(57)【要約】【課題】固体撮像装置の出力アンプの発熱を抑え、光電変換素子における熱ノイズの発生を防止する。【解決手段】行列状に配置された複数のフォトダイオード２と、各列のフォトダイオード２で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送ＣＣＤ３と、複数の垂直転送ＣＣＤ３から転送された電荷を水平方向に転送する１つの水平転送ＣＣＤ４と、水平転送ＣＣＤ４の両端に１つずつ設けられた出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）と、水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向を交互に切り換えるとともに両出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）を交互に駆動させる駆動回路６とを備えた。水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向を、１水平走査ライン毎、１フィールド毎、または１フレーム毎に交互に切り換えつつ、両出力アンプを交互に駆動させて、電荷の読み出しを行うことで、両出力アンプへの通電を交互に停止して発熱を抑える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、
各列の前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する１つの水平転送部と、
前記水平転送部の両端に１つずつ設けられた一対の出力アンプと、
前記水平転送部による電荷の転送方向を交互に切り換えるとともに前記一対の出力アンプを交互に駆動させる駆動回路と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記水平転送部による電荷の転送方向を１水平走査ライン毎、１フィールド毎、または１フレーム毎に交互に切り換え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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、より詳細には、光電変換により得られた信号電荷を検出するための出力アンプ部の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の固体撮像装置の模式図である。この固体撮像装置１０は、行列状に配置された複数のフォトダイオード（光電変換素子）１１と、各列のフォトダイオード１１で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送ＣＣＤ（垂直転送部）１２と、これら複数の垂直転送ＣＣＤ１２から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ（水平転送部）１３と、水平転送ＣＣＤ１３の一端に接続された出力アンプ１４とを備えている。
【０００３】
上記のように構成された固体撮像装置は、各列のフォトダイオード１１で発生した電荷を、複数の垂直転送ＣＣＤ１２により水平転送ＣＣＤ１３へ転送しつつ、水平転送ＣＣＤ１３により電荷を１水平走査ライン分ずつ出力アンプ１４へ転送することにより、各フォトダイオード１１で発生した電荷量に応じた電圧信号を出力アンプ１４から順次出力する。全水平走査ライン分の電圧信号から１フレーム分の画像データが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の固体撮像装置１０では、フォトダイオード１１で発生した電荷の転送中、出力アンプ１４が常時通電されているため発熱し、その熱がフォトダイオード１１に伝わることによってノイズが発生し、撮像によって得られる画像データの品質が低下するという問題があった。この問題は、複数フレーム分の電荷を連続読み出しする場合に特に顕著となる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、出力アンプの発熱を抑えることにより、光電変換素子などにおける熱ノイズの発生を防止して、高品質の画像データを得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換素子と、各列の前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記複数の垂直転送部から転送された電荷を水平方向に転送する１つの水平転送部と、前記水平転送部の両端に１つずつ設けられた一対の出力アンプと、前記水平転送部による電荷の転送方向を交互に切り換えるとともに前記一対の出力アンプを交互に駆動させる駆動回路とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記駆動回路は、前記水平転送部による電荷の転送方向を１水平走査ライン毎、１フィールド毎