TW201145998A - Solid-state image pickup element, method of driving the same, and camera system - Google Patents

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201145998 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示内容係關於一種固態影像拾取元件、一種其驅動 方法及一種使用該固態影像拾取元件之照像機系統。 【先前技術】 互補金屬氧化物半導體（CMOS)影像感測器（CIS)具有與 電％耗合裝置（CCD)影像感測器相比其可相對自由地設定 一讀取位址之一特徵。 舉例而言，廣泛使用除自一感測器之所有像素讀取信號 之一功能外還具有例如「相加」、「消除」及「挖剪」之功 能的-影像感測器。在此情況下，在「相加」工力能之情形 下，同時分別自複數個像素讀出像素信號。在「消除」功 能之情形下，自該等像素間斷地讀出像素信號而跳過若干 列及仃。此外，在「挖剪」功能之情形下，僅自該等像素 之一部分讀出像素信號。 在某些情況下同時實行「相加」、「消除」及「挖剪」。 在具有「消除」、「相加」及「挖剪」功能之一影像感剩 裔中’由於-讀取操作及一快門操作變得複雜，因此不使 用用於列選擇之-移位暫存器，而是在諸多情況下使用包 含一解碼器之一列掃描電路（列選擇電路）。 列選擇電路具有—如下功能：針對意欲自其讀出像素信 號之。賣取列及根據來自一位址解碼器之一位址信號自其 使累積於像素之光電轉換元件中之電荷放電以實行重設之 -快門列，輸出-列位址之一列選擇信號。 154134.doc 201145998 目：為止’已提出此一列選擇電路中之各種快門控制 例而$，在曰本專利特許公開案第2〇〇8 193618及 2008-2889G3號中闡述該快門控制等。 【發明内容】 旦/見在^發明-照像機系統基本上係用於在捕獲一靜止 杉像之刖顯示-狀態之-影像(預覽)之-系統。 在/預覽巾’針對藉以捕獲—靜止影像之所有像素實行 由於消除等而按比例縮小之一操作。 出於此原因，當捕獲該靜止影像時產生模式改變。因 此丄造成花費給定時間（快門遲滯時間）來保持在一照像機 之-快門操作之-開始之階段與捕獲該靜止影像之一時間 點之間的一（多個）非必要圖框之一問題。 >特疋而5，具有在其一内部產生一同步信號之一功能之 5亥影像感測器（固態影像拾取元件）涉及在模式改變之階段 中輸出關於非必要圖框之資料之此一問題。 -有在其内冑中產生該同步信號之功能之該影像感測器 主要用於行動電話等中。 到目則為止，在其中用於行動電話等之一影像處理系統 之一效能係、相對低之-種類中尚未造成—明顯問題，此乃 因用於衫像處理之一時間週期比該影像感測器之快門遲滯 時間長。 …、、而，隨同該影像處理系統之一高效能之改良，影像感 測器之快門遲滯時間變成不可忽視之時間。 在目則，與一數位相機之功能相同之功能對於行動電話 154I34.doc 201145998 等中之相機亦係必要的，且因此其變成縮短快門遲滯時間 之一問題。 下文將更詳細地闡述關於快門遲滯時間之問題。 圖1係展示一影像感測器中一般模式改變之一階段中之 一情形下的一時序圖。 另外，圖1係自1/2消除至全解析度之模式改變之一實 例。 此外’圖1展示在自一影像感測器讀出關於一 1/2消除圖 框之資料且不改變一曝光時間週期tET之設定之時發佈— 模式改變命令（MCC)之情況。 在此實例中，該影像感測器根據一讀取參考操作且因此 在對應於該曝光時間週期tET之一時間週期之前將一電子 快門命令發佈至一讀取位址以實現該曝光時間週期tET。 另外’在此實例中，採用其中根據一垂直同步信號V SYNC反映該模式改變命令MCC之一系統。 在圖1中’參考符號SHR標明一垂直電子快門位址且參 考符號RD標明一垂直讀取位址。 在上文所述系統中，在於已發佈該模式改變命令Mcc之 後發佈垂直同步信號V SYNC中及之前的一快門根據針對 1 /2消除圖框之定址而實行一快門操作。此外，該快門在 發佈垂直同步信號V SYNC中及之後根據針對全解析度圖 框之定址而實行快門操作。 出於此原因，在一圖框FRM(圖框）#1中，曝光時間週期 tETn、tETm變成不符合設定曝光時間週期tET。 154134.doc -6- 201145998 由於相依於讀取位址，曝光時間週期係不恆定的，因此 極其難以藉由該影像感測器之一後續級中之一信號處理電 路來校正時間週期tETn。另外，不可防止圖框FRM #1之 快門操作變成早於該模式改變命令MCC之發佈。 出於此原因，由於產生曝光時間週期係不恆定之圖框 FRM #1，因此在該模式改變命令Mcc之發佈之後之圖框 FRM # 1變成一非必要圖框。 在此情況下，該快門遲滞時間在自該快門命令之發佈至 對應於圖框FRM(圖框）#2之輸出之一位置之一時間點之範 圍且因此出於縮短快門遲滯時間之目的而縮短非必要圖框 成為一問題。 做出本揭示内容以解決上文所述問題，1因此期望提供 一種能夠㈣產生用於非必|輸出資料之—時間週期且因 此能夠適當地讀㈣於剛好在模<改變t前之一圖框之資 料的固態影像拾取元件，其—種驅動方法及-種使用該固 態影像拾取元件之照像機系統。 