JP2004312311A - 固体撮像装置、その駆動方法及びカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】電子シャッター用の画素選択用の出力信号の出力を１水平期間内の任意のタイミングとすることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】走査回路からの選択信号線に接続されたスイッチトランジスタＴｒ１Ｅと、選択信号をゲート容量に保持するブート用トランジスタＴｒ２Ｅと、ゲート電圧を昇圧するためのブート容量としてもトランジスタＴｒ３Ｅとからなるブートストラップ回路において、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは、１水平期間内の任意のタイミングで印加される駆動信号ＥＴｒａｎｓのタイミングで電子シャッター用のＴｒａｎｓｏｕｔ信号を出力する。
【選択図】図２
【解決手段】走査回路からの選択信号線に接続されたスイッチトランジスタＴｒ１Ｅと、選択信号をゲート容量に保持するブート用トランジスタＴｒ２Ｅと、ゲート電圧を昇圧するためのブート容量としてもトランジスタＴｒ３Ｅとからなるブートストラップ回路において、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは、１水平期間内の任意のタイミングで印加される駆動信号ＥＴｒａｎｓのタイミングで電子シャッター用のＴｒａｎｓｏｕｔ信号を出力する。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数の画素からなる撮像部と、ダイナミックロジック回路により構成され撮像部の行又は列を選択するための出力信号を互いに異なる走査方法により出力する複数の走査回路とを有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が注目されている。この固体撮像装置は、画素を表す各セル毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度という特徴を持つ。
【０００３】
このような固体撮像装置では、二次元に配列された画素を有する撮像部を水平走査又は垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化を図っている。
【０００４】
特許文献１等の従来の固体撮像装置は、図１０に示すように撮像部１０と、複数の走査回路１、２を有し、例えば電子シャッター機能を実現している。走査回路１、２は、撮像部１０に対して画素信号読み出しのための出力信号を独立したタイミングで出力するシフトレジスタであり、複数段の単位レジスタからなる。それらの出力は電気的に結線接続されるという構成をとっている。
【０００５】
固体撮像装置の電子シャッター機能とは、撮像部１０の電荷蓄積時間をその駆動によって調整し、物理的な絞り機能の代わりに、電子的に露光時間を制御するものである。具体的には、各画素に蓄積された信号電荷を、画素信号読み出しとは異なる所定のタイミングで排出（リセット）することによって、電子シャッター機能は実現される。例えば走査回路１は通常の画素信号読み出し用の行選択信号を出力し、走査回路２は電子シャッター機能でのリセット用の行選択信号を出力する。
【０００６】
同図において、信号Ｖ１、Ｖ２は、シフト動作の基準となる二相クロック信号である。クロック信号Ｖ１は奇数番目の単位レジスタに、クロック信号Ｖ２は偶数番目の単位レジスタに入力される。これにより、奇数番目の単位レジスタと偶数番目の単位レジスタとが交互に動作する。ＴＲＡＮＳＯＵＴ１信号は、走査回路１及び２の第１段目の単位レジスタからの２つの出力信号の論理和として出力される。ＴＲＡＮＳＯＵＴ２、ＴＲＡＮＳＯＵＴ３信号も、対応する単位レジスタが異なる点を除いて同様である。
【０００７】
図１１（ａ）は、単位レジスタの構成を示すブロック図である。同図のように単位レジスタは、ＮＭＯＳ型トランジスタＴｒ４、Ｔｒ５、キャパシタＣ１からなる。これらの単位レジスタには、シフト動作の基準となる二相クロック信号（クロック信号Ｖ１及びクロック信号Ｖ２）が供給される。
【０００８】
入力信号Ｉｎがハイレベルである場合の単位レジスタの動作説明図を図１１（ｂ）に示す。入力信号Ｉｎがハイレベルであるので、クロック信号Ｖ１／Ｖ２の立ち上がり（図中▲１▼）の前に、トランジスタＴｒ４のゲート容量及びキャパシタＣ１の電位によってトランジスタＴｒ４のゲート電極は既にハイレベルになっている。この状態で、クロック信号Ｖ１／Ｖ２がローレベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタＴｒ４のゲート電圧ＩｎがキャパシタＣ１を介して昇圧（ブート）される（同▲２▼）。また、トランジスタＴｒ４はゲートにハイレベルよりも高電圧が印加されることから、ゲート下のポテンシャルがクロック信号Ｖ１／Ｖ２のハイレベル以上になり、Ｏｕｔ信号にクロック信号Ｖ１／Ｖ２のハイレベルが出力される（同▲３▼）。クロック信号Ｖ１／Ｖ２が立ち下がると、Ｏｕｔ信号にクロック信号Ｖ１／Ｖ２信号のローレベルが出力される。このとき、Ｎｅｘｔ信号は、一方向性トランジスタＴｒ５のゲート容量にハイレベルが保持されているので、クロック信号Ｖ１／Ｖ２が立ち下がった後もハイレベルを出力する。
【０００９】
一方、入力信号Ｉｎがローレベル（又はフローティング）である場合にはブートトランジスタＴｒ１がオンしないので、クロック信号Ｃｌｋが入力されても、Ｏｕｔ信号、Ｎｅｘｔ信号は何れもローレベル（又はフローティング）のままである。
【００１０】
複数の走査回路１、２の単位レジスタの出力同士が結線接続されているのは、走査回路１、２がＮＭＯＳダイナミックロジック回路によるシフトレジスタで構成される場合においては、選択信号としてハイレベルが出力される出力線以外は、出力線がフローティング状態になっているとの理由によるものである。結線接続によりそれらの出力の論理和がとられることになる。
【００１１】
また、固体撮像装置において、画像の上下もしくは左右反転読み出しを行う場合にも、走査方向の異なる複数の走査回路を配置し、その出力を電気的に結線接続することで、撮像部１０へ上下もしくは左右走査のためのアクセス信号を出力するという構造をとっている。走査回路１は通常の画素信号読み出し用の行選択信号を出力し、走査回路２は逆方向に走査する反転読み出し用の行選択信号を出力する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００３−４６８７９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のＮＭＯＳダイナミックロジック回路で構成される複数のシフトレジスタを有した固体撮像装置には、次のような問題がある。
【００１４】
図１２を用いて本発明が解決しようとする課題について説明する。
【００１５】
Ｖ１、Ｖ２は上記の２相クロック信号、ＴＲＡＮＳＯＵＴ１〜ＴＲＡＮＳＯＵＴ３は、それぞれ第１〜３段目に対応して撮像部へ出力される信号である。ＴＲＡＮＳＯＵＴ１信号のパルスＰ１は、クロック信号Ｖ１のパルスそのものがトランジスタＴｒ４を介して出力されることによって生成される。同様に、ＴＲＡＮＳＯＵＴ２信号のパルスＰ２は、クロック信号Ｖ２のパルスそのものがトランジスタＴｒ４（図１１）を介して出力されることによって生成される。ＴＲＡＮＳＯＵＴ３信号及びそれより後段のＴＲＡＮＳＯＵＴ信号も同様である。
【００１６】
このように、ＴＲＡＮＳＯＵＴ信号のパルスの出力タイミングは、クロック信号のパルスのタイミングと同じに固定されるために、例えば同図のＰ１１、Ｐ２２、Ｐ３３等のタイミングなど、電子シャッター用のＴＲＡＮＳＯＵＴ信号を１水平期間（図中の１Ｈ）内の任意のタイミングで出力させることができないという問題がある。
【００１７】
上記の課題に鑑み本発明は、ダイナミックロジック回路により構成され撮像部の行又は列を選択するための出力信号を出力する電子シャッター用の走査回路とを有し、当該出力信号の出力を１水平期間内の任意のタイミングとすることができる固体撮像装置、その駆動方法、カメラを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、複数の画素からなる撮像部と、前記撮像部の画素を選択する選択信号を出力するダイナミックロジック回路からなる走査回路とを有する固体撮像装置であって、前記走査回路と前記撮像部との間に、走査回路からの選択信号を１水平走査期間に渡って保持し、かつ保持している選択信号と前記撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号との論理積を撮像部に出力するブートストラップ回路を備える。
