JP3889825B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速読み出しに適した固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高速読み出しに適した固体撮像装置では、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの周期に対して半周期のずれを持つ水平走査パルスを、上記クロックパルスに同期させて順次発生させ、隣り合う2つの水平走査パルスを論理積した信号を用いて、画素アレイにおける各画素の信号読み出しを選択的に行うように構成する方法が知られている。例えば特開平4−162883号には、図10に示すような構成の固体撮像装置が開示されている。この固体撮像装置は、マトリクス状に配列され、且つビデオバイアスVDをドレイン端子に共通に印加した複数のCMD(Charge Modulation Device)1(1−11,1−12,・・・,1−mn)からなる画素アレイと、垂直走査回路10と、水平走査回路11から構成されている。そしてX方向に配列されたCMD1の各ゲート端子の行毎に接続している垂直選択線2(2−1,2−2,・・・,2−m)は、信号読み出し電位を選択的に与える機能を持つ垂直走査回路10と接続している。またY方向に配列されたCMD1の各ソース端子の列毎に接続している水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)は、画素の信号読み出しを選択的に行う機能を持つ水平走査回路11と接続している。
【0003】
水平走査回路11は、水平シフトレジスタ12と、第1の水平選択スイッチ7(7−1,7−2,・・・,7−n)と第2の水平選択スイッチ8(8−1,8−2,・・・,8−n)からなる選択回路13と、反転回路6(6−1,6−2,・・・,6−n)と、非選択用スイッチ5(5−1,5−2,・・・,5−n)から構成されている。更に、水平走査回路11について詳細に説明すると、水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)と信号線9との間に、第1の水平選択スイッチ7(7−1,7−2,・・・,7−n)と第2の水平選択スイッチ8(8−1,8−2,・・・,8−n)が直列接続され、第1の水平選択スイッチ7(7−1,7−2,・・・,7−n)のゲート端子と反転回路6(6−1,6−2,・・・,6−n)の入力端子に、水平シフトレジスタ12の出力パルスである水平走査パルスφs1,φs2,φs3・・・,φsnが入力され、第2の水平選択スイッチ8(8−1,8−2,・・・,8−n)のゲート端子には水平走査パルスφs2,φs3・・・,φsn,φs(n+1)が入力されている。水平走査パルスφs1,φs2,φs3・・・,φsnは反転回路6(6−1,6−2,・・・,6−n)を介して反転して出力され、非選択時の水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)をグランド線4に接続する非選択用スイッチ5(5−1,5−2,・・・,5−n)のゲート端子に入力されるようになっている。
【0004】
図11は、水平シフトレジスタ12の構成をトランジスタレベルで示した回路構成図である。この水平シフトレジスタは、第1のシフトレジスタユニット20と第2のシフトレジスタユニット21の組み合わせから構成されている。第1のシフトレジスタユニット20は高レベル電源線VDDと低レベル電源線VSSとの間に、P型トランジスタ22−1,23−1,及びN型トランジスタ24−1,25−1を、そのソース・ドレイン端子間を直列接続して構成され、P型トランジスタ22−1とN型トランジスタ25−1のゲート端子を共通に接続して入力端子としている。上記P型トランジスタ23−1とN型トランジスタ24−1のゲート端子には、それぞれクロックパルスφ1,/φ1を入力し、P型トランジスタ23−1とN型トランジスタ24−1の共通接続点を出力端子としている。またP型トランジスタ23−1とN型トランジスタ24−1の共通接続点は、高レベル電源線VDDと低レベル電源線VSSとの間に直列接続されているP型トランジスタ26とN型トランジスタ27のゲート端子に接続され、P型トランジスタ26とN型トランジスタ27との共通接続点を、水平走査パルスφs1の出力端子としている。
【0005】
