JP4310125B2 - 固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の画素からなる撮像部を有する固体撮像装置に関し、特に縮小画像を取得する回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が注目されている。この固体撮像装置は、画素を表す各セル毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度という特徴を持つ。
【０００３】
このような固体撮像装置では、二次元に配列された画素を有する撮像部を水平走査又は垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化を図っている。
【０００４】
図９は、特許文献１、２等に開示された従来技術における固体撮像装置の概略構成を示す図である。同図における固体撮像装置は、全ての画素信号を順次出力して通常の画像を取得することに加えて、縮小画像を取得するために選択回路２００を有している。縮小画像は、例えば、カメラや携帯電話機の液晶パネルに表示されるモニター用の表示画像として利用される。通常の画像を取得する場合には、選択回路２００は、走査回路１００の出力信号に従って信号出力部３から全ての画素信号が順次出力されるように選択動作を行う。また、縮小画像を取得する場合には、選択回路２００は、走査回路１００の出力信号に基づいて、画素を混合するために、信号出力部３から複数の画素信号が同時に出力されるように選択動作を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−８８８０８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−１８２００５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術における固体撮像装置によれば次の問題がある。
【０００８】
第１に、選択回路の選択動作を制御する複雑なパルス信号を供給するためのタイミングジェネレータ等の制御回路を必要とし、回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
第２に、シフトレジスタと撮像素子との間に選択回路を備えるので、シフトレジスタから見て選択回路内のスイッチトランジスタのオン・オフによって出力信号にかかる負荷インピーダンスが変化する。これにより、出力信号のタイミングのズレと出力電圧の低下が生じてしまい、その結果、画像に固定ノイズパターンが発生し画質が劣化するという問題がある。特に、近年のカメラ付き携帯電話機やデジタルカメラなどにおける電源の低電圧化に伴って、ダイナミックロジック回路の動作電圧マージンが少なくなっており、低電圧で動作する固体撮像装置においては上記の出力信号の負荷インピーダンスの変化は、画質に顕著に影響する。
【００１０】
上記課題に鑑み本発明は、複雑な制御を要せずに縮小画像を生成し、しかも画質劣化を生じさせない固体撮像装置、その駆動方法及びカメラを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、複数の画素からなる撮像部を有する固体撮像装置であって、撮像部の行又は列を選択するための選択信号を走査するための複数の単位レジスタからなる走査手段と、前記複数の単位レジスタの入出力信号の接続経路を第１動作モードと第２動作モードとで選択的に切り換える選択手段を備え、前記選択手段は、前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続し、前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた単位レジスタを接続する飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、走査手段からの選択信号は、途中に回路を介在するとなく撮像部に出力されるので、通常の画像を取得する第１動作モードと縮小画像を取得する第２動作モードとで出力信号にかかる負荷インピーダンスが変化しないので、出力信号のタイミングのずれ及び電圧低下を解消することができる。その結果、画質劣化を生じさせる固定ノイズパターンの発生を防止し、しかも、接続経路の形成には複雑な制御を要しないという効果がある。
【００１３】
ここで、前記選択手段は、前記第２動作モードにおいてスタートパルスを複数の単位レジスタの入力に印加するよう接続する構成としてもよい。
【００１４】
また、前記選択手段は、前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた複数の単位レジスタが同時にシフト動作をするように前記飛び越し接続を含む接続経路により接続する構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、複数の単位レジスタにスタートパルスが印加され、飛び越し接続を含む接続経路において複数の単位レジスタのレジスタ信号が同時にシフトすることにより、複数の画素を混合した縮小画像を取得することができる。加えて、接続経路が異なる第１動作モードと第２動作モードとで単位レジスタに入力されるスタートパルスと、シフト動作の基準となるクロックパルスとを共用することができ、複雑な制御パルス（及びその制御回路)を必要としない。
【００１６】
ここで、前記走査手段は、前記第２動作モードにおいて、混合すべき少なくとも２つの画素に対応する少なくとも２つの単位レジスタから同時に選択信号を出力する走査を行う構成としてもよい。また、前記撮像部は色分けされた画素を有し、前記混合すべき画素は同色の画素としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、複数画素を同時に選択するので、当該複数の画素を混合した画素からなる縮小画像を取得することができる。
【００１８】
ここで、前記選択手段は、前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続する第１スイッチ群と、前記第２動作モードにおいて前記飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続する第２スイッチ群とを有する構成としてもよい。
【００１９】
この構成によれば、選択手段は、第１、第２動作モードにおける接続経路を形成するための第１、第２スイッチ群からなるので、画素選択のための動的な制御を要せずして静的に接続経路を形成することができるという効果がある。
【００２０】
ここで、前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、第(2n+1)番目の単位レジスタの出力と第(2n+2)番目の単位レジスタの入力とを接続し、第(2n+2)番目の単位レジスタの出力と第(2n+5)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第１及び３番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加されるようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、１／２縮小画像を取得するための図２に示すような回路構成とすることができる。
