JP2005039606A

JP2005039606A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2005039606A
Application number: JP2003275431A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Gomi; 祐一五味
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: US7466354B2; JP3830474B2; US20050012837A1

Abstract

【課題】長時間任意の領域から画素信号を正確に読み出すことを可能とする固体撮像装置を提供する。
【解決手段】ＸＹアドレス型の固体撮像装置の水平及び垂直走査回路の少なくとも一方を構成するシフトレジスタを、クロックにより走査位置に係る情報を伝達する多段に直列に接続されたシフトレジスタユニット１と、各シフトレジスタユニットに記憶用スイッチ２と転送用スイッチ３を介して接続した記憶部４とで構成し、本走査に先立つ走査開始位置設定期間に、記憶部に走査開始位置情報を記憶させ、本走査時に記憶部から走査開始位置情報を転送して、所望の走査開始位置から走査を開始させるようにすると共に、本走査においても走査開始位置情報の記憶動作を行うように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、受光部の任意領域の受光画素の出力を読み出すことが可能な固体撮像装置に関する。

従来、受光部の任意領域の受光画素の読み出しを可能にした固体撮像装置としては、例えば、特開平４−２７７９８５号公報に開示されているように、受光画素の出力を時系列的に読み出すための走査手段であるシフトレジスタを、複数のブロックに分割し、分割した各ブロックに対応した受光部の領域を読み出す方法が知られている。しかし、この方法は、シフトレジスタの繰り返しの単位は分割したブロックとなり、ブロックとブロックの境界で信号の質が変化する可能性がある。また、固体撮像装置製造時にあらかじめ設定されたブロック単位でのみ、読み出したい領域の選択が可能となるため、任意領域からの信号の読み出しはできない。

このような問題を解消するためのシフトレジスタを、本件出願人が特開平６−３５０９３３号公報において提案した。このシフトレジスタの構成を、図８に示す。まず、このシフトレジスタの構成について説明する。図８において、１は第１のクロック型インバータ１−１と第２のクロック型インバータ１−２を直列に接続したシフトレジスタユニット、２は記憶用スイッチ、３は転送用スイッチ、４は第１のインバータ４−１と第２のインバータ４−２を直列に接続して構成した記憶部である。

第１のクロック型インバータ１−１の出力ノードと、記憶用スイッチ２及び転送用スイッチ３の一端が接続され、記憶用スイッチ２の他端と記憶部４の第１のインバータ４−１の入力端が接続され、記憶部４の第２インバータ４−２の出力端と転送用スイッチ３の他端が接続されており、６がシフトレジスタの単位段を示している。図８では７段のシフトレジスタを示しているが、実際の固体撮像装置に用いるシフトレジスタにおいては更に多段となっている。

第１のクロック型インバータ１−１は、駆動クロックΦ２がＨレベルのときにアクティブとなり、第２のクロック型インバータ１−２は、駆動クロックΦ１がＨレベルのときにアクティブとなる。なお、／Φ１，／Φ２は、駆動クロックΦ１，Φ２の反転クロックを示している。第１段目のシフトレジスタユニット１の入力端には、スタートパルスΦＳＴが入力される。また、記憶用スイッチ２はメモリパルスΦＭがＨレベルのときに導通し、転送用スイッチ３は転送パルスΦＴがＨレベルのときに導通する。なお、／ΦＭ，／ΦＴは、メモリパルスΦＭ，転送パルスΦＴの反転バルスを示している。

このように構成されたシフトレジスタの動作を、図９に示したタイミングチャートで説明する。まず、本走査に先立つ先行走査（走査位置設定期間）においては、時刻Ｔ１でスタートパルスΦＳＴにＨレベルを入力し、シフトレジスタ内をクロックΦ１，Φ２に従ってシフトさせる。そして、本走査を第３段目のシフトレジスタユニットからスタートさせるため、時刻Ｔ２でメモリパルスΦＭをＨレベルとして、このときの各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ0.5 ，ＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態を記憶部４に記憶する。すなわち第１，第２，第４，第５，第６，第７の単位ブロックの記憶部４の入力端ノードはＨレベル、第３の単位ブロックの記憶部４の入力端ノードはＬレベルを記憶する。

