(57)【要約】【課題】  消費電力を低減した水平ＣＣＤ駆動回路、それを備えた固体撮像素子及びその駆動方法を提供する。【解決手段】  立ち上がり及び立ち下がり時に中間電圧を有する水平駆動信号によって駆動される水平ＣＣＤによって動作される固体撮像素子である。水平駆動信号の中間電圧は、バッファ回路の出力ノードがフローティング状態で等電位スイッチがオンになる時に生成される。【選択図】    図３
2005328524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック信号を反転させて第１水平駆動信号を出力するインバータと、
前記クロック信号をバッファリングして第２水平駆動信号を出力するバッファ回路と、  第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない第１出力スイッチと、
前記第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない第２出力スイッチと、
前記第１制御信号と同時に論理状態が変更されない第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを選択的に短絡または開放させる等電位スイッチと、を備えることを特徴とする固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項２】
前記第１制御信号は、
前記クロック信号の立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間、第２論理状態から第１論理状態に変わる信号であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項３】
前記第２制御信号は、
前記第１制御信号が第１論理状態である時、第１論理状態から第２論理状態に変わり、第２論理状態に一定時間留まる信号であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項４】
前記等電位スイッチは、
前記第１制御信号が第１論理状態であり、前記第２制御信号が第２論理状態である間、前記出力端の間を短絡させて、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを所定の中間電圧の等電位に維持させ、
前記インバータ、前記バッファ回路、及び前記等電位スイッチが同時に活性化されないように、前記第１制御信号と前記第２制御信号の論理状態の変更時点の間には、一定時間の時間差が存在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水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項５】
第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、第１水平駆動信号を出力する第１バッファ回路と、
第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、第２水平駆動信号を出力する第２バッファ回路と、
等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる等電位スイッチをと、備えることを特徴とする固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項６】
前記第１バッファ回路は、
ソース及びドレインそれぞれの端子は、第１電源及び前記第１水平駆動信号出力端に接続され、ゲート端子は、前記第１プルアップ信号を受ける第１ＰＭＯＳＦＥＴと、
ソース及びドレインそれぞれの端子は、第２電源及び前記第１水平駆動信号出力端に接続され、ゲート端子は、前記第１プルダウン信号を受ける第１ＮＭＯＳＦＥＴをと、備え、
前記第２バッファ回路は、
ソース及びドレインそれぞれの端子は、前記第１電源及び前記第２水平駆動信号出力端に接続され、ゲート端子は、前記第２プルアップ信号を受ける第２ＰＭＯＳＦＥＴと、
ソース及びドレインそれぞれの端子は、前記第２電源及び前記第２水平駆動信号出力端に接続され、ゲート端子は、前記第２プルダウン信号を受ける第２ＮＭＯＳＦＥＴと、を備えることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項７】
前記固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路は、
クロック信号を第１遅延、第２遅延、及び第３遅延させた信号を発生させる遅延回路と、
前記第１遅延された信号と前記第２遅延された信号とについてのＸＯＲロジック演算を行って、前記等電位制御信号を生成する第１ロジック回路と、
前記クロック信号と前記第３遅延された信号とについてのＡＮＤロジック演算を行って、前記第１プルダウン信号を生成する第２ロジック回路と、
前記クロック信号と前記第３遅延された信号とについてのＮＯＲロジック演算を行って、前記第２プルダウン信号を生成する第３ロジック回路と、
前記第２プルダウン信号を反転させて、前記第１プルアップ信号を生成する第１インバータと、
前記第１プルダウン信号を反転させて、前記第２プルアップ信号を生成する第２インバータと、をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路。
【請求項８】
２次元行列状に配列され、光を感知して電気的信号に変換して映像信号を生成する光素子と、
前記光素子から映像信号を受けて、各列から行単位に垂直伝送する垂直ＣＣＤと、
前記垂直ＣＣＤから垂直伝送された映像信号を受信して、水平伝送して出力する水平ＣＣＤと、を備え、
