专利名称：固态成像装置和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一次设置一系列操作设置数据的固态成像装 置，和使用这种固态成像装置的成像设备。
背景技术：
随着互补金属氧化物半导体(CMOS )图像传感器的广泛使用， 将作为单独的芯片构造在电荷耦合器件(CCD)图像传感器中的定 时发生器(TG)、模拟前端(AFE)、数字电路等集成到一个芯片中。 利用此单芯片结构，CMOS图像传感器变为多功能，它变成需要通 过大量的寄存器来设置操作设置，例如多种模式转换、高功能的图 像处理、以及从低速切换至高速的操作。在已知的操作设置中，为避免对操作的不利影响，如下执行操 作i文置。例如，因为除非在帧开始时进4亍i殳置的改变，累积时间的 设置改变引起图像扭曲，因此在同步于帧的开始脉冲信号(横向转 移脉冲，纵向转移脉冲)而定义开始和结束的周期内执行设置数据 的通信(参考日本未审查专利申请公开第2002-209149号)。
作为设置用于反映操作设置的定时的方法，存在这样的方法 一种方法(即时反映)，其中如图7所示，每次在通信周期中设置 寄存器时，即时反映寄存器的设置；以及另一种方法(同步)，其 中如图8所示，寄存器的设置被保存到通信期间结束，并与通过脉 冲信号的更新定时同步地j皮反映。发明内容然而，在已知的固态成像装置中，寄存器设置的通信周期同步 于通过脉冲信号的更新定时。结果，出现了可在通信周期内执行的 寄存器i殳置的凄史目小的问题。另外，通信周期可以通过延迟由同步 月永冲信号定义的更新定时而延伸，4旦这会减少帧频，从而不希望4妄 照上述操作。如果传输大量的设置数据，使得在通信周期内没有完 成所有寄存器的设置，则剩余寄存器的设置不在下一帧中反映，所 以必须要等到下一个反映通信周期。这样，出现无效帧，直到所有 寄存器的设置被反映。例如，如果用于单一功能的寄存器的设置需 要多个帧，则可能出现无效帧。因此，期望提供一种能够不受通信周期限制地执行大量寄存器 的设置并且不引起无效帧的固态成像装置。根据本发明的一个实施例，提供了一种固态成像装置，其包括 反映定时控制信号输出单元、数据保存单元以及集体反映处理单 元。反映定时控制信号单元输出反映定时控制信号，用于控制将用 于装置的操作设置数据输出至装置的驱动部的定时。数据保存单元 锁存从外部输入的操作设置数据，并输出该操作设置数据。集体反 映处理单元与反映定时控制信号同步地集体锁存由数据保存单元 锁存并从其输出的操作设置数据，并输出锁存的才喿作设置数据至驱 动部。反映定时控制信号输出单元从外部接收垂直同步信号和表示 一系列操作设置数据通信结束的通信结束信号，并且在接收通信结
束信号之后，与垂直同步信号同步地将反映定时控制信号输出至集 体反映处理单元。在本发明的另一个实施例中，提供了一种固态成像装置，包括 反映定时控制信号输出单元、数据保存单元、集体反映处理单元。 反映定时控制信号输出单元输出反映定时控制信号，用于控制将用 于装置的操作设置数据输出至装置的驱动部的定时。数据保存单元 锁存从外部输入的操作设置数据，并输出该操作设置数据。集体反 映处理单元与反映定时控制信号同步地锁存由数据保存单元锁存 并从其输出的操作设置数据，并且输出所获取的操作设置数据至驱 动部。反映定时控制信号输出单元包括第 一输出单元和第二输出单 元。第 一输出单元从外部接收垂直同步信号和表示一 系列操作设置 数据通信结束的通信结束信号，并在接收通信结束信号之后与垂直 同步信号同步输出第 一使能信号。第二输出单元计算在该操作模式 执行期间需要的单个或多个帧的操作模式所需的帧数，以及当算出 操作模式所需的帧数时，输出第二使能信号。当第一输出单元输出 第 一使能信号和第二输出单元输出第二使能信号时，输出反映定时 控制信号至集体反映处理单元。