田為達到上文所述之期望，根據本揭示内容之—實施例， 提供-種固態影像拾取元件，其包含：—像素部分，在該 像素部分巾複數個像素係安置成―矩陣，該複數個像素各 自^包含用於根據-曝光時間週期將—光學信號轉換成二 仏號且將該所得電信號累積於其中之一光電轉換元件 -像素驅動部分，其經調適以按列控制該等像素之操作以 便實行該像素部分之—電子快門操作及-讀取操作，其中 该像素驅動部分具有縮短用於非必要輸出資料之—時間週 154134.doc 201145998 期之-功能，在該時間週期内在其中發生該曝光時間週期 之-改變之模式改變之-階段中藉助經產生作為一參考之 一同步信號輸出關於該曝光時間週期係不恆定所針對之一 影像之資料。 根據本揭示内容之另_實施例，提供—種驅動—固離聲 =拾取元件之方法，其包含：當按列控制各自包含歸根 2-曝光時間週期將-光學信號轉換成—電信號且將該所 得電信號累積於其中之_光電轉換^件 。 作以便實行其中該複數個 〃之刼 界ι你女置成—矩陣之一 =-電子快門操作及—讀取操作時，縮短用奸 ^料之-時間週期，在該時間週期内在以發生該= .&變之模式改變之一階段中藉助經 -參考之一同步信號輸出關 生作為 針對之-影像之資料。 4時間週期係不值定所 根據本揭示内容之又另一 統，其包含· 1，提供一種照像機系 -固態影像拾取元件 在該固態影像拾取先予系統’其用於 號處理電路，農用於# 彳體之一影像；及-信 -用於處理來自該固 出影像信號，其中該固態影像拾取元；^人取疋件之一輸 分，在該像素部分中複數個像素二件包含：-像素部 個像素各自包含$ …、女置成一矩陣，該複數 換成一電信號且將該所得電声字1週期將一光學信號轉 元件’·及-像素驅動部分，其經調於其中之-光電轉換 之操作以便實行該像素部分之按列控制該等像素 電子快門操作及一讀取操 154134.doc 201145998 作 9 且守傍本 時間週i之1驅動部分具有縮短用於非必要輸出資料之一 間週期之-改Γ’在該時間週期内在其中發生該曝光時 參考之一5支之模式改變之一階段中藉助經產生作為- 二：冋步信號輸出關於該曝光時間週期係不 對之一影像之資料。 根據本揭示内容之又另―丨 统 人 另一貫把例’提供一種照像機系 ,固態影像拾取元件；-光學系統，其用於 "固態影像拾取元件上形成-被攝體之-影像.及 =::，其用於處理來自該固態影像拾取元二 。唬’其中該固態影像拾取元件包含：一像 为’在該像素部分中複數個像素係安置成—矩陣該複數 ::素=包含用於根據一曝光時間週期將一光學信號轉 且將該所得電信號累積於其t之—光電轉換 兀仔’一像素驅動部分，苴錄士滷 丨刀其紅凋適以按列控制該等像素之 操作以便實行該像素部分之一 /之 电丁厌門私作及一讀取择 ，一像素驅動部分，其針對一 ' 湘η ? 同步仏遽之一消隱時間週 期貫订電子快門控制，藉 操作，且藉助作為-參考之該同地實行該讀取 -曝光時間週期之—改變 &據在其中發生 ==曝光時間週期之設定’再次針對在該模式 控制；且在該模式改變之後之該同 門 如，L A U 7 ^就之該消隱時間週 期比無模式改變之-階段中之消隱時間週期長。 如上文所蘭述，根據本揭示内容，可抑制用於非必要輸 154134.doc 201145998 . 出資料之時間週期之產生，且可適當地讀出關於剛好在該 模式改變之前之圖框之資料。 【實施方式】 下文中將參照隨附圖式詳細地闡述本揭示内容之實施 例。 注意’下文將根據以下次序給出該說明： 1. 第一實施例（CMOS影像感測器（固態影像拾取元 件））；及 2. 第二實施例（照像機系統）。 1.第一實施例 圖2係展示根據本揭示内容之一第一實施例之— CM〇s$ 像感測器（固態影像拾取元件）之一組態之一方塊圖。 CMOS影像感測器1 〇〇包含一像素陣列部分丨丨〇、一列掃 描電路120、一讀取電路13〇、一行掃描電路14〇、一時序 控制電路150及一輸出介面（IF)電路丨6〇。 一像素驅動部分係由列掃描電路12〇、讀取電路13()、行 掃描電路140及時序控制電路15〇組成。 該第一實施例中之時序控制電路15〇具有縮短用於非必 要輸出資料之-時間週期之一功能，在該時間週期内在其 中毛生一曝光時間週期之一改變之模式改變之一階段中藉 助經產生作為-參考之一同步信號輸出關於該曝光時間週 期係不恆定所針對之一影像之資料。 舉例而言，時序控制電路15〇具有一如下功能：當在具 有在其内口p產生同步信號之一功能之一影像感測器中在該 154134.doc 201145998 模式改變之階段中產生一非必要圖框時重新開始一快門操 作。 時序控制電路15 〇可藉由使用重新開始快門操作之功能 來防止產生非必要圖框。 時序控制電路150使用重新開始該快門操作之一時序作 : 為讀出關於非必要圖框之資料之一時序，藉此使得適當讀 出關於剛好在該模式改變之前之一圖框《資料成為可能。 因此，不需要在該影像感測器之一後續級中之一信號處理 電路中執行特殊處理。 後文將闡述時序控制電路150之功能。 在像素陣列部分110中’複數個像素電路u〇A_〇〇至 ll〇A-nm係以二維形式安置成行之一矩陣。 圖3係展示該第一實施例中之像素電路之一組態之一實 例的電路圖。 像素電路110A-00至1 ΙΟΑ-nm中之每一者具有一光電轉 換元件（下文某些情況下簡稱為「一 Pd」），舉例而言，一 光電二極體（PD)。 另外’像素電路110A針對一個光電轉換元件p]D具有一 - 個傳輸電晶體TRG-Tr、一個重設電晶體RST-Tr、一個故大 : 電晶體AMP-Tr及一個選擇電晶體SEL-Tr。 該光電轉換元件PD產生對應於入射光數量之一信號電 荷（在此情況下為電子）量，以將所得信號電荷累積於其 中。 下文，將關於其中信號電荷係電子且傳輸電晶體TRG_ 154134.doc -11 - 201145998

