JP2003264745A - 電荷転送装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Abstract
は、水平転送部1hの出力端に設けられ、水平転送部1
hを介して転送される情報電荷を1パケット単位で蓄積
する。第1の出力アンプ20は、その入力端子がフロー
ティングディフュージョン16に接続され、フローティ
ングディフュージョン16の電位変動をインピーダンス
変換して出力信号Y(t)を生成する。第1のスイッチト
ランジスタ21は、電源電圧VD及び第1の出力アンプ
20の間に接続される。この第1のスイッチングトラン
ジスタ21は、ゲートに第1の制御信号SC1を受けて
動作し、垂直同期信号VT及び水平同期信号HTブラン
キング期間でオフ状態となる。
Description
ット単位で転送出力し、この情報電荷を電圧値に変換し
て画像信号として出力する電荷転送装置に関する。
ロック図である。ここに示す撮像装置は、CCDイメー
ジセンサ1、昇圧回路2、レギュレート回路3、垂直ド
ライバ回路4、水平ドライバ回路5及びタイミング制御
回路6から構成される。
ーム転送型であり、撮像部1i、蓄積部1s、水平転送
部1h及び出力部1dから構成される。撮像部1iは、
複数の垂直シフトレジスタから構成され、これら垂直シ
フトレジスタの各ビットが受光画素を形成している。蓄
積部1sは、撮像部1iを構成する複数の垂直シフトレ
ジスタのそれぞれに連続する複数の垂直シフトレジスタ
から構成される。水平転送部1hは、蓄積部1sの出力
側に水平方向に設けられる単一のシフトレジスタからな
り、蓄積部1sを構成する複数の垂直シフトレジスタの
各出力を各ビットに受けるように構成される。出力部1
dは、水平転送部1hの出力側に設けられ、水平転送部
1hからの出力を受けるキャパシタとしてのフローティ
ングディフュージョン及びフローティングディフュージ
ョンに蓄積された電荷を取り込んで排出するリセットド
レインを備えて構成される。
式を採用する昇圧回路であり、外部から供給される電源
電圧VDを取り込んで昇圧し、昇圧電圧をCCDイメー
ジセンサ1及び垂直ドライバ回路5に供給する。この昇
圧回路2は、正電圧チャージポンプ3及び負電圧チャー
ジポンプ4を含んで構成されており、正電圧チャージポ
ンプ3で正側の昇圧電圧VOHを生成し、負電圧チャージ
ポンプ4で負側の昇圧電圧VOLを生成する。
り込んで所定の調整電圧を生成し、出力VKとして水平
ドライバ回路5へ出力する。このレギュレート回路2で
は、供給される電源電圧VDを抵抗分割した分圧電圧と
所定の基準電圧VRとを比較器にて比較し、比較器の出
力に基づいて調整電圧を生成するようにしている。レギ
ュレート回路2では、次段の水平ドライバ回路5の動作
電圧に合わせて調整電圧の電圧値が設定されており、電
源電圧VDを水平ドライバ回路5の動作電圧にまで降圧
するような形で出力VKの調整がなされる。
力される昇圧電圧VOLを受けて動作し、フレーム転送ク
ロックφf及び垂直転送クロックφvを生成して撮像部
1i及び蓄積部1sへ出力する。この垂直ドライバ回路
4にて生成されるフレーム転送クロックφf及び垂直転
送クロックφvは、タイミング制御回路6で生成される
垂直同期信号VT及び水平同期信号HTに同期して生成
される。
3から出力される調整電圧VKを受けて動作し、水平転
送クロックφh、出力クロックφo及びリセットクロッ
クφrを生成して水平転送部1h及び出力部1dへ出力
する。この水平ドライバ回路5にて生成される水平転送
クロックφh、出力クロックφo及びリセットクロック
φrは、水平同期信号HTに同期して生成される。
クロックCKをカウントする複数のカウンタから構成さ
れ、基準クロックCKを所定の比率で分周して垂直同期
信号VT及び水平同期信号HTを生成する。また、タイ
ミング制御回路7は、CCDイメージセンサ1からの出
力信号に対して所定の信号処理を施す信号処理回路(図
示せず)や上述の昇圧回路2及びレギュレート回路3に
もタイミング信号を供給しており、各回路の動作をCC
Dイメージセンサ1の動作タイミングに同期させるよう
にしている。
図である。フレーム転送クロックφfは、垂直同期信号
VTのブランキング期間にクロックキングするように生
