110 A係可為一使用該像素電路中之光電 轉換而獲得之信號可用作成像信號之區域。 該光學黑色區域110B係以一可阻擋光之方式而界定於該 有效像素區域110A之週圍’且被用以判定該等像素電路中 141162.doc 201021558 之各者之一信號之黑色位準。 圖4係一顯示根據本發明之具有四個電晶體之一 CM〇s影 像感測器中之一像素電路的一實例之示意圖。 該像素電路包含一光電轉換元件111，光電轉換元件係 可由例如一光電二極體所形成。 該像素電路具有四個關於該光電轉換元件111而作為主 動π件之電晶體，即一轉移電晶體i 12、一重設電晶體 、一放大電晶體114及一選擇電晶體115。 5亥光電轉換元件111透過光電方式將入射光轉變成電荷 (此處係電子），該電荷之量係對應於光之量。 該轉移電晶體112被連接於該光電轉換元件1U與作為一 輸出節點之浮動擴散（區）FD區之間。一作為一控制信號之 透射k號係經由一轉移控制線LTx而被提供至該轉移電晶 體112之一閘（轉移閘）。 因此，該轉移電晶體112將由該光電轉換元件1U透過光 電方式轉換而得之電子轉移至該浮動擴散（區）FD。 該重設電晶體113被連接於一電源線LVDD與該浮動擴散 (區）FD之間，且一作為—控制信號之重設信號RST係經由 一重設控制線LRST而被供應至該重設電晶體u 3之一閘。 因此，該重設電晶體113將該浮動擴散（區）FD之電位重 設至該電源線LVDD之電位。 該放大電晶體114之一閘被連接至該浮動擴散（區）p<D。 該放大電晶體114係經過該選擇電晶體115而被連接至一垂 直信號線116，且該放大電晶體丨14連同該像素電路外側之 14H62.doc -10- 201021558 一恒定電流源組成一源極隨叙器β 一根據一位址信號而作為一控制信號之選擇信號SEL係 經由一選擇線LSEL而被供應至該選擇電晶體115之一閘， 且該選擇電晶體115被接通。 當該選擇電晶體115被接通時，則該放大電晶體114放大 _ 該浮動擴散（區）FD之該電位且將一對應於該經放大之電位 . 之電壓輸出至該垂直k號線116。自各個像素經由該垂直 信號線116之一電壓輸出被輸出至該平行信號處理電路 ❿ 140。 上述的操作係於一列中之像素上同時執行的，因為例如 該轉移電晶體112、該重設電晶體113及該選擇電晶體U5 之該等閘係逐列地相互連接。 設置於該像素陣列單元10中之該重設控制線LRST、該 轉移控制線LTx及該選擇控制線LSEL之一組合被逐列地設 置於該像素陣列上。 . 該轉移控制線LTx及該選擇控制線[8£1^係由該列讀取控 制電路120所驅動，且該重設控制線lrst係由該列重設控 制電路130所驅動。 ' 當執行該CMOS影像感測器（固態影像元件）1 〇〇之該讀取 操作時，該列讀取控制電路120具有一指定一列之功能。 該列讀取控制電路120具有一例如一位址解碼器電路之 基本組態且控制對應於該像素陣列單元丨10中之一期望之 列範圍的讀取之像素的列讀取。 當執行該CMOS影像感測器（固態影像元件）1 〇〇之快門操 14H62.doc 11 201021558 作時，該列讀取控制電路130具有一指定一列之功能。 該列重設控制電請具有一，例如，一位址解碼器； 電路之基本組態；且與一列讀取操作之同時重設，藉由對 -不同列中之像素執行光電轉變而蓄積之電荷以控制該電 荷之蓄積時期，進而實現一電子快門。 該平行信號處理電路140對自該像素陣列單元11〇之該等 個別像素逐列讀取之信號進行平行地執行處理諸如雜訊 移除、信號處理及類比/數位（A/D)轉換。 該輸出控制電路1 50係經組態以包含對應於個別行之元 件，諸如水平選擇開關、水平信號線、水平掃描電路及放 大電路。 該輸出控制電路150具有一針對一列輸出已由該平行信 號處理電路140使用該水平掃描電路於該水平掃描下平行 地加以處理的信號，或隨繼僅於一期望之行範圍内輸出信 號之功能。 在該輸出控制電路150中，自該平行信號處理電路14〇而 依次地被輸出之該等信號被該放大電路所放大，且被輸出 至該晶片的外側。 該定時控制電路160根據該列讀取控制電路12〇、該列重 設控制電路130、該平行信號處理電路14〇及該輸出控制電 路150的期冑之操作模式而產生各種定時信號，且使用該 等個別定時信號對該等個別電路來執行定時。 下文將更詳盡地描述該定時控制電路16〇之一特定實例 組態。 141162.doc ^ 201021558 根據本實施例之具有上述組態之該CMOS影像感測器loo 在該視窗讀出中具有以下用以切割及讀出一必要區域之特 徵功能。 