その後、時刻Ｔ３において、転送パルスΦＴをＨレベルとすることによって、各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ0.5 ，ＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 には、時刻Ｔ２で記憶したレベルが転送され、クロックΦ１がＨレベルなので、各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ1.0 ，ＳＲ2.0 ，ＳＲ3.0 ，・・・ＳＲ7.0 には、それぞれノードＳＲ0.5 ，ＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 の反転出力が出力され、以後シフトレジスタ内をクロックΦ１，Φ２に従ってシフトされるので、シフトレジスタの走査が第３段目のシフトレジスタユニットのノードＳＲ3.0 から始められることとなる。時刻Ｔ４においては、転送パルスΦＴをＨレベルとし、再度記憶部４の情報を転送することにより、時刻Ｔ３以降と同様にシフトレジスタの走査がＳＲ3.0 から始められる。したがって、時刻Ｔ３から始まる本走査期間では、記憶部４に記憶した情報を転送することにより、シフトレジスタの走査がノードＳＲ3.0 から始められることとなる。
特開平４−２７７９８５号公報特開平６−３５０９３３号公報

次に、図８に示したシフトレジスタの課題について説明する。図８に示したシフトレジスタにおける記憶部４はインバータのみで構成されており、記憶用スイッチ２が長時間非導通状態にあると、リーク等によりインバータ４−１の入力端の電位は不定となる。ここの電位が、例えば電源、接地電位間の中間電位となると、インバータ４−１に貫通電流が流れ、消費電力が増大する。更にインバータ４−１の出力電位も不定となり、インバータ４−２においても同様の現象が起きる。また、このような現象が起きた状態で、記憶部４からシフトレジスタユニット１に情報を転送しようとすると、本来記憶部４に記憶した情報とは異なった情報が、シフトレジスタユニットに１に転送され、誤動作する可能性が生じる。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、長時間任意の領域から画素信号を正確に読み出すことを可能とする固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、２次元状に配列された複数の画素を備えた固体撮像素子と、該固体撮像素子の画素信号の読み出しを行うための水平及び垂直走査回路とを有するＸＹアドレス型の固体撮像装置であって、前記各走査回路の少なくとも一方を構成するシフトレジスタは、クロックにより読み出し走査位置に係る情報を伝達する多段に直列に接続されたシフトレジスタユニットと、各シフトレジスタユニットに対応して配置され、当該シフトレジスタユニットの後段のシフトレジスタユニットの出力を記憶する記憶部と、前記後段のシフトレジスタユニットと前記記憶部の入力端の間に設けた記憶用スイッチと、前記記憶部の出力端と対応するシフトレジスタユニットの間に設けた転送用スイッチとで構成し、本走査に先立つ走査開始位置設定期間には、前記記憶部に読み出し走査開始位置に係る情報を記憶させ、且つ本走査時には、前記転送用スイッチを駆動して、本走査に先立って前記記憶部に記憶された前記読み出し走査開始位置に係る情報をシフトレジスタユニットに転送して、読み出し走査開始位置に係る情報の伝達を行うと共に、前記読み出し走査開始位置に係る情報が記憶されている前記記憶部に前記記憶用スイッチを介して接続されているシフトレジスタユニットに前記読み出し走査開始位置に係る情報が到達したタイミングで、前記記憶用スイッチを駆動して前記読み出し走査開始位置に係る情報を再度記憶する駆動制御手段を備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記駆動制御手段は、本走査に先立つ走査開始位置設定期間において、前記読み出し走査開始位置に係る情報をシフトレジスタに入力するシフトパルスを所望の読み出し走査開始位置のシフトレジスタユニットの後段のシフトレジスタユニットまでシフトした後、前記記憶用スイッチを駆動し、各シフトレジスタユニットの情報を前記記憶用スイッチを介して接続されている前記記憶部に記憶させて、読み出し走査開始位置に係わる情報の記憶を行うことを特徴とするものである。