成される。これにより、所定の蓄積時間で撮像部1iに
蓄積された情報電荷が蓄積部1sへ高速で一括的に転送
出力される。垂直転送クロックφvは、フレーム転送ク
ロックφfに同期して生成されると共に、水平同期信号
HTに同期して生成される。これにより、フレーム転送
クロックφfにて撮像部1iから転送出力される1画面
分の情報電荷が蓄積部1sに取り込まれると共に、取り
込まれた情報電荷が1ライン単位で順次水平転送部1h
へ転送出力される。水平転送クロックφhは、水平同期
信号HTに同期し、蓄積部1sから1ライン分の情報電
荷が転送出力される期間でクロッキングするように生成
される。これにより、蓄積部1sから転送出力された情
報電荷が1パケット単位で順次出力部1dへ出力され
る。
ミング図である。出力クロックφoは、水平転送クロッ
クφhに同期して立ち上げられる。これにより、水平転
送部1hから転送出力される1パケット分の情報電荷が
出力部1dに設けられるフローティングディフュージョ
ンに取り込まれる。そして、フローティングディフュー
ジョンの電位が蓄積電荷量に応じて変化し、この変化分
が出力アンプにて取り出され、画像信号Y(t)として出
力される。このように、フローティングディフュージョ
ンに電荷が蓄積される期間に対応して出力される画像信
号Y(t)は、受光領域に結像された被写体画像の輝度レ
ベルに対応する信号レベルとなる。リセットクロックφ
rは情報電荷がフローティングディフュージョンに取り
込まれるタイミングから所定期間だけ遅れたタイミング
で立ち上げられる。これにより、フローティングディフ
ュージョンに蓄積された情報電荷がリセットドレインへ
取り込まれて排出される。このリセット動作に対応する
期間に出力される画像信号Y(t)は、リセットレベルと
なる。そして、信号レベルとリセットレベルとを繰り返
す画像信号Y(t)は、次段のアナログ信号処理回路で信
号レベルのみが取り出され、更に次段のA/D変換回
路、デジタル信号処理回路へ出力される。
携帯電話機やノート型パソコンにデジタルカメラとして
組み込まれるものがある。このような電子機器に組み込
まれるタイプの撮像装置においては、電子機器全体とし
ての電力消費を抑制するために、カメラ機能が使用され
ない期間に限って撮像装置への電力供給を停止するスタ
ンバイモードが設定される。このスタンバイモード時に
は、電源電圧VD自体は、昇圧回路2やレギュレート回
路3へ供給されるが、昇圧回路2やレギュレート回路3
の動作を停止させることで、次段の垂直ドライバ回路
4、水平ドライバ回路5、タイミング制御回路6等へ動
作電圧が供給されないようにしている。
器に組み込まれる撮像装置においては、スタンバイモー
ドが設定されることで、カメラ機能を使用しないときの
電力消費が低減化され、電子機器全体としての低消費電
力化が図られている。そこで、更なる低消費電力化を実
現するために、スタンバイモード時だけでなく、カメラ
機能を使用しているときの撮像装置自身の電力消費の低
減化が求められている。こうした実情は、電子機器へ組
み込まれる撮像装置に限らず、例えば、バッテリ駆動す
るようなデジタルカメラにおいても同様であり、撮像装
置の低消費電力化は、重要な課題となっている。
に鑑みて為されたものであり、その特徴とするところ
は、情報電荷をパケット単位で転送出力し、この情報電
荷を電圧値に変換して出力する電荷転送装置において、
転送出力される情報電荷を蓄積するキャパシタと、前記
情報電荷の転送動作に同期して前記キャパシタに蓄積さ
れる情報電荷を排出するリセットドレインと、第1の電
圧を受けて動作し、前記キャパシタの電位を取り出して
画像信号として出力する出力アンプと、を有し、垂直走
査及び水平走査のブランキング期間内の少なくとも一部
の期間に前記出力アンプへの前記第1の電圧の供給を停
止することにある。
ランキング期間内の少なくとも一部の期間において、出
力アンプにてなされる電流消費を防止することができ
る。これにより、電荷転送装置としての電力消費量を削
減することが可能となる。
成を示す図であり、断面図と回路図との組み合わせによ
り示す。尚、この図においては、本願発明の電荷転送装
置の全体構成のうち、出力部の構成のみを示したもので
あり、ここに図示されていない撮像部、蓄積部について
