JP2001045378A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2001045378A JP2001045378A JP11221737A JP22173799A JP2001045378A JP 2001045378 A JP2001045378 A JP 2001045378A JP 11221737 A JP11221737 A JP 11221737A JP 22173799 A JP22173799 A JP 22173799A JP 2001045378 A JP2001045378 A JP 2001045378A
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Abstract
時間と読み出し用の転送時間とのバランスを取り、高画
質で解像度の劣化のない読み取りを実行できる固体撮像
装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 固体撮像装置において、複数の画素信号
を任意の時間間隔をもって複数に出力することを特徴と
する。また、複数の画素信号を蓄積する複数の蓄積部か
ら、任意の時間間隔をおいて前記複数の画素信号を出力
することを特徴とする。更に、1本の信号転送線に接続
された複数の画素信号を読み出す固体撮像装置におい
て、ある画素信号を画素信号蓄積部へ転送している期間
に、既に蓄積部へ転送済みの同一信号線につながる他の
画素信号を蓄積部から出力することを特徴とする。
Description
固体撮像装置に関し、主に複数の画素信号を同時に出力
する固体撮像装置に関する。
センサ部の簡略したブロック図を、図14にその動作タ
イミング図を示して説明する。図13において、光電変
換センサ中、a,bは画素部を表し、光電変換されたそ
れら画素部の信号電荷が蓄積される部分を蓄積部1とす
る。垂直シフトレジスタVSRによりセンサの画素部に
接続する行選択線を走査し、水平シフトレジスタHSR
1により蓄積部1に蓄積された画素信号を順次走査、出
力していく。
ンサの各画素に被写体の画像を蓄積し、つぎに、1水平
走査期間内(HSYNC)で、まず蓄積部1への転送用
パルスTXがオンの間に、画素a11〜a1n,b11〜b1n
の信号をそれぞれ蓄積部1へ転送する。そして水平シフ
トレジスタHSR1のパルス動作に同期して、期間TS
のハイの間にa,bの画素信号を順次出力(OUT1,
OUT2)させる。更に以降も、次の2行目ずつを同様
の動作を繰り返す。
ック図で説明した水平シフトレジスタHSR部とその周
辺部の具体的構成を示す。ノイズ成分の蓄積容量をC
TN1、CTN2、画素信号a成分の蓄積容量をCTS1 、画素
信号b成分の蓄積容量をCTS2 とする。また図13の列
線を、各画素部からの信号電荷を転送する垂直信号線と
している。また、水平シフトレジスタHSR部とその周
辺部は、蓄積容量等をリセットするMOSR1と、画素
aに対するノイズ成分を蓄積容量CTN1に制御パルスφ
TN1によって導通する転送スイッチT1と、同様に転
送スイッチT2〜T4と、水平シフトレジスタの走査に
よりオン/オフするスイッチH1〜H4と、各画素信号
と各ノイズ信号を増幅するアンプA1〜A4と、画素成
分からノイズ成分を差し引く差動アンプD1〜D2とか
らなる。
期間TXにおける詳細なタイミングを示す。期間T1 に
おいてMOSR1によって各蓄積容量CTをリセット、
垂直信号線をリセットする。T2 においてノイズ成分を
CTN1 に転送、T3 において画素aの信号をCTS1 に転
送、T4 において垂直信号線リセットする。また、T 4
〜T5 の間にbのノイズ成分をCTN2 に転送、T5 にお
いて画素bの信号をC TS2 に転送、T6 において各信号
出力を(S−Nを行いつつ)蓄積部から読み出す動作を
行っている。
期間が非常に長くなる。
画像の読み出し方法には、複数の画素信号を加算、ある
いは複数の信号転送経路により、複数の画素信号を同時
に出力する方法がある。例えば、従来例1として、特開
平10−285472号公報には、共通の読み出し線に
接続された複数の制御スイッチ素子を同時にオンとする
ことにより、電流モードで同時に複数の画素の読み出し
を行い、これら複数の画素の出力を、読み出し出力線上
で合成し、選択された複数の画素の信号の積和演算を行
う。
340号公報には、通常の電荷転送路とは別に、高速駆