請求項１記載のように構成された固体撮像装置においては、読み出し走査開始位置情報の記憶動作を本走査においても行うことにより、正確な記憶情報をシフトレジスタユニットに転送することができ、長時間同一の任意領域から安定して画素信号を読み出すことが可能な固体撮像装置を実現することができる。

また、請求項２記載のように構成された固体撮像装置においては、読み出し走査開始位置に係わる情報の記憶を行うために、特別な回路を設ける必要がなくなる。

次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、実施例１について説明する。図１は、本発明に係わる固体撮像装置の実施例１における走査回路を構成するシフトレジスタを示す回路構成図であり、図７に示したシフトレジスタと同一の構成要素には同一の符号を付して示している。

図１においては、１は第１のクロック型インバータ１−１と第２のクロック型インバータ１−２を直列に接続したシフトレジスタユニット、２は記憶用スイッチ、３は転送用スイッチ、４は第１のインバータ４−１と第２のインバータ４−２を直列に接続した記憶部であり、6 がシフトレジスタの単位段を示している。

図１では７段のシフトレジスタを示しているが、実際の固体撮像装置においては更に多段となっている。記憶用スイッチ２の一端は、対応するシフトレジスタユニットの次段のシフトレジスタの第１のクロック型インバータ１−１の出力ノードと接続されており、他端は記憶部４の第１のインバータ４−１の入力端と接続されている。転送用スイッチ３の一端は、対応するシフトレジスタユニットの第１のクロック型インバータ１−１の出力ノードと接続されており、他端は記憶部４の第２のインバータ４−２の出力端と接続されている。したがって、図１に示すシフトレジスタの構成は、図７に示したシフトレジスタの構成と比べて、記憶用スイッチの接続の仕方が異なっていることになる。また、最終段のシフトレジスタユニットについては記憶部４は不要となる。

第１のクロック型インバータ１−１は、駆動クロックΦ２がＨレベルのときにアクティブとなり、第２のクロック型インバータ１−２は、駆動クロックΦ１がＨレベルのときにアクティブとなる。第１段目のシフトレジスタユニット１の入力端には、スタートパルスΦＳＴが入力される。また、記憶用スイッチ２はメモリパルスΦＭがＨレベルのときに導通し、転送用スイッチ３は転送パルスΦＴがＨレベルのときに導通するようになっている。

次に、このように構成されたシフトレジスタの動作を、図２に示したタイミングチャートで説明する。まず、本走査に先立つ先行走査（走査位置設定期間）においては、時刻Ｔ１でスタートパルスΦＳＴにＨレベルを入力し、シフトレジスタ内をクロックΦ１，Φ２に従ってシフトさせる。そして、本走査を第３段目のシフトレジスタユニットからスタートさせるため、時刻Ｔ２でメモリパルスΦＭをＨレベルとして、このときの各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態を記憶部４に記憶する。ここで、記憶部４は記憶用スイッチ２を介して次段のシフトレジスタユニットと接続されているので、各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態は、それぞれ、第１〜第６段目のシフトレジスタユニットの記憶部４に記憶され、各段の記憶部４の入力端ノードは、それぞれＨ，Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈレベルを記憶することとなる。

その後、時刻Ｔ３−１において、転送パルスΦＴをＨレベルとすることによって、各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ0.5 ，ＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ5.5 には、時刻Ｔ２で各記憶部４に記憶したレベルＨ，Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈが転送される。最終段のノードＳＲ6.5 には転送スイッチ３が接続されていないので、直前の状態を保持したままとなる。このとき、クロックΦ１がＨレベルなので、各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ1.0 ，ＳＲ2.0 ，ＳＲ3.0 ，・・・ＳＲ7.0 には、それぞれノードＳＲ0.5 ，ＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 の反転出力が出力され、クロックΦ１，Φ２に従ってシフト動作が開始され、シフトレジスタの走査が第３段目のシフトレジスタユニットのノードＳＲ3.0 から始められることとなる。