は、図4に示すものと同一である。
1、12が絶縁膜15を介して多層配置され、水平転送
部1hが構成される。この水平転送部1hに関しては、
図4に示すものと同一構成を有しており、各転送電極1
1、12に印加される水平転送クロックφh1、φh2に
従って転送電極下に形成されるチャネル領域内を情報電
荷が転送される。そして、水平転送部1hの出力端に
は、転送電極11、12に続くように、出力ゲート電極
13が形成される。水平転送部1hの出力側のシリコン
基板10の表面領域には、出力ゲート電極13に隣接す
るように、フローティングディフュージョン16が形成
され、水平転送部1hから転送出力される情報電荷を一
時的に蓄積する。このフローティングディフュージョン
16は、第1の出力アンプ20の入力端子に接続され、
これにより、蓄積電荷量の変化に応じたフローティング
ディフュージョン16の電位変動が第1の出力アンプ1
6へ伝達される。更にフローティングディフュージョン
16から一定の距離を隔てたシリコン基板10の表面領
域には、所定の電圧VRD(例えば、電源電圧VD)が印
加されるリセットドレイン17が形成される。これらフ
ローティングディフュージョン16及びリセットドレイ
ン17は、共にN型の不純物イオンをシリコン基板10
の表面領域に高濃度に注入して形成される。フローティ
ングディフュージョン16及びリセットドレイン17と
の間の領域には、リセットクロックφrを受けるリセッ
ト電極14が形成され、これにより、リセットトランジ
スタが構成される。このリセットトランジスタは、リセ
ットクロックφrに応答してフローティングディフュー
ジョン16とリセットドレイン17との間を導通し、フ
ローティングディフュージョン16に蓄積される情報電
荷をリセットドレイン17へ排出する。
ソースフォロア回路20a、20bからなり、1段目の
ソースフォロア回路20aの入力側にフローティングデ
ィフュージョン16の電位変動を受ける。この第1の出
力アンプ20は、電源電圧V Dを受けて動作し、入力側
に受けるフローティングディフュージョン16の電位変
動をインピーダンス変換して出力信号を得る。各ソース
フォロア回路20a、20bは、電源電圧VDの入力端
子及び接地点の間に2つのMOSトランジスタが直列に
接続され、それぞれ電源側のMOSトランジスタのゲー
トを入力とすると共に、両MOSトランジスタの接続点
を出力とし、接地側のMOSトランジスタのゲートに与
えられる制御電圧VCに応じて利得が設定される。この
第1の出力アンプ20からは、フローティングディフュ
ージョン16の電位変動分に応じて振幅する出力信号Y
(t)が駆動能力を増幅されて出力される。
Pチャンネル型のMOSトランジスタであり、電源電圧
VD及び第1の出力アンプ20の間に接続される。そし
て、基板端子が電源電圧VDに接続されると共に、ゲー
トに第1の制御信号SC1を受ける。第2のスイッチン
グトランジスタ22は、Pチャンネル型MOSトランジ
スタであり、電源電圧VD及びリセットドレイン17の
間に接続される。そして、基板端子が電源電圧VDに接
続されると共に、ゲートに第2の制御信号SC2を受け
る。これら第1及び第2のスイッチングトランジスタ2
1、22は、CCDイメージセンサ周辺の垂直ドライバ
回路等に内蔵される。
接地点との間に直列に接続されるバイポーラトランジス
タ及び抵抗素子にて形成されるエミッタフォロア回路で
構成される。この第2の出力アンプ23は、電源電圧V
Dを受けて動作し、入力側に受ける第1の出力アンプ2
0の出力信号Y(t)の振幅に応じた出力を得る。この第
2の出力アンプ23からは、第1の出力アンプ20の出
力に対して駆動能力が更に増幅された出力信号Y(t)’
が出力される。
図1の動作を説明するタイミング図であり、この図にお
いて、(H)、(L)は、それぞれHレベル、Lレベル
を示す。
は、一定周波数の基準クロックCKを所定の比率で分周
して生成される。例えば、NTSC方式に従う場合、水
平同期信号HTは、信号処理の過程で用いられる色副搬
送波の周波数3.58MHzの4倍の周波数の基準クロ
ックCKを1/910に分周することで生成される。更
に、この水平同期信号HTを2/525に分周して垂直
同期信号VTが生成される。これら垂直同期信号VT及