、または１フレーム毎に交互に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、水平転送部による電荷の転送方向を、所定の期間毎、たとえば１水平走査ライン毎、１フィールド毎、または１フレーム毎に交互に切り換えつつ、水平転送部の両出力端に設けた出力アンプを交互に駆動させて、光電変換によって発生した電荷量に応じた電圧信号を出力することができるので、出力アンプへの通電を交互に停止してその発熱を抑えることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る固体撮像装置を備えたデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。このデジタルカメラ１００は、本発明に係る固体撮像装置１のほか、光学系２１、アナログ信号処理部２２、Ａ／Ｄ変換部２３、バッファメモリ２５、圧縮・伸長処理部２５、ＹＣ分離処理部２６、記録メディア２７、メディアインタフェース２８、通信インタフェース２９、ＹＣ→ＲＧＢ変換部３０、画像表示用ＬＣＤ３１、ＬＣＤドライバ３２、操作部３３、操作画面用ＬＣＤ３４、レリーズスイッチ３５、ＥＥＰＲＯＭ３６、メインＣＰＵ３７、測光・測距ＣＰＵ３８、撮像系制御回路３９などを備えて構成される。
【００１０】
光学系２１は、ＡＦレンズ２１ａや絞り２１ｂなどを備えて構成される。ＡＦレンズ２１ａは、被写体像を絞り２１ｂを通して固体撮像装置１の受光面に結像させる。固体撮像装置１は、その受光部に入射した光の光量に応じた画像信号をアナログ信号処理部２２に出力する。
【００１１】
アナログ信号処理部２２は、入力された画像信号にノイズ低減処理、白バランス処理、γ処理などの所定のアナログ信号処理を施し、処理後の信号をＡ／Ｄ変換部２３へ出力する。Ａ／Ｄ変換部２３は、入力されたアナログ信号をデジタル画像信号に変換してバッファメモリ２４へ出力する。バッファメモリ２４は、デジタル画像信号を記録メディア２７に記録するに際し一旦蓄積するためのメモリである。
【００１２】
圧縮・伸長処理部２５は、バッファメモリ２４に蓄積された画像データをＪＰＥＧ方式などの所定の圧縮方式で圧縮して記録メディア２７に記録したり、記録メディア２７から読み出された画像データを伸長したりする。ＹＣ分離処理部２６は、圧縮・伸長処理部２４に送られる未圧縮の画像データを輝度データＹと色差データＣｒ，Ｃｂとに変換する。
【００１３】
記録メディア２７には、フラッシュメモリを搭載した小型メモリーカード等が用いられる。記録メディア２７への画像データの書き込み・読み出しは、メディアインタフェース２８を介して行われる。通信インタフェース２９は、パソコンやプリンタなどの外部装置との通信用のインタフェースである。
【００１４】
ＹＣ→ＲＧＢ変換部３０は、記録メディア２７に記録された画像データ（静止画または動画）を画像表示用ＬＣＤ３１に表示する際に、ＹＣ分離信号を信号を輝度信号、色差信号をＲＧＢ信号に変換する。このＲＧＢ信号に基づいてＬＣＤドライバ３２が画像表示用ＬＣＤ３１を駆動することにより、画像表示用ＬＣＤ３１にカラー画像が表示される。
【００１５】
操作部３３には、モード選択スイッチや電源スイッチなどが設けられている。モード選択スイッチは撮影モードなどを任意のモードに設定するための操作子であり、これを操作することにより、撮影モードを静止画モードまたは動画モードに設定することができる。操作画面用ＬＣＤ３４には、その時のモードやバッテリ４０の状態の他、各種メッセージなどが表示される。
【００１６】
レリーズスイッチ３５は、デジタルカメラ１００に撮影開始を指示するためのスイッチであり、このスイッチを途中まで押すと、光学系２１のフォーカス制御や絞り制御が行われ、完全に押した時点で撮影すなわち、固体脱像装置１、アナログ信号処理部２２およびＡ／Ｄ変換部２３による被写体像の取り込みが行われる。その際、光学系２１は測光・測距ＣＰＵ３８によって制御され、固体撮像装置１などは撮像系制御回路３９によって制御される。
【００１７】
ＥＥＰＲＯＭ３６には、このデジタルカメラ１００の各種機能を実現するためのプログラムが格納されている。メインＣＰＵ３７は、ＥＥＰＲＯＭ３６に記憶されているプログラムを実行することにより、このデジタルカメラ１００を統括制御する。
【００１８】
図２（ａ）は本発明にかかる固体撮像装置の構成例を示す模式図である。この固体撮像装置１は、行列状に配置された複数のフォトダイオード２と、各列のフォトダイオード２で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送ＣＣＤ３と、これら複数の垂直転送ＣＣＤ３から転送された電荷を水平方向に転送し出力するための水平転送ＣＣＤ４と、水平転送ＣＣＤ４の両端に１つずつ設けられた左右一対の出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）と、これらを駆動する駆動回路６とを備えている。出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）は、図３に例示する回路構成のフローティングディフュージョンアンプで構成される。出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）は、それぞれ入力部にスイッチＳＷを有しており、スイッチＳＷが駆動回路６によりオンオフされることにより選択的に駆動され、入力端子（ＩＮ）から入力された電荷量に応じた電圧を出力端子（ＯＵＴ）から出力する。ＲＧ、ＲＤおよびＯＤは制御端子である。
