JP3093645B2 - 電荷蓄積型受光部を有した撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、イ
メージスキャナなどに用いられ、受光量に応じた電荷信
号を蓄積する受光部を複数個含み、それら受光部からス
イッチングにより順次、電荷信号を読み出して画像信号
を出力する撮像装置に関し、特に受光部からの電荷信号
の不完全な読み出しが原因で生じる、画像信号における
残像を低減する駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、複数のフォトトランジスタが
受光部として１次元配列された従来の固体撮像装置の回
路図である。各受光部２は、フォトトランジスタ４とそ
のコレクタ、ベース間に設けられるキャパシタ６とで構
成される。フォトトランジスタ４のコレクタは電源端子
８（VDD ）から電圧を供給される。キャパシタ６はその
リセットされた状態では電荷を充電されており、入射光
量に応じてディスチャージされる。このディスチャージ
量が電荷信号として受光部２から取り出される。

【０００３】この１次元のイメージセンサでは、各受光
部２に画素選択スイッチ１０が設けられる。このスイッ
チ１０を開閉（オン／オフ）することにより、受光部２
に蓄積された電荷信号に応じた電流が出力信号線１２に
取り出される。その電流は出力端子１４とグランドとの
間に接続された電荷検出キャパシタ１６に蓄積され、こ
れにより電荷信号に応じた電圧が出力端子１４に生じ
る。スイッチ１０を順次オン／オフすることにより１ラ
イン分の画像信号が得られる。このような走査手段を備
えた１次元イメージセンサは、縮小光学系を用いずに原
稿を読み取る密着型イメージセンサとして、コンピュー
タに画像を取り込むイメージスキャナや、ファクシミリ
によく用いられている。ちなみに近年では、このセンサ
を用いてカラー画像を取り込むことができるイメージス
キャナが開発されている。

【０００４】この固体撮像素子上には上記構成要素の
他、画素選択スイッチ１０のオン／オフや、信号電荷の
リセットを行う構成要素が形成されている。画素選択ス
イッチ１０のオン／オフは、シフトレジスタ１８により
行われる。シフトレジスタ１８は、Ｄフリップフロップ
２０が一列に接続された構造である。シフトレジスタ１
８は、スタートパルス（SI）をスタートパルス端子２２
から入力されると、クロック端子２４から供給される走
査クロック（CLK ）に同期して順次、各画素選択スイッ
チ１０をオン／オフする。ここでは、画素選択スイッチ
１０は例えばアナログスイッチであり、このアナログス
イッチはゲートにシフトレジスタ１８からの画素選択パ
ルスを受けて受光部２と出力信号線１２との接続を制御
する。リセットスイッチ２６は、グランドに接続された
リセット端子２８と出力信号線１２との間に設けられ、
走査クロックによりオン／オフされて受光部２のキャパ
シタ６及び電荷検出キャパシタ１６のリセットを行う。

【０００５】図１２は、上記従来の固体撮像装置の駆動
方法を示すタイミングチャートである。リセットスイッ
チ２６を開閉するリセット制御パルスとしても用いられ
る走査クロック３０のロー・デューティ比、すなわち走
査クロック１周期に占めるロー（Low ）レベルの割合は
例えば７５％である。走査クロック１周期に応じた幅の
１つのスタートパルスがスタートパルス端子２２からシ
フトレジスタ１８に入力されると、初段のＤフリップフ
ロップ２０は、走査クロック１周期幅の画素選択パルス
を出力する。以降、各Ｄフリップフロップ２０は、前の
段のＤフリップフロップから画素選択パルスを受けると
それを走査クロック３０の１周期だけ遅延させて次の段
に出力する。すなわち、ｉ段目のＤフリップフロップか
ら出力された画素選択パルス３２と（ｉ＋１）段目のＤ
フリップフロップから出力された画素選択パルス３４と
はそれぞれ走査クロック１周期の幅を有し、パルス３４
はパルス３２より走査クロック１周期だけ遅延されてい
る。

【０００６】ｉ段目（ｉは任意）のＤフリップフロップ
から出力される画素選択パルスはｉ番目の画素選択スイ
ッチ１０を構成するアナログスイッチのゲートに供給さ
れる。このアナログスイッチは画素選択パルスを受けて
いる間、オン状態となり、フォトトランジスタ４のエミ
ッタが出力信号線１２に接続される。すると、受光部２
のキャパシタ６に蓄積された電荷信号に応じたベース−
エミッタ電流が生じ、フォトトランジスタ４はこの電流
を増幅したコレクタ−エミッタ間電流を出力信号線１２
に出力する。

【０００７】リセットスイッチ２６を構成するアナログ
スイッチは、走査クロック３０がロー・レベルの間はオ
フ状態であるので、出力信号線１２に出力された電流は
電荷検出キャパシタ１６に充電されて、出力信号である
電圧信号３６に変換される。電圧信号３６は図１２に示
すように、画素選択スイッチ１０がオン状態となると立
ち上がる（波形３８）。もしオン状態が継続すると、そ
の電圧値は、キャパシタ６の電荷信号量に応じた電圧レ
ベル４０に漸近する。これは、キャパシタ６の電荷信号
がベース−エミッタ間電流により徐々にリセットされる
ことと、エミッタ側の電位の上昇によりベース−エミッ
タ間電圧が低減することとに起因して、コレクタ−エミ
ッタ間電流が０に漸近するからである。