前記水平ＣＣＤは、クロック信号から生成された第１水平駆動信号及び第２水平駆動信号を利用して、前記垂直伝送された映像信号を水平伝送し、前記クロック信号の立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間には、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とがフローティング状態であり、前記フローティング状態で一定時間の間、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とが短絡されて所定の中間電圧の等電位を維持することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
前記水平ＣＣＤは、
水平ＣＣＤ駆動回路から前記第１水平駆動信号及び前記第２水平駆動信号を入力され、
前記水平ＣＣＤ駆動回路は、
前記クロック信号を反転させて、前記第１水平駆動信号を出力するインバータと、
前記クロック信号をバッファリングして、前記第２水平駆動信号を出力するバッファ回路と、
第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない第１出力スイッチと、
前記第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない第２出力スイッチと、
第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを選択的に短絡または開放させる等電位スイッチと、を備えることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記水平ＣＣＤは、
水平ＣＣＤ駆動回路から前記第１水平駆動信号及び前記第２水平駆動信号を入力され、
前記水平ＣＣＤ駆動回路は、
第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、前記第１水平駆動信号を出力する第１バッファ回路と、
第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、前記第２水平駆動信号を出力する第２バッファ回路と、
等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる等電位スイッチと、を備えることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
クロック信号を反転させて第１水平駆動信号を出力する段階と、
前記クロック信号をバッファリングして第２水平駆動信号を出力する段階と、
第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、
前記第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、
前記第１制御信号と同時に論理状態が変更されない第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを選択的に短絡または開放させる段階と、
固体撮像素子の水平ＣＣＤが前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を備えることを特徴とする固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１２】
前記第１制御信号は、
前記クロック信号の立ち上がり初期から、及び立ち下がり初期から第２論理状態から第１論理状態に変わり、第１論理状態に一定時間留まる信号であることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１３】
前記第２制御信号は、
前記第１制御信号が第１論理状態である時、第１論理状態から第２論理状態に変わり、第２論理状態に一定時間留まる信号であることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１４】
前記出力端は、
前記第１制御信号が第１論理状態であり、前記第２制御信号が第２論理状態である間に短絡されて所定の中間電圧の等電位に維持され、
前記第１制御信号と前記第２制御信号の論理状態の変更時点の間には、一定時間の時間差が存在することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１５】
第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、第１水平駆動信号を出力する段階と、
第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、第２水平駆動信号を出力する段階と、
等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる段階と、
固体撮像素子の水平ＣＣＤが前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を備えることを特徴とする固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１６】
前記固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法は、
クロック信号を第１遅延、第２遅延、及び第３遅延させた信号を発生させる段階と、
前記第１遅延された信号と前記第２遅延された信号とについてのＸＯＲロジック演算を行って、前記等電位制御信号を生成する段階と、
前記クロック信号と前記第３遅延された信号とについてのＡＮＤロジック演算を行って、前記第１プルダウン信号を生成する段階と、
前記クロック信号と前記第３遅延された信号とについてのＮＯＲロジック演算を行って、前記第２プルダウン信号を生成する段階と、
前記第２プルダウン信号を反転させて、前記第１プルアップ信号を生成する段階と、
前記第１プルダウン信号を反転させて、前記第２プルアップ信号を生成する段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法。
【請求項１７】
２次元行列状に配列された光素子から、光を感知して電気的信号に変換して映像信号を生成する段階と、
