(57)【要約】【課題】水平転送時のノイズの発生を抑え、高速処理が実現でき、また、画像処理部の大型化や消費電力の増大を回避できる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供する。【解決手段】固体撮像素子１０の駆動時に、水平電荷転送路１４による信号電荷の水平転送期間中に垂直電荷転送路１２に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行う垂直転送駆動部２４と、固体撮像素子１０で生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するアナログデジタル変換器と、垂直駆動パルスを生成し、該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、データ転送停止期間をアナログデジタル変換器に入力するタイミングジェネレータ２３とを備え、アナログデジタル変換器が垂直転送期間からデータ転送停止期間を除いた期間の画像信号のみを出力する。【選択図】図３
2009124633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とが形成された固体撮像素子と、
前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行う垂直転送駆動部と、
前記固体撮像素子で生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するアナログデジタル変換器と、
前記垂直駆動パルスを生成し、該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、前記データ転送停止期間を前記アナログデジタル変換器に入力するタイミングジェネレータとを備え、
前記アナログデジタル変換器が前記垂直転送期間から前記データ転送停止期間を除いた期間の画像信号のみを出力することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画像信号を低電圧差動型信号方式によって出力する送信部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とが形成された固体撮像素子と、
前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行う垂直転送駆動部と、
前記固体撮像素子で生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するアナログデジタル変換器とを備えた撮像装置の駆動方法であって、
タイミングジェネレータによって前記垂直駆動パルスを生成し、該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、前記タイミングジェネレータから前記アナログデジタル変換器に前記データ転送停止期間を入力し、
前記アナログデジタル変換器が前記垂直転送期間から前記データ転送停止期間を除いた期間のデジタル画像信号のみを出力することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記画像信号を低電圧差動型信号方式によって出力することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices:電荷結合素子）型の撮像装置は、例えば下記特許文献１に記載されているように、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）とを備え、半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成されたフォトダイオード（光電変換素子）から垂直電荷転送路に読み出された信号電荷を垂直電荷転送路に沿って水平電荷転送路まで転送させ、次にこの信号電荷を水平電荷転送路に沿って電荷検出部及び出力アンプまで転送させ、電荷検出部まで転送されてきた信号電荷の各々の電荷量に応じた電圧値信号を出力アンプが出力する構成である。
【０００３】
従来の読み出し方法では、水平転送期間（出力期間）に水平転送路を駆動し、水平電荷転送路の駆動を停止している水平ブランキング期間に垂直電荷転送路及びラインメモリの駆動と信号電荷の掃き出し駆動とを行う処理が行われていた。この読み出し方法によれば、垂直転送パルスのパルス信号の立ち上がり時および立ち下がり時のタイミングが水平転送期間に重複することに起因するノイズを防止できる。
【０００４】
また、上記読み出し方法では固体撮像素子の高速駆動が行えないという問題があるため、図４及び図５に示すような撮像装置の駆動方法が提案されている。図４は、撮像装置の概略的な構成を示す図である。図５は、駆動時における垂直電荷転送の駆動タイミング及び水平電荷転送の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【０００５】
