JP2012151769A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度な被写体を撮像してもストリーキングの発生を抑制することが可能な小型の固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明の固体撮像装置は、２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路１と、画素回路１の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路１と接続された垂直信号線３と、垂直信号線３に電流を供給する画素電流源回路４と、垂直信号線３に対応して設けられ、対応する垂直信号線３を介して出力される画素信号をデジタル信号にＡＤ変換するカラムＡＤＣ６と、複数のカラムＡＤＣ６の出力と接続されたＬＶＤＳ出力バッファ回路１１と、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を制御する制御回路１４とを備え、制御回路１４は、カラムＡＤＣ６によりＡＤ変換が行われている期間中に、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射された光を光電変換する画素が半導体基板上に２次元状に配置された固体撮像装置に関し、特に高輝度な被写体を撮像した際に、ストリーキングと称する横筋ノイズが発生することを抑制する固体撮像装置およびその駆動方法に関する。

ＭＯＳ型イメージセンサ（ＭＯＳ型固体撮像装置）は高速、低消費電力など優れた特徴があり、ＭＯＳ型イメージセンサを搭載したデジタルカメラやビデオカメラの市場は近年急速に拡大している。デジタルカメラでは、高画素化が進行し、また静止画記録だけでなく動画記録の機能も搭載されたカメラが主流になってきている。ビデオカメラでは、放送のＨＤ（ハイビジョン）化が進行し、フルＨＤフォーマットでの高画質な動画撮像機能が標準的に搭載されてきている。

例えば特許文献１に記載の従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作を説明する。

固体撮像装置で高輝度な被写体を撮像した場合に、撮像画像に横方向（水平方向）にストリーキングと称される横筋ノイズが生じる場合がある。ストリーキングが目立たないようにする手段としては、例えば、特許文献１のように画素部を遮光した時と撮像した時との直流レベル差を補正することで実現できる。

図８は、特許文献１の固体撮像装置におけるストリーキングの発生状態を説明するための図である。なお、図８（ａ）は同固体撮像装置の画素エリアにおけるストリーキングの発生状態の一例を示している。また、図８（ｂ）は、水平遮光部３５の各ラインの信号レベルを示している。

この固体撮像装置は、水平方向に２２００画素、垂直方向に１１２５画素（１１２５ライン）を備えた構成である。そして、同固体撮像装置は、水平方向に例えば３６画素分の水平遮光部（ＨＯＰＢ）３５を備え、垂直方向に例えば１０〜２０画素分の垂直遮光部（ＶＯＰＢ）３４を備える。画素エリアの水平遮光部３５および垂直遮光部３４以外の部分が、実効撮像領域としての受光部３８である。

この固体撮像装置で、高輝度の光源３７を撮像した場合、水平方向に横筋状のノイズであるストリーキング３６が発生する。その際、高輝度被写体が撮像されている行と、撮像されていない行との間で、水平遮光部３５には図８（ｂ）に示すようなＤＣレベル差が発生する。したがって、水平遮光部３５を構成する各画素のデータの平均を求めることで、水平方向の空間的なランダムノイズが軽減され、ストリーキングが目立たないようにされる。

特許文献１には、ノイズの影響を最小限に抑えた遮光部の波形検出のためにＩＩＲフィルタやメディアンフィルタ等を用い種々の信号処理を行う例が記載されている。さらに、量子化精度以下の誤差が増幅されても、ストリーキングが目立たないよう、補正後の映像信号に量子化精度以下の乱数を加える処理を行う例が記載されている。

特許第４３９６７５７号公報

しかしながら、特許文献１の従来の固体撮像装置は、ノイズの影響を最小限に抑えた遮光部の波形検出のために種々の信号処理回路が必要である。さらに量子化精度以下の誤差が増幅されても、ストリーキングが目立たないようにするために、乱数を加える回路が必要である。したがって、チップサイズが増加し、コストアップするという課題がある。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、高輝度な被写体を撮像してもストリーキング自体の発生を抑制することが可能な小型の固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素回路と、前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路と、前記出力バッファ回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている期間中に、前記出力バッファ回路を停止することを特徴とする。

ここで、前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、高輝度な被写体を撮影する際に、ストリーキングの発生源となる、出力バッファ回路を一時的に停止することで、ストリーキング自体の発生を抑制することができる。また、特許文献１の固体撮像装置のように、種々の信号処理回路や乱数を加える回路を設ける必要がないため、チップサイズの増加やコストアップは抑えられ、小型の固体撮像装置を実現できる。

