(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素部が複数の分割撮像領域に分割され、前記複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号をそれぞれ対応して設けられた通常読み出し用の複数の出力ポートから並列に出力する固体撮像素子において、
前記画素部の全撮像領域のうち、所望のランダムアクセス読み出し領域を設定する設定手段と、
前記複数の出力ポートとは別に設けられた単一のランダムアクセス用出力ポートと、
通常の読み出し時は、前記複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号を前記複数の出力ポートへ出力し、ランダムアクセス読み出し時は、前記ランダムアクセス読み出し領域から得た撮像信号を前記単一のランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力する選択スイッチ手段と
を有することを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子に係り、特に複数の出力ポートを備え、並列読み出しを行うＣＭＯＳイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の固体撮像素子の一例の構成図を示す。この従来の固体撮像素子は、画素部１１、垂直シフトレジスタ１２、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング）回路１３及び水平シフトレジスタ１４から構成されているＣＭＯＳイメージセンサと称される固体撮像素子である。画素部１１は二次元マトリックス状に配置された多数の画素から構成されており、各画素は入射被写体光を光電変換して入射光量に応じた電荷を発生するフォトダイオードと、その電荷を転送して蓄積する蓄積部と、蓄積部からの電荷による電位変化を増幅する増幅用トランジスタと、増幅された電位変化を所定のタイミングで画素外へ撮像信号として出力する出力用トランジスタとから構成されている。
【０００３】
画素部１１の全画素数は、例えば高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）方式の画素数の２倍以上の画素数であり、それら全画素の撮像信号を単一の出力ポートから順次に出力すると、画素数が多いために高い動作周波数が必要となるので、それを回避するため、ここでは画素部１１を水平方向に８分割している。従って、画素部１１は、８つの画素組（分割撮像領域）１１１〜１１８から構成されている。
【０００４】
垂直シフトレジスタ１２には、行コントロール回路が含まれており、シフトレジスタと行コントロール回路で、行毎の画素の動作を制御する。ＣＤＳ回路１３と水平シフトレジスタ１４とは水平出力回路を構成している。ＣＤＳ回路１３は画素部１１から出力された撮像信号のノイズを除去し、水平シフトレジスタ１４は、画素部１１の画素列の選択と撮像信号の出力とをそれぞれ行う。ここでは、画素部１１は水平方向に８分割された画素組１１１〜１１８から構成されているので、水平シフトレジスタ１４も各画素組１１１〜１１８から並列に取り出される撮像信号を８個の出力ポート１５１〜１５８から並列に出力させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような画素数の多い大規模ＣＭＯＳイメージセンサでは、動作周波数を抑えるために、８個の出力ポート１５１〜１５８から撮像信号を並列出力する構成であり、このような大規模ＣＭＯＳイメージセンサでランダムアクセス読み出しを行う場合、読み出す領域が８個の画素組１１１〜１１８のうちの隣接する画素組をまたがるときには、撮像信号の出力ポートが異なることになるため、後の信号処理が複雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、複雑な後段の信号処理を必要としないランダムアクセス読み出しされた撮像信号を複数の出力ポートから並列に出力し得る固体撮像素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、画素部が複数の分割撮像領域に分割され、複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号をそれぞれ対応して設けられた通常読み出し用の複数の出力ポートから並列に出力する固体撮像素子において、画素部の全撮像領域のうち、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域を設定する設定手段と、上記の複数の出力ポートとは別に設けられた単一のランダムアクセス用出力ポートと、通常の読み出し時は、複数の分割撮像領域から並列に出力された撮像信号を複数の出力ポートへ出力し、ランダムアクセス読み出し時は、ランダムアクセス読み出し領域から得た撮像信号を単一のランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力する選択スイッチ手段とを有する構成としたものである。