下文將描述該視窗讀出之一概觀。 該CMOS影像感測器（固態影像元件）丨〇〇係經組態使得至 該CMOS影像感測器1 〇〇之外側之不必要輸出線之數目可得 以減小且防止在該時光讀出中發生輝散。 在根據本實施例之該CM0S影像感測器1〇〇中，一視窗讀 出位置及大小係可設定於該有效像素區域u 〇A及該光學黑 色區域110B二者中。 在至該CMOS影像感測器1 〇〇之外側輸出線之數目係受限 之情形下，該CMOS影像感測器1〇〇係可以一權衡之方式來 選擇較大數目之輸出線是被分配至該有效像素區域11〇八及 §亥光學黑色區域110B中之何者。 根據本實施例之該CMOS影像感測器1〇〇於該視窗讀出中 通常具有下列兩項特徵功能： (1) 對鄰近一視窗讀出（切割）被執行之區域的一列之讀 取存取或重設存取係於一該列被作為來自該CM〇s影像感 測器（固態影像元件）100之一空白線而輸出之期間（諸如該 固態影像元件與該外侧之間之通信期間）内實行。 因此，該CMOS影像感測器1〇〇清除（釋放）被存取之列中 之該等像f中之電荷以防止在未執行快門或才見窗讀取之視 窗訊框外側之一區域内發生輝散。 (2) 根據本實施例之該cMOS影像感測器1〇〇除了在該有 141162.doc •13· 201021558 效像素區域職上執行視窗切割之外，亦於該光學黑色區 域110B上執行視窗切割。 因此在該CMOS影像感測器1〇〇甲，在至該⑽⑽影像 感測器100之外側之輸出線之數目係受限之情形下，該光 學黑色區域110B的輸出之數目可得以減小。 由於該光學黑色區域_之輸出之數目減小則該有效 , 像素區域110A的輸出之數目可得以增加。 據此根據本實施例之該CMOS影像感測器丨〇〇可執行控 制以根據所需要之輸出格式以一權衡之方式來選擇，一較參 大之大小是被分配至該有效像素區域11〇八與該光學黑色區 域110B中之何者。 理想的是，當使用該相同影像裝置來拍攝一靜態影像 時，將該光學黑色區域11〇B設定成較大而當拍攝一移動 影像時，可將該光學黑色區域110B可設定成較小。 該CMOS影像感測器100亦可提供上文項目（1)中所提及 之對已執行視窗讀出（切割）之該光學黑色區域丨丨〇B之存 取。 ❷ 更具體而言，該CMOS影像感測器1〇〇在一鄰近該視窗讀 出區域（切割區域）之該視窗讀出區域（切割區域）被作爲一 · 空白線期間（諸如該CMOS影像感測器1〇〇與該外側之通信 時期）而輸出期間可提供對該列之讀取存取及重設存取。 因此’該CMOS影像感測器1〇〇清除（釋放）該經存取之列 中之該等像素中之電荷’以防止該視窗訊框外側之一未執 行快門或視窗讀出之區域中發生輝散。 141162.doc -14· 201021558 根據本實施例之該(：1408影像感測器ι〇〇於對應於—諸如 該⑽s影像感測器⑽之一通信週期、一模擬穩定化等待 時間或該感測器100與該外侧之定時調整之一時期之空白 輸出時期的-時段内為防止輝散而執行讀取存取或重設存 取。 該CMOS影像感測器1〇〇藉由在一正常讀取位址計數器或 ί設位址計數器之值與—防止輝散列之—值之間加以選擇 _ 並轉換來存取該像素陣列單元i 10。 術語、止輝散列」用於本文中係指為了防止輝散而被 存取之一列。 該c Μ O s影像感測器〗〇 0使用對一視窗區域設定值之計算 判定一防止輝散列（為了防止輝散而經存取之列）之一值、 使用一暫存器或其他任何合適之方法來導向設定。 在本實施例中，該防止輝散列（為了防止輝散而經存取 之列）之數目係可選自不同之值，諸如〇、1、2及3。 ❹ 此外，根據本實施例之該CMOS影像感測器1〇〇係經組態 以根據使用之目的而以一權衡之方式來選擇該有效像素區 域11〇A之視窗區域寬度及該光學黑色區域110B之該視^ 區域寬度。 ' 根據本實施之該視窗讀取操作在驅動上係回應於由該定 時控制電路160所產生之-定時控制信號而受控於該列讀 取控制電路120及該列重設控制電路丨3〇。 現將描述根據本實施例之用於控制該視窗讀出操作之定 時之定時控制電路160之一實例組態。 141162.doc •15- 201021558 圖5係一顯示根據本實施例之該定時控制電路ι6〇之—實 例組態之示意圖。 如圖5所示，該定時控制電路16〇包含一通信介面 (I/F)1601、一讀取/快門列開始及終止位址計算及保存單 兀（下文稱為「位址計算及保存單元」）16〇2及一列方向計 數器1603。 