在本发明的又一个实施例中，提供了一种成像设备，包括使用 固态成<象装置的成<象部、用于控制成^f象部的控制部、以及用于才喿作 成像部的操作部。固态摄像装置包括反映定时控制信号输出单元、 数据保存单元以及集体反映处理单元。反映定时控制信号输出单元 输出反映定时控制信号，用于控制将用于装置的操作设置数据输出 至装置的驱动部的定时。数据保存单元锁存从外部输入的操作设置 数据，并输出该操作设置数据。集体反映处理单元与反映定时控制 信号同步地锁存由数据保存单元锁存并从其输出的操作设置数据， 并且输出所保存的操作设置数据至驱动部。反映定时控制信号输出 单元/人外部接收垂直同步信号和表示一系列操作i殳置凄t据通信结 束的通信结束信号，并在接收通信结束信号之后，与垂直同步信号 同步地将反映定时控制信号输出至集体反映处理单元。根据固态成像装置和成像设备的实施例，数据保存单元锁存从 外部接收的操作设置数据。通过数据保存单元锁存的数据与从反映 定时控制信号输出单元输出的反映定时控制信号同步地集体输出 至驱动部。在接收通信结束信号之后，反映定时控制信号输出单元 与垂直同步信号同步输出反映定时控制信号至集体反映处理单元。因此，在接收通信结束信号之后，在与垂直同步信号同步发生 的反映定时控制信号的基础上，可通过集体反映处理单元来集体锁 存操作设置数据。因此，消除了操作设置数据的通信在垂直同步信 号的重复周期内执行的已知技术的约束，并且大量的操作设置数据 的通信可以独立于垂直同步信号的循环周期纟皮完成。此外，根据固态摄像装置的一个实施例，数据保存单元锁存从 外部接收的操作设置数据。通过数据保存单元锁存的数据与从反映 定时控制信号输出单元输出的反映定时控制信号同步集体输出至 驱动部。在接收通信结束信号之后，反映定时控制信号输出单元与 垂直同步信号同步输出第 一使能信号，并且当算出操作模式所需的 帧数并因此在操作期间内输出第二使能信号时，第二输出单元输出 反映定时控制信号至集体反映处理单元。因此，即使在操作期间内发生通信结束信号，在算出操作所需 的帧数后以及完成该操作后，输出反映定时控制信号。因此，操作 设置数据不可能在需要单个或多个帧的操作途中的任意点通过集 体反映处理单元进4于锁存。因此，没有无效帧产生。本发明的上述和x要并不旨在描述每一个所示的实施例或者本发明的每一实施方式。附图和以下具体描述将更具体地例示这些实 施例。
图1是示出根据第 一实施例的固态成像装置的示意性结构的框图；图2是示出在图1中所示的输入部的构造的框图；图3示出了表示用于反映操作设置的设置定时的方法的时序图；图4是示出根据第二实施例的固态成像装置的输入部的构造的 框图；图5示出了表示用于反映操作设置的设置定时的方法的时序图；图6是示出根据第三实施例的成像设备的构造的框图；图7示出了表示用于反映操作设置的设置定时的已知方法的时 序图；以及图8示出了表示用于反映操作设置的设置定时的已知方法的时 序图。
具体实施方式
(第一实施例)下面将参考附图描述才艮据本发明实施例的固态成^f象装置和成 像设备。
图1是示出根据第一实施例的固态成像装置的示意性构造的框图。如图l所示，固态成像装置是CMOS型，并且包括传感器单元 11、垂直扫描电路12、列j言号处理单元13、水平扫描电路14、输_ 出处理单元15和4俞入单元16。传感器单元ll包括以矩阵形式配置的多个像素(未示出)，并 且构成成^f象区i或。垂直扫描电^各12通过在垂直方向上读取和扫描 像素来控制对每个像素信号的读取操作。列信号处理单元13 —次 一行接收通过垂直信号线获得的像素信号，执行每一列的预定信号 处理，并且临时保存所得的信号。列信号处理单元13包括例如每 一列的相关双采样(CDS)电路和模数转换(ADC)电路中的一个 或两个。