また、第2のシフトレジスタユニット21は、高レベル電源線VDDと低レベル電源線VSSとの間に、P型トランジスタ22−2,23−2,及びN型トランジスタ24−2,25−2を、そのソース・ドレイン端子間を直列接続して構成され、P型トランジスタ22−2とN型トランジスタ25−2のゲート端子を共通に接続して入力端子としている。上記P型トランジスタ23−2とN型トランジスタ24−2のゲート端子には、それぞれクロックパルスφ2,/φ2を入力し、P型トランジスタ23−2とN型トランジスタ24−2の共通接続点を水平走査パルスφs2の出力端子としている。なお、上記クロックパルス/φ1,/φ2は、それぞれクロックパルスφ1,φ2の反転パルスである。以上のように第1のシフトレジスタユニット20と第2のシフトレジスタユニット21とを交互に直列接続することにより、水平シフトレジスタ12を構成している。第1のシフトレジスタユニット20と第2のシフトレジスタユニット21の合計段数は、X方向に配列をなすCMD1の画素数(n)より1段多く、(n+1)段となっており、29は(n+1)段目のシフトレジスタユニットを示している。
【0006】
次に、図12に示したタイミングチャートを用いて図10に示した固体撮像装置の動作を説明する。図12は水平シフトレジスタ12と選択回路13の動作、及び垂直選択線2−1が選択された場合のCMD信号出力を示すタイミングチャートである。水平シフトレジスタ12にはスタートパルスφST,クロックパルスφ1,及びクロックパルスφ2を入力する。クロックパルスφ1とクロックパルスφ2とは位相を半周期ずらした関係に設定する。すなわち、クロックパルスφ1とクロックパルスφ2の位相の関係が、T=T1/2のずれを持つように設定する。第1のシフトレジスタユニット20の出力φs1はクロックパルスφ1の立ち下がりに同期し、第2のシフトレジスタユニット21の出力φs2はクロックパルスφ2の立ち下がりに同期した信号として出力されるので、水平シフトレジスタ12からは、高レベル期間がクロックパルスφ1,φ2の周期に等しく且つ位相が順次半周期のずれをもつ、水平走査パルスφs1,φs2,φs3,・・・,φsn,φs(n+1)が出力される。水平走査パルスφs1,φs2,φs3,・・・,φsn,φs(n+1)を受けて、直列接続している第1の水平選択スイッチ7と第2の水平選択スイッチ8とが共にオンした場合に、それに対応した水平選択線3が選択され、CMD1の信号を読み出す。つまり、互いに隣り合う水平走査パルスが共に高レベル期間のとき、水平選択線3が選択されることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図10に示した従来の固体撮像装置では、水平シフトレジスタ12に入力するクロックパルスφ1とクロックパルスφ2の位相を、常に半周期ずらした関係に設定する必要があり、クロックパルスφ1,φ2の制御が複雑になるという問題点がある。この問題点を図13を用いて詳細に説明する。図13は、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合のタイミングチャートである。奇数番目の水平走査パルスφs1,φs3,・・・がクロックパルスφ1の立ち下がりに同期し、偶数番目の水平走査パルスφs2,・・・がクロックパルスφ2の立ち下がりに同期した信号として出力される。水平選択線3−1,3−2,3−3,・・・,3−nは互いに隣り合う水平走査パルスが共に高レベル期間のとき選択されるので、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間が偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間より長くなる。また、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以上のずれを生じた場合には、上記と同様の動作が行われるので、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間が偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間より短くなる。
【0008】
以上のように、水平シフトレジスタ12に入力するクロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相の関係が、T=T1/2以外のずれの場合には、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が異なり、これに対応してX方向に配列されたCMD1の信号読み出し期間が、奇数番目と偶数番目との画素で異なることになる。これは、CMD信号を処理するプロセス回路に大きな負担を与える。例えば、ハイビジョン仕様の固体撮像装置の場合、1画素の信号読み出し期間は約13.5ns(=1/74.25 MHz )であり、クロックパルスφ1,φ2の周期は共に27nsとなり、クロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相を常に約13.5nsずらした関係に設定しなければならない。クロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相が10nsのずれの場合には、X方向に配列されているCMD1の奇数番目の画素の信号読み出し期間が17ns,偶数番目の画素の信号読み出し期間が10nsとなり、CMD信号を処理するプロセス回路に大きな負担を与えることになる。これは、信号読み出し期間差が大きくなるほど深刻な問題となる。