【００１９】
この構成によれば、走査回路からの選択信号がほぼ１水平走査期間に渡って保持されているので、撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号を印加するタイミングが限定されることなくほぼ１水平走査期間内の任意のタイミングとすることができ、前記論理積を例えば電子シャッター用の画素選択信号として１水平期間内の任意のタイミングとすることができる。
【００２０】
ここで、前記ブートストラップ回路は、前記走査回路からの選択信号線に接続されたスイッチと、前記選択信号をゲート容量に保持するブート用トランジスタと、前記ブート用トランジスタのゲート電圧を昇圧するためのブート用の容量素子とを有し、前記ブート用トランジスタは、前記スイッチを介して前記選択信号がゲートに入力されることによりゲート容量に選択信号を保持し、ドレイン及びソースの一方に前記駆動信号が入力されることによりドレイン及びソースの他方から前記論理積を撮像部に出力する構成としてもよい。また、前記選択信号がゲート容量に保持された後も、前記走査回路からの選択信号は１水平期間に渡ってハイレベルである構成としてもよい。その場合、前記走査回路は、１水平走査期間の間ハイレベルの駆動パルスによって、前記選択信号を１水平期間に渡ってハイレベルにする構成としてもよい。
【００２１】
また、前記スイッチは、トランジスタであり、前記スイッチ用のトランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値は、前記ブート用トランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値よりも小さい構成としてもよい。
【００２２】
この構成によれば、ブート用のトランジスタは、ハイレベル信号がゲートに得られるまでは、前記駆動信号を遮断しつづけるように高いしきい値とし、スイッチ用のトランジスタは、走査回路からの選択信号がブートス用のトランジスタをオンさせることを容易にするためな低しきい値としている。その結果、固体撮像装置の電源電圧の低電圧化に適している。つまり電圧マージンの少ない低電圧動作を可能にする。
【００２３】
ここで、前記スイッチは、水平走査期間の切り換わりにおいてオンすることにより選択信号を前記トランジスタのゲートに伝達する構成としてもよい。前記走査回路は、１水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する構成としてもよい。
【００２４】
また、前記スイッチは、常時オンするトランジスタスイッチであり、前記走査回路は、水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する構成とすることができる。
【００２５】
この構成によれば、選択信号がハイレベルのときにブート用トランジスタを駆動信号によりブートすることになるので、スイッチ用トランジスタのしきい値をより低くすることが可能となり、電源電圧の低電圧化をより図り易いという効果がある。
【００２６】
ここで、前記容量素子は、ドレインとソースとを短絡したエンハンスメント型トランジスタのゲート容量により構成してもよい。
【００２７】
この構成によれば、走査回路からの出力信号がローレベルの場合はブート用トランジスタにおけるブート動作をより確実に禁止することができる。
【００２８】
また、本発明における固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置を備えるカメラも上記と同様の手段、作用及び効果を有する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
携帯電話機や携帯情報端末などに内蔵されるカメラに備えられる固体撮像装置として本発明の実施形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。この固体撮像装置は、通常の走査を行う走査回路１と、電子シャッター用の走査を行う走査回路２と、走査回路１、２の出力信号を選択して任意のタイミングで出力する選択回路３と、複数の画素から構成される撮像部１０とを備える。走査回路１、２、撮像部１０は、図１０と同様であり、走査回路１、２を構成する単位レジスタの構成についても図１１（ａ）と同様であるので説明を省略する。図１０中のＴＲＡＮＳ信号、ＥＴＲＡＮＳ信号は、走査回路１、２の出力信号の選択及び出力タイミングを指定するための制御信号である。
【００３０】
選択回路３は、走査回路１の出力信号Ｏｕｔを内部に保持し、保持したＯｕｔ信号をＴＲＡＮＳ信号のパルスタイミングでＴＲＡＮＳＯｕｔ信号として出力し、走査回路２の出力信号ＥＯｕｔを内部に保持し、保持したＥＯｕｔ信号のパルスタイミングでＴＲＡＮＳＯｕｔ信号として出力する。複数の単位選択回路（図中の破線内を単位選択回路３１とする）から構成される。各単位選択回路は、ＴＲＡＮＳ、ＥＴＲＡＮＳ信号のパルスタイミングで、走査回路１、２の単位レジスタからの出力信号Ｏｕｔ、ＥＯｕｔの何れかを選択的に出力する。
【００３１】
図２（ａ）は単位選択回路３１の構成を示す回路図である。同図のように単位選択回路は、走査回路２の単位レジスタ２１からの出力信号ＥＯｕｔと走査回路１の単位レジスタ１１からの出力信号Ｏｕｔとを保持して、保持した信号の一方を選択的に出力するための２つのブートストラップ回路からなる。
【００３２】
出力信号ＥＯｕｔに対応するブートストラップ回路は、出力信号Ｅｏｕｔの入力制御用のトランジスタＴｒ１Ｅと、入力された出力信号を保持するトランジスタＴｒ２Ｅと、ブート容量としてのエンハンスメント型のトランジスタＴｒ３Ｅとからなる。一方、出力信号Ｏｕｔに対応するブートストラップ回路も同様に、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３とからなる。エンハンスメント型トランジスタＴｒ３Ｅは、ソースとドレインとを結線してＥＴｒａｎｓ信号線に接続し、ゲートをトランジスタＴｒ２Ｅのゲートに接続している。エンハンスメント型トランジスタは、ゲート電圧がしきい値以下であるとき導通せずブート容量としては機能しないで、ゲート電圧がしきい値を超えたとき導通してブート容量として機能する特性を有する。
【００３３】
図２（ｂ）は単位選択回路３１の動作タイミングを示すタイムチャートである。同図では、出力信号Ｏｕｔ、Ｅｏｕｔのうち、ＥＯｕｔのみがハイレベルになった場合における、クロック信号Ｖ１、Ｖ２と、Ｅｔｒａｎｓ信号と、Ｔｒａｎｓ信号と、Ｅｏｕｔ信号と、トランジスタＴｒ１、１Ｅのゲートに入力されるＣｌｋ信号と、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート信号ＥＩｎと、単位レジスタ２１からの出力信号ＥＯｕｔと、単位選択回路３１から撮像部１０への出力信号Ｔｒａｎｓｏｕｔとを示している。なおＣｌｋ信号は、同図のようにクロックＶ１とＶ２との両パルスに同期したパルス列を有する信号である。
【００３４】
単位レジスタ２１の出力信号ＥＯｕｔは、クロック信号Ｖ１に同期してハイレベルになる（図中の▲１▼）。このとき、クロック信号ＣｌｋのハイレベルによりトランジスタＴｒ１Ｅがオンになり、出力信号ＥＯｕｔのハイレベルがトランジスタＴｒ１Ｅを介してトランジスタＴｒ２Ｅのゲートに入力される。これにより、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量は、入力されたハイレベル信号を保持し、クロック信号ＣｌｋがローレベルになりトランジスタＴｒ１Ｅがオフした後もハイレベル信号を保持し続ける（以下、ＥＩｎ信号と呼ぶ）。ＥＩｎ信号は、次にクロック信号ＣｌｋがオンしてトランジスタＴｒ２Ｅのゲートゲート電極にローレベルが入力されるまで、ほぼ１水平走査期間（１Ｈ）に渡ってハイレベルになる。
【００３５】
また、ＥＩｎ信号のハイレベルによってトランジスタＴｒ２Ｅはオンし、さらに１水平走査期間内でＥＴｒａｎｓ信号がハイレベルになると（図中の▲２▼）、エンハンスメント型のトランジスタ３Ｅのゲート容量を介して、ＥＩｎ信号がハイレベルよりも高い電圧に昇圧（ブートと呼ぶ）され（図中の▲３▼）、ＥＴｒａｎｓ信号のパルスがトランジスタＴｒ２Ｅを介してＴｒａｎｓｏｕｔ信号として出力される（図中▲４▼）。
