专利名称：固态图像拾取元件，其驱动方法以及照相机系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及固态图像拾取元件、其驱动方法以及使用其的照相机系统。
背景技术：
互补金属氧化物半导体(Complimentary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器(CIS)具有相比于电荷耦合器件(Charge Coupled DeviCe，CCD)可以相对自由地设置读取地址的特征。例如，广泛使用除了从传感器的全部像素读取信号的功能之外还具有诸如“加法 (addition)”、“消去(elimination)”和“切出(cutout) ”的功能的图像传感器。在这种情况下，利用“加法”的功能，分别从多个像素同时读出像素信号。利用“消去”功能，在跳过 (skip)行和列的同时间歇地从像素读出像素信号。此外，利用“切出”功能，仅从部分像素
读出像素信号。在有些情况下同时执行“加法”、“消去”和“切出”。在具有“消去”、“加法”、“切出”功能的图像传感器中，由于读取操作和快门 (shutter)操作变得复杂，所以不使用用于行选择的移位寄存器，而在许多情况下使用包括译码器的行扫描电路(行选择电路)。行选择电路具有根据来自地址译码器的地址信号输出用于意图从其读出像素信号的读取行和从其将像素的光电转换元件中累积的电荷放电以执行复位的快门行的行地址的行选择信号的功能。至今为止，关于这样的行选择电路中的快门控制等已经提出各种提案。例如，在日本专利特开2008-193618和2008-288903中描述了快门控制等。
发明内容
现在，当前的照相机系统基本上是显示在捕获静止图像之前的状态(预览)的图像的系统。在预览中，对于静止图像被捕获的全部像素，执行由于消去等而按比例缩小的操作。为此，当捕获静止图像时发生模式变化。从而，产生如下问题，需要花给定的时间 (快门迟滞时间(shutter lag time))来保持在相机的快门操作的开始阶段和捕获静止图像的时间点之间的不必要的(一个或多个)帧。特别地，具有在其内部生成同步信号的功能的图像传感器(固态图像拾取元件) 涉及在模式变化的阶段中输出关于(一个或多个)不必要帧的数据的问题。具有在其内部生成同步信号的功能的图像传感器主要用于移动式电话等等。至今，在移动式电话等等的图像处理系统性能相对较低的类别中，因为图像处理的时段长于图像传感器的快门迟滞时间，所以还没有引起显著的问题。然而，随着图像处理系统的性能的提高，图像传感器的快门迟滞时间成为不可忽略的时间。目前，与数字静态照相机的功能相同的功能对于也在移动式电话等等中的照相机同样是必要的，因此缩短快门迟滞时间已经成为课题。下面将更详细地描述关于快门迟滞时间的问题。图1是示出图像传感器中的一般模式变化的阶段中的情况的时序图。此外，图1是从1/2消去到全分辨率的模式变化的例子。此外，图1示出了其中在从图像传感器读出关于1/2消去帧的数据时发出模式改变命令(Mode Change Command, MCC)并且没有改变曝光时段tET的设置的情况。在此例子中，图像传感器根据读取基准而操作，并且从而在对应于曝光时段tET 的时段之前向读取地址发出电子快门命令，以便实现曝光时段tET。此外，在此例子中，采用了其中根据垂直同步信号V SYNC反映模式变化命令MCC的系统。在图1中，参考符号SHR指明垂直电子快门地址，以及参考符号RD指明垂直读取地址。在上述系统中，在发出了模式变化命令MCC之后在发出垂直同步信号V SYNC时和以前，快门根据对于1/2消去帧的寻址而执行快门操作。此外，在发出垂直同步信号V SYNC 时和以后，快门根据对于全分辨率帧的寻址而执行快门操作。为此，在帧FRM(frame) #1中，对于设置的曝光时段tET，曝光时段tETn、tETm变得不适当。因为取决于读取地址，曝光时段不是恒定的，所以难于通过图像传感器的后级的信号处理电路来校正时段tETn。此外，可能不能避免帧FRM#1的快门操作变得比模式变化命令MCC的发出还早。为此，因为生成了曝光时段不恒定的帧FRM#1，所以在模式变化命令MCC发出之后的帧FRM#1变成不必要的帧。在这种情况下，快门迟滞时间的范围为从发出快门命令到对应于帧FRM(帧)#2的输出的位置的时间点，从而出于缩短快门迟滞时间的目的而缩短不必要的帧成为课题。为了解决上述问题做出了本公开，因而希望提供一种能够抑制不必要输出数据的时段的生成并从而能够适当地读出恰好在模式变化之前的帧的数据的固态图像拾取元件、 其驱动方法以及使用其的照相机系统。