【0009】
本発明は、従来の固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、請求項1〜4記載の各発明は、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を高速で読み出し可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項1記載の発明は、受光素子からなる画素を複数個配列して構成した画素アレイと、該画素アレイの各画素を順に走査して各画素の信号を読み出す水平走査回路及び垂直走査回路とを備えた固体撮像装置において、前記水平走査回路は、同一周期で位相の異なる2相の入力クロックパルスのそれぞれに同期した走査パルスを順次発生するシフトレジスタと、前記2相の入力クロックパルスと同一周期で、デューティ比50%のコントロールパルスと前記シフトレジスタから順次発生する走査パルスとを用いて画素の信号を読み出す水平選択パルスを、前記シフトレジスタの入力クロックパルスの1/2周期毎に前記コントロールパルスに同期して順次出力する選択回路とで構成するものである。また請求項2記載の発明は、請求項1記載の固体撮像装置において、前記選択回路を、前記コントロールパルスとシフトレジスタからの走査パルスとの論理演算により水平選択パルスを出力するように構成するものである。また請求項3記載の発明は、請求項1記載の固体撮像装置において、前記選択回路は、前記シフトレジスタからの走査パルスを伝達するためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段を前記コントロールパルスで制御して、水平選択パルスを出力するように構成するものである。また請求項4記載の発明は、請求項1記載の固体撮像装置において、前記選択回路は、前記シフトレジスタからの走査パルスを保持するためのラッチ手段を有し、該ラッチ手段を前記コントロールパルスで制御して、水平選択パルスを出力するように構成するものである。
【0011】
このように固体撮像装置を構成することにより、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間の時間差に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を高速で読み出し可能な固体撮像装置が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施の形態〕
(構 成)
次に、発明の実施の形態について説明する。図1は本発明に係る固体撮像装置の第1の実施の形態を示す構成図であり、図10に示した従来例と同一の部分には同じ符号を付して示している。この実施の形態は請求項1及び2に対応するもので、図10に示した従来例と異なる部分は、水平シフトレジスタ30及び選択回路31である。水平シフトレジスタ30の構成が、図11に示したものと異なる点は、図11におけるシフトレジスタユニット29が削除されていることだけである。すなわち、第1のシフトレジスタユニット20と第2のシフトレジスタユニット21の合計段数が、X方向に配列されているCMD1の画素数(n)と等しくなっている。
【0013】
次に、選択回路31の構成について説明する。選択回路31は、第1の選択回路ユニット32と第2の選択回路ユニット33が、交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数、すなわち合計n個並んで構成されている。第1の選択回路ユニット32は、P型トランジスタ34,35とN型トランジスタ36,37と反転回路38とで論理積回路を構成し、その出力が水平選択スイッチ39のゲート端子に入力されるように構成されている。すなわち、P型トランジスタ34,35とN型トランジスタ36,37とで2入力NAND回路を構成し、その出力ノードP31が反転回路38を介してノード/P31として出力される。ノード/P31は水平選択スイッチ39のゲート端子に入力され、また、水平選択スイッチ39のソース端子が水平選択線3−1に、ドレイン端子が信号線9にそれぞれ接続されるように構成されている。
【0014】
2入力NAND回路は、P型トランジスタ34,35のソース端子が共通に高レベル電源線VDDに接続され、ドレイン端子は共通にN型トランジスタ36のドレイン端子に接続され、N型トランジスタ36のソース端子とN型トランジスタ37のドレイン端子とが接続され、N型トランジスタ37のソース端子は低レベル電源線VSSに接続されている。P型トランジスタ34とN型トランジスタ37のゲート端子に共通に水平走査パルスφs1が入力され、P型トランジスタ35とN型トランジスタ36のゲート端子に共通にクロックパルスφ3が入力されるように構成されている。
【0015】