【０００８】ｉ番目の受光部２に続いて（ｉ＋１）番目
の受光部２を読み出すためには、ｉ番目の受光部２の読
み出しにより充電された電荷検出キャパシタ１６をディ
スチャージしてリセットする必要がある。このリセット
は、走査クロック３０がハイ・レベルとなりリセットス
イッチ２６を構成するトランジスタスイッチをオン状態
とすることにより行われる。リセットスイッチ２６がオ
ン状態となると出力信号線１２が接地され、これにより
電荷検出キャパシタ１６のリセットが行われる（波形４
２）。このとき同時に、画素選択スイッチ１０によって
出力信号線１２に接続されているｉ番目の受光部２のキ
ャパシタ６に残された電荷信号のリセットも行われる。
この受光部２のリセットは、出力信号線１２が接地され
て、フォトトランジスタ４のベース−コレクタ間電圧が
増大し、キャパシタ６がチャージアップされることによ
り行われる。

【０００９】さて、この固体撮像素子が利用される機
器、例えばスキャナにおいては原稿読み取り速度を確保
するため走査クロックとして高い周波数、例えば数ＭＨ
ｚのクロックが用いられる。そのため、キャパシタ６の
電荷信号が十分に読み出される前に、電荷検出キャパシ
タ１６及び受光部２のリセットが開始される。また、同
様の理由で、このリセット動作が完全に行われる前に、
（ｉ＋１）番目の受光部２の読み出し動作が開始され
る。通常は、電荷信号をできるだけ大きく取り出しＳ／
Ｎ比を確保するために、走査クロックのロー・レベルの
期間はハイ・レベルの期間より長くされる（例えば、上
述したようにロー・デューティ比７５％とされる）の
で、受光部２のキャパシタ６のリセットが不十分となり
やすい。受光部２に取り残された電荷信号は、次の１ラ
インの撮像によってその受光部２に蓄積される電荷信号
に混ざって読み出され、残像現象が発生する。

【００１０】図１３は残像現象の概念を説明するタイミ
ングチャートである。発光ダイオード（ＬＥＤ）がパル
ス５０により発光期間ＴＬだけ発光し、無地の原稿を照
射する。この原稿からの反射光を受光部２が受光する。
続いてスタートパルス端子２２に入力されるスタートパ
ルス５２により、受光部２からの読み出し動作を複数回
行うと、順次レベルが低減する画像信号５４、５６、５
８が出力される。このうち２回目以降の読み出し動作に
より得られる画像信号５４、５６は、１回目の読み出し
動作で受光部２に取り残された電荷信号によるものであ
り、これが残像である。画像信号５４のレベルをＶ０と
すると、ｎ回目の読み出し動作による画像信号のレベル
Ｖｎは定数κを用いて近似的に次式で表される。例え
ば、κ＝０．５程度である。

【００１１】Ｖｎ＝Ｖ０・κ^n-1 この残像は、モノクロの画像では、原稿の読み取り方向
に画像が尾を引く現象として現れる。カラーの画像は１
ラインを複数色の光、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の３原色の光を用いて順に、走査（スキャンニン
グ）することにより得られる。このカラー画像では、上
記残像は、ある色に対応する画像信号に他の色による先
行する走査での電荷信号が重畳されて出力される混色と
いう現象として現れる。この混色はカラー画像の色の精
彩度を劣化させる。図１４は、この混色現象を説明する
概念図である。ＲＧＢそれぞれの走査は順次行われる。
各色の走査は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光期間Ｔ
Ｌとこれに続く受光部２の読み出し期間ＴＲとからな
る。ＲＧＢの各ＬＥＤはそれぞれパルス７０、７２、７
４によりそれらのパルス幅ＴＬの間発光する。各色の読
み出し期間ＴＲは、スタートパルス端子２２に入力され
るスタートパルス７６によりそれぞれ開始される。混色
とは、例えば青のＬＥＤ光による信号のみを含むべき画
像信号７８において、青の成分８０以外に緑の成分８
２、赤の成分８４が含まれることである。これら緑の成
分８２、赤の成分８４は先行する走査で生じた残像成分
である。

【００１２】上述のように残像はモノクロ画像、カラー
画像のいずれにおいても画質の劣化をもたらす。この残
像による画質劣化を軽減するために、従来は受光部２の
電荷信号を読み出して画像信号を得た後に、受光部２に
残った電荷信号を繰り返して読み出し廃棄する走査（以
降、この走査を残像除去走査と呼ぶ）を行っていた。

【００１３】図１５は、この従来の残像除去走査の駆動
方法を説明するタイミングチャートである。図はカラー
画像の場合の駆動を示す。各色の走査は、ＬＥＤの発光
期間ＴＬ、これに続く受光部２の読み出し走査期間Ｔ
Ｒ、及び残像除去走査期間ＴＣからなる。ＲＧＢの各Ｌ
ＥＤはそれぞれパルス９０、９２、９４によりそれらの
パルス幅ＴＬの間発光する。スタートパルス９６は、各
ＬＥＤの発光後２回ずつ発生される。１回目のパルス９
８は、ＬＥＤ発光直後であり、これにより受光部２に蓄
積されたＲＧＢに対応する電荷信号が画像信号１００、
１０２、１０４として読み出される。２回目のパルス１
０６は、画像信号１００、１０２、１０４の読み出しが
終了した後に生成される。よって２つのスタートパルス
９８、１０６の間隔はＴＲである。この従来の残像低減
のための駆動方法では、２回目のパルス１０６により開
始される固体撮像素子の動作は、１回目のパルス９８に
よる読み出し動作と同様である。異なるのは、２回目の
パルス１０６により読み出されたＲＧＢの各信号１１
０、１１２、１１４は画像の形成には使用されず廃棄さ
れる点である。これにより例えばＧの画像信号１０２に
混入するＲ、Ｂの残像成分１１６、１１８は、図１４に
示す場合のκ倍（κ＜１）に低減する。読み出し期間Ｔ
Ｒ及び残像除去走査期間ＴＣでの画素選択スイッチ１
０、リセットスイッチ２６の動作は全く同様に行われ
る。つまり、例えば図１２に示す走査クロック３０、画
素選択パルス３２、３４を用いて、期間ＴＲの読み出し
走査及び期間ＴＣの残像除去走査が行われる。よってＴ
Ｃの長さはＴＲの長さに等しい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
残像を除去するための残像除去走査における固体撮像素
子の駆動方法は、画像信号を得るための読み出し走査に
おける駆動方法と同様であり、残像除去走査の駆動方法
自体には残像除去のための特別の配慮がされていなかっ
た。そのため残像除去の効果も必ずしも十分ではないと
いう問題点があった。

