JP2014147006A - 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子からの画素ごとの信号の複数チャンネル同時読み出しを行う場合のクロストークを改善する。
【解決手段】固体撮像素子に配置された画素から読み出した信号を、複数の出力部で出力し、複数の出力部から出力される信号を、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部でサンプリングする。このとき、サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる。
【選択図】図６

Description

本開示は、固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関し、特に複数チャンネル出力を有する固体撮像装置に適用される技術に関する。

ＣＣＤなどの固体撮像素子よりなる固体撮像装置は、高速なフレームレートの要求や固体撮像素子の画素数の増加に伴い、画素からの信号の読み出しを高速に行う必要が生じている。画素からの信号の読み出しを高速に行うための技術として、例えば複数チャンネルで同時に画素信号の読み出しを行うものが知られている。複数チャンネルで同時に読み出しを行うことで、例えば２チャンネル同時読み出しを行う場合、各チャンネルでの転送レートが従来と同じであるとすると、読み出し速度が２倍に向上する。

特許文献１には、固体撮像素子から２チャンネル同時出力を行う固体撮像装置の例が開示されている。

特開２００２−４４５３０号公報

固体撮像素子から複数チャンネルで同時に出力する場合、その複数のチャンネルの読み出し信号にクロストークが生じる問題がある。すなわち、例えば図１２Ａに示すように、１フレームの画像の左半分と右半分とを個別のチャンネルで同時読み出しする２チャンネル読み出しを行う場合、左半分の画像中の物体が右半分の画像中に反転して薄く現れてしまう。また、図１２Ｂに示すように、１フレームの画像を左上、右上、左下、右下に４分割して、それぞれの分割画像を別のチャンネルで同時に読み出す４チャンネル読み出しを行う場合、左上の画像中の物体が、その他の分割画像中に左右や上下が反転して薄く現れてしまう。

複数チャンネルの同時読み出し時のクロストークは、固体撮像素子に供給される電源電圧の変動により発生する。すなわち、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像素子の場合、図１３Ａに示す電源電圧と、図１３Ｃに示す接地電位ＧＮＤが設定された状態で、素子外部回路が固体撮像素子からの出力電圧（図１３Ｂ）をサンプリングする。このときには、それぞれの画素に蓄積した電荷量によりＤ相の電圧が変化する。このため、図１３Ｂに示すように、素子外部回路がＰ相の電圧とＤ相の電圧をサンプリングし、Ｐ相とＤ相の電圧差を、１つの画素信号として取り出す。
ここで、図１３Ａおよび図１３Ｃに示すように、電源電圧と接地電位ＧＮＤは、固体撮像素子からの出力の振幅により一時的に変動してしまう。この変動した電源電圧と接地電位が、出力画像に図１２に示すクロストークとして現れてしまう。

複数チャンネルの同時読み出し時のクロストークを軽減する方法として、例えば特許文献１には、固体撮像素子の出力をサンプルホールドする回路とアナログディジタル変換回路の間に乗算器と加算器で構成される補正回路を追加することが開示されている。そして、この補正回路で、補正係数を乗算した補正信号を加算することによりクロストークを軽減する。

ところが、このような補正回路を設けると、撮像装置の回路規模が増大し複雑化すると共に、消費電力が増大する問題がある。特にリアルタイムで補正するためには乗算器と加算器に加えてメモリなどの追加回路が必要になり、構成が複雑化すると共に消費電力が増大する。
また、乗算器や加算器でアナログ信号処理を行うため、補正によりノイズが増加する問題がある。
さらに、アナログ信号による補正処理では、個々の補正回路のばらつきが生じ易いという問題がある。

本開示は、固体撮像素子からの画素ごとの信号の複数チャンネル同時読み出しを行う場合のクロストークの問題を解決することを目的とする。

本開示の固体撮像装置は、画素から読み出した信号を出力する出力部を複数有する固体撮像素子を備える。そして、固体撮像素子の複数の出力部から出力される信号をサンプリングする、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部を備える。
さらに、サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる制御部を備える。

また本開示の固体撮像装置の駆動方法は、固体撮像素子に配置された画素から読み出した信号を、複数の出力部で出力し、複数の出力部から出力される信号を、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部でサンプリングする。
そして、サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる。

