摄像设备及其控制方法转让专利
申请号 : CN200810093551.1
文献号 : CN101296329B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 竹田伸弘
申请人 : 佳能株式会社
摘要 :
本发明提供了一种摄像设备及其控制方法。图像传感器包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的转移电容、存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的转移电容、以及控制该图像传感器的系统控制CPU，其中n为等于或大于2的整数。当在从转移电容读出存储在该转移电容中的第(n-1)行的信号期间，在图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，该系统控制CPU进行控制，从而不从该转移电容输出第(n-1)行的信号。
权利要求 :
1.一种摄像设备，包括：
图像传感器，其包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数；以及控制单元，用于控制所述图像传感器，
其中，当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，所述控制单元进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，以及在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：
A/D转换单元，用于将从所述图像传感器输出的信号转换为数字信号；
定时生成单元，用于生成与所述数字信号同步的同步信号；以及
数字信号处理单元，用于与所述同步信号同步地导入所述数字信号，
其中，当在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲的电平发生改变时，所述控制单元进行控制，使得所述定时生成单元不提供用于对与从所述图像传感器输出的信号相对应的所述数字信号进行同步的所述同步信号。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：
A/D转换单元，用于将从所述图像传感器输出的信号转换为数字信号；
定时生成单元，用于生成与所述数字信号同步的同步信号；以及
数字信号处理单元，用于与所述同步信号同步地导入所述数字信号，
其中，当在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲的电平发生改变时，所述控制单元进行控制，从而输出预定值的数字信号。
4.一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数，所述控制方法包括以下步骤：控制步骤，用于当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，其中在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种数字照相机等的摄像设备及其控制方法。
背景技术
传统上，使用作为X-Y寻址式图像传感器的CMOS图像传感器(例如，参见“IEEE Transactions on Electron Devices”，Vol.41，1994，pp.452-453)。CMOS图像传感器的优势在于：这种CMOS图像传感器具有高信噪比和低功耗的特征，此外其外围电路可以集成在芯片内。当使用这种CMOS图像传感器时，用于将来自像素的1行的信号输出读出到转移电容(transfer capacitance)的操作与将来自转移电容的信号输出到图像传感器外部的水平扫描期间重叠。已经公开了一种图像传感器以及通过这种操作减少从该图像传感器读出所需的时间的读出方法(参见日本特开2001-45375)。
然而，根据日本特开2001-45375所公开的读出方法，存在这样的问题：由于应用于图像传感器的驱动脉冲的影响，在存储在转移电容中的信号或水平输出线的输出信号中，出现了噪声。
然而，根据日本特开2001-45375所公开的读出方法，存在这样的问题：由于应用于图像传感器的驱动脉冲的影响，在存储在转移电容中的信号或水平输出线的输出信号中，出现了噪声。
发明内容
根据上述问题提出本发明，并且本发明的目的是在缩短从图像传感器读出所需的时间量的同时，防止由于应用于图像传感器的驱动脉冲而引起的噪声的出现。
本发明的第一方面涉及一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数；以及控制单元，用于控制所述图像传感器，其中，当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，所述控制单元进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，以及在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