【００１５】本発明は、より高い残像除去の効果が得ら
れる残像除去走査を行う撮像装置を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る撮像装
置においては、リセット制御回路は、リセットスイッチ
を、残像除去走査では読み出し走査より長く閉じること
を特徴とする。本発明によれば、受光部がリセット端子
を介して所定電位に接続される期間が、読み出し走査に
おいてより残像除去走査において長くなる。これによ
り、読み出し走査においては受光部から電荷検出キャパ
シタへの充電期間を長くとり画素信号に応じた電圧信号
を良好なＳ／Ｎ比で取り出すことができ、一方、残像除
去走査においては読み出し走査で受光部に残された画素
信号の除去が良好に行われる。

【００１７】第２の発明に係る撮像装置は第１の発明に
おいて、前記リセットスイッチが前記リセット制御回路
から出力されるリセット制御パルスのパルス幅に応じて
開閉され、前記リセット制御回路が、読み出し走査時と
残像除去走査時とで互いにデューティ比が反転した前記
リセット制御パルスを出力する反転パルス出力部を有す
ることを特徴とする。

【００１８】本発明によれば、リセット制御パルスのデ
ューティ比が読み出し走査時と残像除去走査時とで互い
に反転されることにより、リセットスイッチの閉期間が
読み出し走査時においてより残像除去走査時において長
くされる。リセットスイッチがリセット制御パルスのハ
イ・レベル、ロー・レベルのいずれで閉状態とされるか
は任意に構成することができる。例えば、リセットスイ
ッチがリセット制御パルスのハイ・レベルで閉状態とさ
れる構成である場合には、読み出し走査時のリセット制
御パルスのデューティ比（１周期に占めるハイ・レベル
の期間の割合）をα（α＜０．５）に設定すればよい。

【００１９】第３の発明に係る撮像装置は第２の発明に
おいて、前記走査クロックが非対称なデューティ比を有
し、前記反転パルス出力部が、前記走査クロックを反転
する反転器と、前記読み出し走査時と前記残像除去走査
時とに対応して走査クロックと前記反転器の出力とを切
り換えて前記リセット制御パルスとして出力する切換器
と、を有することを特徴とする。本発明によれば、画素
走査回路の駆動に用いる走査クロックを流用することに
より、簡単な回路構成でリセット制御パルスが得られ
る。

【００２０】第４の発明に係る撮像装置は第１の発明に
おいて、前記リセットスイッチが、前記リセット制御回
路から出力されるリセット制御パルスのパルス幅に応じ
て開閉され、前記リセット制御回路が読み出し走査時と
残像除去走査時とでリセット制御パルスのデューティ比
を切り換えるパルス幅切換部を有すること、を特徴とす
る。本発明によれば、リセットスイッチの閉期間が読み
出し走査時と残像除去走査時とで独立して設定されるの
で、画像信号の読み出し動作と残像除去動作とのそれぞ
れが最適な条件で行われる。

【００２１】第５の発明に係る撮像装置は前記リセット
制御回路が、前記読み出し走査時には、前記各画素選択
スイッチそれぞれの閉期間中に前記リセットスイッチを
開状態とした後に、閉状態とし、前記残像除去走査時に
は、前記リセットスイッチを閉状態に保持することを特
徴とする。本発明によれば、電荷検出キャパシタへの電
荷信号の蓄積が不要な残像除去走査時には、リセットス
イッチを継続して閉状態とされるので、受光部に残され
た電荷信号の除去率が向上する。

【００２２】第６の発明に係る撮像装置においては、画
素走査回路は、残像除去走査時には各画素選択スイッチ
の閉状態を所定複数走査クロック数に渡って継続するこ
とを特徴とする。また第７の発明に係る撮像装置は第１
から第５のいずれかの発明において、画素走査回路が、
各画素選択スイッチの閉状態を所定複数走査クロック数
に渡って継続することを特徴とする。

【００２３】本発明によれば、残像除去走査時には例え
ばｉ番目の画素選択スイッチが走査クロックのｋサイク
ルにわたって閉状態とされ、（ｉ＋１）番目の画素選択
スイッチはｉ番目の画素選択スイッチより走査クロック
１サイクル遅れて閉状態とされる。すなわち、隣接する
画素選択スイッチは、走査クロック（ｋ−１）サイクル
にわたって同時に閉じられる。残像除去走査で受光部か
ら取り出された電荷信号は、画像信号として利用されず
リセット端子から廃棄されるので、このように複数の画
素選択スイッチを同時に閉じて出力信号線上にて受光部
からの電荷信号が混合されても問題はない。この構成に
より１つの受光部当たりのリセットスイッチの閉時間を
ｋ倍にすることができ、受光部に残された電荷信号の除
去率が向上する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を参照して説明する。

