JP3169327B2

JP3169327B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3169327B2
Application number: JP27948695A
Authority: JP
Inventors: 英嗣小山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: US5898460A; KR100249890B1; JPH09130682A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、ビデオカメラや監視カメラ、ドアホンカメラ、車載
用カメラ、ＴＶ電話用カメラやマルチメディア用カメラ
などのカメラシステムに適用可能なものであり、特にカ
メラシステムの低電圧化や低消費電力化に寄与するＣＣ
Ｄなどの固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、一般に使用されるＣＣＤは、露光
時間制御のための電子シャッタ機能を備えている。これ
は、電子シャッタ機能による露光時間制御では、メカニ
カルな露光時間制御機構に比べ、小型，軽量化、ローコ
スト化、低消費電力化が図れるためである。ＣＣＤで
は、フォトダイオード内で光電変換され、蓄積された電
荷は、１フィールドに１度、転送ゲートに読出パルスを
印加することによりフォトダイオードから垂直ＣＣＤへ
読み出される。

【０００３】電子シャッタ機能がない場合、露光時間は
上記読出パルスの印加間隔により決まる１フィールド期
間、すなわちＮＴＳＣ方式で１／６０秒となる。一方電
子シャッタ機能がある場合は、フォトダイオード内で光
電変換され蓄積された電荷は、電子シャッタパルスをＮ
型基板に印加することにより、Ｎ基板にすべて掃き出さ
れ、その後蓄積電荷が無い状態から再び光電変換が始ま
る。

【０００４】この場合、露光時間は電子シャッタパルス
の印加タイミングから読出パルスの印加タイミングまで
の時間となり、現在では電子シャッタによる露光時間の
制御により露光時間を１／１００００秒程度まで短くで
きる。

【０００５】図７は、電子シャッタ機能がある場合の従
来の固体撮像装置のシステム構成例を示す。図８は該固
体撮像装置におけるＣＣＤ部の構成を示す図であり、図
８（ａ）は平面図、図８（ｂ）はそのVIIIｂ−VIIIｂ線
断面の構造を示す図である。図において、２００は従来
の固体撮像装置で、被写体からの光を画素毎に分解して
光電変換するとともに、光電変換により発生した光電荷
を転送する機能を有するＣＣＤ部２０１を有している。
該ＣＣＤ部２０１は、Ｎ型基板１０上にマトリクス状に
配列され、入射光を光電変換するとともに該光電変換に
より発生した電荷を蓄積する複数のフォトダイオード
（受光部）１と、該フォトダイオードの各列に対応して
設けられ、該蓄積された電荷（蓄積電荷）を縦方向に転
送する垂直ＣＣＤ２と、該垂直ＣＣＤ２からの電荷を水
平方向に転送する水平ＣＣＤ３とを有している。また、
上記各フォトダイオード１と、これに対応する垂直ＣＣ
Ｄ２との間には、フォトダイオード１で蓄積された電荷
を垂直ＣＣＤ２へ転送するための転送ゲート４が設けら
れている。

【０００６】また、上記Ｎ型基板１０の表面側にはｐ型
ウエル領域１１が形成され、該ｐ型ウエル領域１１の表
面側にはＮ^-型領域１２が形成されており、上記フォト
ダイオード１は、該Ｎ^-型領域１２の表面部に形成され
たＰ⁺型領域１ａと、該Ｎ^-型領域１２の表面部の、該Ｐ
⁺領域１ａ下側部分に形成され、光電変換された電荷を
蓄積するＮ⁺型電荷蓄積領域１ｂとから構成されてい
る。

【０００７】また、上記垂直ＣＣＤ２は、縦方向のフォ
トダイオード列に沿って、上記Ｎ^-型領域１２の表面領
域に形成され、電荷転送が行われるＮ⁺型電荷転送領域
２ａと、該電荷転送領域２ａ上に絶縁膜（図示せず）を
介して形成された転送電極２ｂとから構成されている。
該Ｎ⁺型電荷転送領域２ａの下側には、Ｐ型ウエル領域
１１に達するＰ⁺型領域１３が設けられ、上記転送電極
２ｂ上方には遮光膜１５が配置されている。