【００３６】
この後、クロック信号Ｃｌｋがハイレベルになると（図中▲５▼）、トランジスタＴｒ１Ｅがオンし、Ｅｏｕｔ信号のローレベルによりトランジスタＴｒ２Ｅ及びＴｒ３Ｅのゲート電極もローレベルになり、ＥＩｎ信号がローレベルにリセットされる。
【００３７】
図３（ａ）は単位選択回路の半分を示し、図３（ｂ）はその単位選択回路３１、３２の動作タイミングを示すタイムチャートである。図中のＥｏｕｔ１、Ｅｏｕｔ２は、それぞれ単位選択回路３１、３２に対する単位レジスタ２１、２２からの出力信号である。ＥＩｎ１、ＥＩｎ２は、それぞれ単位選択回路３１、３２内のトランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量の電位を示している。
【００３８】
同図（ｂ）のように、出力信号Ｅｏｕｔ１、Ｅｏｕｔ２は、クロック信号Ｖ１、Ｖ２のパルスに同期して、同じパルス幅でしかハイレベルにならない。これに対して、Ｉｎ１、Ｉｎ２信号はほぼ１水平走査期間に渡ってハイレベルになる。これは、クロック信号ＣｌｋによるトランジスタＴｒ１Ｅのオン（図中▲１▼）により、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極にＥｏｕｔ１、２のハイレベルを通過させ、トランジスタＴｒ１Ｅのオフ（図中▲１▼から▲４▼のローレベル）によりトランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極とＥｏｕｔ１、２とを遮断し、トランジスタＴｒ１Ｅのオン（図中▲４▼）によりトランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極をＥｏｕｔ１、２のローレベルでリセットしていることによる。
【００３９】
したがって、出力信号ＥＩｎ１、ＥＩｎ２はほぼ１水平期間ハイレベルになっているので、ＥＴｒａｎｓ信号のパルスは１水平期間内の任意のタイミングで印加することができる。このように、ＥＴｒａｎｓ信号（同図▲２▼）は、走査回路２の出力信号ＥＯｕｔの選択制御信号であると共に、撮像部１０への選択信号としてのＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号（同図▲３▼）の出力タイミングを１水平期間内の任意の位置に設定するための信号である。例えば、ＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号（同図）のパルスの出力タイミングは、同図（ｂ）の破線の位置に限らず実線の位置とすることができる。これにより、１水平期間内の電子シャッター動作が可能となる。
【００４０】
また、上記トランジスタＴｒ２Ｅ、Ｔｒ１Ｅをオンにするためのゲート電圧のスレッショルド（しきい値）については、電源電圧が従来のように高い（例えば１２Ｖ、５Ｖ等）場合には、同等でよい。これに対して、固体撮像装置が携帯電話機などに搭載される場合など電源電圧が低い場合（例えば３Ｖ、２．５Ｖ等）には、電圧マージンが小さいので、トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドが高く、Ｔｒ１Ｅのスレッショルドが低いことが望ましい。
【００４１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、低電圧動作の場合のスレッショルドについての説明図である。
【００４２】
撮像部１０における信号蓄積時に、Ｔｒ２Ｅの出力ＥＴｒａｎｓｏｕｔが誤って出力されると、非選択画素が選択されることになり、信号蓄積中の画素信号が漏れてしまい、画質が劣化してしまう。このためにトランジスタＴｒ２Ｅは、十分なハイレベル信号がゲートに入力されるまでは、ＥＴｒａｎｓ信号を遮断しつづけるように、高いスレッショルドのトランジスタであることが望ましい。
【００４３】
トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドが高いと、画素選択時にＴｒ２ＥをオンするためにＩｎには高い電圧がかかる必要がある。つまりトランジスタＴｒ１Ｅは低いスレッショルドのトランジスタであることが低電圧動作時には必要となる。
【００４４】
ところが、トランジスタＴｒ１Ｅはスレッショルドを低くし過ぎると他の問題が生じる。これを同図（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
【００４５】
同図（ｂ）、（ｃ）はトランジスタＴｒ１Ｅのポテンシャルを模式的に示す図である。同図（ｃ）は、同図（ｂ）よりもスレッショルドが低くなり過ぎた場合を示している。ここでは、電源電圧が２．８Ｖの場合を示している。
【００４６】
同図（ｂ）、（ｃ）では、クロック信号Ｃｌｋがハイレベルからローレベルに変化したとき（同図▲４▼→▲１▼→▲２▼）のポテンシャルを模式的に表している。同図（ｂ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、オフ動作している（ソースとドレイン間がオンしていない）ため、ブート動作が可能である（同図▲１▼▲２▼）。
【００４７】
これに対して、同図（ｃ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、強反転で動作している（ソースとドレイン間が完全にオンする）ため、ブート動作が不可能になる（同図▲１▼、▲２▼）。つまり、低電圧動作を行うためにＴｒ．１のスレッショルドを同図（ｃ）に示すように低くし過ぎると、▲２▼のタイミングで保持信号をブートするときにトランジスタＴｒ１Ｅのソースとドレインとがつながってしまい、ブート不可能となり低電圧動作を行うことが困難となる。
【００４８】
したがって、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは高いスレッショルドのトランジスタとし、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート可能な範囲で低いスレッショルドのトランジスタとすることが望ましい。
【００４９】
以上説明してきたように実施の形態１における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を図ることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１においてスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅのスレッショルドが低くなり過ぎた場合の問題を解消する固体撮像装置について説明する。固体撮像装置の概略構成については図１と同様であり、単位選択回路の回路構成については図２（ａ）と同様であるので説明を省略する。本実施の形態における固体撮像装置は、実施の形態１の固体撮像装置と比べて、クロック信号Ｖ１、Ｖ２のパルス幅を１水平期間の大部分を占めるように広げた点が異なっている。
【００５０】
図５（ａ）は、単位選択回路の半分を示し、図５（ｂ）はその単位選択回路３１、３２の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【００５１】
同図（ａ）（ｂ）において、▲１▼のタイミングでブート用トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量に出力信号Ｅｏｕｔのハイレベルが保持される。▲２▼のタイミングで選択のためのパルスＥＴｒａｎｓが印加され、このとき出力信号Ｅｏｕｔはハイレベルに維持されているため、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅのソースドレインは完全にオンしていない状態となっている。このためにブート用トランジスタＴｒ２Ｅははブート可能となり、撮像部１０に対して選択信号Ｔｒａｎｓｏｕｔが出力される。
【００５２】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、低電圧動作の場合のスレッショルドについての説明図である。トランジスタＴｒ２Ｅは、図４と同様に、高いスレッショルドのトランジスタであることが望ましい。
【００５３】