また、前記制御回路は、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている全期間中に、前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、ストリーキングの発生を高確率で抑制することができる。

また、前記制御回路は、被写体の光量が所定量以上の場合、前記ＡＤ変換を開始してから所定期間経過後に前記出力バッファ回路の停止を解除してもよい。

この態様によれば、出力できる画像データ量を増やすことができ、さらなるフレームレートの向上が実現できる。

また、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号を一定期間ホールドするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路に対応して設けられ、対応するサンプルホールド回路にホールドされた画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路と、前記出力バッファ回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記サンプルホールド回路が画素信号のホールドを開始するタイミングを含む期間中に、前記出力バッファ回路を停止することを特徴とする。

ここで、前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、高輝度な被写体を撮影する際に、サンプルホールド回路が画素信号のホールドを開始する時期を含む期間で出力バッファ回路が一時的に停止されるので、ストリーキング自体の発生を抑制することができる。また、特許文献１の固体撮像装置のように、種々の信号処理回路や乱数を加える回路を設ける必要がないため、チップサイズの増加やコストアップは抑えられ、小型の固体撮像装置を実現できる。

また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の駆動方法は、固体撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像装置は、２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路とを備え、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている期間中に、前記出力バッファ回路を停止することを特徴とする。

ここで、前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、ストリーキング自体の発生を抑制することができる。また、小型の固体撮像装置を実現できる。

また、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている全期間中に、前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、ストリーキングの発生を高確率で抑制することができる。

また、被写体の光量が所定量以上の場合、前記ＡＤ変換を開始してから所定期間経過後に前記出力バッファ回路の停止を解除してもよい。

この態様によれば、さらなるフレームレートの向上が実現できる。

また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の駆動方法は、固体撮像装置の駆動方法であって、前記固体撮像装置は、２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号を一定期間ホールドするサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路に対応して設けられ、対応するサンプルホールド回路にホールドされた画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路とを備え、前記サンプルホールド回路が画素信号のホールドを開始する時期を含む期間中に、前記出力バッファ回路を停止することを特徴とする。

ここで、前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止してもよい。

この態様によれば、ストリーキング自体の発生を抑制することができる。また、小型の固体撮像装置を実現できる。

本発明に係る固体撮像装置およびその駆動方法によれば、チップサイズの増加やコストアップを抑えた状態で、高輝度な被写体を撮像してもストリーキング自体の発生が抑制できる。

本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の１画素分の画素信号を読み出すための回路構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるカラムＡＤ変換動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１の実施の形態における、高輝度の被写体を撮像した場合の各回路の入出力信号のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の１画素分の画素信号を読み出すための回路構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における、高輝度の被写体を撮像した場合の各回路の入出力信号のタイミングチャートである。 比較例における固体撮像装置の１画素分の画素信号を読み出すための回路構成を示す図である。 比較例における各回路の入出力信号のタイミングチャートである。 特許文献１の固体撮像装置におけるストリーキングの発生状態を説明するための図である。

以下、本発明に係る固体撮像装置およびその駆動方法の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。さらにまた、ＦＥＴのソース電極およびドレイン電極は同一の構造および機能である場合が殆どであり、明確に区別されないことも多いが、以下の説明では便宜上、信号が入力される電極をソース電極、出力される電極をドレイン電極と表記する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の１画素分の画素信号を読み出すための回路構成を示す図である。

この固体撮像装置は、画素回路１、電源ライン２、垂直信号線３、画素電流源回路４、クランプ回路５、カラムＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）６、ランプ波形成回路７、カウンタ８、ＡＮＤ回路９、デジタル混合回路（デジタル混合器）１０、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）出力バッファ回路１１、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１のＧＮＤ１２、制御回路１４、水平同期信号（ＨＤ）入力端子２７、垂直同期信号（ＶＤ）入力端子２８、および基準クロック（ＭＣＬＫ）入力端子２９から構成される。

画素回路１は、フローティングディフュージョン（ＦＤ）１８の初期化時（リセット時）の電圧を増幅したリセット電圧とフォトダイオード（ＰＤ）１５の電荷読み出し時のＦＤ１８の電圧を増幅したリード電圧とを垂直信号線３に出力することを特徴とする。画素回路１は、入射した光を光電変換し電荷を出力するＰＤ（画素）１５と、ＰＤ１５により発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷を電圧信号として出力するＦＤ１８と、ＦＤ１８の示す電圧が初期電圧（ここでは電源電圧）になるようにＦＤ１８をリセットするリセットＴｒ（トランジスタ）１７と、ＰＤ１５により出力される電荷をＦＤ１８に供給する転送Ｔｒ１６と、ＦＤ１８の示す電圧に追従して変化する電圧を出力する増幅Ｔｒ１９と、制御回路１４からラインセレクト信号を受けたときに増幅Ｔｒ１９の出力を垂直信号線３に接続する行選択Ｔｒ２０とを含む。