为了实现上述期望，根据本公开的一个实施例，提供了一种固态图像拾取元件，包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及像素驱动部分，适于按行控制所述像素的操作，以便执行像素部分的电子快门操作和读取操作，其中像素驱动部分具有缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该用于不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准、在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据。根据本公开的另一实施例，提供了一种驱动固态图像拾取元件的方法，包括当按行控制多个像素的操作以便执行其中以矩阵形式布置所述多个像素的像素部分的电子快门操作和读取操作时，缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准，在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件。根据本公开的另一实施例，提供了一种照相机系统，包括固态图像拾取元件；在所述固态图像拾取元件上形成对象的图像的光学系统；以及信号处理电路，用于处理来自所述固态图像拾取元件的输出图像信号，所述固态图像拾取元件包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及像素驱动部分，适于按行控制所述像素的操作， 以便执行所述像素部分的电子快门操作和读取操作，以及其中所述像素驱动部分具有缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准、在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据。根据本公开的另一实施例，提供了一种照相机系统，包括固态图像拾取元件；在固态图像拾取元件上形成对象的图像的光学系统；以及信号处理电路，用于处理来自固态图像拾取元件的输出图像信号，其中固态图像拾取元件包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及适于按行控制所述像素的操作、以便执行所述像素部分的电子快门操作和读取操作的像素驱动部分，以及像素驱动部分以同步信号为基准，在同步信号的消隐时段执行电子快门控制，与该同步信号同步地执行读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中，根据跟随着模式变化(following the mode change)的曝光时段的设置，在跟随着模式变化的同步信号的消隐时段再次开始电子快门控制，以及跟随着模式变化的同步时间的消隐时段长于非模式变化的阶段中的消隐时段。如上所述，根据本公开，可能抑制不必要输出数据的时段的生成并从而能够适当地读出关于恰好在模式变化之前的帧的数据。
图1是示出图像传感器中的一般模式变化的阶段中的情况的时序图；图2是示出根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器(固态图像拾取元件) 的配置的框图；图3是示出根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器中的像素电路的电路图；图4是解释根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器中的模式变化的流程图；图5是示出根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器中的定时控制电路的第一配置的框图；图6A和6B分别是解释当应用图3中所示的定时控制电路时获得的效果的时序图；图7A和7B分别是解释当应用图3中所示的定时控制电路时获得的效果的时序图；图8是示出根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器中的定时控制电路的第二配置的框图9是示出用于掩蔽(mask)图8中的不必要数据的处理的内容的时序图；图10是示出关于示出缩短快门迟滞的效果的基础的时间的参数的时序图；以及图11是示出应用了根据本公开的第一实施例的固态图像拾取元件的、根据本公开的第二实施例的照相机系统的配置的框图。
