(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配列された受光画素を有し、該受光画素の選択読み出しを行うために、シフトレジスタユニットを多段に縦続接続した受光画素選択用シフトレジスタと、該受光画素選択用シフトレジスタの走査開始位置情報を記憶する前記各受光画素選択用シフトレジスタユニットに対応した記憶部と、該記憶部に記憶した走査開始位置情報を対応する前記受光画素選択用シフトレジスタユニットに転送するための転送スイッチとを含む受光画素選択用走査回路を前記受光画素の選択読み出しを行うための水平走査回路及び／又は垂直走査回路とし、前記受光画素の任意範囲の選択読み出しを行うように構成した固体撮像装置において、前記マトリックス状に配列された受光画素の周囲に配置した遮光画素を備え、且つ前記受光画素選択用走査回路内に、前記遮光画素の選択読み出しを行うための遮光画素選択用シフトレジスタと、前記転送スイッチを駆動するために、前記遮光画素選択用シフトレジスタに接続された転送スイッチ駆動部とを備え、前記遮光画素の選択読み出し終了後に、前記遮光画素選択用シフトレジスタから出力される遮光画素走査終了信号を前記転送スイッチ駆動部に入力して前記転送スイッチ駆動用の転送パルスを発生させ、該転送パルスにより前記転送スイッチを駆動し、前記記憶部に記憶された走査開始位置情報を前記各受光画素選択用シフトレジスタユニットに転送し、該走査開始位置情報に基づいて前記受光画素の任意範囲の選択読み出しを行うように構成したことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体撮像装置に関し、特に遮光画素信号と任意の範囲の画素信号を読み出すことができるようにした固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、任意の範囲の画素信号を読み出すことができる固体撮像装置として、本願出願人が先に特開平６−３５０９３３号において開示した走査開始位置を記憶する記憶部をもつシフトレジスタを備えた固体撮像装置がある。次に、かかる固体撮像装置を図６に基づいて説明する。図６は、８×８画素をもつ固体撮像装置を示している。図６において、101 は画素、102 は列方向に配列された画素に共通に接続された垂直選択線、103 は行方向に配列された画素に共通に接続された水平選択線である。104 は、任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを備えていて垂直選択線102 を選択し、選択画素の信号を信号出力端子106 に出力する選択スイッチを有する水平走査回路で、105 は前記任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを備え、水平選択線103 を選択する垂直走査回路である。
【０００３】
次に、前記任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを図７に基づいて説明する。図７にはシフトレジスタが４段の場合を示している。図７において、110 はシフトレジスタの単位ブロックで、該単位ブロック110 は、直列接続された第１のクロック型インバータ111-１と第２のクロック型インバータ111-２とで構成されたシフトレジスタユニット111 と、直列接続された記憶用インバータ112 と記憶用ＮＡＮＤ113 とからなる記憶部114 と、シフトレジスタユニット111 の第１のクロック型インバータ111-１の出力端子と記憶部114 の入力端子の間に接続された記憶用スイッチ115 と、記憶部114 の出力端子と第１のクロック型インバータ111-１の出力端子の間に接続された転送用スイッチ116 とで構成されている。
【０００４】
そして、シフトレジスタユニット111 を構成する第１のクロック型インバータ111-１と第２のクロック型インバータ111-２は、図８に示すようにＰチャネルＭＯＳトランジスタ及びＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成されている。また、記憶用スイッチ115 及び転送用スイッチ116 はそれぞれＰチャネルＭＯＳトランジスタ及びＮチャネルＭＯＳトランジスタからなるアナログスイッチで構成されており、記憶用スイッチ115 はメモリパルスΦM により開閉され、転送用スイッチ116 は転送パルスΦT により開閉されるようになっている。また、記憶部114 を構成する記憶用ＮＡＮＤ113 の一方の入力端子は、／ＣＬＲ端子に接続され、／ＣＬＲ信号を印加するようになっている。