動時専用の電荷転送路を設け、駆動パルスの切り換えに
より、高速のデータレートが必要な場合には電荷と複数
の経路に分岐させて複数の第1、第2出力部から分割し
て交互に信号を読み出す。
高密度のセンサが強く求められている時であるが、セン
サが高画素数になると、1水平走査期間内で画素信号を
蓄積部へ転送したあと残った時間で、転送分の全画素信
号を読み出し切れなくなる。また、そのために信号を出
力させる水平シフトレジスタHSRの動作周波数を高速
化するにも無理がある。また、複数の画素信号を加算す
る場合には、解像度が劣化する。また、複数の信号転送
経路は回路規模を増大させ、コスト高の要因となる。
るため、センサが高密度となっても、画素信号の転送時
間と読み出し用の転送時間とのバランスを取り、高画質
で解像度の劣化のない読み取りを実行できる固体撮像装
置を提供することを課題とする。
置は、複数の画素信号を任意の時間間隔をもって複数に
出力することを特徴とする。また、複数の画素信号を蓄
積する複数の蓄積部から、任意の時間間隔をおいて前記
複数の画素信号を出力することを特徴とする。更に、1
本の信号転送線に接続された複数の画素信号を読み出す
固体撮像装置において、ある画素信号を画素信号蓄積部
へ転送している期間に、既に蓄積部へ転送済みの同一信
号線につながる他の画素信号を蓄積部から出力すること
を特徴とする。また、ある画素信号を転送している期間
と、他の画素信号を蓄積部から出力する期間を並列に処
理できることから、蓄積部から信号を読み出す動作周波
数を低くすることができ、読み出し期間を長く取ること
ができ、高画素数センサに対応できることを特徴とす
る。
された光電変換素子から画像信号を読み出す固体撮像装
置において、前記XYマトリクス状に配置された光電変
換素子に各行を駆動する垂直シフトレジスタと、各列に
少なくとも2行の蓄積部と、各蓄積部を駆動する水平シ
フトレジスタとを備え、前記垂直シフトレジスタは2行
を同時に駆動し、前記各2行の画像信号を前記2行の蓄
積部にそれぞれ転送し、前記水平シフトレジスタの駆動
により、前記蓄積部の蓄積電荷をそれぞれ読み出すこと
を特徴とする。
つの出力線からそれぞれの画像信号を読み出し、前記複
数の光電変換素子をXYマトリクス状に配置した固体撮
像装置において、前記XYマトリクス状に配置された光
電変換素子に対して複数行の蓄積部と、前記複数の光電
変換素子の各光電変換素子の各行を駆動する垂直シフト
レジスタと、前記各蓄積部を駆動する水平シフトレジス
タとを備え、前記垂直シフトレジスタは2行を同時に駆
動し、前記各2行の画像信号を前記複数行の蓄積部にそ
れぞれ転送し、前記水平シフトレジスタの駆動により、
前記複数行の蓄積部の蓄積電荷をそれぞれ読み出すこと
を特徴とする。
図面を参照しつつ詳細に説明する。
の固体撮像装置であるセンサ部の簡略したブロック図
を、図2にその動作タイミング図を示す。
1n)の信号電荷を蓄積部1に、偶数行の画素(b11〜b
1n)の信号電荷を蓄積部2に転送し、各々について水平
シフトレジスタHSRを有して、独立に動作する構成と
している。また、図1によれば、垂直シフトレジスタV
SRにより奇数行及び偶数行の画素を駆動し、画素側の
各列には蓄積部1,2の選択スイッチが備えられてい
る。
て、1水平走査期間HSYNCのハイの内、期間TXa
で奇数行の画素(a11〜a1n)の信号電荷を蓄積部1に
転送した後、HSR1のパルス動作に同期して、期間T
Saで蓄積部1から順次画素a11〜a1nの信号がOUT
1として出力される。また期間TXbで偶数行の画素
(b11〜b1n)の信号電荷を蓄積部2に転送した後、H
SR2の動作に同期して、期間TSbで蓄積部2から順
次画素b11〜b1nの信号がOUT2として出力される。
以後、画素a,bの2行目以降も同様の動作を繰り返
す。
2行分の信号電荷を蓄積部へ独立に転送することができ
るので、転送後の読み出し時間を長く確保でき、読み出
し動作周波数を低く抑えることができる。
パルスのタイミングをずらすだけで、任意の時間間隔を
もって順次画素信号を読み出すことができる。
の周辺部のブロック図のHSR1、蓄積部の具体的構成
を示す。
CTN、画素信号a成分の蓄積容量をCTS1 とする。ま
た、図3の列線を各画素部からの信号電荷を転送する垂
直信号線としており、HSR2、蓄積部2の構成も同様
とする。
HSR1と蓄積部1は、蓄積容量等をリセットするMO