【０００８】そして、上記各フォトダイオード１のＮ⁺
型電荷蓄積領域１ｂの一端側と、Ｎ⁺型電荷転送領域２
ａとの間には、フォトダイオード１での蓄積電荷を垂直
ＣＣＤ２側へ読み出すためのＰ型の読出ゲート領域４ａ
が形成されており、上記垂直転送ゲート２ｂを構成する
導体層の一部が、該読出ゲート領域４ａ上に位置してお
り、これが読出ゲート電極４ｂとなっている。なお、上
記各フォトダイオード１のＮ⁺型電荷蓄積領域１ｂの他
端側と、Ｎ⁺型電荷転送領域２ａとの間には、チャネル
ストッパ部としてＰ⁺型領域１４が設けられている。

【０００９】また、上記固体撮像装置は、一定の繰り返
し周期、ここでは１フィールド期間毎に複数の電子シャ
ッタ用基準パルス（以下、基準パルスともいう。）φs
を発生するタイミングＩＣ２０２と、該基準パルスφs
の振幅を所定の基準信号Ｖsに基づいて変換して、シャ
ッタパルスφs’を作成する振幅変換回路２０３とを有
しており、振幅変換回路２０３から出力されたシャッタ
パルスφs’は、オーバーフローコントロール用直流電
圧Ｖ_OFDに重畳されて、ＣＣＤ部２０１のＮ型基板１０
に印加されるようになっている。ここで、上記振幅変換
回路２０３の出力はコンデンサ２０４を介して上記ＣＣ
Ｄ部２０１の基板１０に接続され、また上記直流電圧Ｖ
_OFDはダイオード２０５を介して上記ＣＣＤ部２０１の
基板１０に印加されるようになっている。

【００１０】このような構成の固体撮像装置２００で
は、１フィールド期間ごとに、読出パルスφRが読出ゲ
ート電極４ｂに印加されて、フォトダイオード１内の蓄
積電荷が垂直ＣＣＤ２に読み出される。また、この際、
１フィールド期間内に複数のシャッタパルスφs’が該
基板１０に印加されて、該各フォトダイオード内の蓄積
電荷が基板側に排出される。なお、垂直ＣＣＤ２に読み
出された電荷は水平ＣＣＤ３を通して撮像信号として外
部に読み出される。

【００１１】図９は、露光時間が１／１００００秒であ
る場合の、上記読出パルスφR、シャッタパルスφs’、
水平転送パルスφH、ＣＣＤ出力信号Ｓcのタイミングの
関係を示す。

【００１２】つまり、上記タイミングＩＣ２０２で発生
された基準パルスφsは、上記振幅変換回路２０３によ
る振幅増幅により、振幅Ｖｓのシャッタパルスφs’に
変換され、このパルスφs’がオーバーフローコントロ
ール用直流電圧Ｖ_OFDに重畳されてＣＣＤ部２０１の基
板１０に印加される。

【００１３】このような電子シャッタ動作は、フォトダ
イオード１内の蓄積電荷をフォトダオード１下のＰ型ウ
エル１１を越えて完全にＮ型基板１０に掃き出すもので
あるため、上記シャッタパルスφs’として非常に高い
振幅（例えば２２Ｖ）を有するものが必要である。また
このパルス印加時は、基板全体に非常に大きな電位変動
が生ずるため、ＣＣＤ部２０１の出力信号がこのパルス
の影響を受けることとなる。従って、一般にシャッタパ
ルスφs’の印加は、水平帰線期間内または垂直帰線期
間内といった、ＣＣＤ部２０１からの映像出力信号が無
い期間に行うことによりこの悪影響を防止している。