図４及び図５に示す撮像装置は、ＣＣＤの垂直転送を水平転送期間中に行い、垂直転送パルスのパルス立ち上がり時及び立ち下がり時の前後の一定期間において、水平電荷転送データを無効データとするブランキング処理を行うものである。このような方式の撮像装置では、ＣＣＤで生成された画像データには垂直転送パルスに応じた無効データも含まれた状態のまま、アナログフロントエンドを介して低電圧差動型信号方式（ＬＶＤＳ）の送信部から集積回路（ＬＳＩ）を有する画像処理部に入力される。このとき、画像処理部では、無効データが画像データにおける他の有効データと同じ形式で含まれているため、ブランキング処理によって画像データに含まれる無効データを認識し、無効データを除いた画像データを処理デバイス等に出力している。
【０００６】
【特許文献１】特願２００７−２７２２０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図４及び図５に示す撮像装置では、画像処理部の内部で画像データから無効データを取り除くブランキング処理を実行するために、回路設計が複雑になるため、回路の大規模化が避けらないうえ、また、画像処理部における消費電力がブランキング処理にかかるぶんだけ増加してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、水平転送時のノイズの発生を抑え、高速処理が実現でき、また、画像処理部の大型化や消費電力の増大を回避できる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とが形成された固体撮像素子と、
前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行う垂直転送駆動部と、
前記固体撮像素子で生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するアナログデジタル変換器と、
前記垂直駆動パルスを生成し、該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、前記データ転送停止期間を前記アナログデジタル変換器に入力するタイミングジェネレータとを備え、
前記アナログデジタル変換器が前記垂直転送期間から前記データ転送停止期間を除いた期間の画像信号のみを出力することを特徴とする撮像装置。
（２）前記画像信号を低電圧差動型信号方式によって出力する送信部を備えていることを特徴とする上記（１）に記載の撮像装置。
（３）光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とが形成された固体撮像素子と、
前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行う垂直転送駆動部と、
前記固体撮像素子で生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換して出力するアナログデジタル変換器とを備えた撮像装置の駆動方法であって、
タイミングジェネレータによって前記垂直駆動パルスを生成し、該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、前記タイミングジェネレータから前記アナログデジタル変換器に前記データ転送停止期間を入力し、
前記アナログデジタル変換器が前記垂直転送期間から前記データ転送停止期間を除いた期間のデジタル画像信号のみを出力することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
（４）前記画像信号を低電圧差動型信号方式によって出力することを特徴とする上記（３）に記載の撮像装置の駆動方法。
【００１０】
本発明によれば、水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に垂直電荷転送路に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行うとき、垂直駆動パルスを生成するタイミングジェネレータにおいて該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、タイミングジェネレータからアナログデジタル変換器にデータ転送停止期間を入力する。アナログデジタル変換器は、入力されたデータ転送停止期間に基づいて、固体撮像素子で生成された画像信号のうち無効の画像信号を認識でき、該無効の画像信号を除く画像信号のみを出力することができる。このため、画像処理部において、データ転送停止期間に基づいて無効の画像信号を検出するブランキング処理を実行する必要がなくなるため、画像処理部の回路の追加や変更が不要になり、画像処理部の大型化や消費電力の増大を回避できる。また、本発明によれば、既存の画像処理部を使用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水平転送時のノイズの発生を抑え、高速処理が実現でき、また、画像処理部の大型化や消費電力の増大を回避できる撮像装置及び撮像装置の駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる撮像装置及び固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。図２は、撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
