JP2009081760A - 固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】メモリから水平信号線への信号の読み出しを行う際に、ノイズの影響を受けにくい固体撮像装置を実現できるようにする。
【解決手段】固体撮像装置は、行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線と、水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタとを備えている。水平シフトレジスタは、シフト方向を第１の方向と第２の方向とで切り換えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置、その駆動方法及びカメラに関し、特に、ハイビジョンカメラ等の多画素高フレームレートのカメラに使用する固体撮像装置、その駆動方法及びこれを用いたカメラに関する。

モスイメージセンサ（ＭＯＳイメージセンサ）等の固体撮像装置は、デジタルハイビジョンカメラ等の多画素で高速フレーム出力を必要とする分野に使用されはじめている。このような固体撮像装置において高フレームレート出力を可能とするために、水平ブランキング期間を削減する方法が考えられている（例えば、特許文献１を参照。）。

特許文献１においては、２行分の画像を記憶できるメモリ素子を列ごとに２つ設け、一方のメモリ素子の信号を読み出している間に、他方のメモリ素子に異なる行の画像を記憶させている。これにより、通常必要な水平ブランキング期間を設けることなく、連続して画像を出力することを可能とし、高速フレーム出力を実現している。

一方、光電変換部からの信号の読み出し及びメモリ素子への信号の記憶等を行う期間に、画素を駆動するための各種の駆動パルスが印加されると、パルスに起因するノイズにより輝度ばらつきが発生するおそれがある。このため、駆動パルスが印加されている期間においては、メモリから水平信号線への信号の読み出しを中断することにより、ノイズの少ない画像を得ている。
特開２００７−１４２７７６号公報

しかしながら、前記従来の固体撮像装置のようにメモリから水平信号線への信号の読み出しの中断と再開とを行うと、信号レベルの変動が生じるという問題がある。これは、メモリからの信号の読み出しに用いる水平シフトレジスタを再起動する際に電流の変動による基板電位の変動が生じるためである。基板電位の変動が生じると、シフトレジスタの近辺に配置された水平信号線の寄生容量が影響を受け、読み出された信号レベルが変動してしまう。これにより、輝度ばらつきが発生し、画像にノイズが生じるおそれがある。

本発明は、前記従来の問題を解決し、メモリから水平信号線への信号の読み出しを行う際に、ノイズの影響を受けにくい固体撮像装置を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像装置を、左右両方向のシフト動作を行うことができる水平シフトレジスタを備えた構成とする。

具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線と、水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタとを備え、水平シフトレジスタは、水平駆動期間中にシフト方向を第１の方向と第２の方向とで切り換えることができることを特徴とする。

本発明に係る固体撮像装置は、水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタが、水平駆動期間中にシフト方向を第１の方向と第２の方向とで切り換えることができる。このため、既に水平信号線に信号を読み出したメモリを再度選択することが可能である。従って、ノイズが重畳するおそれがある期間においては、既に水平信号線に読み出したメモリを選択し、ダミー信号として出力することにより、ノイズが少ない画像信号が得られる。

本発明の固体撮像装置は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、水平シフトレジスタは、シフト方向を第１の方向として次の位置のメモリを選択する動作と、シフトを中断する動作と、シフト方向を第２の方向として前の位置のメモリを選択する動作とを行い、シフトを中断する動作は、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加されている期間において行い、駆動パルスの印加が終了した時点においてシフトを再開する際には、駆動パルスが印加される直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択してもよい。また、複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、水平シフトレジスタは、シフト方向を第１の方向として次の位置のメモリを選択する動作と、シフトを中断する動作と、シフト方向を第２の方向として前の位置のメモリを選択する動作とを行い、シフトを中断する動作は、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて駆動パルスの極性が反転する期間において行い、駆動パルスの極性の反転が終了した時点においてシフトを再開する際には、駆動パルスの極性が反転する直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択してもよい。このような構成とすることにより、基板電位の変動をほとんど受けることがない。

