JP2004364159A - 固体撮像素子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速駆動時や固体撮像素子の画素数が多い場合にも水平転送効率の低下によりＦＰＮを発生することなく、固体撮像素子から良好な映像出力を容易に得ることが可能な固体撮像素子の駆動装置を提供する。
【解決手段】タイミングジェネレータ２が、水平転送信号Ｈ１、Ｈ２の停止期間が終了した後、水平転送信号の最初からｋ番目のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間をそれぞれ（ｋ＋１）番目以後のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間よりも長く設定する。これにより、水平転送信号の１番目からｋ番目のパルス振幅が（ｋ＋１）番目以後のパルス振幅より小さくならず、水平転送効率の劣化を防止できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を用いたディジタルビデオカメラは年々高画素化が進んでおり、固体撮像素子の高速駆動が必要となってきている。例えば、１３０万画素の固体撮像素子であれば、水平転送部を少なくとも３６ＭＨｚで駆動する必要がある。
【０００３】
図６は、一般的なインターレススキャン型固体撮像素子を用いたディジタルビデオカメラの一構成例を示す回路ブロック図である。図６において、１は固体撮像素子、２は固体撮像素子用の駆動タイミングを制御するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと略称する）、３は画素補間や輝度・色信号処理などを行うデジタル信号処理回路（ＤＳＰ）、４は相関二重サンプリング（ＣＤＳ）やＡ／Ｄ変換を行う前処理回路、５はＴＧから入力される信号を固体撮像素子の駆動信号として電圧変換を行う垂直ドライバ（以下、ＶＤｒと略称する）である。
【０００４】
図７は、ｎ行ｍ列（ｎ＝１０、ｍ＝４）で構成される固体撮像素子のゲート構成を示す模式図である。図７において、６は光電変換素子（ＰＤ）、７はＶ１からＶ４の４相のゲートからなる垂直転送部、８はＨ１、Ｈ２の２相のゲートからなる水平転送部、９は電荷検出部である。この固体撮像素子の読み出し方法は、垂直転送部７のＶ１、Ｖ３に高電圧（約１５Ｖ）を印加して、光電変換素子６から垂直転送部７へ電荷を読み出し、垂直転送部７に垂直転送信号（φＶ１〜φＶ４）を入力することにより、読み出した電荷を１水平走査期間に１回１行分同時に水平転送部８へ転送し、水平転送部８へ転送された電荷を水平転送部８に水平転送信号（Ｈ１、Ｈ２）を印加して電荷検出部９より映像信号を出力するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図８は、一般的なインターレススキャン型の固体撮像素子の駆動タイミングチャートである。なお、図８は、垂直同期信号（以下、ＶＤと略称する）付近のタイミングチャートを示している。水平同期信号（以下、ＨＤと略称する）、ＶＤは水平及び垂直同期パルスであり、外部からＴＧ２（図１）に入力される。Ｖ１、Ｖ３、ＣＨ１、ＣＨ２はＴＧ２からの出力信号で、ＶＤｒ５で３値化及び電圧変換され、φＶ１及びφＶ３として出力される。ＴＧ２からの出力信号Ｖ２およびＶ４は、ＶＤｒ５で電圧変換されφＶ２およびφＶ４として出力される。通常ＶＤｒ５は、ＴＧ２からの出力信号Ｖ１からＶ４の論理に対し反転出力を行う。φＶ１からφＶ４は垂直転送部７のＶ１からＶ４の各ゲートの入力パルス、Ｈ１、Ｈ２は水平転送部８のＨ１、Ｈ２の各ゲートの入力パルスを示す。図８に示す１７ラインでφＶ１及びφＶ３として１５Ｖの電圧を印加し、光電変換素子６から垂直転送部７へ電荷読み出しを行う。電荷読み出し後、φＶ１からφＶ４により通常転送を行う。
【０００６】
図９は、通常転送期間における各部信号のタイミングチャートである。図９において、通常転送期間では、φＶ１からφＶ４の初期状態はそれぞれＨｉｇｈレベル（“Ｈ”）、Ｈｉｇｈレベル（“Ｈ”）、Ｌｏｗレベル（“Ｌ”）、Ｌｏｗレベル（“Ｌ”）とし、ＨＤの立ち上がりを基準にφＶ３→φＶ１→φＶ４→φＶ２→φＶ１→φＶ３→φＶ２→φＶ４の順に論理が反転し、信号電荷を水平転送部８へ転送する。このとき、Ｈ１はＨｉｇｈレベル、Ｈ２はＬｏｗレベルの状態である。垂直転送部７から信号電荷を水平転送部８に転送した後、水平転送部８に水平転送信号Ｈ１およびＨ２を印加し転送を開始する。水平転送信号Ｈ１が“Ｈ”から“Ｌ”に変化する度に電荷検出部９より信号電荷が映像信号として出力される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１７０４６０号公報（第４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、上記従来例におけるＴＧ２の水平転送信号Ｈ１およびＨ２の出力部の消費電流ＩＨの時間変化を示す波形図である。一般的に、１／４型１３０万画素の固体撮像素子を１６ｍＡのバッファ能力で水平駆動周波数３６ＭＨｚで駆動した場合、図１０に示すように、水平転送信号Ｈ１およびＨ２が動作している期間のピーク電流は約４０ｍＡ程度であり、水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止している期間の電流値は約２０ｍＡである。水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止している期間と動作している期間では約２０ｍＡの電流値の差がある。固体撮像素子のインチサイズ、画素数が大きくなれば、ピーク電流、及び水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止している期間と動作している期間の電流値の差も大きくなる。また、水平駆動周波数が高くなれば、ピーク電流、及び水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止している期間と動作している期間の電流値の差も大きくなる。