固体撮像素子１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に二次元アレイ状に配列形成された複数のフォトダイオードＰＤと、各フォトダイオード列に隣り合って形成された垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１２とを備えている。本実施形態では、複数のフォトダイオードＰＤが、各フォトダイオード列が隣り合う列のフォトダイオードＰＤの間隔に対して約１／２ピッチずつ列の方向にずれた位置に配置された、所謂、ハニカム配置となるように形成されている。しかし、フォトダイオードＰＤの配置はこれに限定されず、例えば、半導体基板１１上の二次元平面において正方格子状に配置されていてもよい。また、図１では、各フォトダイオードＰＤに色画素の配列を示すＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）を示しているが、色画素の配列はこれに限定されない。
【００１４】
各フォトダイオードＰＤと垂直電荷転送路１２との間には、撮像駆動時にフォトダイオードＰＤで生成された信号電荷を垂直電荷転送路１２に読み出すための図示しない読出ゲートが設けられている。
【００１５】
本実施形態の固体撮像素子１０は、１つのフォトダイオードＰＤ当たり８個の垂直転送電極設けられ、８個の垂直転送電極にφＶ１〜８の垂直転送パルスが印加されることで垂直電荷転送を行う構成（所謂、８相駆動）である。なお、垂直転送電極の駆動方式は８相駆動に限定されず、例えば４相駆動とすることができる。
【００１６】
固体撮像素子１０は、半導体基板１１上に、各垂直電荷転送路１２の延設された方向に対して垂直な方向（図１に対して左右の方向）に延設された水平電荷転送路１４を備えている。水平電荷転送路１４の端部には、フローティングディフュージョンを有する電荷検出部１６と、該電荷検出部１６で検出された信号を出力する出力アンプ１７とが設けられている。
【００１７】
水平電荷転送路１４は、転送方向に沿って第１の水平転送電極と第２の水平転送電極とが繰り返し配置され、第１の水平転送電極に水平転送パルスφＨ１が印加され、第２の水平転送電極に水平転送パルスφＨ２が印加されることで水平電荷転送を行う構成（所謂、２相駆動）である。水平転送パルスφＨ１と水平転送パルスφＨ２とは互いに位相が反転したパルスであり、水平転送時には、水平転送パルスφＨ１と水平転送パルスφＨ２とを反転させることで、信号電荷を隣接する水平転送電極へ１段分だけ転送することができる。
【００１８】
各垂直電荷転送路１２の端部と水平電荷転送路１４との間に、各垂直電荷転送路１２によって転送されてきた信号電荷を一時的に蓄積し、垂直電荷転送路１２の駆動タイミングとは独立した所定のタイミングで駆動されるバッファとして機能するラインメモリ１３が設けられている。
【００１９】
固体撮像素子１０は、半導体基板１１にオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）電圧を印加することで、全てのフォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を半導体基板１１に掃き出すことができる。
【００２０】
撮像装置１は、駆動時に固体撮像素子１０に垂直転送パルスφＶ１〜８を印加する駆動部２４を備えている。本実施形態では、駆動部２４が垂直転送パルスφＶ１〜８を印加するＶＣＣＤ駆動部として機能しているが、水平電荷転送路１４に水平転送パルスφＨ１，２を印加するＨＣＣＤ駆動部としての機能も有していてよい。また、駆動部２４からＯＦＤ電圧に重畳させる掃き出しパルスφＯＦＤを半導体基板１１に印加する機能を有していてもよい。
【００２１】
撮像装置１の撮像駆動時には、各フォトダイオードＰＤが被写体からの入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積し、読み出しパルスが駆動部２４から印加されることで、フォトダイオードＰＤから信号電荷が読出ゲートを介して垂直電荷転送路１２に読み出される。垂直電荷転送路１２に駆動部２４から垂直転送パルスφＶ１〜８が印加されると、信号電荷が各垂直電荷転送路１２に沿って転送され、ラインメモリ１３に一時的に蓄積される。このとき、ラインメモリ１３に蓄積される信号電荷は、撮像領域における横一行分の画素に相当する。そして、ラインメモリ１３に駆動パルスファイＬＭが印加されると、ラインメモリ１３から信号電荷が水平電荷転送路１４に移される。ラインメモリ１３を制御することで、水平電荷転送路１２において信号電荷同士を加算することができる。
【００２２】
水平電荷転送路１４に水平転送パルスφＨ１，Ｈ２が印加されると、水平電荷転送路１４に沿って信号電荷が出力端側に転送され、電荷検出部１６に移された信号電荷の電荷量に応じた電圧信号が出力アンプ１７にから出力され、次の水平電荷転送路１４から転送された信号電荷が電荷検出部１６に移される。このように、水平電荷転送部１４から電荷検出部１６に信号電荷が移されで出力アンプ１７から出力される動作を繰り返す期間を水平転送期間とする。この水平転送期間の間に出力された信号が、実際の画像を生成するデータとなるため、ここでは、水平転送期間をデータ出力期間ともいう。水平転送期間が終了し、次の水平転送期間が始まるまでにおいに、短期間の水平ブランキング期間が設けられる。
【００２３】
図２に示すように、撮像装置１は、固体撮像素子１０から出力されたアナログ画像信号が入力されるアナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１を備えている。アナログフロントエンド２１には、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するアナログデジタル変換器が形成されている。