具体实施例方式下文将参考附图详细描述本公开的实施例。请注意，将按下列顺序加以描述1.第一实施例(CMOS图像传感器(固态图像拾取元件))；和2.第二实施例(照相机系统)。1.第一实施例图2是示出根据本公开的第一实施例的CMOS图像传感器(固态图像拾取元件) 的配置的框图；CMOS图像传感器100包括像素阵列部分110、行扫描电路120、读取电路130、列扫描电路140、定时控制电路150和输出接口(IF)电路160。像素驱动部分由行扫描电路120、读取电路130、列扫描电路140、和定时控制电路 150组成。第一实施例中的定时控制电路150具有缩短用于不必要输出数据的时段的功能， 在用于不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准，在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据。例如，定时控制电路150具有当在具有内部生成同步信号的功能的图像传感器中在模式变化阶段中生成不必要帧时重启快门操作的功能。定时控制电路150可以通过使用重启快门操作的功能而防止生成不必要的帧。定时控制电路150使用重启快门操作时的定时作为读出关于不必要帧的数据的定时，由此使得可能适当地读出关于恰好在模式变化之前的帧的数据。结果，无需在图像传感器的后级的信号处理电路中执行特殊处理。稍后将描述定时控制电路150的功能。在像素阵列部分110中，在η行Xm列的矩阵中二维地布置多个像素电路110Α-00 到 110A-nm。图3是示出第一实施例中的像素电路的配置例子的电路图。像素电路110A-00到llOA-nm的每个具有光电转换元件(以下在某些情况下简称为“PD”)，例如，光电二极管(PD)0此外，对于一个光电转换元件PD，像素电路110A具有一个传输晶体管TRG-Tr、一个复位晶体管RST-Tr、一个放大晶体管AMP-Tr和一个选择晶体管SEL_Tr。光电转换元件PD生成对应于入射光量的数量的信号电荷(在本例子为电子)，以在其中累积得到的信号电荷。以下，将就信号电荷是电子、且传输晶体管TRG-Tr、复位晶体管RST_Tr、放大晶体管AMP-Tr、和选择晶体管SEL-Tr的每个是N沟道MOS晶体管的情况加以描述。然而，也可以采用其中信号电荷是空穴、且传输晶体管TRG-Tr、复位晶体管RST-Tr、放大晶体管AMP_Tr、选择晶体管SEL-Tr的每个是P沟道MOS晶体管的情况。此外，第一实施例在传输晶体管TRG-Tr、复位晶体管RSTTr、放大晶体管AMP-Ti 和选择晶体管SEL-Tr在多个光电转换元件之间共享的情况下或者在采用不具有选择晶体管 SEL-Tr的3晶体管(3Tr)像素的情况下也是有效的。传输晶体管TRG-Tr被连接在光电转换元件PD的阴极和浮动扩散区(Floating Diffusion, FD)之间，并且通过控制线TRG控制。在控制线TRG保持在高(H)电平的时段中，传输晶体管TRG-Tr被选择变成导通状态，由此将在光电转换元件PD中通过光电转换而生成的电子传输到FD。复位晶体管RST-Tr被连接在电源线VRst和FD之间，并且通过控制线RST控制。在控制线RST保持在H电平的时段复位晶体管RST-Tr被选择变成导通状态，由此将FD复位到电源线VRst的电势。放大晶体管AMP-Tr和选择晶体管SEL-Tr被串联连接在电源线VDD和输出信号线 LSGN之间。FD被连接到放大晶体管AMP-Tr的栅极端子，以及选择晶体管SEL-Tr通过控制线 SEL控制。在控制线SEL保持在H电平的时段中，选择晶体管SEL-Tr被选择变成导通状态。 结果，放大晶体管AMP-Tr输出对应于FD的电势的信号VSL到输出信号线LSGN。因为在像素阵列部分110中以η行Xm列的矩阵布置像素电路110Α-00到 1 ΙΟΑ-nm,所以布置了 η条控制线SEL和η条控制线RST，以及布置了用于信号VSL的m条输出信号线LSGN。在图2中，控制线SEL、控制线RST、控制线TRG分别以η条行扫描控制线101-到 101-η的形式表示。行扫描电路120根据定时控制电路150的快门控制部分和读取控制部分进行的控制，通过行扫描控制线驱动在快门行和读取行中的像素。行扫描电路120根据地址信号输出用于其中意图读出信号的读取行和其中意图将光电转换元件PD中累积的电荷放电以执行复位的快门行的行地址的行选择信号RD和 SHR。读取电路130根据来自传感器控制器(未示出)的控制信号来读出被输出到输出信号线LSGN的信号VSL，并且根据列扫描电路140进行的列扫描将读取的信号输出到传输线LTRF，由此通过输出IF电路160将读取的信号输出到外部。读取电路130对通过输出信号线LSGN从属于由行扫描电路120的驱动选择的读取行的像素电路IlOA输出的信号VSL执行预定处理，以及例如暂时在其中保持在完成该预定信号处理之后获得的像素信号。例如，包括用于对通过输出信号线LSGN输出的信号进行采样和保持的采样保持电路的电路的配置可以应用于读取电路130。或者，包括采样保持电路、并且具有诸如通过双相关采样(Correlation Double Sampling,CDS)处理移除诸如复位噪音或放大晶体管的阈值分散的像素特有的固定样式噪声的功能的电路的配置也可以应用于读取电路130。此外，具有模数(Analog-to-Digital，AD)转换功能由此将信号电平转换为数字信号的配置也可以应用于读取电路130。在图2示出的CMOS图像传感器100中，以其中每列布置模数转换器 (Analog-to-Digital Converter, ADC)的列ADC部分的形式配置读取电路130。利用列ADC部分，按列执行AD转换，并根据列扫描电路140进行的扫描以读取信号的形式将完成AD转换之后获得的数据输出到传输线LTRF，并且通过输出IF电路160将得到的读取信号输出到外部。定时控制电路150生成为像素阵列部分110、行扫描电路120、列扫描电路140等
