JP2003198957A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法Info
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Abstract
簡素化する。 【解決手段】 画素選択信号線15の駆動スキャナ11
と撮像画素14との間には、MOSトランジスタ12が
設けられ、そのゲートには、駆動スキャナ11の走査パ
ルスが供給されている。また、MOSトランジスタ12
と撮像画素14との間には高抵抗素子13が設けられて
いる。駆動スキャナ11の走査パルスによってMOSト
ランジスタ12が導通することにより、第1電源VDD
からの電圧信号が画素選択信号として画素選択信号線1
5より撮像画素14に供給される。また、MOSトラン
ジスタ12が非導通となることにより、第1電源VDD
から撮像画素14への経路が非導通状態となると、画素
選択信号線15は高抵抗素子13を介してグランド(G
ND)に接続され、画素選択信号線15は高インピーダ
ンスに保持され、撮像素子14の非選択状態が実現す
る。
Description
ンサまたは2次イメージセンサ等の固体撮像装置および
その駆動方法に関する。
は、単位画素に蓄積した信号電荷を電荷結合素子(CC
D)によって転送するCCDイメージセンサやCMOS
トランジスタを用いて読み出すCMOSイメージセンサ
などが知られており、各種の携帯端末機器、デジタルス
チルカメラ、デジタルビデオカメラなどの画素入力装置
として使われている。このような固体撮像装置では、解
像度を向上することによる画質向上のために、1次元も
しくは2次元に配列された撮像画素の画素数を増加して
高画素化することが求められている。しかし、高画素化
を行うと、その分、チップ面積が増加してしまい、チッ
プ価格が上昇する。
れと同時に、画素選択用の駆動回路の小面積化が求めら
れている。なお、画素選択用の駆動回路は、後述するよ
うに、各画素を配置した領域の外側に1次元方向もしく
は2次元方向に沿って配置されている。しかし、その一
方で、画素選択用の駆動回路においては、例えば、特定
の画素列ないしは行を飛び越し走査することにより低消
費電力化、高速動作化が実現できる間引き動作や、標準
TV信号として用いられているNTSC方式、PAL方
式のような、第1フィールドと第2フィールドの走査行
を切り替えることによるインターレース走査、さらには
画素信号を読み出すために画素の列または行を選択する
走査と電子シャッタをかける画素の列または行の選択す
る走査を実現するなど、画素を選択するために多彩な駆
動方法が求められ、駆動回路自体が大変に複雑化してお
り、このような高機能化が小面積化を行う上での障害と
なる。
示す説明図である。図示のように、この固体撮像装置
は、複数の撮像画素2を2次元配列して撮像領域を構成
したエリアイメージセンサであり、この撮像領域の内部
には各撮像画素2を行方向および列方向に選択するため
の行選択信号線3および列選択信号線4(以下、まとめ
て画素選択信号線という)が撮像画素2の各行および各
列に沿って格子状に配線されている。そして、各画素選
択信号線3、4には、駆動回路1、5の制御によって所
定のタイミングで画素選択信号が伝送され、各撮像画素
2が行方向および列方向に選択される。このような駆動
回路1、5による画素選択動作により、撮像信号の出力
動作、および、電子シャッタ動作が実行される。なお、
各撮像画素2から読み出された画素信号は、垂直/水平
信号線を通して撮像領域外の信号処理回路等に送出され
るが、この垂直/水平信号線や信号処理回路は、本発明
の機能に直接関係しないため、図では省略している。
られる画素選択用の駆動回路1、5の構成例を示す回路
図である。なお、この駆動回路の構成は、行方向と列方
向とで基本的に共通であるので、図4では1つの駆動回
路の要部を示している。この駆動回路は、上述した画素
選択信号線(行選択信号線3または列選択信号線4)8
毎に駆動スキャナ6_n(n=1、2、3、……)およ
びNOR回路7を設け、これらの動作によって各画素選
択信号線8に順番に画素選択信号を出力していく構成を
有する。各駆動スキャナ6_nは、画素を順次選択する
ために、MOSトランジスタによってフリップフロップ
回路などを構成したものであり、クロック信号Φck、
Φxckに基づいて、走査パルス線10に走査パルス信
号Φanを出力する。
って供給される駆動信号Φfと駆動スキャナ6_nの走
査パルス信号ΦanとのNORをとることにより、駆動
スキャナ6_nの走査パルス信号Φanから実際に画素
を選択するための選択信号Φmnを作り出し、画素選択
信号線8に送出する。なお、図4に示す回路構成は、こ
の種の駆動回路の一例を示すものであり、実際には、種
々の形態が提供されている。
来技術で説明したように、この種の固体撮像装置では、
多彩な駆動方法に対応するべく、画素選択用の駆動回路
の回路配置面積を犠牲にするか、もしくは微細化された
プロセスを用いて駆動回路の小面積化を実現していたた