【００２４】
また、撮像装置１は、固体撮像素子１０を駆動させるための垂直駆動パルスφＶ１〜８と水平駆動パルスφＨ１，２を生成するタイミングジェネレータ２３を備えている。タイミングジェネレータ２３は、所定の駆動パターンが内蔵のメモリに予め記憶され、該駆動パターンに応じて垂直駆動パルスφＶ１〜８と水平駆動パルスφＨ１，２を出力する。また、本実施形態のタイミングジェネレータは、垂直駆動パルスφＶ１〜８と水平駆動パルスφＨ１，２を送信するクロック信号をカウントすることができ、垂直駆動パルスφＶ１〜８のパルス立ち上がり時及び立ち下がり時にクロック停止期間を設定し、該クロック停止期間をアナログフロントエンド２１のアナログデジタル変換器に入力する。なお、クロック停止期間については、後述する。
【００２５】
アナログフロントエンド２１から出力されたデジタル画像信号は、低電圧差動型信号方式（ＬＶＤＳ）の送信部２２から集積回路（ＬＳＩ）からなる画像処理部２６の受信部２８に送信される。画像処理部２６において、ホワイトバランス等の補正処理が実行され、補正後のデジタル画像信号が出力される。本実施形態において、送信部２２が低電圧差動型信号方式（ＬＶＤＳ）を採用しているが、デジタル画像信号の送受信方式は特に限定されない。
【００２６】
図３は、本実施形態の撮像装置において固体撮像素子を駆動する各駆動パルスのタイミングチャートである。
固体撮像素子１の駆動時に、水平転送期間（データ出力期間）中に垂直転送パルスの立ち上がり及び立ち下がり動作を実行することで垂直転送を行っている。こうすることで、従来のように水平ブランキング期間中に垂直転送を行う場合に比べて、水平転送期間中に垂直転送を行うことで、水平ブランキング期間を短くし、高速駆動を実現している。
【００２７】
水平転送期間中に垂直転送を行う場合には、垂直転送パルスのパルス立ち上がり時及び立ち下がり時に、水平電荷転送部より出力される画像データにノイズが生じてしまう場合がある。そこで、垂直転送パルスのパルス立ち上がり時及びパルス立ち下がり時に相当する期間に出力された画像データの一部を無効データとして、実際に生成する撮像画像の情報として使用していない。
【００２８】
本実施形態の固体撮像素子１０は、駆動時にタイミングジェネレータ２３によって垂直駆動パルスφＶ１〜８のパルス立ち上がり時及び立ち下がり時に相当するクロック停止期間を設定する。クロック停止期間は、データ転送クロックに含まれる情報であり、ここでは垂直転送パルスの転送クロックに基づいて設定され、アナログフロントエンド２１のアナログデジタル変換器に入力される。この期間に相当する画像データは、アナログデジタル変換器から送信部２２側へのデータ転送を行わないため、データ転送停止期間ともいう。
【００２９】
アナログフロントエンド２１は、タイミングジェネレータ２３から入力されたデータ転送停止期間に基づいて、画像データのうち、無効データを除いた他の画像データ部分のみを送信部２２に入力する。
【００３０】
本発明によれば、固体撮像素子１０の駆動時に、水平電荷転送路１４による信号電荷の水平転送期間中に垂直電荷転送路１２に垂直駆動パルスを入力して信号電荷の垂直転送を行うとき、垂直駆動パルスを生成するタイミングジェネレータ２３において該垂直駆動パルスの周期に基づいて信号電荷の転送を行わないデータ転送停止期間を設定し、タイミングジェネレータ２３からアナログデジタル変換器にデータ転送停止期間を入力する。アナログデジタル変換器は、入力されたデータ転送停止期間に基づいて、固体撮像素子１０で生成された画像信号のうち無効の画像信号を認識でき、該無効の画像信号を除く画像信号のみを出力することができる。このため、画像処理部２６において、データ転送停止期間に基づいて無効の画像信号を検出するブランキング処理を実行する必要がなくなるため、画像処理部２６の回路の追加や変更が不要になり、画像処理部２６の大型化や消費電力の増大を回避できる。また、本発明によれば、既存の画像処理部２６を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる撮像装置及び固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。
【図２】撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図３】固体撮像素子を駆動する各駆動パルスのタイミングチャートである。
【図４】従来の撮像装置の概略的な構成を示す図である。
【図５】従来の撮像装置の駆動時における、垂直電荷転送の駆動タイミング及び水平電荷転送の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１    撮像装置
１０    固体撮像素子
１２    垂直電荷転送路
１４    水平電荷転送路
２１    アナログフロントエンド
２３    タイミングジェネレータ
２４    駆動部
２６    画像処理部
【図１】
2009124633.tif 000003
【図２】
2009124633.tif 000004
【図３】
2009124633.tif 000005
【図４】
2009124633.tif 000006
【図５】
2009124633.tif 000007