【００２２】
また、前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、 第(3n+1)番目の単位レジスタの出力と第(3n+4)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第(3n+3)番目の単位レジスタの出力と第(3n+6)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第(3n+5)番目の単位レジスタの出力と第(3n+8)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第１、３及び５番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加されるようにしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、１／３縮小画像を取得するための図５に示すような回路構成とすることができる。
【００２４】
ここで、前記第１、第２スイッチ群はそれぞれ第１、第２動作モードにおいてオンになるトランジスタスイッチにより構成してもよい。
【００２５】
この構成によれば、選択手段は、第１、第２動作モードにおける接続経路を形成するために、トランジスタスイッチを静的にオン・オフを設定することにより接続経路を形成することができるという効果がある。
【００２６】
また、本発明における固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置を備えるカメラについても上記と同様の構成、作用及び効果を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置は、電源電圧が低いカメラ付き携帯型電話機やデジタルカメラ等に実装される。以下固体撮像装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。同図のように固体撮像装置は、撮像部１０と、走査回路１と、選択回路２と、信号出力部３とを有し、走査回路１から出力信号が信号出力部３に直接入力されるので、通常の画像を取得する動作と縮小画像を取得する動作とで出力信号にかかる負荷のインピーダンス変化を生じさせない構成となっている。
【００２９】
撮像部１０は、フォトダイオードを有する複数画素の行列として構成される。
【００３０】
走査回路１は、通常の画像を取得する動作モード（以下通常モードと呼ぶ。）では、撮像部１０の一行内の画素数と同数の出力信号のうち１つだけをアクティブにして走査し、また、縮小画像を取得する動作モード（以下縮小モードと呼ぶ。）では、出力信号のうち同時に２つをアクティブにして走査する。
【００３１】
選択回路２は、走査回路１における通常モードと縮小モードを選択する。
【００３２】
信号出力部３は、撮像部１０の一行内の画素数と同数のスイッチを有する。各スイッチは、走査回路１からの出力信号によってオンし、撮像部１０からの画素信号を出力する。
【００３３】
図２は、走査回路１及び選択回路２の具体的な構成例を示すブロック図である。同図において、走査回路１は、単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・に相当する部分であり、選択回路２はスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−５、・・・、ＳＷ２−３、ＳＷ２−５・・・に相当する部分である。以下では、走査回路１と選択回路２とからなる構成を単にシフトレジスタと呼ぶ。
【００３４】
単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・は、それぞれ、図８（ａ）の回路例に示すようにＮＭＯＳ型トランジスタTr1、Tr2、キャパシタCap1からなる。これらの単位レジスタには、シフト動作の基準となる二相クロック信号（Clk1信号及びClk2信号）が供給される。Clk1信号は奇数番目の単位レジスタに、Clk2信号は偶数番目の単位レジスタに入力される。これにより、奇数番目の単位レジスタと偶数番目の単位レジスタとが交互に動作する。
【００３５】
入力信号Inがハイレベルである場合の単位レジスタの動作説明図を図８（ｂ）に示す。入力信号Inがハイレベルであるので、クロック信号Clkの立ち上がり（図中▲１▼）の前に、トランジスタTr1のゲート容量及びキャパシタＣ１の電位によってトランジスタTr1のゲート電極は既にハイレベルになっている。この状態で、クロック信号Clkがローレベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタTr１のゲート電圧InがキャパシタＣ１を介してブートされる（同▲２▼）。また、トランジスタTr１はゲートにハイレベルよりも高電圧が印加されることから、ゲート下のポテンシャルがクロック(clk)のハイレベル以上になり、Out信号にClk信号のハイレベルが出力される（同▲３▼）。Clk信号が立ち下がると、Out信号にClk信号のローレベルが出力される。このとき、Next信号は、一方向性トランジスタTr２のゲート容量にハイレベルが保持されているので、Clk信号が立ち下がった後もハイレベルを出力する。
【００３６】
一方、入力信号Inがローレベル（又はフローティング）である場合にはブートトランジスタTr1がオンしないので、クロック信号Clkが入力されても、Out信号、Next信号は何れもローレベル（又はフローティング）のままである。
【００３７】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−５、・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ１と呼ぶ。）はそれぞれ通常モードではオン、縮小モードではオフである。スイッチＳＷ１は、単位レジスタのNext信号とIn信号とを隣接する単位レジスタ間で接続する。その結果、通常モードでは、シフトレジスタは出力信号Outの何れか１つのみをアクティブにして走査することになる。
【００３８】
スイッチＳＷ２−３、ＳＷ２−５・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ２と呼ぶ。）は、それぞれ通常モードではオフ、縮小モードではオンである。スイッチＳＷ２は、混合すべき２つの画素信号を同時に読み出すために、２つの出力信号をアクティブにして走査するように接続されている。図２のシフトレジスタでは、ＲＥＳ１とＲＥＳ３、ＲＥＳ２とＲＥＳ４、ＲＥＳ５とＲＥＳ７、・・・の２つの単位レジスタの出力信号が同時にアクティブになる。この同時にアクティブになる２つの出力信号は、図３に示す撮像部１０の構成例における同色の画素に対応している。図３における撮像部１０の画素配列はいわゆるベイヤー配列になっている。
