JP3668306B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、遮光されたＯＢ（Optical Black ）画素を備えた固体撮像装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像装置においては、温度等の周辺環境の変化に対して安定した撮像動作を行うために、ＯＢクランプを行う。ＯＢクランプを行うためには、受光画素の周辺に入射光を遮断したＯＢ画素を設け、水平もしくは垂直ブランキング期間にＯＢ画素の信号を読み出すようにし、またＯＢ画素は複数画素設けられるのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＯＢクランプを行うために設けたＯＢ画素の読み出しは、配列された全画素を順次読み出す方式に対応したものである。例えば、水平走査方向に設けられたＯＢ画素の読み出しにおいて、水平駆動周波数10ＭＨz で、20画素のＯＢ画素が設けられていると、１水平走査あたりのＯＢ画素の読み出し時間は、20÷10ＭＨz ＝２μｓとなる。
【０００４】
これに対して、配列された画素から任意の画素数おきに信号を読み出す間引き走査において、上記方法でＯＢ画素の信号を読み出す場合には、ＯＢ画素読み出し時間が短縮される。例えば、上記の条件で、４画素のうちの１画素から信号を読み出す間引き走査においては、１水平走査あたりのＯＢ画素の読み出し時間は、20÷10ＭＨz ÷４＝0.5 μｓとなり、ＯＢ画素読み出し時間が短縮され、安定したＯＢクランプ動作が行えなくなるといった問題を生じる。更に、実際のＯＢ画素の信号読み出しでは、受光画素とＯＢ画素の境界近辺のＯＢ画素の信号は、遮光状態が十分でない場合があるので、境界部の数画素はクランプ動作には使用しないことがあり、ＯＢ画素の読み出し時間は更に短縮されてしまう。
【０００５】
本発明は、従来の間引き走査を行うＯＢ画素を備えた固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、間引き読み出しモードにおいてもＯＢ画素の信号出力が可能で、ＯＢ画素読み出し時間を短縮することのない固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。請求項毎の目的を述べると、請求項１及び２記載の発明は、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素読み出し時間を通常読み出しモードと同等とする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。請求項３及び４記載の発明は、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素読み出し時間を延長できると共に、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素読み出し時間を短縮する固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の固体撮像装置の駆動方法において、ＯＢ画素数の増加の量を適切にする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは、受光画素の読み出しに比べて低速で、且つ間引いて行うものである。このように駆動することにより、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の信号読み出しが容易にできると共に、ＯＢ画素の読み出し時間を延長することが可能となる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは、受光画素の読み出しとは異なり間引かずに通常読み出しモードで行うものである。このように駆動することにより、ＯＢ画素の数を増やすことなく間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を延長することが可能となる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子におけるＯＢ画素数は通常読み出しモードに必要な数より多く設けられ、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは間引いて行い、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは受光画素の読み出しに比べて高速で行うものである。このように駆動することにより、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を延長することができると共に、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を短縮することが可能となる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子におけるＯＢ画素数は通常読み出しモードに必要な数より多く設けられ、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは間引いて行い、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しはＯＢ画素の読み出しを途中で中断するものである。