JP5917055B2 - 固体撮像素子、その駆動方法および制御プログラム - Google Patents
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Description
撮像素子の高速読み出しのための技術としてよく知られているものの一つに、多チャンネル化(以下、「多ch化」と記す)が挙げられる。多ch化とは出力端子を複数設け、例えば垂直出力線の組ごとに異なる出力端子に信号を並列出力することであり、これを以て高速読み出しを可能とする技術である。
まず、本発明の実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の全体構成について説明する。
図9に示す構成で図7に示す実施例2の構成との違いは、次の点である。すなわち、1本の垂直出力線Vmに接続する第2信号蓄積部のC2m1およびC2m2の前段にあるオペアンプ回路F_02およびF_02のそれぞれにボルテージフォロワとしての機能に加えて反転増幅アンプとしての機能を追加したことにある。
Claims (14)
- 複数の光電変換手段とそれらに共通に設けられた信号電荷の信号読み出し手段とを有する単位セルを行および列の二次元に配列した画素領域と、
前記二次元配列の各列の単位セルに共通に接続され、前記読み出し手段で読み出された単位セルの信号を列ごとに転送する複数の垂直出力線と、
前記複数の単位セルを前記二次元配列の行ごとに選択する選択手段と、
前記選択手段で選択された前記単位セルから各垂直出力線に転送された信号を蓄積するために、各垂直出力線に少なくとも予め設定された第1の数だけ行方向に接続された複数の第1の信号蓄積手段と、
前記第1の数の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するために、各垂直出力線に前記第1の数よりも少ない第2の数だけ前記行方向に接続された複数の第2の信号蓄積手段と、
前記複数の第2信号蓄積手段から転送された信号を列ごとに行方向に転送する水平転送手段と、
各単位セルの前記信号読み出し手段、前記複数の第1の信号蓄積手段および前記複数の第2の信号蓄積手段の駆動を制御するための複数の制御線手段を備え、
前記複数の制御線手段は、前記複数の第1の信号蓄積手段と前記複数の第2の信号蓄積手段を選択的に駆動し、前記選択された単位セルの読み出し手段により当該単位セルから前記垂直出力線に信号を転送し、当該信号を蓄積するための前記第1の信号蓄積手段を選択的に駆動する期間に、当該垂直出力線に接続されている他の第1の信号蓄積手段と当該他の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するための前記第2の信号蓄積手段を選択的に駆動し、選択的に駆動した当該第2の信号蓄積手段に蓄積された信号を水平転送する
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記第1および第2の数はそれぞれ3および2であり、前記単位セルに含まれる複数の光電変換手段の数は少なくとも3であり、
前記信号読み出し手段は当該複数の光電変換手段の少なくとも二つからの信号を上乗せした上乗せ信号を前記垂直出力線に読み出す機能を有し、
前記制御線手段は、当該垂直出力線に接続された当該3つの第1の信号蓄積手段のうちの一つを、前記上乗せ信号を蓄積するために選択的に駆動し、その際に他の第1の信号蓄積手段に蓄積されている信号を蓄積させるために当該二つの第2の信号蓄積手段を駆動し、
前記水平転送手段は当該二つの第2の信号蓄積手段を、前記他の第1の信号蓄積手段に蓄積されている信号に応じて選択的に異なる水平出力線に接続することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1および第2の数はそれぞれ3および2であり、前記単位セルに含まれる複数の光電変換手段の数は少なくとも3であり、
前記信号読み出し手段は当該複数の光電変換手段の少なくとも二つからの信号を上乗せした上乗せ信号を前記垂直出力線に読み出す機能を有し、
前記制御線手段は、当該垂直出力線に接続された当該三つの第1の信号蓄積手段のうちの一つを、前記上乗せ信号を蓄積するために選択的に駆動し、その際に他の第1の信号蓄積手段に蓄積されている信号を蓄積させるために当該二つの第2の信号蓄積手段を駆動し、
前記固体撮像素子はさらに、当該他の第1の信号蓄積手段から当該二つの第2の信号蓄積手段に転送されるそれぞれの信号の電位を、前記他の第1の信号蓄積手段に蓄積されている信号に従って反転する複数の電位反転手段を有し、
前記水平転送手段は当該二つの第2の信号蓄積手段を固定的に異なる水平出力線に接続することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1および第2の数はそれぞれ4および2であり、前記単位セルに含まれる複数の光電変換手段の数は少なくとも3であり、
前記信号読み出し手段は当該複数の光電変換手段の少なくとも二つからの信号を上乗せした上乗せ信号を前記垂直出力線に読み出す機能を有し、
前記制御線手段は、当該垂直出力線に接続された当該四つの第1の信号蓄積手段のうちの二つを、前記上乗せ信号を蓄積するために選択的に駆動し、その際に他の第1の信号蓄積手段に蓄積されている信号を蓄積するために当該二つの第2の信号蓄積手段を駆動し、
前記水平転送手段は当該二つの第2の信号蓄積手段を固定的に異なる水平出力線に接続することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記異なる水平出力線はオペアンプの異なる入力端子にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の固体撮像素子。
