JP3057898B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置及びその駆動方法

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JP3057898B2
JP3057898B2 JP4118056A JP11805692A JP3057898B2 JP 3057898 B2 JP3057898 B2 JP 3057898B2 JP 4118056 A JP4118056 A JP 4118056A JP 11805692 A JP11805692 A JP 11805692A JP 3057898 B2 JP3057898 B2 JP 3057898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置及びその
駆動方法に関し、特にリニアセンサや2次元イメージセ
ンサとして用いて好適な固体撮像装置及びその駆動方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】リニアセンサとしては、カラーイメージ
スキャナやデジタルカラー複写機等の画像情報入力部で
用いられている複数ライン、例えば3ラインをオンチッ
プしたリニアセンサが周知である。この3ラインのリニ
アセンサでは、各ラインの出力信号を1箇所から導出し
た方が、パッケージのピン数を削減し、周辺回路を簡略
化する上で、図6に示す如く各ライン毎に出力信号V
out 1〜Vout 3を導出するよりも有利である。
【0003】図7に、3ラインの出力信号を個別に導出
する場合における2相の水平転送クロックφ1,φ2、
各シフトゲート31 〜33 に共通の読出しパルスφRO
G及び各出力信号Vout 1〜Vout 3の各タイミング関
係を示す。なお、期間tintは、各ライン毎の信号電荷
の蓄積時間である。
【0004】図8に、3ラインの各出力信号を1箇所か
ら導出するようにしたリニアセンサの従来例を示す。同
図において、3本のアナログシフトレジスタ21 〜23
の出力側には、各ライン毎に切替えスイッチSW1〜S
W3が配置されており、これら切替えスイッチSW1〜
SW3が順番に切替え制御されることにより、各ライン
の信号が順次導出されるようになっている。
【0005】図9に、3ラインの各出力信号を1系統の
出力信号として導出する場合における2相の水平転送ク
ロックφ1,φ2、各シフトゲート31 〜33 の読出し
パルスφrog 1〜φrog 3及び出力信号Vout の各タイ
ミング関係を示す。なお、期間tint は、各ライン毎の
信号電荷の蓄積時間である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、各ラ
インの出力信号を1箇所から導出するようにした従来の
3ラインリニアセンサでは、3本のアナログシフトレジ
スタ21 〜23 の出力側での切替えスイッチSW1〜S
W3による各ラインの出力信号の切替え制御が必要な構
成となっているので、出力信号を連続的に読み出そうと
すると、各ラインの光信号のサンプリング時間をずらす
必要があり、3ライン分の画像情報を同時刻でサンプリ
ングすることができないという欠点があった。
【0007】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、複数ラインの各画像信号を垂直方向に読み出
し、かつ同時刻の画像サンプリングを行うことを可能と
した固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、水平方向に1次元に配列された所定数の画素から
なり、垂直方向にnライン分並べられた複数のセンサ列
と、これらセンサ列に対応して設けられて信号電荷を水
平方向に転送する複数の水平転送レジスタと、複数のセ
ンサ列の各画素に蓄積された信号電荷を前記複数の水平
転送レジスタに各々転送する複数のシフトゲートと、複
数の水平転送レジスタの各々の出力側に設けられた複数
の電荷/電圧変換部と、これら電荷/電圧変換部の各出
力電圧を順次切り替えて1系統の出力として導出する切
り替え回路と、水平転送レジスタの転送クロック周期の
n分の1以下のパルス幅を持つクロックで前記切り替え
回路を切り替え駆動する駆動回路とを具備した構成とな
っている。
【0009】本発明による固体撮像装置の駆動方法は、
水平方向に1次元に配列された所定数の画素からなり、
垂直方向にnライン分並べられた複数のセンサ列と、こ
れらセンサ列に対応して設けられて信号電荷を水平方向
に転送する複数の水平転送レジスタと、複数のセンサ列
の各画素に蓄積された信号電荷を複数の水平転送レジス
タに各々転送する複数のシフトゲートと、複数の水平転
送レジスタの各々の出力側に設けられた複数の電荷/電
圧変換部とを備えた固体撮像装置において、水平転送レ
ジスタの転送クロック周期のn分の1以下のパルス幅を
持つクロックに基づいて複数の電荷/電圧変換部の各出
力電圧を順次切り替えて1系統の出力と して導出するよ
うにする。
【0010】
【作用】複数のセンサ列からなるセンサ構造を有し、各
センサ列の出力信号を1箇所から導出するようにした固
体撮像装置において、nライン分の電荷/電圧変換部の
各出力電圧を順次切り替える切り替え回路を、水平転送