第2の選択回路ユニット33は、P型トランジスタ34とN型トランジスタ37のゲート端子に共通に水平走査パルスφs2を入力し、P型トランジスタ35とN型トランジスタ36のゲート端子に共通にクロックパルス/φ3を入力するように構成している部分以外は、第1の選択回路ユニット32と同様の構成である。クロックパルスφ3は高レベルと低レベルの期間が等しいパルスである。また、クロックパルス/φ3はクロックパルスφ3の反転クロックパルスである。
【0016】
(作 用)
次に図2を用いて、図1に示した固体撮像装置の動作を説明する。図2は、水平シフトレジスタ30と選択回路31の動作、及び垂直選択線2−1が選択された場合のCMD信号出力を示すタイミングチャートである。水平シフトレジスタ30には、スタートパルスφST,クロックパルスφ1,φ2を入力する。クロックパルスφ1,φ2の位相の関係は、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合である。まず、第1の選択回路ユニット32の動作について説明する。水平走査パルスφs1がP型トランジスタ34とN型トランジスタ37のゲート端子に共通に入力され、クロックパルスφ3はP型トランジスタ35とN型トランジスタ36のゲート端子に共通に入力される。ノードP31には、水平走査パルスφs1とクロックパルスφ3とが高レベル期間のみ低レベル信号が出力され、他の期間は常に高レベル信号が出力される。ノードP31を反転回路38に入力しノード/P31が出力される。水平走査パルスφs1とクロックパルスφ3との位相関係は、水平走査パルスφs1の高レベル期間内にクロックパルスφ3の高レベル期間が開始・終了すればよい。このような位相関係のパルスをP型トランジスタ34,35とN型トランジスタ36,37に入力することにより、ノード/P31の高レベル期間は、クロックパルスφ3の高レベル期間で決定される。
【0017】
次に、第2の選択回路ユニット33の動作について説明する。水平走査パルスφs1とクロックパルスφ3とを、それぞれ水平走査パルスφs2とクロックパルス/φ3とに変える点以外は、上記第1の選択回路ユニット32の場合と同様である。すなわち、水平走査パルスφs2とクロックパルス/φ3との位相関係を、水平走査パルスφs2の高レベル期間内にクロックパルス/φ3の高レベル期間を開始・終了させることで、ノード/P32の高レベル期間は、クロックパルス/φ3の高レベル期間で決定される。以下、第1及び第2の選択回路ユニット32,33の動作が交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数だけ順に繰り返される。この結果、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。
【0018】
また、クロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以上のずれを生じた場合でも、上記と同様の動作がなされるので、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。以上のように、水平シフトレジスタ12に入力するクロックパルスφ1とクロックパルスφ2の位相の関係が、T=T1/2以外のずれの場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しく、これに対応してX方向に配列されているCMD1の信号読み出し期間が、奇数番目と偶数番目との画素で等しくなることになる。
【0019】
(効 果)
以上説明したように、本実施の形態によれば、水平選択線の選択期間がクロックパルスφ3,/φ3と水平走査パルスとの論理積した出力で設定されるので、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間の時間差に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を読み出すことができる。また、水平シフトレジスタに入力するクロックパルス1周期の期間で、2画素分の信号出力を読み出せるので、高速読み出しに有利である。なお、この実施の形態では、水平シフトレジスタにCMOSクロックインバータ回路を用いたものを示したが、その具体的な構成については、これに限られるものではない。また、水平選択線の選択期間を設定するために、クロックパルスφ3,/φ3と水平走査パルスとのAND回路(論理積回路)を選択回路として用いたものを示したが、選択回路は図3の(A),(B),(C)に示すようなNAND回路(論理積の反転回路)、NOR回路(論理和の反転回路)、OR回路(論理和回路)など、論理演算機能を有する回路であれば同様に用いることができる。図3の(A)の選択回路は、選択回路ユニット300 ,301 を、NAND回路(論理積の反転回路)302 とP型トランジスタ303 とで構成している。また図3の(B)の選択回路は、選択回路ユニット310 ,311 を、反転回路312 とNOR回路(論理和の反転回路)313 とN型トランジスタ314 とで構成している。また図3の(C)の選択回路は、選択回路ユニット320 ,321 を、反転回路312 と、NOR回路313 と反転回路322 とからなるOR回路(論理和回路)と、P型トランジスタ323 とで構成している。更に本実施の形態では、画素としてCMDを用いたものを示したが、X・Yアドレス型の固体撮像装置に適用することができることは勿論、ラインセンサ適用可能なことは言うまでもない。