該疋時控制電路160進一步包含一通信時期/空白輸出時 期判疋單元（下文稱為一「判定單元」）丨6〇4、一讀取位址 計數器1605、一視窗鄰近位址產生單元16〇6、一讀取位址 選擇單元16〇7及一快門位址計數器16〇8。 該疋時控制電路160進一步包含一讀取定時控制單元 1609及一快門定時控制單元1610。 一讀取位址產生單元1620係由該位址計算及保存單元 1602、該列方向計數器16〇3、該判定單元16〇4、該讀取位 址什數器1605、該視窗鄰近位址產生單元16〇6及該讀取位 址選擇單元1607所形成。 一旦接收到來自一控制單元（未圖示）之命令、一存取位 址#專’則e亥通^ I/F 1601將該命令、存取位址等等供應 至必要的部分，即該位址計算及保存單元16〇2及該列方向 計數器1603。 該位址計算及保存單元1602在該像素陣列單元i丨〇之該 有效像素區域110A中產生一有效像素視窗區域EWND之一 一開始位址Y1及一終止位址Y2，並保存所產生之若干位 址。 141162.doc • 16 - 201021558 該位址計算及保存單元1602在該像素陣列單元110之該 光學黑色區域110B中產生一光學黑色視窗區域（下文稱為 一「OB視窗區域」）OWND之一開始位址Y3及一終止位址 Y 4，並保存所產生之位址。 該位址計算及保存單元1 602讀取所產生之該有效像素視 窗區域EWND之該開始位址Y1及該終止位址Y2，且將所讀 取之開始位址Y1及終止位址Y2輸出至該位址計數器1605 及該視窗鄰近位址產生單元1606。 該位址計算及保存單元1602亦讀取所產生之該OB視窗 區域Ο WND之該開始位址Y3及終止位址Y4，且將所讀取 之位址Y3及位址Y4輸出至該位址計數器1605及該視窗鄰 近位址產生單元1606。 該列方向計數器1603計數該列方向上之存取位址，並將 一結果輸出至該判定單元1604。 該判定單元1604基於該列方向計數器1603之該輸出信號 來判定一通信時期或一空白輸出時期，並將一判定結果作 為一判定信號S1604而輸出至該讀取位址選擇單元1607。 一旦接收到來自該位址計算及保存單元1602之位址Y1、 Y2、Y3及Y4，該讀取位址計數器1605即產生該有效像素 視窗區域EWND及該OB視窗區域OWND之存取位址。 該讀取位址計數器1605將所產生之該等存取位址輸出至 該讀取位址選擇單元1607。 一旦接收到來自該位址計算及保存單元1 602之位址Y1、 Y2、Y3及Y4，該視窗鄰近位址產生單元1606即產生鄰近 141162.doc -17- 201021558 外側列存取位址ΥΓ、Υ2'、Y3'及Y4'。該等鄰近外側列存 取位址ΥΓ、Υ2’、Υ3'及Υ4'係用以識別一或複數個位於該 有效像素視窗區域EWND及該ΟΒ視窗區域OWND之外側或 鄰近其等之列。 該視窗鄰近位址產生單元1606將所產生之該有效像素視 窗區域EWND及該ΟΒ視窗區域OWND的外側之列之鄰近外 側列存取位址ΥΓ、Υ2'、Υ3'及Υ4'輸出至該讀取位址選擇 單元1607。 根據來自該判定單元1604之該判定信號S1604，該讀取 位址選擇單元1607對由該讀取位址計數器1605所產生之該 等存取位址或由該視窗鄰近位址產生單元1606所產生之存 取位址加以選擇，且將所選擇之存取位址輸出至該列讀取 控制電路120。 當該判定信號S 1 604係指示一非空白輸出時期時，即係 一有效像素輸出時期時，則該讀取位址選擇單元1607對由 該讀取位址計數器1605所產生之該等存取位址加以選擇， 並將該等讀取位址輸出至該列讀取控制電路120。 當該判定信號S1604係指示該空白輸出時期時，則該讀 取位址選擇單元1607對由該視窗鄰近位址產生單元1606所 產生的該等存取位址加以選擇，並將該等存取位址輸出至 該列讀取控制電路120。 一旦接收到來自該位址計算及保存單元1602之位址Υ1、 Υ2、Υ3及Υ4，則該快門位址計數器1608産生該有效像素 視窗區域EWND及該ΟΒ視窗區域OWND之若干快門存取位 141162.doc -18- 201021558 址。 該快門位址計數器1608將所產生之快門存取位址輸出至 該列重設控制電路130。 該讀取定時控制單元1609控制該列讀取控制電路120之 讀取定時。 該快門定時控制單元1610控制該列重設控制電路130之 該列重設定時。 圖6係一顯示根據本實施例之該讀取位址產生單元1620 ® 之一實例組態之示意圖。 該讀取位址產生單元1620係由該位址計算及保存單元 1602、該列方向計數器1603、該判定單元1604、該讀取位 址計數器1605、該視窗鄰近位址產生單元1606及該讀取位 址選擇單元1607所形成。 