本发明的第二方面涉及一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数，所述控制方法包括以下步骤：控制步骤，用于当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，其中在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
根据本发明，可以在缩短从图像传感器读出所需的时间量的同时，防止由于应用于图像传感器的驱动脉冲而引起的噪声的出现。
根据以下(参考附图)典型实施例的说明，本发明的其他特征将变得明显。
本发明的第一方面涉及一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数；以及控制单元，用于控制所述图像传感器，其中，当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，所述控制单元进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，以及在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
本发明的第二方面涉及一种图像传感器的控制方法，所述图像传感器包括布置在行方向和列方向上的多个光电转换单元、用于存储从所述多个光电转换单元的第(n-1)行读出的信号的第一存储单元、以及用于存储从所述多个光电转换单元的第n行读出的信号的第二存储单元，其中n为等于或大于2的整数，所述控制方法包括以下步骤：控制步骤，用于当在从所述第一存储单元读出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号期间，在所述图像传感器内生成的预定驱动脉冲的电平发生改变时，进行控制，从而不从所述第一存储单元输出存储在所述第一存储单元中的第(n-1)行的信号，其中在所述图像传感器内生成的所述预定驱动脉冲是用于将第n行的所述光电转换单元的信号读出到所述第二存储单元的驱动脉冲、用于对所述图像传感器内的所述光电转换单元的信号进行复位的脉冲、以及用于在所述图像传感器内传输由所述图像传感器的所述光电转换单元所生成的信号的脉冲之一。
根据本发明，可以在缩短从图像传感器读出所需的时间量的同时，防止由于应用于图像传感器的驱动脉冲而引起的噪声的出现。
根据以下(参考附图)典型实施例的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的结构的图；
图2是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的驱动定时的图；
图3是示出将根据本发明实施例的摄像系统应用于数字静止照相机的情况的框图；
图4是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的定时图；
图5是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的另一个定时图；以及
图6是示出传统的图像传感器的驱动定时的图。
图2是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的驱动定时的图；
图3是示出将根据本发明实施例的摄像系统应用于数字静止照相机的情况的框图；
图4是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的定时图；
图5是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的另一个定时图；以及
图6是示出传统的图像传感器的驱动定时的图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细说明根据本发明优选实施例的摄像设备及其控制方法。
图1是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的结构的图。
在图1中，附图标记1表示垂直扫描电路，附图标记2表示光电二极管等的用于对被摄体图像进行光电转换的光电转换器，并且附图标记3表示用于将由光电转换器2产生的电荷传输到存储电容5的传输开关，其中存储电容5包括在稍后将要说明的浮动扩散放大器中。附图标记4表示对累积在光电转换器2、存储电容5等中的多余电荷进行清除的复位开关。附图标记6表示对累积在存储电容5中的信号电荷进行放大并将其转换为电压的源极跟随放大器，而附图标记7表示将源极跟随放大器6的输出端连接到垂直输出线8的行选择开关。上述浮动扩散放大器包括复位开关4、存储电容5以及源极跟随放大器6。附图标记9表示用于驱动由行选择开关7选择的行的源极跟随放大器6的负荷电流源。附图标记10、11、12和13表示用于将输出到垂直输出线8的信号传输到用作第一存储单元和第二存储单元的转移电容14、15、16和17的传输门。