また、時刻Ｔ３−２でメモリパルスΦＭをＨレベルとすると、走査位置設定期間（先行走査）と同様に、このときの各シフトレジスタユニット１内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態が、記憶部４に記憶され、記憶部４の入力端ノードは、それぞれ走査位置設定期間と同一のＨ，Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈレベルを再度記憶することとなる。時刻Ｔ４−１においては、転送パルスΦＴをＨレベルとし、再度記憶部４の情報を転送することにより、時刻Ｔ３−１以降と同様に、シフトレジスタの走査がＳＲ3.0 から始められる。ここでも、時刻Ｔ４−２で再度走査開始位置の再記憶動作が行われる。

したがって、時刻Ｔ３−１から始まる本走査期間では、記憶部４に記憶した情報を転送することにより、シフトレジスタの走査がノードＳＲ3.0 から始められることとなると共に、本走査においても、走査開始位置の記憶動作を行えるように構成しているので、読み出し走査開始位置情報の記憶動作を定期的に行うことが可能となり、長時間同一の任意領域から安定して画素信号を読み出すことが可能な固体撮像装置を実現することができる。なお、上記シフトレジスタの各駆動パルス、シフトパルス等の駆動制御は、図示しない駆動制御手段により行われるようになっている。

上記説明では、7 段のシフトレジスタユニットのうち第３段目のシフトレジスタユニットから走査を開始する方法について説明したが、記憶動作及び転送動作を行うタイミングを調整することにより、読み出し走査開始位置を任意に設定することができる。また、記憶用スイッチの入力端は次段のシフトレジスタユニットと接続しているが、これに限ったものではなく、本走査において、再記憶動作が可能となる接続であればよい。

また、ここでは、走査をシフトレジスタの途中から開始できるようにした構成のものを示したが、走査をシフトレジスタの途中で止めるためには、クリア機能付きシフトレジスタを用いるなどの組み合わせが可能なことは明らかである。また、ここでは、記憶部をインバータ2 段で構成したものを示したが、シフトレジスタユニットの情報を保持できるものであれば、特に構成に制限はない。また、ここではシフトレジスタユニットを、クロック型インバータを直列に接続して構成したものを示したが、他の構成のシフトレジスタユニットで構成したシフトレジスタにも、本実施例を適用することができ、同様の効果が得られる。

また、本実施例では、各シフトレジスタユニットに対して記憶部、記憶用スイッチ、転送用スイッチを設けて構成したものを示したが、数段毎のシフトレジスタユニットに対して記憶部、記憶用スイッチ、転送用スイッチを設けて構成することもでき、この場合はシフトレジスタ全体の回路規模を小さくすることができる。

また、図２からわかるように、本走査の最初の段のシフトレジスタユニットが出力されている間に、メモリパルスΦＭがＨレベルとなっているので、このクロックの影響により、最初の段のシフトレジスタユニットの出力のみ他の段のシフトレジスタユニットの出力と波形が異なり、画像にその影響が現れる可能性がある。しかしながら、最初の段のシフトレジスタユニットの出力により走査される画素信号は、正規の信号として使用しないようにして、本走査開始位置を１段前にするなどの調整を行うことで、その影響を回避することが可能となる。

また、本実施の形態では、本走査に先立つ読み出し走査開始位置の設定は、シフトパルスを順次シフトして、読み出し走査開始位置とする次段のシフトレジスタユニットに達した時点で、記憶部にパルス情報を記憶することで行っているが、本走査に先立つ走査開始位置の設定は、シフトレジスタやデコーダなど、走査開始位置を設定する専用の回路を別途設け、本走査開始のタイミングで、一括して記憶部に記憶させるようにして行うことも、勿論、可能である。

