(57)【要約】【課題】画像に輝度ムラが生じることを抑制する。【解決手段】水平走査期間に画素信号を出力する固体撮像装置であって、画素信号を伝達する出力信号線５ａ−５ｆと、出力信号線５ａ−５ｆのそれぞれに挿設されているスイッチ素子６ａ−６ｆと、電源電圧を昇圧して蓄電する昇圧蓄電回路２０と、水平走査期間にスイッチ素子６ａ−６ｆがひとつずつ順番に導通状態になるように、昇圧蓄電回路２０に蓄電されている電圧をスイッチ素子６ａ−６ｆのそれぞれの制御端子に順番に印加する水平走査回路７と、水平ブランキング期間に昇圧蓄電回路２０に昇圧動作を実行させ、水平走査期間に昇圧蓄電回路２０に昇圧動作の実行を停止させる昇圧制御回路３０とを備える。【選択図】図１
2008042247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平走査期間に画素信号を出力する固体撮像装置であって、
画素信号を伝達する複数の出力信号線と、
前記複数の出力信号線のそれぞれに挿設されている複数のスイッチ素子と、
電源電圧を昇圧して蓄電する昇圧蓄電回路と、
水平走査期間に前記複数のスイッチ素子がひとつずつ順番に導通状態になるように、前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧を前記複数のスイッチ素子のそれぞれの制御端子に順番に印加する水平走査回路と、
水平ブランキング期間に前記昇圧蓄電回路に昇圧動作を実行させ、水平走査期間に前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させる昇圧制御回路と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記昇圧制御回路は、さらに、水平ブランキング期間に、前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧が所定電圧以上であれば、前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記昇圧制御回路は、水平ブランキング期間に前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する判定動作を実行し、水平走査期間に当該判定動作の実行を停止すること
を特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記昇圧制御回路は、さらに、垂直ブランキング期間に、前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置に関し、特に、画質を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、MOS型の固体撮像装置は、デジタルカメラ、携帯電話機、車載カメラ等、多くの製品に利用されてきている。このような市場拡大のなかで、MOS型の固体撮像装置には、さらなる画質の向上が要求されている。特許文献１，２は、画質を向上させる対策のひとつとして、固体撮像装置に含まれるスイッチ素子の駆動電圧を、電源電圧を昇圧する昇圧回路から得る技術を提案している。
【０００３】
一般にMOS型の固体撮像装置は、画素部、複数の出力信号線、複数のスイッチ素子及び水平走査回路を備えている。画素部は１水平ライン分の画素信号をそれぞれ出力信号線に出力する。複数のスイッチ素子は、複数の出力信号線のそれぞれに挿設されており、水平走査回路によりひとつずつ順番に導通状態にされる。これにより、固体撮像装置は、１水平ライン分の画素信号を順番に外部に出力することができる。さらに、この動作を画素部の全ての水平ラインについて実施することにより、全ての水平ライン分、すなわち１画面分の画素信号を外部に出力することができる。
【０００４】
このように、MOS型の固体撮像装置では、画素信号はスイッチ素子を介して外部に出力される。特許文献１，２が提案するように、スイッチ素子の駆動電圧を昇圧回路から得れば、電源電圧から得る場合よりもスイッチ素子のＯＮ抵抗を下げることができる。その結果、信号処理回路から画素信号を高速に読み出すことができる。
【特許文献１】特開2003-189185号公報
【特許文献２】特開2006-19971号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単に、固体撮像装置に昇圧回路を搭載しただけでは、スイッチ素子の駆動電圧を高くすることにより画素信号を高速に読み出すことができるものの、各列で駆動電圧がばらつくことにより、スイッチ素子のＯＮ抵抗がばらつくため、特に高輝度を示す画素信号の場合に画像の輝度ムラが生じることが判明した。
一般に昇圧回路は、昇圧された電圧をキャパシタに蓄電しており、蓄電されている電圧を出力する。そして電力消費により出力電圧が所定電圧未満になれば昇圧動作を実行し、出力電圧が所定電圧以上に回復すれば昇圧動作の実行を停止する。そうすると、昇圧回路の出力電圧は定期的に変動することになる。この出力電圧がスイッチ素子の駆動電圧として用いられれば、スイッチ素子のＯＮ抵抗が定期的に変動するため、画像に輝度ムラが生じてしまう。