【０００９】
このように、上記従来の固体撮像素子の駆動装置では、ＴＧ２における消費電流は水平転送信号Ｈ１およびＨ２が動作している期間と停止している期間では異なるため、水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止している状態から動作を開始した時点で電流が一気に流れるが、バッファの電流容量の不足により、図１１の拡大図で示すように、水平転送信号Ｈ１およびＨ２において、停止状態から信号電荷の転送を開始した最初のパルスの振幅Ａ１が、他の期間のパルスの振幅Ａ２に比べて小さくなり、水平転送に必要な電圧が十分に印加されず、水平転送効率が低下するという問題がある。特に、高速駆動時や固体撮像素子の画素数が多い場合には、水平転送効率の低下により、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）や水平シェーディングが発生する。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、高速駆動時や固体撮像素子の画素数が多い場合にも水平転送効率の低下によりＦＰＮを発生することなく、また信号処理による補正の必要とせず、固体撮像素子から良好な映像出力を容易に得ることが可能な固体撮像素子の駆動装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の固体撮像素子の駆動装置は、ｎ行ｍ列（ｎは１以上でかつｍは３以上の自然数）に配列された複数の光電変換素子と、電荷読み出し信号に従って複数の光電変換素子の各々から光電変換された信号電荷を読み出し、垂直転送信号に従って信号電荷の垂直転送を行う垂直転送部と、水平転送信号の停止期間に垂直転送部から転送された信号電荷を、水平転送信号のＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し期間に水平転送する水平転送部と、水平転送部から転送された前記信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する電荷検出部とを有する固体撮像素子を駆動する装置であって、読み出し信号、垂直転送信号、および水平転送信号を発生するタイミング発生部を備え、タイミング発生部は、水平転送信号の停止期間が終了した後、水平転送信号の最初からｋ番目（ｋは１≦ｋ、２×ｋ＜ｍを満足する整数）のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間をそれぞれ（ｋ＋１）番目以後のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間よりも長く設定することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、水平転送信号の１番目からｋ番目のパルス振幅が（ｋ＋１）番目以後のパルス振幅より小さくなることはなく、水平転送効率の劣化を防ぐことができる。
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の固体撮像素子の駆動装置は、２次元状に配列された複数の光電変換素子と、電荷読み出し信号に従って複数の光電変換素子の各々から光電変換された信号電荷を読み出し、垂直転送信号に従って信号電荷の垂直転送を行う垂直転送部と、水平転送信号の停止期間に垂直転送部から転送された信号電荷を、水平転送信号のＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し期間に水平転送する水平転送部と、水平転送部から転送された信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する電荷検出部とを有する固体撮像素子を駆動する装置であって、読み出し信号、垂直転送信号、および水平転送信号を発生するタイミング発生部を備え、タイミング発生部は、水平転送信号の停止期間にのみ、水平転送信号と同一の、ＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し周期を有するパルス信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、タイミング発生部（ＴＧ）において常に一定の電流が流れるため、消費電流の変化による水平転送信号への影響がなく、水平転送信号の１番目のパスル振幅が２番目以後のパルス振幅より小さくなることはなく、１００％のパルス振幅を得ることができる。したがって、水平転送効率の劣化を防ぐことができる。
【００１５】
第２の固体撮像素子の駆動装置において、タイミング発生部は、水平転送信号と同一の、ＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し周期を有するパルス信号を出力する複数の出力バッファを備え、複数の出力バッファのうち任意数の出力バッファを活性化することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、複数種類の固体撮像素子を駆動する場合や各固体撮像素子の負荷容量に応じて出力バッファの駆動能力を制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図、図２は、１０行４列で構成される固体撮像素子のゲート構成を示す模式図である。なお、図１および図２において、本実施の形態は、回路ブロック構成および固体撮像素子のゲート構成としては、従来例の説明で参照した図６および図７の構成と同じであるので、その詳細な説明については省略する。