垂直ＣＣＤで前記光素子から映像信号を受けて各列で行単位に垂直伝送する段階と、
水平ＣＣＤで前記垂直ＣＣＤから垂直伝送された映像信号を受信して、水平伝送して出力する段階と、を備え、
前記水平ＣＣＤは、クロック信号から生成された第１水平駆動信号及び第２水平駆動信号を利用して、前記垂直伝送された映像信号を水平伝送し、前記クロック信号の立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間には、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とがフローティング状態であり、前記フローティング状態で一定時間の間、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とが短絡されて所定の中間電圧の等電位を維持することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１８】
前記水平伝送出力段階は、
前記クロック信号を反転させて、前記第１水平駆動信号を出力する段階と、
前記クロック信号をバッファリングして、前記第２水平駆動信号を出力する段階と、
第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、
前記第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、
第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを選択的に短絡または開放させる段階と、
前記水平ＣＣＤで前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１９】
前記水平伝送出力段階は、
第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、前記第１水平駆動信号を出力する段階と、
第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、前記第２水平駆動信号を出力する段階と、
等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端とを選択的に短絡または開放させる段階と、
前記水平ＣＣＤで前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７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、固体撮像素子に関わり、特に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的なＣＣＤ型固体撮像素子１２０を利用するカラー撮像システム１００を示すブロック図である。図１を参照すれば、一般的なカラー撮像システム１００は、コントローラ１１０、ＣＣＤ型固体撮像素子１２０、補間器１３０、及び信号処理部１４０を備える。前記カラー撮像システム１００は、携帯電話カメラ、デジタルスチルカメラに適用される。前記ＣＣＤ型固体撮像素子１２０は、視野に展開される映像を撮像して電気的信号に変換してカラーイメージデータ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を周期的に生成する。前記コントローラ１１０は、前記ＣＣＤ型固体撮像素子１２０を駆動するための垂直駆動信号及び水平駆動信号を発生させる。このように生成される３色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、前記補間器１３０で補間処理され、これにより、補間処理された３色信号Ｒ，Ｇ，Ｂは、再び信号処理部１４０を経てＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のようなディスプレイ装置に出力されてディスプレイされる。
【０００３】
特に、前記固体撮像素子１２０は、２次元行列状に配列された光受光素子と各光素子に連結されて、電荷パケットを垂直に伝送するための垂直ＣＣＤ（図示せず）、及び前記垂直ＣＣＤ（図示せず）から各列から出力される電荷パケットを受けて、水平に伝送するための水平ＣＣＤ（図示せず）を備える。前記垂直ＣＣＤ（図示せず）は、前記垂直駆動信号の制御を受けて、光素子から生成される電荷パケットを垂直に伝送して、前記水平ＣＣＤ（図示せず）に伝達する。前記水平ＣＣＤ（図示せず）は、前記水平駆動信号の制御を受けて、前記垂直ＣＣＤ（図示せず）から出力される電荷パケットを受けて、水平に伝送する。このような固体撮像素子１２０の駆動方式については、特許文献１に開示されている。
【０００４】
前記ＣＣＤ型固体撮像素子１２０の駆動は、通常、数十ｋＨｚ単位の垂直駆動、数十ＭＨｚ単位の水平駆動、出力のためのリセット駆動及びその外のバイアス電圧の印加よりなる。垂直駆動の場合には、要求される電圧レベルが通常の論理回路出力レベルと違って、別途の駆動回路が使われ、水平駆動の場合には、単純なプルアップ−プルダウン型の一般的なバッファ論理回路が使われる。図２は、図１の固体撮像素子１２０の水平ＣＣＤ駆動回路２００を示すブロック図である。図２を参照すれば、前記コントローラ１１０に備えられる水平ＣＣＤ駆動回路２００は、伝送効率を極大化するために、通常的に、２相の水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２を生成する。すなわち、水平ＣＣＤ（図示せず）駆動のための所定のクロック信号ＸＨからインバータ２０１〜２０３によって、異なる論理状態を有する２相の水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２が生成される。
【０００５】