SR1と、画素aに対するノイズ成分を蓄積容量CTN1
に制御パルスφTN1によって導通する転送スイッチT
1と、画素aの画像成分を蓄積容量CTS1に制御パルス
φTS1によって導通する転送スイッチT2と、水平シ
フトレジスタHSR1の走査によりオン/オフするスイ
ッチH1,H2と、画素成分と各ノイズ成分をそれぞれ
増幅するアンプA1,A2と、画素成分からノイズ成分
を差し引く差動アンプD1とからなる。
作タイミング図中の期間TXa,TXbにおける詳細な
タイミングを示す。図14と同様に、期間TXaにおい
て、各蓄積容量CT および垂直信号線リセット、画素a
のノイズ成分をCTN1 に転送、画素aの画像信号をC
TS1 に転送する。そして、φHnによりHSR1を動作
させ、[画像信号S−ノイズ成分N]の差信号を得つ
つ、出力信号を得る。その期間と平行して期間TXbに
おいて、蓄積容量および垂直信号線リセットを行った
後、蓄積部選択スイッチを切りかえ画素bのノイズ成分
をCTN2 に転送し、画素bの信号をCTS2 に転送する。
そして、φHn’によりHSR2を動作させ、[画像信
号S−ノイズ成分N]を行いつつ出力信号を得る。
センサ部の簡略したブロック図を示す。図5によれば、
画素及び垂直シフトレジスタVSRの構成は図3と同様
である。
積部1,2を動作させ、出力信号OUT1,2を得るこ
とができる。そのHSR1と蓄積部1,2の接続部の具
体的構成の1例を図6に示す。奇数行の画素aの信号電
荷を蓄積する蓄積容量Ca1〜Canを蓄積部1、偶数行の
画素bの信号電荷を蓄積する蓄積容量Cb1〜Cbnを蓄積
部2とする。また、奇数行の画素aの画素信号はスイッ
チT3により、蓄積容量Ca1〜Canに転送され、偶数行
の画素bの画素信号はスイッチT4により、蓄積容量C
b1〜Cbnに転送される。その後、水平シフトレジスタH
SR1により、各スイッチH3,H4によりそれぞれア
ンプA3,A4で増幅されて出力OUT1,OUT2と
して出力される。
をもたせるため、HSR1の前半部分は蓄積部1のみ動
作させる。次に、蓄積部2の先頭である容量Cb1以降の
アドレスを、蓄積部1のm番目に出力する容量Cam以降
のアドレスと接続して同時に動作させることにより、容
量Ca1の出力時から容量Camの出力時までの時間差をも
って、出力OUT1,2を得ることができる。そしてH
SR1の後半部分は蓄積部2のみ動作させる。
を示す。1水平走査期間の内、期間TXaで奇数行の画
素aの信号電荷を蓄積部1に転送し、期間TXbで偶数
行の画素bの信号電荷を蓄積部2に転送する。そして画
素aの転送後、HSR1前半部のパルス動作に同期して
期間TSaで順次画素a11〜の信号が出力される。そし
てある時間差をおいて期間TSbで蓄積部2からも画素
b11〜の信号が出力される。HSR1の後半部は蓄積部
2のみ動作させ、画素b1nまで全て読み出す。2行目以
降も同様の動作を繰り返す。
信号読み出しに対するシフトレジスタSRを1つに共通
化することができ、実施形態1よりも回路規模の縮小を
図ることができる。
素で1つの増幅手段(アンプ)等の共通回路を共有する
撮像装置において、その実施手段を説明する。
を、図9にさらに具体的な構成を示す。ただし、HSR
1,2の上下位置は逆に表記している。図8のa,b,
c,dと、図9のa,b,c,dは対応している。図8
において、単位セルとして画素a11,b11,c11,d11
とが一つのソースフォロワで読み出す。また、図9にお
いて、単位セルは、各画素のフォトダイオードa11,b
11,c11,d11と、各画素の光電荷を転送するTa,T
b,Tc,Tdと、フローティングゲートをリセットす
るTRと、ゲート電位を増幅するソースフォロワアンプ
TAと、列出力線に選択読み出すTSとから構成されてい
る。
に対する動作タイミング図を示す。a,b,c,dは画
素部を表し、画素信号を蓄積する部分は、その4画素で
1つの共通アンプをもち、単位セルを構成し、蓄積部1
〜4と簡略している。VSRによりセンサの画素部に接
続する行選択線を走査し、HSRにより蓄積部に蓄積さ
れた画素信号を順次走査、出力していく。
より画素a1nつまり奇数行奇数列の信号を蓄積部1へ転
送する。そしてTSaによりa11〜a1nの画素信号を順
次OUT1から出力させる。そのOUT1から信号を出
力させている間に、TXbにより画素b1nつまり偶数列
の信号を蓄積部2へ転送する。そしてTSbによりb 11