次に、実施例２について説明する。図３及び図４は、本発明に係わる固体撮像装置の実施例２における走査回路を構成するシフトレジスタを示す回路構成図であり、ｎＭＯＳトランジスタで構成した場合のものである。なお、図３はシフトレジスタの第４段目のシフトレジスタ単位段までを示し、図４はこれに続く第５段目のシフトレジスタ単位段以降を示している。

図３においては、100 は第１のシフトレジスタサブユニット100-１と第２のシフトレジスタサブユニット100-２を直列に接続したシフトレジスタユニットであり、ここでは第２のシフトレジスタサブユニット100-２の出力がシフトレジスタユニット100 の出力信号として用いられることとする。なお、各シフトレジスタユニットの構成は同じであるが、ここでは第２段目のシフトレジスタユニットの各構成要素に符号を付して示している。

シフトレジスタサブユニット100-１は、ゲートとドレインを接続したＭＯＳトランジスタＭ１と、ＭＯＳトランジスタＭ１のソースにドレインが接続され、クロックΦ２ＡによりオンオフするＭＯＳトランジスタＭ４と、ＭＯＳトランジスタＭ１とＭ４間のノードにドレインが接続されソースが接地され、クロックΦＲによりオンオフするＭＯＳトランジスタＭ２と、ＭＯＳトランジスタＭ２と並列に接続され後段の出力によりオンオフするＭＯＳトランジスタＭ３と、ゲートがＭＯＳトランジスタＭ４のソースに接続され、ドレインからクロックΦ１Ｂが入力されるＭＯＳトランジスタＭ５と、ドレインがＭＯＳトランジスタＭ５のソースと接続され、ソースが接地され、クロックΦ２ＡによりオンオフするＭＯＳトランジスタＭ６と、ＭＯＳトランジスタＭ５のゲート・ソース間に設けられた容量Ｃ１とで構成されている。また図中には、後の説明のためにＭＯＳトランジスタＭ４のソースとＭＯＳトランジスタＭ５のゲートと容量Ｃ１が接続されているノードを、Ｎ１と記している。

このように構成されたシフトレジスタサブユニット100-１は、前段の出力がＭＯＳトランジスタＭ４がオン状態で入力されると、ＭＯＳトランジスタＭ１とＭ４を介してノードＮ１及び容量Ｃ１を充電する。そして、ＭＯＳトランジスタＭ４をオフとした後、ＭＯＳトランジスタＭ５のドレインからクロックΦ１Ｂを入力すると、ブートストラップ効果により、ＭＯＳトランジスタＭ５のソースに該ＭＯＳトランジスタＭ５のドレインから入力したクロック信号が、そのレベルを保ったまま現れ、これがシフトレジスタサブユニット100-１の出力信号となる。シフトレジスタサブユニット100-１から信号を出力した後、ＭＯＳトランジスタＭ４のオン状態と同期してＭＯＳトランジスタＭ２又はＭ３をオン状態とすることにより、ノードＮ１は接地され、リセットされる。

シフトレジスタサブユニット100-２の構成は、シフトレジスタサブユニット100-１とほぼ同じであり、対応する構成要素には10代の符号を付して示しているが、ＭＯＳトランジスタＭ14のゲートがクロックΦ１Ａに接続されていることと、ＭＯＳトランジスタＭ15のドレインがクロックΦ２Ｂに接続されていることが異なっている。

Ｍ21は、記憶用スイッチとなるＭＯＳトランジスタであり、Ｍ23は転送用スイッチとなるＭＯＳトランジスタである。400 は、ドレインからクロックΦＳＴ２が入力されソースが出力となるＭＯＳトランジスタＭ22と、そのゲート・ドレイン間に並列に設けられた容量Ｃ２とから構成される記憶部で、ＭＯＳトランジスタＭ22のゲートが記憶部400 の入力端となり、ＭＯＳトランジスタＭ22のソースが出力端となる。