このように駆動することにより、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を延長することができると共に、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を短縮することが可能となる。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子におけＯＢ画素数は、間引き読み出しモードにおける間引き率に合わせて設定するものである。このように設定することにより、適切なＯＢ画素数を持った固体撮像装置の駆動方法を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
〔第１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駆動方法の第１の実施の形態を説明するための２次元状に配列された画素アレイ１を示している。この画素アレイ１は、水平方向には10画素、垂直方向には６画素設けて構成されている。各画素（ｉ，ｊ）は水平方向に左からｉ＝１，２，３，・・・，10、垂直方向に上からｊ＝１，２，３，・・・，６で示されている。ここで、ハッチがかけられているｉ＝７，８，９，10の各列の画素は、入射光が遮断されたＯＢ画素３であり、他の画素は受光画素２である。
【００１２】
図１に示したように配列された全画素から信号を読み出す通常読み出しモードにおいては、図２のタイミングチャートに示すような信号出力が得られる。図２において横軸は時間、縦軸は画素出力を示している。すなわち、始めの水平走査期間（１Ｈ）にはｊ＝１の第１行目の画素（１，１），（２，１），（３，１）・・・がｉ＝１から順番に読み出され、水平ブランキング期間（Ｈ−ＢＬ）に入ると、ｉ＝７，８，９，10のＯＢ画素（７，１），（８，１），（９，１），（10，１）の信号が得られ、次の水平走査ではｊ＝２の第２行目の画素が読み出される。
【００１３】
２画素のうち１画素の信号を読み出す、例えばｉ，ｊとも奇数の画素の信号のみ読み出す間引き読み出しモードにおいては、図３の（Ａ）のタイミングチャートに示すような信号出力が得られる。すなわち、始めの水平走査期間にはｊ＝１で、ｉ＝１，３，５の画素（１，１），（３，１），（５，１）の信号が読み出された後、水平ブランキング期間にｉ＝７，９のＯＢ画素（７，１），（９，１）の信号が読み出される。このように、間引き読み出しモードにおいては、ＯＢ画素部も間引き読み出しモードのまま読み出しを継続することで、ＯＢ画素の信号を読み出すことができる。
【００１４】
ところで、ここで示した間引き読み出しモードにおいては、図２のタイミングチャートに示した通常走査時と同一の読み出し周波数で読み出すと、ＯＢ画素読み出し時間は１／２に短縮され、通常読み出しモードに比べて短い時間でＯＢクランプ動作を行う必要がある。また、通常読み出しモードに比べて短い時間でクランプ動作をしなければならないため、十分なＯＢクランプを行えなくなる可能性を生じる。
【００１５】
そこで、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しの他の例を、図３の（Ｂ）に示したタイミングチャートを用いて説明する。図３の（Ｂ）のタイミングチャートに示す読み出し方法においては、水平ブランキング期間に行われるＯＢ画素の読み出し時に、読み出し周波数を受光画素の信号読み出し時と比べて、１／２に低下させている。
【００１６】
このようにＯＢ画素の読み出し周波数を受光画素の読み出し周波数の１／２に低下させることにより、ＯＢ画素読み出し時間を通常走査時のＯＢ画素読み出し時間と同一にすることができる。なお、本実施の形態における間引き読み出しモードでは、２画素のうち１画素の信号を読み出す１／２間引きであるので、ＯＢ画素の読み出し周波数の低下は受光画素の読み出し周波数の１／２としたが、この読み出し周波数の低下の割合は、間引きの画素数に応じて変化させることができる。
【００１７】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、ＯＢ画素読み出し時間を通常読み出しモードと間引き読み出しモードで同一とするために、受光画素とＯＢ画素の信号読み出し周波数を変化させる例を示した。しかし、読み出し周波数を変化させるために固体撮像装置の駆動周波数を変化させることになり、その制御が複雑になるといった問題がある。
【００１８】
第２の実施の形態は、固体撮像装置の駆動周波数を変化させることなく、間引き読み出しモードにおいて通常読み出しモードと同一のＯＢ画素読み出し時間を得るようにしたものである。図４は第２の実施の形態を説明するための２次元状に配列された画素アレイ11を示している。この画素アレイ11は、水平方向には14画素、垂直方向には６画素設けて構成されている。各画素（ｉ，ｊ）は水平方向に左からｉ＝１，２，３，・・・，14、垂直方向に上からｊ＝１，２，３，・・・，６で示されている。ここで、ハッチがかけられているｉ＝７，・・・，14の各列の画素はＯＢ画素13であり、その他の画素は受光画素12である。この実施の形態では、第１の実施の形態の画素アレイに比べてＯＢ画素の数を水平方向に２倍増やしている。