同図（ｂ）、（ｃ）は、（ｃ）の方が低いスレッショルドである場合のトランジスタＴｒ１Ｅのポテンシャルを模式的に示す図である。
【００５４】
同図（ｂ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、オフ動作している（ソースとドレイン間がオンしていない）ため、ブート動作が可能である（同図▲１▼▲２▼）。
【００５５】
また、同図（ｃ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート時はクロック信号がローレベル、出力信号Ｅｏｕｔがハイレベルになっていることにより、オフ動作しているために、ブート動作が可能となる。
【００５６】
したがって、実施の形態２の固体撮像装置によれば、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは高いスレッショルドのトランジスタとし、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅは、低いスレッショルドとし、そのスレッショルドが低すぎるためにブートできないという問題を発生じさせない。
【００５７】
以上説明してきたように、実施の形態２における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を容易に図ることができる。
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。同図の構成は、図１と比較して、選択回路３の代わりに選択回路３ａを備える点が異なる。選択回路３ａは、選択回路３におけるクロック信号Ｃｌｋを不要にした点が異なっている。以下、同じ点は説明を省略して、異なる点を中心に説明する。
【００５８】
図８は、選択回路３ａの構成を示す回路図である。トランジスタＴｒ１Ｅのゲートには、クロック信号Ｃｌｋの代わりに、電源電圧ＶＤＤが接続される。
【００５９】
図９（ａ）〜（ｃ）は、選択回路３ａの動作説明図である。クロック信号Ｖ１、Ｖ２は、１水平走査期間内の大部分を占めるようにパルス幅が広くなっている点は、、実施の形態２と同様である。これにより、同図（ｃ）のようにトランジスタＴｒ１Ｅのスレッショルドが低すぎるためにブートできない問題を解決している。
【００６０】
また、トランジスタＴｒ１Ｅのゲートには電源電圧ＶＤＤが印加され、常にオンの状態にある。トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート時は出力信号Ｅｏｕｔがハイレベルになっていることにより、弱反転で動作している（ソースとドレイン間が完全にオンしていない）ために、ブート動作が可能となる。これにより、Ｅｏｕｔ信号のパルス幅が広くなったこととあいまって、ブート動作を可能とし、かつクロック信号Ｃｌｋを不要にしている。
【００６１】
以上説明してきたように、実施の形態２における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を容易に図ることができる。
【００６２】
なお、上記各実施の形態において、走査回路が２つの場合を説明したが、３つ以上であってもよい。その場合、複数の走査回路からの出力信号毎にブートストラップ回路を設け、各ブートストラップ回路の出力を結線接続して、撮像部１０への選択出力信号とすればよい。
【００６３】
また、上記各実施の形態において電子シャッター用の走査回路２側のブートストラップ回路を中心に説明したが、通常の選択信号を出力する走査回路１側のブートストラップ回路についても同じ構成なので、走査回路１側のブートストラップ回路においてもＴｒａｎｓ信号のタイミングを１水平走査期間内で任意のタイミングとすることができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態において、ブート容量としてのエンハンスメント型トランジスタＴｒ１Ｅは、トランジスタＴｒ２ＥのゲートとＥＴｒａｎｓ信号入力用のソース又はドレインとの間に接続されている。この代わりに、ブート容量をトランジスタＴｒ２ＥのゲートとＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号出力用のソース又はドレインとの間に接続する構成としてもよい。
【００６５】
また、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量が、ＥＩｎ信号を保持する期間は、例えば、１水平期間内の半分の間であってもその保持期間であれば駆動パルスとしてＥｔｒａｎｓ信号を印加することができるので、１水平走査期間内であれば任意の期間でよい。この場合、保持期間は１水平走査期間内で長い期間の方が望ましい。Ｅｔｒａｎｓ信号を印加するタイミングの自由度が大きくなるからである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、電子シャッター用の駆動信号を印加するタイミングが限定されることなく、１水平走査期間内の任意のタイミングとすることができ、電子シャッター用の画素選択信号を１水平期間内の任意のタイミングとすることができる。さらに、固体撮像装置の電源電圧の低電圧化に適している。つまり電圧マージンの少ない低電圧動作を可能にする。走査回路からの出力信号がローレベルの場合はブート用トランジスタにおけるブート動作をより確実に禁止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）単位選択回路の構成を示す回路図である。
（ｂ）単位選択回路の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図３】（ａ）単位選択回路の部分構成を示す図である。
（ｂ）その動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）低電圧動作の場合のスレッショルドを説明する図である。
【図５】（ａ）実施の形態２における単位選択回路の部分構成を示す図である。
（ｂ）その動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）低電圧動作の場合のスレッショルドを説明する図である。
【図７】実施の形態３における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図８】選択回路の構成を示す回路図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）選択回路の動作説明図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図１１】（ａ）単位レジスタの構成を示すブロック図である。
（ｂ）単位レジスタの動作説明図を
【図１２】従来の固体撮像装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 走査回路
２ 走査回路
３ 選択回路
３１ 単位選択回路
Ｔｒ１ スイッチトランジスタ
Ｔｒ１Ｅ スイッチトランジスタ
Ｔｒ２ ブートトランジスタ
Ｔｒ２Ｅ ブートトランジスタ
Ｔｒ３ エンハンストメント型トランジスタ
Ｔｒ３Ｅ エンハンストメント型トランジスタ
【発明の属する技術分野】
複数の画素からなる撮像部と、ダイナミックロジック回路により構成され撮像部の行又は列を選択するための出力信号を互いに異なる走査方法により出力する複数の走査回路とを有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が注目されている。この固体撮像装置は、画素を表す各セル毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度という特徴を持つ。
【０００３】
このような固体撮像装置では、二次元に配列された画素を有する撮像部を水平走査又は垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化を図っている。
【０００４】
特許文献１等の従来の固体撮像装置は、図１０に示すように撮像部１０と、複数の走査回路１、２を有し、例えば電子シャッター機能を実現している。走査回路１、２は、撮像部１０に対して画素信号読み出しのための出力信号を独立したタイミングで出力するシフトレジスタであり、複数段の単位レジスタからなる。それらの出力は電気的に結線接続されるという構成をとっている。
【０００５】