【0020】
〔第2の実施の形態〕
(構 成)
次に、第2の実施の形態について説明する。図4は本発明に係る固体撮像装置の第2の実施の形態を示す構成図であり、図10に示した従来例と同一の部分には同じ符号を付して示している。この実施の形態は請求項1及び4に対応するもので、図10に示した従来例と異なる部分は、選択回路40及び非選択スイッチ回路43(43−1,43−2,43−3,・・・43−n)である。非選択スイッチ回路43−1,43−2,43−3,・・・43−nには、水平走査パルスφs2,φs3,・・・φsn,φs(n+1)が入力されるようになっている。また選択回路40の構成は、次のようになっている。すなわち選択回路40は、第1の選択回路ユニット41と第2の選択回路ユニット42が交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数、すなわち合計n個並んで構成されている。
【0021】
第1の選択回路ユニット41は、高レベル信号が印加されるとオンし低レベル信号が印加されるとオフするスイッチ44,45,46と、容量47と、水平選択スイッチ48とから構成されている。スイッチ44とスイッチ45が直列に接続され、スイッチ44,45の共通接続点であるノードP41と定電源線VCとの間に、容量47を接続している。スイッチ45の出力であるノードP41−Dが水平選択スイッチ48のゲート端子に入力され、水平選択スイッチ48のソース端子が水平選択線3−1に、ドレイン端子が信号線9にそれぞれ接続されている。また、ノードP41−Dとグランド線49の間にスイッチ46を接続する構成となっている。スイッチ44に水平走査パルスφs1が入力され、スイッチ44,46はクロックパルスφ3により制御され、スイッチ45はクロックパルス/φ3により制御されるようになっている。
【0022】
第2の選択回路ユニット42は、スイッチ44に水平走査パルスφs2を入力し、スイッチ44,46をクロックパルス/φ3により制御し、スイッチ45をクロックパルスφ3により制御するように構成している点以外は、第1の選択回路ユニット41と同様の構成である。クロックパルスφ3は高レベルと低レベルとの期間が等しいパルスであり、またクロックパルス/φ3はクロックパルスφ3の反転クロックパルスである。
【0023】
(作 用)
次に図5を用いて、図4に示した固体撮像装置の動作を説明する。図5は、水平シフトレジスタ12と選択回路40の動作、及び垂直選択線2−1が選択された場合のCMD信号出力を示すタイミングチャートである。水平シフトレジスタ12には、スタートパルスφST,クロックパルスφ1,φ2を入力する。クロックパルスφ1,φ2の位相の関係は、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合を示している。
【0024】
まず、第1の選択回路ユニット41の動作について説明する。水平走査パルスφs1が、クロックパルスφ3により制御されるスイッチ44に入力され、ノードP41にはクロックパルスφ3の高レベル期間のみ水平走査パルスφs1が出力されるので、水平走査パルスφs1,クロックパルスφ3が共に高レベル期間に、高レベル信号を容量47に蓄える。容量47に蓄えられた高レベル信号は、クロックパルスφ3の高レベル期間に水平走査パルスφs1の低レベル信号がスイッチ44に入力されるまで保持される。ノードP41が、クロックパルス/φ3により制御されるスイッチ45に入力され、ノードP41−Dにはクロックパルス/φ3の高レベル期間のみノードP41が出力されるので、ノードP41,クロックパルス/φ3が共に高レベル期間に、高レベル信号が出力される。ノードP41−Dに現れた高レベル信号は、クロックパルスφ3により制御されるスイッチ46を介して、クロックパルスφ3の高レベル期間にリセットされ、低レベル信号となる。したがって、ノードP41とクロックパルス/φ3が共に高レベル期間のみ、ノードP41−Dに高レベル信号が出力される。水平走査パルスφs1とクロックパルスφ3との位相関係は、水平走査パルスφs1の高レベル期間内にクロックパルスφ3の高レベル期間が開始・終了されればよい。このような位相関係のクロックパルスφ3でスイッチ44,46を制御し、クロックパルス/φ3でスイッチ45を制御することにより、ノードP41−Dの高レベル期間は、クロックパルス/φ3の高レベル期間で決定される。
【0025】