このようにしたことで、画素から読み出した信号をサンプリング部がサンプリングするサンプリングタイミングまたは出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性が各出力系統で変化する。したがって、出力部が画素から読み出した信号を出力する際の電源電圧や基準電位が、読み出した信号の影響で変動しても、他の出力系統の信号をサンプリングする際に影響を及ぼさないようになる。

本開示によると、出力タイミング及びサンプリングタイミングの変化または出力特性の変化で、各チャンネルの出力信号に他のチャンネルの信号が影響を与えないようになり、複数チャンネルの出力部を有する場合のクロストークを改善することができる。

本開示の第１の実施の形態による固体撮像装置の例（２チャンネル読み出しの例）を示す構成図である。 本開示の第１の実施の形態による固体撮像装置の例（４チャンネル読み出しの例）を示す構成図である。 本開示の第１の実施の形態による駆動パルスの例を示す波形図である。 本開示の第１の実施の形態による調整状態の例を示す説明図である。 本開示の第１の実施の形態による調整処理例を示すフローチャートである。 本開示の第１の実施の形態による出力波形とサンプリングタイミングの例（波形全体をシフトさせる例）を示す波形図である。 本開示の第１の実施の形態による出力波形とサンプリングタイミングの例（波形の一部をシフトさせる例）を示す波形図である。 本開示の第２の実施の形態による固体撮像装置の例（２チャンネル読み出しの例）を示す構成図である。 本開示の第２の実施の形態による固体撮像装置の例（４チャンネル読み出しの例）を示す構成図である。 本開示の第２の実施の形態による出力波形とサンプリングタイミングの例を示す波形図である。 本開示の第２の実施の形態による固体撮像装置の変形例（フィルタを使用する例）を示す構成図である。 チャンネル間のクロストークの発生例を示す図である。 固体撮像素子の出力波形の例を示す波形図である。

以下の順序で本開示の実施の形態を説明する。
１．第１の実施の形態
１−１．固体撮像装置の構成例（２チャンネル読み出しの例：図１）
１−２．固体撮像装置の構成例（４チャンネル読み出しの例：図２）
１−３．駆動パルスの例（図３，図４）
１−４．調整処理例（図５）
１−５．出力波形とサンプリングタイミングの例（波形全体をシフトさせる例：図６）
１−６．出力波形とサンプリングタイミングの例（波形の一部をシフトさせる例：図７）
２．第２の実施の形態
２−１．固体撮像装置の構成例（２チャンネル読み出しの例：図８）
２−２．固体撮像装置の構成例（４チャンネル読み出しの例：図９）
２−３．出力波形とサンプリングタイミングの例（図１０）
２−４．フィルタを使用する例（図１１）
３．その他の変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［１−１．固体撮像装置の構成例（２チャンネル読み出しの例）］
図１は、本開示の第１の実施の形態の例の固体撮像装置の構成を示す図である。
図１に示すＣＣＤ型の固体撮像素子１０は、２チャンネル読み出しを行う形式である。すなわち、撮像範囲の左半分に配置された画素１１ａに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第１の出力端子１５ａから読み出す。また、撮像範囲の右半分に配置された画素１１ｂに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第２の出力端子１５ｂから読み出す。

撮像範囲の左半分に配置された画素１１ａに蓄積した電荷は、垂直転送レジスタ１２ａと水平転送レジスタ１３ａにより、バッファアンプ１４ａに順に転送され、電荷が電圧に変換されて出力端子１５ａから出力される。電荷の転送は、タイミング発生回路２３ａから供給される転送パルスに同期して行われる。すなわち、タイミング発生回路２３ａは、垂直転送パルス（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を生成し、その生成した垂直転送パルスが、端子１６ａを介して固体撮像素子１０の垂直転送レジスタ１２ａに供給される。また、タイミング発生回路２３ａは、水平転送パルス（Ｈ１、Ｈ２）を生成し、その生成した水平転送パルスが、端子１７ａを介して固体撮像素子１０の水平転送レジスタ１３ａに供給される。また、水平方向の最終転送段のタイミングを決定する駆動パルスであるＬＨパルスと、画素ごとの出力をリセットするタイミングを決定する駆動パルスであるＲＧパルスとが、タイミング発生回路２３ａから端子１７ａを介して固体撮像素子１０に供給される。

