JP4981623B2 - 固体撮像装置とその駆動方法、カメラ及び複写機 - Google Patents
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Description
(全画素数)/(1個の蓄積容量を共有化している画素数)
である。従って全画素分の信号を読み出すためには複数回の走査を行う必要があり、従来の構成と比較してトータルの読み出し時間が、おおよそ(1個の蓄積容量を共有化している画素数)倍だけ長くなってしまうという課題があった。
複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第1の選択手段から出力された信号を保持する保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1の選択手段は、前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を出力する固体撮像装置である。
前記複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第1の選択手段から出力された信号を保持する第2の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記第2の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1及び第2の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なる固体撮像装置の駆動方法において、以下の工程(1)、(2)を有し、該工程(2)は各色ごとに行われる固体撮像装置の駆動方法である。
(2) 各基本セル群について行われる以下の工程(イ)、(ロ)
(イ) 前記第1の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を保持する前記第1の保持手段を選択し、保持された信号を前記第2の保持手段に転送する第2の垂直転送工程
(ロ) 前記第2の選択手段が、自身が接続されている前記第2の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第2の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第2の保持手段に保持された信号を、前記第2の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第1の水平転送工程
また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第1の保持手段と、前記複数の第1の保持手段に保持された信号を選択し出力する第1の選択手段と、を有する基本セルを複数備え、
前記複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成し、且つ各基本セル群内の複数の基本セルは複数に分割されて複数の小基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第1の選択手段から出力された信号を保持する第2の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記第2の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1及び第2の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なる固体撮像装置の駆動方法において、以下の工程(1)、(2)を有し、該工程(2)は各基本セル群において各色ごとに順次行われる固体撮像装置の駆動方法である。
(2) 各基本セル群の小基本セル群ごとに順次行われる以下の工程(イ)、(ロ)
(イ) 前記第1の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の前記第1の保持手段を選択し、保持された信号を前記第2の保持手段に転送する第2の垂直転送工程
(ロ) 前記第2の選択手段が、自身が接続されている前記第2の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第2の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第2の保持手段に保持された信号を、前記第2の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第1の水平転送工程
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例であり、6ビット×3色のカラーラインセンサーを表している。図1において、11−1〜11−3はそれぞれ2つの基本セルを備えた基本セル群である。基本セル群11−1は基本セル4−1−1、4−1−2からなり、基本セル群11−2は基本セル4−2−1、4−2−2からなり、基本セル群11−3は基本セル4−3−1、4−3−2からなる。各基本セルは、赤色,緑色,青色の光を検出する画素1−R,1−G,1−Bと、画素1−R,1−G,1−Bからの信号をそれぞれ保持する中間保持手段2−R,2−G,2−Bとを有する。中間保持手段2−R,2−G,2−Bは第1の保持手段となる。また基本セル4−1−1〜4−3−2は、第1の選択手段となる選択スイッチ3−1−1〜3−3−2をそれぞれ1つ有し、各選択スイッチは、各基本セルに設けられた中間保持手段2−R,2−G,2−Bから保持された信号を選択して出力する。なお基本セルは本例ではR、G、Bの画素の各成分を読み出しているが、シアン,マゼンタ,イエローの画素の各成分を読み出してもよく、また四色以上の画素の各成分を読み出してもよい。四色以上の画素の各成分を読み出す場合には、中間保持手段は画素の数分設ける。ここでは、各基本セル内では各色1画素ずつの構成とする。基本セルは、本実施形態では画素とは別に選択手段、中間保持手段を備えているが、画素が中間保持手段を有する場合もある。