【００１９】
本実施の形態が従来例と異なるのは、ＴＧ２から出力される水平転送信号Ｈ１、Ｈ２による固体撮像素子の駆動タイミングにある。以下、主にこの相違点について、図３を参照して説明する。
【００２０】
図３は、本実施の形態における水平転送信号Ｈ１、Ｈ２による固体撮像素子の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図３に示すように、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２からは、停止状態から信号電荷の転送を開始する１番目からｋ番目のパルスのＨｉｇｈレベル期間およびＬｏｗレベル期間（Ｔ１）をそれぞれ（ｋ＋１）番目以降のパルスのＨｉｇｈレベル期間およびＬｏｗレベル期間（Ｔ２）よりも長くした水平転送信号Ｈ１、Ｈ２が出力される。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、水平転送信号の１番目からｋ番目のパルス振幅が（ｋ＋１）番目以後のパルス振幅より小さくなることはなく、水平転送信号Ｈ１およびＨ２の停止状態から信号電荷の転送を開始する１番目からｋ番目のパルス振幅が１００％得られるようになり、水平転送効率を劣化することなく、固体撮像素子を駆動することが可能となる。したがって、高速駆動時にも、固体撮像素子から良好な映像信号を得ることができる。
【００２２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子の駆動装置の回路ブロック構成および固体撮像素子のゲート構成は、実施の形態１と同様の構成をとるが、相違点としては、本発明の実施の形態２では、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２から、水平転送信号Ｈ１、Ｈ２に加えて、水平転送信号Ｈ１、Ｈ２が停止状態にある期間にのみＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを繰り返すパルス信号Ｉ１、Ｉ２が出力される点にある。以下、主にこの相違点について、図４を参照して説明する。
【００２３】
図４は、本実施の形態における各部信号による固体撮像素子の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図４において、Ｉ１およびＩ２は、それぞれ、水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止状態にある期間にのみＴＧ２から出力される、それらと同一のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの繰り返し周期を有するパルス信号である。
【００２４】
本実施の形態では、水平転送信号Ｈ１およびＨ２が停止した後、図４に示すように連続して信号Ｉ１およびＩ２が出力され、信号Ｉ１およびＩ２が停止した後、連続して水平転送信号Ｈ１およびＨ２が出力される。ここで、パルス信号Ｉ１、Ｉ２は、水平転送信号Ｈ１、Ｈ２と同一の周期かつ同一の駆動能力を有する。また、水平転送信号Ｈ１とＨ２は互いに反転関係にあり、パルス信号Ｉ１とＩ２も互いに反転関係にある。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、ＴＧ２において常に一定の電流が流れるため、消費電流の変化による水平転送信号Ｈ１およびＨ２への影響がなく、水平転送信号Ｈ１およびＨ２の停止状態から信号電荷の転送を開始した１番目のパルス振幅が１００％の振幅となり、水平転送効率を劣化することなく、固体撮像素子を駆動することが可能となる。したがって、高速駆動時にも、固体撮像素子から良好な映像信号を得ることができる。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態２の構成に加えて、パルス信号Ｉ１、Ｉ２の駆動能力を変更できる構成をとる。以下、主にこの相違点について、図５を参照して説明する。
【００２７】
図５は、本実施の形態におけるＴＧ２のパルス信号Ｉ１、Ｉ２の出力部分の一構成例を示す回路図である。図５において、１０はパルス信号Ｉ１、Ｉ２の駆動能力を制御するコントロールライン、１１−１、１１−２、…、１１−Ｙは、互いに並列に接続され、コントロールライン１０の信号により活性化または非活性化されるＹ個の出力バッファである。
【００２８】
本実施の形態では、水平転送信号Ｈ１およびＨ２の停止期間中に出力されるパルス信号Ｉ１およびＩ２の出力バッファをＴＧ２内にＹ個設けており、Ｙ個のうち任意の個数の出力バッファを活性化することにより、パルス信号Ｉ１、Ｉ２の駆動能力を変更することができる。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、複数種類の固体撮像素子を駆動する場合、各固体撮像素子の負荷容量に応じて出力バッファの駆動能力を制御することが可能となり、実施の形態２に比べて、端子数の削減も可能であり、構成を簡素化することができる。
【００３０】