レジスタの転送クロック周期のn分の1以下のパルス幅
を持つクロックで切り替え駆動することにより、各ライ
ンの画像信号を垂直方向に読み出すことができるととも
に、同時刻で画像サンプリングを行うことが可能とな
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す構成図で
あり、ある基本となる大きさの正方形領域で見るとき、
水平方向画素数が垂直方向画素数よりも、例えば2倍以
上になるように画素単位で2次元配列されたセンサ構造
を有する固体撮像装置、例えば3ラインのリニアセンサ
に適用した場合を示す。
【0012】図1において、水平方向(H方向)に1次
元に配列された所定数の画素からなり、垂直方向(V方
向)に3ライン分だけ並べられたセンサ列11 〜1
3 と、信号電荷をH方向に転送するCCD(Charge Coup
led Device) からなるアナログシフトレジスタ(以下、
HCCDと称する)21 〜23 と、センサ列11 〜13
に画素単位で蓄積された信号電荷をHCCD21 〜23
に各々転送するシフトゲート31 〜33 と、HCCD2
1 〜23 の各出力側に設けられた電荷/電圧変換部41
〜43 とにより、3ラインのリニアセンサの基本構造が
構成されている。
【0013】この3ラインのリニアセンサにおいて、3
ライン分の電荷/電圧変換部41 〜43 で検出された各
信号電圧は、切り替え回路6で順次切り替えられ、バッ
ファ5を介して1系統の出力信号Vout として導出され
る。この切り替え回路6を切り替え駆動するとともに、
HCCD21 〜23 、シフトゲート31 〜33 及びVC
CD4を駆動するために、タイミングジェネレータ(図
示せず)を含む駆動回路7が設けられている。
【0014】駆動回路7は、3列のHCCD21 〜23
に対して全列とも共通に複数相(本例では、2相)の水
平転送クロックφH1,φH2を、3列のシフトゲート
1〜33 に対して共通の読出しゲートパルスφROG
を、切り替え回路6に対して3ライン分の切り替えクロ
ックφSW1〜φSW3をそれぞれ供給する。ここで、切り
替えクロックφSW1〜φSW3は、繰返し周波数が水平転
送クロックφH1,φH2と同じでかつパルス幅が水平
転送クロックφH1,φH2の周期のライン数n(本例
では、3ライン)分の1以下でお互いにオーバーラップ
しないように設定される。
【0015】図2に、電荷/電圧変換部41 〜43 及び
切り替え回路6を含む出力部の具体的な構成を示す。同
図において、電荷/電圧変換部41 〜43 としては、例
えばフローティングディフュージョン・アンプ構成のも
のが用いられている。この電荷/電圧変換部41 〜43
は、HCCD21 〜23 によって転送されてきた信号電
荷を検出して電圧に変換(あるいは、リセット)する。
【0016】電荷/電圧変換部41 〜43 で検出された
各信号電圧VFD1〜VFD3は、バッファ81 〜83
を介して切り替え回路6に供給される。切り替え回路6
は、例えばMOSトランジスタ等の3個のスイッチ素子
SW1〜SW3によって構成されており、各スイッチ素
子SW1〜SW3が切り替えクロックφSW1〜φSW3に
応答して順にスイッチング動作をすることにより、信号
電圧VFD1〜VFD3を順次出力する。
【0017】次に、上記構成の3ラインのリニアセンサ
の動作につき、図3のタイミングチャートを参照しつつ
説明する。
【0018】先ず、3列のセンサ列11 〜13 の各画素
に蓄積された信号電荷は、読出しパルスφROGの発生
により、その立下がりタイミングでシフトゲート31
3によってHCCD21 〜23 に一斉に転送される。
HCCD21 〜23 への信号電荷の一斉転送が終了する
と、その信号電荷は2相の水平転送クロックφH1,φ
H2によるHCCD21 〜23 の転送駆動によって水平
転送されて電荷/電圧変換部41 〜43 へ順に供給され
る。
【0019】図3のタイミングチャートにおいて、時刻
1 には、各ラインの例えば左端の画素の信号が、各電
荷/電圧変換部41 〜43 に保持されている。その期間
にスイッチ素子SW1〜SW3を切り替えクロックφSW
1〜φSW3によって順に切り替える。これにより、各信
号電圧VFD1〜VFD3を1系統の出力信号Vout
して導出できる。この出力信号Vout は、図3の波形か
ら明かなように、サンプル/ホールドされたかたちの信
号波形となる。
【0020】上述した構成のリニアセンサ及びその駆動
方法によれば、読出しパルスφROGの立下がりで全画
素の情報をHCCD21 〜23 へ一斉に転送することに
なるため、同時刻の画像サンプリングができる。また、
図3の出力信号Vout のタイミング波形からも明らかな
ように、信号は垂直方向に読み出される。
【0021】すなわち、先ず1ライン目のセンサ列11
の左端の画素(D1-1)の信号が、次に2ライン目のセン
サ列12 の左端の画素(D2-1)の信号が、次に3ライン
目のセンサ列13 の左端の画素(D3-1)の信号がそれぞ
れ出力され、また1ライン目のセンサ列11 に戻り、左
から2番目の画素(D1-2),……の順に各画素の信号が
出力され、以下、同様にして、各ラインの垂直方向に並
ぶ画素の信号が順に繰り返して出力されることになる。
【0022】図4は、本発明の変形例を示す出力部の構