め、前者では駆動回路の大面積化、後者では微細化プロ
セスを使用することによるチップ価格の上昇をまねくと
いう問題が生じていた。しかし、今後、ますますの高画
素数化による単位画素の縮小化か行われると、前述のよ
うな複雑な駆動方法を実現する駆動回路は実現が困難と
なることが予想される。
るための駆動回路の構造を簡素化でき、駆動回路の小型
化、低消費電力化、低コスト化を図ることが可能な固体
撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
するため、1次元方向もしくは2次元方向に配列された
複数の撮像画素と、前記撮像画素を列方向もしくは行方
向に選択する駆動回路とを有する固体撮像装置におい
て、前記撮像画素に画素選択信号を送出するための画素
選択信号線に前記駆動回路によって開閉制御されるスイ
ッチを設け、前記画素選択信号線のスイッチを介して撮
像画素と反対側に所定の第1電源を接続し、前記スイッ
チと撮像画素との間に高抵抗素子の一端を接続すること
により、前記撮像画素を選択する時は、前記スイッチを
閉じて前記第1電源による画素選択信号を撮像画素側に
送出し、前記撮像画素を非選択にする時は、前記スイッ
チを開き、前記画素選択信号線を前記撮像画素を選択す
る時と異なる電位に制御することを特徴とする。
方向に配列された複数の撮像画素と、前記撮像画素を列
方向もしくは行方向に選択する駆動回路とを有する固体
撮像装置の駆動方法において、前記撮像画素に画素選択
信号を送出するための画素選択信号線に前記駆動回路に
よって開閉制御されるスイッチを設け、前記画素選択信
号線のスイッチを介して撮像画素と反対側に所定の第1
電源を接続し、前記スイッチと撮像画素との間に高抵抗
素子の一端を接続することにより、前記撮像画素を選択
する時は、前記スイッチを閉じて前記第1電源による画
素選択信号を撮像画素側に送出し、前記撮像画素を非選
択にする時は、前記スイッチを開き、前記画素選択信号
線を前記撮像画素を選択する時と異なる電位に制御する
ことを特徴とする。
択する時は、画素選択信号線に設けたスイッチを閉じて
第1電源による画素選択信号を撮像画素側に送出し、撮
像画素を非選択にする時は、スイッチを開き、高抵抗素
子を通じて画素選択信号線を画素選択時と異なる電位に
制御する。例えば、高抵抗素子にさらに第2電源を接続
し、画素選択信号線に第2電源による画素選択信号を供
給したり、あるいは高抵抗素子によって画素選択信号線
を高インピ−ダンスに制御する。これにより、撮像画素
を選択するための論理回路(図4のNOR回路)をスイ
ッチと高抵抗素子に置き換えて同様の機能を得ることが
できる。したがって、撮像画素を選択するための駆動回
路の構造を簡素化でき、駆動回路の小型化、低消費電力
化、低コスト化を図ることが可能となり、さらに、素子
数の減少により、歩留りの向上や信頼性の向上を図るこ
とが可能となる。
も同様に、撮像画素を選択する時は、画素選択信号線に
設けたスイッチを閉じて第1電源による画素選択信号を
撮像画素側に送出し、撮像画素を非選択にする時は、ス
イッチを開き、高抵抗素子を通じて画素選択信号線を画
素選択時と異なる電位に制御する。例えば、高抵抗素子
にさらに第2電源を接続し、画素選択信号線に第2電源
による画素選択信号を供給したり、あるいは高抵抗素子
によって画素選択信号線を高インピ−ダンスに制御す
る。これにより、撮像画素を選択するための論理回路
(図4のNOR回路)をスイッチと高抵抗素子に置き換
えて同様の機能を得ることができる。したがって、撮像
画素を選択するための駆動回路の構造を簡素化でき、駆
動回路の小型化、低消費電力化、低コスト化を図ること
が可能となり、さらに、素子数の減少により、歩留りの
向上や信頼性の向上を図ることが可能となる。
およびその駆動方法の実施の形態例について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具
体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されてい
るが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発
明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定
されないものとする。本実施の形態による固体撮像装置
は、撮像画素を選択するための駆動回路を図4に示すN
OR回路の代わりにスイッチ(例えばMOSトランジス
タ等)と高抵抗素子(例えば拡散抵抗や配線抵抗等)を
用いて構成することにより、回路面積の縮小、消費電力
の低減等を図るものである。
像装置において画素選択を行う駆動回路の基本的な構成
例を示す回路図である。なお、本実施の形態による固体
撮像装置の全体構成は、例えば図3に示したものと共通
であるものとし、説明は省略する。図1に示すように、
本実施の形態による固体撮像装置の駆動回路は、駆動ス
キャナ11と、MOSトランジスタ12と、第1電源V