このように構成された記憶部400 は、ＭＯＳトランジスタＭ22のドレインからクロック信号ΦＳＴ２を入力すると、容量Ｃ２にＨレベルの信号が記憶されている場合は、ＭＯＳトランジスタＭ22に入力したクロック信号ΦＳＴ２が、そのレベルを保ったままＭＯＳトランジスタＭ22を介して出力され、一方、容量Ｃ２にＬレベルの信号が記憶されている場合は、クロック信号は通さないという動作となる。

600 はシフトレジスタの単位段を示しており、図３及び図４では７段のシフトレジスタを示しているが、実際の固体撮像装置においては更に多段となっている。記憶用スイッチとなるＭＯＳトランジスタＭ21の一端は、次段のシフトレジスタユニットの第１のシフトレジスタサブユニット100-１の出力ノードと接続されており、他端は記憶部400 の入力端と接続されている。転送用スイッチとなるＭＯＳトランジスタＭ23の一端は、当該シフトレジスタユニットの第１のシフトレジスタサブユニット100-１内のノードと接続されており、他端は記憶部400 の出力端と接続されている。なお、最終段については記憶部400 は不要となる。

次に、このように構成されたシフトレジスタの動作を、図５に示したタイミングチャートで説明する。ここでは、第３段目のシフトレジスタユニットから第５段目のシフトレジスタユニットまで走査する場合について説明する。まず、本走査に先立つ先行走査（走査位置設定期間）においては、時刻Ｔ１でクロックΦ２Ａ，クロックΦ２Ｂ，メモリパルスΦＭ，転送パルスΦＴ，クロックΦＲをＨレベルとし、記憶部400 及びシフトレジスタユニット100 内のノードをリセットする。

時刻Ｔ２でスタートパルスΦＳＴにＨレベルを入力し、シフトレジスタ内をクロックΦ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ２Ａ，Φ２Ｂに従ってシフトさせる。時刻Ｔ３でメモリパルスΦＭをＨレベルとして、このときの各シフトレジスタユニット100 内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態を記憶部400 に記憶する。ここで、記憶部400 は記憶用スイッチとなるＭＯＳトランジスタＭ21を介して次段のシフトレジスタユニットと接続されているので、各シフトレジスタユニット100 内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態は、それぞれ、第１〜第６シフトレジスタ段の記憶部400 に記憶され、記憶部400 の入力端ノードは、それぞれＬ，Ｌ，Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌレベルを記憶することとなる。

また、先行走査では、本走査のスタート位置の記憶動作を行うことが目的であるので、ここでは時刻Ｔ３でクロックΦ１ＡをＬレベルとして、その次段以降へシフトパルスを伝達することを行わず、時刻Ｔ４でクロックΦＲをＨレベルとし、シフトレジスタユニット100 内のノードをリセットして、シフト動作を終了させている。これにより先行期間（走査位置設定期間）の短縮が行える。その後、時刻Ｔ５において、転送パルスΦＴと記憶部400 からのスタートパルスΦＳＴ２をＨレベルとすることによって、Ｈレベルが記憶されている第３の記憶部400 からのみスタート信号が出力され、第３段目のシフトレジスタユニット100 に入力され、シフトレジスタの走査がＳＲ3.0 から始められることとなる。

また、時刻Ｔ６でメモリパルスΦＭをＨレベルとすると、走査位置設定期間と同様に、このときの各シフトレジスタユニット100 内のノードＳＲ1.5 ，ＳＲ2.5 ，・・・ＳＲ6.5 のレベル状態が記憶部400 に記憶され、記憶部400 の入力端ノードは、それぞれ走査位置設定期間と同一のＬ，Ｌ，Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌレベルを再度記憶することとなる。時刻Ｔ７では、クロックΦ２ＡをＬレベルとして、その次段のシフトレジスタユニットへシフトパルスを伝達することを行わず、時刻Ｔ８でクロックΦＲをＨレベルとし、シフトレジスタユニット100 内のノードをリセットして、ＳＲ5.0 が出力された時点で、シフト動作を終了させている。時刻Ｔ９においては、転送パルスΦＴと記憶部400 からのスタートパルスＳＴ２をＨレベルとし、再度スタート動作を行ない、時刻Ｔ５以降と同様にＳＲ3.0 からＳＲ5.0 までのシフト動作を行う。