等中的处理所需的定时信号。在图2示出的CMOS图像传感器100中，按列控制像素阵列部分110。因此，例如， 通过行扫描控制线101-0同时地和并行地控制由像素110A-00到IlOA-Om组成的m+1个像素，由此通过连接到像素阵列部分110中的像素电路110A-00到IlOA-Om的输出信号线 LSGN，将像素信号输入到列ADC部分。利用列ADC部分，按列执行AD转换，以及由列扫描电路140把通过AD转换获得的数据传输到输出IF电路160。输出IF电路160将传送给它的数据格式化为具有允许数据被后级的信号处理电路接收的形式的数据，然后输出得到的数据。本公开可以应用于这样的图像传感器。此外，上述图像传感器仅仅是配置上的例子，而且本公开还可以应用于除了上述配置外的任何其他适当配置。下文中，将就当在第一实施例中的定时控制电路150中的诸如全分辨率读取模式或消去模式的模式的改变阶段中生成不必要帧时重启快门操作的功能给出具体描述。请注意，在下面的描述中“快门迟滞”表示范围从发出模式变化命令MCC到完成模式变化之后有效帧开始的时段。此外，“不必要帧”表示具有对于其曝光时段不恒定以及其数据由图像传感器输出的图像的帧。在图2中示出的CMOS图像传感器100中，基本地，定时控制电路150具有生成同步信号的功能，以及以同步信号为基准来复位电子快门地址的功能。当存取其中像素按η行布置的固态图像拾取元件中的全部像素时，从第一行到第 η行重复地存取电子快门地址。已知取决于驱动方法而部分地跳过电子快门地址、消去电子快门地址或存取仅仅一部分电子快门地址的方法。本说明中陈述的电子快门地址的复位表示，当用上述标准状态下的驱动、通过期望的触发(trigger)存取电子快门地址的第一行或仅仅一部分时，强制地把地址变为任意起始地址。电子快门地址的复位中不包括其中存取正常驱动阶段中第η行电子快门地址或仅仅部分电子快门地址的情况、以及通过特殊访问从最终的电子快门地址到起始地址的变化。作为第一配置，定时控制电路150具有以下功能，以生成的同步信号为基准执行电子快门操作以及读取操作，以便在其中曝光时段发生变化的模式变化过程中复位电子快门地址，由此防止产生用于不必要输出数据的时段。定时控制电路150具有确定在驱动方法的设置的改变阶段中曝光时段是否发生变化的功能。从而，定时控制电路150根据确定结果在曝光时段发生变化的模式变化过程中复位电子快门地址，由此防止产生用于不必要输出数据的时段。
作为第二配置，定时控制电路150具有以下功能，以生成的同步信号为基准执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插 (interpolate)缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段。同样在这种情况下，定时控制电路150具有确定在驱动方法的设置的改变阶段中曝光时段是否发生变化的功能，以及具有根据确定结果在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段的功能。此外，作为第三配置，定时控制电路150具有以下功能，以生成的同步信号为基准执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插 (Interpolate)缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段。此外，定时控制电路150 具有禁止关于如此内插的缩短的帧的数据作为输出数据输出到外部的功能。同样在这种情况下，定时控制电路150具有确定在驱动方法的设置的改变阶段中曝光时段是否发生变化的功能，以及具有根据确定结果在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段的功能。此外，定时控制电路150 具有禁止关于如此内插的缩短的帧的数据作为输出数据输出到外部的功能。接下来，将关于图像传感器中的模式变化给出描述。图4是解释图像传感器中的模式变化的例子的流程图。此外，图4示出了一般照相机系统中捕获静止图像的阶段中模式变化的流程图。