附图标记18和20表示用于将存储在转移电容14和16中的信号输出到水平读出线22的读出开关。向时，附图标记19和21表示用于将存储在转移电容15和17中的信号输出到水平读出线23的读出开关。附图标记24表示用作用于将信号从转移电容14、15、16和17顺序地输出到水平读出线22和23的驱动单元的水平扫描电路。附图标记25表示将输出到水平读出线22的信号和输出到水平读出线23的信号之间的差输出到图像传感器外部的输出放大器。附图标记26和27表示用于将水平读出线22和23复位为预定电压的复位开关。附图标记28和29表示连接到水平扫描电路24的与(AND)门。摄像设备设置有稍后将参考图3说明的系统控制CPU 111；摄像设备使用系统控制CPU 111对图像传感器进行控制。注意，在图1中，已经将撇号(′)添加到其他像素的组成元件的附图标记，以便简化说明。换句话说，附图标记2′表示光电转换器；附图标记3′表示传输开关；附图标记4′表示复位开关；附图标记5′表示存储电容；附图标记6′表示源极跟随放大器；并且附图标记7′表示行选择开关。
图6是示出传统的图像传感器的驱动定时的图。注意，图6假设对与图1所示的图像传感器的结构相类似的图像传感器进行操作。
在时刻t1，水平驱动信号HD、φHST和φLSEL下降到低电平(以下称为“低”)。当φHST信号从低电平转变为高电平(以下称为“高”)时，要读到水平读出线22和23的列在每个水平扫描时钟φH的上升沿处发生变化。在读出一行信号且范围为从t1到t9的水平扫描期间，φLSEL为低，因此与门28的输出为低，而与门29的输出可以是高。因此，读出开关18和19截止，并且与高的与门29相对应的读出开关20和21导通。因此，与输入到水平扫描电路24的水平扫描时钟φH同步地，将存储在转移电容16中的信号经由读出开关20顺序地读出到水平读出线22。此外，将存储在转移电容17中的信号经由读出开关21顺序地读出到水平读出线23。此时，由于读出开关18和19截止，因而不读出存储在转移电容14和15中的信号。然后，输出放大器25执行用于将水平读出线22和水平读出线23之间的差分信号输出到外部的输出操作。此时输出的信号是第(n-1)行的信号(n为2或更大的整数；以下同样适用)。
接着，将提供关于将累积在第n行的光电转换器2中的信号电荷传输到转移电容的说明，其中，与如上所述将信号输出到外部并行地执行该传输。
首先，在时刻t2，φSELn变为高，从而使行选择开关7导通，并且将第n行的像素电路连接到垂直输出线8。类似地，φRESn变为高，从而导通复位开关4，清除累积在存储电容5中的多余电荷。此时，驱动的复位开关4的数量与图像传感器在水平方向上的像素数相同。因此，用于驱动复位开关4的脉冲需要提供足以驱动多个复位开关4的栅电容的电流。然而，如果在图像传感器中存在这样的大的电流脉冲，则由于在图像传感器所包括的电路中的寄生电容和寄生电阻等，图像传感器的基准电位和接地电位变得不稳定，从而导致噪声进入输出信号。该现象尤其发生在脉冲的边缘处(即，当脉冲变化时)。
在时刻t3，φRESn变为低，并且复位结束；同时，φTN1变为高，传输门11导通，并且在第n行的每个像素电路中出现的噪声分量被存储在转移电容15中。这里，由于驱动脉冲φTN 1的影响，噪声进入存储在第(n-1)行的转移电容17中的信号，或进入水平输出线中的第(n-1)行的信号输出。
在时刻t4，φTN1变为低，传输门11截止，并且在第n行的每个像素电路中生成的噪声分量被存储在转移电容15中。
在时刻t5，φTXn变为高，第n行中的每个像素电路的传输开关3导通，并且累积在光电转换器2中的信号电荷被传输到存储电容5。
在时刻t6，φTS1变为高，传输门10导通，存储电容5中的信号电荷由源极跟随放大器6放大并转换为电压，并存储在转移电容14中。这里，由于驱动脉冲φTS1的影响，噪声进入存储在第(n-1)行的转移电路16中的信号，或进入水平输出线的第(n-1)行中的信号输出。
在时刻t7，φTS1变为低，传输门10截止，并且完成了到转移电容14的存储。
此后，在从时刻t9开始的下一水平扫描期间，从输出放大器25输出第n行的信号。
如上所述，并行执行将第n行的信号存储到转移电容的操作以及输出第(n-1)行的信号的操作(即，水平扫描)。虽然这减小了从图像传感器读出所需的时间，然而如关于时刻t3、时刻t6等所说明的，噪声进入存储在转移电容中的第(n-1)行的信号，或进入水平读出线中的第(n-1)行的信号输出。
图2是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的驱动定时的图。将使用图1和图2来说明根据本实施例的图像传感器的操作。
在时刻t1，水平驱动信号HD、φHST和φLSEL变为低。当φHST信号从低转变为高时，要读到水平读出线22和23的列在每个水平扫描时钟φH的上升沿处变化。在范围从t1到t9的水平扫描期间，φLSEL为低，因此与门28的输出为低，而与门29的输出可以为高。因此，读出开关18和19截止，并且与高的与门29相对应的读出开关20和21导通。因此，与输入到水平扫描电路24的水平扫描时钟φH同步地，将存储在转移电容16中的信号经由读出开关20顺序地读出到水平读出线22。此外，将存储在转移电容17中的信号经由读出开关21顺序地读出到水平读出线23。此时，由于读出开关18和19截止，因而不读出存储在转移电容14和15中的信号。