【０００６】
なお、昇圧回路の出力電圧の変動を抑制するため、キャパシタの容量を十分に大きくすることも考えられるが、固体撮像装置を小型化する観点から好ましくない。
そこで、本発明は、キャパシタの容量を大きくすることなく、画像の輝度ムラが生じることを抑制する固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る固体撮像装置は、水平走査期間に画素信号を出力する固体撮像装置であって、画素信号を伝達する複数の出力信号線と、前記複数の出力信号線のそれぞれに挿設されている複数のスイッチ素子と、電源電圧を昇圧して蓄電する昇圧蓄電回路と、水平走査期間に前記複数のスイッチ素子がひとつずつ順番に導通状態になるように、前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧を前記複数のスイッチ素子のそれぞれの制御端子に順番に印加する水平走査回路と、水平ブランキング期間に前記昇圧蓄電回路に昇圧動作を実行させ、水平走査期間に前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させる昇圧制御回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、昇圧動作は、水平ブランキング期間に実行され、水平走査期間に実行停止される。このように水平走査期間には昇圧動作の実行が停止されるため、昇圧蓄電回路の出力電圧は略一定レベルに維持される。その結果、水平走査期間においてスイッチ素子のゲインが略一定レベルに維持される。したがって、キャパシタの容量を大きくすることなく、画像の輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【０００９】
また、前記昇圧制御回路は、さらに、水平ブランキング期間に、前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧が所定電圧以上であれば、前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させることとしてもよい。
上記構成によれば、昇圧蓄電回路の出力電圧が所定電圧になるように調整することができる。
【００１０】
また、前記昇圧制御回路は、水平ブランキング期間に前記昇圧蓄電回路に蓄電されている電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する判定動作を実行し、水平走査期間に当該判定動作の実行を停止することとしてもよい。
上記構成によれば、判定動作は水平ブランキング期間に実行され、水平走査期間に実行停止される。水平走査期間には昇圧動作の実行が停止されるので判定動作を実行する必要がない。このように判定動作を実行する必要がない水平走査期間に判定動作の実行を停止することで、判定動作を実行することによる電力損失を抑制することができる。
【００１１】
また、前記昇圧制御回路は、さらに、垂直ブランキング期間に、前記昇圧蓄電回路に昇圧動作の実行を停止させることとしてもよい。
このように、垂直ブランキング期間に昇圧動作の実行を停止させることで、昇圧動作を実行することによる電力損失を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。
固体撮像装置は、画素部１、ドライブ回路２、垂直走査回路３、信号処理回路４、出力信号線５ａ−５ｆ、マルチプレクサ６、水平走査回路７、出力回路８、昇圧回路９を備える。
【００１３】
画素部１は、複数の画素を有する。複数の画素は、マトリクス状に配列されており、それぞれ画素信号を生成する。
ドライブ回路２は、画素部１の行毎に、画素リセット信号と画素読み出し信号の生成及び画素信号の出力を実行させる。
垂直走査回路３は、シフトレジスタからなり、画素部１の行が一行ずつ順番に選択されるように、垂直駆動信号VDに基づいてシフト動作を開始する。垂直駆動信号VDは、外部のタイミング生成回路から得られる。
【００１４】
信号処理回路４は、画素部１から出力された画素信号にCDS(Correlated Double Sampling)等の信号処理を施す。
出力信号線５ａ−５ｆは、それぞれ画素部１の列毎に設けられ、画素信号を伝達する。
マルチプレクサ６は、トランジスタ６ａ−６ｆを有する。トランジスタ６ａ−６ｆは、出力信号線５ａ−５ｆにそれぞれ挿設されており、スイッチ素子として機能する。
【００１５】
水平走査回路７は、シフトレジスタからなり、画素部１の列が一列ずつ順番に選択されるように、水平駆動信号HDに基づいてシフト動作を開始する。水平駆動回路HDは、外部のタイミング生成回路から得られる。
出力回路８は、画素信号を増幅して出力する。
昇圧回路９は、昇圧蓄電回路２０と昇圧制御回路３０とを備え、電源電圧VDDを昇圧して得られた出力電圧Vchpを出力する。昇圧回路９の出力電圧Vchpは、トランジスタ６ａ−６ｆの駆動電圧として、水平走査回路７に供給される。
【００１６】