- 前記単位セルは、前記信号読み出し手段をリセットするリセット手段と、前記単位セルに含まれる各光電変換手段から電荷を読み出す電荷読み出し手段、および前記信号読み出し手段のリセット電位または前記電荷読み出し手段で読み出した電荷に対応する電位を信号として前記垂直出力線に転送する転送手段とを有し、
前記信号読み出し手段は、各光電変換手段から読み出された電荷に対応する電位を前記リセット電位に順次上乗せして得られる電位を上乗せ信号として前記転送手段を介して垂直出力線に読み出すことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の固体撮像素子。 - 複数の光電変換手段とそれらに共通に設けられた信号電荷の信号読み出し手段とを有する単位セルを行および列の二次元に配列した画素領域と、前記二次元配列の各列の単位セルに共通に接続され、前記読み出し手段で読み出された単位セルの信号を列ごとに転送する複数の垂直出力線と、前記複数の単位セルを前記二次元配列の行ごとに選択する選択手段とを有する固体撮像素子の制御方法において、
各垂直出力線に少なくとも予め設定された第1の数だけ行方向に接続された複数の第1の信号蓄積手段に、前記選択手段で選択された前記単位セルから各垂直出力線に転送された信号を蓄積するステップと、
各垂直出力線に前記第1の数よりも少ない第2の数だけ前記行方向に接続された複数の第2の信号蓄積手段に、前記第1の数の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するステップと、
前記複数の第2の信号蓄積手段から転送された信号を水平転送手段に前記列ごとに転送するステップと、を有し、
各単位セルの前記信号読み出し手段、前記複数の第1の信号蓄積手段および前記複数の第2の信号蓄積手段を駆動するための複数の制御線手段を介して前記複数の第1の信号蓄積手段と前記複数の第2の信号蓄積手段を選択的に駆動して、前記選択された単位セルの読み出し手段を駆動して当該単位セルから前記垂直出力線に信号を転送し、当該信号を蓄積するために前記第1の信号蓄積手段を選択的に駆動する期間に、当該垂直出力線に接続されている他の第1の信号蓄積手段と当該他の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するための前記第2の信号蓄積手段を選択的に駆動し、選択的に駆動した当該第2の信号蓄積手段に蓄積された信号を水平転送する
ことを特徴とする制御方法。 - コンピュータを、
複数の光電変換手段とそれらに共通に設けられた信号電荷の信号読み出し手段とを有する単位セルを行および列の二次元に配列した画素領域と、前記二次元配列の各列の単位セルに共通に接続され、前記読み出し手段で読み出された単位セルの信号を列ごとに転送する複数の垂直出力線と、前記複数の単位セルを前記二次元配列の行ごとに選択する選択手段とを有する固体撮像素子の制御方法において、
前記選択手段で選択された前記単位セルから垂直出力線に転送された信号を蓄積するために各垂直出力線に少なくとも予め設定された第1の数だけ行方向に接続された複数の第1の信号蓄積手段と、
前記第1の数の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するために各垂直出力線に前記第1の数よりも少ない第2の数だけ前記行方向に接続された複数の第2の信号蓄積手段と、
前記複数の第2の信号蓄積手段から転送された信号を前記列ごとに転送する水平転送手段と、
各単位セルの前記信号読み出し手段、前記複数の第1の信号蓄積手段および前記複数の第2の信号蓄積手段を駆動するために設けられ、前記複数の第1の信号蓄積手段と前記複数の第2の信号蓄積手段を選択的に駆動して、前記選択された単位セルの読み出し手段を駆動して当該単位セルから前記垂直出力線に信号を転送し、当該信号を蓄積するための前記第1の信号蓄積手段を選択的に駆動する期間に、当該垂直出力線に接続されている他の第1の信号蓄積手段と当該他の第1の信号蓄積手段から転送される信号を蓄積するための前記第2の信号蓄積手段を選択的に駆動し、選択的に駆動した当該第2の信号蓄積手段に蓄積された信号を水平転送する複数の制御線手段
として機能させるプログラム。 - 請求項8のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
- コンピュータを、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の固体撮像素子の各手段として機能させるプログラム。
- コンピュータを、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の固体撮像素子の各手段として機能させるプログラムを格納した記憶媒体。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される画像信号に信号処理を行なう信号処理手段と、
前記固体撮像素子の前記制御線手段に制御信号を供給する制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - コンピュータを、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子から出力される画像信号に信号処理を行なう信号処理手段とを有する撮像装置の制御方法において、
前記固体撮像素子の前記制御線手段に制御信号を供給する制御手段として機能させるプログラム。 - 請求項13のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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