DDと、第2電源GNDと、高抵抗素子13とを有する
ものである。また、画素選択信号線15には、撮像画素
14が接続されている。なお、このような駆動回路は、
上述のように2次元配列の撮像画素14の各行あるいは
各列毎に複数設けられているが、それぞれがほぼ共通の
構成を有しているため、ここでは1つの駆動回路の構成
および機能について説明する。
駆動スキャナ6nと同様の構成を有しており、MOSト
ランジスタ12のゲートに上述した走査パルス信号に相
当するスイッチのオン/オフ信号を供給する。MOSト
ランジスタ12は、駆動スキャナ11からのオン/オフ
信号によって第1電源VDDと撮像画素14との間の画
素選択信号線15の導通、非導通を切り換えるものであ
り、MOSトランジスタ12が導通することにより、第
1電源VDDからの電圧信号が画素選択信号として画素
選択信号線15より撮像画素14に供給される。
信号線15のMOSトランジスタ12と撮像画素14と
の間に接続され、他端が第2電源(GND)に接続され
ている。したがって、MOSトランジスタ12が非導通
となることにより、第1電源VDDから撮像画素14へ
の経路が非導通状態となると、画素選択信号線15は高
抵抗素子13を介してグランド(GND)に接続され、
画素選択信号線15は高インピーダンスに保持され、撮
像素子14の非選択状態が実現する。なお、高抵抗素子
13は、半導体拡散層を用いた拡散抵抗、あるいはポリ
シリコン等の半導体配線膜もしくは金属膜などによる配
線膜を用いた配線抵抗によるものとする。
ND)とし、MOSトランジスタ12が非導通状態とな
った場合に画素選択信号線15を高インピーダンスとし
ているが、この第2電源をグランド以外の電位とし、M
OSトランジスタ12が非導通状態となった場合に異な
る電位の画素選択信号を撮像素子14に送るような構成
とすることも可能である。
具体的構成例について説明する。図2は、本実施の形態
による固体撮像装置の駆動回路の具体例を示す回路図で
ある。この回路では、画素選択信号線15の駆動スキャ
ナ11n(n=1、2、3、……)と撮像画素14(図
2では省略)との間に2つのMOSトランジスタ12、
16を設けたものである。なお、高抵抗素子13、第1
電源VDD、第2電源GNDは、図1に示す構成と共通
である。
動スキャナ11nの走査パルス線17からの走査パルス
信号Φanが供給されており、この走査パルス信号Φa
nによってMOSトランジスタ12の導通、非導通が制
御される。また、MOSトランジスタ16のゲートに
は、外部信号線18によって供給される駆動信号Φfが
供給されており、この駆動信号ΦfによってMOSトラ
ンジスタ16の導通、非導通が制御される。このような
構成により、駆動スキャナ11nからの走査パルス信号
Φanと外部信号線18からの駆動信号Φfがともにア
クティブとなった時に、2つのMOSトランジスタ1
2、16がともに導通状態となり、画素選択信号線15
を通して撮像画素14に画素選択信号が供給される。す
なわち、本例では、2つのMOSトランジスタ12、1
6によってNOR回路を構成したものである。
OR回路7による構成例に比べて、NOR回路を2つの
MOSトランジスタと1つの高抵抗素子に置き換えるこ
とができる。図4に示すNOR回路7ではトランジスタ
が最低4つ必要であったのが、図2に示す構成では、素
子数の低減になり、このことにより、駆動回路の小面積
化、低消費電力化が実現できる。例えばVGA(画素構
成が横(行)640×縦(列)480)の固体撮像素子
である場合、駆動回路のトランジスタ数が640×2+
480×2=2240個だけ減少することになる。
列した構成例について説明したが、本発明は、これに限
るものでなく、撮像画素を1次元配列した構成について
も同様に適用し得るものである。
置では、撮像画素を選択する時は、画素選択信号線に設
けたスイッチを閉じて第1電源による画素選択信号を撮
像画素側に送出し、撮像画素を非選択にする時は、スイ
ッチを開き、高抵抗素子を通じて画素選択信号線を画素
選択時と異なる電位に制御することから、撮像画素を選
択するための論理回路(図4のNOR回路)をスイッチ
と高抵抗素子に置き換えて同様の機能を得ることができ
る。したがって、撮像画素を選択するための駆動回路の
構造を簡素化でき、駆動回路の小型化、低消費電力化、
低コスト化を図ることが可能となり、さらに、素子数の
減少により、歩留りの向上や信頼性の向上を図ることが
可能となる。
も同様に、撮像画素を選択する時は、画素選択信号線に
設けたスイッチを閉じて第1電源による画素選択信号を
撮像画素側に送出し、撮像画素を非選択にする時は、ス
イッチを開き、高抵抗素子を通じて画素選択信号線を画
素選択時と異なる電位に制御することから、撮像画素を
選択するための論理回路(図4のNOR回路)をスイッ
チと高抵抗素子に置き換えて同様の機能を得ることがで
きる。したがって、撮像画素を選択するための駆動回路
の構造を簡素化でき、駆動回路の小型化、低消費電力
化、低コスト化を図ることが可能となり、さらに、素子