Tr、重設電晶體RST-Tr、放大電晶體AMP-Tr及選擇電晶體 SEL-Tr中之每一者皆係一 N通道MOS電晶體之情況進行闡 述。然而，亦可採用其中信號電荷係一電洞且傳輸電晶體 TRG-Tr、重設電晶體RST-Tr、放大電晶體AMP-Tr及選擇 電晶體SEL-Tr中之每一者係一P通道MOS電晶體之情況。 另外，該第一實施例在其中在複數個光電轉換元件當中 共用傳輸電晶體TRG-Tr、重設電晶體RST-Tr、放大電晶體 AMP-Tr及選擇電晶體SEL-Tr之情況中或在採用不具有選 擇電晶體SEL-Tr之3電晶體（3 Tr)像素之情況中亦係有效 的。 傳輸電晶體TRG-Tr連接於光電轉換元件PD之陰極與一 浮動擴散部（FD)之間，且透過一控制線TRG控制。 在控制線TRG保持為一高（H)位準下之一時間週期中選 擇傳輸電晶體TRG-Tr以變成一導通狀態，藉此將藉由光電 轉換元件PD中之光電轉換產生之電子傳輸至該FD。 重設電晶體RST-Tr連接於一電源線VRst與該FD之間， 且透過一控制線RST控制。 在控制線RST保持為該Η位準下之一時間週期中選擇重 設電晶體RST-Tr以變成一導通狀態，藉此將該FD重設為電 源線VRsT之一電位。 放大電晶體AMP-Tr及選擇電晶體SEL-Tr串聯連接於一 電源線VDD與一輸出信號線LSGN之間。 該FD連接至放大電晶體AMP-Tr之一閘極端子且透過一 控制線SEL控制選擇電晶體SEL-Tr。 154134.doc -12- 201145998 在控制線SEL保持為該Η位準下之一時間週期中選擇選 擇電晶體SEL-Tr以變成一導通狀態。因此，放大電晶體 AMP-Tr輸出對應於該FD之電位之一信號VSL至輸出信號 線LSGN。 由於像素電路11 0A-00至11 〇A-nm在像素陣列部分11 〇中 安置成η列xm行之一矩陣，因此安置n個控制線SE]L、n個 控制線RST及η個控制線TRG ’且安置用於信號VSL之m個 輸出信號線LSGN。 在圖2中，控制線SEL、控制線RST及控制線TRG分別以 η個列掃描控制線ι〇1_〇至ι〇1_η之形式表達。 列掃描電路120根據時序控制電路} 5〇之一快門控制部分 及一項取控制部分之所作出之控制透過列掃描控制線驅動 一快門列及一讀取列中之像素。 列掃描電路120針對意欲自其讀出

RD及 SHR。 出一信號之一讀取列及 之電荷放 選擇信號 讀取電路130根據來自一

154134.doc 感測器控制器（未展示）之一控 一信號VSL且根 ‘抱來輸出一讀取信號至傳輸 電路160輸出該讀取信號至外 离於藉由列掃描電路120之驅動選 U〇A透過輪出信號線LSGN輸出之 且舉例而言將在完成該預定信號 -13- 201145998 處理之後所獲得之像素信號暫時保持於其中。 舉例而。’包含用於取樣與保持透過輸出信號線 輸出之一信號之-取樣與保持電路之一電路之一組態可應 用於讀取電路130。 或者’包含該取樣與保持f路且具有藉由執行相關雙重 取樣（CDS)處理來移除一像素特有之一固定型様雜訊（例如 一重設雜訊或放大電晶體之臨限值之—離差（dispersi〇n)) 力月b的電路之一組態亦可應用於讀取電路13 〇。 另外，其中被賦予一類比轉數位（AD)轉換功能（藉此將 仏號位準轉換成一數位信號）之一組態亦可應用於讀取 電路130。 在圖2中所示之CMOS影像感測器100中，讀取電路〗3〇係 以其中每一行安置一類比轉數位轉換器（ADC)131之一行 ADC部分之形式組態。 藉助該行ADC部分，按行實行該AD轉換，且根據行掃 描電路140進行之掃描將在完成該AD轉換之後所獲得之資 料以一璜取信號之形式輸出至傳輸線LTRF，且藉由輪出 w面電路160將所得讀取信號輸出至外部。 時序控制電路150產生像素陣列部分丨1〇、列掃描電路 U0、行掃描電路140等中之處理所必須之時序信號。 在圖2中所示之CMOS影像感測器100中，按行控制像素 陣列部分1 ίο。出於此原因，舉例而言，由像素電路丨i〇a_ 00至110A-0m組成之（m+i)個像素係透過列掃描控制線ι〇ι_ 〇同時且並行地控制，藉此透過連接至像素陣列部分丨中 154134.doc 201145998 之像素電路110A-00至U〇A_〇m之輪 像辛# 翰出k旎線LSGN將該等 豕京彳5唬輸入至行ADC部分。 藉助該行獄部分，實行該AD轉換，且❹ 路140將藉由該AD轉換所猂得之資#值^ 种俠所獲得之貢科傳輸至輸出介面電路 υ。輸出介面電路160將傳輸至i 哥彻主再之資枓格式化成具有允 由-後續級中之信號處理電路接收之—格式之資 料’且輪出所得資料。 本揭不内容可應用於此—影像感測器。另外，上文所述 僅實例’且此外，除上文所述之該 組態外，本揭示内容亦可應用於任何其他適合組態。 下文中，將關於該第一實施例中時序控制電路丨5〇中之 ‘在；式（例’全解析度讀取模式或消除模式）之改變之 P白段中產生非必要圖框時重新開始一快門操作之一功能進 行一具體闡述》 注意，在以下說明中，「快門遲滯」表示自發佈模式改 變命令MCC至完成該模式改變之後一有效圖框之開始之範 圍的一時間週期。 