【００３９】
また、スイッチＳＷ１とＳＷ２からなる選択回路２は、通常モードか縮小モードかに応じてスイッチＳＷ１とＳＷ２とをオン又はオフに静的に設定されるので、シフト動作に同期した制御パルスの印加などのタイミングの制御を必要としない。
【００４０】
図４（ａ）は、図２に示したシフトレジスタの通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。通常モードでは、スイッチＳＷ１はオンに、スイッチＳＷ２はオフになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、１つずつ順にアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、１画素分の画素信号が順に出力される。
【００４１】
図４（ｂ）は、図２に示したシフトレジスタの縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。縮小モードでは、スイッチＳＷ１はオフに、スイッチＳＷ２はオンになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、同時に２つがアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、２画素が混合された画素信号が順に出力される。例えば、出力信号Out1とOut3によって画素Ｇ１の画素信号と画素Ｇ２の画素信号とが加算された画素信号が出力信号として得られる。同様に、出力信号Out2とOut4によって画素Ｒ１とＲ２とが加算された画素信号が、出力信号Out5とOut7によって画素Ｇ３とＧ４とが加算された画素信号が得られる。
【００４２】
以上説明してきたように実施の形態１におけるシフトレジスタ（走査回路１及び選択回路２）によれば、走査回路１と撮像部との間に選択回路が介在しないので、走査回路１から見て出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化が生じることなく、また、出力信号が走査回路１から撮像部１０に直接出力されるので電圧低下も生じないことから、通常モードにおいても縮小モードにおいても画像に固定ノイズパターンが発生することを解消している。特に、固体撮像装置が低電圧で動作する場合に効果的である。
【００４３】
また、選択回路２は走査回路１のシフト動作中は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は静的にオン、オフしているので、選択動作を制御する複雑なパルス信号を供給するためのタイミングジェネレータ等の制御回路が不要であり、回路構成が簡単にしている。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態における固体撮像装置の主要部の概略構成は図１と同じである。
【００４５】
図５は、走査回路１及び選択回路２の構成例を示すブロック図である。同図において、走査回路１は、単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・に相当する部分であり、選択回路２はスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・、ＳＷ２−１、ＳＷ２−３・・・に相当する部分である。走査回路１と選択回路２とからなる構成を単にシフトレジスタと呼ぶ。
【００４６】
同図の構成は、図２と比較して、縮小モードにおいて、１／２の縮小画像を取得する代わりに１／３の縮小画像を得るために、３つの出力信号を同時にアクティブにして走査するよう構成されている。
【００４７】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ１と呼ぶ。）はそれぞれ通常モードではオン、縮小モードではオフである。スイッチＳＷ１は、単位レジスタのNext信号とIn信号とを隣接する単位レジスタ間で接続する。その結果、通常モードでは、シフトレジスタは出力信号Outの何れか１つのみをアクティブにして走査することになる。
【００４８】
スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−３・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ２と呼ぶ。）は、それぞれ通常モードではオフ、縮小モードではオンである。スイッチＳＷ２は、混合すべき３つの画素信号を同時に読み出すために、３つの出力信号をアクティブにして走査するように接続されている。同時にアクティブになる３つの出力信号は、図３に示した撮像部１０の構成例における同色の画素に対応している。
【００４９】
図６（ａ）は、図５に示したシフトレジスタの通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。通常モードでは、スイッチＳＷ１はオンに、スイッチＳＷ２はオフになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、１つずつ順にアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、１画素分の画素信号が順に出力される。
【００５０】
図６（ｂ）は、図５に示したシフトレジスタの縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。縮小モードでは、スイッチＳＷ１はオフに、スイッチＳＷ２はオンになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、同時に３つがアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、３画素が混合された画素信号が順に出力される。例えば、出力信号Out1とOut3とOut５によって画素Ｇ１、Ｇ２、G3の画素信号が加算された画素信号が出力信号として得られる。同様に、出力信号Out4、Out6、Out8によって画素Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が加算された画素信号が得られる。
【００５１】
図７は、図５に示したシフトレジスタにおいてスイッチＳＷ１、ＳＷ２をトランジスタにより構成した場合の回路例を示す。
【００５２】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・は、トランジスタＴｒ４−１、Ｔｒ４−２、・・・により構成される。各トランジスタＴｒ４のゲートには、通常モードでハイレベル、縮小モードでローレベルになるモード信号CONT１が入力される。
【００５３】
スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−３、・・・は、トランジスタＴｒ５−１、Ｔｒ５−３、・・・により構成される。各トランジスタＴｒ５のゲートには、通常モードでローレベル、縮小モードでハイレベルになるモード信号CONT2が入力される。
【００５４】
以上説明してきたように実施の形態２におけるシフトレジスタ（走査回路１及び選択回路２）によれば、通常モードにおいても縮小モードにおいても、走査回路１から見て出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化が生じないことから、出力信号のタイミングのズレも電圧低下の生じないので、画像に固定ノイズパターンが発生することを解消している。特に、固体撮像装置が低電圧で動作する場合に効果的である。また、選択回路２は走査回路１のシフト動作中は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は静的にオン、オフしているので、回路構成が簡単である。
【００５５】
なお、実施の形態１のシフトレジスタでは同色の画素に対応する２つの出力信号を、実施の形態２のシフトレジスタでは同色の画素に対応する３つの出力信号を同時にアクティブにする構成を示したが、４つ以上の出力信号を同時にアクティブにするように構成してもよい。
【００５６】
また、実施の形態１のシフトレジスタでは第１番目と第３番目の単位レジスタに同時にスタートパルスが印加されているが、この代わりに第１番目と第３番目の単位レジスタの何れか１つに印加する構成としてもよい。この場合、奇数番目又は偶数番目の画素信号を間引いた画像を取得することになる。さらに、第１番目と第３番目の単位レジスタに同時にスタートパルスを印加する代わりに、タイミングをずらしてスタートパルスを印加する構成としてもよい。
【００５７】
また、実施の形態２のシフトレジスタでは第１、３及び５番目の単位レジスタにスタートパルスが印加されているが、第１、３及び５番目の単位レジスタの何れか１つに印加する構成としてもよいし、何れか２つに印加する構成としてもよい。さらに、第１、３及び５番目の単位レジスにタタイミングをずらしてスタートパルスを印加する構成としてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、通常の画像を取得する第１動作モードと縮小画像を取得する第２動作モードとで出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化を生じさせないことから、出力信号のタイミングのズレや電圧低下が解消される。その結果、画質劣化を生じさせる固定ノイズパターンの発生を防止し、しかも、接続経路の形成には複雑な制御を要しないという効果がある。
【００５９】
また、複数画素を同時に選択するので、当該複数の画素を混合した画素からなる縮小画像を取得することができる。
【００６０】
本発明の固体撮像装置の駆動方法及びカメラについても同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図２】走査回路と選択回路からなるシフトレジスタの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】撮像部の構成例を示す図である。
【図４】（ａ）通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
（ｂ）縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図５】実施の形態２における走査回路と選択回路からなるシフトレジスタの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
（ｂ）縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】シフトレジスタにおけるスイッチをトランジスタにより構成した場合の回路例を示す。
【図８】（ａ）単位レジスタの回路例に示す図である。
（ｂ）単位レジスタの動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図９】従来技術における固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 走査回路
２ 選択回路
３ 信号出力部
１０ 撮像部
ＲＥＳ 単位レジスタ
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ
Ｔｒ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の画素からなる撮像部を有する固体撮像装置に関し、特に縮小画像を取得する回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が注目されている。この固体撮像装置は、画素を表す各セル毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度という特徴を持つ。
【０００３】
このような固体撮像装置では、二次元に配列された画素を有する撮像部を水平走査又は垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化を図っている。
【０００４】
図９は、特許文献１、２等に開示された従来技術における固体撮像装置の概略構成を示す図である。同図における固体撮像装置は、全ての画素信号を順次出力して通常の画像を取得することに加えて、縮小画像を取得するために選択回路２００を有している。縮小画像は、例えば、カメラや携帯電話機の液晶パネルに表示されるモニター用の表示画像として利用される。通常の画像を取得する場合には、選択回路２００は、走査回路１００の出力信号に従って信号出力部３から全ての画素信号が順次出力されるように選択動作を行う。また、縮小画像を取得する場合には、選択回路２００は、走査回路１００の出力信号に基づいて、画素を混合するために、信号出力部３から複数の画素信号が同時に出力されるように選択動作を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−８８８０８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−１８２００５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術における固体撮像装置によれば次の問題がある。
【０００８】
第１に、選択回路の選択動作を制御する複雑なパルス信号を供給するためのタイミングジェネレータ等の制御回路を必要とし、回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
