JPH04315378A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、動作周波数を下げる
ことの可能な多線読み出し方式の固体撮像素子に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、受光画素をマトリクス状に配置し
、水平及び垂直走査回路でＸＹ走査により画素信号を読
み出すようにした固体撮像素子において、高速読み出し
を行うことができるｎ線読み出し方式が知られている。

【０００３】このｎ線読み出し方式の固体撮像素子は、
例えば図１０に示すように、受光画素１０１　をマトリ
クス状に配置し（この構成例では、６×６のマトリクス
状のものを示している）、この画素群の水平方向に配列
した画素行を共通に行ライン１０２−１，・・・　１０
２−６　に接続して、垂直走査回路１０３　から垂直走
査信号Ｙ１　，・・・　Ｙ６　を印加するようになって
おり、また画素群の垂直方向に配置された画素列には共
通の信号線１０４−１　，・・・　１０４−６　を接続
し、この構成例では３列の信号線単位で、すなわち信号
線１０４−１，　１０４−２，　１０４−３　と信号線
１０４−４，　１０４−５，　１０４−６　を、それぞ
れ水平読み出しスイッチ１０５−１，　１０５−２，　
１０５−３　、及び１０５−４，　１０５−５，　１０
５−６　を介して、読み出し線１０６−１，　１０６−
２，　１０６−３　に接続し、各水平読み出しスイッチ
１０５−１，・・・　１０５−６は３個ずつ共通に水平
走査回路１０７　からの走査パルスＸ１　，Ｘ２　で駆
動制御されるようになっている。

【０００４】このように構成したｎ線読み出し方式の固
体撮像素子においては、図１１に示す水平走査回路１０
７　からの水平走査パルスＸ１　，Ｘ２　により、水平
読み出しスイッチを介して３本の信号線が、同時に３本
の読み出し線に接続され、水平方向の３画素が同時に読
み出され、出力信号ＳＩＧ１，ＳＩＧ２，ＳＩＧ３とし
て出力される。したがってこのｎ線読み出し方式の固体
撮像素子によれば、従来の単純なＸＹ走査方式のものに
比べ、高速で画素信号を読み出すことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上記
ｎ線読み出し方式の固体撮像素子は、水平方向多画素同
時走査方式であり、１画面を通常の走査時間（１／３０
秒）の１／ｍの時間で、ｍ倍の速度で読み出す場合、走
査線のシフトにｔμｓ必要とされているので、これがネ
ックとなって動作周波数を下げることが困難であるとい
う問題点があった。

【０００６】本発明は、従来のｎ線読み出し方式の固体
撮像素子の上記問題点を解消するためになされたもので
、動作周波数を容易に下げることの可能なｎ線読み出し
方式の固体撮像素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、受光画素をマトリクス状に配置
し水平及び垂直走査回路でＸＹ走査により画素信号を読
み出すようにした固体撮像素子において、マトリクス状
に配置した受光画素群を垂直方向にｎ個（ｎ：２以上の
整数）のブロックに分割した垂直分割画素ブロックと、
該垂直分割画素ブロック毎に配置したｎ個の垂直走査回
路と、各垂直分割画素ブロックの垂直方向に配列された
各画素に共通に接続されたｎ本の読み出し線とを備え、
前記垂直分割画素ブロック毎に同時に又は任意のブロッ
クのみをＸＹ走査により読み出すように構成するもので
ある。

【０００８】このように構成した固体撮像素子において
は、マトリクス状に配置した受光画素群が垂直方向にｎ
個のブロックに分割され、各ブロックの水平走査線数は
、従来の読み出し方式の１／ｎとなり、同時にｎ本読み
出すことができるようになっているため、走査線のシフ
ト時間のトータルは１画面単位で従来方式より１／ｎで
済むことになり、したがって動作周波数を容易に下げる
ことが可能になる。