參見圖6，該位址計算及保存單元1602包含一光學黑色 區域視窗（下文稱為一「OB區域視窗」）開始位置位址產生 • 單元16021及一 OB區域視窗終止位置位址產生單元 16022 。 該位址計算及保存單元1602進一步具有一有效像素區域 ' 視窗開始位置位址產生單元16023及一有效像素區域視窗 • 終止位置位址產生單元16024。 該OB區域視窗開始位置位址產生單元16021產生該OB視 窗區域EWND之該開始位址Y3。 該OB區域視窗終止位置位址產生單元16022產生該OB視 窗區域EWND之該終止位址Y4。 141162.doc -19- 201021558 該有效像素區域視窗開始位置位址產生單元1 6023產生 該有效像素視窗區域EWND之該開始位址Y1。 該有效像素區域視窗終止位置位址產生單元16024產生 該有效像素視窗區域EWND之該終止位址Y2。 參見圖6，該視窗鄰近位址產生單元1606包含視窗訊框 位址產生單元16061至16068。 在此實例中，鄰近兩個列之位址之産生係舉例而言。 該視窗訊框位址產生單元1 6061回應於一透過將由該OB 區域視窗開始位置位址產生單元1 6021所產生之該OB視窗 區域OWND之該開始位址Y3減去2而給出之位址而產生視 窗訊框位址1。 該視窗訊框位址產生單元1 6062回應於一透過將由該OB 區域視窗開始位置位址產生單元16021所產生之該OB視窗 區域OWND之該開始位址Y3減去1而給出之位址而產生視 窗訊框位址2。 該視窗訊框位址產生單元16063回應於一透過將由該OB 區域視窗開始位置位址產生單元16021所產生之該OB視窗 區域OWND之該開始位址Y4加上1而給出之一位址來產生 視窗訊框位址3。 該視窗訊框位址產生單元1 6064回應於一透過將由該OB 區域視窗開始位置位址產生單元16021所產生之該OB視窗 區域OWND之該開始位址Y4加上2而給出之位址來產生視 窗訊框位址4。 該視窗訊框位址產生單元16065回應於一透過將由該有 141162.doc •20· 201021558 效像素區域視窗開始位置位址產生單元16023所產生之該 有效像素視窗區域OWND之該開始位址γ 1減去2而給出之 位址來產生視窗訊框位址5。 該視窗訊框位址產生單元16066回應於一透過將由該有 效像素區域視窗開始位置位址產生單元16〇23所產生之該 有效像素視窗區域OWND之該開始位址γι減去i而給出之 位址來產生視窗訊框位址6。 該視窗訊框位址產生單元16067回應於一透過將由該有 效像素區域視窗開始位置位址產生單元16024所產生之該 有效像素視窗區域〇 WND之該終止位址Y2加上1而給出之 位址來產生視窗訊框位址7。 該視窗訊框位址產生單元丨6068回應於一透過將由該有 效像素區域視窗終止位置位址產生單元16〇24所產生之該 有效像素視窗區域OWND之該終止位址Y2加上2而給出之 位址來產生視窗訊框位址8。 據此’該視窗鄰近位址產生單元16〇6基於該等視窗區域 之該等設定值來計算視窗訊框位址。 圖7係一顯示一讀位址之一選擇結果之一實例之示意 圖。 在圖7所示之該實例中，當該列方向計數器16〇3具有計 數值N時’則該讀取位址為由該視窗訊框位址產生單元 16061所產生之該位址。 當該列方向計數器16〇3具有計數值N+丨時，則該讀取位 址為由該視窗訊框位址產生單元16〇62所產生之該位址。 141162.doc •21 - 201021558 S該歹】方向a十數器丨6〇3具有計數值N+2時，則該讀取位 址為由該視窗訊框位址產生單元16063所產生之該位址。 同樣地’當該列方向計數器1603具有計數值N+7時，則 該讀取位址為由該視窗訊框位址產生單元16068所產生之 該位址。 當該列方向計數器1603具有計數值^·“時，則所選擇的 係該δ賣取位址計數器1605之位址Μ。 當該列方向計數器1603具有計數值^^坫時，則所選擇的 _ 係該讀取位址計數器1 6〇5之位址μ+ 1。 赢 當該列方向計數器16〇3具有計數值^^+⑺時，則所選擇 的係該讀取位址計數器1605之位址Μ+2。 接下來將參見圖3及圖8及其他任何合適之圖來描述利用 上述組態之操作。 可為一 Χ-Υ定址固態影像元件之該CMOS影像感測器1〇〇 在一逐列之基礎上來讀取該等二維設置之像素，且執行一 快門（重設）操作。 在該定時控制電路160之控制下，該列讀取控制電路12〇 ❹ 及該列重設控制電路130執行驅動控制，以將該像素陣列 單元11 0之該有效像素區域110 A中之一視窗切割及讀出區 域設定為位址Y1及Y2。 此外，在該定時控制電路160之控制下，該列讀取控制 · 電路120及該列重設控制電路130執行驅動控制，以將該光 學黑色區域110B中之一視窗切割及讀出區域設定為位址 Y3 及 Y4。 141162.doc -22- 201021558