12) 基本セル4−2−1、4−2−2 ⇒ B成分の中間保持手段2−B
13) 基本セル4−3−1、4−3−2 ⇒ G成分の中間保持手段2−G
また制御信号φCH1をHighレベルとすることで、各基本セル群に接続された保持手段5−1〜5−6と各共通出力線8−R,8−G,8−Bが、切替スイッチ12−1−1〜12−3−2を介して以下の関係で接続される。この切替動作は少なくとも次の第1の水平転送より前に完了させる。
22) 保持手段5−3、5−4 ⇒ B成分の共通出力線8−B
23) 保持手段5−5、5−6 ⇒ G成分の共通出力線8−G
第1番目の第2の垂直転送期間121−1の終了後、第1番目の第1の水平転送122−1として、各走査回路6−1、6−2、6−3の走査に応じ、保持手段5−1と5−3と5−5に保持された信号が、順次共通出力線8−R,8−G,8−Bへ出力される。その後、保持手段5−2と5−4と5−6に保持された信号が、順次共通出力線8−R,8−G,8−Bへ出力される。
31) 基本セル4−1−1、4−1−2 ⇒ G成分の中間保持手段2−G
32) 基本セル4−2−1、4−2−2 ⇒ R成分の中間保持手段2−R
33) 基本セル4−3−1、4−3−2 ⇒ B成分の中間保持手段2−B
となる。
41) 保持手段5−1、5−2 ⇒ G成分の共通出力線8−G
42) 保持手段5−3、5−4 ⇒ R成分の共通出力線8−R
43) 保持手段5−5、5−6 ⇒ B成分の共通出力線8−B
という接続関係で、第2番目の第1の水平転送期間122−2に共通出力線から信号が読み出される。以下、第2番目の第1の判定123−2(NO)、カウントアップ(X=X+1=3)、第3番目の第2の垂直転送が期間121−3に、第3番目の第1の水平転送が期間122−3に行われる。
144.8μm×3個−(144.8μm+24.1μm×3個)=217.2μm
である。従来構成に対してこれだけチップサイズを縮小でき、複数行カラーセンサーの場合は特に効果が大きい。さらに、基本セル内の同色の画素数は1個として計算したが、これを2以上の数とした場合、より大幅なチップサイズの縮小を実現できる。
図9に示す例においては、共通の共通出力線が2本(8−1,8−2)なので、基本ユニット全体が二つの基本セル群に分割される。基本セル群の数は共通出力線の数によって適宜変更され得る。共通出力線が3本以上になった場合には、所定の画素行の信号を共通出力線に読み出す際にRが出力される共通出力線が複数存在したり、Gが出力される共通出力線が複数存在することになる。この場合には走査回路SRの数は更に増えることになる。また画素数が増えたとしても、基本セル群内の基本セルの数を適宜増し、第2の保持手段、切替スイッチを増やせば、シフトレジスタ6-1でR画素を読み出している際に、シフトレジスタ6-2でGb画素を読み出すことができる。
(第2の実施形態)
図10は本発明の第2の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例である。先に説明した図1と共通の構成については、同一の番号を付してその説明を省略する。
52) 小基本セル群13−1−2の基本セル4−2−1、4−2−2 ⇒ B成分の中間保持手段CM5B、CM6B
53) 小基本セル群13−1−3の基本セル4−3−1、4−3−2 ⇒ G成分の中間保持手段CM9G、CM10G
次に第3の判定133−1(ステップS133)として、W=1でNOとなり、1番目の第2の水平転送132−1(ステップS132−1)を行う。この時、φCH1−1(φCH(X)−(W)=φCH1−1))をHighレベルとする。こうすることで、基本セル群11−1〜11−3の1番目の小基本セル群13−1−1、13−1−2、13−1−3において、保持手段CT1とCT2、CT5とCT6、CT9とCT10と共通出力線8−R、8−B、8−Gが以下の関係で切替スイッチ12を介して接続される。
62) 保持手段CT5、CT6 ⇒ B成分の共通出力線8−B
63) 保持手段CT9、CT10 ⇒ G成分の共通出力線8−G
この接続切替は少なくとも1番目の第2の水平転送期間132−1より前に完了させる。1番目の第2の水平転送期間132−1に各走査回路6−1、6−2、6−3の走査に応じて順次各保持手段CT1とCT2、CT5とCT6、CT9とCT10に保持された信号が、各共通出力線8−R、8−B、8−Gへ出力される。
(第3の実施形態)
図15により第1、第2の実施形態で説明した固体撮像装置を用いた撮像システムについて説明する。図8に基づいて、本発明の固体撮像装置をカメラに適用した場合の例について説明する。
2 中間保持手段
3 選択スイッチ
4 基本セル
5 保持手段
6 走査回路
7 走査信号
8 共通出力線
9 リセット手段
10 出力回路
11 基本セル群
12 切替スイッチ
13 小基本セル群
16 垂直走査回路
21 光電変換素子
22 リセットトランジスタ
23 ソースフォロワ入力トランジスタ
24 定電流源
31 中間保持容量
32 第1の書き込みスイッチ
41 選択トランジスタ
42 増幅手段
51 保持容量
52 第2の書き込みスイッチ
53 転送スイッチ
100 第1の垂直転送
121 第2の垂直転送
122 第1の水平転送
123 第1の判定
124 第2の判定
131 第3の垂直転送
132 第1の水平転送
133 第3の判定
134 第4の判定
135 第8の判定
Claims (11)
- 複数の基本セル群を含む固体撮像装置であって、