したがって、時刻Ｔ５から始まる本走査期間では、記憶部400 に記憶した情報でシフトレジスタの走査がノードＳＲ3.0 から始められることとなると共に、本走査においても走査開始位置の記憶動作を行っているので、走査開始位置情報の記憶動作を定期的に行うことが可能となり、長時間同一の任意領域から安定して画素信号を読み出すことが可能な固体撮像装置を実現することができる。

上記説明では、7 段のシフトレジスタのうち、第３段目から第５段目までのシフトレジスタユニットのシフト走査を行う方法について説明したが、記憶動作、転送動作及びリセット動作を行うタイミングを調整することにより、走査（シフト）開始・停止位置を任意に設定することができる。また、ここでは、先行走査において、記憶動作終了後シフト動作を停止したが、最終段までシフトさせてもよいことは言うまでもない。

また、記憶用スイッチの入力端は、次段のシフトレジスタユニットと接続しているが、これに限ったものではなく、本走査において、再記憶動作が可能となる接続であればよい。また、ここでは、記憶部をMOS トランジスタと容量で構成したものを示したが、シフトレジスタユニットの情報を保持できるものであれば、特に構成に制限はない。また、ここでは、シフトレジスタユニットを２つのサブユニットで構成し、一方の出力のみを使用するものとして説明したが、それぞれのサブユニットの出力を用いることも可能である。また、シフトレジスタの構成及びシフト動作やシフト停止動作のための駆動タイミングは、ここで示したものに限ったものではない。

また、本実施例では、各シフトレジスタユニットに対して記憶部、記憶用スイッチ、転送用スイッチを設けて構成したものを示したが、数段毎のシフトレジスタユニットに記憶部、記憶用スイッチ、転送用スイッチを設けて構成することもでき、この場合はシフトレジスタ全体の回路規模を小さくすることができる。

また、図５からわかるように、本走査の最初の段のシフトレジスタユニットから出力されている間に、メモリパルスΦＭがＨレベルとなっているので、このクロックの影響により、最初の段のシフトレジスタユニットからの出力のみ他の段のシフトレジスタユニットの出力と波形が異なり、画像にその影響が現れる可能性がある。しかしながら、最初の段のシフトレジスタユニット出力により走査される画素信号は、正規の信号として使用しないものとして、本走査開始位置を１段前にするなどの調整を行うことで、その影響を回避することが可能となる。

また、本実施例では、本走査に先立つ走査開始位置の設定は、シフトパルスを順次シフトして、走査開始位置とする次段のシフトレジスタユニットに達した時点で、記憶部にパルス情報を記憶することで行っているが、シフトレジスタやデコーダなど、走査開始位置を設定する専用の回路を別途設け、本走査開始のタイミングで、一括して記憶部に記憶させるようにして行うことも、勿論、可能である。

次に、実施例１又は２で説明したシフトレジスタを水平及び垂直走査回路に用いた具体的な固体撮像装置を、実施例３として図６に基づいて説明する。図６において、10は７×７に配列された画素で、10−１は読み出し画素（３×３画素）を示している。図６において、画素（ｉ，ｊ）のｉは左端から１，２，・・・７，Ｊは上端から１，２，・・・７とする。11及び12は、第１又は第２の実施形態で示したシフトレジスタで構成された水平及び垂直走査回路である。垂直走査回路12で選択された行の画素を、水平走査回路11で順次選択し、両走査回路で選択された画素から信号を読み出すようになっている。

