TWI479885B - Image sensor and image system - Google Patents

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TWI479885B TW097114521A TW97114521A TWI479885B TW I479885 B TWI479885 B TW I479885B TW 097114521 A TW097114521 A TW 097114521A TW 97114521 A TW97114521 A TW 97114521A TW I479885 B TWI479885 B TW I479885B
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Description

影像感測器及影像系統
本發明係關於影像感測器。詳言之，係關於具有電子快門功能、自動聚焦功能及閃光燈功能之影像感測器。
圖3(a)係說明以往之影像感測器用之模式圖，在此所示之影像感測器101係包含匯聚入射光之透鏡110、使透鏡110所匯聚之光通過特定時間之機械快門111、拍攝經由透鏡110及機械快門111入射之被照體之圖像之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor；互補型金屬氧化物半導體)型固體攝像元件112、與控制透鏡110、機械快門111及CMOS型固體攝像元件112之控制部113。又，由被照體發出之光係經由透鏡110及機械快門111而入射於CMOS型固體攝像元件112。
在此，CMOS型固體攝像元件112如圖4所示，係包含將多數畫素排列成矩陣狀之畫素部52、依序選擇此畫素部52之各列(以下稱為線)用之垂直掃描電路54、依序選擇畫素部52之各行(以下稱為行)用之水平掃描電路60、及輸出信號用之輸出電路61(例如參照專利文獻1)。
又，垂直掃描電路54與水平掃描電路60例如係由移位暫存器所構成，並構成可在各線及各行1個1個地依序產生垂直掃描脈衝及水平掃描脈衝。
又，在讀出蓄積於各畫素之圖像信號之際，由垂直掃描電路54將脈衝信號施加至一個垂直選擇線53，使1線份之 各畫素電晶體51全部通電，由各感光部50將圖像信號讀出至各垂直信號線55。讀出至各垂直信號線55之圖像信號係被供應至除去各畫素之補償信號之相關雙重取樣電路(CDS)56等之電路。
水平掃描電路60係經由水平選擇線59將脈衝信號施加至連接於各垂直信號線55之電晶體57，使電晶體57呈現通電狀態。被CDS56除去補償信號之圖像信號被讀出至水平信號線58，並被輸出電路61變換成電壓信號而輸出至外部。
而，在近年來之多數影像感測器中，通常都搭載有對被照體自動對正焦距之自動聚焦功能。一般，自動聚焦功能係依據攝像圖像信號之高頻成分檢測攝像圖像之對比，對比高時判定焦點已對正而加以實現。例如，其情形就是產生將存在於特定之設定區域內之攝像圖像信號之高頻成分積分之稱為聚焦評估值之資料，以此聚焦評估值呈現最大之方式移動聚焦透鏡。
而，為實現此種自動聚焦，有必要適宜地移動透鏡111，透鏡係藉控制部113施行移動控制。
又，在影像感測器拍攝低照度之被照體之情形，為了將光照射於被照體以補足光量，需使用閃光燈，此閃光燈之發光時間係由控制部113進行控制。
另外，在影像感測器中，控制CMOS型固體攝像元件之信號電荷之蓄積時間，以控制曝光時間，藉此拍攝快動作之被照體之情形，為了取得無振動之攝像結果，也搭載有電子快門功能，此電子快門功能也係由控制部113進行控 制。
