JP4191151B2

JP4191151B2 - 固体撮像装置の駆動方法

Info

Publication number: JP4191151B2
Application number: JP2005046460A
Authority: JP
Inventors: 里志風間; 哲夫野本; 慎一中島
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JP2005192250A

Description

この発明は、受光面の任意領域の受光画素の出力を読み出すことの可能な固体撮像装置における遮光画素の読み出し駆動方法に関する。

一般に、撮像装置では、温度等の周辺環境の変化に対し安定した出力を得るため、遮光した画素を設け、その画素の出力を基準とするＯＢ（Optical Black ）クランプを行う。ＯＢクランプを行うためには有効撮像領域の前縁もしくは後縁に、画素への光の入射を遮断したＯＢ画素を設け、水平もしくは垂直ブランキング期間にＯＢ画素の信号を読み出すようにしている。

一方、受光面の任意領域の受光画素を読み出す固体撮像装置としては、本件出願人が提案した特開平６−３５０９３３号公報に開示されているように、任意の位置から走査を開始させることが可能なシフトレジスタを用いて任意の位置から走査を開始すると共に、クリアする手段を付加して任意の位置で走査を途中で停止することにより任意領域の受光画素を読み出すようにした固体撮像装置がある。
特開平６−３５０９３３号公報

しかしながら、従来の受光面の任意領域の受光画素を読み出すようにした固体撮像装置においては、その信号読み出しの任意領域の範囲に遮光画素が含まれていないとＯＢ画素の出力を得ることができず、ＯＢクランプが不可能となり、安定した撮像動作ができなくなる。

本発明は、従来の受光面の任意領域の受光画素を読み出す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、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す際に、遮光画素の出力を連続的に得ることができ、安定したＯＢクランプを可能とする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、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有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の水平走査方向の後縁の列に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しが終了した後、垂直ブランキング期間に、１行もしくは複数行に対し水平走査を遮光画素の位置まで継続し、遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の水平走査方向の前縁の列に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しに先立って、垂直ブランキング期間に、１行もしくは複数行に対し水平走査を先頭画素から行い遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とするものである。請求項３に係る発明は、２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の垂直走査方向の後縁の行に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しが終了した後、垂直ブランキング期間に、通常の垂直走査に比べて高速に垂直走査を行い、高速の垂直走査中は水平走査を停止し、遮光画素が設けられている行が選択されたら全画素読み出しもしくは任意画素読み出しと同様の水平走査を行って、選択された行の全ての遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とするものである。請求項４に係る発明は、２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の垂直走査方向の前縁の行に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しに先立って、垂直ブランキング期間に、遮光画素の１行もしくは複数行に対し垂直走査を先頭画素から行い、且つ、全画素読み出しもしくは任意画素読み出しと同様の水平走査を行って、選択された行の全ての遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、任意画素読み出しにおいても遮光画素の出力を連続的に得ることができ、安定したＯＢクランプが可能な固体撮像装置の駆動方法を実現できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

次に、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の実施例について説明する。本実施例に係る固体撮像装置の駆動方法は、任意の画素からの信号を読み出す場合においても、ＯＢ画素の信号を得ることができ、安定したＯＢクランプを可能とするものである。図１は、本実施例に係る固体撮像装置の駆動方法を実施するための固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。図１において、10は７×７に配列された画素で、10−１は読み出し画素を示している。図１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、走査開始位置及び走査終了位置を任意に設定可能な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、任意範囲走査として、中央部の３×３画素10−１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７段のシフトレジスタのうち、第３，４，５段から選択信号が出力されるようにする。これにより、７×７画素のうち図２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。

次に、本実施例におけるＯＢ画素の信号読み出しについて、図３に示したタイミングチャートをもとに説明する。図３の（ａ）は、図１及び図２で示したように、７×７画素のうち、中央部の３×３画素からの信号を読み出す場合の出力信号を示している。信号読み出し期間には、画素（ｉ，ｊ）のうち、ｉ＝３〜５，ｊ＝３〜５の画素の出力が得られる。ここでは、読み出し範囲にＯＢ画素が含まれていないため、ＯＢ画素の信号は得られない。以下の説明においても信号読み出し期間に読み出す画素は、ｉ＝３〜５，ｊ＝３〜５の画素とする。

図３の（ｂ）は、水平走査の後縁のＯＢ画素の出力を得るときの出力信号を示している。図１において、ｉ＝７の画素列をＯＢ画素とする。この実施の形態では、ｊ＝３，４の画素行の信号を読み出した後、ｊ＝５の画素行の信号をｉ＝３から５まで読み出し、そのままｊ＝５の画素行の信号の読み出しをｉ＝７まで継続する。ｉ＝７の画素はＯＢ画素であるので、時刻ｔ_BにＯＢ画素（ｉ＝５，ｊ＝７）の出力を得ることができる。なお、ｉ＝６の画素の読み出し以降は垂直ブランキング期間ＶＢＬとなる。ここでは、読み出し範囲内のｊ＝５のＯＢ画素を読み出す例を説明したが、ｊ＝５の画素行はｉ＝５までの読み出しで終了し、垂直ブランキング期間に入った後、ｊ＝６の画素行の信号をｉ＝１又はｉ＝３からｉ＝７まで読み出し、ｉ＝７，ｊ＝６の画素の信号をＯＢ画素の信号として読み出すようにしてもかまわない。