第２に、シフトレジスタと撮像素子との間に選択回路を備えるので、シフトレジスタから見て選択回路内のスイッチトランジスタのオン・オフによって出力信号にかかる負荷インピーダンスが変化する。これにより、出力信号のタイミングのズレと出力電圧の低下が生じてしまい、その結果、画像に固定ノイズパターンが発生し画質が劣化するという問題がある。特に、近年のカメラ付き携帯電話機やデジタルカメラなどにおける電源の低電圧化に伴って、ダイナミックロジック回路の動作電圧マージンが少なくなっており、低電圧で動作する固体撮像装置においては上記の出力信号の負荷インピーダンスの変化は、画質に顕著に影響する。
【００１０】
上記課題に鑑み本発明は、複雑な制御を要せずに縮小画像を生成し、しかも画質劣化を生じさせない固体撮像装置、その駆動方法及びカメラを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、複数の画素からなる撮像部を有する固体撮像装置であって、撮像部の行又は列を選択するための選択信号を走査するための複数の単位レジスタからなる走査手段と、前記複数の単位レジスタの入出力信号の接続経路を第１動作モードと第２動作モードとで選択的に切り換える選択手段を備え、前記選択手段は、前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続し、前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた単位レジスタを接続する飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、走査手段からの選択信号は、途中に回路を介在するとなく撮像部に出力されるので、通常の画像を取得する第１動作モードと縮小画像を取得する第２動作モードとで出力信号にかかる負荷インピーダンスが変化しないので、出力信号のタイミングのずれ及び電圧低下を解消することができる。その結果、画質劣化を生じさせる固定ノイズパターンの発生を防止し、しかも、接続経路の形成には複雑な制御を要しないという効果がある。
【００１３】
ここで、前記選択手段は、前記第２動作モードにおいてスタートパルスを複数の単位レジスタの入力に印加するよう接続する構成としてもよい。
【００１４】
また、前記選択手段は、前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた複数の単位レジスタが同時にシフト動作をするように前記飛び越し接続を含む接続経路により接続する構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、複数の単位レジスタにスタートパルスが印加され、飛び越し接続を含む接続経路において複数の単位レジスタのレジスタ信号が同時にシフトすることにより、複数の画素を混合した縮小画像を取得することができる。加えて、接続経路が異なる第１動作モードと第２動作モードとで単位レジスタに入力されるスタートパルスと、シフト動作の基準となるクロックパルスとを共用することができ、複雑な制御パルス（及びその制御回路)を必要としない。
【００１６】
ここで、前記走査手段は、前記第２動作モードにおいて、混合すべき少なくとも２つの画素に対応する少なくとも２つの単位レジスタから同時に選択信号を出力する走査を行う構成としてもよい。また、前記撮像部は色分けされた画素を有し、前記混合すべき画素は同色の画素としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、複数画素を同時に選択するので、当該複数の画素を混合した画素からなる縮小画像を取得することができる。
【００１８】
ここで、前記選択手段は、前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続する第１スイッチ群と、前記第２動作モードにおいて前記飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続する第２スイッチ群とを有する構成としてもよい。
【００１９】
この構成によれば、選択手段は、第１、第２動作モードにおける接続経路を形成するための第１、第２スイッチ群からなるので、画素選択のための動的な制御を要せずして静的に接続経路を形成することができるという効果がある。
【００２０】
ここで、前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、第(2n+1)番目の単位レジスタの出力と第(2n+2)番目の単位レジスタの入力とを接続し、第(2n+2)番目の単位レジスタの出力と第(2n+5)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第１及び３番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加されるようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、１／２縮小画像を取得するための図２に示すような回路構成とすることができる。
【００２２】
また、前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、 第(3n+1)番目の単位レジスタの出力と第(3n+4)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第(3n+3)番目の単位レジスタの出力と第(3n+6)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第(3n+5)番目の単位レジスタの出力と第(3n+8)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、第１、３及び５番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加されるようにしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、１／３縮小画像を取得するための図５に示すような回路構成とすることができる。
【００２４】
ここで、前記第１、第２スイッチ群はそれぞれ第１、第２動作モードにおいてオンになるトランジスタスイッチにより構成してもよい。
【００２５】
この構成によれば、選択手段は、第１、第２動作モードにおける接続経路を形成するために、トランジスタスイッチを静的にオン・オフを設定することにより接続経路を形成することができるという効果がある。
【００２６】
また、本発明における固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置を備えるカメラについても上記と同様の構成、作用及び効果を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置は、電源電圧が低いカメラ付き携帯型電話機やデジタルカメラ等に実装される。以下固体撮像装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。同図のように固体撮像装置は、撮像部１０と、走査回路１と、選択回路２と、信号出力部３とを有し、走査回路１から出力信号が信号出力部３に直接入力されるので、通常の画像を取得する動作と縮小画像を取得する動作とで出力信号にかかる負荷のインピーダンス変化を生じさせない構成となっている。