一方、最近、携帯電話カメラ、またはデジタルスチルカメラのようなモバイル用小型機器に採択される固体撮像素子１２０の場合に、消費電力の減少が重要な課題であり、このために出力側の増幅器のバイアス電圧と電流とを低める努力が進められて電力消耗の減少に効果があった。しかし、水平駆動の場合に、固体撮像素子１２０の解像度上昇による負荷容量の増加及び駆動周波数が上がるにつれて、全体消費電力は増加し続ける傾向がある。固体撮像素子１２０における負荷容量は、数百ないし数千ｐＦレベルであり、動作周波数が高いため、動作時に負荷容量の反復的な充放電によるＡＣ電流が主な電力消耗の要因となる。この場合、駆動信号に対する消費電力Ｐφは、数式１の通りである。数式１で、ｆは駆動周波数、Ｃは負荷容量、Ｖは電圧振幅である。
［数式１］
Ｐφ＝ｆ＊Ｃ＊Ｖ２
【０００６】
前記のような一般的な固体撮像素子１２０の垂直ＣＣＤ駆動において、動作周波数は１０〜２０ｋＨｚ、負荷容量は５００〜２０００ｐＦ、電圧振幅は５〜１０Ｖほどであり、これによる消費電力は０.１２ｍＷ〜４ｍＷほどの範囲である。水平ＣＣＤ駆動においては、動作周波数は８〜４０ＭＨｚ、負荷容量は１０〜５０ｐＦ、電圧振幅は３〜５Ｖほどであり、これによる消費電力は０.７２ｍＷ〜５０ｍＷであって、垂直ＣＣＤ駆動に比べて相対的に大きく、解像度が高められるにつれ、水平ＣＣＤにおける電力消耗は、次第に増加しつつある。最近、携帯用機器に適するように設計された固体撮像素子１２０の場合でも、出力側の増幅器の最終端の駆動電圧を既存１２〜１５Ｖから５Ｖに低めて全体消費電力を７３ｍＷに低めたが、このとき、水平ＣＣＤ駆動における消費電力が３７.４ｍＷほどであって、全体消費電力の５０％ほど高く占めているという問題点がある。
【０００７】
互いに反転された形態の駆動信号による水平ＣＣＤ駆動で消費電力を減らすための方法として、特許文献２に示されたように、スイッチ動作を行う３つの素子を駆動信号出力部と水平ＣＣＤとの間に追加して駆動信号が他の論理状態に反転される間に、駆動信号の連結を短絡し、信号線を等電位にする技術がある。しかし、特許文献２に開示されたように、駆動信号の連結を短絡するための信号と信号線を等電位にする信号とを同時に印加する場合に、各スイッチが反応するのに必要な時間差によって、駆動信号の連結が完全に短絡されていない状態で、等電位のためのスイッチが連結される場合が発生する。このとき、出力バッファを通じて電源間が短絡される形態となり、これにより、出力バッファでは、瞬間的に高いレベルの電流が等電位のためのスイッチを通過して流れる。結果的に、電力減少効果を下げるか、激しい場合、むしろ電力消費が既存の技術に比べて増加することもあるという問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−２９５３０号公報
【特許文献２】米国特許ＵＳＰ４,５９７,０９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする技術的課題は、消費電力の低減のために新たな方法で水平駆動信号を生成する水平ＣＣＤ駆動回路、それを備えた固体撮像素子を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記固体撮像素子の駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を達成するための本発明の一面による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路は、インバータ、バッファ回路、第１出力スイッチ、第２出力スイッチ、及び等電位スイッチを備えることを特徴とする。前記インバータは、クロック信号を反転させて第１水平駆動信号を出力する。前記バッファ回路は、前記クロック信号をバッファリングして第２水平駆動信号を出力する。前記第１出力スイッチは、第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない。前記第２出力スイッチは、前記第１制御信号の論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない。前記等電位スイッチは、前記第１制御信号と同時に論理状態が変更されない第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる。前記等電位スイッチは、前記第１制御信号が第１論理状態であり、前記第２制御信号が第２論理状態である間に、前記出力端の間を短絡させて、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端とを所定の中間電圧の等電位に維持させ、前記インバータ、前記バッファ回路、及び前記等電位スイッチが同時に活性化されないように、前記第１制御信号と前記第２制御信号の論理状態の変更時点の間には、一定時間の時間差が存在することを特徴とする。
【００１０】
前記課題を達成するための本発明の他の一面による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路は、第１バッファ回路、第２バッファ回路、及び等電位スイッチを備えることを特徴とする。前記第１バッファ回路は、第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、第１水平駆動信号を出力する。前記第２バッファ回路は、第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、第２水平駆動信号を出力する。前記等電位スイッチは、等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる。
【００１１】