数の減少により、歩留りの向上や信頼性の向上を図るこ
とが可能となる。
て画素選択を行う駆動回路の基本的な構成例を示す回路
図である。
回路の具体例を示す回路図である。
ある。
動回路の具体例を示す回路図である。
トランジスタ、13……高抵抗素子、14……撮像画
素、15……画素選択信号線、17……走査パルス線、
18……外部信号線、VDD……第1電源、GND……
第2電源。
Claims (12)
- 【請求項1】 1次元方向もしくは2次元方向に配列さ
れた複数の撮像画素と、前記撮像画素を列方向もしくは
行方向に選択する駆動回路とを有する固体撮像装置にお
いて、 前記撮像画素に画素選択信号を送出するための画素選択
信号線に前記駆動回路によって開閉制御されるスイッチ
を設け、 前記画素選択信号線のスイッチを介して撮像画素と反対
側に所定の第1電源を接続し、前記スイッチと撮像画素
との間に高抵抗素子の一端を接続することにより、 前記撮像画素を選択する時は、前記スイッチを閉じて前
記第1電源による画素選択信号を撮像画素側に送出し、
前記撮像画素を非選択にする時は、前記スイッチを開
き、前記画素選択信号線を前記撮像画素を選択する時と
異なる電位に制御する、 ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記高抵抗素子の他端に所定の第2電源
を接続することにより、前記撮像画素を非選択にする時
は、前記スイッチを開き、前記高抵抗素子を通じて前記
第2電源による電位の画素選択信号を撮像画素側に送出
することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】 前記スイッチを閉じて前記第1電源によ
る画素選択信号を撮像画素側に送出し、前記撮像画素を
非選択にする時は、前記スイッチを開き、前記画素選択
信号線を高インピーダンスに制御することを特徴とする
請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】 前記スイッチは、MOS型トランジスタ
よりなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
置。 - 【請求項5】 前記高抵抗素子は、半導体拡散層を用い
た拡散抵抗よりなることを特徴とする請求項1記載の固
体撮像装置。 - 【請求項6】 前記高抵抗素子は、半導体膜または金属
膜による配線抵抗よりなることを特徴とする請求項1記
載の固体撮像装置。 - 【請求項7】 1次元方向もしくは2次元方向に配列さ
れた複数の撮像画素と、前記撮像画素を列方向もしくは
行方向に選択する駆動回路とを有する固体撮像装置の駆
動方法において、 前記撮像画素に画素選択信号を送出するための画素選択
信号線に前記駆動回路によって開閉制御されるスイッチ
を設け、 前記画素選択信号線のスイッチを介して撮像画素と反対
側に所定の第1電源を接続し、前記スイッチと撮像画素
との間に高抵抗素子の一端を接続することにより、 前記撮像画素を選択する時は、前記スイッチを閉じて前
記第1電源による画素選択信号を撮像画素側に送出し、
前記撮像画素を非選択にする時は、前記スイッチを開
き、前記画素選択信号線を前記撮像画素を選択する時と
異なる電位に制御する、 ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項8】 前記高抵抗素子の他端に所定の第2電源
を接続することにより、前記撮像画素を非選択にする時
は、前記スイッチを開き、前記高抵抗素子を通じて前記
第2電源による電位の画素選択信号を撮像画素側に送出
することを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置の駆
動方法。 - 【請求項9】 前記スイッチを閉じて前記第1電源によ
る画素選択信号を撮像画素側に送出し、前記撮像画素を
非選択にする時は、前記スイッチを開き、前記画素選択
信号線を高インピーダンスに制御することを特徴とする
請求項7記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項10】 前記スイッチは、MOS型トランジス
タよりなることを特徴とする請求項7記載の固体撮像装
置の駆動方法。 - 【請求項11】 前記高抵抗素子は、半導体拡散層を用
いた拡散抵抗よりなることを特徴とする請求項7記載の
固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項12】 前記高抵抗素子は、半導体膜または金
属膜による配線抵抗よりなることを特徴とする請求項7
記載の固体撮像装置の駆動方法。
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JP2001392294A JP4061569B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
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