〜b1nの画素信号を順次OUT2から出力させる。そし
て次の水平走査期間で、TXcによりc1nつまり偶数行
奇数列の信号を蓄積部3へ転送する。
を順次OUT3から出力させる。そのOUT3から信号
を出力させている間に、TXdにより画素d1nつまり偶
数列の信号を蓄積部4へ転送する。そしてTSdにより
d11〜d1nの画素信号を順次OUT4から出力させる。
このように、蓄積部1,2あるいは蓄積部3,4から各
々独立して各行の奇数列a,cあるいは偶数列b,dの
画素信号を出力させることにより、高画素数の読み出し
速度アップに対応する。
複数の画素信号は任意の時間間隔をおいて出力されると
ころまで述べた。しかし実際の撮像システムでは図11
のように構成される。
を用いた撮像システムのブロック図を示す。同図に示す
ように、光学系11を通って入射した画像光はCMOS
センサ12上に結像する。CMOSセンサ12上に配置
されている画素アレイによって光情報は電気信号へと変
換される。その電気信号は、信号処理回路13に入力さ
れ、A/D変換器14、DSP(デジタル信号処理)1
5、メモリ16等で構成される信号処理回路13によっ
て、信号変換処理され、出力される。
より出力装置に対応して記録、通信、あるいは表示に順
応する画像信号に変換されて、各出力装置の記録系1
8、通信系19、表示系20に出力される。CMOSセ
ンサ、信号処理回路13はタイミング制御回路21によ
り制御され、光学系11、タイミング制御回路21、エ
ンコーダ17、記録系18、通信系19、表示系20
は、システム制御回路22により制御される。
号処理を行うためには、上述した画素aおよびb又は第
3実施形態で説明した画素a,b,c,dに対するそれ
ぞれの出力のタイミングについて、信号間の時間差をな
くした方がよい。本実施形態では、その信号遅延を補償
する手段として各蓄積部からの出力にFIFO(First
In First Out)メモリを用いている。図12にその動作
タイミング図を示す。図12には画素を記載していない
が、例えば蓄積部1,2間に、図1に示すように配置し
ているものとする。ここで、図12に示すように、例え
ば,HSR1とHSR2あるいはHSR1のみでかかる
動作により蓄積部1,2からそれぞれOUT1、OUT
2という出力が、時間差をもって得られる(図12
(a))。
り、位相がそろった信号として得ることができる(図1
2(b))。こうして撮像システム全体として、スムー
ズな信号処理を行うことができる。
パラレルにそれぞれ信号処理するように、パラレル信号
処理又は、パイプライン的な信号処理形態が望まれ、D
SP(Digital Signal Processor)をパラレルに配置す
ることで現実的にも可能であり、通常の時系列的な画素
の読み出して信号処理する方法に比較して、蓄積部の出
力数だけの時間短縮を図ることができる。
と蓄積部から読み出す時間とを任意の時間間隔に設定し
その動作を行う手段により、シフトレジスタに繰り出す
クロック周波数を無理に高速にすることなく高画素数セ
ンサの読み出しに対応することができる。
高速に複数の画素を同時に読み出し、それぞれで信号処
理を実行できるので、複雑な信号処理をも可能とし、多
彩な画像信号を得ることができる。
る。
動作タイミングである。
る。
動作タイミングである。
る。
る。
動作タイミングである。
る。
る。
る動作タイミングである。
る。
る動作タイミングである。
る。
る動作タイミングである。
る。
る動作タイミングである。
Claims (11)
- 【請求項1】 複数の光電変換素子により得られる複数
の画素信号を任意の時間間隔をもって出力することがで
きる固体撮像装置。 - 【請求項2】 複数の画素信号を蓄積する複数の蓄積部
から、任意の時間間隔をおいて前記画素信号を出力する
ことができる固体撮像装置。 - 【請求項3】 1本の信号転送線に接続された複数の画
素信号を読み出す固体撮像装置において、ある画素信号
を画素信号蓄積部へ転送している期間に、既に蓄積部へ
転送済みの同一信号線につながる他の画素信号を蓄積部
から出力することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の固体撮像装置におい
て、出力させた複数の画素信号の信号遅延を補償する手
段を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項5】 請求項3に記載の固体撮像装置におい