本発明の固体撮像装置は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、水平シフトレジスタは、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加される期間の一部を除いてシフト方向を第１の方向とし、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加される期間の一部においてシフト方向を第２の方向とすることにより、駆動パルスの印加が終了した時点において、駆動パルスが印加される直前に選択されたメモリを再び選択してもよい。また、複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、水平シフトレジスタは、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて印加された駆動パルスの極性が反転する期間の一部を除いてシフト方向を第１の方向とし、複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて印加された駆動パルスの極性が反転する期間の一部においてシフト方向を第２の方向とすることにより、駆動パルスの極性の反転が終了した時点において、駆動パルスの極性の反転が開始される直前に選択されたメモリを再び選択してもよい。このような構成とすることにより、フレームレートを高くすることができる。

本発明に係るカメラは、本発明に係る固体撮像装置を備えていることを特徴とする。

本発明に係る第１の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線とを備えた固体撮像装置の駆動方法を対象とし、複数の画素のうち、一の行に配置された画素の信号をそれぞれメモリに蓄積するステップ（ａ）と、メモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップ（ｂ）とを備え、ステップ（ｂ）は、複数のメモリのうちまだ読み出しを行っていないメモリを選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップ（ｂ１）と、複数のメモリのうち既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップ（ｂ２）とを含み、ステップ（ｂ２）は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において実行することを特徴とする。

第１の固体撮像装置の駆動方法は、駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップを実行する。このため、ノイズの影響をほとんど受けることがない。従って、ノイズが少ない画像信号を得ることができる。

第１の固体撮像装置の駆動方法においてステップ（ｂ２）は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つが立ち上がった状態において実行してもよい。

第１の固体撮像装置の駆動方法において固体撮像装置は、水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタをさらに備え、ステップ（ｂ１）では、水平シフトレジスタのシフト方向を第１の方向としてメモリを順次選択し、ステップ（ｂ２）では、水平シフトレジスタのシフト方向を第２の方向とした後、シフト方向を第１の方向とすることにより、ステップ（ｂ２）が終了した時点において、ステップ（ｂ２）が開始される直前に選択されたメモリを再び選択すればよい。

本発明に係る第２の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線とを備えた固体撮像装置の駆動方法を対象とし、複数の画素のうち、一の行に配置された画素の信号をそれぞれメモリに蓄積するステップ（ａ）と、メモリに蓄積された信号を水平信号線に順次読み出すステップ（ｂ）とを備え、ステップ（ｂ）は、複数のメモリのうちまだ読み出しを行っていないメモリを選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップ（ｂ１）と、複数のメモリのうち既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出すステップ（ｂ２）と、水平信号線への読み出しを中断するステップ（ｂ３）とを含み、ステップ（ｂ３）は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において実行し、ステップ（ｂ２）は、ステップ（ｂ３）とステップ（ｂ１）との間に実行することを特徴とする。

第２の固体撮像装置の駆動方法は、駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において水平信号線への読み出しを中断するステップと、中断の後、新規な読み出しを行う前に、既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を水平信号線に読み出す。このため、駆動パルスによるノイズの影響を受けるおそれが小さいだけでなく、基板電位の変動によるノイズの影響を受けるおそれもほとんどない。

第２の固体撮像装置の駆動方法において、ステップ（ｂ３）は、複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つが立ち上がった状態において実行してもよい。

第２の固体撮像装置の駆動方法において、固体撮像装置は、水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタをさらに備え、ステップ（ｂ１）では、水平シフトレジスタのシフト方向を第１の方向とすることにより、メモリを順次選択し、ステップ（ｂ２）では、水平シフトレジスタのシフト方向を第２の方向とした後、シフト方向を第１の方向とすることにより、ステップ（ｂ３）が開始される直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択してもよい。

本発明に係る固体撮像装置によれば、メモリから水平信号線への信号の読み出しを行う際に、ノイズの影響を受けにくい固体撮像装置を実現できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成を示している。図１に示すように本実施形態の固体撮像装置は、複数の増幅型単位画素２１がマトリックス状に配列された撮像領域１０を備えている。図には撮像領域１０が２行３列の場合を示しているが、行数及び列数は任意に設定してよい。