前記固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路は、遅延回路、第１ロジック回路、第２ロジック回路、第３ロジック回路、第１インバータ、及び第２インバータをさらに備えることを特徴とする。前記遅延回路は、クロック信号を第１遅延、第２遅延、及び第３遅延させた信号を発生させる。前記第１ロジック回路は、前記第１遅延された信号と前記第２遅延された信号とに対するＸＯＲロジック演算を行って、前記等電位制御信号を生成する。前記第２ロジック回路は、前記クロック信号と前記第３遅延された信号とに対するＡＮＤロジック演算を行って、前記第１プルダウン信号を生成する。前記第３ロジック回路は、前記クロック信号と前記第３遅延された信号とに対するＮＯＲロジック演算を行って、前記第２プルダウン信号を生成する。前記第１インバータは、前記第２プルダウン信号を反転させて、前記第１プルアップ信号を生成する。前記第２インバータは、前記第１プルダウン信号を反転させて前記第２プルアップ信号を生成する。
【００１２】
前記課題を達成するための本発明のさらに他の一面による固体撮像素子は、光素子、垂直ＣＣＤ、及び水平ＣＣＤを備えることを特徴とする。前記光素子は、２次元行列状に配列され、光を感知して電気的信号に変換して映像信号を生成する。前記垂直ＣＣＤは、前記光素子から映像信号を受けて各列で行単位に垂直伝送する。前記水平ＣＣＤは、前記垂直ＣＣＤから垂直伝送された映像信号を受信して水平伝送して出力する。ここで、前記水平ＣＣＤは、クロック信号から生成された第１水平駆動信号及び第２水平駆動信号を利用して、前記垂直伝送された映像信号を水平伝送し、前記クロック信号の立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間には、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とがフローティング状態であり、前記フローティング状態で一定時間の間に、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とが短絡されて所定の中間電圧の等電位を維持することを特徴とする。
【００１３】
前記他の課題を達成するための本発明の一面による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法は、クロック信号を反転させて第１水平駆動信号を出力する段階と、前記クロック信号をバッファリングして第２水平駆動信号を出力する段階と、第１制御信号の論理状態に応答して選択的に前記第１水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、前記第１制御信号の論理状態に応答して選択的に前記第２水平駆動信号を出力するか、または出力しない段階と、前記第１制御信号と同時に論理状態が変更されない第２制御信号の論理状態に応答して、前記第１出力スイッチの前記第１水平駆動信号出力端と前記第２出力スイッチの前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる段階と、固体撮像素子の水平ＣＣＤが前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記他の課題を達成するための本発明の他の一面による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法は、第１プルアップ信号及び第１プルダウン信号に応答して、第１水平駆動信号を出力する段階と、第２プルアップ信号及び第２プルダウン信号に応答して、第２水平駆動信号を出力する段階と、等電位制御信号の論理状態に応答して、前記第１バッファ回路の前記第１水平駆動信号出力端と前記第２バッファ回路の前記第２水平駆動信号出力端との間を選択的に短絡または開放させる段階と、固体撮像素子の水平ＣＣＤが前記第１水平駆動信号出力端の信号及び前記第２水平駆動信号出力端の信号を利用して、映像信号を水平伝送する段階と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記他の課題を達成するための本発明のさらに他の一面による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動方法は、２次元行列状に配列された光素子で、光を感知して電気的信号に変換して映像信号を生成する段階と、垂直ＣＣＤで前記光素子から映像信号を受けて各列で行単位に垂直伝送する段階と、水平ＣＣＤで前記垂直ＣＣＤから垂直伝送された映像信号を受信して水平伝送して出力する段階と、を備え、前記水平ＣＣＤは、クロック信号から生成された第１水平駆動信号及び第２水平駆動信号を利用して、前記垂直伝送された映像信号を水平伝送し、前記クロック信号の立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間には、前記第１水平駆動信号出力端の前記第２水平駆動信号出力端がフローティング状態であり、前記フローティング状態で一定時間の間に、前記第１水平駆動信号出力端と前記第２水平駆動信号出力端とが短絡されて所定の中間電圧の等電位を維持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による固体撮像素子の駆動では、水平駆動信号のトランジション時に中間電圧を利用するので、負荷容量の充放電による消費電力を減少させる。また、バッファ回路が活性化される時間と等電位スイッチが活性化される時間とが同時になされる場合はなく、これにより、バッファ回路で電源と接地との間に電流パスが形成されないので、消費電力をさらに減少させうる。したがって、低消費電力が要求される携帯電話カメラ、またはデジタルスチルカメラのようなモバイル用の小型機器に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施例を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照せねばならない。
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は、同じ部材を表す。
【００１８】
図３は、本発明の一実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子３００を示すブロック図である。図３を参照すれば、前記固体撮像素子３００は、光素子３１０、垂直ＣＣＤ３２０、及び水平ＣＣＤ３３０を備える。