撮像範囲の右半分に配置された画素１１ｂに蓄積した電荷は、垂直転送レジスタ１２ｂと水平転送レジスタ１３ｂにより、バッファアンプ１４ｂに順に転送され、電荷が電圧に変換されて出力端子１５ｂから出力される。電荷の転送は、タイミング発生回路２３ｂから供給される転送パルスに同期して行われる。タイミング発生回路２３ｂが生成して端子１６ｂ、１７ｂに供給される転送パルスや駆動パルスは、タイミング発生回路２３ａと同じである。

出力端子１５ａから出力された画素ごとの信号は、バッファアンプ２１ａを介してＣＤＳ(Correlated Double Sampling: 相関二重サンプリング)回路２２ａに供給される。ＣＤＳ回路２２ａは、タイミング発生回路２３ａで生成されたＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスで信号をサンプリングする。そして、その２つのパルスでサンプリングされた電圧の差分を出力する。
また、出力端子１５ｂから出力された画素ごとの信号は、バッファアンプ２１ｂを介してＣＤＳ回路２２ｂに供給される。ＣＤＳ回路２２ｂは、タイミング発生回路２３ｂで生成されたＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスで信号をサンプリングし、２つのパルスでサンプリングされた電圧の差分を出力するサンプリング部である。これらのＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂでの信号のサンプリング状態の詳細については後述する。

ＣＤＳ回路２２ａでサンプリングされた信号は、アナログ／デジタル変換回路２４ａに供給され、デジタルデータに変換される。また、ＣＤＳ回路２２ｂでサンプリングされた信号は、アナログ／デジタル変換回路２４ｂに供給され、デジタルデータに変換される。
これら２つのアナログ／デジタル変換回路２４ａ，２４ｂで変換されたデジタルデータが、図示しない撮像データ処理部に供給され、１つのフレームの画像に合成され、所定のフォーマットの画像データが生成される。

タイミング発生回路２３ａ，２３ｂが生成する転送パルスや駆動パルスは、制御部３０からの指示により生成タイミングが調整される。

［１−２．固体撮像装置の構成例（４チャンネル読み出しの例）］
図２に示すＣＣＤ型の固体撮像素子１０′は、４チャンネル読み出しを行う形式である。すなわち、撮像範囲の左上に配置された画素１１ａに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第１の出力端子１５ａから読み出す。また、撮像範囲の右上に配置された画素１１ｂに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第２の出力端子１５ｂから読み出す。また、撮像範囲の左下に配置された画素１１ｃに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第３の出力端子１５ｃから読み出す。また、撮像範囲の右下に配置された画素１１ｄに蓄積した電荷に対応した電圧信号を、第４の出力端子１５ｄから読み出す。

図２では、この４つのチャンネルの画素１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの信号を読み出すための転送レジスタ，出力端子，回路が４つのチャンネル分備える。２チャンネルの固体撮像素子１０を使用した図１の例では、２つのチャンネルの転送レジスタや出力端子や回路にａ，ｂの符号を付けて示した。これに対して、４チャンネルの固体撮像素子１０′を使用した図２の例では、４つのチャンネルの転送レジスタや出力端子や回路にａ，ｂ，ｃ，ｄの符号を付けて示す。各チャンネルが備える構成要素は、図１の例と同じである。各チャンネルのタイミング発生回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが生成する転送パルスや駆動パルスも、上述した図１の例と同じ種類のパルスである。４つのタイミング発生回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが生成する転送パルスや駆動パルスは、制御部３０からの指示により生成タイミングが調整される点も、図１の例と同じである。
なお、以下の説明では、４チャンネルの固体撮像素子１０′に適用した例とする。

［１−３．駆動パルスの例］
次に、本実施の形態の例の固体撮像装置が備えるＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが、タイミング発生回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから供給されるＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスでサンプリングする状態について説明する。
ここでは、１つのチャンネルのタイミング発生回路２３ａが生成したパルスに基づいて、タイミング発生回路２３ａがサンプリングする状態について説明する。

図３は、タイミング発生回路２３ａが生成したＬＨパルス（図３Ａ）およびＲＧパルス（図３Ｂ）と、固体撮像素子１０′の出力端子１５ａから出力される信号波形ＣＣＤＯＵＴ（図３Ｃ）との関係を示す図である。
ＬＨパルスは水平転送レジスタ１３ａの最終段の駆動パルスである。なお、このＬＨパルスは、水平転送パルスＨ１と同位相であり、水平転送パルスＨ２と逆位相である。このＬＨパルスとＲＧパルスのタイミングで、信号波形ＣＣＤＯＵＴが変化するタイミングが決定する。