て、前記画素信号蓄積部からの信号読み出し動作にかか
るシフトレジスタをそれぞれ独立に動作できることを特
徴とする固体撮像装置。 - 【請求項6】 XYマトリクス状に配置された光電変換
素子から画像信号を読み出す固体撮像装置において、 前記XYマトリクス状に配置された光電変換素子に各行
を駆動する垂直シフトレジスタと、各列に少なくとも2
行の蓄積部と、各蓄積部を駆動する水平シフトレジスタ
とを備え、前記垂直シフトレジスタは2行を同時に駆動
し、前記各2行の画像信号を前記2行の蓄積部にそれぞ
れ転送し、前記水平シフトレジスタの駆動により、前記
蓄積部の蓄積電荷をそれぞれ読み出すことを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項7】 複数の光電変換素子を1つの出力線から
それぞれの画像信号を読み出し、前記複数の光電変換素
子をXYマトリクス状に配置した固体撮像装置におい
て、 前記XYマトリクス状に配置された光電変換素子に対し
て複数行の蓄積部と、 前記複数の光電変換素子の各光電変換素子の各行を駆動
する垂直シフトレジスタと、前記各蓄積部を駆動する水
平シフトレジスタとを備え、前記垂直シフトレジスタは
2行を同時に駆動し、前記各2行の画像信号を前記複数
行の蓄積部にそれぞれ転送し、前記水平シフトレジスタ
の駆動により、前記複数行の蓄積部の蓄積電荷をそれぞ
れ読み出すことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項8】 XYマトリクス状に配置された複数の光
電変換素子と、 前記複数の光電変換素子からの信号を蓄積する蓄積手段
と、 前記蓄積手段からの信号を水平方向に順次出力する水平
出力手段とを備え、 前記水平方向の1行の光電変換素子からの信号を前記蓄
積手段から前記水平出力手段に読み出している期間中
に、前記水平方向の1行の光電変換素子以外の前記水平
方向の1行の光電変換素子からの信号を前記蓄積手段に
蓄積することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項9】 請求項8に記載の固体撮像装置におい
て、前記水平出力手段は、前記水平方向の2行の信号を
並列的に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項10】 請求項9に記載の固体撮像装置におい
て、前記水平出力手段から前記水平方向の2行の信号を
所定時間ずらして、並列的に読み出す駆動手段を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の固体撮像装置にお
いて、前記並列的に読み出す前記駆動手段はそれぞれ同
一の駆動手段であることを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11221737A JP2001045378A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 固体撮像装置 |
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JP11221737A JP2001045378A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 固体撮像装置 |
Related Child Applications (1)
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Publications (2)
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JP2001045378A true JP2001045378A (ja) | 2001-02-16 |
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Family Applications (1)
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JP11221737A Pending JP2001045378A (ja) | 1999-08-04 | 1999-08-04 | 固体撮像装置 |
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