び水平同期信号HTは、CCDイメージセンサ1の垂直
走査及び水平走査を決定するものであり、垂直同期信号
VTであれば、その1周期(1V)にて1画面分の画像
信号Y(t)の出力期間を規定し、水平同期信号HTであ
れば、その1周期分(1H)にて1ライン分の画像信号
Y(t)の出力期間を規定する。
Tに同期するように生成され、水平同期信号HTがHレ
ベルを示す期間にてクロッキングされる。この水平転送
クロックφhは、そのクロッキングされる期間にて1ラ
イン分の情報電荷をフローティングディフュージョン1
6へ順次1パケット単位で転送出力する。そして、出力
クロックφo及びリセットクロックφrにてフローティ
ングディフュージョン16への電荷蓄積とリセットドレ
イン17への電荷排出が交互に繰り返され、結果的に、
1Hの期間で1ライン分の画送信号Y(t)を出力する。
ングトランジスタ21の動作を制御する信号であり、例
えば、タイミング制御回路6にて生成される。この第1
の制御信号SC1は、垂直同期信号VT及び水平同期信
号HTに対応して生成されるものであり、水平同期信号
HT及び垂直同期信号VTがHレベルを示す期間に応じ
てLレベルに立ち下げられ、水平同期信号HT及び垂直
同期信号VTがLレベルを示すブランキング期間に応じ
てHレベルに立ち上げられる。これにより、第1のスイ
ッチングトランジスタ21が水平同期信号HT及び垂直
同期信号VTのブランキング期間に合わせてオフ状態と
される。また、第1の制御信号SC1は、その立ち下げ
タイミングにおいて、ブランキング期間の終了タイミン
グに対して所定期間のマージンSが設けられる。このた
め、第1のスイッチングトランジスタ21は、画像信号
Y(t)の出力開始タイミングに先立ってオン状態とされ
る。
ングトランジスタ22の動作を制御する信号であり、第
1の制御信号SC2と同様に、例えば、タイミング制御
回路6にて生成される。この第2の制御信号SC2は、
撮像装置の動作及び情報電荷の出力パケット数に対応し
て生成されるものであり、撮像装置がスタンバイモード
であり、且つ、1画面分の画像信号Y(t)の出力が完了
しているときに限ってHレベルに立ち上げられる。した
がって、図2に示す期間においては、常にLレベルに立
ち下げられており、第2のスイッチングトランジスタ2
2は、撮像装置が動作状態にある期間で常にオン状態と
される。
期信号HTに合わせて第1のスイッチングトランジスタ
21を動作させることで、第1及び第2の出力アンプ2
0、23への電源供給を間欠的に行うことができる。即
ち、画像信号Y(t)の出力期間に限って第1のスイッチ
ングトランジスタ21をオン状態とすることで、第1及
び第2の出力アンプ20、23への効率的な電源供給が
可能となる。これにより、第1及び第2の出力アンプ2
0、23にて不要な電流消費がなされるのを防止するこ
とができ、撮像装置としての電力消費の低減を図ること
ができる。
ングに先立って、第1のスイッチングトランジスタ21
をオン状態とすることで、第1及び第2の出力アンプ2
0、23に対して電圧が十分に立ち上がった動作電圧を
供給することができる。
22の動作を説明するタイミング図である。この図にお
いて、(H)、(L)は、図2と同様に、それぞれHレ
ベル、Lレベルを示すものである。
〜タイミングt1において、画像信号Y(t)は、1ライン
単位で順次出力される。第2の制御信号SC2は、常に
Lレベルに立ち下げられており、このため、この期間に
あっては、第2のスイッチングトランジスタ22がオン
状態となっている。したがって、リセットドレイン17
には、所定の電位に立ち上げられたリセット電圧VRDが
印加される。
タイミングt1〜タイミングt2においては、CCDイメ
ージセンサ1に対して供給される各クロックパルスの生
成が停止され、これに応じて、画像信号Y(t)の出力も
停止される。この際、画像信号Y(t)の出力が、1画面
分完了していれば、第2の制御信号SC2は、Hレベル
に立ち上げられ、これに応じて、第2のスイッチングト
ランジスタ22がオフ状態となる。これにより、リセッ
トドレイン17へのリセット電圧VRDの供給が停止さ
れ、リセットドレイン17の電圧が徐々に降圧する。
尚、1画面分の画像信号Y(t)の出力が完了している場
合に限って第2のスイッチングトランジスタ21をオフ