なお、上記の各実施の形態では、垂直転送部７がＶ１からＶ４の４相ゲート、水平転送部８がＨ１、Ｈ２の２相ゲートで構成される固体撮像素子を用いて説明を行ったが、本発明はこれに限定されず、例えば垂直転送部７が６相ゲート、水平転送部８が２相のゲートや、垂直転送部７が４相ゲート、水平転送部８が４相のゲートで構成される場合など、垂直転送部７および水平転送部８の相数には関係ない。また、本発明は、プログレッシブスキャン方式など固体撮像素子の構造にも関係なく適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速駆動時や固体撮像素子の画素数が多い場合にも、水平転送効率の低下によりＦＰＮを発生することなく、また信号処理による補正も必要とせず、固体撮像素子から良好な映像出力を容易に得ることが可能な固体撮像素子の駆動装置を実現できる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における固体撮像素子のゲート構成の一例を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態１における水平転送信号Ｈ１、Ｈ２による固体撮像素子の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子の駆動装置における水平転送信号Ｈ１、Ｈ２およびパルス信号Ｉ１、Ｉ２による固体撮像素子の駆動タイミングの一例を示すタイミングチャート
【図５】本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子の駆動装置におけるＴＧ２のパルス信号Ｉ１、Ｉ２の出力部分の一構成例を示す回路図
【図６】従来の固体撮像素子の駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図
【図７】従来の固体撮像素子のゲート構成の一例を示す模式図
【図８】一般的なインターレススキャン型の固体撮像素子の駆動タイミングチャート
【図９】従来の固体撮像素子の駆動装置によるる通常転送期間における各部信号のタイミングチャート
【図１０】従来例におけるＴＧ２の水平転送信号Ｈ１、Ｈ２の出力部の消費電流ＩＨの時間変化を示す波形図
【図１１】従来例の問題を説明するための、図９の水平転送信号Ｈ１、Ｈ２の拡大図
【符号の説明】
１ 固体撮像素子（ＣＣＤ）
２ タイミングジェネレータ（ＴＧ）
３ デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
４ 前処理回路（ＣＤＳ・Ａ／Ｄ）
５ 垂直ドライバ（ＶＤｒ）
６ フォトダイオード
７ 垂直転送部
８ 水平転送部
９ 電荷検出部
１０ コントロールライン
１１−１、１１−２、…、１１−Ｙ 出力バッファ

Claims (3)

1. ｎ行ｍ列（ｎは１以上でかつｍは３以上の自然数）に配列された複数の光電変換素子と、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子の各々から光電変換された信号電荷を読み出し、垂直転送信号に従って前記信号電荷の垂直転送を行う垂直転送部と、水平転送信号の停止期間に前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を、水平転送信号のＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し期間に水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された前記信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する電荷検出部とを有する固体撮像素子を駆動する装置であって、
   前記読み出し信号、前記垂直転送信号、および前記水平転送信号を発生するタイミング発生部を備え、前記タイミング発生部は、前記水平転送信号の停止期間が終了した後、前記水平転送信号の最初からｋ番目（ｋは１≦ｋ、２×ｋ＜ｍを満足する整数）のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間をそれぞれ（ｋ＋１）番目以後のＨｉｇｈおよびＬｏｗレベルの期間よりも長く設定することを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
2. ２次元状に配列された複数の光電変換素子と、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子の各々から光電変換された信号電荷を読み出し、垂直転送信号に従って前記信号電荷の垂直転送を行う垂直転送部と、水平転送信号の停止期間に前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を、水平転送信号のＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し期間に水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された前記信号電荷を信号電圧または信号電流に変換して出力する電荷検出部とを有する固体撮像素子を駆動する装置であって、
   前記読み出し信号、前記垂直転送信号、および前記水平転送信号を発生するタイミング発生部を備え、前記タイミング発生部は、前記水平転送信号の停止期間にのみ、前記水平転送信号と同一の、ＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し周期を有するパルス信号を出力することを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
3. 前記タイミング発生部は、それぞれ並列に接続されて、前記水平転送信号と同一の、ＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルの繰り返し周期を有する前記パルス信号を出力する複数の出力バッファを備え、前記複数の出力バッファのうち任意数の出力バッファを活性化する請求項２記載の固体撮像素子の駆動装置。

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