【００１９】
前記固体撮像素子３００は、ＣＣＤ型の撮像装置であって、携帯電話カメラ、デジタルスチルカメラに装着され、視野に展開される映像を撮像して電気的信号に変換して映像信号を出力する。前記固体撮像素子３００は、光素子３１０を利用して、外部光を感知して電気的信号に変換して映像信号を出力する。前記光素子３１０は、２次元行列状のピクセルアレイを構成する。各ピクセルを構成する光素子３１０の上部には、周知したように、ベイヤパターンのカラーフィルタアレイが配置されると仮定する。通常的に、カラー固体撮像素子３００である場合に、各ピクセルの上部に特定カラーの光のみを受容するようにカラーフィルタを設置するが、色信号を構成するために少なくとも３種類のカラーフィルタを配置する。最も一般的なカラーフィルタアレイは、ベイヤパターンであり、ベイヤパターンは、図３のように、１行にＲ、Ｇの２つのカラーパターン、及び他の行にＧ、Ｂの２つのカラーパターンが反復的に配置される。このとき、輝度信号と密接に関連されたＧは、全ての行に配置され、Ｒカラー、Ｂカラーは、各行ごとに交差して配置されて、輝度解像度を高める。デジタルスチルカメラには、解像度を高めるために１００万ピクセル以上の多くのピクセルを配列したＣＣＤが適用されている。
【００２０】
特に、このような固体撮像素子３００は、通常的に、垂直ＣＣＤ３２０を４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４で駆動するが、必ずしもこれに限定されるものではない。前記垂直ＣＣＤ３２０は、１フィールド期間に上下に隣接する２行のピクセルのうち、何れか１行のピクセルからの信号電荷を垂直に伝達し、フィールドごとに異なる行の光素子３１０信号を水平ＣＣＤ ３３０に伝送する方式を使用する。このような４相駆動方式については、特開２０００−２９５３０号公報にもよく開示されている。すなわち、前記垂直ＣＣＤ ３２０は、垂直駆動信号Ｖ１〜Ｖ４を利用して、光素子３１０で感知された映像信号を受けて各列で行単位に垂直伝送して、水平ＣＣＤ ３３０に出力する。
【００２１】
前記水平ＣＣＤ ３３０は、水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２を利用して、前記垂直ＣＣＤ３２０から受けた行別映像信号を受信して、水平伝送して出力する。特に、本発明では、所定コントローラ（図示せず）に備えられる水平ＣＣＤ駆動回路４００，６００が消費電力の低減のための新たな方法で前記水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２を生成する。すなわち、前記水平ＣＣＤ ３３０を駆動する第１水平駆動信号Ｈ１及び第２水平駆動信号Ｈ２は、前記所定コントローラ（図示せず）で生成される所定クロック信号ＸＨから生成され、前記水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２を生成する水平ＣＣＤ駆動回路４００，６００の前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端とが前記クロック信号ＸＨの立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間に、フローティング状態で所定の中間電圧の等電位を維持する。このような前記水平ＣＣＤ ３３０の駆動のための水平ＣＣＤ駆動回路４００，６００については、図４及び図６でさらに詳細に説明する。
【００２２】
図４は、第１実施例による図３の固体撮像素子３００を駆動する水平ＣＣＤ駆動回路４００を示す回路図である。図４を参照すれば、前記水平ＣＣＤ駆動回路４００は、インバータ４１０、バッファ回路４２０、第１出力スイッチ４３０、第２出力スイッチ４４０、及び等電位スイッチ４５０を備える。図５は、図４の水平ＣＣＤ駆動回路４００の動作説明のためのタイミング図である。図４の前記水平ＣＣＤ駆動回路４００の動作説明のために、図５のタイミング図が参照される。
【００２３】
図４で、前記インバータ４１０は、クロック信号ＸＨを反転させて第１水平駆動信号Ｈ１を出力する。前記インバータ４１０は、駆動能力が高い最終出力のために大きいサイズに設計される。周知したように、段階別に駆動能力を高めるための他のバッファ（図示せず）が前記インバータ４１０の前に配置されることもある。前記バッファ回路４２０は、最小限二つ以上の偶数個のインバータ４２１，４２２を備えて、前記クロック信号ＸＨをバッファリングして、第２水平駆動信号Ｈ２を出力する。同様に、駆動能力が高い最終出力のために、前記バッファ回路４２０の最終端のインバータ４２２は、大きいサイズに設計される。
【００２４】
前記第１出力スイッチ４３０は、第１制御信号ＸＥＮの論理状態に応答して、選択的に前記第１水平駆動信号Ｈ１を出力するか、または出力しない。前記第１制御信号ＸＥＮは、図５に示されたように、前記クロック信号ＸＨの立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間に、第２論理状態（論理ハイ状態）から第１論理状態（論理ロー状態）に変わる信号である。前記第２出力スイッチ４４０は、前記第１制御信号ＸＥＮの論理状態に応答して、選択的に前記第２水平駆動信号Ｈ２を出力するか、または出力しない。すなわち、前記第１制御信号ＸＥＮが第１論理状態である時、前記第１出力スイッチ４３０及び前記第２出力スイッチ４４０は開放され、これにより、前記第１出力スイッチ４３０の前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２出力スイッチ４４０の前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端とは、それぞれフローティング状態になり、このとき、負荷容量ＣＬ１，ＣＬ２によって以前の電圧の大きさを維持する。
【００２５】