【００２５】［実施の形態１］図１は、本発明が適用さ
れる固体撮像装置の回路構成図である。図１において、
図１１に示す従来装置と同様の機能を有する構成要素に
は、図１１の符号に２００を加えた符号を付し説明を省
略する。本装置は受光部２０２など電荷信号に関わる回
路及び画素走査回路（シフトレジスタ２１８）は従来と
同様の構成である。本装置の構成上の特徴は、これらの
回路の駆動回路にある。本装置の駆動回路はリセットス
イッチ２２６のオン／オフを制御するリセット制御回路
として走査クロックを反転する反転パルス出力部２３０
を有する。

【００２６】反転パルス出力部２３０は反転器２３２と
切換器２３４とを含む。反転器２３２は走査クロックを
入力され、反転走査クロックを出力する。切換器２３４
は走査クロックと反転走査クロックとを入力され、切換
信号（SEL ）の電圧レベルに応じてそれらのいずれか一
方を出力する。切換信号はセレクタ端子２３６から供給
される。反転パルス出力部２３０から出力された反転走
査クロックはリセットスイッチ２２６に供給される。な
お、シフトレジスタ２１８は走査クロックの立ち下がり
のタイミングに同期して動作するので、走査クロック２
５６の代わりにこれと周期の等しい反転走査クロック２
５８を用いても同じ動作をする。よって、本装置では反
転パルス出力部２３０の出力をシフトレジスタ２１８の
駆動にも用いている。

【００２７】図２は本装置の駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。同図（ａ）に示すように、本装置
の駆動方法は、１ラインの画像信号当たり２つのスター
トパルス２５０、２５２がシフトレジスタ２１８に入力
され、読み出し走査とこれに続いて残像除去走査とが行
われる点で図１５を用いて説明した従来の駆動方法と共
通する。各ラインの走査は、ＬＥＤの発光期間ＴＬ、こ
れに続く読み出し走査期間ＴＲ、及び残像除去走査期間
ＴＣからなる。１回目のスタートパルス２５０は、ＬＥ
Ｄ発光直後に画素走査回路に入力され、シフトレジスタ
２１８は受光部２０２の読み出し走査（期間ＴＲ）を開
始する。２回目のスタートパルス２５２は、画像信号の
読み出しが終了した後、すなわち１回目のスタートパル
ス２５０からＴＲだけ間隔をおいてシフトレジスタ２１
８に入力され、シフトレジスタ２１８は受光部２０２に
取り残された電荷信号を除去する残像除去走査（期間Ｔ
Ｃ）を開始する。

【００２８】次に本装置の駆動方法と従来の駆動方法と
の差異を説明する。セレクタ端子２３６に入力される切
換信号であるパルス２５４は、読み出し走査期間ＴＲに
おいてロー・レベルとなり、残像除去走査期間ＴＣにお
いてハイ・レベルとなる。切換器２３４はこのパルス２
５４に対応して期間ＴＲにおいて走査クロック２５６、
期間ＴＣにおいて反転走査クロック２５８を出力する。
走査クロック２５６のロー・デューティ比ρは例えば７
５％であり、このとき反転走査クロック２５８のロー・
デューティ比ρは２５％となる。本装置の駆動方法は、
期間ＴＲとＴＣとで異なるデューティ比を有するクロッ
ク２５６、２５８を用いてリセットスイッチ２２６のオ
ン／オフを制御することを特徴とする。なお、走査クロ
ック２５６と反転走査クロック２５８とは周期が等しい
ので、期間ＴＲ、ＴＣの長さは等しい。

【００２９】図２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ期間ＴＲ、
ＴＣの一部を拡大したタイミングチャートである。走査
クロック１周期（τ）に応じた幅の第１のスタートパル
ス２５０がスタートパルス端子２２２からシフトレジス
タ２１８に入力されると、各Ｄフリップフロップ２２０
は、幅τの画素選択パルスをτだけ遅延させて次段のＤ
フリップフロップ２２０に転送する。つまりｉ段目のＤ
フリップフロップから画素選択パルス２６０が出力され
ると、τだけ遅れて（ｉ＋１）段目のＤフリップフロッ
プから画素選択パルス２６２が出力される。第２のスタ
ートパルス２５２（幅τ）がシフトレジスタ２１８に入
力された場合も同様であり、ｉ段目、（ｉ＋１）段目の
Ｄフリップフロップからそれぞれ出力される画素選択パ
ルス２６４、２６６は互いにτだけタイミングがずれ
る。

【００３０】上述したようにＤフリップフロップ２２０
はクロックの立ち下がりのタイミングに同期して動作す
るので、期間ＴＲでの画素選択パルス２６０と期間ＴＣ
での画素選択パルス２６４とはいずれもクロック２５
６、２５８のロー・レベル期間の先頭からハイ・レベル
期間の終わりまでの間、ハイ・レベルとなる。但し、期
間ＴＲとＴＣとではハイとローとでその期間の長さが異
なる。つまり期間ＴＲにおいては、各受光部２０２に蓄
積された電荷信号による電荷検出キャパシタ２１６の充
電時間ｔchは0.75τ、電荷検出キャパシタ２１６及び受
光部２０２のリセットが行われるリセット時間ｔrst は
0.25τである。一方、期間ＴＣにおいては、充電時間
ｔ'ch は0.25τ、リセット時間ｔ'rstは0.75τである。