输出放大器25将水平读出线22和水平读出线23之间的差分信号输出到外部。此时，输出的信号是第n-1行的信号。在本实施例中，在稍后将说明的预定时刻对水平扫描时钟φH进行疏化(thin out)；这可以从图2中看出。
接着，将提供关于将累积在第n行的光电转换器2中的信号电荷传输到转移电容的说明，其中，与如上所述将信号输出到外部并行地执行该传输。
首先，在时刻t2，φSELn变为高，从而使行选择开关7导通，并且将第n行的像素电路连接到垂直输出线8。类似地，φRESn变为高，从而导通复位开关4，清除累积在存储电容5中的多余电荷。在时刻t2，水平扫描时钟φH保持为低(即，暂时停止提供水平扫描时钟φH)。结果，暂时停止水平扫描电路24的操作，因此也停止第(n-1)行的信号的输出。
在时刻t3，φRESn变为低，并且复位结束；同时，φTN1变为高，传输门11导通，并且出现在第n行的每个像素电路中的噪声分量被存储在转移电容15中。水平扫描时钟φH在时刻t3仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t4，φTN1变为低，传输门11截止，并且在第n行的每个像素电路中生成的噪声分量完成了存储在转移电容15中的操作。水平扫描时钟φH在时刻t4仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t5，φTXn变为高，第n行的每个像素电路的传输开关3导通，并且累积在光电转换器2中的信号电荷被传输到存储电容5。
在时刻t6，φTS1变为高，传输门10导通，存储电容5中的信号电荷由源极跟随放大器6放大并转换为电压，并存储在转移电容14中。水平扫描时钟φH在时刻t6仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t7，φTS1变为低，传输门10截止，并且完成了到转移电容14的存储。水平扫描时钟φH在时刻t7仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
此后，在从时刻t9开始的下一水平扫描期间，从输出放大器25输出第n行的信号。以与如上所述的第(n-1)行的信号读出期间相同的方式，水平扫描时钟φH在时刻t10、t11、t12、t14以及t15保持为低，并且暂时停止水平扫描电路24的操作。
因此，并行地执行到第n行的转移电容的存储以及第(n-1)行的信号的输出(即，水平扫描)，这可以降低从图像传感器读出所需的时间。此外，可以通过在作为噪声源的驱动脉冲的边沿附近，停止读出信号(换句话说，停止水平扫描时钟φH)，来输出噪声抑制后的信号。
尽管在本实施例中，在图像传感器的三类驱动脉冲的边沿处停止水平扫描时钟，然而本发明并不局限于此。即，例如，在可以引起噪声的驱动脉冲(即，应用于图像传感器的驱动脉冲)的边沿处，可以将水平扫描时钟φH保持为低，从而暂时停止水平扫描电路24的操作。
此外，在本实施例中，尽管水平扫描时钟φH为低的期间是发生在驱动脉冲的边沿处的单时钟期间，然而本发明并不局限于此。例如，如果由驱动脉冲引起的噪声进入多时钟期间，则可以至少在该期间停止提供水平扫描时钟φH。
注意，如在本实施例中的情况那样，由于存在停止水平扫描时钟φH的期间，因而水平扫描期间延长了时钟停止的量。然而，时钟停止的间隔非常短，因此在如今的像素数大且单个水平扫描期间长的图像传感器中，这基本可以忽略。
接着，将提供关于使用如上述实施例所述的摄像设备及其控制方法的摄像系统的说明。
图3是示出用作根据本实施例的摄像设备的数字静止照相机的框图。
在图3中，附图标记101表示用于将被摄体的光学图像形成在图像传感器105上的镜头，附图标记102表示用于可以改变穿过镜头101的光量的光圈，该光圈102由光圈控制单元113来控制。附图标记103表示对由镜头101形成的被摄体图像的光进入图像传感器105进行控制的机械快门，该快门103由快门控制单元114来控制。附图标记104表示控制进入图像传感器105的光的波长和空间频率的光学滤波器，附图标记105表示用于捕获由镜头101形成的被摄体图像作为图像信号的图像传感器。如图1中所示，在图像传感器105中以行和列的方式布置均包括光电转换器2的多个像素。附图标记106表示对从图像传感器105输出的图像信号进行模拟处理和模拟-数字转换处理的模拟前端(analogfront-end)。模拟前端106包括用于去除噪声的CDS电路107、用于调整信号增益的放大器108、以及用于对模拟信号进行数字化的A/D转换器109。附图标记110表示对从模拟前端106输出的数字图像数据进行各种调整，并压缩该数字图像数据等的数字信号处理单元。附图标记115表示将各种定时信号输出到图像传感器105、模拟前端106和数字信号处理单元110的定时生成单元。附图标记111表示进行各种处理，并总体控制数字静止照相机的系统控制CPU，附图标记112表示用于暂时存储图像数据的图像存储器。附图标记116表示用于显示所拍摄的图像的显示接口(显示I/F)，附图标记117表示例如液晶显示器等的显示单元。附图标记118表示用于记录到记录介质中/从记录介质读出的记录接口单元(记录I/F)。附图标记119表示例如半导体存储器等的记录或读出图像数据的可移动记录介质，附图标记120表示用于与外部计算机121等进行通信的外部接口单元(外部I/F)。注意，图像传感器105是根据本实施例的图像传感器，并且以根据本实施例的驱动定时驱动图像传感器105。