固体撮像装置の電子シャッター機能とは、撮像部１０の電荷蓄積時間をその駆動によって調整し、物理的な絞り機能の代わりに、電子的に露光時間を制御するものである。具体的には、各画素に蓄積された信号電荷を、画素信号読み出しとは異なる所定のタイミングで排出（リセット）することによって、電子シャッター機能は実現される。例えば走査回路１は通常の画素信号読み出し用の行選択信号を出力し、走査回路２は電子シャッター機能でのリセット用の行選択信号を出力する。
【０００６】
同図において、信号Ｖ１、Ｖ２は、シフト動作の基準となる二相クロック信号である。クロック信号Ｖ１は奇数番目の単位レジスタに、クロック信号Ｖ２は偶数番目の単位レジスタに入力される。これにより、奇数番目の単位レジスタと偶数番目の単位レジスタとが交互に動作する。ＴＲＡＮＳＯＵＴ１信号は、走査回路１及び２の第１段目の単位レジスタからの２つの出力信号の論理和として出力される。ＴＲＡＮＳＯＵＴ２、ＴＲＡＮＳＯＵＴ３信号も、対応する単位レジスタが異なる点を除いて同様である。
【０００７】
図１１（ａ）は、単位レジスタの構成を示すブロック図である。同図のように単位レジスタは、ＮＭＯＳ型トランジスタＴｒ４、Ｔｒ５、キャパシタＣ１からなる。これらの単位レジスタには、シフト動作の基準となる二相クロック信号（クロック信号Ｖ１及びクロック信号Ｖ２）が供給される。
【０００８】
入力信号Ｉｎがハイレベルである場合の単位レジスタの動作説明図を図１１（ｂ）に示す。入力信号Ｉｎがハイレベルであるので、クロック信号Ｖ１／Ｖ２の立ち上がり（図中▲１▼）の前に、トランジスタＴｒ４のゲート容量及びキャパシタＣ１の電位によってトランジスタＴｒ４のゲート電極は既にハイレベルになっている。この状態で、クロック信号Ｖ１／Ｖ２がローレベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタＴｒ４のゲート電圧ＩｎがキャパシタＣ１を介して昇圧（ブート）される（同▲２▼）。また、トランジスタＴｒ４はゲートにハイレベルよりも高電圧が印加されることから、ゲート下のポテンシャルがクロック信号Ｖ１／Ｖ２のハイレベル以上になり、Ｏｕｔ信号にクロック信号Ｖ１／Ｖ２のハイレベルが出力される（同▲３▼）。クロック信号Ｖ１／Ｖ２が立ち下がると、Ｏｕｔ信号にクロック信号Ｖ１／Ｖ２信号のローレベルが出力される。このとき、Ｎｅｘｔ信号は、一方向性トランジスタＴｒ５のゲート容量にハイレベルが保持されているので、クロック信号Ｖ１／Ｖ２が立ち下がった後もハイレベルを出力する。
【０００９】
一方、入力信号Ｉｎがローレベル（又はフローティング）である場合にはブートトランジスタＴｒ１がオンしないので、クロック信号Ｃｌｋが入力されても、Ｏｕｔ信号、Ｎｅｘｔ信号は何れもローレベル（又はフローティング）のままである。
【００１０】
複数の走査回路１、２の単位レジスタの出力同士が結線接続されているのは、走査回路１、２がＮＭＯＳダイナミックロジック回路によるシフトレジスタで構成される場合においては、選択信号としてハイレベルが出力される出力線以外は、出力線がフローティング状態になっているとの理由によるものである。結線接続によりそれらの出力の論理和がとられることになる。
【００１１】
また、固体撮像装置において、画像の上下もしくは左右反転読み出しを行う場合にも、走査方向の異なる複数の走査回路を配置し、その出力を電気的に結線接続することで、撮像部１０へ上下もしくは左右走査のためのアクセス信号を出力するという構造をとっている。走査回路１は通常の画素信号読み出し用の行選択信号を出力し、走査回路２は逆方向に走査する反転読み出し用の行選択信号を出力する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００３−４６８７９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のＮＭＯＳダイナミックロジック回路で構成される複数のシフトレジスタを有した固体撮像装置には、次のような問題がある。
【００１４】
図１２を用いて本発明が解決しようとする課題について説明する。
【００１５】
Ｖ１、Ｖ２は上記の２相クロック信号、ＴＲＡＮＳＯＵＴ１〜ＴＲＡＮＳＯＵＴ３は、それぞれ第１〜３段目に対応して撮像部へ出力される信号である。ＴＲＡＮＳＯＵＴ１信号のパルスＰ１は、クロック信号Ｖ１のパルスそのものがトランジスタＴｒ４を介して出力されることによって生成される。同様に、ＴＲＡＮＳＯＵＴ２信号のパルスＰ２は、クロック信号Ｖ２のパルスそのものがトランジスタＴｒ４（図１１）を介して出力されることによって生成される。ＴＲＡＮＳＯＵＴ３信号及びそれより後段のＴＲＡＮＳＯＵＴ信号も同様である。
【００１６】
このように、ＴＲＡＮＳＯＵＴ信号のパルスの出力タイミングは、クロック信号のパルスのタイミングと同じに固定されるために、例えば同図のＰ１１、Ｐ２２、Ｐ３３等のタイミングなど、電子シャッター用のＴＲＡＮＳＯＵＴ信号を１水平期間（図中の１Ｈ）内の任意のタイミングで出力させることができないという問題がある。
【００１７】
上記の課題に鑑み本発明は、ダイナミックロジック回路により構成され撮像部の行又は列を選択するための出力信号を出力する電子シャッター用の走査回路とを有し、当該出力信号の出力を１水平期間内の任意のタイミングとすることができる固体撮像装置、その駆動方法、カメラを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、複数の画素からなる撮像部と、前記撮像部の画素を選択する選択信号を出力するダイナミックロジック回路からなる走査回路とを有する固体撮像装置であって、前記走査回路と前記撮像部との間に、走査回路からの選択信号を１水平走査期間に渡って保持し、かつ保持している選択信号と前記撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号との論理積を撮像部に出力するブートストラップ回路を備える。
【００１９】
この構成によれば、走査回路からの選択信号がほぼ１水平走査期間に渡って保持されているので、撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号を印加するタイミングが限定されることなくほぼ１水平走査期間内の任意のタイミングとすることができ、前記論理積を例えば電子シャッター用の画素選択信号として１水平期間内の任意のタイミングとすることができる。
【００２０】
ここで、前記ブートストラップ回路は、前記走査回路からの選択信号線に接続されたスイッチと、前記選択信号をゲート容量に保持するブート用トランジスタと、前記ブート用トランジスタのゲート電圧を昇圧するためのブート用の容量素子とを有し、前記ブート用トランジスタは、前記スイッチを介して前記選択信号がゲートに入力されることによりゲート容量に選択信号を保持し、ドレイン及びソースの一方に前記駆動信号が入力されることによりドレイン及びソースの他方から前記論理積を撮像部に出力する構成としてもよい。また、前記選択信号がゲート容量に保持された後も、前記走査回路からの選択信号は１水平期間に渡ってハイレベルである構成としてもよい。その場合、前記走査回路は、１水平走査期間の間ハイレベルの駆動パルスによって、前記選択信号を１水平期間に渡ってハイレベルにする構成としてもよい。
【００２１】
また、前記スイッチは、トランジスタであり、前記スイッチ用のトランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値は、前記ブート用トランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値よりも小さい構成としてもよい。
【００２２】
この構成によれば、ブート用のトランジスタは、ハイレベル信号がゲートに得られるまでは、前記駆動信号を遮断しつづけるように高いしきい値とし、スイッチ用のトランジスタは、走査回路からの選択信号がブートス用のトランジスタをオンさせることを容易にするためな低しきい値としている。その結果、固体撮像装置の電源電圧の低電圧化に適している。つまり電圧マージンの少ない低電圧動作を可能にする。
【００２３】
ここで、前記スイッチは、水平走査期間の切り換わりにおいてオンすることにより選択信号を前記トランジスタのゲートに伝達する構成としてもよい。前記走査回路は、１水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する構成としてもよい。