另外，「非必要圖框」表示具有曝光時間週期係不恆定 且s亥影像感測器輸出關於其之資料之一影像之—圖框。 在圖2中所示之CMOS影像感測器100中，基本上，時序 控制電路150具有產生同步信號之一功能及藉助作為一參 考之該同步信號重設電子快門位址之一功能。 當存取其中像素安置成η個列之該固態影像拾取元件中 之所有像素時’自第一列至第η列重複存取電子快門位 154134.doc •15- 201145998 址。已知一種相依於驅動方法部分地跳過電子快門位址、 4除電子快門位址或僅存取一部分電子快門位址之方法。 此說明書中所陳述之重設電子快門位址表示當在上文所 述正常狀態中之驅動之情形下藉由一期望觸發器存取該等 電子快門位址之第一列或僅一部分時，將一位址強制性地 改k為一任意開始位址。其中存取正常驅動之階段甲該等 電子快門位址之第η列或該等電子快門位址之僅一部分之 情況及藉由-特殊存取之自最後電子快門位址至開始位址 之改變皆不包含在重設該等電子快門位址中。 作為一第一組態，時序控制電路150具有一如下功能： 藉助所產生作為一參考之同步信號來實行電子快門操作及 讀取操作以在纟甲發生-曝光時間週期《改變之模式改變 之階段中重設電子快門位址，藉此防止產生用於非必要輸 出資料之時間週期。 時序控制電路15G具有-如下功能：判定在驅動方法之 設定改變之-階財是否發生該曝光時間週期之一改變。 因此，時序控制電路150根據該判定結果在其中發生曝光 時間週期之一改變之模式改變之階”重設電子快門位 址，藉此防止產生用於非必要輸出資料之時間週期。 作為一第二組態，時序控制電路15G具有_如下功能： 藉助所產生作為-參考之同時信號來實行電子快門操作 ^ 讀取操作，及將_經縮㈣㈣插至其中發生該曝光時間 週期之一改變之模式改變之階段中，藉此縮短用於非必要 輸出資料之時間週期。 154134.doc •16· 201145998 亦在此情況下’時序控制電路150具有如下功能：判定 在驅動方法之設定改變之階段中是否發生該曝光時間週期 之-改變’ i亦具有如下㈣：根據該判定結果將經縮短 圖框内插至其中發生該曝光時間週期之一改變之模式改變 之階段中，藉此縮短用於非必要輸出資料之時間週期。 另外，作為一第三組態，時序控制電路15〇具有如下功 能：藉助所產生作為參考之同步信號來實行電子快門操作 及讀取操作，及在其中發生該曝光時間週期之一改變之模 式改變之階段中内插經縮短圖框，藉此縮短用於非必要輸 出資料之時間週期。此外，時序控制電路15〇具有一如下 功能：禁止將關於如此内插之經縮短圖框之資料作為輸出 資料輸出至外部。 亦在此情況下，時序控制電路15〇具有如下功能··判定 在驅動方法之設定改變之階段中是否發生該曝光時間週期 之一改變，且亦具有如下功能：根據該判定結果在其中發 生該曝光時間週期之一改變之模式改變之階段中内插經縮 紐圖框，藉此縮短用於非必要輸出資料之時間週期。此 外，時序控制電路150具有如下功能：禁止將關於如此内 插之、、：縮短圖框之資料作為輸出資料輸出至外部。 接下來，將關於影像感測器中之模式改變進行聞述。 圖4係闡釋影像感測器中之模式改變之一實例之一流程 圖0 此外，圖4显-+ 展不在一般照像機系統中在捕獲一靜止鲁傻 之一階段中$措斗· & ^ % 又中之模式改變之-流程圖。 154134.doc 17 201145998 圖4之實例以步驟STgST7之形式展示用於自一消除操 作中之-㈣模式至-全解析度操作巾之靜止景彡像捕獲之 改變之處理。 基本上，諸多照像機系統係用於在捕獲一靜止影像之前 在一監視器上顯示一狀態（預覽）之系統。 在該預覽中，針對藉以捕獲該靜止影像之所有像素實行 其中因實行該消除等而縮小—影像之一操作。 出於此原因’造成以下問題：當捕獲該靜止影像時產生 模式改變且花費給定時間（快門遲滯時間）來保持在該照像 機之電子快Η操作開始之階段與捕獲該靜止影像之階段之 間的一時間週期中變成非必要之圖框。

在圖4中所示之流程圖中，在步驟ST3中之「IS STILL 二織CAPTURED?(捕獲靜止影像？）」之分支中實行_ 肯定判之-時序變成電子快門操作之開始之階段。 之後，在該影像感測器中，將模式改變成全解析度操作 (ST4)以捕獲靜止影像且然後捕獲該靜止影像（灯5)。 諸多當前照像機系統採用上文所述之方法且因此涉及其 中必然產生該模式改變之一機制。 時序控制電路之第一組態 接下來，將闡述時序產生電路15〇之具體組態。 圖5係展示該第一實施例中之時序產生電路15〇之一第 組態之一方塊圖。 150包含一外部介面電路 操作設定電路152、一同步 圖5中所示之時序產生電路 151、作為一所謂暫存器庫之一 I54134.doc 201145998 信號產生電路153、一讀取控制電路154、一快門控制部分 1 5 5及一模式改變判定部分丨5 6。 由於已知各種類型之同步信號產生方法’因此下文將展 示其一實例。 在時序控制電路1 50中，該影像感測器透過外部介面電 路1 5 1自一照像機系統之一主裝置接收一設定命令scMd。 在操作設定電路152中解碼如此接收之設定命令sCMD且 將所得設定遞送至功能部分中之每一者。 根據來自操作設定電路152之一信號S1521將同步信號產 生部分153設定在一捕獲狀態中以開始產生同步信號（產生 一垂直同步信號、一水平同步信號等）。 回應於來自操作設定電路152之一操作設定信號81522及 在同步信號產生部分153中產生之一同步信號Sl53 ,讀取 控制部分1 54及快門控制部分155驅動列掃描電路12〇。 