(57)【要約】【課題】固体撮像装置から後段へ出力する信号の端子数を減らすとともに、種々の情報を受け渡すことができるようにすること。【解決手段】本発明は、画像信号を取り込む複数の画素１０がマトリクス状に配置されて成る画素部１１と、画素部１１で取り込んだ画像信号を読み出すためのタイミング信号および画像信号を外部に出力するためのタイミング信号を生成する通信・タイミング生成回路（ＴＧ）１２と、通信・タイミング生成回路（ＴＧ）１２で生成されたタイミング信号に基づき画像信号を出力する画像信号出力線（端子Ｔ１）と、画像信号出力線から出力される画像信号に関する少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で出力する区切り信号線（端子Ｔ３）とを備える固体撮像装置１である。【選択図】図１
2005167760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号を取り込む複数の画素がマトリクス状に配置されて成る画素部と、
前記画素部で取り込んだ画像信号を読み出すためのタイミング信号および前記画像信号を外部に出力するためのタイミング信号を生成するタイミング生成部と、
前記タイミング生成部で生成されたタイミング信号に基づき前記画像信号を出力する画像信号出力線と、
前記画像信号出力線から出力される画像信号に関する少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で出力する区切り信号線と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記区切り信号線から出力される信号の期間は、前記行方向および列方向の区切りを示す情報を含む第１の出力期間と、前記区切りを示す情報が後に出現することを識別するための第２の出力期間とを備えている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の出力期間は前記第１の出力期間より長い
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２の出力期間では、前記第１の出力期間で出現する信号のパターンとは異なる信号のパターンが出力される
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記区切り信号線から出力される信号は、前記画像信号の１行毎に１サイクルとなっている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記区切り信号線から出力される信号は、前記画像信号の１画素毎に１サイクルとなっている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
行方向および列方向に沿った画像信号を取り込む固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される画像信号を処理する画像処理装置とを備える撮像装置において、
前記固体撮像装置は、前記画像信号に関する行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で出力する区切り信号線を備えており、
前記画像処理装置は、前記区切り信号線から出力される情報から前記区切りを示す情報を抽出するためのテンプレートを備えている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
行方向および列方向に沿った画像信号を取り込み後段へ出力する固体撮像装置の駆動方法において、
前記画像信号の出力タイミングに合わせ、前記画像信号に関する少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を区切り信号線から時系列で出力する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素がマトリクス状に配列された画素部から行方向および列方向に沿って画像信号が順次出力される固体撮像装置およびこの固体撮像装置を用いた撮像装置ならびに固体撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、読出し速度の高速化が重要になっている。例えば、画素数約３０万のＶＧＡフォーマットでは、出力レート１２ＭＨｚにすることで人間の目に滑らかな動画に見える１秒当り３０枚の画像を出力できる。しかし３００万画素、３０００万画素の固体撮像装置から３０枚／秒の画像を出力するには１２０ＭＨｚ、１．２ＧＨｚの動作になる。
【０００３】