【０００８】
この発明では、ランダムアクセス読み出し時には、複数の分割撮像領域からではなく、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域からの撮像信号を選択スイッチにより選択してランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる固体撮像素子の一実施の形態の構成図を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１において、本実施の形態の固体撮像素子は、画素部１１、垂直シフトレジスタ１２、ＣＤＳ回路１３及び水平シフトレジスタ１４の従来の構成に加え、選択スイッチ１６を有する構成のＣＭＯＳイメージセンサと称される固体撮像素子である。
【００１０】
ＣＤＳ回路１３、水平シフトレジスタ１４及び選択スイッチ１６は、水平出力回路を構成しており、画素部１１からの撮像信号のノイズを除去した後、画素部１１を構成する画素の列の選択と撮像信号の出力を行う。また、選択スイッチ１６には、ランダムアクセス用ポート１７が設けられている。
【００１１】
図２は図１中の水平出力回路の要部の一例の構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図２において、ＣＤＳ回路１３による処理結果の蓄積部１９１１〜１９１ｎは、画素組１１１から出力された撮像信号をＣＤＳ回路１３でノイズ処理を行って得られた処理結果を蓄積するｎ個の蓄積部で、各々２系統の信号線を持ち、一方の信号線はスイッチＳ１１〜Ｓ１ｎを介して出力ポート１５１に共通接続され、他方の信号線はスイッチＴ１１〜Ｔ１ｎを介してランダムアクセス出力ポート１７に共通接続されている。
【００１２】
同様に、画素組１１２、・・・、１１８から出力された撮像信号を、それぞれＣＤＳ回路１３でノイズ処理を行って得られた処理結果を蓄積する蓄積部１９２１〜１９２ｎ、・・・、１９８１〜１９８ｎは各々２系統の信号線を持ち、一方の信号線はスイッチＳ２１〜Ｓ２ｎ、・・・、Ｓ８１〜Ｓ８ｎを介して出力ポート１５２、・・・、１５８に共通接続され、他方の信号線はスイッチＴ２１〜Ｔ２ｎ、・・・、Ｔ８１〜Ｔ８ｎを介してランダムアクセス出力ポート１７に共通接続されている。
【００１３】
上記のスイッチＳ１１〜Ｓ８ｎとスイッチＴ１１〜Ｔ８ｎとは、選択スイッチ１６を構成しており、図２には図示していない水平シフトレジスタ１４からの制御信号に基づき、各々互いに独立してスイッチング制御される。また、後述するように、通常の読み出し時にはスイッチＳ１１〜Ｓ８ｎがオン又はオフにスイッチング制御され、かつ、スイッチＴ１１〜Ｔ８ｎはオフとされ、他方、ランダムアクセス時にはスイッチＴ１１〜Ｔ８ｎがオン又はオフにスイッチング制御され、かつ、スイッチＳ１１〜Ｓ８ｎはオフとされる。
【００１４】
次に、本実施の形態の通常の読み出し動作について図１及び図２と共に説明する。通常の読み出し動作時には、図１の垂直シフトレジスタ１２により画素組１１１〜１１８の各行の複数の画素が選択され、かつ、上の行から下の行に向かって水平走査周期で順々に選択されていく。選択された行の各画素からの撮像信号がＣＤＳ回路１３によりノイズが除去されて選択スイッチ１６に供給される。
【００１５】
図１の水平レジスタ１４は、通常読み出し時は選択スイッチ１６のスイッチＴ１１〜Ｔ８ｎを常時オフとすると共に、８組のスイッチ群Ｓ１１〜Ｓ１ｎ、・・・、Ｓ８１〜Ｓ８ｎの各々について、１つのスイッチだけをオンとし、かつ、そのオンとするスイッチを順々に切替えていく。これにより、８つの出力ポート１５１〜１５８からは、８つの画素組１１１〜１１８のそれぞれにおいて各画素が水平方向に走査されて得られる映像信号が並列に出力される。
【００１６】
次に、本実施の形態のランダムアクセス時の動作について説明する。ランダムアクセスは、全体の情報が必要なく、必要な領域のみを選択的に取り出すという目的で行われる。例えば、図３に示すように、垂直シフトレジスタ１２の読み出し開始アドレスをＡ、読み出し終了アドレスをＢとし、水平出力回路の読み出しアドレスをＣ、読み出し終了アドレスをＤとすることにより、画素部１１の全画素領域内のランダムアクセス読み出し領域２０を定める。このランダムアクセス読み出し領域２０の決定は、図示しない撮像素子外部からの信号により設定される。
【００１７】