图4的例子以步骤STl到ST7的形式示出了从消去操作中的预览模式到全分辨率操作中的静止图像捕获的变化的处理。基本上，许多照相机系统是在监视器上显示在捕获静止图像之前的状态(预览) 的系统。在该预览中，对于利用其捕获静止图像的全部像素，执行通过进行消去等来缩小 (shrink)图像的操作。为此，产生如下问题，当捕获静止图像时产生模式变化，以及需要花给定时间(快门迟滞时间，shutter lag time)来保持在相机的电子快门操作开始阶段和捕获静止图像阶段之间的时段中变为不必要的帧。在图4所示的流程图中，在步骤ST3中“捕获静止图像？ ”分支中执行肯定确定⑴ 的时刻成为电子快门操作的开始阶段。此后，在图像传感器中，模式被变化为全分辨率操作(ST4)以便捕获静止图像，然后捕获静止图像(ST5)。许多当前的照相机系统采用上述方法，并从而涉及到必然产生模式变化的机制。定时控制电路的第一配置接下来，将描述定时生成电路150的具体配置。图5是示出第一实施例中的定时生成电路150的第一配置的框图。图5中示出的定时生成电路150包括外部IF电路151、作为所谓的寄存器组 (register bank)的操作设置电路152、同步信号生成电路153、读取控制电路154、快门控制部分155、和模式变化确定部分156。因为已知各种同步信号生成方法，因此以下示出一例。在定时控制电路150中，图像传感器通过外部IF电路151从照相机系统的主人(master)接收设置命令SCMD。在操作设置电路152中解码如此接收的设置命令SCMD，以及把得到的设置传递给每个功能部分。根据来自操作设置电路152的信号S1521，将同步信号生成部分153设置于捕获状态，以开始生成同步信号(生成垂直同步信号、水平同步信号等等)。响应于来自操作设置电路152的操作设置信号S1522和在同步信号生成部分153 中生成的同步信号S153，读取控制部分巧4和快门控制部分155驱动行扫描电路120。依赖于设置变化内容，在完成模式变化之后生成累积时段不恒定的帧。模式变化确定部分156根据来自操作设置电路152的设置信息信号S1523，检测导致累积时段不恒定的状态的设置改变。模式变化确定部分156通过使用表示生成了不必要帧的信息信号S156，通知同步信号生成部分153、读取控制部分IM和快门控制部分155该检测结果。响应于表示生成了不必要帧的信息信号S156，同步信号生成部分153执行例如用于禁止不必要帧被输出的缩短的帧的处理、使用垂直同步信号间隔(帧的消隐(blanking) 时段)作为在完成模式变化之后的曝光时段的处理。响应于表示生成了不必要帧的信息信号S156，读取控制部分IM执行禁止执行读取控制的处理。响应于表示生成了不必要帧的信息信号S156，快门控制部分155中断已经执行的快门控制，以及根据在完成模式变化之后的曝光时段的设置来从帧的先头再次开始快门控制。执行上述处理使得可能防止生成不必要帧。在该情况下，没有产生模式变化的非模式变化的消隐时段时间大约是直到完成模式变化之后的帧处理为止的消隐时段的两倍长。上述配置和处理对应于上述第一配置。图6A和6B分别是解释当应用图3中所示的定时控制电路时的效果的时序图。此外，图6A和6B是表示通过使用第一实施例中的快门迟滞缩短功能(当在模式变化阶段中产生不必要帧时重启快门操作的功能)缩短快门迟滞的内容，以及从而示出了当采用上述第一配置时获得的效果。该预览按照帧FRM(frame) #0到#2的顺序继续，并且在帧FRM#2的中间发出模式变化命令MCC。在帧FRM#2的下一帧中产生模式变化。当快门迟滞缩短功能无效时，如图6A所示，帧FRM#3的曝光时段在该帧内是不统一的(uniform)。为此，帧FRM#3变成不必要帧，从而每个能够用作静止图像的帧在帧FRM#4中以及其后。另一方面，当快门迟滞缩短功能有效时，如图6B所示，因为执行了禁止生成不必要帧的处理，而没有生成帧FRM#3。此外，在帧FRM#4以及其后得到获得适当曝光时段的静止图像。如上所述，取决于快门迟滞缩短功能的存在与否，可以缩短该时段高达约全分辨
率的一帧。
图7A和7B分别是解释当应用图3中所示的定时控制电路时的效果的时序图。此外，图7A和7B是用于缩短不必要帧的技术的内容，以及示出了当采用上述第二配置时的效果。在可能不能应用图6A和6B中所示禁止生成不必要帧的技术的系统的情况下，使用用于缩短不必要帧的技术使得可能获得与图5中所示技术同样的效果。当快门迟滞缩短功能有效时，执行用于缩短不必要帧的处理而不是执行用于禁止生成不必要帧的处理。比较图7A和7B中示出的技术与图5中示出的技术可知，虽然缩短不必要帧所需的时段增加，但是当该时段的增加小时，可以获得与图5中所示技术同样的技术效果。定时控制电路的第二配置图8是示出第一实施例中的定时控制电路150A的第二配置的框图。