垂直信号線３は、画素回路１の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路１と接続され、画素回路１から出力された画素信号を列方向に伝達する。

画素電流源回路４は、画素回路１からの画素信号（リセット電圧、リード電圧）を垂直信号線３に供給するための電流を生成するための画素電流源トランジスタ２１およびＧＮＤ１３を含み、垂直信号線３に対応して設けられて対応する垂直信号線３に電流を供給する。

クランプ回路５は、垂直信号線３を介して画素回路１から出力された画素信号から画素回路１で発生する固定パターンノイズ成分を除去するためのクランプ電圧入力端子２２とクランプＴｒ２３とクランプ容量２４とを含む。

カラムＡＤＣ６は、コンパレータ２５とラッチ２６とで構成された列ＡＤ変換回路であり、垂直信号線３に対応して設けられ、対応する垂直信号線３を介して出力される画素信号、つまりクランプ回路５からのアナログ画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する。コンパレータ２５は、クランプ回路５からの画素信号とランプ波形成回路７からのランプ波形とを比較し、画素信号がランプ波形よりも高いときにＨｉのラッチ信号を出力する。カウンタ８は、ランプ波形に同期してカウントアップを行い、コンパレータ２５からのラッチ信号がＨｉからＬｏに切り替わったときにカウンタ値をラッチ２６に書き込む。

デジタル混合回路１０は、カラムＡＤＣ６とＬＶＤＳ出力バッファ回路１１との間に設けられ、複数のカラムＡＤＣ６から出力されるデータ（デジタル信号）の混合を行う。ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１は、複数のカラムＡＤＣ６の出力と接続され、デジタル混合回路１０からのデジタル信号を順次チップ外にＬＶＤＳ出力する。

制御回路１４は、デジタル混合回路１０およびＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を制御する回路であり、カラムＡＤＣ６によりＡＤ変換が行われている期間中に、例えばＡＤ変換が行われている全期間中に、例えばデジタル混合回路１０に停止信号を出力することでＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を停止する。

本実施の形態に係る固体撮像装置では、受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素回路１が行列状（２次元状）に配列されて実効画素エリアが構成され、垂直信号線３、画素電流源回路４、クランプ回路５、カラムＡＤＣ６およびカウンタ８が画素回路１の列毎に備えられる。したがって、画素回路１からの画素信号の読み出し、画素信号のノイズ除去、画素信号のＡＤ変換、およびデータの混合が実効画素エリアの画素回路１の行数分だけ繰り返されて実効画素エリア全体の信号が出力される。

次に、カラムＡＤＣ６のＡＤ変換動作について図２のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、タイミングｔ０でカラムＡＤＣ６に画素信号が入力される。このとき、ランプ波形は画素信号の最小値に、カウンタ８は０に設定される。ランプ波形は画素信号より低いレベルなのでコンパレータ２５の出力信号はＨｉである。

次に、タイミングｔ１で、ランプ波形のレベルは上昇し始める。上昇の傾きはタイミングｔ３で画素信号の最大値に達するように設定される。カウンタ８もランプ波形の上昇に同期させてカウントアップを開始する。

次に、タイミングｔ２でランプ波形が画素信号より大きくなるので、コンパレータ２５の出力信号がＬｏレベルに切り替わり、そのときのカウンタ値がラッチ２６に書き込まれる。先に述べたように、ランプ波形の上昇とカウントアップは同期しているので、ラッチ２６に書き込まれたデジタル値は画素信号に対応した値になっている。