【００１４】また、上記のような電子シャッタ動作は、
原理的には、１フィールド期間にＣＣＤ部２０１の基板
１０に印加される複数のシャッタパルスφs’（以下シ
ャッタパルス列ともいう。）の内の最終パルスのみあれ
ば、露光時間の制御が可能であるが、通常、電子シャッ
タ動作を行う場合は、高輝度を撮像している場合であ
り、上記シャッタパルス列の最終パルスが基板に印加さ
れる時までに、過剰電荷がフォトダイオード１から垂直
ＣＣＤ側２に溢れるおそれがある。このため、この過剰
電荷の溢れを防ぐため、１フィールド期間の、最終パル
スが印加されるまでの期間にも、各水平帰線期間におい
て常にシャッタパルスの印加を行うようにしている。

【００１５】図１０はシャッタパルスφs’の印加の仕
方と、フォトダイオード内での１フィールド期間にわた
る電荷蓄積Ｃ1の様子とを対比して示す図である。図１
０（ａ）は、電子シャッタ動作を行わない場合に対応す
るもので、露光時間１／６０秒（１フィールド期間）に
所定のフォトダイオード１にて蓄積される電荷に対応す
る出力信号Ｖｏを示している。

【００１６】また、図１０（ｂ）は、１フィールド期間
に１回だけシャッタパルスを印加する場合に対応するも
のである。この場合、露光時間Ｔｒが１／１００００秒
であるが、光量が多量あるため、１フィールド期間に所
定のフォトダイオード１から読み出される電荷量に対応
する出力信号Ｖｏは、図１０（ａ）の場合のものと同一
になっている。但し、この場合、読出パルスφ_Rが印加
されてからシャッタパルスφs’が印加されるまでの
間，つまり露光開始までの間に、フォトダイオード１で
発生された電荷量が、フォトダイオード容量，つまりフ
ォトダイオードが蓄積可能な電荷量を越えると、過剰の
電荷が垂直ＣＣＤに溢れ出し、画質劣化をひき起こす。

【００１７】一方、図１０（ｃ）は、１フィールド期間
の露光開始までの各水平帰線期間に常にシャッタパルス
を印加する場合に対応するものであり、この場合、露光
開始までの期間においても、フォトダイオード１で発生
した電荷が基板側に排出されるため、フォトダイオード
１で発生した電荷が垂直ＣＣＤに溢れ出すことはない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電子
シャッタ機能を有する固体撮像装置では、シャッタパル
スの電圧振幅が非常に大きいものであるため、シャッタ
パルスの発生には高電圧が必要であり、また露光時間を
短くすればするほど印加しなければならないシャッタパ
ルス数が増加し、その結果として消費電力が増えるとい
う問題がある。このことは、特に低消費電力化が必要な
マルチメディア用カメラなどには非常に大きな障害とな
っているのが現状である。

【００１９】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、フォトダイオードにて発生した電
荷が垂直ＣＣＤ側に溢れ出すのを回避しつつ、電子シャ
ッタ動作に起因する消費電力の増大を抑えて低消費電力
化を図ることができる固体撮像装置を得ることを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る固体撮像装置は、基板上に１次元的あるいは２次元
的に配列された、光電変換機能をもつ複数のフォトダイ
オードと、基板上に形成され、該各フォトダイオード内
にて光電変換により発生した電荷を転送するための電荷
転送部と、該各フォトダイオード内の蓄積電荷を該電荷
転送部に読み出すための転送ゲートとを備え、シャッタ
パルスを該基板に印加して、該各フォトダイオード内の
蓄積電荷を基板側に排出する構成としたものである。こ
の固体撮像装置は、一定の繰返し周期が経過する度に、
該転送ゲートに読出パルスを印加して該蓄積電荷の読み
出しを行うとともに、該繰返し周期内に、該基板に複数
のシャッタパルスを印加するよう構成されている。

【００２１】そして、該繰返し周期内にあるシャッタパ
ルス列では、少なくともその最終パルスを含む１つ以上
のパルスからなる後側パルス列と、これ以外の１つ以上
のパルスからなる前側パルス列とで、パルス振幅が異な
っており、該前側パルス列のパルス振幅は、該後側パル
ス列のパルス振幅より小さくなっている。そのことによ
り上記目的が達成される。