可根據所需要之輸出線之數目，將該有效像素區域110A 及該光學黑色區域110B中之各者之視窗切割位置及大小設 定成期望之值。 這允許以一權衡之方式來選擇有效像素輸出區域列及光 學黑色輸出列。 對該像素陣列單元110之讀取及重設掃描係以一由圖3中 之「<1>像素列存取掃描」及「<2>像素重設掃描」所指示 之方式而執行。 來自該CMOS影像感測器1〇〇之一資料影像輸出被顯示於 圖3之左邊部分。 來自該CMOS影像感測器1〇〇之一影像輸出亦包含一前部 空白部分FBLK及一後部空白部分RBLK。 對應於該前部空白部分FBLK及該後部空白部分RBLK之 該等空白時期係歸因於該CM0S影像感測器（固態影像元 件）1〇〇與該外側之通信時期、在該固態影像裝置之諸如增 益值之設定已經改變後用以使該内部電路穩定化之等待時 間及該CMOS影像感測器1 〇〇與該外側之間之定時調整。 由該等鄰近外側列存取位址Y1，及Y2,所識別之鄰近該有 效像素視窗區域EWND之該等列及由該鄰近外側列存取位 址Y3’及Y4’所識別之鄰近該〇B視窗區域0WND之該等列係 於該空白輸出時期内被讀取並存取。 在所讀取並存取之列中’電荷被清除且可防止電荷溢出 至該等視窗區域。 這可避免不必要的至外側的線且可防止未經存取之一區 141162.doc -23- 201021558 域A或B中發生輝散。 圖8顯示像素讀出、快門（重設）及輸出之—概觀。 在此情形下’該等視窗區域之訊框係於—至外側之空白 輸出時期期間被存取並重設，以防止發生輝散。該等視窗 區域之該訊框未被輸出至該外側。 在此實例中’該訊框係使用例如該讀取操作而重設。 儘官阻擋光之該光學黑色區域11〇]3通常不存在輝散之問 題，但在該OB視窗區域〇 WND之該位址Y4上，會傳播至
該光學黑色區域110B之該有效像素區域110A之區域A中之 輝散之效應亦可得以防止。 此外，在该OB視窗區域〇 WND之該位址γ3上來自該 像素陣列早凡110的外側（在圖3中，該像素陣列單元11〇之 該上邛为）之電荷的不希望的流動之效應可得以防止。 應庄意為了防止輝散，由鄰近的外側列存取位址γ3, 及Υ4所識別之該等列亦經存取，以當可穿透—光阻撞元
光進入該光學黑色區域丨丨〇Β時防止該光學黑色區域 110B中發生輝散等等。 由位址 Y11、Y2，、v。，„ Y3及Y4'所識別之用以防止輝散存 取列之數目係可變化。 仔 第一示例性修正 -由恭糸’』不用以防止根據本實施例之一 CM〇S*像感測 纟輝散之像素列存取之-第-示例性修正之-示意 圖。 在上述之該實施例中 為了防止輝散而進行之對於鄰近 141162.doc -24- 201021558 一視窗區域之列之存取係使用該讀取操作來執行。然而， 如圖9中所示，亦可使用快門（重設）存取來執行該存:。 同時，在此情形下，為了防止輝散，該視窗區域之該訊 框係於一空白輸出時期被存取及重設。該視窗區域之該訊 框未被輸出至該外側。 在此實例中，該等視窗區域的該訊框係使用該快門操作 而重設。 第二示例性修正
圖10係一顯示用以防止根據本實施例的該CM〇s影像感 測器中發生輝散之像素列存取之一第二示例性修正之一示 意圖。 在上述之實施例中，為了防止輝散而進行之對於鄰近一 視窗區域之一列之存取係僅僅使用該讀取操作來執行。然 而，亦可使用讀取存取及快門（重設）存取來執行該存取。 第三示例性修正 在圖3中，該光學黑色區域11〇B係可設定成〇(無輸出）。 第四示例性修正 在圖3中，該光學黑色區域11〇B除了可被設於該圖中之 該像素陣列單元i 1〇之上側之外，亦可沿該像素陣列單元 110之下側而設。 在此情形下，亦可沿該像素陣列單元11〇之該下側於該 光學黑色區域中設一視窗區域。 第五示例性實施例 在圖3中，光學黑色區域亦可沿該圖中之像素陣列單元 141162.doc -25· 201021558 110之右側及左側而設β 在此情形下，該等光學黑色區域之資料亦可作為該水平 方向之輸出資料而被輸出。在此情形下，水平光學黑色區 域之資料被輸出至圖3之右邊部分中所示之該資料影像之 左側及右側（二者）。 第六示例性修正 圖3中顯示自上而下之像素掃描。