以上の動作は画素回路１の各列で並列に行われており、１行分のアナログ画素信号が並列にＡＤ変換され、各列のラッチ２６に保持される。

図３は、本実施の形態に係る固体撮像装置における、高輝度の被写体を撮像した場合の各回路の入出力信号のタイミングチャートである。

ＨＤ信号は実効画素エリアの１行分の画素信号を読み出すための同期信号である。ＲＳＴ信号はＦＤ１８に基準電位（リセット電圧）を与えるためにリセットＴｒ１７を制御するための信号で、初期化時の画素信号（基準信号）はＡＤＣＬＫ信号の期間Ａでカウントされる。ＴＲＡＮＳ信号は、ＰＤ１５での光電変換により生成された信号電荷をＦＤ１８に転送するために、転送Ｔｒ１６を制御するための信号で、ＦＤ１８に信号電荷が転送されたときの画素信号は、ＡＤＣＬＫ信号の期間Ｂでカウントされ、各列のラッチ２６に保持される。各列のラッチ２６に保持された、１行分の画素データは、ＤＯＰ信号の期間Ｃでセンサー外に順次、ＬＶＤＳ出力される。

被写体の高輝度部分を撮像する行についての画素信号の出力では、被写体の高輝度部分以外の部分を撮像する行についての画素信号の出力よりも、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の消費電流が増加する。その結果、ＧＮＤ１２にＤＣ段差が発生し、画素電流源回路４のＧＮＤ１３に伝播し、ストリーキング発生の原因となる。しかしながら、本実施の形態に係る固体撮像装置では、図３のように、ＡＤ変換期間の期間Ａと期間Ｂとにおいて、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作を一時停止することで、ストリーキングの発生を抑制している。具体的には、制御回路１４からのＤＭＩＸ信号とＡＤ変換期間にＨｉを出力するＤＭＩＸＣＮＴ信号とのＡＮＤ論理をとったＤＯＰ信号でデジタル混合回路１０を制御することで、ＡＤ変換期間中にＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作を一時停止させている。

ストリーキング抑制のためにＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作を一時的に停止すると、出力されるデータ量が減少するが、ＬＶＤＳ出力のポート数を増やしたり、ＡＤＣＬＫ信号の周波数を上げたり、出力データレートを上げたりすることで、撮像に必要なデータ量を確保することができる。

一方、ストリーキングの有無は、被写体の高輝度部分以外の部分が明るいほど、視覚的には判別できなくなる傾向がある。これは、ストリーキングの要因である行間で発生するＤＣ段差（数ＬＳＢ）よりも、画像データの方がはるかに大きいためである。例えば、画面全体が標準輝度（Ｄレンジの約１／３=１０００ＬＳＢ）以上で、被写体の高輝度部分以外の部分の光量がストリーキングの有無を視覚的に判別できなくなる程度の所定量以上となった場合、ＡＤ変換を開始してから（カウントアップタイミング以降）所定期間経過後つまりＡＤ変換期間の１／３以上の期間が経過した時点で、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作停止を解除してもよい。これにより、出力できる画像データ量を増やすことができ、さらなるフレームレートの向上が実現できる。

この場合には、被写体の光量が所定量以上であるか否かの判定つまり被写体の高輝度部分以外の部分の光量が所定量以上であるか否かの判定を行う判定回路が設けられる。そして、制御回路１４は、判定回路からの判定結果を示す信号に基づいて被写体の光量が所定量以上の場合、ＡＤ変換を開始してから所定期間経過後にＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作停止を解除するようにＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を制御する。

以上のように本実施の形態の固体撮像装置によれば、ＡＤ変換期間にＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作が停止される。従って、被写体の高輝度部分の画素信号の出力時におけるＬＶＤＳ出力バッファ回路１１のＧＮＤ１２の電位変動に基づく画素電流源回路４のＧＮＤ１３の電位変動が抑えられる。その結果、消費電流の増加に基づくストリーキング発生を抑制することができる。このとき、ストリーキングが目立たないようにするために、種々の信号処理回路や乱数を加える回路が設けられないため、チップサイズの増加やコストアップは抑えられる。

また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、ＤＭＩＸ信号とＤＭＩＸＣＮＴ信号とのＡＮＤ論理をとったＤＯＰ信号でデジタル混合回路１０を制御してＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作を制御する。従って、ＤＭＩＸＣＮＴ信号つまり制御回路１４にてＬＶＤＳ出力停止期間を任意に選択することができる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の１画素分の画素信号を読み出すための回路構成を示す図である。

本実施の形態の固体撮像装置は、クランプ回路５とカラムＡＤＣ６との間にサンプルホールド（ＳＨ）回路３０を挿入している点で第１の実施の形態の固体撮像装置と異なる。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

ＳＨ回路３０は、ＳＨトランジスタ３１とＳＨ容量３２とＳＨ回路３０のＧＮＤ３３とで構成される回路であり、垂直信号線３に対応して設けられ、対応する垂直信号線３を介して出力される画素信号を一定期間ホールドする。クランプ回路５でクランプされた画素信号はＳＨ容量３２で保持される。