すなわち、図３Ｃに示す出力波形ＣＣＤＯＵＴには、１画素ごとに基準となるレベルを示すＰ相と、蓄積した電荷量に対応したレベルを示すＤ相の期間がある。そして、図３Ｃに示すように、ＳＨＰパルスでＰ相の信号をサンプリングし、ＳＨＤパルスでＤ相の信号をサンプリングする。このサンプリング動作が１画素ごとに行われる。図３Ｃに矢印でＳＨＰ，ＳＨＤと示したタイミングが、それぞれＳＨＰパルス，ＳＨＤパルスが発生したタイミングである。

ここで、図３Ａに示すＬＨパルスは、Ｐ相からＤ相へと変動するタイミングを決定する。このＬＨパルスによりＰ相の幅とＤ相の幅を調節することが可能となる。
また、ＲＧパルスはピクセルのリセットパルスであり、ＲＧパルスが入力されると出力波形ＣＣＤＯＵＴは、固体撮像素子１０′の基準電圧にリセットされ、次の画素の基準となるＰ相へと変遷していく。

図４は、出力波形ＣＣＤＯＵＴの１画素の期間をより詳細に示す図である。
出力波形ＣＣＤＯＵＴのサンプリングは、ＳＨＰパルスとＳＨＤパルスの各１点で行われるわけではなく、ある範囲を持った積分時間でサンプリングされる。すなわち、図４に示すように、ＳＨＰパルスで設定される積分時間と、ＳＨＤパルスで設定される積分時間で、それぞれの信号がサンプリングされる。

［１−４．調整処理例］
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施の形態の例の固体撮像装置を調整する処理例について説明する。
この調整処理は、例えば固体撮像装置を製造後の出荷前の調整工程で行う。この調整処理時には、信号のサンプリング状態などを制御部３０が判断してもよいが、図示しない調整用の外部の装置を固体撮像装置に接続して、外部の装置が信号のサンプリング状態などを検出して、制御部３０に指示するようにしてもよい。

この調整処理を行う工程としては、固体撮像装置全体としての位相調整処理（ステップＳ１０）と、チャンネル別の位相調整処理（ステップＳ２０）とを有する。
まず、ステップＳ１０の固体撮像装置全体としての位相調整処理が行われる。このときには、制御部３０は、各タイミング発生回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが発生するパルスタイミングを調整し、固体撮像素子の出力波形の整形処理を行う（ステップＳ１１）。この整形処理を行うことで、出力波形ＣＣＤＯＵＴが図３，図４に示すような最適な信号波形になる。
次に、制御部３０は、ＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄがＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスでサンプリングするタイミングを調整する（ステップＳ１２）。
この全体としての位相調整処理は、従来から調整工程で行われている処理である。

次に、ステップＳ２０のチャンネル別の位相調整処理に移る。このチャンネル別の位相調整処理は、チャンネル間のクロストークを回避するために行うものである。
まず、チャンネル別の位相調整モードに遷移し、いずれか１つのチャンネルの調整に入る（ステップＳ２１）。調整を行うチャンネルが決まると、そのチャンネルの駆動パルスをシフトさせて、最適なパルスタイミングを設定する（ステップＳ２２）。具体的には、調整を行うチャンネルのタイミング発生回路が生成するＨ１、Ｈ２、ＬＨ、ＲＧパルスを各パルスの位相関係を崩さずに位相をずらす(波形全体をシフトさせる例)。このようにすることで、整形した波形を崩さずに波形ずらしが行われる。また、ＬＨパルスの位相をずらす（波形の一部をシフトさせる例）。このようにすることで、波形のＤ相部分ずらしが行われる。

そして、制御部３０は、他のチャンネルの出力波形と比較して、Ｐ相とＤ相のサンプリングに影響のない位置に波形をシフトさせる（ステップＳ２３）。さらに制御部３０は、そのシフトした波形のＰ相とＤ相をサンプリングするように、ＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスのタイミングをシフトさせる（ステップＳ２４）。