【００１９】
図４に示した配列の画素アレイ11を備えた固体撮像装置で、第１の実施の形態と同様の間引き読み出しを行う場合に得られる信号を、図５のタイミングチャートに示す。第１行については、水平ブランキング期間には（７，１），（９，１），（11，１），（13，１）の４画素のＯＢ画素が読み出される。このように、ＯＢ画素の数を増やすことによって、固体撮像装置の駆動周波数を変化させることなく、図２のタイミングチャートに示した通常読み出しモードと同一のＯＢ画素の読み出し時間を、間引き読み出しモードにおいて得ることができる。
【００２０】
なお、本実施の形態における間引き読み出しモードでは、２画素のうち１画素の信号を読み出す１／２間引きであるので、ＯＢ画素の数は通常読み出しモードのみの固体撮像装置に比べて２倍設けてある。このＯＢ画素の数の増加の割合は、間引きの画素数に応じて、変化させることができる。
【００２１】
この状態で、通常読み出しモードで信号を読み出すと、ＯＢ画素を増やした分だけ通常読み出しモードでのＯＢ画素読み出し時間が長くなる。通常読み出しモードで全てのＯＢ画素の読み出しを水平ブランキング期間内に完了できる場合はよいが、ＯＢ画素の数が多くなると、水平ブランキング期間内に配列された全てのＯＢ画素の信号を読み出すことができなくなる可能性がある。
【００２２】
このような場合には、図６の（Ａ）のタイミングチャートに示すように、水平ブランキング期間におけるＯＢ画素の読み出し時に、読み出し周波数を上昇させればよい。ここでは、２画素のうち１画素の信号を読み出す１／２間引きモードであり、ＯＢ画素の数が通常読み出しモードのみの固体撮像装置に比べて２倍設けてあるので、ＯＢ画素の読み出し周波数の上昇は２倍としている。この読み出し周波数の上昇の割合は、間引きの画素数、ＯＢ画素の画素数に応じて、変化させることができる。
【００２３】
ところで、図６の（Ａ）のタイミングチャートに示した駆動例では、通常読み出しモードのＯＢ画素の読み出し時に固体撮像装置の駆動周波数を変化させる必要があり、その制御が複雑となる。この問題を解決するため、通常読み出しモードにおいては、図６の（Ｂ）のタイミングチャートに示すように、ＯＢ画素の読み出しを途中で中断する。この駆動例では、第１行に対しては、（10，１）のＯＢ画素まで読み出したら第１行の読み出しを中断している。第２行以降も同様である。
【００２４】
このように通常読み出しモードにおいては、図６の（Ｂ）のタイミングチャートに示すように、ＯＢ画素の読み出しを途中で中断させることによって、ＯＢ画素の数が多く、水平ブランキング期間内に配列された全てのＯＢ画素の信号を読み出すことができないような場合においても、固体撮像装置の駆動周波数を途中で変化させることが不要となる。
【００２５】
〔第３の実施の形態〕
第１及び第２の実施の形態においては、通常読み出しモード及び間引き読み出しモードの両モードにおいて、ＯＢクランプを行うのに十分なＯＢ画素の読み出し時間を得るために、ＯＢ画素読み出し時に読み出し周波数を変化させる手段、又はＯＢ画素の数をあらかじめ多く用意するという手段をとった。しかし、このような手段では、固体撮像装置の駆動周波数の変化にともない、その制御が複雑になったり、画素数の増加によりチップ面積が増大し、歩留まりが低下するといった問題が生じる。第３の実施の形態では、上記第１又は第２の実施の形態における手段を用いることなく、両モードにおいて十分なＯＢ画素の読み出しを可能とする駆動方法を提供するものである。
【００２６】
次に、第３の実施の形態について前出の図を用いて説明する。まず第１の実施の形態と同様に図１に示した配列の画素アレイを用いることにより、通常読み出しモードにおいては、図２のタイミングチャートに示すような信号出力が得られる。すなわち、始めの水平走査期間にはｊ＝１の第１行目の画素がｉ＝１から順番に読み出され、水平ブランキング期間に入るとｉ＝７，８，９，10のＯＢ画素（７，１），（８，１），（９，１），（10，１）の信号が得られる。
【００２７】
２画素のうち１画素の信号を読み出す間引き読み出しモードにおいては、図７のタイミングチャートに示すような信号出力が得られるように駆動する。すなわち、始めの水平走査期間にはｊ＝１の第１行目で、ｉ＝１，３，５の画素の信号が間引き読み出しモードにて読み出された後、水平ブランキング期間には通常読み出しモードと同様の走査を行い、ｉ＝７，８，９，10のＯＢ画素（７，１），（８，１），（９，１），（10，１）の信号を読み出す。このように間引き読み出しモードにおいて、ＯＢ画素に対しては通常読み出しモードと同様の読み出しを行うことにより、途中で読み出し周波数を変化させる操作や、あらかじめＯＢ画素の数を多く設ける等の操作を行うことなく、通常読み出しモード及び間引き読み出しモードの両モードにおいて、安定なＯＢクランプを行うのに十分なＯＢ画素の信号を読み出すことが可能となる。
【００２８】