【０００９】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る固体撮像素子の基本構成例を示す図である。図
において、１は受光画素をマトリクス状に配置して構成
した受光部で、該受光部１は垂直方向にｎ分割、この構
成例では４分割して、垂直分割画素ブロック１−１，１
−２，１−３，１−４を構成している。そして各垂直分
割画素ブロック１−１，・・・　１−４には、それぞれ
垂直走査回路２−１，２−２，２−３，２−４が設けら
れ、各垂直分割画素ブロックの行ラインに垂直走査パル
スを印加するようになっている。また水平走査回路３か
らの水平走査パルスが各垂直分割画素ブロックの共通の
列ラインに印加され、各垂直分割画素ブロック１−１，
・・・　１−４の各読み出し線４−１，４−２，４−３
，４−４の出力端子ＳＩＧ１，ＳＩＧ２，ＳＩＧ３，Ｓ
ＩＧ４より、ブロック毎の画素読み出し信号が出力され
るようになっている。また各垂直走査回路２−１，・・
・　２−４には、選択スイッチ５−１，５−２，５−３
，５−４を介して垂直走査回路駆動パルスが印加され、
各選択スイッチはスイッチ選択パルスで駆動制御される
ようになっている。

【００１０】このように構成した固体撮像素子において
、スイッチ選択パルスで各選択スイッチ５−１，・・・
　５−４を閉じて、各垂直走査回路２−１，・・・　２
−４を同時に駆動することにより、各垂直分割画素ブロ
ック１−１，・・・　１−４の走査線は同時に読み出さ
れ、各出力端子ＳＩＧ１，・・・　ＳＩＧ４より各ブロ
ックの画素信号が同時に出力される。また選択スイッチ
の選択態様により任意のブロックのみを選択駆動し読み
出すことができる。

【００１１】このように受光部をｎ個の垂直ブロックに
分割し、多線読み出し方式により、全画面をｍ倍の速度
で読み出した場合、図２に示すように、スロー再生時用
のメモリを用い、時間軸変換を行う必要がある。すなわ
ち撮像素子１１の分割画素出力を、それぞれＡ／Ｄ変換
器１２でＡ／Ｄ変換して各メモリ１３に蓄積し、切換ス
イッチ１４を介して各メモリ１３の内容を順次読み出し
、Ｄ／Ａ変換器１５でＤ／Ａ変換することにより１画面
の撮像信号を再生することができる。

【００１２】従来の４線読み出し方式のものでは、１画
面の全ての走査線を順次読み出さなくてはならないが、
本発明に係るこの構成例では、各垂直分割画素ブロック
の走査線数が１画面の１／４となり、走査線のシフト時
間はｔμｓに制限されているので、従来のものより動作
周波数を下げることができる。

【００１３】すなわち、動作周波数ｆＣＫは次式で与え
られる。 ｆＣＫ＝（総画素数）／（読み出し線数）・［（読み出
し時間）−（走査線のシフト時間）×（走査線数）］こ
こで、例えば総画素数を　５１５×５１５　、読み出し
時間を１／５００　秒、走査線のシフト時間ｔを２μｓ
、４線読み出しとした場合、従来方式の動作周波数ｆＣ
Ｋ１　＝６７．１４　ＭＨｚ　となるのに対し、本発明
の動作周波数ｆＣＫ２　＝３５．００　ＭＨｚ　となと
なり、約１／２の周波数で済むことになる。

【００１４】図３は、本発明の具体的な第１実施例を示
す回路構成図である。２１は単位受光画素で、例えば図
４に示すように、フォトダイオードＰＤと垂直読み出し
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＴｒとで構成されている
。 この実施例では、この単位画素を１２×６のマトリクス
状に配置して受光部２２を構成している。そして受光部
２２は垂直方向に４分割され、垂直分割画素ブロック２
２−１，２２−２，２２−３，２２−４を構成している
。そして各垂直分割画素ブロックには、それぞれ垂直走
査回路２３−１，２３−２，２３−３，２３−４が設け
られ、各垂直分割画素ブロックの行ラインが接続されて
、垂直走査パルスＹ１　，Ｙ２　，Ｙ３　がそれぞれ印
加されるようになっている。一方、各垂直分割画素ブロ
ックの列ライン２４は、それぞれ水平読み出しスイッチ
２５−１１，　２５−１２，・・・　２５−４６　に接
続され、各スイッチは各垂直分割画素ブロック毎に読み
出し線２６−１，２６−２，２６−３，２６−４に接続
されており、各垂直分割画素ブロックの同一列の画素列
に接続された列ラインに接続されている各スイッチは、
水平走査回路２７からの走査パルスＸ１　，・・・　Ｘ
６　で共通に駆動されるようになっている。

【００１５】このように構成された固体撮像素子におい
ては、図５のタイミングチャートに示すように、各垂直
走査回路２３−１，・・・　２３−４が同時に駆動され
、各垂直分割画素ブロックの行ラインを順次選択する。 一方、水平走査回路２７の走査パルスＸ１　，・・・　
Ｘ６　が水平読み出しスイッチに印加され、これにより
、各垂直分割画素ブロックの画素信号が各読み出し線２
６−１，・・・　２６−４に同時に順次読み出され、出
力端子ＳＩＧ１，・・・　ＳＩＧ４より出力される。