各画素２１は、半導体基板上に形成された、フォトダイオードからなる光電変換部（ＰＤ）部１１と、読み出しトランジスタ１２を介在させてＰＤ部１１と接続され、ＰＤ部１１の電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（ＦＤ）部１７とを有している。ＦＤ部１７は、リセットトランジスタ１３を介在させてＶＤＤ電源１６と接続されると共に、検出トランジスタ１４を介在させて垂直信号線１５と接続されている。

読み出しトランジスタ１２のゲートは、読み出しパルス線３１と接続され、リセットトランジスタ１３のゲートは、リセットパルス線３２と接続されている。読み出しパルス線３１及びリセットパルス線３２は、行ごとに設けられており、垂直信号線１５は列ごとに設けられている。

垂直信号線１５には、１行分の信号を蓄積する行メモリである第１メモリ２３と第２メモリ２４とが接続されており、第１メモリ２３と第２メモリ２４とは並列に接続されている。第１メモリ２３及び第２メモリ２４の出力端子は、共に水平制御トランジスタ２５を介在させて水平信号線２６と接続されており、水平信号線２６は出力アンプ２７と接続されている。

読み出しトランジスタ１２及びリセットトランジスタ１３は、それぞれ垂直シフトレジスタ４１によって駆動され、水平制御トランジスタ２５は、水平シフトレジスタ４２によって駆動される。垂直シフトレジスタ４１及び水平シフトレジスタ４２は、タイミング発生器４０によって駆動される。

図２は、本実施形態の固体撮像装置において、ｎ行目の画素の信号を水平信号線に読み出す際の全体タイミングを示している。本実施形態の固体撮像装置は、並列に接続された２つのメモリを備えており、ｎ＋１行目の画素の信号を読み出してメモリへ蓄積する間に、既にメモリに蓄積したｎ行目の画素の信号を読み出すことができる。このため、通常の固体撮像装置において信号を外部に出力する水平有効期間だけでなく、いわゆる水平ブランキング期間においても信号を外部に出力する。しかし、いわゆる水平ブランキング期間においては、ｎ＋１行目の画素を駆動して、ｎ＋１行目の画素の信号を読み出してメモリに蓄積する必要がある。このため、ｎ＋１行目の画素に対して、駆動パルスであるリセットパルス、読み出しパルス及びＶＤＤパルスを印加する。

ｎ＋１行目の画素に駆動パルスを供給する際には、ノイズが発生するおそれがある。このため、駆動パルスであるリセットパルス、読み出しパルス及びＶＤＤパルスの極性が反転する期間、つまり駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりの期間において、水平シフトレジスタのシフト動作を一次停止し、信号の外部出力を中断する。図２においてはＴ２、Ｔ４，Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０、Ｔ１２及びＴ１４で水平シフトレジスタのシフト動作を停止し、メモリから水平信号線への信号の読み出しを中断している。

さらに、駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりが完了した時点において読み出しを再開する。図２においては、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１、Ｔ１３及びＴ１５において水平シフトレジスタを再起動し、シフト動作を再開することによりメモリからの信号の読み出しを再開している。また、シフトレジスタを再起動するまでの間に、水平シフトレジスタを所定の回数だけ逆方向にシフトしておく。これにより、図２に示す期間Ａにおいては、既に読み出されたメモリに蓄積された信号を再び読み出す。これにより、読み出しの再開直後に水平信号線に読み出される信号は、既に読み出されたメモリからの信号であり、ダミー信号として取り扱うことができる。新たなメモリからの信号は、期間Ａを経過して、基板変動のないタイミングで読み出すため、ノイズが重畳しない画像を得ることができる。

図３は、このような動作を行うシフトレジスタの一例を示している。図３においては、説明のため、ｍ段目、ｍ＋１段目及びｍ＋２段目だけを図示している。図３に示すシフトレジスタは、マスターフリップフロップ５１Ａとスレーブフリップフロップ５１Ｂとが直列に接続されたマスタースレーブ型フリップフロップ５１が切換スイッチ５３を介在させて直列に接続されている。また、各段の出力はゲート素子５２を介在させて出力端子ＳＲＯＵＴと接続されている。