ランダムアクセス読み出し領域２０から撮像信号を得るランダムアクセス時には、図１及び図３の垂直シフトレジスタ１２により画素組１１１〜１１８のアドレスＡからＢまでの各行の複数の画素が、上の行から下の行に向かって水平走査周期で順々に選択されていく。選択された行の各画素からの撮像信号がＣＤＳ回路１３によりノイズが除去されて選択スイッチ１６に供給される。
【００１８】
また、これと同時に、図１及び図３の水平レジスタ１４は、このランダムアクセス時は図２に示した選択スイッチ１６のスイッチＳ１１〜Ｓ８ｎを常時オフとすると共に、８組のスイッチ群Ｔ１１〜Ｔ１ｎ、・・・、Ｔ８１〜Ｔ８ｎのうち、アドレスＣからアドレスＤまでのアドレス範囲にある全スイッチについて、１つのスイッチだけをオンとし、かつ、そのオンとするスイッチを順々に切替えていく。また、８組のスイッチ群Ｔ１１〜Ｔ１ｎ、・・・、Ｔ８１〜Ｔ８ｎのうち、アドレスＣ以前のアドレス範囲にあるスイッチ群と、アドレスＤ以後のアドレス範囲にあるスイッチ群とはそれぞれオフに制御される。
【００１９】
これにより、ランダムアクセス読み出し領域２０内にある全画素は、複数の画素組を構成している画素という概念はなく、一つのランダムアクセス読み出し領域２０を構成している画素として、垂直方向及び水平方向に走査され、これにより得られる映像信号が単一のランダムアクセス出力ポート１７へ直列に出力される。
【００２０】
従来は、ランダムアクセス読み出し時には、読み出す領域が分割撮像領域をまたがる場合、出力されるポートが異なるために、各出力ポートから読み出した情報をフレームメモリに蓄積し、画像を再構成するといった複雑な処理を必要としていたが、本実施の形態では、分割領域をまたがるという概念はなく、常に一つのランダムアクセス読み出し領域２０からランダムアクセス読み出し映像信号を出力することができるので、従来のような複雑な処理を不要にできる。
【００２１】
また、本実施の形態では、ランダムアクセス読み出し領域２０の大きさに応じてフレームレートが変化するが、垂直シフトレジスタ１２及び水平シフトレジスタ１４の動作周波数は、通常読み出し時とランダムアクセス時とで変えないので、動作周波数の問題はない。また、ランダムアクセス読み出し領域２０の画素数が、画素部１１の全画素数の１／８以下であれば、出力ポート１５１〜１５８から並列にランダムアクセス読み出し映像信号を得る場合よりも速くできる。
【００２２】
なお、垂直シフトレジスタ１２をアドレスＡからＢまでの範囲で動作させる方法、及び水平シフトレジスタ１４をアドレスＣからＤまでの範囲で動作させる方法は、公知の方法で行うことができるので、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば画素部１１の分割数は水平方向に８分割するように説明したが、８以外の２以上の任意の分割数としてもよいことは勿論である。また、水平方向のみに複数分割するのではなく、水平方向にＮ分割し、かつ、垂直方向にＭ分割（Ｎ、Ｍは互いに同一または異なる２以上の整数）してもよい。例えば、画素部１１の画素数がＨＤＴＶ方式の画素数の水平方向及び垂直方向共に２倍の計４倍の画素数である場合、水平方向に２分割し、かつ、垂直方向に２分割し、各分割領域をＨＤＴＶ方式と同一画素数とすることなども可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ランダムアクセス読み出し時には、複数の分割撮像領域からではなく、所望の一つのランダムアクセス読み出し領域からの撮像信号を選択スイッチにより選択してランダムアクセス用出力ポートへ直列に出力するようにしたため、ランダムアクセス読み出し領域が複数の分割撮像領域をまたがる場合に複数の出力ポートから並列に取り出される撮像信号に対して複雑な信号処理を必要としていた従来の固体撮像素子に比し、簡単な処理でランダムアクセス読み出しされた撮像信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成図である。
【図２】図１中の要部の一例の構成図である。
【図３】本発明のランダムアクセス読み出し時の概念説明図である。
【図４】従来の一例の構成図である。
【符号の説明】
１１  画素部
１１１〜１１８  画素組（分割撮像領域）
１２  垂直シフトレジスタ
１３  ＣＤＳ回路
１４  水平シフトレジスタ
１５１〜１５８  出力ポート
１６  選択スイッチ
１７  ランダムアクセス用出力ポート
１９１１〜１９８ｎ  処理結果の蓄積部
２０  ランダムアクセス読み出し領域
Ｓ１１〜Ｓ８ｎ、Ｔ１１〜Ｔ８ｎ  スイッチ
【図１】
0003972645.tif 000002
【図２】
0003972645.tif 000003
【図３】
0003972645.tif 000004
【図４】
0003972645.tif 000005