前記等電位スイッチ４５０は、第２制御信号ＸＥＱの論理状態に応答して、前記第１出力スイッチ４３０の前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２出力スイッチ４４０の前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端との間を選択的に短絡または開放させる。前記第２制御信号ＸＥＱは、図５に示されたように、前記第１制御信号ＸＥＮが第１論理状態である時、一定時間の間に第１論理状態から第２論理状態に変わる信号である。前記第１制御信号ＸＥＮが第１論理状態であり、前記第２制御信号ＸＥＱが第２論理状態である時、前記等電位スイッチ４５０は、前記出力端の間を短絡させる。これにより、図５に示されたように、前記出力端の短絡によって、前記負荷容量ＣＬ１，ＣＬ２の値がほぼ等しい場合、前記第１出力スイッチ４３０の前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２出力スイッチ４４０の前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端とが所定の中間電圧の等電位に維持される。
【００２６】
このように、水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２のトランジション時に中間電圧を利用するので、前記インバータ４１０及び前記バッファ回路４２０はそれぞれ、従来に比べて１／２電圧振幅で負荷容量ＣＬ１，ＣＬ２を充放電するので、数式１によって消費電力を減少させる。また、前記インバータ４１０及び前記バッファ回路４２０が活性化される時間と等電位スイッチ４５０が活性化される時間とが同時になされる場合はないので、電源と接地との間に電流パスが形成されず、消費電力を減少させる。
【００２７】
図６は、第２実施例による図３の固体撮像素子３００を駆動する水平ＣＣＤ駆動回路６００を示す回路図である。図６を参照すれば、前記水平ＣＣＤ駆動回路６００は、遅延回路６１０、第１ロジック回路６３０、第２ロジック回路６２０、第３ロジック回路６４０、第１インバータ６５０、第２インバータ６６０、第１バッファ回路６７０、第２バッファ回路６８０、及び等電位スイッチＱＥＱを備える。図７は、図６の水平ＣＣＤ駆動回路の動作説明のためのタイミング図である。前記水平ＣＣＤ駆動回路６００の動作説明のために、図７のタイミング図が参照される。
【００２８】
図６で、前記遅延回路６１０は、遅延素子６１１，６１２，６１３を利用して、クロック信号ＸＨを第１遅延、第２遅延、及び第３遅延させた信号ＸＨＤ１〜ＸＨＤ３を発生させる。前記第１ロジック回路６３０は、前記第１遅延された信号ＸＨＤ１と前記第２遅延された信号ＸＨＤ２とに対するＸＯＲ（排他的論理和）ロジック演算を行って、前記等電位制御信号ＸＥＱを生成する。前記第２ロジック回路６２０は、前記クロック信号ＸＨと前記第３遅延された信号ＸＨＤ３とに対するＡＮＤ（論理積）ロジック演算を行って、前記第１プルダウン信号ＸＨ１を生成する。前記第３ロジック回路６４０は、前記クロック信号ＸＨと前記第３遅延された信号ＸＨＤ３とに対するＮＯＲ（否定論理和）ロジック演算を行って、前記第２プルダウン信号ＸＨ２を生成する。前記第１インバータ６５０は、前記第２プルダウン信号ＸＨ２を反転させて、前記第１プルアップ信号ＸＨ２Ｂを生成する。前記第２インバータ６６０は、前記第１プルダウン信号ＸＨ１を反転させて、前記第２プルアップ信号ＸＨ１Ｂを生成する。
【００２９】
前記第１バッファ回路６７０は、第１ＰＭＯＳＦＥＴ（Ｐ‐ｔｙｐｅ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＱＰＵ１及び第１ＮＭＯＳＦＥＴ（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）ＱＰＤ１を備える。前記第１ＰＭＯＳＦＥＴ ＱＰＵ１は、ソース及びドレインそれぞれの端子が第１電源ＶＤＤ及び前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端に接続され、ゲート端子は、前記第１プルアップ信号ＸＨ２Ｂを受ける。前記第１ＮＭＯＳＦＥＴ ＱＰＤ１は、ソース及びドレインそれぞれの端子が第２電源ＶＳＳ及び前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端に接続され、ゲート端子は、前記第１プルダウン信号ＸＨ１を受ける。これにより、前記第１バッファ回路６７０は、前記第１プルアップ信号ＸＨ２Ｂ及び前記第１プルダウン信号ＸＨ１に応答して、第１水平駆動信号Ｈ１を出力する。
【００３０】
前記第２バッファ回路６８０は、第２ＰＭＯＳＦＥＴ ＱＰＵ２及び第２ＮＭＯＳＦＥＴ ＱＰＤ２を備える。前記第２ＰＭＯＳＦＥＴ ＱＰＵ２は、ソース及びドレインそれぞれの端子が前記第１電源ＶＤＤ及び前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端に接続され、ゲート端子は、前記第２プルアップ信号ＸＨ１Ｂを受ける。前記第２ＮＭＯＳＦＥＴ ＱＰＤ２は、ソース及びドレインそれぞれの端子が前記第２電源ＶＳＳ及び前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端に接続され、ゲート端子は、前記第２プルダウン信号ＸＨ２を受ける。これにより、前記第２バッファ回路６８０は、前記第２プルアップ信号ＸＨ１Ｂ及び前記第２プルダウン信号ＸＨ２に応答して、第２水平駆動信号Ｈ２を出力する。
【００３１】
前記等電位スイッチＱＥＱは、前記等電位制御信号ＸＥＱの論理状態に応答して、前記第１バッファ回路６７０の前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２バッファ回路６８０の前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端との間を選択的に短絡または開放させる。
【００３２】