切換スイッチ５３は、ｍ段目のフリップフロップ５１の出力が、ｍ＋１段目のフリップフロップ５１の入力と接続された状態と、ｍ−１段目のフリップフロップ５１の入力と接続された状態とを切り換える。これにより、図３に示すシフトレジスタは、右方向（ｍ＋１方向）のシフト動作と左方向（ｍ−１方向）のシフト動作とを切り換えて行うことができる。切換スイッチ５３は、信号線ＮＬと信号線ＲＶとによって制御され、信号線ＮＬがハイレベルで且つ信号線ＲＶがローレベルの場合に右方向にシフトし、信号線ＮＬがローレベルで且つ信号線ＲＶがハイレベルの場合に左方向にシフトする。

図４は、図３のシフトレジスタを本実施形態の固体撮像装置の水平シフトレジスタとして用いる場合の駆動タイミングを示している。信号線ＣＬＫ１及び信号線ＣＬＫ２には、シフトレジスタの動作周波数の原振であるクロックパルスが供給されている。まず、図２において駆動パルスが立ち上がっていない状態においては、水平シフトレジスタを右方向にシフトする。このため、信号線ＮＬをハイレベルとし、信号線ＲＶをローレベルとする。これにより、ＤＡＴＡ（ｍ−１）端子に現れたハイレベルの信号が、クロックパルスに同期してフリップフロップ５１によりラッチされる。ラッチされた結果はＤＡＴＡ（ｍ）端子及びＳＲＯＵＴ（ｍ）端子に出現する。ＳＲＯＵＴ（ｍ）端子の信号により、ｍ列目のメモリに蓄積された信号が水平信号線に読み出される。

ＤＡＴＡ（ｍ）端子の信号はｍ＋１段目に入力されｍ＋１段目のフリップフロップ５１によりラッチされる。これを繰り返すことにより、順番にハイレベルの信号が右方向にシフトしていく。従って、ｍ＋１列目、ｍ＋２列目のメモリに蓄積された信号が順次水平信号線に読み出される。

次に、画素の駆動パルスであるリセットパルス、読み出しパルス及びＶＤＤパルスの極性が反転する直前に信号線ＮＬをローレベルとし、信号線ＲＶをハイレベルとする。これにより切換スイッチ５３が切り換えられ、ｍ＋２段目のフリップフロップの出力はｍ＋３段目のフリップフロップではなくｍ＋１段目のフリップフロップに入力され、信号は左方向にシフトされる。

次に、駆動パルスの極性が反転する期間において、フリップフロップのクロックパルスを停止する。これにより、シフトレジスタのシフト動作が停止し、メモリに蓄積された信号の読み出しが停止する。また、信号線ＲＶをローレベルとし、信号線ＮＬをハイレベルとする。

次に、駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりが完了した時点において、クロックパルスを再起動する。これにより、シフトレジスタの動作が再開し、メモリからの信号の読み出しが再開される。シフトレジスタを再起動した直後には、基板電圧変動の影響を受けるため、メモリから読み出された信号にはノイズが重畳する。しかし、本実施形態においては、停止前にシフトレジスタを左方向にシフトしているため、ｍ＋１段目からシフト動作が再開される。従って、読み出しを再開した直後には、既に読み出しが終了したｍ＋１列目のメモリ及びｍ＋２列目のメモリに蓄積された信号が読み出される。これらの信号は、既に読み出しているため、ダミー信号として取り扱えばよい。新たなｍ＋３列目のメモリの信号は、基板変動の影響が収まった後に読み出されるため、ノイズが重畳しない画像を得ることができる。

なお、本実施形態ではシフトレジスタを左方向に１段シフトする例を示したが、図２に示す期間Ａの後、新たなメモリからの信号の読み出しが開始されるように、左方向のシフト回数を調整すればよい。また、左方向のシフトを駆動パルスの極性が反転する前に行う例を示したが、駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりが完了する直前に行っても、完了した直後に行ってもよい。