また、超多画素でない場合でも、自動車の衝突実験や、野球の打者のボールインパクトの瞬間など、時間解像度が要求される場合には、１秒当り１００枚〜１００００枚の画像を出力する必要が有り、高速出力が要求される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このために、従来は、出力端子を増やし、何百個という出力端子を用意して、画像信号を並列に出力している。しかしそれでは、出力端子の数が多いために、固体撮像装置の面積が大きくなる（コストがアップする）、次段のＩＣも入力端子が増えて大きくなる、実装が難しくなる、カメラの小型化が難しい、多くの出力信号の同期を取るのが難しい、同期の問題から高いクロックで出力するのが難しい、という問題が生じる。
【０００５】
図５は従来例を説明するブロック図である。固体撮像装置１の後段にはＤＳＰ（Digital Signal Processor）２が設けられており、固体撮像装置１の出力をＤＳＰ２で受けて画像信号に対する処理を施す構成となっている。クロックやＨ，ＶのスタートパルスはＤＳＰ２の制御部２３から出力されるものを固体撮像装置１へ渡す。通信は固体撮像装置１の動作モードを制御したり、内部状態を確認したりする。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３４９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）などを用いて、少ない端子から高速でデータを出力することがある。このような高速出力では、固体撮像装置から、出力信号と同時に同期をとるためのクロックも出力しなければ、ＤＳＰの内部のものでは位相が合わなくなってしまう。さらに高速化が進むと、例えばＨ（行掃引）やＶ（フレーム）のスタートパルスも同時に出力しなければ、ＨやＶの切り替え位置が判別できなくなってしまう。
【０００８】
これにより、図６に示すような構成となる。つまり、ＤＳＰ２から固体撮像装置１には入力クロック、入力Ｈ，Ｖの各スタートパルスが送られ、固体撮像装置１からＤＳＰ２には画像信号、出力クロック、出力Ｈ，Ｖの各スタートパルスが送られる。また、両者間の通信も行われる。したがって、少ない端子から出力するはずが、クロック、ＨやＶのスタートパルスといった端子が増えてしまうという問題が生じる。
【０００９】
また、クロックを自分自身で発生する固体撮像装置も考えられる。この場合は次段のＩＣはＨやＶの切り替わり位置を知りようがないので、固体撮像装置からＨやＶのスタートパルスを出力する必要が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、画像信号を取り込む複数の画素がマトリクス状に配置されて成る画素部と、画素部で取り込んだ画像信号を読み出すためのタイミング信号および画像信号を外部に出力するためのタイミング信号を生成するタイミング生成部と、タイミング生成部で生成されたタイミング信号に基づき画像信号を出力する画像信号出力線と、画像信号出力線から出力される画像信号に関する少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で出力する区切り信号線とを備える固体撮像装置である。
【００１１】
また、本発明は、行方向および列方向に沿った画像信号を取り込む固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される画像信号を処理する画像処理装置とを備える撮像装置において、固体撮像装置が、画像信号に関する行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で出力する区切り信号線を備えており、画像処理装置が、区切り信号線から出力される情報から前記区切りを示す情報を抽出するためのテンプレートを備えている。
【００１２】
また、本発明は、行方向および列方向に沿った画像信号を取り込み後段へ出力する固体撮像装置の駆動方法において、画像信号の出力タイミングに合わせ、画像信号に関する少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を区切り信号線から時系列で出力する方法である。
【００１３】
このような本発明では、画像信号出力線から出力される画像信号に関する情報として少なくとも行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を時系列で区切り信号線から出力しているため、１本の区切り信号線で種々の情報を送ることができ、出力信号線の本数を減少できるようになる。
【００１４】
また、固体撮像装置から情報を受けた画像処理装置では、区切り信号線から出力される情報から区切りを示す情報を抽出するテンプレートを備えているため、区切り信号線から時系列で情報が送られてきても行方向や列方向に沿った区切りを示す情報を的確に取得できるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、本発明によれば、ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像装置で、信号出力を高速化するときにＨとＶの切り替わり位置を１つの端子から出力し、さらに他の情報を載せても、情報の誤認識を防ぐことができる。また、クロックやＨ，Ｖのスタートパルスを自分で生成するタイプの固体撮像装置でも、出力端子の節約が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成例を説明する模式平面図である。すなわち、この固体撮像装置１はＣＭＯＳセンサから成る画素１０が複数マトリクス状に配置された画素部１１を有し、この画素部１１の周辺に通信・タイミング生成回路（ＴＧ）１２、Ｖ駆動回路１３、カラムＡＤ回路１４、Ｈ駆動回路１５、出力回路１６が設けられた構成となっている。