状態とするのは、リセット電圧VRDの供給が停止した際
にリセットドレイン17に残留する排出電荷が水平転送
部側や蓄積部側へ流れ込んで情報電荷に混入するのを防
止するためである。したがって、スタンバイモードに移
行したときに、撮像部や蓄積部に情報電荷を蓄積してい
る状態であれば、第2のスイッチングトランジスタ22
は、オフ状態とされない。
イミングt2以降においては、画像信号Y(t)の出力が
開始されると共に、第2の制御信号SC2がLレベルに
立ち下げられる。これにより、再び、第2のスイッチン
グトランジスタ22がオン状態となり、リセットドレイ
ン17へのリセット電圧VRDの供給が開始される。
スタ22を一時的にオフ状態とし、リセット電圧VRDの
供給を間欠的にすることで、リセットドレイン17への
効率的な電圧供給が可能となる。これにより、撮像装置
としての不要な電力消費を更に抑制することができ、特
に撮像装置の搭載を所望する電子機器の低消費電力化に
対して有効となる。
実施形態を説明した。本願発明によれば、垂直走査及び
水平走査のブランキング期間内の少なくとも一部の期間
に第1及び第2の出力アンプ20、23に対する電源供
給を停止することで、画像信号Y(t)の出力期間と無関
係な期間で電力消費がなされるのを防止することができ
る。これにより、撮像装置としての低消費電力化を図る
ことができると共に、これを搭載する電子機器全体とし
ての低消費電力化も可能となる。
型のCCDイメージセンサを例示したが、本願発明は、
これに限られるものではない。即ち、水平転送部から転
送出力される情報電荷を出力部にて電圧値に変換する構
成のものであれば、十分に適用可能であり、転送方式の
異なるインターライン型、或いは、フレームインターラ
イン型であっても有効である。
ジスタ21、22について、本実施形態においては、C
CDイメージセンサ周辺のドライバ回路等に内蔵される
構成としているが、これに限られるものではない。即
ち、第1及び第2のスイッチングトランジスタ21、2
2がCCDイメージセンサと同様のMOS構成であれ
ば、CCDイメージセンサに内蔵する構成としても良
い。
査のブランキング期間内の少なくとも一部の期間にて出
力アンプへの電源供給を停止することで、画像信号の出
力期間と無関係な期間で電力消費がなされるのを防止す
ることができる。これにより、撮像装置の低消費電力化
を図ることができる。
図である。
説明するタイミング図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 情報電荷をパケット単位で転送出力し、
この情報電荷を電圧値に変換して出力する電荷転送装置
において、転送出力される情報電荷を蓄積するキャパシ
タと、前記情報電荷の転送動作に同期して前記キャパシ
タに蓄積される情報電荷を排出するリセットドレイン
と、第1の電圧を受けて動作し、前記キャパシタの電位
を取り出して画像信号として出力する出力アンプと、を
有し、垂直走査及び水平走査のブランキング期間内の少
なくとも一部の期間に前記出力アンプへの前記第1の電
圧の供給を停止することを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の電荷転送装置におい
て、前記出力アンプは、垂直走査及び水平走査の少なく
とも1つのブランキング期間の終了前に前記第1の電圧
の供給が開始されることを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の電荷転送装置におい
て、前記第1の電圧及び前記出力アンプの間に接続さ
れ、前記垂直走査及び水平走査の少なくとも1つに対応
して動作するスイッチングトランジスタを備えることを
特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の電荷転送装置におい
て、前記リセットドレインは、前記第1の電圧に基づい
て生成される第2の電圧が印加され、前記情報電荷の所
定のパケットの転送出力が完了した後に前記第2の電圧
の供給が停止されることを特徴とする電荷転送装置。
Priority Applications (5)
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