接着，将说明如图3所示配置的摄像系统在拍摄图像时的操作。
当接通电源开关(未示出)时，接通主电源。接着，接通控制系统的电源，此后，同样接通模拟前端106等的摄像系统电路的电源。
然后，系统控制CPU 111通过光圈控制单元113，打开光圈102，以便控制曝光，并且通过快门控制单元114，打开机械快门103。通过A/D转换器109将从图像传感器105输出的信号转换为数字图像数据，该数字图像数据被输入到数字信号处理单元110。系统控制CPU 111基于该数据计算曝光。
基于该光度测量的结果判断亮度，并且系统控制CPU 111根据判断的结果来控制光圈102。
接着，从图像传感器105输出的信号中提取高频分量，并且系统控制CPU 111计算到被摄体的距离。此后，驱动镜头101，并判断镜头是否聚焦。如果判断为镜头没有聚焦，则再次驱动镜头101。以这种方式，进行焦点调整处理。
在已确认焦点之后，使用图像传感器105的电子快门功能，开始并完成主曝光。注意，也可以通过打开和关闭机械快门103，来执行主曝光的开始和完成。此后，以行为单位顺序输出图像信号。模拟前端106对从图像传感器105输出的信号进行诸如相关双采样等的噪声去除、放大以及A/D转换。然后，经由数字信号处理单元110，系统控制CPU 111将数字化后的图像信号写入到图像存储器112。此后，作为由系统控制CPU 111进行的控制的结果，将存储在图像存储器112中的图像数据经由记录接口单元118记录在作为可移动半导体存储器等的记录介质119中。还将所拍摄的图像数据经由显示接口116显示在作为液晶显示器等的显示单元117上。可选地，可以直接将图像数据经由外部接口单元120输入到计算机121等中，并且此后可以处理该图像。
接着，将使用图4来说明将根据本实施例的摄像设备及其控制方法应用于图3所示的摄像系统时的操作。
图4是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的定时图。数字图像数据DATA是从模拟前端106输出并输入到数字信号处理单元110的信号。时钟脉冲DCLK是与数字图像数据DATA同步的、对用于将数字图像数据DATA输入到数字信号处理单元110的定时进行调节的同步信号。注意，由图3所示的定时生成单元115提供时钟脉冲DCLK。
在图4中，在时刻h3输出的数字图像数据DATA与如上所述当停止提供水平扫描时钟φH时的信号等同；实际上，该数据是不一定作为图像信号的信号，因此不定义其值。此时，通过保持时钟脉冲DCLK为低，并且停止提供时钟脉冲DCLK，不会将多余的信号导入到数字信号处理单元110，从而可以保存图像存储器112中的空间。此外，不再需要执行诸如在稍后删除多余信号等的浪费的处理。
图5是示出数字图像数据DATA与时钟脉冲DCLK之间的关系的另一个定时图。
在图5中，如上所述，时刻h3处的数字图像数据DATA与当停止提供水平扫描时钟φH时的信号等同，并且实际上，该数据是不一定作为图像信号的信号。因此，利用图5所示的方法，在模拟前端106中，将数字图像数据值固定在诸如十六进制的0000(0x0000)等的预定的特定值。这里，配置数字信号处理单元110，以使得在输入上述特定值(例如，0x0000)的情况下不导入数字图像数据值。因此，不会将多余的信号导入到数字信号处理单元110，从而可以保存图像存储器中的空间。此外，不再需要执行诸如在稍后删除多余的信号等的浪费的处理。应该注意的是，尽管将与停止提供水平扫描时钟φH时发生的输出信号等同的数字图像数据的值描述为0x0000，然而可以使用不同的值。
注意，尽管在根据本实施例的摄像系统中独立地配置定时生成单元115，然而也可以在图像传感器105的半导体基底上形成定时生成单元115，以使定时生成单元115与图像传感器105集成在一起。类似地，可以将定时生成单元115与模拟前端106或数字信号处理单元110集成在一起。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。
图1是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的结构的图。