シフトレジスタは、左右両方向のシフト動作を切り換えて行うことができるものであればどのようなものであってもよい。

また、シフトレジスタを停止し、メモリからの信号の読み出しを中断する期間を、駆動パルスの極性が反転する期間とした。しかし、駆動パルスの極性が反転する期間を含む駆動パルスによるノイズが発生するおそれがある期間とすればよく、例えば、駆動パルスが立ち上がっている期間全体を読み出しを中断する期間としてもよい。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。固体撮像装置の回路構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。図５は第２の実施形態に係る固体撮像装置において、ｎ行目の画素の信号を水平信号線に読み出す際の全体タイミングを示している。

本実施形態の固体撮像装置においては、水平シフトレジスタを停止させず、ノイズが重畳するおそれがある期間において、新たなメモリからの信号の読み出しを行わず、既に読み出しを行ったメモリから再び信号を読み出している。

例えば、図５において、ｎ＋１行目のリセットパルス線においてリセットパルスが立ち上がるＴ２において水平シフトレジスタのシフト方向を通常と逆方向である左方向とする。Ｔ２とリセットパルスの立ち上がりが完了するＴ３との中間において水平シフトレジスタのシフト方向を通常の右方向とする。これにより、期間Ａの直前に読み出しを行ったメモリが、期間Ａの最後に再び選択される。従って、リセットパルスの極性が反転する期間である期間Ａの間においては、既に読み出しを行ったメモリから信号が再び読み出され、Ｔ３から再び新たなメモリからの信号の読み出しが行われる。

図６は、図３のシフトレジスタを本実施形態の固体撮像装置の水平シフトレジスタとして用いる場合の駆動タイミングを示している。信号線ＣＬＫ１及び信号線ＣＬＫ２には、シフトレジスタの動作周波数の原振であるクロックパルスが供給されている。まず、図５において駆動パルスが立ち上がっていない状態においては、水平シフトレジスタを右方向にシフトする。このため、信号線ＮＬをハイレベルとし、信号線ＲＶをローレベルとする。これにより、ＤＡＴＡ（ｍ−１）端子に現れたハイレベルの信号が、クロックパルスに同期してフリップフロップ５１によりラッチされる。ラッチされた結果はＤＡＴＡ（ｍ）端子及びＳＲＯＵＴ（ｍ）端子に出現する。ＳＲＯＵＴ（ｍ）端子の信号により、ｍ列目のメモリに蓄積された信号が水平信号線に読み出される。

ＤＡＴＡ（ｍ）端子の信号はｍ＋１段目に入力されｍ＋１段目のフリップフロップ５１によりラッチされる。これを繰り返すことにより、順番にハイレベルの信号が右方向にシフトしていく。従って、ｍ＋１列目、ｍ＋２列目のメモリに蓄積された信号が順次水平信号線に読み出される。

次に、画素の駆動パルスであるリセットパルス、読み出しパルス及びＶＤＤパルスの極性が反転する期間において信号線ＮＬをローレベルとし、信号線ＲＶをハイレベルとする。これにより切換スイッチ５３が切り換えられ、ｍ＋２段目のフリップフロップの出力はｍ＋３段目のフリップフロップではなくｍ＋１段目のフリップフロップに入力され、信号は左方向にシフトされる。これにより、既に読み出しを行ったｍ＋１列目のメモリの信号が水平信号線に読み出される。

次に、再び信号線ＲＶをローレベルとし、信号線ＮＬをハイレベルとする。ｍ＋１段目のフリップフロップの出力は再びｍ＋２段目のフリップフロップに入力される。これにより、水平シフトレジスタは右方向にシフトされる。しかし、この時点で読み出されるのは、駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりの直前に既に読み出しを行ったｍ＋２列目のメモリの信号である。