【００３１】このように、読み出し走査期間ＴＲにおい
て充電時間ｔchをリセット時間ｔrst より長くすること
により、出力端子２１４に生じる画像信号２６８が大き
くなり、画像信号のＳ／Ｎ比が確保される。これは従来
技術で述べたところである。本装置の特徴は、読み出し
走査期間ＴＲでのリセット時間ｔrst より、残像除去走
査期間ＴＣでのリセット時間ｔ'rstを長くする点にあ
る。残像除去走査期間ＴＣにおいてリセット時間ｔ'rst
を充電時間ｔ'ch より長くすることにより、受光部２０
２に残る電荷信号の除去が十分に行われ残像が低減され
る。なお、このときの出力端子に生じる信号２７０は画
像信号としては使用されないので、その電圧値は小さく
て構わない。

【００３２】走査クロックのロー・デューティ比ρは、
0.5 ＜ρ＜1.0 の範囲で選択することができる。また、
反転、非反転は相対的なものであるので、反転走査クロ
ックを期間ＴＣではなく読み出し走査期間ＴＲにおける
リセット制御パルスとして用い、走査クロックを期間Ｔ
Ｒではなく残像除去走査期間ＴＣにおけるリセット制御
パルスとして用いてもよい。但しこのときは走査クロッ
クのρは0 ＜ρ＜0.5の範囲で選択しなければならな
い。また、リセットスイッチ２２６をリセット制御パル
スのロー・レベルでオン、ハイ・レベルでオフとなるよ
うなトランジスタスイッチで構成した場合には、走査ク
ロックのρは0 ＜ρ＜0.5 の範囲で選択される。その
他、本発明は、走査クロック１周期に占めるリセット時
間の比率ｔrst ／τを走査クロックと反転走査クロック
とを用いて、読み出し走査期間ＴＲと残像除去走査期間
ＴＣとで反転させ、比率ｔrst ／τを読み出し走査期間
ＴＲより残像除去走査期間ＴＣで大きくする全ての構成
を含む。また、本装置では、回路構成を簡単とするた
め、走査クロックを用いてリセット制御パルスを生成し
たが、走査クロックと同一周期であるがρの異なる他の
クロックを用いてリセット制御パルスを生成する構成も
可能である。

【００３３】［実施の形態２］図３は、本発明が適用さ
れる第２の固体撮像装置の回路構成図である。図３にお
いて、図１に示す第１の実施形態の装置と同様の機能を
有する構成要素には、図１の符号に１００を加えた符号
を付し説明を省略する。本装置の構成上の特徴は、第１
の実施形態同様、駆動回路にある。本装置の駆動回路は
リセットスイッチ３２６のオン／オフを制御するリセッ
ト制御回路としてリセット制御パルスのデューティ比を
切り換えるパルス幅切換部３３０を有する。

【００３４】パルス幅切換部３３０は切換器３３４を含
む。本装置には、外部から走査クロック端子３２４に走
査クロックが入力され、またリセットクロック端子３３
８に走査クロックと同一周期であるが異なるデューティ
比を有したリセットクロック（RCLK）が入力される。切
換器３３４は走査クロックとリセットクロックを入力さ
れ、切換信号の電圧レベルに応じてそれらのいずれか一
方を出力する。切換信号はセレクタ端子３３６から供給
される。パルス幅切換部３３０から出力されたリセット
制御パルスはリセットスイッチ３２６に供給される。な
お、走査クロックはシフトレジスタ３１８の駆動に用い
られるクロックである。本装置では外部入力のクロック
の種類を少なくし回路構成を簡単とするために、走査ク
ロックをリセットスイッチ３２６の制御にも用いている
が、走査クロックとは別にデューティ比の互いに異なる
リセットクロックを２種類用意して、これら２つのリセ
ットクロックをパルス幅切換部３３０に入力する構成も
可能である。

【００３５】図４は本装置の駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。図４において、図２に示す第１の
実施形態の装置と同様の機能を有するクロック又はパル
スには、図２の符号に１００を加えた符号を付し説明を
省略する。本装置の駆動方法と第１の実施形態における
駆動方法との相違点は、反転走査クロック２５８の代わ
りにリセットクロック３５８を用いる点にある。

【００３６】図４（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）
に示す期間ＴＲ、ＴＣの一部を拡大したタイミングチャ
ートである。セレクタ端子３３６に入力されるパルス３
５４は、パルス２５４と同様であり切換器３３４はこの
パルス３５４に対応して期間ＴＲにおいて走査クロック
３５６、期間ＴＣにおいてリセットクロック３５８を出
力する。走査クロック３５６のロー・デューティ比ρは
例えば７５％であり、このρの値は主に画像信号におけ
るＳ／Ｎ比が確保されるように設定される。一方、リセ
ットクロックのρは走査クロックのρとは独立に設定す
ることができる。リセットクロック３５８がハイ・レベ
ルの期間に、リセットスイッチ３２６がオン状態とな
り、受光部３０２から電荷信号を除去して残像を低減す
る。よって基本的にはリセットクロックのρを小さくし
て残像低減の効果が大きくなるようにする。リセットク
ロックのρは例えばρ＝１０％である。

【００３７】本装置の基本的な特徴は、読み出し走査期
間ＴＲでのリセット時間ｔrst より、残像除去走査期間
ＴＣでのリセット時間ｔ'rstを長くし、残像を低減の効
果を向上させる点にある。本装置は、走査クロック３５
６とは独立したリセットクロック３５８を用いる。つま
り期間ＴＣにおけるリセット時間ｔ'rstを設定する際、
読み出し走査に関する制約を受けないので、残像除去走
査における高い残像除去効果が実現されるようにこの
ｔ'rstを調整することができる。