各基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、該複数の画素から信号を選択して出力する第1の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第1の選択手段から出力された信号を保持する保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1の選択手段は、前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を出力する固体撮像装置。 - 前記保持手段を第2の保持手段としたときに、前記基本セルは、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第1の保持手段をさらに有し、前記第1の選択手段は前記複数の第1の保持手段に保持された信号を選択し出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素が、それぞれ列状に、かつ前記列方向と異なる方向に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
- 前記異なる色成分がそれぞれ、赤色、緑色、青色の各色成分であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の選択手段は出力する信号を増幅する増幅手段を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は複数の基本セル群を含み、
各基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第1の保持手段と、前記複数の第1の保持手段に保持された信号を選択し出力する第1の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第1の選択手段から出力された信号を保持する第2の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記第2の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1及び第2の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なり、前記駆動方法は、
前記画素に蓄積された信号を前記第1の保持手段に転送する第1の垂直転送工程と、
前記第1の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を保持する前記第1の保持手段を選択し、保持された信号を前記第2の保持手段に転送する第2の垂直転送工程と、
前記第2の選択手段が、自身が接続されている前記第2の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第2の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第2の保持手段に保持された信号を、前記第2の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第1の水平転送工程とを含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は複数の基本セル群を含み、
各基本セル群が複数の小基本セル群を含み、
各小基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第1の保持手段と、前記複数の第1の保持手段に保持された信号を選択し出力する第1の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第1の選択手段から出力された信号を保持する第2の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記第2の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第2の選択手段と、を備え、
前記第1及び第2の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なり、
前記駆動方法は、
前記画素に蓄積された信号を前記第1の保持手段に転送する第1の垂直転送工程と、
前記第1の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の前記第1の保持手段を選択し、保持された信号を前記第2の保持手段に転送する第2の垂直転送工程と、
前記第2の選択手段が、自身が接続されている前記第2の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第2の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第2の保持手段に保持された信号を、前記第2の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第1の水平転送工程とを含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記複数の画素がマトリクス状に配置されており、
前記基本セルが、複数列の全行分の画素を持ち、前記基本セル内の列数と同数の前記第1の保持手段を持ち、かつ列ごとの前記画素が一つの前記第1の保持手段に接続されている請求項6又は7に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1の水平転送のうち、最終の第1の水平転送を行っている際に、擬似的な第2の垂直転送を行うことを特徴とする、請求項7に記載の固体撮像装置の駆動方法。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の固体撮像装置を有することを特徴とするカメラ。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の固体撮像装置を有することを特徴とする複写機。
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