カラムＡＤＣ６は、ＳＨ回路３０に対応して設けられ、対応するＳＨ回路３０にホールドされた画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する。

制御回路１４は、ＡＤ変換が行われている期間中ではなく、ＳＨ回路３０が画素信号のホールドを開始するタイミングを含む期間中に、例えばデジタル混合回路１０に停止信号を出力することでＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を停止する。

図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置における、高輝度の被写体を撮像した場合の各回路の入出力信号のタイミングチャートである。

被写体の高輝度部分の画素信号の出力時のＧＮＤ１２の電位変動が画素電流源回路４のＧＮＤ１３やＳＨ回路３０のＧＮＤ３３に伝播して画像信号に影響する期間は、ＳＨ信号の立下り時のタイミングＤ、Ｅの期間のみであるため、タイミングＤ、Ｅ以外の期間でＬＶＤＳ出力してもストリーキングは発生しない。従って、本実施の形態に係る固体撮像装置では、制御回路１４からのＤＭＩＸ信号とタイミングＤ、Ｅを含む一定期間にＨｉを出力するＤＭＩＸＣＮＴ信号とのＡＮＤ論理をとったＤＯＰ信号でデジタル混合回路１０を制御することで、ＳＨ期間中にＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作を一時停止している。

例えば、６０ｆｐｓのフルＨＤフォーマットの動画を撮像する場合、ＨＤ信号の周期は、およそ１４．８μｓｅｃとなる。一方、ＧＮＤ１２の電位変動が画素電流源回路４のＧＮＤ１３やＳＨ回路３０のＧＮＤ３３に伝播する時間は、ＧＮＤ間のインピーダンスと寄生容量とで決定され、その値は約８０ｎｓである。また、ＳＨ信号がＨｉからＬｏに変化してから、画素信号がＳＨ容量に蓄積されるまでの時間は約８０ｎｓである。したがって、タイミングＤとＥのそれぞれの前後８０ｎｓの期間のみＬＶＤＳ出力を停止すれば、ストリーキングの発生を抑制することができる。すなわち、ストリーキング抑制のために必要なＬＶＤＳ出力停止期間は、ＨＤ周期のわずか２．２%であり、第１の実施形態と比較して、大幅なフレームレートの向上が実現できる。

第１の実施の形態と同様に、ＬＶＤＳ出力のポート数を増やしたり、ＡＤＣＬＫ信号の周波数を上げたり、出力データレートを上げたりすることで、撮像フレームレートをさらに向上させて撮像に必要なデータ量を確保することができる。

以上のように本実施の形態の固体撮像装置によれば、ＳＨ信号の立下り時を含む期間つまりＳＨ回路３０が画素信号のホールドを開始する時期を含む期間でＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の動作が停止される。従って、ＳＨ容量３２に保持された画素信号は、被写体の高輝度部分の画素信号の出力におけるＧＮＤ１２の電位変動の影響を受けないため、ＡＤ変換期間中に、ＬＶＤＳ出力を停止することなく、ストリーキングの発生を抑制できる。すなわち、第１の実施の形態と比較して、ＬＶＤＳ出力停止期間を大幅に短縮でき、さらなるフレームレートの向上が実現できる。

また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、ＤＭＩＸＣＮＴ信号つまり制御回路１４にてＬＶＤＳ出力停止期間を任意に選択することができる。

（比較例）
図６は、本比較例における固体撮像装置の１画素分の読出し回路構成を示す図である。

この固体撮像装置は、画素回路１、電源ライン２、垂直信号線３、画素電流源回路４、クランプ回路５、カラムＡＤＣ６、ランプ波形成回路７、カウンタ８、デジタル混合回路１０、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１のＧＮＤ１２、制御回路１４、水平同期信号（ＨＤ）入力端子２７、垂直同期信号（ＶＤ）入力端子２８、および基準クロック（ＭＣＬＫ）入力端子２９から構成される。

図７は、本比較例における各回路の入出力信号のタイミングチャートである。

被写体の高輝度部分を撮像する行についての画素信号の出力では、被写体の高輝度部分以外の部分を撮像する行についての画素信号の出力よりも、ＬＶＤＳ出力バッファ回路１１の消費電流が増加する。その結果、ＧＮＤ１２にＤＣ段差が発生し、画素電流源回路４のＧＮＤ１３に伝播し、ストリーキング発生の原因となる。