在該逆向讀出中亦 可執行自下而上之掃描。 第七示例性修正 在圖6中，若干視窗鄰近位址值係透過對視窗位址之值 的計算而判定。或者，視窗鄰近位址值亦可藉由暫存器設 定等等而直接設定。 第八示例性實施例 在圖6中’各個終止具有兩個視窗鄰近位址值。或者， 各個終止可具有兩個以上的視窗鄰近位址值。 同時，在此情形下，由鄰近外側列存取位址γ丨，、Υ2,、 Υ3’、Υ4’所識別之用以防止輝散之存取列之數目係可加以 控制。 第二實施例 圖11係一顯示根據本發明之一第二實施例之一 CMOS影 像感測器（固態影像元件）1〇〇Α之一實例組態之示意圖。 根據該第二實施例之該CMOS影像感測器l〇〇A不同於根 據該第一實施例之該CMOS影像感測器100，不同之處在於， 所配置之一列存取移位元暫存器17〇取代了圖3中所示之該 141162.doc -26· 201021558 列讀取控制電路120及列重設控制電路13〇。 同時，在此第二實施例中，該定時控制電路i 6〇使用一 與該第一實施例中之方法相似之方法來控制該列存取移位 暫存器1 70，進而達成相同或相似之優點。 因此，根據本實施例可達成以下之優點。 (1)可實行對於鄰近一視窗區域之一列之讀取存取或快 門（重設）存取以防止輝散。 ^ 對於一鄰近列之存取係於空白資料被輸出至該外側之期 間執行。這可防止輝散問題，而無需使用不必要之至該固 態影像元件之外側之輸出線。 在正常固態影像元件中之視窗讀出涉及到如圖丨中所示 之輸出線之數目。根據本實施例，該輸出線之數目係可被 減少至如圖12所示（之數目）。 在圖12所示之該實例中，一視窗區域亦可被設定於一光 學黑色區域中。若干視窗區域被設定於一記錄像素區域及 φ 一光學黑色區域二者中。由於為了防止輝散，該視窗區域 之該訊框係於至外側之空白輸出時期内被存取並重設，該 視窗區域之該訊框之資料未被輸出至該外側。 據此，在每個訊框之輸出線之數目係受限之情形下，可 " 使用一大數目之有效像素輸出線。 (2)由於該視窗切割亦於該光學黑色區域中執行，故該 光學黑色區域之位置及大小係可變化，從而導致該光學黑 色區域之至外侧的輸出線之數目亦係可變。 這允許當每個訊框之輸出線之數目係受限時，在該有效 141162.doc •27· 201021558 像素線的數目與該光學黑色線的數目之間做一權衡。 譬如說，拍攝靜態影像所需之光學黑色線的數目大且拍 攝移動影像所需之光學黑色線的數目較小。在一有效像素 中，亦需要一大的色彩處理邊際區域。 在此情形下，輸出線之數目係可自圖12中之數目變化至 圖13中所示之數目。 可對該記錄像素之色彩處理邊際區域中之線的數目及該 光學黑色區域中之線的數目加以選擇以在二者之間做出— 權衡。 例如’在圖13所示之該實例中’相較於圖12中所示之實 例’該光學黑色區域中之線的數目係經減小而同時該色彩 處理邊際區域中之線的數目係經增加。可對該色彩處理邊 際區域中之線的數目及該光學黑色區域中之線的數目加以 選擇，以在二者之間做出一權衡而不改變至外側的輸出線 之數目。 (3)上述條目（丨）及（2)中所給出之優點可克服該視窗切 割及讀出中所涉及之輝散問題，以支援具有之像素列的數 目小於包含於一固態影像元件中之_像素陣列的像素列的 數目之輸出格式。 此外，具有一有限數目輸出線之輸出格式、一使用一大 數目之有效像素之輸出格式及一使用—大光學黑色區域之 輸出格式亦可得以支援。 因此，可達成一能夠支援各種輸出袼式之固態影像元 件0 141162.doc -28- 201021558 此外，在本實施例中，一像素陣列控制電路不一定包含 可用於曰本未審查專利公開案第2〇〇6_3 1〇932中之該「列 讀取電路12」、該「列重設控制電路13」及該「非存取列 重設控制電路14」。 更具體而言，在本實施例中，一像素陣列控制電路可僅 包含該「列讀取控制電路120」及該「列重設控制電路 130」。意即，該「非存取列重設控制電路14」並非必需。 其原因在於一固態影像元件係於一空白列輸出時期期間 内執行對於一防止輝散列之讀取列存取或重設存取，而同 時僅透過於該等正常讀取及快門位址值與該防止輝散存取 列值之間做出暫時的切換來存取一位址。 根據個別實施例之該CM0S影像感測器並非解讀為一限 制意義，且係可組態為一例如一具有一行平行類比—數位 轉換器（ADC)結構之CMOS影像感測器。 第三實施例 圖14係一顯示根據本發明之一第三實施例之一具有一行 平行ADC結構之固態影像元件（CM〇s影像感測器）2〇〇之一 實例組態之一示意圖。 