【００３８】［実施の形態３］図５は、本発明が適用さ
れる第３の固体撮像装置の回路構成図である。図５にお
いて、図３に示す第２の実施形態の装置と同様の機能を
有する構成要素には、図３の符号に１００を加えた符号
を付し説明を省略する。本装置の構成上の特徴は前記の
実施形態同様、駆動回路にある。本装置の駆動回路は第
２の実施形態同様、切換器４３４を含むパルス幅切換部
４３０をリセット制御回路として備えている。

【００３９】切換器４３４は走査クロック端子４２４か
ら入力される走査クロックと、セレクタ端子４３６から
入力される切換信号とを用いて動作する。切換器４３４
は走査クロックと切換信号とを入力され、これら２つの
入力のいずれか一方を切換信号の電圧レベルに応じて出
力する。

【００４０】図６は本装置の駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。図６において、図４に示す第２の
実施形態の装置と同様の機能を有するクロック又はパル
スには、図４の符号に１００を加えた符号を付し説明を
省略する。本装置の駆動方法と第２の実施形態における
駆動方法との相違点は、リセットクロック３５８の代わ
りに切換信号４５４を用いる点にある。

【００４１】図６（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）
に示す期間ＴＲ、ＴＣの一部を拡大したタイミングチャ
ートである。セレクタ端子４３６に入力される切換信号
４５４は、パルス３５４と同様であり切換器４３４はこ
の切換信号４５４に対応して期間ＴＲにおいて走査クロ
ック４５６、期間ＴＣにおいて切換信号４５４を出力す
る。つまり、残像除去走査期間ＴＣにてパルス幅切換部
４３０が出力するリセット制御パルスはハイ・レベルで
一定の信号である。期間ＴＲのリセット制御パルスのロ
ー・デューティ比ρには電荷検出キャパシタ４１６の充
電とリセットとのバランスを調整し画像信号におけるＳ
／Ｎ比を確保するという条件が課せられるのに対し、期
間ＴＣのリセット制御パルスにはその条件はない。期間
ＴＣのリセット制御パルスは、受光部４０２のリセット
を高効率で行えばよい。この目的を実現するため、本装
置は、期間ＴＣにおいては画素選択スイッチ４１０がオ
ン状態である間、ずっとリセットスイッチ４２６をオン
状態とするように駆動される。

【００４２】本装置は、残像除去走査期間ＴＣにおいて
はリセットスイッチをオン状態に保持するので、高い残
像除去効果が得られる。本装置は、従来の装置に切換器
４３４を付加し切換信号４５４を供給するという簡単な
構成で実現される。

【００４３】なお、本装置は第２の実施形態の装置と同
様、外部入力のクロックの種類を少なくし回路構成を簡
単とするために、シフトレジスタ４１８の駆動に用いら
れる走査クロックをリセットスイッチ４２６の制御にも
用いている。しかし、走査クロックとは別にこれとデュ
ーティ比の異なるリセットクロックをパルス幅切換部４
３０に供給してリセットスイッチ４２６の制御を行う構
成も可能である。

【００４４】［実施の形態４］図７は、本発明が適用さ
れる第４の固体撮像装置の回路構成図である。図７にお
いて、図１に示す第１の実施形態の装置と同様の機能を
有する構成要素には、図１の符号に３００を加えた符号
を付し説明を省略する。本装置の構成上の特徴はシフト
レジスタ５１８の駆動回路にある。

【００４５】本装置のシフトレジスタ５１８を構成する
Ｄフリップフロップ５２０間において、画素選択パルス
を転送するクロックは、従来装置同様、走査クロック端
子５２４に入力される走査クロックである。本装置は従
来装置同様、この走査クロックをリセットスイッチ５２
６のオン／オフの制御にも用いている。本装置の構成上
の特徴は、スタートパルスが入力される２つのスタート
パルス端子５２２、５４０と、これらスタートパルス端
子５２２、５４０から入力される２種類のスタートパル
スのいずれか一方を選択して出力する切換器５４２とを
備えている点にある。

【００４６】図８は本装置の駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。図８において、図２に示す第１の
実施形態の装置と同様の機能を有するクロック又はパル
スには、図２の符号に３００を加えた符号を付し説明を
省略する。本装置の駆動方法の特徴は読み出し走査期間
ＴＲと残像除去走査期間ＴＣとで異なるパルス幅の画素
選択パルスを用いる点にある。

【００４７】セレクタ端子５３６に入力される切換信号
５５４はパルス２５４と同様であり、切換器５４２はこ
の切換信号５５４に対応して、期間ＴＲにおいてスター
トパルス端子５２２からのスタートパルス５７０、期間
ＴＣにおいてもう１つのスタートパルス端子５４０から
のマルチ幅スタートパルス５７２を出力する。

【００４８】図８（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）
に示す期間ＴＲ、ＴＣの一部を拡大したタイミングチャ
ートである。読み出し走査期間ＴＲにおいては、走査ク
ロック５５６の１周期（τ）程度のパルス幅のスタート
パルス５７０が切換器５４２からシフトレジスタ５１８
に入力される。この後の受光部５０２に蓄積された電荷
信号の読み出し走査は、上記従来装置及び上記各実施形
態の装置と同じであるので説明を省略する。