在完成相依於設定改變内容之模式改變之後產生一累積 時間週期係不恆定之一圖框。 模式改變判定部分156根據來自操作設定電路152之一設 定資訊信號S1523偵測造成其中該累積時間週期係不恆^ 之一狀態之設定改變。 模式改變判定部分156藉由使用表示非必要圖框之產生 之一資訊信號S156告知同步信號產生部分153、讀取控制 部分154及快門控制部分155偵測結果。 回應於表示非必要圖框之產生之資訊信號su6，同步信 號產生部分153執行用於禁止（例如）輸出非必要圖框之_ 154134.doc -19· 201145998 短圖框處理，用於在完成該模式改變之後使用一垂直同步 信號間隔（圖框之消隱週期）作為曝光時間週期之處理。 回應於表示非必要圖框之產生之資訊信號S156，讀取控 制部分154執行用於禁止實行該讀取控制之處理。 工 回應於表示非必要圆框之產生之資訊信號S156，快門控 制部分！55中斷已經實行之快門控制，且在完成該模式: 變之後根據曝光時間週期之設定自該圖框之頭部再次開始 該快門控制。 ° 執打上文所述之處理使得防止產生非必要圖框成為可 能。 在此情況下，用於針對其不產生模式改變之無模式改變 之消隱時間週期係在完成模式改變之後直至圖框處理之消 隱時間週期的大約兩倍長。 上文所述之組態及處理對應於上文所述之第一組態。 圖6A及6B係闡釋當應用圖3中所示之時序控制電路時之 一效應之時序圖。 此外，圖6A及6B係表示藉由使用該第一實施例中之一 快門遲滞縮短功能（當在模式改變之階段中產生非必要圖 框時重新開始該快門操作之一功能）來縮短快門遲滯之内 容且因此展示當㈣上文所述之該第—組態時所獲得之效 應。 該預覽以圖框FRM(圖框）#〇至#2之次序繼續，且在圖框 FRM #2之中間發佈-模式改變命令MCC。在圖框讀㈡ 之下一個圖框中產生該模式改變。 154134.doc •20· 201145998 當快門遲滯縮短功能係無效時，如圖6A中所示，圖框 FRM #3之曝光時間週期在該圖框内係不均勻的。 出於此原因’圖框FRM #3變成非必要圖框，且因此各 自能夠用作靜止影像之圖框處於一圖框FRM #4中及其之 後。 另一方面’當快門遲滯縮短功能係有效時，如圖6b中所 不，不產生圖框FRM #3，此乃因執行了用於禁止產生非 必要圖框之處理。此外，在圖框#4中及其之後獲得 已獲得適當曝光時間週期所針對之靜止影像。 如上文所述，相依於快門遲滞縮短功能之存在或缺少， 該時間週期可縮短達等於大約全解析度之一個圖框。 圖7A及7B係闡釋當應用圖3中所示之時序控制電路時之 一效應之時序圖。 此外，圖7A及7B係用於縮短非必要圖框之一技術之内 容且展示當採用上文所述之第二組態時之一效應。 在不可將圖6A及6B中所示之用於禁止產生非必要圖框 之技術應用於其之系統之情況下，使用用於縮短非必要圖 框之技術使得獲得與圖5中所示技術中之效應相同之效應 成為可能。 當快門遲滞縮短功能係有效時’執行用於縮短非必要圖 框之處理來代替執行用於禁止產生非必要圖框之處理。 圖7A及7B中所示之技術與圖5中所示之技術之比較得 出：儘管縮短非必要圖框所必須之—時間週期增加，但當 時間週期之—增加為小_，可獲得與圖5中所示技術中之 154134.doc -21 - 201145998 效應相同之效應。 時序控制電路之第二組態 圖8係展示該第一實施例中之一時序控制電路1 50A之一 第一組態之一方塊圖。 此外’圖8展示除圖5中所示之組態及功能外還添加根據 關於與圖7六及7B中所示之技術相關聯之經縮短圖框之哪 些=貝料未輸出至一後續級中之一信號處理電路之控制的一 組態且對應於上文所述之第三組態。 與和圖7A及7B中所示之技術相關聯之技術一樣，為縮 短非必要圏框，產生經縮短非必要資料。 不可在後續級十之信號處理電路丨8〇中適當地接收經縮 短非必要資料係可能的。原因係由於當根據後續級中之信 號處理電路18〇設定影像資料之—大小時輸出其大小不 同於所規定大小之資料。 出於此原因，在表不非必要圖框之產生之資訊信號 之時間週期中，在-遮罩處理部分17〇中執行用於禁止 資料在後續級k信號處理電路1叫作為影像資料被接 收之處理。 步碼與消隱之階段_之同 例示包含移除同步碼且使該同 步碼相同之處理。 必要資料之處 圖9係展示圖8中所 理之内容之一時序圖 示之技術中用於遮罩非 資訊信號（無效圖框週期信 之圖框中變成有效（在出時 表示非必要圓框之產生之— 號）S 1 5 6在其中產生非必要資料 154134.doc •22- 201145998 間週期中），且因此不產生意欲被輸出至後續級中之信號 處理電路1 80之影像資料（〗SP接收資料）。 執行此處理使得防止在後續級中之信號處理電路“Ο中 因影像資料之大小之不匹配而產生一接收錯誤成為可能。 根據本揭示内容之上文所述第一實施例，可獲得以下效 應· (1)在具有產生同步信號之功能之影像感測器中，在模 式改變之階段十之快門遲滯時間可縮短達等於大約一個圖 框； (2)可縮短在該模式改變之階段中之無效圖框；及 影像感測器中不需要針 變，因此易於實行對現 (3)由於在具有上文所述效應之 對後續級中之信號處理電路實行改 有系統之置換。 注意，除自預覽模式至全解析度靜止影像模式之改變 外，該模式改變中含有各種類型之形式，例如自一預覽模 式至-操作模式之-改變、自—第—移動影像模式至一第 二移動影像模製之-改變及在一移動影像模式與_靜止影 像核式之間的一改變。 