如圖14所示’該固態影像元件2〇〇包含一係作為一影像 單元之像素陣列單元210、一垂直掃描電路220、一水平轉 移掃描電路230及一定時控制電路240。該垂直掃描電路 220、該水平轉移掃描電路23〇及該定時控制電路24〇係可 作為一像素驅動單元（像素陣列控制電路）。 該固態影像元件200進一步包含一 ADC群組250、一類 141162.doc -29- 201021558 比-數位轉換器（DAC)260、一放大電路（信號放大器 (S/A))270及一信號處理電路280。 在上述組態中，該垂直掃描電路220具有對應於圖3中所 示之該列讀取控制電路120及該列重設控制電路130之諸項 功能或對應於圖11所示之該列存取移位暫存器170之諸項 功能。 該定時控制電路240可對應於圖3及圖11中所示之該定時 控制電路160。 該固態影像元件200之ADC群組250、DAC 260、放大電 路（S/A)270及信號處理電路280係可對應於圖3及圖11中所 示之該平行信號處理電路140及輸出控制電路150。 該像素陣列單元210係經組態使得該等像素各者包含一 光電二極體及一像素中之放大器，例如，圖8中所示之該 等像素被配置成一矩陣。 該固態影像元件200進一步包含下列電路，諸如一控制 電路，以依次地讀取該像素陣列單元210之若干信號。 該固態影像元件200係設有該作為一控制電路且係經組 態以產生一内部時脈之定時控制電路240，該垂直掃描電 路220係經組態以控制列位址或列掃描，且該水平轉移掃 描電路230係經組態以控制行位址或行掃描。 該ADC群組250包含複數個ADC，各個ADC包含一比較 器251、一計數器252及一閂鎖25 3。 該比較器251將由該DAC 260所產生之具有一斜坡波形 (RAMP)(在此斜坡波形（RAMP)中，一參考電壓呈階梯式變 141162.doc -30- 201021558 化）之一參考電壓Vslop與一經由垂直信號線自各個列線之 像素中獲得之類比信號加以比較。 計數器252計數該比較器25 1做出之比較的次數。 該ADC群組250中之該ADC具有η位元數位信號轉換功能 且係針對個別垂直信號線（行線）而設，進而形成若干行平 行ADC塊。 該等閂鎖253之輸出被連接至寬度為例如2η位元之—水 平轉移線290。 此外’亦設有對應於該水平轉移線290及該信號處理電 路280之2η放大電路270。 在該ADC群組250中’使用針對該個別行而設之比較器 250來將被讀取至該等垂直信號線之類比信號（電位yd)與 該參考電壓Vslop(被線性地變化成一具有某一傾角的線之 斜坡波形）加以比較。 此時’與該比較器25 1以相似之方式針對個別行而設之 若干計數器252正在運行。具有該斜坡波形之電位¥3丨叩與 該計數器值被以一對一之對應方式而變化，進而將垂直信 號線中之電位（類比信號）Vsl轉換成數位信號。 該參考電壓Vslop之變化允許電壓之變化被轉換成時間 之變化。該時間係於某一循環中（時脈）被計數，且因此該 計數值被轉換成一數位值。 當該等類比電信號Vsl匹配該參考電壓Vsl〇p時，該等比 較器251之輸出被轉換，且該等計數器252之輸入時脈被停 止。如此，AD轉換得以完成。 141162.doc •31- 201021558 在上述之忒ad轉換時期完成之後，該水平轉移掃描電 路230允許被保存於㈣鎖253巾之f料通過該水平轉移線 290及該放大電路27〇而輸入至該信號處理電路28〇。因 此，會產生一個二維影像。 以此方式可執行該行平行輸出程序。 一具有上述優點之固態影像元件係可用作一數位相機或 攝影機中之一影像裝置。 第四實施例 圖15係一顯示根據本發明之一第四實施例之包含一固態 影像元件之相機系統3〇〇之一實例組態。 如圖15中所示’該相機系統3〇〇包含一影像裝置31〇，該 影像裝置310係可由根據上述實施之CM〇s影像感測器（固 態影像元件）1 〇〇、1 00A及200中之任一者而實施。 該相機系統300進一步包含一經組態以將入射光導向至 一該影像裝置310之一像素區域（形成一目的影像）之光學系 統’一經組態將入射光（影像光）聚焦於一成像表面上以形 成一影像之透鏡320。 該相機系統300進一步包含一經組態以驅動該影像裝置 3 10之驅動電路（DRV)330及一經組態以處理該影像裝置3 10 之一輸出信號Vout之信號處理電路（prc)340。 該驅動電路330包含定時產生器（未圖示），該定時產生 器係經組態以產生包含一開始脈衝及時脈脈衝之用以驅動 該影像裝置310中之若干電路之各種定時信號，使得該影 像裝置310係可由一預定定時信號驅動。 