【００４９】残像除去走査期間ＴＣにおいては、ｎτ
（ｎは２以上の自然数、ここではｎ＝２とする）に相当
するパルス幅のマルチ幅スタートパルス５７２が切換器
５４２からシフトレジスタ５１８に入力される。シフト
レジスタ５１８の初段のＤフリップフロップ５２０は、
走査クロック５５６の立ち下がりのタイミングでこのス
タートパルス５７０の値をストアして、ｎτ幅の画素選
択パルスを生成する。以降、各Ｄフリップフロップ５２
０は、前の段のＤフリップフロップの出力をτだけ遅延
させて次の段に出力する。すなわち、ｉ段目のＤフリッ
プフロップから出力された画素選択パルス５７４と（ｉ
＋１）段目のＤフリップフロップから出力された画素選
択パルス５７６とはそれぞれｎτの幅を有し、パルス５
７６はパルス５７４よりτだけ遅延されている。画素選
択パルス５７４、５７６は互いに（ｎ−１）τに相当す
る期間、オーバーラップしている。

【００５０】画素選択パルス５７４のパルス幅がｎτで
あるので、各受光部５０２は期間ｔrst のリセットをｎ
回受ける。これを合計すると従来の装置のｎ倍のリセッ
ト時間に相当する。これにより本装置では高い残像除去
の効果が得られる。ちなみに、この駆動方法では、基本
的にはｎ個の画素選択パルスが同時にオーバーラップし
て発生し、ｎ個の画素選択スイッチ５１０が同時にオン
状態となりうる。よって、残像除去走査期間ＴＣは、読
み出し走査期間ＴＲのｎ倍とはならず、ほぼ期間ＴＲに
等しい期間である。なお、１ラインに配置された受光部
５０２の数が例えば１０００程度であれば、ｎは１０程
度とすることができる。ｎを大きくするほど、残像除去
の効果が向上する。

【００５１】［実施の形態５］図９は、本発明が適用さ
れる第５の固体撮像装置の回路構成図である。図９にお
いて、図１、図７に示す装置と同様の機能を有する構成
要素には、図１の符号に４００、図７の符号に１００を
加えた符号を付し説明を省略する。

【００５２】本装置は、残像除去走査期間ＴＣにおいて
マルチ幅の画素選択パルスを用いる第４の実施形態の装
置の構成と、上記第１の実施形態の装置の反転パルス出
力部とを併用した固体撮像装置である。

【００５３】図１０は、本装置の駆動方法を説明するタ
イミングチャートである。図１０において、図２、図８
に示すクロック又はパルスと同様のものには、図２の符
号に４００、図８の符号に１００を加えた符号を付し説
明を省略する。

【００５４】図１０（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同図
（ａ）に示す期間ＴＲ、ＴＣの一部を拡大したタイミン
グチャートである。読み出し走査期間ＴＲ、残像除去走
査期間ＴＣのそれぞれにおいて各受光部６０２に対して
リセットスイッチ６２６がオン状態にある時間をそれぞ
れｔ１、ｔ２とする。走査クロック６５６のロー・デュ
ーティ比ρを７５％とすると、ｔ１＝0.25τである。一
方、期間ＴＣの画素選択パルス６７４をｎτとすると、
ｔ２＝0.75ｎτである。よって本装置では、期間ＴＣで
の受光部６０２のリセット時間であるｔ２は期間ＴＲに
おけるリセット時間であるｔ１の３ｎ倍となり、高い残
像除去の効果が得られる。

【００５５】またマルチ幅の画素選択パルスを用いる構
成は、上記第２、第３の実施形態の装置にも併用し、残
像除去の効果を向上させることができる。

【００５６】

【発明の効果】第１の発明によれば、受光部がリセット
端子を介して所定電位に接続される期間が、読み出し走
査においてより残像除去走査において長くなる。これに
より、読み出し走査においては受光部から電荷検出キャ
パシタへの充電期間を長くとり画素信号に応じた電圧信
号を良好なＳ／Ｎ比で取り出すことができ、一方、残像
除去走査においては読み出し走査で受光部に残された画
素信号の除去が良好に行われるという効果が得られる。

【００５７】第２の発明によれば、リセット制御パルス
の読み出し走査と残像除去走査とでのデューティ比の変
更を１つのパルスの反転により実現するので、簡単な回
路構成で第１の発明の上記効果を得られるという効果が
ある。

【００５８】第３の発明によれば、リセット制御パルス
と画素走査回路の駆動に用いる走査クロックとを兼用と
したので、より簡単な回路構成で第１の発明の上記効果
を得られるという効果がある。

【００５９】第４の発明によれば、読み出し走査におけ
るリセット制御パルスのデューティ比と独立に残像除去
走査におけるリセット制御パルスのデューティ比を設定
できるので、読み出し走査における画像信号のＳ／Ｎ比
の確保と残像除去走査における残像除去効果の確保とを
両立できるという効果が得られる。

【００６０】第５の発明によれば、残像除去走査におい
ては、受光部が出力信号線に接続されている全期間にわ
たって残像の除去が行われるので、画像信号のＳ／Ｎ比
を確保しつつ高い残像除去効果が得られるという効果が
ある。

【００６１】第６、第７の発明によれば、残像除去走査
時には各画素選択スイッチの閉状態が走査クロックのｋ
周期（ｋは２以上の自然数）に渡って継続されるので、
１つの受光部当たりのリセットスイッチの閉時間がｋ倍
となり、残像除去効果が向上するという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態である固体撮像装置
の回路構成図。