ここまでの処理が終わると、調整していないチャンネルがある場合には、ステップＳ２２に戻り、制御部３０は、別のチャンネルについての調整を行う。
そして、全てのチャンネルの調整が終了した後、例えば調整作業を監視している作業者が、出力映像を確認して終了する（ステップＳ２５）。なお、本実施の形態の例では、固体撮像装置各画素から電荷を読み出すタイミングや、垂直転送レジスタで各画素の電荷を転送するタイミングについては、各チャンネルで同じタイミングである。

次に、図５のフローチャートのステップＳ２３での波形をシフトさせる処理の具体的な例について説明する。
ＣＤＳ回路は、Ｐ相とＤ相のサンプリング電圧の差分を出力とする。このため、ずらし量は理想的には他のチャンネルの出力波形のＰ相、Ｄ相のサンプリング範囲を逃れ、電源および接地電位ＧＮＤの電圧変動タイミングが、Ｐ相からＤ相の変動期間及び次のピクセルへのリセット期間に調節すればよい。このようにすることで、各チャンネルでの出力波形のサンプリングが、他チャンネルでのサンプリングに悪影響を与えることを回避できる。

適切なタイミングとなるように出力波形をずらしたとき、ステップＳ２４に示すように、ＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスでサンプリングする位相についてもシフトさせ、ずらした波形から適切な映像情報が得られるように調整する。ここで、図４で説明したように、固体撮像素子の出力のサンプリングはＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスの各１点で行われるわけではなく、ある範囲を持った積分時間でサンプリングされる。この積分時間は、固体撮像装置の構成によって異なる。

次に、適切な波形のずらし方の例について説明する。
例えば駆動パルスを１／Ｎクロックずつシフトさせることが可能な固体撮像装置とする。Ｎはタイミング発生回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの分解能である。各チャンネル出力が同じタイミングで動いている時、電源または接地電位ＧＮＤの変動タイミングが、ＳＨＤパルスでＤ相を積分する時間の中心にいるとする。
このとき、１／Ｎクロックずつ調整して（Ｄ相の積分時間／２）以上波形をずらせば、クロストークは回避することが可能となる。しかし、波形をずらしすぎると、Ｐ相の積分時間に電源または接地電位ＧＮＤの変動タイミングがずれこみ、クロストークの影響を受けてしまう。つまり最終的にはＰ相の積分時間とＤ相の積分時間の範囲に、電源または接地電位ＧＮＤの変動がずれこまないように波形をずらす必要がある。電源や接地電位ＧＮＤの変動とは、図１３で説明したように、他のチャンネルでの出力時に発生する一時的な電圧変動である。

このため、図４に示すようにＰ相の積分時間のエンド時間とＤ相の積分時間のスタート時間の間隔をＳＨＰ−ＳＨＤ間隔と定義すると、理想的にはずらし量は以下に定義できる。
（Ｄ相の積分時間／２）＜ずらし量＜（ＳＨＰ−ＳＨＤ間隔）
この操作を固体撮像素子の出力チャンネル数の分だけ行い、図５のフローチャートに示すように、ステップＳ２５で出力される映像情報を確認することにより全チャンネルのクロストーク回避が実現できる。

［１−５．出力波形とサンプリングタイミングの例（波形全体をシフトさせる例）］
次に、出力波形とサンプリングタイミングの具体的なシフト状態の例を説明する。
図６は、出力波形全体がシフトする例である。図６Ａは固体撮像装置を駆動する電源電圧を示し、図６Ｆは接地電位ＧＮＤを示す。そして、図６Ｂ〜図６Ｅは、４つのチャンネルのそれぞれの出力波形を示す。なお、この図６では、４つのチャンネルの出力波形は同じ波形として示すが、実際には各画素に蓄積した電荷量に応じて、Ｄ相のレベルが変化する。

この図６の例では、図６Ｂ〜図６Ｅに示すように、４つのチャンネルの出力波形は、ほぼ一定間隔で順にシフトさせてあり、ＳＨＰパルスとＳＨＤパルスを発生させるタイミングについても、同様にシフトさせてある。
このようにシフトさせることで、図６Ａに示す電源には、各チャンネル出力による変動が個別に現れるようになる。図６Ｆに示す接地電位ＧＮＤについても、各チャンネル出力による変動が個別に現れるようになる。