以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上記実施の形態では、センサー出力がシリアル出力形式の場合つまりＬＶＤＳ形式の場合を記載しているが、パラレル出力形式の場合にも、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態では、出力バッファ回路としてＬＶＤＳ出力バッファ回路１１を例示した。しかし、デジタル混合回路１０からのデジタル信号を、センサー外の画像信号処理ＬＳＩへ送信するための出力バッファ回路であればこれに限られない。

本発明は、ＭＯＳ型固体撮像装置として有用であり、特にデジタルカメラおよびビデオカメラなど高画質および高機能が求められる撮像機器向けイメージセンサ等として有用である。

１ 画素回路
２ 電源ライン
３ 垂直信号線
４ 画素電流源回路
５ クランプ回路
６ カラムＡＤＣ
７ ランプ波形成回路
８ カウンタ
９ ＡＮＤ回路
１０ デジタル混合回路
１１ ＬＶＤＳ出力バッファ回路
１２、１３、３３ ＧＮＤ
１４ 制御回路
１５ フォトダイオード（ＰＤ）
１６ 転送Ｔｒ
１７ リセットＴｒ
１８ フローティングディフュージョン（ＦＤ）
１９ 増幅Ｔｒ
２０ 行選択Ｔｒ
２１ 画素電流源トランジスタ
２２ クランプ電圧入力端子
２３ クランプＴｒ
２４ クランプ容量
２５ コンパレータ
２６ ラッチ
２７ 水平同期信号（ＨＤ）入力端子
２８ 垂直同期信号（ＶＤ）入力端子
２９ 基準クロック（ＭＣＬＫ）入力端子
３０ サンプルホールド（ＳＨ）回路
３１ ＳＨトランジスタ
３２ ＳＨ容量
３４ 垂直遮光部（ＶＯＰＢ）
３５ 水平遮光部（ＨＯＰＢ）
３６ ストリーキング
３７ 光源
３８ 受光部

Claims (12)

1. ２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素回路と、
   前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、
   前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、
   前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、
   複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路と、
   前記出力バッファ回路を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
   固体撮像装置。
2. 前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、
   前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記制御回路は、前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている全期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
   請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記制御回路は、被写体の光量が所定量以上の場合、前記ＡＤ変換を開始してから所定期間経過後に前記出力バッファ回路の停止を解除する
   請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
5. ２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、
   前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、
   前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、
   前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号を一定期間ホールドするサンプルホールド回路と、
   前記サンプルホールド回路に対応して設けられ、対応するサンプルホールド回路にホールドされた画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、
   複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路と、
   前記出力バッファ回路を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記サンプルホールド回路が画素信号のホールドを開始するタイミングを含む期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
   固体撮像装置。
6. 前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、
   前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止する
   請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記固体撮像装置は、
   ２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、
   前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、
   前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、
   前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、
   複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路とを備え、
   前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
   固体撮像装置の駆動方法。
8. 前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、
   前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止する
   請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
9. 前記列ＡＤ変換回路によりＡＤ変換が行われている全期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
   請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
10. 被写体の光量が所定量以上の場合、前記ＡＤ変換を開始してから所定期間経過後に前記出力バッファ回路の停止を解除する
    請求項７又は８に記載の固体撮像装置の駆動方法。
11. 固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記固体撮像装置は、
    ２次元状に配列され、受光量に応じた画素信号を出力する画素回路と、
    前記画素回路の列に対応して設けられ、対応する列の画素回路と接続された垂直信号線と、
    前記垂直信号線に電流を供給する画素電流源回路と、
    前記垂直信号線に対応して設けられ、対応する垂直信号線を介して出力される画素信号を一定期間ホールドするサンプルホールド回路と、
    前記サンプルホールド回路に対応して設けられ、対応するサンプルホールド回路にホールドされた画素信号をデジタル信号にＡＤ変換する列ＡＤ変換回路と、
    複数の前記列ＡＤ変換回路の出力と接続された出力バッファ回路とを備え、
    前記サンプルホールド回路が画素信号のホールドを開始する時期を含む期間中に、前記出力バッファ回路を停止する
    固体撮像装置の駆動方法。
12. 前記固体撮像装置は、前記列ＡＤ変換回路と前記出力バッファ回路との間に設けられ、複数の前記列ＡＤ変換回路から出力されるデジタル信号を混合する混合回路を備え、
    前記制御回路は、前記混合回路に停止信号を出力することで前記出力バッファ回路を停止する
    請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法。

Images