次に、第2の選択回路ユニット42の動作について説明する。水平走査パルスφs1を水平走査パルスφs2に変え、スイッチ44,46を制御するクロックパルスφ3をクロックパルス/φ3とに変え、スイッチ45を制御するクロックパルス/φ3をクロックパルスφ3に変える点以外は、上記第1の選択回路ユニット41の場合と同様である。すなわち、水平走査パルスφs2とクロックパルス/φ3との位相関係を、水平走査パルスφs2の高レベル期間内にクロックパルス/φ3の高レベル期間を開始・終了させることで、ノードP42−Dの高レベル期間は、クロックパルスφ3の高レベル期間で決定される。
【0026】
以下、第1及び第2の選択回路ユニット41,42の動作が交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数だけ順に繰り返される。この結果、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。また、クロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以上のずれを生じた場合でも、上記と同様の動作がなされるので、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。
【0027】
以上のように、水平シフトレジスタ12に入力するクロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相の関係が、T=T1/2以外のずれの場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しく、これに対応してX方向に配列されているCMD1の信号読み出し期間が、奇数番目と偶数番目との画素で等しくなることになる。
【0028】
(効 果)
以上説明したように、本実施の形態によれば、水平選択線の選択期間が、クロックパルスφ3,/φ3で制御されるスイッチ44,45,46及び容量47とで設定されるので、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間の時間差に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を読み出すことができる。また、水平シフトレジスタに入力するクロックパルス1周期の期間で、2画素分の信号出力を読み出せるので、高速読み出しに有利である。更に、第1の実施の形態よりも回路構成を簡単にできる。なお、この実施の形態でも水平シフトレジスタにCMOSクロックインバータ回路を用いたものを示したが、その具体的な構成については、これに限られるものではない。また、本実施の形態では水平選択線の選択期間を設定するために、クロックパルスφ3,/φ3で制御されるスイッチ及び容量を選択回路として用いたものを示したが、選択回路は図6に示すようなラッチ回路などの水平走査パルスを保持する機能を有する回路であれば、同様に用いることができる。図6に示す選択回路は、第1及び第2の選択回路ユニット400 ,401 を、直列接続した反転回路402 ,403 をスイッチ44とスイッチ45との間に並列に接続して構成している。更に本実施の形態では、画素としてCMDを用いたものを示したが、X・Yアドレス型の固体撮像装置に適用することができることは勿論、ラインセンサ適用可能なことは言うまでもない。
【0029】
〔第3の実施の形態〕
(構 成)
次に、第3の実施の形態について説明する。図7は本発明に係る固体撮像装置の第3の実施の形態を示す構成図であり、図10に示した従来例と同一の部分には同じ符号を付して示している。この実施の形態は請求項1及び3に対応するもので、図10に示した従来例と異なる部分は、水平シフトレジスタ30及び選択回路50である。水平シフトレジスタ30の構成は図1に示した第1の実施の形態の水平シフトレジスタの構成と同様である。次に、選択回路50の構成について説明する。選択回路50は、第1の選択回路ユニット51と第2の選択回路52が交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数、すなわち合計n個並んで構成されている。
【0030】
第1の選択回路ユニット51は、高レベル信号が印加されるとR端子に接続し、低レベル信号が印加されるとL端子に接続するスイッチ53と、水平選択スイッチ54とから構成されている。ノードP51は水平選択スイッチ54のゲート端子に入力され、また水平選択スイッチ54のソース端子が水平選択線3−1に、またドレイン端子が信号線9に、それぞれ接続されるように構成されている。水平選択スイッチ54のゲート端子とスイッチ53を接続し、スイッチ53のL端子をグランド線49に接続し、R端子を水平走査パルスφs1の入力端子とする構成となっている。そしてスイッチ53はクロックパルスφ3により制御されるようになっている。
【0031】