例えば、図４Ｂに示す第１チャンネルの出力波形については、Ｄ相からリセット期間になる間に、他のチャンネルによる電源と接地電位ＧＮＤの変動の影響を受けるように設定する。また、例えば図４Ｅに示す第４チャンネルの出力波形については、Ｐ相からＤ相への変動期間に電源と接地電位ＧＮＤの変動の影響を受けるように設定する。通常、この変動期間ではサンプリングは行わないので電源と接地電位ＧＮＤの変動の影響によるクロストークの回避が可能となる。

［１−６．出力波形とサンプリングタイミングの例（波形の一部をシフトさせる例）］
図７は、出力波形の一部だけがシフトする例である。図７Ａは固体撮像装置を駆動する電源電圧を示し、図７Ｃは接地電位ＧＮＤを示す。そして、図７Ｂは、４つのチャンネルの出力波形を重ねて示す。

この図７の例は、図７Ｂに示すように、Ｐ相からＤ相への変動期間だけを４つのチャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４で順にシフトさせてある。すなわち、各チャンネルでリセット期間は同じタイミングとし、Ｐ相からＤ相への変動期間だけをシフトさせる。このため、リセット期間を決めるＲＧパルスは各チャンネルで同じタイミングとし、Ｐ相からＤ相への変動期間を決めるＬＨパルスは各チャンネルでシフトしたタイミングとする。

また、Ｐ相をサンプリングするＳＨＰパルスについても、全てのチャンネルで同じタイミングとする。そして、Ｄ相をサンプリングするＳＨＤパルスは、各チャンネルでシフトしたタイミングとする。

この図７の例の場合にも、図７Ａに示す電源には、各チャンネル出力による変動が個別に現れるようになる。また、図７Ｃに示す接地電位ＧＮＤについても、各チャンネル出力による変動が個別に現れるようになる。
したがって、Ｄ相をサンプリングするタイミングが各チャンネルで異なることで、それぞれのチャンネルでのサンプリング時に、他のチャンネルの影響が及ぶのを阻止することができ、電源と接地電位ＧＮＤの変動の影響によるクロストークの回避が可能となる。

以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の例によると、固体撮像素子の出力タイミングをずらすことにより、チャンネル間クロストークを回避することができる。本実施の形態の例の処理では、パルスを生成させるタイミングをシフトさせるだけで良く、新たに追加となる回路がなく、簡単な構成で実現できる。

＜２．第２の実施の形態＞
［２−１．固体撮像装置の構成例（２チャンネル読み出しの例）］
次に、本開示の第２の実施の形態の例を、図８〜図１１を参照して説明する。この図８〜図１１において、第１の実施の形態の例で説明した図１〜図７に対応する部分には同一符号を付す。
図８に示すＣＣＤ型の固体撮像素子１０は、２チャンネル読み出しを行う形式である。
この図８に示す固体撮像素子１０は、制御部３０′が、出力端子１５ａ，１５ｂの前後に接続されたバッファアンプ１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂに電源を供給する電流源４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの制御を行う点が、図１の例と異なる。制御部３０′は、電流源４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの制御を行うことで、各チャンネルの出力波形として、Ｐ相からＤ相に変化する変遷時間（スルーレート）を、各チャンネルで変化させる。
図８のその他の部分は、図１の例と同じである。但し、図８の例ではチャンネルごとに駆動パルスをシフトさせる処理は行わない。

［２−２．固体撮像装置の構成例（４チャンネル読み出しの例）］
図９に示すＣＣＤ型の固体撮像素子１０′は、４チャンネル読み出しを行う形式である。
この図９に示す固体撮像素子１０′は、制御部３０′が、出力端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの前後に接続されたバッファアンプ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに電源を供給する電流源４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの制御を行う点が、図２の例と異なる。制御部３０′は、電流源４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの制御を行うことで、Ｐ相からＤ相に変化する変遷時間（スルーレート）を、各チャンネルで変化させる。
図９のその他の部分は、図２の例と同じである。但し、図９の例ではチャンネルごとに駆動パルスをシフトさせる処理は行わない。

［２−３．出力波形とサンプリングタイミングの例］
次に、図１０を参照して、Ｐ相からＤ相に変化する変遷時間を各チャンネルで変化させる具体例を説明する。この図１０の例は、図９に示す４チャンネルの固体撮像素子１０′に適用した例である。
図１０Ａは固体撮像装置を駆動する電源電圧を示し、図１０Ｃは接地電位ＧＮＤを示す。図１０Ｂは、４つのチャンネルの出力波形を重ねて示す。