【０００５】
次に、このように構成されたシフトレジスタの動作を、図９に示したタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ0 において、／ＣＬＲ端子をハイレベルとし、スタートパルスΦSTにハイレベルを入力し、クロックΦ1 ，Φ2 にしたがって、シフトさせる。時刻ｔ1 でメモリパルスΦM をハイレベルとして、時刻ｔ1 でのシフトレジスタの情報を記憶部114 に記憶させる。時刻ｔ2 で転送パルスΦT をハイレベルとすることにより、記憶部114 に記憶させていた情報をシフトレジスタのノードＮ0.5 ，Ｎ1.5 ，Ｎ2.5 ・・・に転送する。
【０００６】
ここでは、時刻ｔ0 からｔ2 までが走査開始位置を設定するための先行走査で、時刻ｔ2 以降が本走査となり、ここでは、２段目のシフトレジスタから走査が始まったのと同様の出力を得ることができる。本走査開始後、時刻ｔ3 でΦT をハイレベル、／ＣＬＲをローレベルとすることで、シフトレジスタのノードＮ0.5 ，Ｎ1.5 ，Ｎ2.5 ・・・がハイレベルにリセットされ、走査を途中で止めることができる。本走査の走査開始位置が変更されなければ、記憶部114 に記憶されている情報が記憶用スイッチ115 のリーク電流などにより変わらない限り、記憶動作のための先行走査を行う必要はない。
【０００７】
このように任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを有する水平及び垂直走査回路を備えたＸＹアドレス型固体撮像装置においては、通常の走査では、図10の（Ａ）で太線で囲んだ部分、すなわち全画素の情報が信号出力端子106 に現れる。また、例えば水平走査回路104 を構成している前記シフトレジスタにより、水平方向の４番目から７番目の画素信号を読み出し、また垂直走査回路105 を構成している前記シフトレジスタにより、垂直方向３番目から６番目の画素信号を読み出すことにより、図10の（Ｂ）で太線で囲んだ部分の画素の出力だけを得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常固体撮像装置は、映像信号の基準となる黒レベル信号を得るために、受光画素の周辺に遮光画素を配置し、この遮光画素信号を受光画素信号と連続して読み出すようになっている。しかし、図６に示した従来の固体撮像装置においては、遮光画素の読み出しについては考慮がなされていないので、選択範囲によっては遮光画素の信号が読み出されないことが生ずる。
【０００９】
本発明は、従来の固体撮像装置における上記問題点を解決するためになされたもので、常に遮光画素の信号を読み出すことができる、任意範囲の画素選択が可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は、マトリックス状に配列された受光画素を有し、該受光画素の選択読み出しを行うために、シフトレジスタユニットを多段に縦続接続した受光画素選択用シフトレジスタと、該受光画素選択用シフトレジスタの走査開始位置情報を記憶する前記各受光画素選択用シフトレジスタユニットに対応した記憶部と、該記憶部に記憶した走査開始位置情報を対応する前記受光画素選択用シフトレジスタユニットに転送するための転送スイッチとを含む受光画素選択用走査回路を前記受光画素の選択読み出しを行うための水平走査回路及び／又は垂直走査回路とし、前記受光画素の任意範囲の選択読み出しを行うように構成した固体撮像装置において、前記マトリックス状に配列された受光画素の周囲に配置した遮光画素を備え、且つ前記受光画素選択用走査回路内に、前記遮光画素の選択読み出しを行うための遮光画素選択用シフトレジスタと、前記転送スイッチを駆動するために、前記遮光画素選択用シフトレジスタに接続された転送スイッチ駆動部とを備え、前記遮光画素の選択読み出し終了後に、前記遮光画素選択用シフトレジスタから出力される遮光画素走査終了信号を前記転送スイッチ駆動部に入力して前記転送スイッチ駆動用の転送パルスを発生させ、該転送パルスにより前記転送スイッチを駆動し、前記記憶部に記憶された走査開始位置情報を前記各受光画素選択用シフトレジスタユニットに転送し、該走査開始位置情報に基づいて前記受光画素の任意範囲の選択読み出しを行うように構成するものである。
【００１１】
