(57)【要約】【課題】  固体撮像素子の駆動に用いられる駆動パルスを生成する、パルス生成回路の、回路規模を低減することを課題とする。【解決手段】  固体撮像素子の駆動方法において、垂直同期信号と、水平同期信号と、立ち上りタイミングを自在に調整することのできるトリガパルスと、前記垂直同期信号によって初期化され前記水平同期信号をカウントする第１のカウンタと、前記水平同期信号によって初期化され前記トリガパルスをカウントする第２のカウンタと、第１のカウンタ値と第２のカウンタ値にしたがって駆動パルスの状態を遷移させる手段を具備するパルス生成回路の出力する前記駆動パルスによって前記固体撮像素子を駆動することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の駆動方法において、垂直同期信号と、水平同期信号と、立ち上りタイミングを自在に調整することのできるトリガパルスと、前記垂直同期信号によって初期化され前記水平同期信号をカウントする第１のカウンタと、前記水平同期信号によって初期化され前記トリガパルスをカウントする第２のカウンタと、第１のカウンタ値と第２のカウンタ値にしたがって駆動パルスの状態を遷移させる手段を具備するパルス生成回路の出力する前記駆動パルスによって前記固体撮像素子を駆動することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記トリガパルスは、前記駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータを記憶する手段と、前記垂直同期信号と前記水平同期信号を基準に前記駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータに基づいて立ち上りタイミングを自在に調整することのできるトリガパルス生成手段とを具備する同期信号生成回路で生成し、前記パルス生成回路は、前記第１のカウンタ値と、前記第２のカウンタ値とをデコードし、前記トリガパルスの立ち上りに同期して前記駆動パルスの立ち上り信号と、立下り信号を生成するデコーダを備え、前期パルス生成回路から出力される前記駆動パルスによって前記固体撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記パルス生成回路は、前記デコーダから出力される複数の中間パルスを選択し、前記駆動パルスとして出力するセレクタを備え、前期パルス生成回路から出力される前記駆動パルスによって前記固体撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
前記パルス生成回路は、データ設定を行う手段により、前記データを記憶する手段を備え、前記デコーダは、前記第１のカウンタ値と、前記第２のカウンタ値と、前記データを基に、前記トリガパルスの立ち上りに同期して前記駆動パルスの立ち上り信号と立下り信号を生成し、前期パルス生成回路から出力される前記駆動パルスによって前記固体撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を用いたビデオカメラやディジタルスチルカメラが知られている。これらのカメラの開発期間は短くなり、低価格化も進んでいる。当然それに使用される部品についても同様の要望があり、開発期間の短縮とローコスト化が必要となっている。
【０００３】
パルス生成回路は、固体撮像素子の駆動に用いられる多数の駆動パルスを生成する重要な部品であり、固体撮像素子の性能を十分に引き出すためには、各駆動パルスの立ち上りタイミング、立下りタイミングの微調整が可能であることが望まれる。
【０００４】
駆動パルスをマイクロコンピュータによりプログラマブルに設定できるように、立ち上りパルスをデコードするためのデコーダと、立下りパルスをデコードするためのデコーダとを備えたタイミングジェネレータ（パルス生成回路）が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
垂直同期信号をトリガとする第１のカウンタと水平同期信号をトリガとする第２のカウンタとを備え、出力パルスの繰り返しパタンを格納するメモリと、前記第１および第２のカウンタのカウント値がいくつになったときに出力パルスの論理レベルを遷移すべきかを表すデータを格納するメモリとを備えたタイミングジェネレータ（パルス生成回路）が開示されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−２５７３９８号公報