上述したように、制御部３０′は、各チャンネルの出力端子１５ａ〜１５ｄの前後に接続されたバッファアンプ１４ａ〜１４ｄ，２１ａ〜２１ｄに接続された電流源４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄを制御して、駆動電流を変化させる。このようにして駆動電流を変化させることで、出力波形のＰ相からＤ相への変遷時間を調節できる。すなわち、駆動電流を大きくすればスルーレートが高速になり、駆動電流を小さくすればスルーレートが低速になる。

制御部３０′は、このような調節を行うことで、図１０Ｂに示すように、４つのチャンネルでスルーレートが異なるようにする。例えば、第１チャンネルＣＨ１のスルーレートを最も高速にし、以下、第２チャンネルＣＨ２、第３チャンネルＣＨ３、第４チャンネルＣＨ４と順にスルーレートを低速にする。
そして、ＳＨＰパルスでＰ相をサンプリングするタイミングは各チャンネルで同じとし、ＳＨＤパルスでＤ相をサンプリングするタイミングは各チャンネルで異なるタイミングにする。このＤ相をサンプリングするタイミングは、他のチャンネルの出力波形の変動により電源や接地電位ＧＮＤが変動する期間を避けたタイミングとする。

このように処理を行うことで、上述した図７の例と同様に、Ｄ相をサンプリングするタイミングが各チャンネルで異なり、それぞれのチャンネルでのサンプリング時に、他のチャンネルの影響が及ぶのを阻止することができ、クロストークの回避が可能となる。

なお、図８や図９の例では、各チャンネルの出力端子１５ａ〜１５ｄの前後にバッファアンプ１４ａ〜１４ｄ，２１ａ〜２１ｄを接続し、それぞれのバッファアンプの駆動電流を制御部が制御する例を示した。これに対して、出力端子１５ａ〜１５ｄの前と後のいずれか一方のバッファアンプの駆動電流だけを制御部３０′が制御して、スルーレートを変化させるようにしてもよい。

また、バッファアンプ以外の回路によりスルーレートを調整するようにしてもよい。すなわち、固体撮像素子の出力端子に接続される出力回路は、固体撮像素子の出力を補助する目的で設けられ、その回路アーキテクチャは多種多様である。例えば、出力部が、バッファアンプ以外に、帯域を制限するフィルタを有する場合がある。バッファアンプについても、常に電流を流すＡ級アンプや、信号が存在時のみに電流を流すＡＢ級アンプなど様々なものが使用される。したがって、使用する出力回路の構成に応じて、適切にスルーレートを調整するように設定すればよい。次にフィルタを使用する例について説明する。

［２−４．フィルタを使用する例］
図１１は、固体撮像素子１０の出力端子１５ａに、フィルタ２５ａ，２６ａが接続される例を示す。
すなわち、水平転送レジスタ１３ａの最終段に得られる信号は、バッファアンプ１４ａを介して、出力端子１５ａに供給される点は、図１に示した構成と同じである。
そして、出力端子１５ａに得られる信号は、ローパスフィルタ２５ａとバッファアンプ２１ａとローパスフィルタ２６ａを介してＣＤＳ回路２２ａに供給されるようにする。
図１１では第１チャンネルの構成のみを示すが、他のチャンネルについても同様に構成する。

この図１１に示す構成の場合に、ローパスフィルタ２５ａとローパスフィルタ２６ａの少なくともいずれか一方のフィルタを構成する素子の時定数を調整して、スルーレートを最適な状態に設定する。したがって、図１１の場合には、チャンネルごとに、ローパスフィルタの時定数を変化させる。
なお、図１１に示したフィルタの時定数の設定処理と、先に説明したアンプの駆動電流の設定処理とを組み合わせて、各チャンネルのスルーレートを調整するようにしてもよい。また、図１１に示す構成の場合、固体撮像素子１０の外部に接続される回路の調整で、スルーレートを調整するようにしたが、固体撮像素子１０の内部に、スルーレートを調整する回路を設けるようにしてもよい。