図２は、昇圧回路９の詳細な回路構成を示す図である。
昇圧回路９は、昇圧蓄電回路２０と昇圧制御回路３０とを備える。
昇圧蓄電回路２０は、ｐ型のトランジスタＴ１、Ｔ２、ｎ型のトランジスタＴ３、Ｔ４、キャパシタCchp、Coutを有する。キャパシタCchpの正極は、トランジスタＴ１を介して出力端子に接続されるとともに、トランジスタＴ２を介して電源端子に接続されている。キャパシタCchpの負極は、トランジスタＴ３を介して電源端子に接続されるとともに、トランジスタＴ４を介してグラウンド端子に接続されている。キャパシタCoutの正極は出力端子に接続されており、キャパシタCoutの負極はグラウンド端子に接続されている。
【００１７】
昇圧制御回路３０は、LOGIC３１、レベルシフタ３２ａ−３２ｃ、バッファ３２ｄ、ＡＮＤ回路３３、レベルシフタ３４ａ、バッファ３４ｂ、比較回路３５、ｐ型のトランジスタＴ５、Ｔ６、抵抗素子Ｒ１−Ｒ４を備える。
LOGIC３１は、クロック信号H1、H2、イネーブル信号EN及び比較信号に基づいて、トランジスタＴ１−Ｔ４の駆動信号CK1、CK2、NCK1、NCK2を生成し、これらをトランジスタＴ１−Ｔ４のゲートに供給する。駆動信号CK1、CK2、NCK1、NCK2は、レベルシフタ３２ａ−３２ｃ、バッファ３２ｄを介して供給される。クロック信号H1、H2は、外部のタイミング生成回路から得られる。イネーブル信号ENは、ＡＮＤ回路３３から得られる。比較信号は比較回路３５から得られる。
【００１８】
ＡＮＤ回路３３は、垂直駆動信号VDと水平駆動信号HDとに基づいて、イネーブル信号ENを生成し、これをLOGIC３１及びトランジスタＴ５、Ｔ６に供給する。イネーブル信号ENは、水平走査期間にHighとなり、水平ブランキング期間及び垂直ブランキング期間にLowとなる。
比較回路３５は、出力電圧Vchpと所定電圧とを比較し、比較結果を示す比較信号をLOGIC３１に供給する。そのため、比較回路３５の非反転入力端子には、出力電圧Vchpを抵抗素子Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧が入力される。また比較回路の反転入力端子には、電源電圧VDDを抵抗素子Ｒ３、Ｒ４で分圧した電圧Vrefが入力される。なお、トランジスタＴ５、Ｔ６は、イネーブル信号ENがHighになっている期間（水平走査期間）に非導通状態となり、イネーブル信号ENがLowになっている期間（水平ブランキング期間及び垂直ブランキング期間）に導通状態となる。したがって、比較回路３５による判定動作は、水平ブランキング期間及び垂直ブランキング期間に実行され、水平走査期間に実行停止される。このように判定動作の実行を停止することにより、例えば抵抗素子Ｒ１−Ｒ４のジュール損失等、判定動作を実行することによる電力損失を抑制することができる。
【００１９】
図３は、駆動信号の波形を示すタイミング図である。
LOGIC３１は、イネーブル信号ENがLowになっている期間（水平ブランキング期間及び垂直ブランキング期間）に、クロック信号H1に基づいて駆動信号CK1、NCK1を生成するとともに、クロック信号H2に基づいて駆動信号CK2、NCK2を生成する。駆動信号CK1は、クロック信号H1の同相信号であり、駆動信号NCK1は、クロック信号H1の反転信号である。また、駆動信号CK2は、クロック信号H2の同相信号であり、駆動信号NCK2は、クロック信号H2の反転信号である。この結果、昇圧制御回路３０は、昇圧蓄電回路２０に昇圧動作を実行させることができる。
【００２０】
一方、LOGIC３１は、イネーブル信号ENがHighになっている期間（水平走査期間）に、信号レベルがHigh又はLowに固定された駆動信号CK1、CK2、NCK1、NCK2を生成する。この結果、昇圧制御回路は、水平走査期間に昇圧蓄電回路２０に昇圧動作の実行を停止させることができる。
なお、図３には示していないが、比較信号がHigh、すなわち出力電圧Vchpが所定電圧以上であれば、LOGIC３１は、イネーブル信号ENがLowであっても、信号レベルがHigh又はLowに固定された駆動信号CK1、CK2、NCK1、NCK2を生成する。この結果、イネーブル信号ENがLowであっても、出力電圧Vchpが所定電圧以上であれば、昇圧制御回路３０は、昇圧蓄電回路２０に昇圧動作の実行を停止させることができる。したがって、昇圧回路９の出力電圧Vchpを適切なレベルに調整することができる。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態に係る出力電圧Vchpの挙動を示すタイミング図である。
垂直駆動信号VDは、第１の周期でHigh及びLowの状態を繰り返す。水平駆動信号HDは、第２の周期でHigh及びLowの状態を繰り返す。ここでは、垂直駆動信号VDがHighである期間が垂直走査期間であり、垂直駆動信号VDがLowである期間が垂直ブランキング期間である。また、垂直駆動信号VDがHighである期間において、水平駆動信号HDがHighである期間が水平走査期間であり、水平駆動信号HDがLowである期間が水平ブランキング期間である。画素信号OUTは、水平走査期間に出力される。イネーブル信号ENは、水平走査期間にHighとなり、水平ブランキング期間及び垂直ブランキング期間にLowとなる。