【００２４】
また、前記スイッチは、常時オンするトランジスタスイッチであり、前記走査回路は、水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する構成とすることができる。
【００２５】
この構成によれば、選択信号がハイレベルのときにブート用トランジスタを駆動信号によりブートすることになるので、スイッチ用トランジスタのしきい値をより低くすることが可能となり、電源電圧の低電圧化をより図り易いという効果がある。
【００２６】
ここで、前記容量素子は、ドレインとソースとを短絡したエンハンスメント型トランジスタのゲート容量により構成してもよい。
【００２７】
この構成によれば、走査回路からの出力信号がローレベルの場合はブート用トランジスタにおけるブート動作をより確実に禁止することができる。
【００２８】
また、本発明における固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置を備えるカメラも上記と同様の手段、作用及び効果を有する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
携帯電話機や携帯情報端末などに内蔵されるカメラに備えられる固体撮像装置として本発明の実施形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。この固体撮像装置は、通常の走査を行う走査回路１と、電子シャッター用の走査を行う走査回路２と、走査回路１、２の出力信号を選択して任意のタイミングで出力する選択回路３と、複数の画素から構成される撮像部１０とを備える。走査回路１、２、撮像部１０は、図１０と同様であり、走査回路１、２を構成する単位レジスタの構成についても図１１（ａ）と同様であるので説明を省略する。図１０中のＴＲＡＮＳ信号、ＥＴＲＡＮＳ信号は、走査回路１、２の出力信号の選択及び出力タイミングを指定するための制御信号である。
【００３０】
選択回路３は、走査回路１の出力信号Ｏｕｔを内部に保持し、保持したＯｕｔ信号をＴＲＡＮＳ信号のパルスタイミングでＴＲＡＮＳＯｕｔ信号として出力し、走査回路２の出力信号ＥＯｕｔを内部に保持し、保持したＥＯｕｔ信号のパルスタイミングでＴＲＡＮＳＯｕｔ信号として出力する。複数の単位選択回路（図中の破線内を単位選択回路３１とする）から構成される。各単位選択回路は、ＴＲＡＮＳ、ＥＴＲＡＮＳ信号のパルスタイミングで、走査回路１、２の単位レジスタからの出力信号Ｏｕｔ、ＥＯｕｔの何れかを選択的に出力する。
【００３１】
図２（ａ）は単位選択回路３１の構成を示す回路図である。同図のように単位選択回路は、走査回路２の単位レジスタ２１からの出力信号ＥＯｕｔと走査回路１の単位レジスタ１１からの出力信号Ｏｕｔとを保持して、保持した信号の一方を選択的に出力するための２つのブートストラップ回路からなる。
【００３２】
出力信号ＥＯｕｔに対応するブートストラップ回路は、出力信号Ｅｏｕｔの入力制御用のトランジスタＴｒ１Ｅと、入力された出力信号を保持するトランジスタＴｒ２Ｅと、ブート容量としてのエンハンスメント型のトランジスタＴｒ３Ｅとからなる。一方、出力信号Ｏｕｔに対応するブートストラップ回路も同様に、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３とからなる。エンハンスメント型トランジスタＴｒ３Ｅは、ソースとドレインとを結線してＥＴｒａｎｓ信号線に接続し、ゲートをトランジスタＴｒ２Ｅのゲートに接続している。エンハンスメント型トランジスタは、ゲート電圧がしきい値以下であるとき導通せずブート容量としては機能しないで、ゲート電圧がしきい値を超えたとき導通してブート容量として機能する特性を有する。
【００３３】
図２（ｂ）は単位選択回路３１の動作タイミングを示すタイムチャートである。同図では、出力信号Ｏｕｔ、Ｅｏｕｔのうち、ＥＯｕｔのみがハイレベルになった場合における、クロック信号Ｖ１、Ｖ２と、Ｅｔｒａｎｓ信号と、Ｔｒａｎｓ信号と、Ｅｏｕｔ信号と、トランジスタＴｒ１、１Ｅのゲートに入力されるＣｌｋ信号と、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート信号ＥＩｎと、単位レジスタ２１からの出力信号ＥＯｕｔと、単位選択回路３１から撮像部１０への出力信号Ｔｒａｎｓｏｕｔとを示している。なおＣｌｋ信号は、同図のようにクロックＶ１とＶ２との両パルスに同期したパルス列を有する信号である。
【００３４】
単位レジスタ２１の出力信号ＥＯｕｔは、クロック信号Ｖ１に同期してハイレベルになる（図中の▲１▼）。このとき、クロック信号ＣｌｋのハイレベルによりトランジスタＴｒ１Ｅがオンになり、出力信号ＥＯｕｔのハイレベルがトランジスタＴｒ１Ｅを介してトランジスタＴｒ２Ｅのゲートに入力される。これにより、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量は、入力されたハイレベル信号を保持し、クロック信号ＣｌｋがローレベルになりトランジスタＴｒ１Ｅがオフした後もハイレベル信号を保持し続ける（以下、ＥＩｎ信号と呼ぶ）。ＥＩｎ信号は、次にクロック信号ＣｌｋがオンしてトランジスタＴｒ２Ｅのゲートゲート電極にローレベルが入力されるまで、ほぼ１水平走査期間（１Ｈ）に渡ってハイレベルになる。
【００３５】
また、ＥＩｎ信号のハイレベルによってトランジスタＴｒ２Ｅはオンし、さらに１水平走査期間内でＥＴｒａｎｓ信号がハイレベルになると（図中の▲２▼）、エンハンスメント型のトランジスタ３Ｅのゲート容量を介して、ＥＩｎ信号がハイレベルよりも高い電圧に昇圧（ブートと呼ぶ）され（図中の▲３▼）、ＥＴｒａｎｓ信号のパルスがトランジスタＴｒ２Ｅを介してＴｒａｎｓｏｕｔ信号として出力される（図中▲４▼）。
【００３６】
この後、クロック信号Ｃｌｋがハイレベルになると（図中▲５▼）、トランジスタＴｒ１Ｅがオンし、Ｅｏｕｔ信号のローレベルによりトランジスタＴｒ２Ｅ及びＴｒ３Ｅのゲート電極もローレベルになり、ＥＩｎ信号がローレベルにリセットされる。
【００３７】
図３（ａ）は単位選択回路の半分を示し、図３（ｂ）はその単位選択回路３１、３２の動作タイミングを示すタイムチャートである。図中のＥｏｕｔ１、Ｅｏｕｔ２は、それぞれ単位選択回路３１、３２に対する単位レジスタ２１、２２からの出力信号である。ＥＩｎ１、ＥＩｎ２は、それぞれ単位選択回路３１、３２内のトランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量の電位を示している。
【００３８】
同図（ｂ）のように、出力信号Ｅｏｕｔ１、Ｅｏｕｔ２は、クロック信号Ｖ１、Ｖ２のパルスに同期して、同じパルス幅でしかハイレベルにならない。これに対して、Ｉｎ１、Ｉｎ２信号はほぼ１水平走査期間に渡ってハイレベルになる。これは、クロック信号ＣｌｋによるトランジスタＴｒ１Ｅのオン（図中▲１▼）により、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極にＥｏｕｔ１、２のハイレベルを通過させ、トランジスタＴｒ１Ｅのオフ（図中▲１▼から▲４▼のローレベル）によりトランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極とＥｏｕｔ１、２とを遮断し、トランジスタＴｒ１Ｅのオン（図中▲４▼）によりトランジスタＴｒ２Ｅのゲート電極をＥｏｕｔ１、２のローレベルでリセットしていることによる。
【００３９】
したがって、出力信号ＥＩｎ１、ＥＩｎ２はほぼ１水平期間ハイレベルになっているので、ＥＴｒａｎｓ信号のパルスは１水平期間内の任意のタイミングで印加することができる。このように、ＥＴｒａｎｓ信号（同図▲２▼）は、走査回路２の出力信号ＥＯｕｔの選択制御信号であると共に、撮像部１０への選択信号としてのＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号（同図▲３▼）の出力タイミングを１水平期間内の任意の位置に設定するための信号である。例えば、ＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号（同図）のパルスの出力タイミングは、同図（ｂ）の破線の位置に限らず実線の位置とすることができる。これにより、１水平期間内の電子シャッター動作が可能となる。
【００４０】