此外，图8示出除了图5中所示的配置和功能外还添加了根据其而不将关于与图 7A和7B所示技术相关联的缩短的帧的数据输出到后级中的信号处理电路的控制的配置， 并且对应于上述第三配置。利用与图7A和7B所示的用于缩短不必要帧的技术相关联的技术，生成缩短的不必要数据。下面的情况是可能的在后级中的信号处理电路180中可能不能适当地接收该缩短的不必要数据。其原因在于，当从后级中的信号处理电路180设置图像数据的大小时，其大小不同于指定大小的数据被输出。为此，在表示生成了不必要帧的信息信号S156的时段中，在掩蔽处理部分170中执行用于禁止该数据在后级中的信号处理电路180中作为图像数据被接收的处理。例示包括移除同步码和使得该同步码等同于消隐阶段中的同步码的处理。图9是示出用于掩蔽图8中所示技术中不必要数据的处理的内容的时序图。在生成不必要数据的帧中，表示生成了不必要帧的信息信号(无效帧时段信号 (Invalid Frame Period Signal)) S156变成有效(在Hi时段中)，从而不生成意图输出到后级中的信号处理电路180的图像数据(ISP接收数据，ISP receive data)。执行此处理使下述成为可能，防止由于后级中的信号处理电路180中的图像数据大小上的不匹配而产生接收错误。根据本发明上述第一实施例，可以获得下列效果(1)在具有生成同步信号的功能的图像传感器中，模式变化阶段中的快门迟滞时间可以缩短高达约一个帧；(2)可以缩短模式变化阶段中的无效帧；和(3)因为在具有上述效果的图像传感器中，无需对于后级中的信号处理电路进行改变，所以容易执行对现有系统的更换。请注意，模式变化中包含各种形式，诸如除了从预览模式变化到全分辨率静止图像模式外的从预览模式变化到操作模式，从第一运动图像模式变化到第二运动图像模式， 以及运动图像模式和静止图像模式之间的变化。如下描述缩短快门迟滞的效果的基础。图10是示出关于说明缩短快门迟滞的效果的基础的有关时间的参数的时序图。
在这种情况下，有可能将输出数据所需的时段缩短高达约全分辨率的一个帧。在有关时间的参数以下述方式被定义的第一配置、第二配置、第三配置的情况下， 可能获得将如下描述的缩短快门迟滞的效果(1) “tFS”被定义为在预览阶段中发出模式变化命令MCC之后输出图像数据到该帧的最后所需的时段；(2) “tFI”被定义为输出不必要帧的像素数据所需的时段；(3) “tFF”被定义为在全分辨率捕获阶段中输出一帧像素数据所需的时段；(4) “tVB”被定义为消隐时段；和(5) “tET”被定义为曝光时段。在第一配置的情况下，快门迟滞时间被描述如下。在现有系统的情况下，快门迟滞时间最大值为[tFS+tVB+tFF+tVB]，最小值为 [tFF+tVB]。另一方面，在第一实施例中的系统的情况下，快门迟滞时间最大值为 [tFS+tVB+tET]，最小值为[tET]。缩短快门迟滞时间的效果(差异)变成[tFI+tVB-tET]。从而，当曝光时段tET最小时，快门迟滞时间被缩短约全分辨率一个帧的时段。在第二和第三配置的情况下，快门迟滞时间被描述如下。在现有系统的情况下，快门迟滞时间最大值为[tFS+tVB+tFF+tVB]，最小值为 [tFF+tVB]。另一方面，在第一实施例中的系统的情况下，快门迟滞时间最大值为 [tFS+tVB+tFI+tVB+tET]，最小值为[tFI+tVB+tET]。缩短快门迟滞时间的效果(差异)变成[tFF_(tFI+tET)]。从而，当输出关于不必要帧的像素数据所需的时段tFI、曝光时段tET均最小时，快门迟滞时间被缩短约全分辨率一个帧的时段。具有上述效果的固态图像拾取元件可以用作数码相机或摄像机的图像拾取器件。2.第二实施例图11是示出应用了根据本公开的第一实施例的固态图像拾取元件的、根据本公开的第二实施例的照相机系统的配置的框图。如图11所示，照相机系统200包括可以应用第一实施例的CMOS图像传感器(固态图像拾取元件)100的图像拾取器件210。此外，照相机系统200包括用于引导入射光到图像拾取器件210的(用于形成对象的图像的)像素区域的光学系统。这种光学系统的例子是用于在图像捕获表面上形成对应于入射光(图像光)的图像的镜头220。此外，照相机系统200包括驱动电路(DRV) 230和信号处理电路(PRC) 240。在这种情况下，驱动电路230驱动图像拾取器件210。此外，信号处理电路240处理来自图像拾取器件210的输出信号。驱动电路230包括用于生成据以驱动图像拾取器件210中的电路的包括启动脉冲和时钟脉冲的各种定时信号的定时生成器(未示出)。从而，驱动电路230通过预定定时信号来驱动图像拾取器件210。