【００１７】
画素部１１には、光を電気信号に変換する画素（ＣＭＯＳセンサ）１０が縦横複数個配列され、２次元で画像信号を取得できるようになっている。通信・タイミング生成回路（ＴＧ）１２は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１の情報を含むデータを出力する。また、固体撮像装置１の各部の動作に必要なクロックやパルスを供給する。
【００１８】
Ｖ駆動回路１３は、画素部１１の行を選択し、その行に必要なパルスを供給する。カラムＡＤ回路１４は画素部１１の列に対応して設けられており、１行分の画素の信号を受けてその信号をＡＤ変換する。なお、カラムＡＤ回路１４では、同時にＣＤＳ（Correlated Double Sampling：固定パターンノイズ除去の処理）や信号増幅を行ってもよい。
【００１９】
Ｈ駆動回路１５は、カラムＡＤ回路１４を順番に選択し、その信号を水平信号線に導く。水平信号線は、例えばカラムＡＤ回路１４が１０ビットなら、例えばそれぞれのビットに対応して１０本配置される。なお、図１では１本のみが示されている。
【００２０】
出力回路１６は、水平信号線の信号を処理して端子Ｔ１へ出力する。例えば、バッファリングだけする場合も有るし、その前に黒レベル調整、列ばらつき補正、信号増幅、色関係処理などを行うことも有る。また、出力回路１６は、画像信号のほかに、出力クロックを端子Ｔ２へ、区切り信号を端子Ｔ３へ出力する。本実施形態では、区切り信号を１本の端子Ｔ３によって出力する点に特徴がある。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置の出力信号の例を説明する図である。この例では画像信号が１０ビットを１０個（差動出力では２０個）の端子から出力し、出力クロックの１クロック分で１画素相当の信号が出力される。したがって、ここでは画像信号の１行毎に１サイクルとなっており、そのうちの１行分（１サイクル分）が中心となって表されている。
【００２２】
区切り信号は１個の端子Ｔ３（図１参照）から出力され、Ｈスタートの位置でＨｉｇｈに立ち上がる（Initial High）。また、その後のｍクロック（第１の出力期間）でｍビットの情報（m bit data）が載せられる。そして、ｍクロックの後のｎクロック（第２の出力期間）では無情報期間があり、後に区切りを示す情報が出現することを識別するための特定パターン（例えばＬｏｗに保持）が出現する（n bit Low）。ここで、ｍ＜ｎである。
【００２３】
次段の画像処理装置等のＩＣでは、区切り信号のＬｏｗがｍビット（ｎではない）連続した時点以降１を出力するテンプレートを持っている。図３は、固体撮像装置とＤＳＰとを備える電子機器の構成を説明するブロック図である。固体撮像装置１の端子Ｔ１から出力される画像信号（例えば１０ビット）および端子Ｔ２から出力される出力クロックはＤＳＰ２の信号処理部２１に渡される。信号処理部２１は、画像信号に対してホワイトバランス調整、輪郭強調、データ圧縮などをして出力する。
【００２４】
また、固体撮像装置１の端子Ｔ３から出力される区切り信号はＤＳＰ２のテンプレート部２２に渡される。テンプレート部２２に設けられたテンプレートは、区切り信号から出力される情報のうちＨ，Ｖスタート信号を抽出したり、区切り信号に含まれる区切り以外の情報を抽出するものである。つまり、区切り信号として出力される信号の特定のパターンの出現とのマッチングを図ることで区切り信号や所定の情報を抽出できるようになっている。
【００２５】
例えば、図２に示す区切り信号が立ち上がるとテンプレートの出力が０となる。一方、Ｌｏｗがn ビット保持されるとテンプレートの出力が１となる。テンプレートの出力が１のときに区切り信号が立ち上がると、Ｈスタートが入ったと認識され、例えば次のクロックの画像信号が行の先頭の信号と認識される。このしくみにより、情報出力期間の信号をＨスタートと誤認識することがなくなる。
【００２６】
また、ｍビット（第１の出力期間）の情報（m bit data）の一つとして、Ｖスタートパルスを入れることができる。例えば、Ｈスタート（initial high）の次のビットがHighなら、ここはフレームの先頭であると約束しておけばよい。
【００２７】