次に、駆動威信号の立ち上がり又は立ち下がりが完了した時点において、水平シフトレジスタはもう一段右方向にシフトされる。このため、ノイズが発生するおそれがある駆動パルスの立ち上がり又は立ち下がりが完了した後に、まだ読み出されていないｍ＋３列目のメモリに蓄積された信号が水平信号線に読み出される。

第２の実施形態のシフトレジスタは、ノイズが重畳するおそれがある期間においてシフトレジスタを止めていない。このため、水平シフトレジスタを再起動する際の基板変動によるノイズの発生を抑えることができ、第１の実施形態の固体撮像装置よりも高フレームレートの出力が可能となる。また、駆動パルスによるノイズが重畳するおそれがある期間には、既に読み出しを行ったメモリの信号を再び読み出している。従って、駆動パルスによるノイズが生じたとしても画像信号が劣化するおそれはない。重複して読み出したメモリの信号は、後の処理においてダミー信号として処理すればよい。

なお、本実施形態ではシフトレジスタを左方向に１段シフトする例を示したが、図５に示す期間Ａの後、新たなメモリからの信号の読み出しが開始されるように、左方向のシフト回数を調整すればよい。

シフトレジスタは、左右両方向のシフト動作を切り換えて行うことができるものであればどのようなものであってもよい。

また、既に読み出しを行ったメモリから再び信号を読み出す期間を、駆動パルスの極性が反転する期間とした。しかし、駆動パルスの極性の反転する期間を含む、駆動パルスによるノイズが発生するおそれがある期間とすればよく、例えば、駆動パルスが立ち上がっている期間全体を既に読み出しを行ったメモリから再び信号を読み出す期間としてもよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態の固体撮像装置をカメラに組み込むことにより、フレームレートが高く且つノイズによる画質の劣化が少ないカメラが実現できる。

本発明に係る固体撮像装置は、メモリから水平信号線への信号の読み出しを行う際に、ノイズの影響を受けにくい固体撮像装置を実現でき、特に、ハイビジョンカメラ等の多画素高フレームレートのカメラに使用する固体撮像装置、その駆動方法及びこれを用いたカメラ等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の信号の読み出しを示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置に用いる水平シフトレジスタの一例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置に、図３に示す水平シフトレジスタを用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の信号の読み出しを示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置に、図３に示す水平シフトレジスタを用いた場合の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 撮像領域
１１ 光電変換部
１２ 読み出しトランジスタ
１３ リセットトランジスタ
１４ 検出トランジスタ
１５ 垂直信号線
１６ ＶＤＤ電源
１７ フローティングディフュージョン部
２１ 画素
２３ 第１メモリ
２４ 第２メモリ
２５ 水平制御トランジスタ
２６ 水平信号線
２７ 出力アンプ
３１ 読み出しパルス線
３２ リセットパルス線
４０ タイミング発生器
４１ 垂直シフトレジスタ
４２ 水平シフトレジスタ
５１ フリップフロップ
５１Ａ マスターフリップフロップ
５１Ｂ スレーブフリップフロップ
５２ ゲート素子
５３ 切換スイッチ

Claims (12)