此外，信号处理电路240对来自图像拾取器件210输出信号执行预定信号处理。通过信号处理电路MO中的预定处理获得的图像信号被记录在诸如存储器的记录介质中。通过使用打印机等等硬拷贝记录在记录介质中的图像信息。此外，将通过信号处理电路MO中的处理获得的图像信号以运动图像的形式显示在由液晶显示器等等组成的监视器上。如上所述，诸如数码相机的图像拾取装置被配备有上述CMOS图像传感器(固态图像拾取元件)100作为图像拾取器件210，由此使得可能实现消耗较少电功率的高性能照相机。本公开包含了于2010年6月8日提交于日本专利局的日本优先权专利申请 JP2010-130645中公开的主题相关的主题，其全部的内容通过引用合并于此。本领域技术人员应该理解，在所附权利要求或其等同的范围内，依赖于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、次组合和变动。
权利要求
1.一种固态图像拾取元件，包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及像素驱动部分，适于按行控制所述像素的操作，以便执行所述像素部分的电子快门操作和读取操作，其中所述像素驱动部分具有缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准，在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据。
2.根据权利要求1的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有当以模式变化作为触发而存取电子快门地址的第一行或仅仅一部分时执行强制地把电子快门地址变为任意起始地址的电子快门地址的复位的功能。
3.根据权利要求2的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有以下功能，以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中复位电子快门地址，由此禁止生成用于不必要输出数据的时段。
4.根据权利要求2的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有，以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及确定在驱动方法的设置变化的阶段中在曝光时段中是否发生变化的功能，以及所述像素驱动部分具有在曝光时段发生变化的模式变化阶段中复位电子快门地址、由此禁止生成用于不必要输出数据的时段的功能。
5.根据权利要求1的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有以下功能，以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段。
6.根据权利要求5的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及确定在驱动方法的设置变化的阶段中曝光时段是否发生变化的功能，以及所述像素驱动部分具有在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段的功能。
7.根据权利要求5的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段的功能，以及所述像素驱动部分具有禁止如此内插的缩短的帧作为输出数据输出到外部的功能。
8.根据权利要求5的固态图像拾取元件，其中所述像素驱动部分具有以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及确定在驱动方法的设置变化的阶段中曝光时段是否发生变化的功能，具有在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段的功能，以及具有禁止如此内插的缩短的帧作为输出数据输出到外部的功能。
9.一种驱动固态图像拾取元件的方法，包括当按行控制多个像素的操作以便执行其中以矩阵形式布置所述多个像素的像素部分的电子快门操作和读取操作时，缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该用于不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准，在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据，其中每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件。
10.根据权利要求9的驱动固态图像拾取元件的方法，其中当以模式变化作为触发而存取电子快门地址的第一行或仅仅一部分时，执行强制地把电子快门地址变为任意起始地址的电子快门地址的复位。