【特許文献２】特開２００１−２３８１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体撮像素子の駆動に用いられる駆動パルスは、その数が多く、かつその波形が複雑である。したがって、上記従来のパルス生成回路のいずれでも、格納すべきデータ量が大きいため、その記憶回路が大きくなり回路規模が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、固体撮像素子の駆動に用いられる駆動パルスを生成する、パルス生成回路の、回路規模を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、立ち上りタイミングを自在に調整可能なトリガパルスと、前記トリガパルスをカウントするカウンタとで駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを生成することを特徴とする。
【０００９】
具体的には、本発明における固体撮像素子の駆動方法は、駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータを記憶する手段と、垂直同期信号と水平同期信号を基準に前記駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータに基づいて立ち上りタイミングを自在に調整することのできるトリガパルス生成手段とを備え、前記垂直同期信号と、前記水平同期信号と、前記トリガパルスを出力する同期信号生成回路と、前記垂直同期信号によって初期化され前記水平同期信号をカウントする第１のカウンタと、前記水平同期信号によって初期化され前記トリガパルスをカウントする第２のカウンタと、第１のカウンタ値と第２のカウンタ値にしたがって該駆動パルスの状態を遷移させる手段とを備え、前記駆動パルスを出力するパルス生成回路とで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、本発明の固体撮像素子の駆動方法によれば、固体撮像素子を駆動するための駆動パルスを生成するパルス生成回路は、立ち上りタイミングを自在に調整可能なトリガパルスと、前記トリガパルスをカウントするカウンタとで駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを生成するため、その回路規模を低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法および、これを用いた固体撮像装置を実施するための最良の形態について図１〜図７を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は第１実施例に係る駆動方法を用いた固体撮像装置のブロック図を示す。１は固体撮像素子を、２は垂直同期信号ＶＤと水平同期信号ＨＤとトリガパルスを生成する同期信号生成回路を、３は固体撮像素子１の駆動に用いられる駆動パルス１、２、３、４、・・・を生成するパルス生成回路を示す。同期信号生成回路２は固体撮像素子１の駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータを記憶する手段と、垂直同期信号と水平同期信号を基準に、駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータに基づいてトリガパルスの立ち上りタイミングを自在に調整する手段とを備えており、マイクロコンピュータもしくは特定用途向け半導体（ＡＳＩＣ）などによって構成される。パルス発生回路３は垂直同期信号ＶＤによって初期化され水平同期信号ＨＤのアサート回数をカウントするＶカウンタ４と、水平同期信号ＨＤによって初期化されトリガパルスのアサート回数をカウントするＨカウンタ５と、Ｖカウンタ４およびＨカウンタ５の値に応じて立ち上りパルスと立下りパルスをデコードするデコーダ６などにより構成される。
【００１３】
図２は、図１中の固体撮像素子１の構成例を示している。図２において、２１は画素部を、２２は垂直走査回路ブロックを、２３は水平走査回路ブロックを、２４は差動増幅回路を、Ｎ１は入力ＭＯＳトランジスタを、Ｎ２〜Ｎ３は負荷ＭＯＳトランジスタを、Ｃ０１〜Ｃ０２はクランプ容量を、Ｎ４〜Ｎ５はクランプスイッチを、Ｎ６〜Ｎ７は転送スイッチを、ＣＴ１〜ＣＴ２は信号保持容量を、Ｎ８〜Ｎ９は水平転送スイッチを、Ｎ１０はリセットスイッチを示す。また画素部１はフォトダイオードＤ１１〜Ｄ２２と、転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１２２と、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２２２と、増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３２２と、選択ＭＯＳトランジスタＭ４１１〜Ｍ４２２とで構成される。
【００１４】