下。 之效應之背景之關於 縮短快門遲滯之效應之背景闡述如 圖1 〇係展示用於闡釋縮短快門遲滯 時間之參數的一時序圖。 在此情況下， 圖框之資料所必須之一時間週期 在以以下方式定義關於該時間 可縮短輸出關於等於大約全解析度 之一個 之參數之該第一組態 該 154l34.doc -23- 201145998 第二組態及該第三組態之情況下，可如下文將闡述獲得縮 短快門遲滯之效應： (1) 「tFS」定義為在預覽階段中發佈模式改變命令mcc 之後輸出影像資料直至最後一個圖框所必須之一時間週 期； (2) tFI」疋義為輸出非必要圖框之像素資料所必須之 一時間週期； (3) 「tFF」定義為在全解析度捕獲之階段中輸出一個圖 框像素資料所必須之一時間週期； (4) 「tVB」定義為一消隱時間週期；及 (5) 「tET」定義為一曝光時間週期。 在該第一組態之情況下，該快門遲滯時間闡述如下。 在現有系統之情況下，快門遲滯時間取[tFS+tVB+tFF+ tVBH乍為一最大值且取[tFF+tVB]作為一最小值。 另方面，在該第一實施例中之系統中，該快門遲滯時 間取[tFS+tVB+tET]作為一最大值且取[tET]作為一最小 值。 縮紐快門遲滯時間之一效應（差異）變成⑽+⑽—聊]。 因此，當曝光時間週期tET係最小時，快門遲滯時間縮短 近似全解析度之一個圖框之一時間週期。 在该第二及第三組態之情況下，快門遲滞時間閣述如 下。 在現有系統之情況下，快門遲滞時間取[tFS+tVB+tFF+ tVB]作為一最大值且取[tFF+tVB]作為一最小值。 I54134.doc • 24· 201145998 另一方面，在該第一實施例中之系統之情況下，快門遲 滯時間取[tFS+tVB+tFI+tVB+tET]作為一最大值，且取 [tFI+tVB+tET]作為一最小值。 縮短快門遲滯時間之一效應（差異）變成[tFF一 : (tFI+tET)]。因此，當輸出關於非必要圖框之像素資料所 ： 必須之時間週期tFI及曝光時間週期tET各自為最小時，快 門遲滯時間縮短近似全解析度之一個圖框之一時間週期。 具有上文所述之效應之固態影像拾取元件可作為一數位 照像機或一視訊攝影機之一影像拾取裝置而應用。 2_第二實施例 圖11係展示應用根據本揭示内容之該第一實施例之固態 影像拾取元件的根據本揭示内容之一第二實施例之一照像 機系統之一組態之一方塊圖。 如圖11中所示’照像機系統200包含可應用根據該第一 實施例之CMOS影像感測器（固態影像拾取元件）100之一影 像拾取裝置21 〇。 另外’照像機系統200包含用於將一入射光引導至影像 拾取裝置210之一像素區域之一光學系統（用於形成一被攝 ' 體之一影像）。此一光學系統之一實例係用於在一影像捕 : 獲表面上形成對應於該入射光（影像光）之一影像之一透鏡 220 ° 此外，照像機系統200包含一驅動電路（DRV)230及一信 號處理電路（PRC)240。在此情況下，驅動電路230驅動影 像拾取裝置21〇 ^此外，信號處理電路240處理來自影像拾 154134.doc •25· 201145998 取裝置210之一輸出信號。 驅動電路230包含用於根據所驅動的影像拾取裝置21〇内 之電路產生各種類型之時序信號（包含一開始脈衝及一時 脈脈衝）之一時序產生器（未展示卜因此，驅動電路23〇藉 由一預定時序信號驅動影像拾取裝置21〇。 另外，信號處理電路240針對來自影像拾取裝置21〇之輸 出信號執行預定信號處理。 將藉由信號處理電路2 4 〇中之預定處理所獲得之一影像 信號記錄於例如一記憶體之一記錄媒體_。藉由使用一列 印機等硬拷貝記錄於該記錄媒體中之影像資訊。另外，在 由-液晶顯示裝置等組成之一監視器上以一移動影像形式 顯示藉由信號處理電路2 4 〇中之處理所獲得之影像信號。 如上文所述，將例如一數位照像機之一影像拾取設備裝 備有上文所述之CMOS影像感測11(0態影像拾取元件）ι〇〇 作為影像拾取裝置210，藉此使得實現消耗一較少電力之 一高效能照像機成為可能。 本揭示内容含有與於2010年6月8日在日本專利局提出申 請之日本優先專财請案iP 2_屬45中所揭示之標的 物相關之標的物’’亥日本優先專利申請案之整體内容以引 用方式併入本文中。 做 中 熟習此項技術者應理解，可端視設計要求及其他因素而 ，各種修改、組合、子組合及變更’只要其歸屬於隨附 。月專利範圍或其等效範圍之範缚内即可。 【圖式簡單說明】 154134.doc • 26 · 201145998 圖1係展示-影像感測器中之—般模式改變之一階段中 之一情形的一時序圖； 圖2係展示根據本揭示内容之—第一實施例之一 c m 〇 s影 像感測器（固態影像拾取元件）之—組態之一方塊圖； 圖3係展示根據本揭示内容之該第一實施例之c μ 〇 s影像 感測器中之一像素電路之一電路圖· 圖4係闡釋根據本揭示内容之該第一實施例之⑽⑽影像 感測β中之模式改變之一流程圖； 圖5係展不根據本揭示内容之該第一實施例之cm〇s影像 感測器中之-時序控制電路之一第一組態之一方塊圖； 圖6A及6B係分別闡述當應用圖3中所示之時序控制電路 時所獲得之一效應之時序圖； 圖7A及7B係分別闡釋當應用圖3中所示之時序控制電路 時所獲得之一效應之時序圖； 圖8係展示根據本揭示内容之該第一實施例之cm〇s影像 感測器中之時序控制電路之一第二組態之一方塊圖； 圖9係展示圖8中用於遮罩非必要資料之處理之内容之一 時序圖； 一時序圖，其展示縮短一 圖10係展不關於時間之參數之 快門遲滯之一效應之一背景；及 第一實施例之固態影像 二實施例之一照像機系 圖11係應用根據本揭示内容之該 拾取元件的根據本揭示内容之―第 統之一組態之一方塊圖。 