11.根据权利要求10的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中复位电子快门地址，由此禁止生成用于不必要输出数据的时段。
12.根据权利要求10的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，确定在驱动方法的设置变化的阶段中曝光时段是否发生变化，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中复位电子快门地址、由此禁止生成用于不必要输出数据的时段。
13.根据权利要求9的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、 由此缩短用于不必要输出数据的时段。
14.根据权利要求13的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，确定在驱动方法的设置变化的阶段中曝光时段是否发生变化，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段。
15.根据权利要求13的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、 由此缩短用于不必要输出数据的时段，以及禁止如此内插的缩短的帧作为输出数据输出到外部。
16.根据权利要求13的驱动固态图像拾取元件的方法，其中以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，确定在驱动方法的设置变化的阶段中曝光时段是否发生变化，在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段，以及禁止如此内插的缩短的帧作为输出数据输出到外部。
17.种照相机系统，包括固态图像拾取元件；在所述固态图像拾取元件上形成对象的图像的光学系统；以及信号处理电路，用于处理来自所述固态图像拾取元件的输出图像信号，其中，所述固态图像拾取元件包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及像素驱动部分，适于按行控制所述像素的操作，以便执行所述像素部分的电子快门操作和读取操作，以及其中所述像素驱动部分具有缩短用于不必要输出数据的时段的功能，在该不必要输出数据的时段中，以生成的同步信号为基准、在曝光时段发生变化的模式变化阶段中输出关于曝光时段不恒定的图像的数据。
18.根据权利要求17的照相机系统，其中所述像素驱动部分具有当以模式变化作为触发而存取电子快门地址的第一行或仅仅一部分时执行强制地把电子快门地址变为任意起始地址的电子快门地址的复位的功能，以及具有以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中复位电子快门地址，由此禁止生成用于不必要输出数据的时段的功能。
19.根据权利要求17的照相机系统，其中所述像素驱动部分具有以下功能，以同步信号为基准而执行电子快门操作以及读取操作、以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中内插缩短的帧、由此缩短用于不必要输出数据的时段。
20.一种照相机系统，包括固态图像拾取元件；在所述固态图像拾取元件上形成对象的图像的光学系统；以及信号处理电路，用于处理来自所述固态图像拾取元件的输出图像信号，其中所述固态图像拾取元件包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及适于按行控制所述像素的操作，以便执行所述像素部分的电子快门操作和读取操作的像素驱动部分，以及像素驱动部分以同步信号为基准，在同步信号的消隐时段中进行电子快门控制，与该同步信号同步地执行读取操作，以及在曝光时段发生变化的模式变化阶段中，根据跟随着模式变化的曝光时段的设置，在跟随着模式变化的同步信号的消隐时段再次开始电子快门控制，以及跟随着模式变化的同步信号的消隐时段长于非模式变化的阶段中的消隐时段。
全文摘要
公开了一种固态图像拾取元件，包括像素部分，其中以矩阵形式布置多个像素，每个像素包括用于将光信号转换成电信号以及根据曝光时段而在其中累积得到的电信号的光电转换元件；以及像素驱动部分，适于按行控制像素的操作，以便执行像素部分的电子快门操作和读取操作。
文档编号H04N5/378GK102281403SQ20111014610
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月1日 优先权日2010年6月8日
发明者中世古哲司 申请人:索尼公司