図２に示す固体撮像素子の読出し方法は次のとおりである。フォトダイオードＤ１１〜Ｄ２２からの光信号電荷の読出しに先立って、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２２１のゲートＰＲＥＳ１をハイレベルにすることによって、増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３２１のゲートがリセット電源にリセットされる。次にリセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２２１のゲートＰＲＥＳ１をローレベルに復帰させると同時にクランプスイッチＮ６〜Ｎ７のゲートＰＣ０Ｒをハイレベルにする。その後、選択ＭＯＳトランジスタＭ４１１〜Ｍ４２１のゲートＰＳＥＬ１をハイレベルにすることによって、ノイズ信号が垂直信号線Ｖ１〜Ｖ２に読み出されクランプ容量Ｃ０１〜Ｃ０２にクランプされる。同時に転送スイッチＮ６〜Ｎ７のゲートＰＴをハイレベルにすることによって信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ２がクランプ電圧にリセットされる。次に、クランプスイッチＮ４〜Ｎ５のゲートＰＣ０Ｒをローレベルに復帰させ、転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１２１のゲートＰＴＸ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ２１の光信号電荷が、増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３２１のゲートに転送すると同時に光信号が垂直信号線Ｖ１〜Ｖ２に読み出される。次に、転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１２１のゲートＰＴＸ１をローレベルに復帰させた後、転送スイッチＮ６〜Ｎ７のゲートＰＴをローレベルにすることによって、リセット信号からの変化分（光信号）が信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ２に読み出される。ここまでの動作で、第１行目に接続された画素セルの光信号が、それぞれの行に接続された信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ２に保持される。次に、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２２１のゲートＰＲＥＳ１及び転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１２１のゲートＰＴＸ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ２１の光信号電荷がリセットされる。この後、水平走査ブロック２３から供給され信号線Ｈ１〜Ｈ２を伝送する信号によって、各列の水平転送スイッチＮ８〜Ｎ９のゲートが順次ハイレベルとし、信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ２に保持されていた電圧を、順次水平出力線に読み出し、出力端子ＯＵＴに順次出力する。そして各列の信号読出しの合間でリセットスイッチＮ１０によって水平出力線をリセット電圧Ｖｒｅｓにリセットする。以上で、第１行目に接続された画素セルの読出しが完了する。以下同様に、垂直走査回路ブロック２２からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号を順次読出し、全画素セルの読出しが完了する。
【００１５】
図３は、図２に示した固体撮像素子の駆動パルスを、図１に示す固体撮像素子の駆動方法で生成したときの波形例を示している。
【００１６】
図３を用いて図１の動作を説明する。まず時刻ｔ０において同期信号生成回路１から垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤの立ち下がり信号が出力される。Ｖカウンタ４はＶＤの立下り信号によって初期化され、“０”を出力する。Ｈカウンタ５はＨＤの立下り信号によって初期化され“０”を出力する。次に時刻ｔ１において同期信号生成回路１からトリガパルスの立ち上り信号が出力される。デコーダ６はＨカウンタ５の出力値“０”をデコードし、トリガパルスの立ち上りに同期して、ＰＲＥＳ１の立下り信号を生成する。また同様にＰＣ０ＲとＰＴの立下り信号を生成する。そしてＨカウンタ５はトリガパルスの立ち上り信号をカウントアップし、“１”を出力する。次に時刻ｔ２において同期信号生成回路１からトリガパルスの立ち上り信号が出力される。デコーダ６はＨカウンタ５の出力値“１”をデコードし、トリガパルスの立ち上りに同期して、ＰＳＥＬ１の立ち上り信号を生成する。そしてＨカウンタ５はトリガパルスの立ち上り信号をカウントアップし、“２”を出力する。以下同様にＨカウンタ５の出力値をデコードし、同期信号生成回路１から出力されるトリガパルスの立ち上りに同期して、各駆動パルスの立ち上り信号と立下り信号が生成される。そして固体撮像素子の第１行目の画素読出しが完了すると、同期信号生成回路１は水平同期信号ＨＤの立下り信号を出力し、Ｖカウンタ４がカウントアップされ、固体撮像素子の第２行目の読出しパルスがパルス生成回路３から出力される。