また、上記トランジスタＴｒ２Ｅ、Ｔｒ１Ｅをオンにするためのゲート電圧のスレッショルド（しきい値）については、電源電圧が従来のように高い（例えば１２Ｖ、５Ｖ等）場合には、同等でよい。これに対して、固体撮像装置が携帯電話機などに搭載される場合など電源電圧が低い場合（例えば３Ｖ、２．５Ｖ等）には、電圧マージンが小さいので、トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドが高く、Ｔｒ１Ｅのスレッショルドが低いことが望ましい。
【００４１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、低電圧動作の場合のスレッショルドについての説明図である。
【００４２】
撮像部１０における信号蓄積時に、Ｔｒ２Ｅの出力ＥＴｒａｎｓｏｕｔが誤って出力されると、非選択画素が選択されることになり、信号蓄積中の画素信号が漏れてしまい、画質が劣化してしまう。このためにトランジスタＴｒ２Ｅは、十分なハイレベル信号がゲートに入力されるまでは、ＥＴｒａｎｓ信号を遮断しつづけるように、高いスレッショルドのトランジスタであることが望ましい。
【００４３】
トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドが高いと、画素選択時にＴｒ２ＥをオンするためにＩｎには高い電圧がかかる必要がある。つまりトランジスタＴｒ１Ｅは低いスレッショルドのトランジスタであることが低電圧動作時には必要となる。
【００４４】
ところが、トランジスタＴｒ１Ｅはスレッショルドを低くし過ぎると他の問題が生じる。これを同図（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
【００４５】
同図（ｂ）、（ｃ）はトランジスタＴｒ１Ｅのポテンシャルを模式的に示す図である。同図（ｃ）は、同図（ｂ）よりもスレッショルドが低くなり過ぎた場合を示している。ここでは、電源電圧が２．８Ｖの場合を示している。
【００４６】
同図（ｂ）、（ｃ）では、クロック信号Ｃｌｋがハイレベルからローレベルに変化したとき（同図▲４▼→▲１▼→▲２▼）のポテンシャルを模式的に表している。同図（ｂ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、オフ動作している（ソースとドレイン間がオンしていない）ため、ブート動作が可能である（同図▲１▼▲２▼）。
【００４７】
これに対して、同図（ｃ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、強反転で動作している（ソースとドレイン間が完全にオンする）ため、ブート動作が不可能になる（同図▲１▼、▲２▼）。つまり、低電圧動作を行うためにＴｒ．１のスレッショルドを同図（ｃ）に示すように低くし過ぎると、▲２▼のタイミングで保持信号をブートするときにトランジスタＴｒ１Ｅのソースとドレインとがつながってしまい、ブート不可能となり低電圧動作を行うことが困難となる。
【００４８】
したがって、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは高いスレッショルドのトランジスタとし、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート可能な範囲で低いスレッショルドのトランジスタとすることが望ましい。
【００４９】
以上説明してきたように実施の形態１における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を図ることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１においてスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅのスレッショルドが低くなり過ぎた場合の問題を解消する固体撮像装置について説明する。固体撮像装置の概略構成については図１と同様であり、単位選択回路の回路構成については図２（ａ）と同様であるので説明を省略する。本実施の形態における固体撮像装置は、実施の形態１の固体撮像装置と比べて、クロック信号Ｖ１、Ｖ２のパルス幅を１水平期間の大部分を占めるように広げた点が異なっている。
【００５０】
図５（ａ）は、単位選択回路の半分を示し、図５（ｂ）はその単位選択回路３１、３２の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【００５１】
同図（ａ）（ｂ）において、▲１▼のタイミングでブート用トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量に出力信号Ｅｏｕｔのハイレベルが保持される。▲２▼のタイミングで選択のためのパルスＥＴｒａｎｓが印加され、このとき出力信号Ｅｏｕｔはハイレベルに維持されているため、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅのソースドレインは完全にオンしていない状態となっている。このためにブート用トランジスタＴｒ２Ｅははブート可能となり、撮像部１０に対して選択信号Ｔｒａｎｓｏｕｔが出力される。
【００５２】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、低電圧動作の場合のスレッショルドについての説明図である。トランジスタＴｒ２Ｅは、図４と同様に、高いスレッショルドのトランジスタであることが望ましい。
【００５３】
同図（ｂ）、（ｃ）は、（ｃ）の方が低いスレッショルドである場合のトランジスタＴｒ１Ｅのポテンシャルを模式的に示す図である。
【００５４】
同図（ｂ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、オフ動作している（ソースとドレイン間がオンしていない）ため、ブート動作が可能である（同図▲１▼▲２▼）。
【００５５】
また、同図（ｃ）では、トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート時はクロック信号がローレベル、出力信号Ｅｏｕｔがハイレベルになっていることにより、オフ動作しているために、ブート動作が可能となる。
【００５６】
したがって、実施の形態２の固体撮像装置によれば、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅは高いスレッショルドのトランジスタとし、スイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅは、低いスレッショルドとし、そのスレッショルドが低すぎるためにブートできないという問題を発生じさせない。
【００５７】
以上説明してきたように、実施の形態２における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を容易に図ることができる。
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。同図の構成は、図１と比較して、選択回路３の代わりに選択回路３ａを備える点が異なる。選択回路３ａは、選択回路３におけるクロック信号Ｃｌｋを不要にした点が異なっている。以下、同じ点は説明を省略して、異なる点を中心に説明する。
【００５８】
図８は、選択回路３ａの構成を示す回路図である。トランジスタＴｒ１Ｅのゲートには、クロック信号Ｃｌｋの代わりに、電源電圧ＶＤＤが接続される。
【００５９】
図９（ａ）〜（ｃ）は、選択回路３ａの動作説明図である。クロック信号Ｖ１、Ｖ２は、１水平走査期間内の大部分を占めるようにパルス幅が広くなっている点は、、実施の形態２と同様である。これにより、同図（ｃ）のようにトランジスタＴｒ１Ｅのスレッショルドが低すぎるためにブートできない問題を解決している。
【００６０】
また、トランジスタＴｒ１Ｅのゲートには電源電圧ＶＤＤが印加され、常にオンの状態にある。トランジスタＴｒ１Ｅは、ブート時は出力信号Ｅｏｕｔがハイレベルになっていることにより、弱反転で動作している（ソースとドレイン間が完全にオンしていない）ために、ブート動作が可能となる。これにより、Ｅｏｕｔ信号のパルス幅が広くなったこととあいまって、ブート動作を可能とし、かつクロック信号Ｃｌｋを不要にしている。
【００６１】