第2の選択回路ユニット52は、スイッチ53のR端子に水平走査パルスφs2を入力し、スイッチ53をクロックパルス/φ3により制御するように構成している点以外は、第1の選択回路ユニット51と同様の構成である。クロックパルスφ3は高レベルと低レベルとの期間が等しいパルスであり、またクロックパルス/φ3はクロックパルスφ3の反転クロックパルスである。
【0032】
(作 用)
次に図8を用いて、図7に示した固体撮像装置の動作を説明する。図8は、水平シフトレジスタ30と選択回路50の動作、及び垂直選択線2−1が選択された場合のCMD信号出力を示すタイミングチャートである。水平シフトレジスタ30には、スタートパルスφST,クロックパルスφ1,φ2を入力する。クロックパルスφ1,φ2の位相の関係は、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以上のずれを生じた場合を示している。
【0033】
まず、第1の選択回路ユニット51の動作について説明する。水平走査パルスφs1が、クロックパルスφ3の高レベル期間スイッチ53のR端子に入力されるので、ノードP51には、水平走査パルスφs1,クロックパルスφ3が共に高レベル期間に、高レベル信号が出力される。ノードP51に現れた高レベル信号は、クロックパルスφ3低レベル期間にスイッチ53のL端子が接続されるので、リセットされ低レベル信号となる。水平走査パルスφs1とクロックパルスφ3との位相関係は、水平走査パルスφs1の高レベル期間内にクロックパルスφ3の高レベル期間が開始・終了されればよい。このような位相関係のパルスでスイッチ53を制御することにより、ノードP51の高レベル期間は、クロックパルスφ3の高レベル期間で決定される。
【0034】
次に、第2の選択回路ユニット52の動作について説明する。水平走査パルスφs1を水平走査パルスφs2に変え、スイッチ53を制御するクロックパルスφ3をクロックパルス/φ3に変える点以外は、上記第1の選択回路ユニット51の場合と同様である。すなわち、水平走査パルスφs2とクロックパルス/φ3との位相関係を、水平走査パルスφs2の高レベル期間内にクロックパルス/φ3の高レベル期間を開始・終了させることで、ノードP52の高レベル期間は、クロックパルス/φ3の高レベル期間で決定される。
【0035】
以下、第1及び第2の選択回路ユニット51,52の動作が交互に水平選択線3(3−1,3−2,・・・,3−n)の数だけ順に繰り返される。この結果、周期T1のクロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以上のずれを生じた場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。また、クロックパルスφ1に対してクロックパルスφ2の位相が、T1/2以下のずれを生じた場合でも、上記と同様の動作がなされるので、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しくなる。
【0036】
以上のように、水平シフトレジスタ30に入力するクロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相の関係が、T=T1/2以外のずれの場合でも、奇数番目の水平選択線3−1,3−3,・・・の選択期間と偶数番目の水平選択線3−2,・・・の選択期間が等しく、これに対応してX方向に配列されているCMD1の信号読み出し期間が、奇数番目と偶数番目との画素で等しくなることになる。
【0037】
(効 果)
以上説明したように、本実施の形態によれば、水平選択線の選択期間が、クロックパルスφ3,/φ3で制御されるスイッチ53で設定されるので、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間の時間差に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を読み出すことができる。また、水平シフトレジスタに入力するクロックパルス1周期の期間で、2画素分の信号出力を読み出せるので、高速読み出しに有利である。更に、第1及び第2の実施の形態よりも回路構成を簡単にできる。なお、この実施の形態でも、水平シフトレジスタにCMOSクロックインバータ回路を用いたものを示したが、その具体的な構成については、これに限られるものではない。また、本実施の形態では、水平選択線の選択期間を設定するために、クロックパルスφ3,/φ3で制御されるスイッチを選択回路として用いたものを示したが、選択回路は、図9に示すように複数のスイッチを組み合わせて構成したものを用いてもよい。図9に示した選択回路は、第1及び第2の選択回路ユニット500 ,501 をスイッチ502 ,503 で構成している。更に本実施の形態では、画素としてCMDを用いたものを示したが、X・Yアドレス型の固体撮像装置に適用することができることは勿論、ラインセンサ適用可能なことは言うまでもない。