＜３．その他の変形例＞
上述した各実施の形態の例では、具体的な信号波形は４チャンネル同時出力を行う固体撮像素子の例を示した。これに対して、２チャンネル同時出力を行う固体撮像素子の場合にも、同様に２チャンネルでタイミングやスルーレートなどを変化させることで、対応できる。
また、各信号波形の例では、全てのチャンネルの出力波形をシフトさせるようにした。これに対して、例えば４チャンネルの内の特定の２つまたは３つのチャンネルの間でだけクロストークが顕著に現れる場合に、その特定の２つまたは３つのチャンネルの出力波形だけを変化させるようにしてもよい。また、各図では４つのチャンネルで順番にタイミングやスルーレートを変化させるようにしたが、シフトさせる順番についても、図示の例に限定されるものではない。
また、第１の実施の形態の例で説明したサンプリングタイミングをシフトさせる処理と、第２の実施の形態の例で説明した各チャンネルのスルーレートを調整する処理を組み合わせるようにしてもよい。

また、上述した各実施の形態の例では、ＣＣＤ型の固体撮像素子を備えた撮像装置に適用した例を示した。これに対して、ＭＯＳ型の固体撮像素子などのその他の方式の固体撮像素子を備えた撮像装置に、本開示の例で説明したサンプリングタイミングやスルーレートを変化させる処理を適用してもよい。

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素から読み出した信号を出力する出力部を複数有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の複数の出力部から出力される信号をサンプリングする、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部と、
前記サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる制御部と
を備える固体撮像装置。
（２）
前記サンプリング部は、基準となるレベルが得られる期間のサンプリングと、画素に蓄積した電荷に応じたレベルのサンプリングとを行い、
前記制御部は、画素に蓄積した電荷に応じたレベルをサンプリングするタイミングを、複数のサンプリング部で変化させる
前記（１）記載の固体撮像装置。
（３）
さらに基準となるレベルをサンプリングするタイミングについても、複数のサンプリング部で変化させる
前記（２）記載の固体撮像装置。
（４）
前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性は、駆動電流を複数の出力部で変化させる
前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（５）
前記駆動電流は、出力部が備えるアンプに供給する駆動電流である
前記（４）記載の固体撮像装置。
（６）
それぞれの出力部が備えるフィルタの特性を変化させることで、出力特性を複数の出力部で変化させる
前記（４）または（５）記載の固体撮像装置。
（７）
固体撮像素子に配置された画素から読み出した信号を、複数の出力部で出力し、
前記複数の出力部から出力される信号を、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部でサンプリングすると共に、
前記サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる
固体撮像装置の駆動方法。

１０，１０′…固体撮像素子、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…画素（受光素子）、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…垂直転送レジスタ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…水平転送レジスタ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…バッファアンプ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…出力端子、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…バッファアンプ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…ＣＤＳ回路、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…タイミング発生回路、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…アナログ／デジタル変換回路、２５ａ，２６ａ…ローパスフィルタ、３０，３０′…制御部、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…電流源

Claims (7)

1. 画素から読み出した信号を出力する出力部を複数有する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の複数の出力部から出力される信号をサンプリングする、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部と、
   前記サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる制御部と
   を備える固体撮像装置。
2. 前記サンプリング部は、基準となるレベルが得られる期間のサンプリングと、画素に蓄積した電荷に応じたレベルのサンプリングとを行い、
   前記制御部は、画素に蓄積した電荷に応じたレベルをサンプリングするタイミングを、複数のサンプリング部で変化させる
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. さらに基準となるレベルをサンプリングするタイミングについても、複数のサンプリング部で変化させる
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性は、駆動電流を複数の出力部で変化させる
   請求項１記載の固体撮像装置。
5. 前記駆動電流は、出力部が備えるアンプに供給する駆動電流である
   請求項４記載の固体撮像装置。
6. それぞれの出力部が備えるフィルタの特性を変化させることで、出力特性を複数の出力部で変化させる
   請求項４記載の固体撮像装置。
7. 固体撮像素子に配置された画素から読み出した信号を、複数の出力部で出力し、
   前記複数の出力部から出力される信号を、それぞれの出力部ごとに設けられた複数のサンプリング部でサンプリングすると共に、
   前記サンプリング部が信号をサンプリングするサンプリングタイミングまたは前記出力部が画素から読み出した信号を出力する出力特性を、複数のサンプリング部または複数の出力部で変化させる
   固体撮像装置の駆動方法。
   

Images