又，在多數影像感測器中，通常都使用著機械快門111。此係由於使用機械快門時，可完全阻斷光對影像感測器之入射，以抑制無意之入射光引起之雜訊之發生之故。
而，此機械快門111係藉控制部113進行開閉動作之控制。
在此，在控制部113施行透鏡之移動控制、閃光燈之發光定時(timing)之控制、電子快門功能之控制、機械快門之開閉動作控制等各種控制之際，會依據各控制信號(具體上，為透鏡移動控制信號、發光定時之控制信號、電子快門功能之控制信號、機械快門之開閉動作控制信號)進行其控制，但各控制信號係依據來自CMOS型固體攝像元件之圖像信號，藉數位信號處理器(DSP：Digital Signal Processor)產生基準定時，並依據所產生之基準定時而產生各控制信號。
即，如圖3(b)所示，來自CMOS型固體攝像元件112之圖像信號被供應至DSP114，藉DSP產生基準定時，並產生依據基準定時之控制信號，將控制信號輸出至各控制機構115(具體上，為控制透鏡之移動之VCM驅動電路、控制閃光燈功能之閃光燈機構、控制機械快門之開閉動作之機械快門機構等)。
又，在專利文獻2中，如圖5所示，將來自CMOS型固體攝像元件112之圖像信號供應至DSP114，藉DSP產生基準 定時，並產生依據基準定時之控制信號後，將控制信號輸出至攝像驅動部115a、光圈驅動部115b、透鏡驅動部115c。
[專利文獻1]日本特開平10－126697號公報[專利文獻2]日本特開2006－279652號公報
但，在上述之影像感測器中，DSP依據由固體攝像元件輸出之圖像信號產生基準定時，故在基準定時容易發生時脈雜訊。即，由固體攝像元件將圖像信號輸出至DSP之際，圖像信號中有含有雜訊之虞，DSP會依據含有此種雜訊之可能性較高之圖像信號產生基準定時，故產生之基準定時中含有雜訊之可能性較高，結果，控制信號中含有雜訊之可能性增高。
又，在設計上，影像感測器晶片與DSP等半導體元件採用個別地施行設計及製造之情形頗多，攝像機功能一般以攝像(在影像感測器之曝光)之功能為優先，而調諧地施行其他之閃光燈及AF，AE等之光學系統之定時控制，但如上所述，若個別地對影像感測器晶片與DSP施行設計、製造時，難以取得調諧之情形頗多，故不能取得調諧而定時偏移時，就有可能發生畫質劣化。
本發明係鑑於以上之點而發明者，其目的在於提供一種可謀求控制信號之雜訊減低與定時偏移之減低之影像感測器。
為達成上述目的，本發明之影像感測器係包含：固體攝像元件，其係具有以對應於快門速度之定時輸出蓄積之信號電荷之電子快門功能；光學系統，其係在該固體攝像元件之攝像區域上匯聚入射光；及閃光燈，其係將光照射於由前述固體攝像元件所拍攝之被照體，其中前述固體攝像元件包含：脈衝產生電路，其係產生利用前述電子快門功能控制信號電荷之蓄積時間用之電子快門脈衝、控制前述光學系統之移動用之光學系統移動脈衝、或控制前述閃光燈之發光定時之閃光燈脈衝中至少1種脈衝。
在此，由於固體攝像元件包含有脈衝產生電路，其係產生利用電子快門功能控制信號電荷之蓄積時間用之電子快門脈衝、控制光學系統之移動用之光學系統移動脈衝、或控制閃光燈之發光定時之閃光燈脈衝中至少1種脈衝，故可抑制由脈衝產生電路所產生之脈衝(具體上為控制信號之基準定時)之雜訊。
即，由固體攝像元件將圖像信號輸出至外部電路(例如DSP)而在外部電路產生基準定時之情形，由於在圖像信號到達由固體攝像元件產生基準定時之外部電路以前之間，圖像信號中已含有雜訊，故令人擔心所產生之基準定時中含有雜訊，針對此，不由固體攝像元件將圖像信號輸出至外部電路，而在固體攝像元件內部產生基準定時，藉此可抑制基準定時之雜訊。