このような構成の固体撮像装置においては、遮光画素選択用シフトレジスタにより遮光画素を走査し、遮光画素選択用シフトレジスタの走査終了信号を受けて、走査開始位置を記憶する記憶部に記憶した信号を転送するための転送スイッチを駆動し、記憶部の走査開始位置情報に基づいて受光画素選択用シフトレジスタにより受光画素の任意範囲の選択読み出しを行うようになっいるので、受光画素の走査範囲によらず遮光画素の信号出力を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は本発明に係る固体撮像装置の実施の形態を示す概略図である。説明を簡単にするため画素数を８×８とした場合を示している。図１において、１は画素、２は列方向に配列された画素に共通に接続された垂直選択線、３は行方向に配列された画素に共通に接続された水平選択線である。なお、画素１のうち左側２列の画素１ａは遮光されている。４は、遮光画素選択用シフトレジスタと図７に示したものと同様の構成の任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを備えていて、垂直選択線２を選択し選択画素の信号を信号出力端子６に出力する選択スイッチを有する水平走査回路で、５は前記任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを備え、水平選択線３を選択する垂直走査回路である。
【００１３】
次に、前記水平走査回路４を構成するシフトレジスタについて説明する。図２は、水平走査回路４を構成するシフトレジスタの回路構成図で、遮光画素選択用シフトレジスタ10と、図７に示した任意範囲の走査が可能なシフトレジスタと同一構成の受光画素選択用シフトレジスタ11と、該受光画素選択用シフトレジスタ11の転送スイッチを駆動するための転送スイッチ駆動部12とで構成されている。前記遮光画素選択用シフトレジスタ10は、直列接続された第１のクロック型インバータ21-1と第２のクロック型インバータ21-2とで構成されたシフトレジスタユニット21が２段と、その２段のユニット21の出力を入力した前記第１のクロック型インバータ21-1が１段とで構成されている。前記受光画素選択用シフトレジスタ11は６段の単位ブロック20で構成され、各単位ブロックの構成は図７に示したものと全く同じであるので、説明は省略する。
【００１４】
前記転送スイッチ駆動部12は、ＮＡＮＤ31とインバータ34とＮＯＲ32の直列回路で構成され、前記ＮＡＮＤ31は、／ＣＬＲ及び遮光画素選択用シフトレジスタ10の出力を入力し、前記インバータ34は前記ＮＡＮＤ31の出力を入力し、前記ＮＯＲ32は前記インバータ34の出力とシフトレジスタのクロックパルスΦ2 を入力し、該ＮＯＲ32の出力及びその出力に直列接続されたインバータ33の出力が前記受光画素選択用シフトレジスタ11の転送スイッチを駆動するように構成されている。
【００１５】
次に、このように構成されたシフトレジスタの動作を、図３に示したタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ0 において、／ＣＬＲ端子ハイレベルとし、受光画素選択用シフトレジスタ11のスタートパルスΦPST にハイレベルを入力し、クロックΦ1 ，Φ2 にしたがってシフトさせる。時刻ｔ1 でメモリパルスΦM をハイレベルとして、時刻ｔ1 での受光画素選択用シフトレジスタ11の情報を記憶部に記憶させる。このとき、各シフトレジスタユニット21の記憶スイッチに接続されたノードのうち、ノードＮ4.5 のみローレベルである（先行走査）。
【００１６】
時刻ｔ2 で、遮光画素選択用シフトレジスタ10のスタートパルスΦSTにハイレベルを入力すると、クロックΦ1 ，Φ2 にしたがってノードＮ１，Ｎ２に選択パルスΦS1，ΦS2が出力される。そして、時刻ｔ3 でノードＮ2.5 より遮光画素走査終了信号ΦEOS が出力され、前記転送スイッチ駆動部12の出力ノードＮ３から、転送パルスΦT が出力される。ここで、この転送パルスΦT は、前記遮光画素走査終了信号ΦEOS のうち、前記受光画素選択用シフトレジスタの出力ノードＮ3.5 ，Ｎ4.5 ，Ｎ5.5 ，・・・Ｎ8.5 がハイインピーダンス状態のタイミングを与える。時刻ｔ4 で転送パルスΦT がハイレベルとなると、記憶部に記憶させていた情報がシフトレジスタのノードＮ3.5 ，Ｎ4.5 ，Ｎ5.5 ，・・・Ｎ8.5 に転送される。この状態は、ノードＮ4.5 に前段よりローレベルが転送されてきた状態と同じであるから、クロックΦ1 ，Φ2 にしたがって、前記受光画素選択用シフトレジスタ11の２段目のシフトレジスタから走査が始まる。そして、時刻ｔ5 で／ＣＬＲをローレベルとすると、転送パルスΦT はハイレベルとなり、シフトレジスタのノードＮ3.5 ，Ｎ4.5 ，Ｎ5.5 ，・・・Ｎ8.5 がハイレベルにリセットされ、選択パルスΦS7の出力を最後に走査は終了する。