これにより、図７を参照すれば、前記クロック信号ＸＨの立ち上がり初期から一定時間及び立ち下がり初期から一定時間の間に、第１ＰＭＯＳＦＥＴ ＱＰＵ１、第１ＮＭＯＳＦＥＴ ＱＰＤ１、第２ＰＭＯＳＦＥＴ ＱＰＵ２及び第２ＮＭＯＳＦＥＴ ＱＰＤ２は、いずれもオフとなり、前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２水平駆動信号Ｈ２出力端とは、それぞれフローティング状態になり、このとき、各出力端の負荷容量によって以前の電圧の大きさを維持する。このようなフローティング状態で、前記等電位制御信号ＸＥＱは、一定時間の間に第２論理状態になり、前記等電位スイッチＱＥＱは、前記出力端の間を短絡させる。これにより、図７に示されたように、前記出力端の短絡によって、前記負荷容量ＣＬ１，ＣＬ２の値がほぼ等しい場合、前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端と前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端とが所定の中間電圧の等電位に維持される。
【００３３】
このように、水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２のトランジション時に中間電圧を利用するので、前記第１バッファ回路６７０及び前記第２バッファ回路６８０はそれぞれ、従来に比べて１／２電圧振幅で負荷容量を充放電するので、数式１によって消費電力を減少させる。また、前記第１バッファ回路６７０及び前記第２バッファ回路６８０が活性化される時間と等電位スイッチＱＥＱが活性化される時間とが同時になされる場合はないので、第１電源ＶＤＤと第２電源ＶＳＳとの間に電流パスが形成されず、消費電力を減少させる。
【００３４】
図８は、図３の水平ＣＣＤ ３３０での電荷移動を説明するためのエネルギーダイアグラムである。図８を参照すれば、図３の前記垂直ＣＣＤ ３２０が各列で映像信号を行単位に垂直伝送して水平ＣＣＤ ３３０に出力すれば、前記水平ＣＣＤ ３３０は、水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２を利用して、前記垂直ＣＣＤ ３２０から行別映像信号を受信して水平伝送して出力する。例えば、前記水平ＣＣＤ ３３０は、前記垂直ＣＣＤ ３２０から数十ｋＨｚ速度で伝送される（Ｇ,Ｂ）行の映像信号を受けて数十ＭＨｚ速度で水平伝送し、次いで、（Ｒ,Ｇ）行の映像信号についても同じ速度で水平伝送し、このような動作を反復する。前述された前記第１水平駆動信号Ｈ１の出力端の信号及び前記第２水平駆動信号Ｈ２の出力端の信号をそれぞれ受ける電極は、互いに交代で第１論理状態と第２論理状態とを有するので、前記垂直ＣＣＤ ３２０から伝送された映像信号パケットは、図８のように、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３それぞれの時間に１電極ずつシフトして最終電極から出力される。このような前記水平ＣＣＤ ３３０での信号パケット移動方式については、よく知られているので、ここでは、詳細な説明は省略する。このように水平ＣＣＤ ３３０から出力された３色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、図１のような補間器１３０に出力されてＬＣＤのような表示装置に出力される。
【００３５】
前述したように、本発明の一実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子３００は、クロック信号ＸＨの立ち上がり及び立ち下がり時に、中間電圧を有する水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２によって駆動される水平ＣＣＤ ３３０によって動作される。前記水平駆動信号Ｈ１，Ｈ２の中間電圧は、バッファ回路６７０，６８０の出力ノードがフローティング状態で等電位スイッチＱＥＱがオンになる時に生成される。
【００３６】
以上、図面及び明細書で最適の実施例が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは、単に本発明を説明するための目的から使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路及び方法は、例えば、携帯電話カメラ、デジタルスチルカメラなどのイメージピックアップ装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一般的なＣＣＤ型固体撮像素子を利用するカラー撮像システムを示すブロック図である。
【図２】図１の固体撮像素子の水平ＣＣＤ駆動回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例によるＣＣＤ型固体撮像素子を示すブロック図である。
【図４】第１実施例による図３の固体撮像素子を駆動する水平ＣＣＤ駆動回路を示す回路図である。
【図５】図４の水平ＣＣＤ駆動回路の動作説明のためのタイミング図である。
【図６】第２実施例による図３の固体撮像素子を駆動する水平ＣＣＤ駆動回路を示す回路図である。
【図７】図６の水平ＣＣＤ駆動回路の動作説明のためのタイミング図である。
【図８】図３の水平ＣＣＤでの電荷移動を説明するためのエネルギーダイアグラムである。
【符号の説明】
【００３９】
３００    ＣＣＤ型固体撮像素子
３１０    光素子
３２０    垂直ＣＣＤ
３３０    水平ＣＣＤ
Ｖ１〜Ｖ４    ４相駆動信号
Ｈ１，Ｈ２    水平駆動信号
【図１】
2005328524.tif 000003
【図２】
2005328524.tif 000004
【図３】
2005328524.tif 000005
【図４】
2005328524.tif 000006
【図５】
2005328524.tif 000007
【図６】
2005328524.tif 000008
【図７】
2005328524.tif 000009
【図８】
2005328524.tif 000010