図３の（ｃ）は、水平走査の前縁のＯＢ画素の出力を得るときの出力信号を示している。図１において、ｉ＝１の画素列をＯＢ画素とする。ここでは、ｊ＝３の画素行はｉ＝１から信号を読み出す。ｉ＝１の画素はＯＢ画素であるので、時刻ｔ_CにＯＢ画素（ｉ＝１，ｊ＝３）の出力を得ることができる。なお、ｉ＝２，ｊ＝３の画素の読み出しまでが垂直ブランキング期間となる。ここでは、読み出し範囲内のｊ＝３の画素行のＯＢ画素を読み出す例を説明したが、ｊ＝３の画素行はｉ＝３から読み出し、垂直ブランキング期間に、ｊ＝２の画素行をｉ＝１から読み出し、ｉ＝１，ｊ＝２の画素の信号をＯＢ画素の信号として読み出してもかまわない。

図３の（ｄ）は、水平走査の前縁のＯＢ画素の出力を得るときの別の例の出力信号を示している。図１において、ｉ＝１の画素列をＯＢ画素とする。ここでは、ｊ＝３〜５の画素行に対して、それぞれの行のｉ＝３〜５の画素の信号読み出しに先立つ水平ブランキング期間に、各行のｉ＝１の画素の信号を読み出す。各行のｉ＝１の画素はＯＢ画素であるので、時刻ｔ_D1，ｔ_D2，ｔ_D3には、それぞれ、（１，３），（１，４），（１，５）のＯＢ画素の信号を読み出すことができる。これらの画素の信号を読み出した後、一旦水平走査を終了し水平有効期間にはｉ＝３〜５，ｊ＝３〜５の画素を読み出すように走査する。ここでは特定の行の信号読み出しに先立つ水平ブランキング期間に、これから読み出す行のＯＢ画素の出力を得る例を示したが、この水平ブランキング期間の直前の信号読み出し期間に読み出された行のＯＢ画素の出力を得るようにしてもかまわない。

図３の（ｅ）は、垂直走査の後縁のＯＢ画素の出力を得るときの出力信号を示している。図１において、ｊ＝７の画素行をＯＢ画素とする。ｉ＝３〜５，ｊ＝３〜５の画素の信号を読み出した後、高速に垂直走査を行い、ｊ＝７の画素行をｉ＝１〜７まで読み出す。ここで、高速の垂直走査中は水平走査は行わない。ｊ＝７の画素行は全てＯＢ画素であるので、時刻ｔ_EにＯＢ画素の出力を得ることができる。なお、ここではｊ＝７の画素行のｉ＝３〜５の画素のみを読み出して、ＯＢ画素出力としてもかまわない。

図３の（ｆ）は、垂直走査の前縁のＯＢ画素の出力を得るときの出力信号を示している。図１において、ｊ＝１の画素行をＯＢ画素とする。ｉ＝３〜５，ｊ＝３〜５の画素の信号の読み出しに先立って、ｊ＝１の画素行をｉ＝１〜７まで読み出す。ｊ＝１の画素行は全てＯＢ画素なので、時刻ｔ_FにはＯＢ画素の出力が得られる。ここでは、ｊ＝１，ｉ＝１〜７の画素を読み出す例を示したが、ｊ＝１，ｉ＝３〜５の画素を読み出すようにしてもかまわない。

以上説明したように、本実施例によれば任意の範囲の走査において、任意の範囲にＯＢ画素が含まれていない場合でも、ＯＢ画素の出力を得ることができ、ＯＢクランプ動作を可能とする。本実施例では、非遮光画素の上下左右にＯＢ画素が設けられ、そのうちの一部のＯＢ画素の信号を読み出す例を示したが、複数部のＯＢ画素を組み合わせて読み出すようにしてもよい。また、非遮光画素の上下左右のいずれか１個所、２個所もしくは３個所にＯＢ画素が設けられている場合においては、そのＯＢ画素が設けられている部分の読み出しを本実施例にしたがって行えばよい。また、本実施例では、ＯＢ画素は非遮光画素の周辺に１画素ずつ配列されている例を示したが、周辺に複数画素配列されていてもよく、その場合は、１回のＯＢ画素の読み出しは、複数画素又は複数行の画素に対して行うこともできる。

上記実施例では、ＸＹアドレス型の２次元エリアセンサの例を示したが、１次元ラインセンサにも応用可能であることは明白である。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の実施例を実施するための固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。図１に示した固体撮像装置の画素の走査範囲を示す図である。図１に示した実施例におけるＯＢ画素の読み出し態様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

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

Claims

２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の水平走査方向の後縁の列に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しが終了した後、垂直ブランキング期間に、１行もしくは複数行に対し水平走査を遮光画素の位置まで継続し、遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の水平走査方向の前縁の列に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しに先立って、垂直ブランキング期間に、１行もしくは複数行に対し水平走査を先頭画素から行い遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の垂直走査方向の後縁の行に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しが終了した後、垂直ブランキング期間に、通常の垂直走査に比べて高速に垂直走査を行い、高速の垂直走査中は水平走査を停止し、遮光画素が設けられている行が選択されたら全画素読み出しもしくは任意画素読み出しと同様の水平走査を行って、選択された行の全ての遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
２次元状に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、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からなり、有効画素領域の一部分の任意領域からの画素信号を読み出す任意画素読み出しを行うようにしたＸＹアドレス型の固体撮像装置の駆動方法において、前記有効画素領域の垂直走査方向の前縁の行に遮光画素を備え、１画面分の任意画素読み出しに先立って、垂直ブランキング期間に、遮光画素の１行もしくは複数行に対し垂直走査を先頭画素から行い、且つ、全画素読み出しもしくは任意画素読み出しと同様の水平走査を行って、選択された行の全ての遮光画素の信号を読み出すようにしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。