CDS电路通过对像素信号的相关双采样处理来消除噪音。 ADC电路将模拟像素信号转换成数字信号。水平扫描电路14在水 平方向上扫描保存在列信号处理单元13中的4象素信号，并输出所 得的信号。，餘出处理单元15对通过水平扫描电路14在水平方向上 扫描的像素信号执行预定处理，并向外部输出所得的信号。输出处 理单元15包括例如增益控制电路和色彩处理电路。输入单元16接 收固态成像装置的操作设置数据，并且输出所接收的操作设置数据 至装置的驱动部，即传感器单元11、垂直扫描电路12、列信号处 理单元13、水平扫描电^各14以及输出处理单元15。图2是示出在图1中所示的输入部的构造的框图。如在图2中所示，输入部16包括三线串行通信串/并行转换单 元21、 It据保存单元22、集体反映处理单元23、以及触发4企查单 元24。
三线串4亍通信串/并4亍转换单元21从外部接收固态成^f象装置的 操作设置数据作为串行数据，将该串行数据转换成并行数据，并输 出该并4亍凄t据。凄t据4呆存单元22包括用于每个地址的寄存器，并 在寄存器中保存(锁存)来自三线串行通信串/并行转换单元21的 操作设置数据。集体反映处理单元23包括用于每个地址的寄存器， 集体保存(锁存)在数据保存单元22中所保存的操作设置数据， 并与来自触发检查单元24的反映定时控制信号同步地将该操作设 置凄t据输出至装置的驱动部。触发4企查单元24从外部4妻收垂直同 步信号和表示一系列操作设置数据通信结束的通信结束信号，并且 在收到通信结束信号之后，与垂直同步信号同步地将反映定时控制 信号输出至集体反映处理单元。通信结束信号表示当信号本身被反 转，即信号从低(L)电平转为高(H)电平时，以及信号从H电 平转为L电平时，该系列的操作设置数据的通信结束。图3示出了表示用于反映操作设置的设置定时的方法的时序图。如在图3中所示，在如此构造的固态成像装置中， 一系列才喿作 设置数据被提供至三线串行通信串/并行转换单元21,进行串-并行 转换，并—皮保存在凝:据保存单元22的寄存器中。然后，当在通信 结束信号被触发检查单元24反转之后，反映定时控制信号与垂直 同步信号同步地输出时，保存在数据保存单元22的寄存器中的操 作设置数据被锁存在集体反映处理单元23的寄存器中，并被输出 至装置的驱动部。在图3中，在更新定时41变成垂直同步信号发生定时之前， 通信结束信号从H电平反转为L电平，此后在发生后来的垂直同步 信号的更新定时41，通过触发4企查单元24输出反映定时控制信号， 并且操作i殳置凄t据集体^皮反映处理单元23锁存，并4皮输出至驱动部。
在下一定时中，在更新定时41和更新定时42之间执4亍另 一才喿 作设置数据的通信，将从三线串行通信串/并行转换单元21提供的 操作数据保存在数据保存单元22中。在作为垂直同步信号发生定 时的更新定时42之前，通信结束信号从L电平反转为H电平，此 后在发生后来的垂直同步信号的更新定时42，通过触发4企查单元 24输出反映定时控制信号，并且操作设置数据集体净皮反映处理单元 23锁存，并^皮l俞出至驱动部。根据第一实施例，在接收通信结束信号之后，在与垂直同步信 号同步发生的反映定时控制信号的基础上，通过集体反映处理单元 23可集体锁存在数据保存单元22中保存的操作设置数据。这样就 消除了操作设置数据的通信在垂直同步信号的重复周期内执行的 传统限制，并且因此可独立于垂直同步信号重复周期并且不受通信 周期的限制而执行大量的操作设置数据的通信。(第二实施例)可能存在固态成像装置需要操作处理大量帧的操作的情况，诸 如在操作才莫式中增加多个帧，以增加动态范围。在这种情况中，如果在如同在第 一 实施例中那样，在操作图中的某个点的反映定时控 制信号的基础上，通过集体反映处理单元23集体锁存在数据保存 单元22中保存的操作设置数据，对该点之后的帧进行新的操作设 置，从而在某些情况下引起无效帧。第二实施例旨在克服此问题。图4是示出才艮据第二实施例的固态成像装置的输入部构造的框图。如在图4中所示，该固态成4象装置的输入部50是通过将功能 状态单元40、功能序列单元32和AND电路33添加到第一实施例 的输入部16而形成的，并具有三线串行通信串/并行转换单元21、