【００２９】
撮像部１０は、フォトダイオードを有する複数画素の行列として構成される。
【００３０】
走査回路１は、通常の画像を取得する動作モード（以下通常モードと呼ぶ。）では、撮像部１０の一行内の画素数と同数の出力信号のうち１つだけをアクティブにして走査し、また、縮小画像を取得する動作モード（以下縮小モードと呼ぶ。）では、出力信号のうち同時に２つをアクティブにして走査する。
【００３１】
選択回路２は、走査回路１における通常モードと縮小モードを選択する。
【００３２】
信号出力部３は、撮像部１０の一行内の画素数と同数のスイッチを有する。各スイッチは、走査回路１からの出力信号によってオンし、撮像部１０からの画素信号を出力する。
【００３３】
図２は、走査回路１及び選択回路２の具体的な構成例を示すブロック図である。同図において、走査回路１は、単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・に相当する部分であり、選択回路２はスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−５、・・・、ＳＷ２−３、ＳＷ２−５・・・に相当する部分である。以下では、走査回路１と選択回路２とからなる構成を単にシフトレジスタと呼ぶ。
【００３４】
単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・は、それぞれ、図８（ａ）の回路例に示すようにＮＭＯＳ型トランジスタTr1、Tr2、キャパシタCap1からなる。これらの単位レジスタには、シフト動作の基準となる二相クロック信号（Clk1信号及びClk2信号）が供給される。Clk1信号は奇数番目の単位レジスタに、Clk2信号は偶数番目の単位レジスタに入力される。これにより、奇数番目の単位レジスタと偶数番目の単位レジスタとが交互に動作する。
【００３５】
入力信号Inがハイレベルである場合の単位レジスタの動作説明図を図８（ｂ）に示す。入力信号Inがハイレベルであるので、クロック信号Clkの立ち上がり（図中▲１▼）の前に、トランジスタTr1のゲート容量及びキャパシタＣ１の電位によってトランジスタTr1のゲート電極は既にハイレベルになっている。この状態で、クロック信号Clkがローレベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタTr１のゲート電圧InがキャパシタＣ１を介してブートされる（同▲２▼）。また、トランジスタTr１はゲートにハイレベルよりも高電圧が印加されることから、ゲート下のポテンシャルがクロック(clk)のハイレベル以上になり、Out信号にClk信号のハイレベルが出力される（同▲３▼）。Clk信号が立ち下がると、Out信号にClk信号のローレベルが出力される。このとき、Next信号は、一方向性トランジスタTr２のゲート容量にハイレベルが保持されているので、Clk信号が立ち下がった後もハイレベルを出力する。
【００３６】
一方、入力信号Inがローレベル（又はフローティング）である場合にはブートトランジスタTr1がオンしないので、クロック信号Clkが入力されても、Out信号、Next信号は何れもローレベル（又はフローティング）のままである。
【００３７】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−５、・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ１と呼ぶ。）はそれぞれ通常モードではオン、縮小モードではオフである。スイッチＳＷ１は、単位レジスタのNext信号とIn信号とを隣接する単位レジスタ間で接続する。その結果、通常モードでは、シフトレジスタは出力信号Outの何れか１つのみをアクティブにして走査することになる。
【００３８】
スイッチＳＷ２−３、ＳＷ２−５・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ２と呼ぶ。）は、それぞれ通常モードではオフ、縮小モードではオンである。スイッチＳＷ２は、混合すべき２つの画素信号を同時に読み出すために、２つの出力信号をアクティブにして走査するように接続されている。図２のシフトレジスタでは、ＲＥＳ１とＲＥＳ３、ＲＥＳ２とＲＥＳ４、ＲＥＳ５とＲＥＳ７、・・・の２つの単位レジスタの出力信号が同時にアクティブになる。この同時にアクティブになる２つの出力信号は、図３に示す撮像部１０の構成例における同色の画素に対応している。図３における撮像部１０の画素配列はいわゆるベイヤー配列になっている。
【００３９】
また、スイッチＳＷ１とＳＷ２からなる選択回路２は、通常モードか縮小モードかに応じてスイッチＳＷ１とＳＷ２とをオン又はオフに静的に設定されるので、シフト動作に同期した制御パルスの印加などのタイミングの制御を必要としない。
【００４０】
図４（ａ）は、図２に示したシフトレジスタの通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。通常モードでは、スイッチＳＷ１はオンに、スイッチＳＷ２はオフになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、１つずつ順にアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、１画素分の画素信号が順に出力される。
【００４１】
図４（ｂ）は、図２に示したシフトレジスタの縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。縮小モードでは、スイッチＳＷ１はオフに、スイッチＳＷ２はオンになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、同時に２つがアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、２画素が混合された画素信号が順に出力される。例えば、出力信号Out1とOut3によって画素Ｇ１の画素信号と画素Ｇ２の画素信号とが加算された画素信号が出力信号として得られる。同様に、出力信号Out2とOut4によって画素Ｒ１とＲ２とが加算された画素信号が、出力信号Out5とOut7によって画素Ｇ３とＧ４とが加算された画素信号が得られる。
【００４２】
以上説明してきたように実施の形態１におけるシフトレジスタ（走査回路１及び選択回路２）によれば、走査回路１と撮像部との間に選択回路が介在しないので、走査回路１から見て出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化が生じることなく、また、出力信号が走査回路１から撮像部１０に直接出力されるので電圧低下も生じないことから、通常モードにおいても縮小モードにおいても画像に固定ノイズパターンが発生することを解消している。特に、固体撮像装置が低電圧で動作する場合に効果的である。