【００１９】
図４に水平転送ＣＣＤ４の駆動電極の構成例および駆動電極のポテンシャル波形を示す。図５に水平転送ＣＣＤ４の駆動波形の例を示す。図４（ａ）に示すように、水平転送ＣＣＤ４の駆動電極は、Ｈ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、Ｈ２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、Ｈ３およびＨ４の１０個の電極で構成されており、図５（ａ）に示すように、電位差の異なる２電極を１組として、２組（Ｈ２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）とＨ４の組およびＨ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）とＨ２の組）の電極を、垂直転送同期信号ＨＤと同一周期で繰り返し駆動することにより、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すような、ポテンシャル波形（進行波）が形成される。図４（ｂ）に示す勾配を持ったポテンシャル波形が左方向に進行することにより、垂直転送ＣＣＤ３から転送されてきた電荷が左方向に転送され、図４（ｃ）に示す勾配を持ったポテンシャル波形が右方向に進行することにより、垂直転送ＣＣＤ３から転送されてきた電荷が右方向に転送される。
【００２０】
図２（ｂ）は駆動回路６における制御動作タイミングを例示する信号波形図である。図中、ＶＤはフレーム同期信号であり、フレーム同期信号ＶＤの１周期毎に、垂直転送同期信号ＨＤに同期して垂直転送ＣＣＤ３による１フレーム分の電荷転送が行われる。ＬＳはラインセレクト信号であり、垂直転送同期信号ＨＤの１周期毎にオンオフが切り換わる。Ｌは、左側の出力アンプ５（Ｌ）の駆動信号であり、この信号Ｌはラインセレクト信号ＬＳと同周期・同位相でオンオフする。Ｒは右側の出力アンプ５（Ｒ）の駆動信号であり、この信号Ｒはラインセレクト信号ＬＳと同周期・逆位相でオンオフする。これらの信号は、駆動回路６の内部で発生させるようにしても、この固体撮像装置１が搭載される機器のＣＰＵ（図示省略）より与えられるようにしてもよい。
【００２１】
駆動回路６は、ラインセレクト信号ＬＳがオンの間は、水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向が左方向になるように、ラインセレクト信号ＬＳがオフの間は、水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向が右方向になるように、水平転送ＣＣＤ４を駆動制御する。
【００２２】
また、駆動回路６は、駆動信号Ｌがオンの間は、左側の出力アンプ５（Ｌ）に駆動電力を供給し、駆動信号Ｌがオフになると、左側の出力アンプ５（Ｌ）をリセットし電力供給を停止する。駆動信号Ｒがオンの間は、右側の出力アンプ５（Ｒ）に駆動電力を供給し、駆動信号Ｒがオフになると、右側の出力アンプ５（Ｒ）をリセットし電力供給を停止する。
【００２３】
上記のように構成された固体撮像装置１は、水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向を、１水平走査ライン毎に左右に交互に切り換えつつ、左右の出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）を交互に駆動させる。これにより、奇数番目と偶数番目の水平走査ライン毎に、異なる出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）を使用して電荷の読み出しが行われる。
【００２４】
そして、電荷の読み出しに使用されていない方の出力アンプはリセットされ、電力の供給が絶たれる。すなわち、左側の出力アンプ５（Ｌ）が使用されている間は、右側の出力アンプ５（Ｒ）には電力が供給されず、右側の出力アンプ５（Ｒ）が使用されている間は、左側の出力アンプ５（Ｌ）には電力が供給されない。
【００２５】