凄t据4呆存单元22、集体反映处理单元23、反映定时控制4言号车lr出 单元30以及功能4犬态单元40。三线串4亍通信串/并4亍转换单元21从外部4妻收固态成^f象装置的 操作设置数据作为串行数据，将该串行数据转换成并行数据，并且 输出该并行数据。数据保存单元22包括用于每个地址的寄存器， 并且在寄存器中保存(锁存)来自三线串行通信串/并行转换单元 21的纟喿作:没置H据。集体反映处理单元23具有用于每个地址的寄 存器，集体保存(锁存)在数据保存单元22中保存的操作设置数 据，并与来自反映定时控制信号输出单元30的反映定时控制信号 同步地将这些操作设置数据输出至装置的驱动部。在装置操作的执行期间，功能状态单元40计算该操作模式所 需的帧数。反映定时控制信号输出单元30包括触发检查单元31、 功能序列单元32和AND电路33。触发4全查单元31从外部4妄收垂 直同步信号和表示一系列操作设置数据通信结束的通信结束信号， 并在收到通信终止信号之后，触发检查单元31与垂直同步信号同 步地将第一使能信号输出至AND电路33。通信结束信号表示当信 号反转时，即当信号从L电平转为H电平和信号从H电平转为L 电平时，系列操作设置数据的通信结束。当功能状态部40计算用于操作的帧数时，具体地，当计数执 行为0、 1、 2、 3 (例如，对于四个帧)然后计数归0时，功能序列 单元32识别操作模式的结束，并将第二使能信号输出至AND电路 33。当第一使能信号从触发检查单元31输出，并且第二使能信号 从功能序列部32输出时，AND电路33将反映定时控制信号输出 至集体反映处理单元23。图5示出了表示用于反映操作设置的设置定时方法的时序图。如在图5中所示，々H殳在发生垂直同步信号的更新定时501之 前，开始一系列操作设置数据的通信，并且该通信是在垂直同步信 号结束的更新定时502之前。由于通信结束信号在更新定时501之 前<呆存不变(没^皮反转)，所以/人三线串4亍通信串/并4亍转才灸单元21 提供的操作设置数据被保存在数据保存单元22中，而不是被保存 在集体反映处玉里单元23中。由于通信结束信号在更新定时502之前从L电平变为H电平， 故第一使能信号从触发检查单元31输出。此时，功能状态单元40 正在计算执行时的操作的操作模式所需要的帧数。由于计数从l变 为2，功能序列单元32不输出第二使能信号，因此AND电路33 不输出反映定时控制信号。如果反映定时控制信号在此时输出，因 为正在进行前一操作，将产生无效帧。在发生垂直同步信号的更新定时503,功能状态单元40计算执 行中的操作所需要的帧数(四个帧)，即计数从3归0，此时功能序 列单元32输出第二使能信号。因此，AND电路33将反映定时控 制信号输出至集体反映处理单元23，使得通过集体反映处理单元 23来集体锁存在数据保存单元22的寄存器中保存的系列#:作设置 数据，并将其输出至驱动部。根据第二实施例，即使在操作期间发生通信结束信号，功能状 态单元40也计算操作所需要的帧H并且在操作完成后，反映定 时控制信号输出单元30的AND电路33输出反映定时控制信号。 因此，操作设置数据不可能在需要单个或多个帧的操作途中的任意 点通过集体反映处理单元进行锁存。因此，没有无效帧产生。(第三实施例)下面将描述应用本发明的成像设备的具体实施例。