【００２２】
水平ブランキング期間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで）では、昇圧回路９は昇圧動作を実行し、出力電圧Vchpが所定電圧以上になれば昇圧動作の実行を停止する。その結果、昇圧回路９の出力電圧Vchpは、昇圧動作の実行に伴って上昇し、昇圧動作の実行停止及び電力消費に伴って降下する。
水平走査期間（時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで）では、昇圧回路９は昇圧動作の実行を停止する。その結果、昇圧回路９の出力電圧Vchpは、電力消費に伴いわずかに降下するものの略一定レベルに維持される。
【００２３】
時刻Ｔ３から時刻Ｔ９までは、水平ブランキング期間と水平走査期間との繰り返しである。
垂直ブランキング期間（時刻Ｔ９から時刻Ｔ１１まで）では、昇圧回路９は、水平ブランキング期間と同様の動作を行う。したがって、昇圧回路９の出力電圧Vchpも水平ブランキング期間と同様の振る舞いを示す。
【００２４】
図５は、先行技術に係る出力電圧Vchpの挙動を示すタイミング図である。
ここでは、本発明の実施の形態と比較するために、先行技術（特開2006-19971号公報）に係る出力電圧について説明する。先行技術は、水平ブランキング期間に昇圧動作を実行し、水平走査期間に昇圧動作の実行を停止することとしている。
水平ブランキング期間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで）では、昇圧回路９は昇圧動作の実行を停止する。その結果、昇圧回路９の出力電圧Vchpは、電力消費に伴いわずかに降下するものの略一定レベルに維持される。
【００２５】
水平走査期間（時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで）では、昇圧回路９は昇圧動作を実行し、出力電圧Vchpが所定電圧以上になれば昇圧動作の実行を停止する。その結果、昇圧回路９の出力電圧Vchpは、昇圧動作の実行に伴って上昇し、昇圧動作の実行停止及び電力消費に伴って降下する。
時刻Ｔ３から時刻Ｔ９までは、水平ブランキング期間と水平走査期間との繰り返しである。
【００２６】
垂直ブランキング期間（時刻Ｔ９から時刻Ｔ１１まで）では、昇圧回路９は、水平走査期間と同様の動作を行う。したがって、昇圧回路９の出力電圧Vchpも水平走査期間と同様の振る舞いを示す。
図４に示すように、本発明の実施の形態では水平走査期間に昇圧動作の実行が停止されるため、昇圧回路９の出力電圧Vchpは略一定レベルに維持される。その結果、水平走査期間においてスイッチ素子のＯＮ抵抗が略一定値に維持されることになる。したがって、キャパシタの容量を大きくすることなく、画像の輝度ムラが生じることを抑制することができる。
【００２７】
一方、図５に示すように、先行技術では水平走査期間に昇圧動作が実行されるため、昇圧回路９の出力電圧Vchpは変動する。その結果、水平走査期間においてスイッチ素子のゲインが変動することになる。この場合には、画像に輝度ムラが生じてしまう。
以上、本発明に係る固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態では、垂直ブランキング期間には昇圧動作の実行を停止させていないが、本発明は、この例に限らない。垂直ブランキング期間に昇圧動作の実行を停止させることとしてもよい。この場合、例えばトランジスタＴ１−Ｔ４のスイッチング損失等、昇圧動作を実行することによる電力損失を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、例えば、デジタルカメラに活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。
【図２】昇圧回路９の詳細な回路構成を示す図である。
【図３】駆動信号の波形を示すタイミング図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る出力電圧Vchpの挙動を示すタイミング図である。
【図５】先行技術に係る出力電圧Vchpの挙動を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    画素部
２    ドライブ回路
３    垂直走査回路
４    信号処理回路
５ａ−５ｆ  出力信号線
６    マルチプレクサ
７    水平走査回路
８    出力回路
９    昇圧回路
２０    昇圧蓄電回路
３０    昇圧制御回路
【図１】
2008042247.tif 000003
【図２】
2008042247.tif 000004
【図３】
2008042247.tif 000005
【図４】
2008042247.tif 000006
【図５】
2008042247.tif 000007