【0038】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、請求項1〜4記載の発明によれば、水平シフトレジスタに入力するクロックパルスの複雑な制御なしで、水平選択線の選択期間の時間差に関する問題を発生せずに、画素アレイの信号を読み出すことができる。更に、請求項1〜4記載の各発明は、水平シフトレジスタに入力するクロックパルス1周期の期間で2画素分の信号出力を読み出せるので、高速読み出しに有利である等の効果を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の第1の実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1に示した第1の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図3】図1に示した第1の実施の形態における選択回路の他の構成例を示す図である。
【図4】本発明に係る固体撮像装置の第2の実施の形態を示す構成図である。
【図5】図4に示した第2の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図6】図4に示した第2の実施の形態における選択回路の他の構成例を示す図である。
【図7】本発明に係る固体撮像装置の第3の実施の形態を示す構成図である。
【図8】図7に示した第3の実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図9】図7に示した第3の実施の形態における選択回路の他の構成例を示す図である。
【図10】従来の固体撮像装置を示す構成図である。
【図11】図10に示した従来例の水平シフトレジスタを示す回路構成図である。
【図12】図10に示した従来例において、クロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相関係を半周期ずらした場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図13】図10に示した固体撮像装置において、クロックパルスφ1とクロックパルスφ2との位相関係を半周期以下にずらした場合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 CMD
2 垂直選択線
3 水平選択線
4 グランド線
5 非選択用スイッチ
6 反転回路
7 第1の水平選択スイッチ
8 第2の水平選択スイッチ
9 信号線
10 垂直走査回路
11 水平走査回路
12 水平シフトレジスタ
13 選択回路
30 水平シフトレジスタ
31 選択回路
32 第1の選択回路ユニット
33 第2の選択回路ユニット
38 反転回路
39 水平選択スイッチ
40 選択回路
41 第1の選択回路ユニット
42 第2の選択回路ユニット
43 非選択スイッチ回路
48 水平選択スイッチ
49 グランド線
50 選択回路
51 第1の選択回路ユニット
52 第2の選択回路ユニット
53 スイッチ
58 水平選択スイッチ

Claims (4)

  1. 受光素子からなる画素を複数個配列して構成した画素アレイと、該画素アレイの各画素を順に走査して各画素の信号を読み出す水平走査回路及び垂直走査回路とを備えた固体撮像装置において、前記水平走査回路は、同一周期で位相の異なる2相の入力クロックパルスのそれぞれに同期した走査パルスを順次発生するシフトレジスタと、前記2相の入力クロックパルスと同一周期で、デューティ比50%のコントロールパルスと前記シフトレジスタから順次発生する走査パルスとを用いて画素の信号を読み出す水平選択パルスを、前記シフトレジスタの入力クロックパルスの1/2周期毎に前記コントロールパルスに同期して順次出力する選択回路とからなることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記選択回路は、前記コントロールパルスとシフトレジスタからの走査パルスとの論理演算により水平選択パルスを出力するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記選択回路は、前記シフトレジスタからの走査パルスを伝達するためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段を前記コントロールパルスで制御して、水平選択パルスを出力するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記選択回路は、前記シフトレジスタからの走査パルスを保持するためのラッチ手段を有し、該ラッチ手段を前記コントロールパルスで制御して、水平選択パルスを出力するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
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