【００１７】
すなわち、時刻ｔ2 以降の本走査において、選択パルスΦS1，ΦS2に引き続いて選択パルスΦS4，ΦS5・・・ΦS7が出力されることになる。選択パルスΦS1，ΦS2は水平走査回路４において１列目及び２列目を選択し、選択パルスΦS4，ΦS5・・・ΦS7は、４列目から７列目までを選択する。また、垂直走査回路５を構成する図７で示した任意範囲を走査可能なシフトレジスタによって、選択行を指定できることは従来例で説明した通りである。
【００１８】
以上の動作により、上記構成のＸＹアドレス型固体撮像装置においては、水平走査回路４を構成している前記シフトレジスタにより、１列目及び２列目の走査に引き続いて、先行走査で設定した４〜７列目の受光画素が選択され、また垂直走査回路５を構成している任意範囲を走査可能なシフトレジスタにより、例えば垂直方向３番目から６番目の画素信号の出力だけを得ることができ、これにより図４の太線で囲まれた部分の走査が可能となる。
【００１９】
本実施の形態では、遮光画素を列方向に配置したものを示したが、行方向に配置した場合は、垂直走査回路を構成するシフトレジスタに、本実施の形態において水平走査回路を構成したシフトレジスタを用いればよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では遮光画素を左側に配置したものを示したが、水平走査回路を構成するシフトレジスタの回路構成が変わらない限り、どこに配置しても対応することができる。また、本実施の形態では受光画素選択用シフトレジスタの転送スイッチ駆動部にクロックΦ2 を入力するようにしたものを示したが、前記各シフトレジスタユニットの転送スイッチが接続されている出力がハイインピーダンス状態となるタイミングを与えるものであれば、これに限られるものではない。
【００２０】
また、本実施の形態では、受光画素選択用シフトレジスタの転送スイッチ駆動部に／ＣＬＲ信号と遮光画素走査終了信号ΦEOS を入力とするＮＡＮＤ31とインバータ34を用いたものを示したが、走査開始信号を転送する以外に前記各シフトレジスタユニットの転送スイッチを閉じる必要がない場合は、前記ＮＡＮＤ31と前記インバータ34は必要なく、図５に示すようにＮＯＲ32に直接遮光画素走査終了信号ΦEOS を入力する構成としてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、受光画素の走査範囲によらず、常に遮光画素の信号を読み出すことができる、任意範囲の画素選択が可能な固体撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した実施の形態における水平走査回路を構成するシフトレジスタの構成を示す回路構成図である。
【図３】図２に示したシフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１に示した実施の形態における画素の走査範囲例を示す図である。
【図５】図２に示したシフトレジスタにおける転送スイッチ駆動部の変形例を示す図である。
【図６】従来の固体撮像装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】図６に示した水平及び垂直走査回路を構成する任意範囲の走査が可能なシフトレジスタを示す回路構成図である。
【図８】図７に示したシフトレジスタユニットを構成するクロック型インバータの構成を示す図である。
【図９】図７に示したシフトレジスタの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】図６に示した従来の固体撮像装置における画素の走査範囲を示す図である。
【符号の説明】
１  画素
１ａ  遮光画素
２  垂直選択線
３  水平選択線
４  水平走査回路
５  垂直走査回路
６  信号出力端子
10  遮光画素選択用シフトレジスタ
11  受光画素選択用シフトレジスタ
12  転送スイッチ駆動部
20  単位ブロック
21  シフトレジスタユニット
21-1  第１のクロック型インバータ
21-2  第２のクロック型インバータ
31  ＮＡＮＤ
32  ＮＯＲ
33  インバータ
34  インバータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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