在图1中，附图标记1表示垂直扫描电路，附图标记2表示光电二极管等的用于对被摄体图像进行光电转换的光电转换器，并且附图标记3表示用于将由光电转换器2产生的电荷传输到存储电容5的传输开关，其中存储电容5包括在稍后将要说明的浮动扩散放大器中。附图标记4表示对累积在光电转换器2、存储电容5等中的多余电荷进行清除的复位开关。附图标记6表示对累积在存储电容5中的信号电荷进行放大并将其转换为电压的源极跟随放大器，而附图标记7表示将源极跟随放大器6的输出端连接到垂直输出线8的行选择开关。上述浮动扩散放大器包括复位开关4、存储电容5以及源极跟随放大器6。附图标记9表示用于驱动由行选择开关7选择的行的源极跟随放大器6的负荷电流源。附图标记10、11、12和13表示用于将输出到垂直输出线8的信号传输到用作第一存储单元和第二存储单元的转移电容14、15、16和17的传输门。附图标记18和20表示用于将存储在转移电容14和16中的信号输出到水平读出线22的读出开关。向时，附图标记19和21表示用于将存储在转移电容15和17中的信号输出到水平读出线23的读出开关。附图标记24表示用作用于将信号从转移电容14、15、16和17顺序地输出到水平读出线22和23的驱动单元的水平扫描电路。附图标记25表示将输出到水平读出线22的信号和输出到水平读出线23的信号之间的差输出到图像传感器外部的输出放大器。附图标记26和27表示用于将水平读出线22和23复位为预定电压的复位开关。附图标记28和29表示连接到水平扫描电路24的与(AND)门。摄像设备设置有稍后将参考图3说明的系统控制CPU 111；摄像设备使用系统控制CPU 111对图像传感器进行控制。注意，在图1中，已经将撇号(′)添加到其他像素的组成元件的附图标记，以便简化说明。换句话说，附图标记2′表示光电转换器；附图标记3′表示传输开关；附图标记4′表示复位开关；附图标记5′表示存储电容；附图标记6′表示源极跟随放大器；并且附图标记7′表示行选择开关。
图6是示出传统的图像传感器的驱动定时的图。注意，图6假设对与图1所示的图像传感器的结构相类似的图像传感器进行操作。
在时刻t1，水平驱动信号HD、φHST和φLSEL下降到低电平(以下称为“低”)。当φHST信号从低电平转变为高电平(以下称为“高”)时，要读到水平读出线22和23的列在每个水平扫描时钟φH的上升沿处发生变化。在读出一行信号且范围为从t1到t9的水平扫描期间，φLSEL为低，因此与门28的输出为低，而与门29的输出可以是高。因此，读出开关18和19截止，并且与高的与门29相对应的读出开关20和21导通。因此，与输入到水平扫描电路24的水平扫描时钟φH同步地，将存储在转移电容16中的信号经由读出开关20顺序地读出到水平读出线22。此外，将存储在转移电容17中的信号经由读出开关21顺序地读出到水平读出线23。此时，由于读出开关18和19截止，因而不读出存储在转移电容14和15中的信号。然后，输出放大器25执行用于将水平读出线22和水平读出线23之间的差分信号输出到外部的输出操作。此时输出的信号是第(n-1)行的信号(n为2或更大的整数；以下同样适用)。
接着，将提供关于将累积在第n行的光电转换器2中的信号电荷传输到转移电容的说明，其中，与如上所述将信号输出到外部并行地执行该传输。
首先，在时刻t2，φSELn变为高，从而使行选择开关7导通，并且将第n行的像素电路连接到垂直输出线8。类似地，φRESn变为高，从而导通复位开关4，清除累积在存储电容5中的多余电荷。此时，驱动的复位开关4的数量与图像传感器在水平方向上的像素数相同。因此，用于驱动复位开关4的脉冲需要提供足以驱动多个复位开关4的栅电容的电流。然而，如果在图像传感器中存在这样的大的电流脉冲，则由于在图像传感器所包括的电路中的寄生电容和寄生电阻等，图像传感器的基准电位和接地电位变得不稳定，从而导致噪声进入输出信号。该现象尤其发生在脉冲的边缘处(即，当脉冲变化时)。
在时刻t3，φRESn变为低，并且复位结束；同时，φTN1变为高，传输门11导通，并且在第n行的每个像素电路中出现的噪声分量被存储在转移电容15中。这里，由于驱动脉冲φTN 1的影响，噪声进入存储在第(n-1)行的转移电容17中的信号，或进入水平输出线中的第(n-1)行的信号输出。
在时刻t4，φTN1变为低，传输门11截止，并且在第n行的每个像素电路中生成的噪声分量被存储在转移电容15中。
在时刻t5，φTXn变为高，第n行中的每个像素电路的传输开关3导通，并且累积在光电转换器2中的信号电荷被传输到存储电容5。
在时刻t6，φTS1变为高，传输门10导通，存储电容5中的信号电荷由源极跟随放大器6放大并转换为电压，并存储在转移电容14中。这里，由于驱动脉冲φTS1的影响，噪声进入存储在第(n-1)行的转移电路16中的信号，或进入水平输出线的第(n-1)行中的信号输出。
在时刻t7，φTS1变为低，传输门10截止，并且完成了到转移电容14的存储。
此后，在从时刻t9开始的下一水平扫描期间，从输出放大器25输出第n行的信号。
如上所述，并行执行将第n行的信号存储到转移电容的操作以及输出第(n-1)行的信号的操作(即，水平扫描)。虽然这减小了从图像传感器读出所需的时间，然而如关于时刻t3、时刻t6等所说明的，噪声进入存储在转移电容中的第(n-1)行的信号，或进入水平读出线中的第(n-1)行的信号输出。