このように、水平転送ＣＣＤ４の左右に設けた出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）を交互に使用して電荷の読み出しを行い、使用されていない方の出力アンプへの通電を停止するようにしたことで、通電が停止している間の自然冷却によって出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）の発熱を抑えることができる。これにより、出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）の発熱に起因する熱ノイズの発生を防止して、高品質の画像データを得ることができる。
【００２６】
ただし、左右の出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）から出力される信号は、そのままでは正像と鏡像の関係になっているため、鏡像を正像に戻す処理を行う必要がある。この処理は、この固体撮像装置１が搭載されるデジタルカメラなどの機器の画像メモリ上または画像処理部で実施すればよい。また、鏡像を出力する方の出力アンプ５（Ｌ）または５（Ｒ）の後段に、この処理を行う処理部を設けてもよい。
【００２７】
上記の例では、水平転送ＣＣＤ４による電荷の転送方向および左右の出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）の切り換えを、１水平走査ライン毎に行っているが、１フィールド毎あるいは１フレーム毎に切り換えるようにしてもよい。
【００２８】
また、デジタルカメラ１００の操作部３３に上記の切り換え方法のいずれかを選択するための水平転送モード選択ボタンを設けておき、使用状況などに応じて、切り換え方法を選択できるようにしてもよい。その場合たとえば図６のフローチャートに示すように、フレームモードが選択されたら（Ｓ１でＹｅｓ）、１フレーム毎に転送方向および左右の出力アンプの切り換え（Ｓ２）を行い、フィールドモードが選択されたら（Ｓ３でＹｅｓ）、１フィールドモード毎に転送方向および左右の出力アンプの切り換え（Ｓ４）を行い、ラインモードが選択されたら（Ｓ５でＹｅｓ）、１水平走査ライン毎に転送方向および左右の出力アンプの切り換え（Ｓ６）を行う。
【００２９】
また、図７に示すように、垂直転送ＣＣＤ３と水平転送ＣＣＤ４との間にラインメモリ７を設け、垂直転送ＣＣＤ３により転送されてきた電荷をラインメモリ７に一旦保持した後、水平転送ＣＣＤ４で画素混合するようにしてもよい。
【００３０】
また、垂直転送ＣＣＤ３により転送されてきた電荷をＲ信号およびＢ信号とＧ信号とに分けて左右別々の方向に転送することにより、それぞれ異なる出力アンプ５（Ｌ）、５（Ｒ）で読み出すようにしてもよい。この動作は、たとえばＲ信号とＢ信号とを同時に且つＧ信号と交互に読み出し、垂直転送同期信号ＨＤの一周期毎に、Ｇ信号は左方向へ、Ｒ信号とＢ信号は右方向へそれぞれ転送することにより実現できる。このようにすれば、Ｇ信号、ＲＢ信号毎に、転送効率の高い転送方向および高特性の出力アンプを選択することができるので、転送効率やアンプゲインの特性を均一に保つことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、水平転送部の両端に出力アンプを各々設け、水平転送部による電荷の転送方向を交互に切り換えるとともに両出力アンプを交互に駆動させて電荷の読み出しを行うようにしたので、出力アンプの発熱を抑えることができ、これにより光電変換素子などにおける熱ノイズの発生を防止して、高品質の画像データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置を備えたデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は本発明にかかる固体撮像装置の構成例を示す模式図、（ｂ）は駆動回路６における制御動作タイミングを例示する信号波形図である。
【図３】図２中に示す出力アンプの構成例を示す回路図である。
【図４】水平転送ＣＣＤの駆動電極の構成例および駆動電極のポテンシャル波形を示す図である。
【図５】（ａ）は水平転送ＣＣＤの駆動波形の例を示す図、（ｂ）は駆動電圧の構成例を示す図である。
【図６】水平転送ＣＣＤによる電荷の転送方向および左右の出力アンプの切り換え方法の選択手順を例示するフローチャートである。
【図７】本発明にかかる固体撮像装置の別の構成例を示す模式図である。
【図８】従来の固体撮像装置の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１　固体撮像装置
２　フォトダイオード（光電変換素子）
３　垂直転送ＣＣＤ（垂直転送部）
４　水平転送ＣＣＤ（水平転送部）
５（Ｌ）、５（Ｒ）　出力アンプ
６　駆動回路
７　ラインメモリ
【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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【図８】
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