【００２２】この発明（請求項２）は、上記請求項１記
載の固体撮像装置において、前記後側パルス列のパルス
を、その基板への印加により、前記フォトダイオード内
の蓄積電荷が全て基板側に排出される程度の振幅レベル
を有するものとし、前記前側パルス列のパルスを、前記
繰返し期間内にて前記フォトダイオード内の蓄積電荷が
電荷転送部側に溢れ出さない程度の振幅レベルを有する
ものとしたものである。

【００２３】この発明（請求項３）は、上記請求項１記
載の固体撮像装置において、所定のタイミングにてパル
スを発生するパルス発生用集積回路と、その前側パルス
列と後側パルス列とでパルス振幅が異なる前記シャッタ
パルス列を、該パルス発生用集積回路からの出力パルス
の信号処理により作製する信号処理回路とを備え、該前
側パルス列のパルス振幅を、該パルス発生用集積回路に
供給される電源レベルと同一レベルとしたものである。

【００２４】この発明（請求項４）は、基板上に１次元
的あるいは２次元的に配列された、光電変換機能をもつ
複数のフォトダイオードと、基板上に形成され、該各フ
ォトダイオード内にて光電変換により発生した電荷を転
送するための電荷転送部と、該各フォトダイオード内の
蓄積電荷を該電荷転送部に読み出すための転送ゲートと
を備え、一定の繰返し周期が経過する度に、該転送ゲー
トに読出パルスを印加して該蓄積電荷の読み出しを行う
とともに、該繰返し周期内に複数のシャッタパルスを該
基板に印加して、該各フォトダイオード内の蓄積電荷を
基板側に排出する構成としたものである。

【００２５】また、この固体撮像装置は、所定のタイミ
ングでパルスを発生するパルス発生手段と、該繰返し周
期内に該パルス発生手段により発生された複数のパルス
を含むパルス列を、少なくともその最終パルスを含む１
つ以上のパルスからなる後側パルス列と、これ以外の１
つ以上のパルスからなる前側パルス列とに分離するパル
ス分離回路と、該後側及び前側パルス列を受け、これら
を該後側パルス列のパルス振幅が前側パルス列のパルス
振幅より大きくなるよう信号処理して出力する振幅変換
手段と、該振幅変換手段から出力される後側及び前側パ
ルス列を合成するパルス合成回路とを備えており、該合
成回路の出力パルスを該シャッタパルスとして該基板に
印加するよう構成されている。そのことにより上記目的
が達成される。

【００２６】この発明（請求項５）は、上記請求項４記
載の固体撮像装置において、前記振幅変換手段を、前記
後側パルス列のパルス振幅を一定レベルに増幅する第１
の振幅変換回路と、前記前側パルス列のパルス振幅を制
御信号に基づいて前記繰返し周期毎に設定する第２の振
幅変換回路とから構成するとともに、前記電荷転送部の
出力信号に対応する信号を、連続する２つの繰返し周期
に渡って順次記憶する信号記憶回路、及び該連続する２
つの繰返し周期の各々に対応する記憶信号を比較する比
較回路を有し、該フォトダイオード内から電荷転送部側
に溢れ出した蓄積電荷の量を検出する検出手段を備え、
該検出手段の出力に基づいて該制御信号を該第２の振幅
変換回路に供給し、該第２の振幅変換回路にて前側パル
ス列のパルス振幅が、前記フォトダイオード内の蓄積電
荷が電荷転送部側に溢れ出さない程度の振幅レベルに設
定されるようにする制御信号発生手段を備えたものであ
る。

【００２７】この発明（請求項６）は、上記請求項４記
載の固体撮像装置において、前記振幅変換手段を、前記
パルス分離回路から受けた後側パルス列のパルス振幅を
一定レベルに増幅し、該パルス分離回路から受けた前側
パルス列のパルス振幅を維持する構成とするとともに、
前記電荷転送部の出力信号に対応する信号を、連続する
２つの繰返し周期に渡って順次記憶する信号記憶回路、
及び該連続する２つの繰返し周期の各々に対応する記憶
信号を比較する比較回路を有し、該フォトダイオード内
から電荷転送部側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出する
検出手段と、該検出回路の出力に基づいて、該シャッタ
パルス列から分離される前側及び後側パルス列の境界位
置を指定する位置指定信号を発生する分離位置指定回路
とを備え、該パルス分離回路では、該位置指定信号に基
づいて、前記フォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送
部側に溢れ出さないよう、該シャッタパルス列から分離
される前側パルス列のパルスの個数が設定されるように
したものである。