【主要元件符號說明】 154134.doc -27· 201145998 100 互補金屬氧化物半導體影像感測器 101-n 列掃描控制線 101-1 列掃描控制線 101-0 列掃描控制線 110A-01 像素電路 110A-00 像素電路 1 1 OA-Om 像素電路 1 lOA-nO 像素電路 1 lOA-nl 像素電路 11 OA-nm 像素電路 110 像素陣列部分 120 列掃描電路 130 讀取電路 131 類比轉數位轉換器 140 行掃描電路 150 時序控制電路 150A 時序控制電路 151 外部介面電路 152 操作設定電路 153 同步信號產生電路 154 讀取控制電路 155 快門控制部分 156 模式改變判定部分 160 輸出介面電路 154134.doc •28· 201145998 170 遮罩處理部分 180 信號處理電路 200 照像機系統 210 影像拾取裝置 220 透鏡 230(DRV) 驅動電路 240(PRC) 信號處理電路 AMP-Tr 放大電晶體 FD 浮動擴散部 LSGN 輸出信號線 LTRF 傳輸線 PD 光電二極體 RD 列選擇信號 RST 控制線 RST-Tr 重設電晶體 SEL 控制線 SEL-Tr 選擇電晶體 SHR 列選擇信號 TRG 控制線 TRG-Tr 傳輸電晶體 VDD 電源線 VRst 電源線 】54134.doc •29-

Claims (1)

1. 201145998 七、申請專利範園·· 1·-種固態影像拾取元件，其包括·· 矩^象素部分，在該像素部分中複數個像素係安置成一 將一氺〜複數個像素各自包含用於根據-曝光時間週期 二光學信號轉換成一電信號且將該所得電信號累積於 丹甲之一光電轉換元件；及 -像素驅動部分，其經調適以按列控制該等像素之操 =以便實行該像素部分之一電子快門操作及一讀取操 —其中該像素驅動部分具有縮短用於非必要輸出資料之 :間週期之一功能，在該時間週期内在其中發生該曝 光時間週期之一改變之桓★ 變之杈式改k之一階段申藉助經產生 二參考之-同步仏號輸出關於該曝光時間週期係不 恆定所針對之一影像之資料。 2.:請：们之固態影像拾取元件’其中該像素驅動部分 具有-如下功能：當以該模式改變作為—觸發器來存取 電子快門位址之H或僅—部分時，實行重設該等 電子快門位址，以將該等電子快門位址強制性地改變為 任意開始位址。 … 3·如請求項2之固態影像拾取元件，其中該像素驅動部分 八有如下功能，藉助作為該參考之該同步信號來實行 該電子快Η操作及該讀取操作，及在其中發生該曝光時 間週期之該改變之該模式改變之一階段中重設該等電子 決門位址，藉此禁止產生用於該非必要輸出資料之該時 154134.doc 201145998 間週期。 4. 如請求項2之固態影像拾取元件，其中該像素驅動部分 具有⑹下功能：藉助作為該參考之該同步信號來實行 ::子快門操作及該讀取操作，及判定在一驅動方法之 ^疋改复之一階段中是否發生該曝光時間週期之該改 變；且具有—如下1力能：在其巾發生該曝光相週期之 該改變之該模式改變之-階段中重設該等電子快門位 址’藉此禁止產生用於該非必要輸出資料之該時間週 期0 5. 如請求们之固態影像拾取元件，其中該像素驅動部分 具有-如下功能：藉助作為該參考之該同步信號來實行 該電子快Η操似該讀取操作，及在其中發生該曝光時 間週期之該改變之該模式改變之該階段中内插一經縮短 圖框’精此縮短用於該非必要輸出資料之該時間週期。 6. 如請求項5之固態影像拾取元件，其中該像素驅動部分 具有—如下功能：藉助料該參考之該同步信號來實行 該電子快門操作及該讀取操作，及判定在1動方法之 Γ改變之一階段中是否發生該曝光時間週期之該改 •支，且具有-如下魏：在其中發生料光時間週期之 該改變之該模式改變之該階段中内插一經縮短圖框，藉 此縮短用於該非必要輸出資料之該時間週期。 7. 如請求項5之固態影像拾取元件，其㈣像素驅動部分 具有一如下功能：藉助作為該參考之該同步信號來實行 該電子快Η操作及該讀取操作，及在其巾發生該曝光時 154134.doc 201145998 間週期之該改變之該模式改變之該階段中内插—經縮短 圖杧藉此縮短用;^該非必要輸出資料之該s夺間週期； 八有如下功能：禁止將如此内插之該經縮短圖框作 為輸出資料輸出至一外部。 8. ^求項5之©態影像拾取元件’其中該像素驅動部分 具有如下功㊣：藉助作為該參考之該同步信號來實行 ::子快門操作及該讀取操作，及判定在一驅動方法之 =疋改變之—階段中是否發生該曝光時間週期之該改 變：具有一如下功能：在其中發生該曝光時間週期：該 改變之該模式改變之該階段中内插—經縮短圖框，藉^ 縮短用於該非必要輸出資料之該時間週期；且具有二如 下功能：禁止將如此内插之該經縮短圖框作為輸出資料 輸出至一外部。 9· 一種驅動一固態影像拾取元件之方法，其包括： 按列控制各自包含用於根據_曝光時間週期將一光 子號轉換成一電信號且將該所得電信號累積於其中之 -光電轉換it件之複數個像素之操作以便實行其中 數個像素係安置成-矩陣之_像素部分之1子快収 作及一讀取操作時，縮短用於非必要輸出資料之一H 週期，在該時間週期内在其中發生該曝光時間週期之二 改變之模式改變之-p皆段中藉助經產生作為—參考之一 同步信號輸出關於該曝光時間週期係不值定所針一 影像之資料。 