图6是示出使用根据本实施例的CMOS图像传感器的相机设备 的结构实例的才匡图。在图6中，成像部310使用例如在图1中所示的CMOS图像传 感器来拍摄目标的图像，并输出成4象信号至集成在主板中的系统控 制部320。即在成像部310中，对来自上述的CMOS图像传感器的 输出信号执行诸如自动增益控制(AGC)、光学黑(OB)钳位、相 关双采样(CDS)以及A/D转换的处理，从而生成并输出数字图像 拍摄信号。在该实例中，图像信号在成像部310中被转换为数字信号并被 输出至系统控制部320，如在本实施例中所示。然而，其可以选择 地被配置为使成像部310将模拟图像信号传给系统控制部320,模 拟信号在系统控制部320被转换为数字信号。此外，多种方法可用 于在成〗象部310中的处理，并且当然没有具体的限制。此外，图^f象拍才聂光学系统300包括配置在透镜镜筒内的变焦透 镜301、光圏机构302等，并在CMOS图像传感器的光接收部分上 形成物体图像。在基于来自系统控制部320的指令的驱动控制部320 的控制之下，图像拍4聂光学系统300机械驱动其各个部分以执行诸 如自动聚焦的控制。jt匕夕卜，系纟克4空帝J部320包4舌CPU321、 HOM322、 RAM323、 DSP324、以及外部接口 325等。CPU 321将指令传给4吏用ROM 322和RAM 323的相才;U殳备的 各个部分，从而控制整个系统。DSP 324对来自成像部310的图像拍摄信号执行多种信号处 理，从而生成预定格式的静止图<象或移动图<象的#见频信号(例如， YUV信号等)。外部接口 325设置有诸如编码器和D/A转换器的多个组件，并 与连接到系统控制部320的外部组件(在此实施例中的显示器360, 存储介质340和操作面板部350 )交换各种控制信号和数据。显示器360是例如液晶显示板的集成在相积i设备中的小尺寸显 示单元，并且显示所拾取的图像。除这种集成在相机设备中的小尺寸显示单元之外，还可以配置为将图傳4t据传^r至外部的大尺寸显示设备，并在该设备上显示传输的图像数据。存储介质340允许所拾取的图像适宜地储存在例如多种记忆卡 等中。例如，存储介质控制器341允许一个存储介质与其上的另一 个相互交换。除多种记忆卡之外，存储介质340可能包括诸如》兹盘 和光盘的盘状介质。操作面板部350设置输入键盘，用户通过该输入4定盘来给出用 相机设备执行图像拍摄操作的各种指令。CPU 321监视器从该操作 板面部350输入信号，并基于所指令的内容执行各种操作控制。通过将本发明应用到这样的相机设备中，可以对各种目标执行 高质量的图像拍摄。在上述构造中，基于商品化的需求等，可以适 当选择作为系统组件的单位装置和单位才莫块的组合方法、装置的尺此外，在根据本发明的实施例的固态成像装置和成像设备中， 图^4財聂的目标可以不限于诸如人和风景的典型场景，还可以包括: 用于诸如伪钞检测器、指紋检测器等的特殊微小图像图样。在这种
情况下，该设备不^皮配置为在图6中所示的典型相才几设备，而应该 包括特殊的图像拍摄光学系统和能够进行图样分析的信号处理系 统。同样在此情况下，能够完全利用本发明的实施例的优点，实现 津青确的图俜4企测。此外，为了构成遥控系统，例如用于远程医疗保健、犯罪预防 监视、或身份鉴定，本设备可包括连接至网络的通信模块，因此能 够实if见广泛的应用。本领域技术人员应该理解，才艮据设计要求和其他因素，可以进 行各种修改、组合、子组合和变化，只要它们处于所附权利要求或 其等价物的范围以内。
权利要求