1. 行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、
   前記複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、
   前記各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線と、
   前記水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタとを備え、
   前記水平シフトレジスタは、水平駆動期間中にシフト方向を第１の方向と第２の方向とで切り換えることができることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、
   前記水平シフトレジスタは、シフト方向を第１の方向として次の位置のメモリを選択する動作と、シフトを中断する動作と、シフト方向を第２の方向として前の位置のメモリを選択する動作とを行い、
   前記シフトを中断する動作は、前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加されている期間において行い、
   前記駆動パルスの印加が終了した時点においてシフトを再開する際には、前記駆動パルスが印加される直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、
   前記水平シフトレジスタは、シフト方向を第１の方向として次の位置のメモリを選択する動作と、シフトを中断する動作と、シフト方向を第２の方向として前の位置のメモリを選択する動作とを行い、
   前記シフトを中断する動作は、前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて駆動パルスの極性が反転する期間において行い、
   前記駆動パルスの極性の反転が終了した時点においてシフトを再開する際には、前記駆動パルスの極性が反転する直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、
   前記水平シフトレジスタは、
   前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加される期間の一部を除いてシフト方向を前記第１の方向とし、
   前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つに駆動パルスが印加される期間の一部においてシフト方向を前記第２の方向とすることにより、前記駆動パルスの印加が終了した時点において、前記駆動パルスが印加される直前に選択されたメモリを再び選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルス線をさらに備え、
   前記水平シフトレジスタは、
   前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて印加された駆動パルスの極性が反転する期間の一部を除いてシフト方向を前記第１の方向とし、
   前記複数の駆動パルス線のうちの少なくとも１つにおいて印加された駆動パルスの極性が反転する期間の一部においてシフト方向を前記第２の方向とすることにより、前記駆動パルスの極性の反転が終了した時点において、前記駆動パルスの極性の反転が開始される直前に選択されたメモリを再び選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えていることを特徴とするカメラ。
7. 行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、前記各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の画素のうち、一の行に配置された画素の信号をそれぞれ前記メモリに蓄積するステップ（ａ）と、
   前記メモリに蓄積された信号を前記水平信号線に読み出すステップ（ｂ）とを備え、
   前記ステップ（ｂ）は、
   前記複数のメモリのうちまだ読み出しを行っていないメモリを選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を前記水平信号線に読み出すステップ（ｂ１）と、
   前記複数のメモリのうち既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を前記水平信号線に読み出すステップ（ｂ２）とを含み、
   前記ステップ（ｂ２）は、前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において実行することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
8. 前記ステップ（ｂ２）は、前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つが立ち上がった状態において実行することを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
9. 前記固体撮像装置は、前記水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタをさらに備え、
   前記ステップ（ｂ１）では、前記水平シフトレジスタのシフト方向を第１の方向として前記メモリを順次選択し、
   前記ステップ（ｂ２）では、前記水平シフトレジスタのシフト方向を第２の方向とした後、シフト方向を前記第１の方向とすることにより、前記ステップ（ｂ２）が終了した時点において、前記ステップ（ｂ２）が開始される直前に選択されたメモリを再び選択することを特徴とする請求項７又は８に記載の固体撮像装置の駆動方法。
10. 行列状に配置され、入射光の輝度に応じた信号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の信号を蓄積する複数のメモリと、前記各メモリに蓄積された信号が順次読み出される水平信号線とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記複数の画素のうち、一の行に配置された画素の信号をそれぞれ前記メモリに蓄積するステップ（ａ）と、
    前記メモリに蓄積された信号を前記水平信号線に順次読み出すステップ（ｂ）とを備え、
    前記ステップ（ｂ）は、
    前記複数のメモリのうちまだ読み出しを行っていないメモリを選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を前記水平信号線に読み出すステップ（ｂ１）と、
    前記複数のメモリのうち既に読み出しを行ったメモリを再び選択して、選択されたメモリに蓄積された信号を前記水平信号線に読み出すステップ（ｂ２）と、
    前記水平信号線への読み出しを中断するステップ（ｂ３）とを含み、
    前記ステップ（ｂ３）は、少なくとも前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つにおいて極性が反転する期間を含む期間において実行し、
    前記ステップ（ｂ２）は、前記ステップ（ｂ３）と前記ステップ（ｂ１）との間に実行することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
11. 前記ステップ（ｂ３）は、前記複数の画素を駆動する複数の駆動パルスのうちの少なくとも１つが立ち上がった状態において実行することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
12. 前記固体撮像装置は、前記水平信号線へ信号を読み出すメモリを選択する水平シフトレジスタをさらに備え、
    前記ステップ（ｂ１）では、前記水平シフトレジスタのシフト方向を第１の方向とすることにより、前記メモリを順次選択し、
    前記ステップ（ｂ２）では、前記水平シフトレジスタのシフト方向を第２の方向とした後、シフト方向を第１の方向とすることにより、前記ステップ（ｂ３）が開始される直前に選択されたメモリよりも所定の位置だけ前の位置のメモリを選択することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の固体撮像装置の駆動方法。

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