【００４３】
また、選択回路２は走査回路１のシフト動作中は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は静的にオン、オフしているので、選択動作を制御する複雑なパルス信号を供給するためのタイミングジェネレータ等の制御回路が不要であり、回路構成が簡単にしている。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態における固体撮像装置の主要部の概略構成は図１と同じである。
【００４５】
図５は、走査回路１及び選択回路２の構成例を示すブロック図である。同図において、走査回路１は、単位レジスタＲＥＳ１、ＲＥＳ２、・・・に相当する部分であり、選択回路２はスイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・、ＳＷ２−１、ＳＷ２−３・・・に相当する部分である。走査回路１と選択回路２とからなる構成を単にシフトレジスタと呼ぶ。
【００４６】
同図の構成は、図２と比較して、縮小モードにおいて、１／２の縮小画像を取得する代わりに１／３の縮小画像を得るために、３つの出力信号を同時にアクティブにして走査するよう構成されている。
【００４７】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ１と呼ぶ。）はそれぞれ通常モードではオン、縮小モードではオフである。スイッチＳＷ１は、単位レジスタのNext信号とIn信号とを隣接する単位レジスタ間で接続する。その結果、通常モードでは、シフトレジスタは出力信号Outの何れか１つのみをアクティブにして走査することになる。
【００４８】
スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−３・・・（以下、総称としてスイッチＳＷ２と呼ぶ。）は、それぞれ通常モードではオフ、縮小モードではオンである。スイッチＳＷ２は、混合すべき３つの画素信号を同時に読み出すために、３つの出力信号をアクティブにして走査するように接続されている。同時にアクティブになる３つの出力信号は、図３に示した撮像部１０の構成例における同色の画素に対応している。
【００４９】
図６（ａ）は、図５に示したシフトレジスタの通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。通常モードでは、スイッチＳＷ１はオンに、スイッチＳＷ２はオフになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、１つずつ順にアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、１画素分の画素信号が順に出力される。
【００５０】
図６（ｂ）は、図５に示したシフトレジスタの縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。縮小モードでは、スイッチＳＷ１はオフに、スイッチＳＷ２はオンになっている。シフトレジスタの出力信号Out1、・・・は、同時に３つがアクティブになっている。その結果、信号出力部３からの出力信号は、３画素が混合された画素信号が順に出力される。例えば、出力信号Out1とOut3とOut５によって画素Ｇ１、Ｇ２、G3の画素信号が加算された画素信号が出力信号として得られる。同様に、出力信号Out4、Out6、Out8によって画素Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が加算された画素信号が得られる。
【００５１】
図７は、図５に示したシフトレジスタにおいてスイッチＳＷ１、ＳＷ２をトランジスタにより構成した場合の回路例を示す。
【００５２】
スイッチＳＷ１−１、ＳＷ１−２、・・・は、トランジスタＴｒ４−１、Ｔｒ４−２、・・・により構成される。各トランジスタＴｒ４のゲートには、通常モードでハイレベル、縮小モードでローレベルになるモード信号CONT１が入力される。
【００５３】
スイッチＳＷ２−１、ＳＷ２−３、・・・は、トランジスタＴｒ５−１、Ｔｒ５−３、・・・により構成される。各トランジスタＴｒ５のゲートには、通常モードでローレベル、縮小モードでハイレベルになるモード信号CONT2が入力される。
【００５４】
以上説明してきたように実施の形態２におけるシフトレジスタ（走査回路１及び選択回路２）によれば、通常モードにおいても縮小モードにおいても、走査回路１から見て出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化が生じないことから、出力信号のタイミングのズレも電圧低下の生じないので、画像に固定ノイズパターンが発生することを解消している。特に、固体撮像装置が低電圧で動作する場合に効果的である。また、選択回路２は走査回路１のシフト動作中は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は静的にオン、オフしているので、回路構成が簡単である。
【００５５】
なお、実施の形態１のシフトレジスタでは同色の画素に対応する２つの出力信号を、実施の形態２のシフトレジスタでは同色の画素に対応する３つの出力信号を同時にアクティブにする構成を示したが、４つ以上の出力信号を同時にアクティブにするように構成してもよい。
【００５６】
また、実施の形態１のシフトレジスタでは第１番目と第３番目の単位レジスタに同時にスタートパルスが印加されているが、この代わりに第１番目と第３番目の単位レジスタの何れか１つに印加する構成としてもよい。この場合、奇数番目又は偶数番目の画素信号を間引いた画像を取得することになる。さらに、第１番目と第３番目の単位レジスタに同時にスタートパルスを印加する代わりに、タイミングをずらしてスタートパルスを印加する構成としてもよい。
【００５７】
また、実施の形態２のシフトレジスタでは第１、３及び５番目の単位レジスタにスタートパルスが印加されているが、第１、３及び５番目の単位レジスタの何れか１つに印加する構成としてもよいし、何れか２つに印加する構成としてもよい。さらに、第１、３及び５番目の単位レジスにタタイミングをずらしてスタートパルスを印加する構成としてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、通常の画像を取得する第１動作モードと縮小画像を取得する第２動作モードとで出力信号にかかる負荷インピーダンスの変化を生じさせないことから、出力信号のタイミングのズレや電圧低下が解消される。その結果、画質劣化を生じさせる固定ノイズパターンの発生を防止し、しかも、接続経路の形成には複雑な制御を要しないという効果がある。
【００５９】
また、複数画素を同時に選択するので、当該複数の画素を混合した画素からなる縮小画像を取得することができる。
【００６０】