【００１７】
図１の構成によれば、同期信号生成回路２は駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータを記憶する手段と、垂直同期信号と水平同期信号を基準に前記駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータに基づいて立ち上りタイミングを自在に調整することのできるトリガパルス生成手段を備えているため、ｔ０からｔ１、ｔ１からｔ２、ｔ２からｔ３といったトリガパルスの立ち上りタイミングの間隔を自在に変更可能であり、このため、各駆動パルスの立ち上りタイミング、立下りタイミングが変更可能となる。
【００１８】
また、パルス発生回路３には各駆動パルスのタイミングを設定するデータを格納する記憶手段を備える必要がないため、パルス発生回路１の回路規模を大幅に削減できる。
【００１９】
また、パルス発生回路３のＨカウンタ５は、各駆動パルスの立ち上りタイミング、立下りタイミングを規定するのに最低限必要なトリガパルスをカウントするものであって、１水平読出し期間中に同一周期のクロックをカウントする場合に比べ、回路規模を削減できる。同様にデコーダ６も１水平読出し期間中に同一周期のクロックをカウントしたカウント値をデコードする場合に比べ、回路規模を削減できる。
【実施例２】
【００２０】
図４に第２実施例に係る駆動方法を用いた固体撮像装置のブロック図を示す。図４に示す構成例では、図１に示すデコーダ６から中間パルスＡ、中間パルスＢが出力される点と、中間パルスＡと中間パルスＢを入力し、駆動パルス４を出力するセレクタ７が追加されている点と、図１に示す同期信号生成回路２に、セレクタ７に入力する、パルス選択線が追加されている点が異なるのみで、その他の部分は図１と同じ構成であり、対応する部分は同じ参照番号を付してその詳細の説明を省略する。
【００２１】
セレクタ７はデコーダ６から出力される中間パルスＡと中間パルスＢを、同期信号生成回路２から出力されるパルス選択線の状態に従ってどちらか一方を選択し、駆動パルス４として出力するものである。
【００２２】
次に、図４、図５を参照して、本実施例の動作を説明する。
【００２３】
図５は、図４に示す固体撮像素子の駆動方法の波形例を示す。まず時刻ｔ０において同期信号生成回路１から垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤの立ち下がり信号が出力される。Ｖカウンタ４はＶＤの立下り信号によって初期化され、“０”を出力する。Ｈカウンタ５はＨＤの立下り信号によって初期化され“０”を出力する。次に時刻ｔ１において同期信号生成回路１からトリガパルスの立ち上り信号が出力される。デコーダ６はＨカウンタ５の出力値“０”をデコードし、トリガパルスの立ち上りに同期して、駆動パルス１の立下り信号を生成する。同様にして、時刻ｔ２に駆動パルス２の立ち上り信号を、時刻ｔ４に駆動パルス３の立ち上り信号を生成する。駆動パルス４は、駆動パルス１の立下りと同時に立ち上り（時刻ｔ１）、駆動パルス３が立ち上がる前に立ち下がる（時刻ｔ３）の場合（中間パルスＡ）と、駆動パルス２の立ち上りと同時に立ち上り（時刻ｔ２）、駆動パルス３の立ち上りと同時に立ち下がる（時刻ｔ４）場合（中間パルスＢ）のいずれか一方をパルス選択線の状態で選択し、駆動パルス４として出力する。
【００２４】
図４の構成によれば、駆動パルス４は、他の駆動パルスとの相対関係を変更可能なため、タイミングの調整幅を大きくすることが可能となる。またパルス生成回路３の回路規模は、実施例１のパルス生成回路３に比し、セレクタ７の増加と、デコーダ６に対し中間パルスを生成するためのデコード回路の増加のみとなる。
【実施例３】
【００２５】
図６に第３実施例に係る駆動方法を用いた固体撮像装置のブロック図を示す。図６に示す構成例では、図１に示すパルス生成回路３にデコード値を記憶する回路８が追加されている点と、同期信号生成回路２にデコード値を記憶する記憶回路８にデータ設定を行う手段を備えている点とが異なっているのみで、その他の部分は図１と同じ構成であり、対応する部分は同じ参照番号を付してその詳細の説明を省略する。
【００２６】
次に、図６を参照して、本実施例の動作を説明する。
【００２７】
記憶回路８は、同期信号生成回路２のデータ設定を行う手段により、駆動パルスの立ち上りと立下りを規定するデコード値が設定される。デコーダ６では記憶回路８のデコード値と、Ｖカウンタ４、Ｈカウンタ５のカウンタ値に応じて、駆動パルス１〜４の立ち上り信号、立下り信号を生成する。
【００２８】