又，由於「利用電子快門功能控制信號電荷之蓄積時間 用之電子快門脈衝、控制光學系統之移動用之光學系統移動脈衝、或控制閃光燈之發光定時之閃光燈脈衝中至少1種脈衝」，故也可利用固體攝像元件之脈衝產生電路產生電子快門脈衝、光學系統移動脈衝、或閃光燈脈衝中之任1種或2種脈衝之基準定時。但在利用固體攝像元件之脈衝產生電路產生所有脈衝之基準定時之情形，為了能夠抑制所有脈衝之基準定時之雜訊，最好利用固體攝像元件之脈衝產生電路產生電子快門脈衝、光學系統移動脈衝及閃光燈脈衝之所有脈衝之基準定時。
另外，在包含使由光學系統所匯聚之入射光僅通過特定時間之機械快門之影像感測器中，利用固體攝像元件之脈衝產生電路產生控制在機械快門之入射光之通過時間之機械快門脈衝之基準定時，藉此可抑制機械快門脈衝之基準定時之雜訊。
在本發明之影像感測器中，可謀求控制信號之基準定時之時脈雜訊減低，並可抑制基準定時之雜訊引起之畫質降低。
以下，一面參照圖式，一面說明有關本發明之實施型態，以供瞭解本發明。
圖1(a)係說明適用本發明之影像感測器用之模式圖，在此所示之影像感測器1與以往之影像感測器同樣地，係包含匯聚入射光之透鏡10、使透鏡10所匯聚之光通過特定時 間之機械快門11、拍攝經由透鏡10及機械快門11入射之被照體之圖像之CMOS型固體攝像元件12、與控制透鏡10、機械快門11及CMOS型固體攝像元件12之控制部13。又，由被照體發出之光係經由透鏡10及機械快門11而入射於CMOS型固體攝像元件12。
在此，CMOS型固體攝像元件12與上述以往之CMOS型固體攝像元件同樣地(參照圖4)，係包含將多數畫素排列成矩陣狀之畫素部52、依序選擇此畫素部52之各列用之垂直掃描電路54、依序選擇畫素部52之各行用之水平掃描電路60、及輸出信號用之輸出電路61。垂直掃描電路54與水平掃描電路60例如係由移位暫存器所構成，並構成可在各線及各行1個1個地依序產生垂直掃描脈衝及水平掃描脈衝。又，在讀出蓄積於各畫素之圖像信號之際，由垂直掃描電路54將脈衝信號施加至一個垂直選擇線53，使1線份之各畫素電晶體51全部通電，由各感光部50將圖像信號讀出至各垂直信號線55。讀出至各垂直信號線55之圖像信號係被供應至除去各畫素之補償信號之CDS56等之電路。水平掃描電路60係經由水平選擇線59將脈衝信號施加至連接於各垂直信號線55之電晶體57，使電晶體57呈現通電狀態。被CDS56除去補償信號之圖像信號被讀出至水平信號線58，並被輸出電路61變換成電壓信號而輸出至外部。
在此，適用本發明之影像感測器也與上述以往之影像感測器同樣地，搭載有自動聚焦功能，為實現自動聚焦功能，藉控制部13對透鏡11施行移動控制。
又，也搭載有閃光燈功能、機械快門功能、電子快門功能，也藉控制部13施行閃光燈功能之發光定時之控制、機械快門11之開閉動作控制、電子快門功能之控制。
而，在控制部13施行透鏡之移動控制、閃光燈之發光定時之控制、機械快門之開閉動作控制、電子快門功能之控制之各種控制之際，雖與上述之以往之影像感測器同樣地，依據各控制信號施行其控制，但在適用本發明之影像感測器中，係構成由CMOS型固體攝像元件內之脈衝產生電路產生各控制信號之基準定時，依據產生之基準定時及圖像信號而由DSP產生各控制信號。
即，如圖1(b)所示，由CMOS型固體攝像元件12將圖像信號及基準定時轉送至DSP14，由DSP產生依據圖像信號及基準定時之控制信號，將控制信號輸出至各控制機構15。
更具體而言，如圖2所示，由CMOS型固體攝像元件12內之脈衝產生電路20產生基準定時，將產生之基準定時及圖像信號供應至DSP14，由DSP依據基準定時及圖像信號產生控制信號後，將控制信號輸出至攝像驅動部15a、光圈驅動部15b、透鏡驅動部15c。