本発明の固体撮像装置の駆動方法及びカメラについても同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図２】走査回路と選択回路からなるシフトレジスタの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】撮像部の構成例を示す図である。
【図４】（ａ）通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
（ｂ）縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図５】実施の形態２における走査回路と選択回路からなるシフトレジスタの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）通常モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
（ｂ）縮小モードにおける動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】シフトレジスタにおけるスイッチをトランジスタにより構成した場合の回路例を示す。
【図８】（ａ）単位レジスタの回路例に示す図である。
（ｂ）単位レジスタの動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図９】従来技術における固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 走査回路
２ 選択回路
３ 信号出力部
１０ 撮像部
ＲＥＳ 単位レジスタ
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ
Ｔｒ トランジスタ
Claims (10)
- 複数の画素からなる撮像部を有する固体撮像装置であって、
撮像部の行又は列を選択するための選択信号を走査するための複数の単位レジスタからなる走査手段と、
前記複数の単位レジスタの入出力信号の接続経路を第１動作モードと第２動作モードとで選択的に切り換える選択手段を備え、
前記選択手段は、
前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続し、
前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた単位レジスタを接続する飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続し、
前記第２動作モードにおける接続経路は、前記複数の単位レジスタの出力と入力とが１対１で接続され、スタートパルスが複数の単位レジスタの入力に印加され、かつ、互いに隣接しない１つ以上離れた複数の単位レジスタが同時にシフト動作をし、出力信号をアクティブにするように接続される
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記接続経路は、複数のNMOSトランジスタスイッチを含み、
前記単位レジスタのそれぞれは、ブートトランジスタとキャパシタと一方向性トランジスタを備え、
前記ブートトランジスタおよびキャパシタは、入力された信号をブートし、
一方向性トランジスタは、ブートされた信号を前記接続経路を介して他の単位レジスタに出力する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記走査手段は、前記第２動作モードにおいて、混合すべき少なくとも２つの画素に対応する少なくとも２つの単位レジスタから同時に選択信号を出力する走査を行う
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記撮像部は色分けされた画素を有し、
前記混合すべき画素は、同色の画素である
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。 - 前記選択手段は、
前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続する第１スイッチ群と、
前記第２動作モードにおいて前記飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続する第２スイッチ群と
を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、
第(2n+1)番目の単位レジスタの出力と第(2n+2)番目の単位レジスタの入力とを接続し、
第(2n+2)番目の単位レジスタの出力と第(2n+5)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、
第１及び３番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加される
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。 - 前記２スイッチ群は、ｎを０以上の整数としたとき、
第(3n+1)番目の単位レジスタの出力と第(3n+4)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、
第(3n+3)番目の単位レジスタの出力と第(3n+6)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、
第(3n+5)番目の単位レジスタの出力と第(3n+8)番目の単位レジスタの入力とを飛び越し接続し、
第１、３及び５番目の単位レジスタには同時にスタートパルスが印加される
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。 - 前記第１、第２スイッチ群はそれぞれ第１、第２動作モードにおいてオンになるトランジスタスイッチにより構成される
ことを特徴とする請求項５、６又は７記載の固体撮像装置。 - 複数の画素からなる撮像部と、撮像部の行又は列を選択するための選択信号を走査するための複数の単位レジスタからなる走査手段と、前記複数の単位レジスタの入出力信号の接続経路を第１動作モードと第２動作モードとで選択的に切り換える選択手段を有する固体撮像装置における駆動方法であって、
前記第１動作モードにおいて前記複数の単位レジスタを直列に接続するステップと、
前記第２動作モードにおいて１つ以上離れた単位レジスタを接続する飛び越し接続を含む接続経路により前記複数の単位レジスタを接続するステップと
を有し、
前記第２動作モードにおける接続経路は、前記複数の単位レジスタの出力と入力とが１対１で接続され、スタートパルスが複数の単位レジスタの入力に印加され、かつ、互いに隣接しない１つ以上離れた複数の単位レジスタが同時にシフト動作をするように接続される
ことを特徴とする駆動方法。 - 請求項１から８の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
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