そして、ここでは７×７画素の構成のうち、任意範囲の走査として、中央部の３×３画素10−１を走査して、それらの画素から信号を読み出すこととする。水平及び垂直走査回路11，12を構成するシフトレジスタを、第１又は第２の実施例で示した方法で駆動することにより、７段のシフトレジスタのうち第３，４，５段目のシフトレジスタユニットから選択信号が出力される。したがって、７×７画素のうち図７の斜線を施した部分に相当する３×３画素から信号が読み出される。

以上のように構成することによって、全画素領域のうち任意の範囲の画素から信号を取り出すことが可能な固体撮像装置を実現できる。本実施例では７×７画素の中から３×３画素の信号を得る例を示したが、全画素数や読み出し画素数は、どのようなものであってもかまわない。

また、上記構成例では、本発明によるシフトレジスタを、水平及び垂直の両方の走査回路に用いたものを示したが、いずれか一方の走査回路に用いることにより、水平もしくは垂直方向にのみ、任意の範囲を読み出すように構成することも可能である。

本発明に係る固体撮像装置の実施例１における走査回路を構成するシフトレジスタを示す回路構成図である。図１に示したシフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施例２における走査回路を構成するシフトレジスタの一部を示す回路構成図である。図３に示したシフトレジスタの一部に続く他の部分を示す回路構成図である。図３及び図４に示したシフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施例３を示す概略ブロック構成図である。図６に示した実施例３において、７×７画素のうち３×３画素から信号を読み出す態様を示す図である。従来の固体撮像装置の走査回路を構成するシフトレジスタを示す回路構成図である。図８に示したシフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１シフトレジスタユニット
１−１第１のクロック型インバータ
１−２第２のクロック型インバータ
２記憶用スイッチ
３転送用スイッチ
４記憶部
４−１第１のインバータ
４−２第２のインバータ
６シフトレジスタ単位段
10 画素
10−１読み出し画素
11 水平走査回路
12 垂直走査回路
100 シフトレジスタユニット
100-１第１のシフトレジスタサブユニット
100-２第２のシフトレジスタサブユニット
400 記憶部
600 シフトレジスタ単位段

Claims

２次元状に配列された複数の画素を備えた固体撮像素子と、該固体撮像素子の画素信号の読み出しを行うための水平及び垂直走査回路とを有するＸＹアドレス型の固体撮像装置であって、前記各走査回路の少なくとも一方を構成するシフトレジスタは、クロックにより読み出し走査位置に係る情報を伝達する多段に直列に接続されたシフトレジスタユニットと、各シフトレジスタユニットに対応して配置され、当該シフトレジスタユニットの後段のシフトレジスタユニットの出力を記憶する記憶部と、前記後段のシフトレジスタユニットと前記記憶部の入力端の間に設けた記憶用スイッチと、前記記憶部の出力端と対応するシフトレジスタユニットの間に設けた転送用スイッチとで構成し、本走査に先立つ走査開始位置設定期間には、前記記憶部に読み出し走査開始位置に係る情報を記憶させ、且つ本走査時には、前記転送用スイッチを駆動して、本走査に先立って前記記憶部に記憶された前記読み出し走査開始位置に係る情報をシフトレジスタユニットに転送して、読み出し走査開始位置に係る情報の伝達を行うと共に、前記読み出し走査開始位置に係る情報が記憶されている前記記憶部に前記記憶用スイッチを介して接続されているシフトレジスタユニットに前記読み出し走査開始位置に係る情報が到達したタイミングで、前記記憶用スイッチを駆動して前記読み出し走査開始位置に係る情報を再度記憶する駆動制御手段を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
前記駆動制御手段は、本走査に先立つ走査開始位置設定期間において、前記読み出し走査開始位置に係る情報をシフトレジスタに入力するシフトパルスを所望の読み出し走査開始位置のシフトレジスタユニットの後段のシフトレジスタユニットまでシフトした後、前記記憶用スイッチを駆動し、各シフトレジスタユニットの情報を前記記憶用スイッチを介して接続されている前記記憶部に記憶させて、読み出し走査開始位置に係わる情報の記憶を行うことを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。