図６の構成によれば、パルス発生回路３のＨカウンタ５は、各駆動パルスの立ち上りタイミング、立下りタイミングを規定するのに最低限必要なトリガパルスをカウントするものであって、１水平読出し期間中に同一周期のクロックをカウントする場合に比べ、回路規模を削減できる。同様に、記憶回路８も１水平読出し期間中に同一周期のクロックをカウントする場合に比し、大きなカウント値を記憶する必要がなく、記憶回路の回路規模を削減できる。また記憶記憶回路８に設定されるデコード値は、パルス生成回路３が出力する駆動パルスのうち、立ち上りタイミング、立下りタイミングが他の駆動パルスとの相対関係を維持せず調整が必要なものなど、必要最低限のものに限ることによって、さらに回路規模を削減できる。
【実施例４】
【００２９】
図７に第４実施例に係る駆動方法を用いた固体撮像装置のブロック図を示す。本実施例は、固体撮像素子１０１、前処理１０２、ディジタル信号処理１０３、前述した同期信号生成回路２とで構成される撮像システムであって、固体撮像素子１０１は、前述したパルス生成回路３を同一基板内に内蔵（オンチップ化）する。
【００３０】
次に、図７を参照して、本実施例の動作を説明する。
【００３１】
まず、ディジタル信号処理１０３から固体撮像素子１０１を駆動するための駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータを、同期信号生成回路２のデータを記憶する手段に設定する。次に同期信号生成回路２は、ディジタル信号処理１０３から出力された垂直同期信号ＶＤと水平同期信号ＨＤを基準に、駆動パルスの立ち上りタイミングと立下りタイミングを規定するデータに基づいてトリガパルスの立ち上りタイミング生成する。パルス生成回路３は前述した実施例と同様に、同期信号生成回路２から出力された垂直同期信号ＶＤと、水平同期信号ＨＤと、トリガパルスを基に、固体撮像素子１０１を駆動するための駆動パルスを生成する。固体撮像素子１０１は、固体撮像素子に内蔵されたパルス生成回路３が生成した駆動パルスに従って動作し、アナログ信号を出力する。ＣＤＳ、ＡＤＣなどのアナログ信号をディジタル信号に変換する前処理１０２は同期信号生成回路２によって生成されたＡＤクロックなどのタイミングパルスに従い、固体撮像素子１０１より出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理１０３に入力する。
【００３２】
図７の構成によれば、パルス生成回路３は小規模な回路構成によって実現できるため、固体撮像素子のパルス生成回路３を内蔵することによる基板面積（チップ面積）の増加を最小限に抑えることが可能となる。また、同期信号生成回路２と固体撮像素子１０１を接続する配線は、垂直同期信号ＶＤと、水平同期信号ＨＤと、トリガパルスとのみであるため、配線の引き回しが容易となる。またクロック信号のように高速で動作するパルスを固体撮像素子１０１に入力する必要がないため、固体撮像素子１０１に混入するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例に係る固体撮像素子の駆動方法の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１中の主要信号の波形例を示すタイミングチャート図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る固体撮像素子の駆動方法の構成を示すブロック図である。
【図５】図２中の主要信号の波形例を示すタイミングチャート図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る固体撮像素子の駆動方法の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る固体撮像素子の駆動方法の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  固体撮像素子
２  同期信号生成回路
３  パルス生成回路
４  Ｖカウンタ
５  Ｈカウンタ
６  デコーダ
７  セレクタ
８  記憶回路
２１  画素部
２２  垂直走査回路ブロック
２３  水平走査回路ブロック
２４  差動増幅回路
Ｎ１  入力ＭＯＳトランジスタ
Ｎ２〜Ｎ３  負荷ＭＯＳトランジスタ
Ｃ０１〜Ｃ０２  クランプ容量
Ｎ４〜Ｎ５  クランプスイッチ
Ｎ６〜Ｎ７  転送スイッチ
ＣＴ１〜ＣＴ２  信号保持容量
Ｎ８〜Ｎ９  水平転送スイッチ
Ｎ１０  リセットスイッチ
Ｄ１１〜Ｄ２２  フォトダイオード
Ｍ１１１〜Ｍ１２２  転送ＭＯＳトランジスタ
Ｍ２１１〜Ｍ２２２  リセットＭＯＳトランジスタ
Ｍ３１１〜Ｍ３２２  増幅ＭＯＳトランジスタ
Ｍ４１１〜Ｍ４２２  選択ＭＯＳトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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