1. 一种固态成像装置，包括反映定时控制信号输出单元，被配置为输出反映定时控制信号，该反映定时控制信号用于控制将用于装置的操作设置数据输出至所述装置的驱动部的定时；数据保存单元，被配置为锁存从外部输入的所述操作设置数据，并输出所述操作设置数据；以及集体反映处理单元，被配置为与所述反映定时控制信号同步地集体锁存由所述数据保存单元保存并从其输出的所述操作设置数据，并将所述锁存的操作设置数据输出至所述驱动部，其中，所述反映定时控制信号输出单元从外部接收垂直同步信号和表示一系列操作设置数据的通信结束的通信结束信号，并在接收到所述通信结束信号之后，与所述垂直同步信号同步地将所述反映定时控制信号输出至所述集体反映处理单元。
2. —种固态成^f象装置，包^l舌反映定时控制信号输出单元，被配置为输出反映定时控 制信号，该反映定时控制信号用于控制将用于装置的操作设置 凄t据输出至所述装置的驱动部的定时；数据保存单元，；f皮配置为锁存从外部输入的所述操作设 置数据，并输出所述操作设置数据；以及集体反映处理单元，；故配置为与所述反映定时控制信号 同步地集体锁存从所述数据保存单元输出的所述^:作^没置凄t 据，并将所述锁存的操作设置数据输出至所述驱动部，其中，所述反映定时控制信号输出单元包括第一输出单元，被配置为从外部接收垂直同步信号 和表示一系列操作设置数据的通信结束的通信结束信号，并 在收到所述通信结束信号之后，与所述垂直同步信号同步输出第一使能信号；第二输出单元，被配置为计算在所述操作模式的执行 期间需要单个或多个帧的操作模式所需的帧数，并当算出所述 操作模式需要的帧数时，输出第二使能信号，以及当所述第 一输出单元输出所述第 一使能信号且所述第二 输出单元输出所述第二使能信号时，所述反映定时控制信号被 输出至所述集体反映处理单元。
3. 根据权利要求1或2所述的固态成像装置，其中，所述驱动部 包括包含多个像素的传感器单元、用于从所述传感器单元的像 素中读取^象素信号并且在垂直方向上扫描所述像素信号的垂 直扫描电路、用于在水平方向上扫描通过所述垂直扫描电路扫 描的所述像素信号的水平扫描电路、以及用于对于通过所述水 平扫描电路扫描的像素信号执行预定信号处理的输出电路。
4. 一种成像设备成像部，使用固态成像装置； *控制部，用于4空制所述成〗象部；以及 才喿作部，用于才喿作所述成^象部， 其中，所述固态成像装置包括反映定时控制信号输出单元，被配置为输出反映定时 控制信号，该反映定时控制信号用于控制将用于装置的操作设置凄t据输出至所述装置的驱动部的反映定时；数据保存单元，纟皮配置为锁存从外部输入的所述操作 设置数据，并输出所述操作设置数据；以及集体反映处理单元，纟皮配置为与所述反映定时控制信 号同步地集体锁存由所述数据保存单元保存并从其输出的所 述操作设置数据，并将所述锁存的操作设置数据输出至所述驱 动部，其中，所述反映定时控制信号输出单元/人外部4妄收垂 直同步信号和表示一 系列操作设置数据通信结束的通信结束 信号，并在收到所述通信结束信号之后，与所述垂直同步信号 同步地将所述反映定时控制信号输出至所述集体反映处理单 元。
全文摘要
本发明公开了一种固态成像装置和成像设备。该固态成像装置包括反映定时控制信号输出单元、数据保存单元和集体反映处理单元。该反映定时控制信号输出单元输出用于控制输出操作设置数据的定时的反映定时控制信号。该数据保存单元锁存从外部输入的操作设置数据，并输出该操作设置数据。该集体反映处理单元与反映定时控制信号同步地集体锁存操作设置数据，并将锁存的操作设置数据输出至驱动部。该反映定时控制信号输出单元从外部接收垂直同步信号和表示一系列操作设置数据通信结束的通信结束信号，并且在接收该通信结束信号之后，与垂直同步信号同步地将反映定时控制信号输出至集体反映处理单元。
文档编号H04N5/335GK101399902SQ20081016140
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月28日
发明者加藤昭彦, 西出勤 申请人:索尼株式会社