图2是示出根据本发明优选实施例的图像传感器的驱动定时的图。将使用图1和图2来说明根据本实施例的图像传感器的操作。
在时刻t1，水平驱动信号HD、φHST和φLSEL变为低。当φHST信号从低转变为高时，要读到水平读出线22和23的列在每个水平扫描时钟φH的上升沿处变化。在范围从t1到t9的水平扫描期间，φLSEL为低，因此与门28的输出为低，而与门29的输出可以为高。因此，读出开关18和19截止，并且与高的与门29相对应的读出开关20和21导通。因此，与输入到水平扫描电路24的水平扫描时钟φH同步地，将存储在转移电容16中的信号经由读出开关20顺序地读出到水平读出线22。此外，将存储在转移电容17中的信号经由读出开关21顺序地读出到水平读出线23。此时，由于读出开关18和19截止，因而不读出存储在转移电容14和15中的信号。
输出放大器25将水平读出线22和水平读出线23之间的差分信号输出到外部。此时，输出的信号是第n-1行的信号。在本实施例中，在稍后将说明的预定时刻对水平扫描时钟φH进行疏化(thin out)；这可以从图2中看出。
接着，将提供关于将累积在第n行的光电转换器2中的信号电荷传输到转移电容的说明，其中，与如上所述将信号输出到外部并行地执行该传输。
首先，在时刻t2，φSELn变为高，从而使行选择开关7导通，并且将第n行的像素电路连接到垂直输出线8。类似地，φRESn变为高，从而导通复位开关4，清除累积在存储电容5中的多余电荷。在时刻t2，水平扫描时钟φH保持为低(即，暂时停止提供水平扫描时钟φH)。结果，暂时停止水平扫描电路24的操作，因此也停止第(n-1)行的信号的输出。
在时刻t3，φRESn变为低，并且复位结束；同时，φTN1变为高，传输门11导通，并且出现在第n行的每个像素电路中的噪声分量被存储在转移电容15中。水平扫描时钟φH在时刻t3仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t4，φTN1变为低，传输门11截止，并且在第n行的每个像素电路中生成的噪声分量完成了存储在转移电容15中的操作。水平扫描时钟φH在时刻t4仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t5，φTXn变为高，第n行的每个像素电路的传输开关3导通，并且累积在光电转换器2中的信号电荷被传输到存储电容5。
在时刻t6，φTS1变为高，传输门10导通，存储电容5中的信号电荷由源极跟随放大器6放大并转换为电压，并存储在转移电容14中。水平扫描时钟φH在时刻t6仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
在时刻t7，φTS1变为低，传输门10截止，并且完成了到转移电容14的存储。水平扫描时钟φH在时刻t7仍保持为低，因此暂时停止水平扫描电路24的操作。
此后，在从时刻t9开始的下一水平扫描期间，从输出放大器25输出第n行的信号。以与如上所述的第(n-1)行的信号读出期间相同的方式，水平扫描时钟φH在时刻t10、t11、t12、t14以及t15保持为低，并且暂时停止水平扫描电路24的操作。
因此，并行地执行到第n行的转移电容的存储以及第(n-1)行的信号的输出(即，水平扫描)，这可以降低从图像传感器读出所需的时间。此外，可以通过在作为噪声源的驱动脉冲的边沿附近，停止读出信号(换句话说，停止水平扫描时钟φH)，来输出噪声抑制后的信号。
尽管在本实施例中，在图像传感器的三类驱动脉冲的边沿处停止水平扫描时钟，然而本发明并不局限于此。即，例如，在可以引起噪声的驱动脉冲(即，应用于图像传感器的驱动脉冲)的边沿处，可以将水平扫描时钟φH保持为低，从而暂时停止水平扫描电路24的操作。
此外，在本实施例中，尽管水平扫描时钟φH为低的期间是发生在驱动脉冲的边沿处的单时钟期间，然而本发明并不局限于此。例如，如果由驱动脉冲引起的噪声进入多时钟期间，则可以至少在该期间停止提供水平扫描时钟φH。
注意，如在本实施例中的情况那样，由于存在停止水平扫描时钟φH的期间，因而水平扫描期间延长了时钟停止的量。然而，时钟停止的间隔非常短，因此在如今的像素数大且单个水平扫描期间长的图像传感器中，这基本可以忽略。
接着，将提供关于使用如上述实施例所述的摄像设备及其控制方法的摄像系统的说明。
图3是示出用作根据本实施例的摄像设备的数字静止照相机的框图。