【００１６】図６は、第２実施例の回路構成図である。 この実施例は、２つの水平走査回路２７−１，２７−２
を上下に配置し、同様に水平読み出しスイッチ２５−１
１，　２５−１２，・・・　２５−８６　及び読み出し
線２６−１，・・・　２６−４を上下に分割して配置し
、上部の２つの垂直分割画素ブロック２２−１，２２−
２は上部の読み出し部で、下部の２つの垂直分割画素ブ
ロック２２−３，２２−４は下部の読み出し部で読み出
すように構成したものである。

【００１７】このように構成することにより、受光画素
間の列ラインの配列本数が第１実施例に比べて半分にな
り、そのスペースを低減させることができるため受光部
のサイズを縮小化できる。この実施例の動作は、図７の
タイミングチャートに示すように、２つの水平走査回路
２７−１，２７−２の動作を同期させることにより、第
１実施例と全く同一となる。

【００１８】図８は、第３実施例の回路構成を示す図で
ある。この実施例は、図１０に示した従来の水平方向多
画素同時走査方式と本発明に係る垂直分割読み出し方式
とを組み合わせたものであり、図９に示す水平走査パル
スＸ１　，Ｘ２　，Ｘ３　及び垂直走査パルスＹ１　，
・・・　Ｙ６　を印加することにより、各垂直分割ブロ
ックの画素信号は水平方向に２画素分を同時に、各読み
出し線２６−１，・・・　２６−４に同時に順次読み出
され、出力端子ＳＩＧ１，・・・　ＳＩＧ４より出力さ
れる。

【００１９】なお　　上記実施例では、単位受光画素と
しては図４に示すような構成のものを用いた例を示した
が、単位受光画素としては、これのみに限らず、例えば
ＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｅｖ
ｉｃｅ：電荷変調素子）など、ＸＹ走査により読み出し
可能な受光素子であれば、いずれでも用いることができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、マトリクス状に配置した受光画素群を
垂直方向にｎ個のブロックに分割しているので、各ブロ
ックの水平走査線数は１／ｎとなり、同時にｎ本の走査
線を読み出すことができるようになるため、走査線のシ
フト時間のトータルは１画面単位で従来方式より１／ｎ
で済むことになり、したがって動作周波数を容易に下げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の基本構成を示すブ
ロック構成図である。

【図２】図１に示した高速読み出しの固体撮像素子の読
み出し信号をスロー再生する場合の手段を示すブロック
構成図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す回路構成図である。

【図４】単位受光画素の構成例を示す図である。

【図５】第１実施例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】第２実施例を示す回路構成図である。

【図７】第２実施例の動作を説明するためのタイミング
チャートである。

【図８】第３実施例を示す回路構成図である。

【図９】第３実施例の動作を説明するためのタイミング
チャートである。

【図１０】従来の多線読み出し方式の固体撮像素子の構
成例を示す回路構成図である。

【図１１】従来の固体撮像素子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　　受光部 １−１，１−２，１−３，１−４　　垂直分割画素ブロ
ック２−１，２−２，２−３，２−４　　垂直走査回路
３　　水平走査回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受光画素をマトリクス状に配置し水平
   及び垂直走査回路でＸＹ走査により画素信号を読み出す
   ようにした固体撮像素子において、マトリクス状に配置
   した受光画素群を垂直方向にｎ個（ｎ：２以上の整数）
   のブロックに分割した垂直分割画素ブロックと、該垂直
   分割画素ブロック毎に配置したｎ個の垂直走査回路と、
   各垂直分割画素ブロックの垂直方向に配列された各画素
   に共通に接続されたｎ本の読み出し線とを備え、前記垂
   直分割画素ブロック毎に同時に又は任意のブロックのみ
   をＸＹ走査により読み出すように構成したことを特徴と
   する固体撮像素子。
2. 【請求項２】　　前記ｎ本の読み出し線は、前記マトリ
   クス状に配置した受光画素群の一側に引き出すように構
   成したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】　　前記ｎ本の読み出し線は、前記マトリ
   クス状に配置した受光画素群の両側に分割して引き出す
   ように構成したことを特徴とする請求項１記載の固体撮
   像素子。