成図である。本変形例では、HCCD21 〜23 におけ
る出力ゲート91 〜93 の前段の最終転送ゲート101
〜103 の各々に個別に転送クロックφLH1〜φLH3を
印加するとともに、フローティング・ディフュージョン
・アンプ構成の電荷/電圧変換部41 〜43 の各々に個
別にリセットパルスφrs1〜φrs3を印加するように
し、これら転送クロックφLH1〜φLH3及びリセットパ
ルスφrs1〜φrs3の位相を各ライン間で変えた構成を
採っている。
【0023】例えば、1ライン目の最終転送ゲート10
1 の転送クロックφLH1を水平転送クロックφH1(図
3参照)と同相とした場合、転送クロックφLH1に対し
て2ライン目,3ライン目の転送クロックφLH2,φLH
3は3分の1の周期ずつ位相がずれ、これに対応してリ
セットパルスφrs1〜φrs3の位相も各ライン間におい
てずれている。
【0024】図5に、本変形例の場合のタイミングチャ
ートを示す。この変形例の構成によれば、図5の出力信
号Vout のタイミング波形から明らかなように、各画素
単位で信号レベルとともにリセットレベルをも導出でき
ることになる。このように、各画素毎にリセット相をも
有する出力信号Vout を導出できることにより、後段の
信号処理系においてCDS(相関二重サンプリング)処
理等を行う場合に特に有用となる。
【0025】なお、上記実施例では、3ラインのリニア
センサに適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、カラーイメージスキャナやデジタ
ルカラー複写機の画像情報入力部など、水平方向画素数
が垂直方向画素数よりも多くなるように画素単位で2次
元配列されたセンサ構造を有する固体撮像装置全般に適
用し得るものである。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数ライン分のセンサ列からなるセンサ構造を有し、各
センサ列の出力信号を1箇所から導出するようにした構
成の固体撮像装置において、nライン分の電荷/電圧変
換部の各出力電圧を、水平転送レジスタの転送クロック
周期のn分の1以下のパルス幅を持つクロックに基づい
順次切り替えて1系統の出力信号として導出するよう
にしたので、各ラインの画像信号を垂直方向に読み出す
ことができるとともに、同時刻での画像サンプリングを
行うことが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図であり、例えば
3ラインのリニアセンサに適用した場合を示す。
【図2】本発明の一実施例における出力部の構成図であ
る。
【図3】本発明の一実施例の動作説明のためのタイミン
グチャートである。
【図4】本発明の変形例を示す出力部の構成図である。
【図5】本発明の変形例の動作説明のためのタイミング
チャートである。
【図6】3系統出力の従来例を示す構成図である。
【図7】3系統出力の従来例の動作説明のためのタイミ
ングチャートである。
【図8】1系統出力の従来例を示す構成図である。
【図9】1系統出力の従来例の動作説明のためのタイミ
ングチャートである。
【符号の説明】
1 〜13 センサ列 21 〜23 CCDアナログシフトレジスタ 31 〜33 シフトゲート 41 〜43 電荷/電圧変換部 6 切り替え回路 7 駆動回路 91 〜93 出力ゲート 101 〜103 最終転送ゲート

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平方向に1次元に配列された所定数の
    画素からなり、垂直方向にnライン分並べられた複数の
    センサ列と、 前記複数のセンサ列に対応して設けられて信号電荷を水
    平方向に転送する複数の水平転送レジスタと、 前記複数のセンサ列の各画素に蓄積された信号電荷を前
    記複数の水平転送レジスタに各々転送する複数のシフト
    ゲートと、 前記複数の水平転送レジスタの各々の出力側に設けられ
    た複数の電荷/電圧変換部と、 前記複数の電荷/電圧変換部の各出力電圧を順次切り替
    えて1系統の出力として導出する切り替え回路と、 前記水平転送レジスタの転送クロック周期のn分の1以
    下のパルス幅を持つクロックで前記切り替え回路を切り
    替え駆動する駆動回路とを具備したことを特徴とする固
    体撮像装置。
  2. 【請求項2】 水平方向に1次元に配列された所定数の
    画素からなり、垂直方向にnライン分並べられた複数の
    センサ列と、前記複数のセンサ列に対応して設けられて
    信号電荷を水平方向に転送する複数の水平転送レジスタ
    と、前記複数のセンサ列の各画素に蓄積された信号電荷
    を前記複数の水平転送レジスタに各々転送する複数のシ
    フトゲートと、前記複数の水平転送レジスタの各々の出
    力側に設けられた複数の電荷/電圧変換部とを備えた固
    体撮像装置において、 前記水平転送レジスタの転送クロック周期のn分の1以
    下のパルス幅を持つクロックに基づいて前記複数の電荷
    /電圧変換部の各出力電圧を順次切り替えて1系統の出
    力として導出する ことを特徴とする固体撮像装置の駆動
    方法。
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