在图3中，附图标记101表示用于将被摄体的光学图像形成在图像传感器105上的镜头，附图标记102表示用于可以改变穿过镜头101的光量的光圈，该光圈102由光圈控制单元113来控制。附图标记103表示对由镜头101形成的被摄体图像的光进入图像传感器105进行控制的机械快门，该快门103由快门控制单元114来控制。附图标记104表示控制进入图像传感器105的光的波长和空间频率的光学滤波器，附图标记105表示用于捕获由镜头101形成的被摄体图像作为图像信号的图像传感器。如图1中所示，在图像传感器105中以行和列的方式布置均包括光电转换器2的多个像素。附图标记106表示对从图像传感器105输出的图像信号进行模拟处理和模拟-数字转换处理的模拟前端(analogfront-end)。模拟前端106包括用于去除噪声的CDS电路107、用于调整信号增益的放大器108、以及用于对模拟信号进行数字化的A/D转换器109。附图标记110表示对从模拟前端106输出的数字图像数据进行各种调整，并压缩该数字图像数据等的数字信号处理单元。附图标记115表示将各种定时信号输出到图像传感器105、模拟前端106和数字信号处理单元110的定时生成单元。附图标记111表示进行各种处理，并总体控制数字静止照相机的系统控制CPU，附图标记112表示用于暂时存储图像数据的图像存储器。附图标记116表示用于显示所拍摄的图像的显示接口(显示I/F)，附图标记117表示例如液晶显示器等的显示单元。附图标记118表示用于记录到记录介质中/从记录介质读出的记录接口单元(记录I/F)。附图标记119表示例如半导体存储器等的记录或读出图像数据的可移动记录介质，附图标记120表示用于与外部计算机121等进行通信的外部接口单元(外部I/F)。注意，图像传感器105是根据本实施例的图像传感器，并且以根据本实施例的驱动定时驱动图像传感器105。
接着，将说明如图3所示配置的摄像系统在拍摄图像时的操作。
当接通电源开关(未示出)时，接通主电源。接着，接通控制系统的电源，此后，同样接通模拟前端106等的摄像系统电路的电源。
然后，系统控制CPU 111通过光圈控制单元113，打开光圈102，以便控制曝光，并且通过快门控制单元114，打开机械快门103。通过A/D转换器109将从图像传感器105输出的信号转换为数字图像数据，该数字图像数据被输入到数字信号处理单元110。系统控制CPU 111基于该数据计算曝光。
基于该光度测量的结果判断亮度，并且系统控制CPU 111根据判断的结果来控制光圈102。
接着，从图像传感器105输出的信号中提取高频分量，并且系统控制CPU 111计算到被摄体的距离。此后，驱动镜头101，并判断镜头是否聚焦。如果判断为镜头没有聚焦，则再次驱动镜头101。以这种方式，进行焦点调整处理。
在已确认焦点之后，使用图像传感器105的电子快门功能，开始并完成主曝光。注意，也可以通过打开和关闭机械快门103，来执行主曝光的开始和完成。此后，以行为单位顺序输出图像信号。模拟前端106对从图像传感器105输出的信号进行诸如相关双采样等的噪声去除、放大以及A/D转换。然后，经由数字信号处理单元110，系统控制CPU 111将数字化后的图像信号写入到图像存储器112。此后，作为由系统控制CPU 111进行的控制的结果，将存储在图像存储器112中的图像数据经由记录接口单元118记录在作为可移动半导体存储器等的记录介质119中。还将所拍摄的图像数据经由显示接口116显示在作为液晶显示器等的显示单元117上。可选地，可以直接将图像数据经由外部接口单元120输入到计算机121等中，并且此后可以处理该图像。
接着，将使用图4来说明将根据本实施例的摄像设备及其控制方法应用于图3所示的摄像系统时的操作。
图4是示出数字图像数据DATA和时钟脉冲DCLK之间的关系的定时图。数字图像数据DATA是从模拟前端106输出并输入到数字信号处理单元110的信号。时钟脉冲DCLK是与数字图像数据DATA同步的、对用于将数字图像数据DATA输入到数字信号处理单元110的定时进行调节的同步信号。注意，由图3所示的定时生成单元115提供时钟脉冲DCLK。
在图4中，在时刻h3输出的数字图像数据DATA与如上所述当停止提供水平扫描时钟φH时的信号等同；实际上，该数据是不一定作为图像信号的信号，因此不定义其值。此时，通过保持时钟脉冲DCLK为低，并且停止提供时钟脉冲DCLK，不会将多余的信号导入到数字信号处理单元110，从而可以保存图像存储器112中的空间。此外，不再需要执行诸如在稍后删除多余信号等的浪费的处理。
图5是示出数字图像数据DATA与时钟脉冲DCLK之间的关系的另一个定时图。
在图5中，如上所述，时刻h3处的数字图像数据DATA与当停止提供水平扫描时钟φH时的信号等同，并且实际上，该数据是不一定作为图像信号的信号。因此，利用图5所示的方法，在模拟前端106中，将数字图像数据值固定在诸如十六进制的0000(0x0000)等的预定的特定值。这里，配置数字信号处理单元110，以使得在输入上述特定值(例如，0x0000)的情况下不导入数字图像数据值。因此，不会将多余的信号导入到数字信号处理单元110，从而可以保存图像存储器中的空间。此外，不再需要执行诸如在稍后删除多余的信号等的浪费的处理。应该注意的是，尽管将与停止提供水平扫描时钟φH时发生的输出信号等同的数字图像数据的值描述为0x0000，然而可以使用不同的值。
注意，尽管在根据本实施例的摄像系统中独立地配置定时生成单元115，然而也可以在图像传感器105的半导体基底上形成定时生成单元115，以使定时生成单元115与图像传感器105集成在一起。类似地，可以将定时生成单元115与模拟前端106或数字信号处理单元110集成在一起。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。