丨之一 10.如請求項9之驅動一固態影像拾取元件之方法， A 其中當 154134.doc 201145998 以該模式改變作為-觸發器來存取電子快門位址之一第 一列或僅-部分時實行重設該等電子快門位址，以將該 等電子快Η位址強制性地改變為—任意開始位址。 η.如請求項10之驅動一固態影像拾取元件之方法，其令藉 助作為該參考之該同步信號來實行該電子快門操作及該 4取操作，在其中發生該曝光時間週期之該改變之該 模式改變之一階段中重設該等電子快門位址，藉此禁止 產生用於該非必要輸出資料之該時間週期。 12.如請求項ίο之驅動一固態影像拾取元件之方法，其中藉 助作為該參考之該同步信號來實行該電子快門操作及該 讀取操作’判^在_驅動方法之設定改變之—階段甲是 否發生該曝光時間週期之該改變，且在其中發生該曝光 時間週期之該？文變之該模式^文變之一階段中重設該等電 子快門位址’藉此禁止產生用於該非必要輸出資料之該 時間週期。 13·如請求項9之驅動一固態影像拾取元件之方法，其中藉 助作為該參考之該同步信號來實行該電子快門操作及該 璜取操作，且在其中發生該曝光時間週期之該改變之該 模式改變之該階段中内插一經縮短圖框，藉此縮短用於 該非必要輸出資料之該時間週期。 14.如請求項13之驅動一固態影像拾取元件之方法，其中藉 助作為該參考之該同步信號來實行該電子快門操作及該 5賣取操作，判定在一驅動方法之設定改變之一階段中是 否發生該曝光時間週期之該改變，且在其中發生該曝光 154134.doc 201145998 時間週期之該改變之該模式改變之該階段中内插一經縮 紐圖框，藉此縮短用於該非必要輸出資料之該時間週 期》 15. 如請求項13之驅動一固態影像拾取元件之方法，其中藉 助作為該參考之該同步信號來實行該電子快門操作及該 凟取操作，在其中發生該曝光時間週期之該改變之該模 式改變之該階段中内插一經縮短圖框，藉此縮短用於該 非必要輪出資料之該時間週期，且禁止將如此内插之該 經縮短圖框作為輸出資料輸出至一外部。 16. 如請求項13之驅動一固態影像拾取元件之方法，其中藉 助作為s玄參考之該同步信號來實行$電子快門操作及該 凟取操作，判定在一驅動方法之設定改變之一階段中是 否發生該曝光時間週期之該改變，在其中發生該曝光時 間週期之該改變之該模式改變之該階段中.内插一經縮短 圖框，藉此縮短用於該非必要輸出資料之該時間週期， 且禁止將如此内插之該經縮短圖框作為輸出資料輸出至 一外部。 1 7. —種照像機系統，其包括： 一固態影像拾取元件； 一光學系統，其用於在該固態影像拾取元件上形成一 被攝體之一影像；及 一信號處理電路，其用於處理來自該固態影像拾取元 件之一輸出影像信號， 其中該固態影像拾取元件包含 154134.doc 201145998 素部分，在該像素部分中複數個像素係安置成 週期將二亥複數個像素各自包含用於根據-曝光時間 —光學信號轉換成一電作號 累積 、攻以。號幻“亥所得電信號 、其中之一光電轉換元件，及 操作：驅動部分’其經調適以按列控制該等像素之 操貫行該像素部分之一電子快門操作及一讀取 時=動::具有縮短用於非必要輸出資料之- 光時間週期在Γ時間週期内在其中發生該曝 生作為 < q式改變之-階段中藉助經產 係不值定所步信號輸出關於該曝光時間週期 疋所針對之一影像之資料。 8·如請求項17之照像機 如下功許.A… 具中。亥像素驅動部分具有一 匕.田以S玄模式改變作為 門位土止之货 乍為觸發盗來存取電子快 位广 列或僅-部分時實行重設該等電子快門 始位址，子=位址強制性地改變為-任意開. 信號來實行該電子伊門…料林考之该同步 B 3丄 夹門操作及該讀取操作，及在其令發 …、先時間週期之該改變之該模式改變之一階段中重 設該等電子快門位址，乒此杯"隻之W中重 19. 資料之該時間週期。…止產生用於該非必要輸出 如請求項17之照像機系統， 如下功能：藉助作為該參考之：:：，：分具有-快門操作及該讀取操作；絡乜號來貫灯该電子 在令發生該曝光時間週期 I54134.doc 201145998 20. 亡錢變之該模式改變之該階段中内插-經縮短圖框 錯此縮紐用於該非必要輸出資料之該時間週期。 一種照像機系統，其包括： 一固態影像拾取元件； 光學系統，其用於在-該固態影像拾取元件上形成 被攝體之一影像；及 y 一饴琥處理電路，其用於處 件之一輸出影像信號， 其中該固態影像拾取元件包含 像素部分’在該像素部分中複數個像素係安置成 H該複數個像素各自包含詩根據—曝光時間 週期將-光學信號轉換成一電信號且將該所得電信號 累積於其中之一光電轉換元件， 。-像素驅動部分，其經調適以按列控制該等像素之 知作以便實行該像素部分之一電子快門操作及一讀取 :素驅動部分，其針對一同步信號之—消隱時$ 二取子快門控制，藉助該同步信號同步地實名 :Π:Γ且藉助作為—參考之該同步信號，《 "土生曝光時間週期之一改變之該模式改變之 二階段中在該模式改變之後的—曝光時間週期之敦 定’再次針對在該模式改變之後的該同步信號之該= 隱時間週期開始該電子快門控制，且 X 在該模式改變之後的該同步信號之該消 比無模式改變之—階段中之消隱時間週期長。 154134.doc