【図２】 本発明の第１の実施形態である固体撮像装置
の駆動方法を説明するタイミングチャート。

【図３】 本発明の第２の実施形態である固体撮像装置
の回路構成図。

【図４】 本発明の第２の実施形態である固体撮像装置
の駆動方法を説明するタイミングチャート。

【図５】 本発明の第３の実施形態である固体撮像装置
の回路構成図。

【図６】 本発明の第３の実施形態である固体撮像装置
の駆動方法を説明するタイミングチャート。

【図７】 本発明の第４の実施形態である固体撮像装置
の回路構成図。

【図８】 本発明の第４の実施形態である固体撮像装置
の駆動方法を説明するタイミングチャート。

【図９】 本発明の第５の実施形態である固体撮像装置
の回路構成図。

【図１０】 本発明の第５の実施形態である固体撮像装
置の駆動方法を説明するタイミングチャート。

【図１１】 従来の固体撮像装置の回路構成図。

【図１２】 従来の固体撮像装置の駆動方法を説明する
タイミングチャート。

【図１３】 残像現象の概念を説明するタイミングチャ
ート。

【図１４】 残像による混色現象を説明する概念図。

【図１５】 従来の残像除去走査の駆動方法を説明する
タイミングチャート。

【符号の説明】

２０２ 受光部、２０４ フォトトランジスタ、２１２
出力信号線、２１４出力端子、２１６ 電荷検出キャ
パシタ、２１８ シフトレジスタ、２２０Ｄフリップフ
ロップ、２２６ リセットスイッチ、２３０ 反転パル
ス出力部、２３２ 反転器、２３４，３３４，５４２
切換器、２５６ 走査クロック、２５８ 反転走査クロ
ック、２６０，２６２，２６４，２６６ 画素選択パル
ス、３３０ パルス幅切換部、３５８ リセットクロッ
ク、５７０ スタートパルス、５７２ マルチ幅スター
トパルス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028,1/04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷蓄積型の複数の受光部と、これら受
   光部から出力される画素信号を出力端子に導く出力信号
   線と、前記出力端子に接続され前記画素信号を電圧信号
   に変換する電荷検出キャパシタと、前記各受光部と前記
   出力信号線との間にそれぞれ設けられた画素選択スイッ
   チと、この各画素選択スイッチを走査クロックに同期し
   て順次開閉する走査を行う回路であって、前記受光部か
   ら前記出力信号線に前記画素信号を取り出す読み出し走
   査とこの読み出し走査に続き前記受光部に残留した画素
   信号を前記出力信号線に取り出す残像除去走査とを行う
   画素走査回路と、所定電位に保たれたリセット端子と、
   このリセット端子と前記出力信号線との間に設けられた
   リセットスイッチと、前記各画素選択スイッチの閉期間
   のそれぞれの少なくとも一部にて前記リセットスイッチ
   を閉じ前記各受光部と前記電荷検出キャパシタとのリセ
   ットを制御するリセット制御回路とを含む撮像装置にお
   いて、 前記リセット制御回路は、前記リセットスイッチを、前
   記残像除去走査では前記読み出し走査より長く閉じるこ
   とを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記リセットスイッチは、前記リセット
   制御回路から出力されるリセット制御パルスのパルス幅
   に応じて開閉され、 前記リセット制御回路は、読み出し走査時と残像除去走
   査時とで互いにデューティ比が反転した前記リセット制
   御パルスを出力する反転パルス出力部を有すること、を
   特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記走査クロックは非対称なデューティ
   比を有し、 前記反転パルス出力部は、 前記走査クロックを反転する反転器と、 前記読み出し走査時と前記残像除去走査時とに対応し
   て、前記走査クロックと前記反転器の出力とを切り換え
   て前記リセット制御パルスとして出力する切換器と、を
   有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記リセットスイッチは、前記リセット
   制御回路から出力されるリセット制御パルスのパルス幅
   に応じて開閉され、 前記リセット制御回路は、読み出し走査時と残像除去走
   査時とでリセット制御パルスのデューティ比を切り換え
   るパルス幅切換部を有すること、を特徴とする請求項１
   記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 前記リセット制御回路は、 前記読み出し走査時には、前記各画素選択スイッチそれ
   ぞれの閉期間中に前記リセットスイッチを開状態とした
   後に、閉状態とし、 前記残像除去走査時には、前記リセットスイッチを閉状
   態に保持すること、 を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 【請求項６】 電荷蓄積型の複数の受光部と、これら受
   光部から出力される画素信号を出力端子に導く出力信号
   線と、前記出力端子に接続され前記画素信号を電圧信号
   に変換する電荷検出キャパシタと、前記各受光部と前記
   出力信号線との間にそれぞれ設けられた画素選択スイッ
   チと、この各画素選択スイッチを走査クロックに同期し
   て順次開閉する走査を行う回路であって、前記受光部か
   ら前記出力信号線に前記画素信号を取り出す読み出し走
   査とこの読み出し走査に続き前記受光部に残留した画素
   信号を前記出力信号線に取り出す残像除去走査とを行う
   画素走査回路と、所定電位に保たれたリセット端子と、
   このリセット端子と前記出力信号線との間に設けられた
   リセットスイッチと、前記各画素選択スイッチの閉期間
   のそれぞれの少なくとも一部にて前記リセットスイッチ
   を閉じ前記各受光部と前記電荷検出キャパシタとのリセ
   ットを制御するリセット制御回路とを含む撮像装置にお
   いて、 前記画素走査回路は、残像除去走査時には前記各画素選
   択スイッチの閉状態を所定複数走査クロック数に渡って
   継続することを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】 前記画素走査回路は、前記各画素選択ス
   イッチの閉状態を所定複数走査クロック数に渡って継続
   することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか
   に記載の撮像装置。