141162.doc •32- 201021558 該信號處理電路340對該影像裝置3 10之該輸出信號Vout 執行預定之信號處理。 一由該信號處理電路340加以處理之影像信號被記錄於 一記錄媒體，諸如一記憶體上。被記錄於該記錄媒體上之 影像資訊係使用一印表機等等而被「硬拷貝」。由該信號 處理電路340加以處理之影像信號被進一步作為一移動影 像而顯示於一監視器，諸如一液晶顯示器上。 如上所述，該影像元件100、100A或200係可作為影像裝 置3 10而安裝於一影像設備，諸如一數位靜態相機中。因 此，可實現一耗電低且性能高之相機。 本申請案包含之標的物係關於在2008年10月3日編入曰 本專利局之日本優先專利申請案JP2008-258698中所揭示 之標的物，該案之全部内容係以引用之方式併入本文中。 熟悉此項技術者應瞭解，根據設計要求及其他因素，只 要其等屬於申請專利範圍或申請專利範圍之等效範圍内， 可做出各種修飾、組合、子組合或改變。 【圖式簡單說明】 圖1係一解釋一典型之CMOS影像感測器（固態影像元件） 之視窗讀出之一實例之示意圖； 圖2係一顯示一典型的CMOS影像感測器之像素線存取之 一實例之示意圖； 圖3係一顯示根據本發明之一第一實施例之一 CMOS影像 感測器（固態影像元件）之實例組態之示意圖；
圖4係一顯示根據本實施例之一具有四個電晶體之CMOS 141162.doc -33- 201021558 影像感測器中之一像素之一實例的一示意圖； 圖5係一顯示根據本實施例之一定時控制電路之實例組 態之示意圖； 圖6係一顯示根據本實施例之一讀取位址產生單元之一 實例組態之示意圖； 圖7係一顯示一讀取位址之一選擇結果之一實例之示意 raa · 園， 圖8係一顯示根據本實施例之該CMOS影像感測器之像素 線存取之一實例之示意圖； 圖9係一顯示用以防止根據本實施例之該CMOS影像感測 器中的輝散之像素列存取之一第一示例性修正之示意圖； 圖10係一顯示用以防止根據本實施例之該CMOS影像感 測器中的輝散之像素列存取之一第二示例性修正之示意 團， 圖11係一顯示根據本發明之一第二實施例之一 CMOS影 像感測器（固態影像元件）之一實例組態之示意圖； 圖12係一顯示根據本發明之該第二實施例之輸出線之一 實例影像之示意圖； 圖13係一顯示根據本發明之該第二實施例之輸出線之另 一實例影像之示意圖； 圖14係一顯示根據本發明之一第三實施例之具有一行平 行ADC結構之一固態影像元件（CMOS影像感測器）之一實 例組態之示意圖；及 圖15係一顯示根據本發明之一第四實施例之具有一固態 141162.doc -34· 201021558 影像元件之一相機系統之一實例組態之示意圖。 【主要元件符號說明】 100 CMOS影像感測器（固態影像元件） 110 像素陣列單元 110A 有效像素區域 110B 光阻擋像素區域（光學黑色區域） 111 光電轉換元件 112 轉移電晶體 w 113 重設電晶體 114 放大電晶體 115 選擇電晶體 116 垂直信號線 120 列讀取控制電路 130 列重設控制電路 140 平行信號處理電路 ▲ 150 輸出控制電路 160 定時控制電路 170 移位暫存器 ' 200 固態影像元件（CMOS影像感測器） 210 像素陣列單元 220 垂直掃描電路 230 轉移掃描電路 240 定時控制電路 250 ADC群組 141162.doc -35- 201021558 251 比較器 252 計數器 253 閂鎖 260 數位-類比轉換器（DAC) 270 放大電路（信號放大器S/A) 280 信號處理單元 290 水平轉移線 300 相機系統 310 影像裝置 320 透鏡 330 驅動電路（DRV) 340 信號處理電路（PRC) 1601 通信介面 1602 位址計算及保存單元 1603 列方向計數器 1604 判定單元 1605 讀取位址計數器 1606 視窗鄰近位址產生單元 1607 讀取位址選擇單元 1608 快門位址計數器 1609 讀取定時控制單元 1610 快門定時控制單元 1620 讀取位址產生單元 16021 開始位置位址產生單元 141162.doc -36- 201021558 16022 16023 16024 16061 OB區域視窗終止位置位址產生單元 有效像素區域視窗開始位置位址產生單元 有效像素區域視窗終止位置位址產生單元 16068 視窗訊框位址產生單元 參 141162.doc -37-