特に、ＣＭＯＳセンサでは画素全てを走査しないで飛ばしながら読み出す（間引き読出し）や、画素部の特定の位置のみ切り出して読み出す（窓読出し）を比較的自由に行うことができるので、１行期間の長さや１画面期間の長さが変わることが頻繁に発生したり、画像信号の途中で急にフレームの先頭に戻るようなことも起こりうる。このときに、画像信号において行とフレームの正しい切り替わり位置が分かることは、特に高速読出しにおいて重要である。
【００２８】
なお、この例では、ｍ＜ｎとしたが、ｍ≧ｎでも、ｍビットデータの中にｎビット連続Ｌｏｗが現れない仕様の場合は、ｎビット連続Ｌｏｗが来たら次の立ち上がりをＨスタートと認識できるので、構わない。
【００２９】
また、ここでは無情報期間（第２の出力期間）に区切り信号がＬｏｗに保持されるとしたが、無情報期間のパターンが第１の出力期間で出現する信号のパターンとは異なる信号のパターンに決まっていて、後段ＩＣのテンプレート部２２で情報出力期間（第１の出力期間）と分離できれば、Ｌｏｗ固定でなくてもかまわない。
【００３０】
図４は、他の区切り信号の例を説明する図である。この例では、１画素相当の例えば１０ビットのデータを１つの端子から順に出力する場合となっている。したがって、この例では、画像信号の１画素毎に１サイクルとなっており、そのうち１サイクル分（１画素分）が中心となって表されている。この場合には、１画素の出力期間（例えば、１０クロック分）のうち、区切り信号の出力を前半の５クロック分と後半の５クロック分に分け、前半を第１の出力期間、後半を第２の出力期間として利用する。なお、必ずしも半分に分ける必要はなく、送る情報や無情報期間のパターンに応じて適宜分ければよい。
【００３１】
第１の出力期間である５クロック分には５ビットの情報を入れることができ、ここにはＨやＶの区切り信号を埋め込む。例えば、区切り信号の先頭が画素信号の先頭であることを示し、例えば次のビットがＨｉｇｈなら行の先頭であるＨスタート信号であることを示す。さらに次のビットがＨｉｇｈならフレームの先頭であるＶスタート信号であることを示す、ということができる。
【００３２】
また、これらＨ，Ｖスタート信号のほか、例えば、画素部に色フィルターが配列されているような場合、その行が偶数行か奇数行か、偶数列か奇数列かということが重要であり、図４に示す区切り信号にはその情報も入れ込まれている。例えば、Ｖスタート信号の次のビットがＨｉｇｈなら奇数行であることを示し、その次のビットがＨｉｇｈなら偶数行であることを示す。
【００３３】
後段のＩＣではこの区切り信号を参照しつつ、テンプレート部２２のテンプレートによって例えば４ビットＬｏｗが続けば第２の出力期間であることを認識し、その後に信号が立ち上がることで画素の切り替わりであると認識する。
【００３４】
このような区切り信号線を用いることで、固体撮像装置１の出力端子は画像信号１本、クロック１本、区切り信号１本であり、複数の区切り信号を出力するのに対して次段ＩＣとのインターフェイスを簡略化できる。もちろん出力が差動でも本質的に変わらない。
【００３５】
また、いずれの例においても、区切り信号の出力期間を行方向および列方向に沿った区切りを示す情報を含む第１の出力期間と、後に行方向および列方向の区切りを示す情報が出現することを識別するための第２の出力期間とに分けることで、１本の区切り信号線（端子Ｔ３）であっても各種区切り信号を渡すことができるとともに、その他の情報も載せることが可能となる。
【００３６】
その他の情報としては、先に示した奇数行、偶数行であることを示す情報のほか、固体撮像装置１の出力モード（例えば、全画素読み出しモード、間引き加算モード、部分読み出しモード）を示す情報であったり、ＤＳＰ２との間で通信する情報も取り扱うことができる。したがって、固体撮像装置１とＤＳＰ２との間の通信線を無くすことも可能となる。
【００３７】
また、区切り信号に載せる特定のパターンを生成するには、通信・タイミング生成回路（ＴＧ）１２の中にロジックとして組み込まれていても、また出力回路１６の中にロジックとして組み込まれていても、さらには別途区切り信号を生成する回路が設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の構成例を説明する模式平面図である。
【図２】本実施形態に係る固体撮像装置の出力信号の例を説明する図である。
【図３】固体撮像装置とＤＳＰとを備える電子機器の構成を説明するブロック図である。
【図４】他の区切り信号の例を説明する図である。
【図５】従来例を説明するブロック図である。
【図６】高速化に対応した従来例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…固体撮像装置、２…ＤＳＰ、１０…画素、１１…画素部、１２…通信・タイミング生成回路（ＴＧ）、１３…Ｖ駆動回路、１４…カラムＡＤ回路、１５…Ｈ駆動回路、Ｔ１〜Ｔ３…端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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