在適用本發明之影像感測器中，由於由CMOS型固體攝像元件內之脈衝產生電路產生基準定時，故基準定時不含雜訊，結果，也可依據基準定時及圖像信號減少DSP產生之控制信號之雜訊。又，基於同樣之理由，也容易取得其他閃光燈及光學系統之定時控制之調諧。而，作為可各抑 制控制信號之雜訊之結果，可謀求影像感測器之畫面品位之提高。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧透鏡
11‧‧‧機械快門
12‧‧‧CMOS型固體攝像元件
13‧‧‧控制部
14‧‧‧DSP
15‧‧‧控制機構
15a‧‧‧攝像驅動部
15b‧‧‧光圈驅動部
15c‧‧‧透鏡驅動部
20‧‧‧脈衝產生電路
圖1(a)、1(b)係說明適用本發明之影像感測器用之模式圖(1)。
圖2係說明適用本發明之影像感測器用之模式圖(2)。
圖3(a)、3(b)係說明以往之影像感測器用之模式圖(1)。
圖4係說明CMOS型固體攝像元件用之模式圖。
圖5係說明以往之影像感測器用之模式圖(2)。
10‧‧‧透鏡
12‧‧‧CMOS型固體攝像元件
14‧‧‧DSP
15‧‧‧控制機構

Claims (3)

  1. 一種影像感測器，其係包含：固體攝像元件，其係產生影像信號；光學系統，其係匯聚入射光並導引前述入射光至前述固體攝像元件之攝像區域上，前述攝像區域係經組態以對前述入射光反應而蓄積信號電荷並具有電子快門功能；機械快門，其係使由前述光學系統所匯聚之前述入射光僅通過特定時間；及閃光燈，其係將光照射於由前述固體攝像元件所拍攝之被照體；其中前述固體攝像元件包含：(i)基準定時脈衝產生電路，其係產生包含電子快門脈衝、機械快門脈衝、光學系統移動脈衝及閃光燈脈衝之全部基準定時脈衝；且(ii)前述固體攝像元件將前述基準定時脈衝及前述影像信號兩者輸出至在前述固體攝像元件外之外部電路；且前述外部電路係根據來自前述固體攝像元件之前述基準定時脈衝，而產生各控制信號，前述外部電路產生(i)根據前述電子快門脈衝以利用前述電子快門功能來控制信號電荷之蓄積時間之控制信號、(ii)根據前述機械快門脈衝以控制前述入射光通過前述機械快門的時間之控制信號、(iii)根據前述光學系統移動脈衝以控制前述光學系統之移動之控制信號、及(iv)根據前述閃光燈脈衝以 控制前述閃光燈之發光定時之控制信號。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中前述外部電路包含數位信號處理器(DSP)。
  3. 一種影像系統，其包含固體攝像元件，其係產生影像信號；光學系統，其係匯聚入射光並導引前述入射光至前述固體攝像元件之攝像區域上，前述攝像區域係組態以對前述入射光反應而蓄積信號電荷並具有電子快門功能；機械快門，其係使由前述光學系統所匯聚之前述入射光僅通過特定時間；閃光燈，其係將光照射於由前述固體攝像元件所拍攝之被照體；及處理器；其中前述固體攝像元件包含：(i)基準定時脈衝產生電路，其係產生包含電子快門脈衝、機械快門脈衝、光學系統移動脈衝及閃光燈脈衝之全部基準定時脈衝；且(ii)前述固體攝像元件輸出前述基準定時脈衝及前述影像信號兩者至前述處理器；且前述處理器根據來自前述固體攝像元件之前述基準定時脈衝，而產生各控制信號，前述外部電路產生(i)根據前述電子快門脈衝以利用前述電子快門功能來控制信號電荷之蓄積時間之控制信號、(ii)根據前述機械快門脈衝以控制前述入射光通過之前述機械快門的時間之控制信號、(iii)根據前述光學系統移動脈衝以控制前述光學 系統之移動之控制信號、及(iv)根據前述閃光燈脈衝以控制前述閃光燈之發光定時之控制信號。
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