以上第１、第２及び第３の実施の形態で述べたように、本発明によれば間引き読み出しを行う固体撮像装置において、安定したＯＢクランプを行うのに必要なＯＢ画素の信号の読み出しが可能となる。なお、上記各実施の形態においては、間引き走査は２画素のうち１画素の信号を読み出す１／２の間引き読み出しモードについて説明したが、間引きの割合には制限はない。また、固体撮像装置の画素アレイの画素数は、図１あるいは図４に示したものには限らない。また、各実施の形態ではＯＢ画素は水平走査の後縁に設けられた例を示したが、ＯＢ画素が水平走査の前縁に設けられている場合には、受光画素の信号を読み出した後の水平ブランキング期間に行う操作を、受光画素の信号を読み出す前の水平ブランキング期間に行えばよい。また、垂直走査の前縁もしくは後縁にＯＢ画素が設けられている場合には、各実施の形態の水平走査を垂直走査に置き換えることで対応できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、請求項１記載の発明によれば、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の信号の読み出しが容易にできる共に、ＯＢ画素の読み出し時間を延長することが可能となる。請求項２記載の発明によれば、ＯＢ画素の数を増やすことなく間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を延長することが可能となる。請求項３及び４記載の発明によれば、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を延長することができると共に、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出し時間を短縮することが可能となる。請求項５記載の発明によれば、適切なＯＢ画素数をもった固体撮像装置の駆動方法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駆動方法の第１の実施の形態を説明するための画素アレイの構成を示す図である。
【図２】 図１に示した画素アレイを通常読み出しモードで読み出す態様を示すタイミングチャートである。
【図３】 図１に示した画素アレイを間引き読み出しモードで読み出す態様を示すタイミングチャートである。
【図４】 本発明の第２の実施の形態を説明するための画素アレイの構成を示す図である。
【図５】 図４に示した画素アレイを間引き読み出しモードで読み出す態様を示すタイミングチャートである。
【図６】 図４に示した画素アレイを通常読み出しモードで読み出す態様を示すタイミングチャートである。
【図７】 本発明の第３の実施の形態における間引き読み出し態様を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 画素アレイ
２ 受光画素
３ ＯＢ画素
11 画素アレイ

Claims (5)

1. 受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは、受光画素の読み出しに比べて低速で、且つ間引いて行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
2. 受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは、受光画素の読み出しとは異なり間引かずに通常読み出しモードで行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
3. 受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子におけるＯＢ画素数は通常読み出しモードに必要な数より多く設けられ、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは間引いて行い、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは受光画素の読み出しに比べて高速で行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
4. 受光画素の周辺に遮光されたＯＢ画素を備えた固体撮像素子を、任意の画素数おきの受光画素を読み出す間引き読み出しモードと全画素を読み出す通常読み出しモードとで読み出すようにした固体撮像装置の駆動方法において、前記固体撮像素子におけるＯＢ画素数は通常読み出しモードに必要な数より多く設けられ、間引き読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しは間引いて行い、通常読み出しモードにおけるＯＢ画素の読み出しはＯＢ画素の読み出しを途中で中断することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
5. 前記固体撮像素子におけるＯＢ画素数は、間引き読み出しモードにおける間引き率に合わせて設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置の駆動方法。

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