以上説明してきたように、実施の形態２における固体撮像装置によれば、１水平走査期間内における任意の位置に撮像部１０に対して電子シャッタ用に選択信号を出力することができる。また、ブート用トランジスタＴｒ２Ｅのスレッショルドをスイッチ用トランジスタＴｒ１Ｅよりも高くすることにより、電源電圧の低電圧化を容易に図ることができる。
【００６２】
なお、上記各実施の形態において、走査回路が２つの場合を説明したが、３つ以上であってもよい。その場合、複数の走査回路からの出力信号毎にブートストラップ回路を設け、各ブートストラップ回路の出力を結線接続して、撮像部１０への選択出力信号とすればよい。
【００６３】
また、上記各実施の形態において電子シャッター用の走査回路２側のブートストラップ回路を中心に説明したが、通常の選択信号を出力する走査回路１側のブートストラップ回路についても同じ構成なので、走査回路１側のブートストラップ回路においてもＴｒａｎｓ信号のタイミングを１水平走査期間内で任意のタイミングとすることができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態において、ブート容量としてのエンハンスメント型トランジスタＴｒ１Ｅは、トランジスタＴｒ２ＥのゲートとＥＴｒａｎｓ信号入力用のソース又はドレインとの間に接続されている。この代わりに、ブート容量をトランジスタＴｒ２ＥのゲートとＥＴｒａｎｓｏｕｔ信号出力用のソース又はドレインとの間に接続する構成としてもよい。
【００６５】
また、トランジスタＴｒ２Ｅのゲート容量が、ＥＩｎ信号を保持する期間は、例えば、１水平期間内の半分の間であってもその保持期間であれば駆動パルスとしてＥｔｒａｎｓ信号を印加することができるので、１水平走査期間内であれば任意の期間でよい。この場合、保持期間は１水平走査期間内で長い期間の方が望ましい。Ｅｔｒａｎｓ信号を印加するタイミングの自由度が大きくなるからである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、電子シャッター用の駆動信号を印加するタイミングが限定されることなく、１水平走査期間内の任意のタイミングとすることができ、電子シャッター用の画素選択信号を１水平期間内の任意のタイミングとすることができる。さらに、固体撮像装置の電源電圧の低電圧化に適している。つまり電圧マージンの少ない低電圧動作を可能にする。走査回路からの出力信号がローレベルの場合はブート用トランジスタにおけるブート動作をより確実に禁止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）単位選択回路の構成を示す回路図である。
（ｂ）単位選択回路の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図３】（ａ）単位選択回路の部分構成を示す図である。
（ｂ）その動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）低電圧動作の場合のスレッショルドを説明する図である。
【図５】（ａ）実施の形態２における単位選択回路の部分構成を示す図である。
（ｂ）その動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）低電圧動作の場合のスレッショルドを説明する図である。
【図７】実施の形態３における固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図８】選択回路の構成を示す回路図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）選択回路の動作説明図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の主要部の概略構成を示す図である。
【図１１】（ａ）単位レジスタの構成を示すブロック図である。
（ｂ）単位レジスタの動作説明図を
【図１２】従来の固体撮像装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 走査回路
２ 走査回路
３ 選択回路
３１ 単位選択回路
Ｔｒ１ スイッチトランジスタ
Ｔｒ１Ｅ スイッチトランジスタ
Ｔｒ２ ブートトランジスタ
Ｔｒ２Ｅ ブートトランジスタ
Ｔｒ３ エンハンストメント型トランジスタ
Ｔｒ３Ｅ エンハンストメント型トランジスタ
Claims (12)
- 複数の画素からなる撮像部と、前記撮像部の画素を選択する選択信号を出力するダイナミックロジック回路からなる走査回路とを有する固体撮像装置であって、
前記走査回路と前記撮像部との間に、走査回路からの選択信号を１水平走査期間に渡って保持し、かつ保持している選択信号と前記撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号との論理積を撮像部に出力するブートストラップ回路を備える
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記駆動信号は電子シャッター用である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記ブートストラップ回路は、
前記走査回路からの選択信号線に接続されたスイッチと、
前記選択信号をゲート容量に保持するブート用トランジスタと、
前記ブート用トランジスタのゲート電圧を昇圧するためのブート用の容量素子と
を有し、
前記ブート用トランジスタは、前記スイッチを介して前記選択信号がゲートに入力されることによりゲート容量に選択信号を保持し、ドレイン及びソースの一方に前記駆動信号が入力されることによりドレイン及びソースの他方から前記論理積を撮像部に出力する
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。 - 前記選択信号がゲート容量に保持された後も、前記走査回路からの選択信号は１水平期間に渡ってハイレベルである
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。 - 前記走査回路は、１水平走査期間の間ハイレベルの駆動パルスによって、前記選択信号を１水平期間に渡ってハイレベルにする
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。 - 前記スイッチは、トランジスタであり、
前記スイッチ用のトランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値は、前記ブート用トランジスタをオンにするゲート電圧のしきい値よりも小さいことを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記スイッチは、水平走査期間の切り換わりにおいてオンすることにより選択信号を前記トランジスタのゲートに伝達する
ことを特徴とする請求項３から６の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記走査回路は、１水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。 - 前記スイッチは、常時オンするトランジスタスイッチであり、
前記走査回路は、１水平走査期間内で任意のパルス幅を有する駆動パルスによって、前記選択信号を当該パルス幅を有するパルスとして出力する
ことを特徴とする請求項３から６の何れかに記載の固体撮像装置。 - 前記容量素子は、ドレインとソースとを短絡したエンハンスメント型トランジスタのゲート容量により構成される
ことを特徴とする請求項３から９の何れかに記載の記載の固体撮像装置。 - 複数の画素からなる撮像部と、前記撮像部の画素を選択する選択信号を出力するダイナミックロジック回路からなる走査回路と、前記走査回路と前記撮像部との間にブートストラップ回路とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記ブートストラップ回路において走査回路からの選択信号を１水平走査期間に渡って保持する保持ステップと、
前記ブートストラップ回路において保持された選択信号と前記撮像部への出力タイミングを指定する駆動信号との論理積を撮像部に出力する出力ステップと
を有することを特徴とする駆動方法。 - 請求項１から１０の何れかに記載された固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
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