【００２８】以下、本発明の作用について説明する。

【００２９】この発明（請求項１，４）においては、各
フォトダイオード内の蓄積電荷を基板側に排出させるた
めに基板に印加されるシャッタパルス列を、その前側パ
ルス列のパルス振幅が、最終パルスを含む後側パルス列
のパルス振幅より小さいものとしたから、受光部にて発
生した電荷が垂直ＣＣＤ側に溢れ出すのを抑えつつ、電
子シャッタ動作に起因する消費電力の増大を抑えること
ができる。

【００３０】この発明（請求項２）においては、上記後
側パルス列のパルスを、その基板への印加により、フォ
トダイオード内の蓄積電荷が全て基板側に排出される程
度の振幅レベルを有するものとしたので、すべてのフォ
トダイオード内に電荷が残っていない状態で、読み出さ
れるべき電荷の蓄積を開始することができ、フォトダイ
オードの電荷蓄積容量のばらつきによる画質の劣化を回
避できる。

【００３１】また、上記前側パルス列のパルスを、前記
フォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に溢れ出
さない程度の振幅レベルを有するものとしたので、受光
部にて発生した電荷が垂直ＣＣＤ側に溢れ出すのを確実
に回避しつつ、電子シャッタ動作に起因する消費電力を
最も効果的に削減することができる。

【００３２】この発明（請求項３）においては、所定の
タイミングにてパルスを発生するパルス発生用集積回路
と、前記前側と後側とでパルスの振幅が異なるシャッタ
パルス列を、該パルス発生用集積回路からの出力パルス
の信号処理により作製する信号処理回路とを備え、該シ
ャッタパルス列の前側パルス列のパルス振幅を、該パル
ス発生用集積回路に供給される電源レベルと同一レベル
としたので、該シャッタパルス列については前側パルス
の振幅変換を行う必要がなく、振幅変換用の電源も削減
できる。

【００３３】この発明（請求項５）においては、電荷転
送部の出力信号に対応する信号を、連続する２つの繰返
し周期に渡って順次記憶する信号記憶回路、及び該連続
する２つの繰返し周期の各々に対応する記憶信号を比較
する比較回路を有し、該フォトダイオード内から電荷転
送部側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出し、この検出出
力に基づいて、前側パルス列のパルス振幅を、フォトダ
イオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に溢れ出すのを制
御するようにしたので、被写体からの入射光量の増減が
生じても、フォトダイオードから電荷転送部への電荷の
溢れ出しをほとんど防止できる。

【００３４】この発明（請求項６）においては、パルス
分離回路から出力される前側パルス列のパルス振幅の増
幅を行わないので、その振幅変換回路及び振幅変換用の
電源が不要である。しかもフォトダイオード内から電荷
転送部側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出し、その検出
出力に基づいて、該シャッタパルス列から分離される前
側及び後側パルス列の境界位置を指定するようにしてい
るので、被写体からの入射光量の増減が生じても、フォ
トダイオードから電荷転送部への電荷の溢れ出しをほと
んど防止できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は本発明の実施形態１による固体
撮像装置の構成を説明するための図であり、図１（ａ）
は全体構成を示すブロック図、図１（ｂ）は該固体撮像
装置におけるパルス分離回路の詳細な回路構成を示す図
である。

【００３６】図において、図７と同一符号は従来の固体
撮像装置２００におけるものと同一のものを示す。１０
０は本実施形態１の固体撮像装置で、１フィールド期
間，つまり１つの読出パルスが発生した時から次の読出
パルスが発生するまでの期間毎に、電子シャッタ動作の
タイミングの基準となる電子シャッタ用基準パルス列φ
sを発生するとともに、該基準パルス列φsを分離するた
めのウィンドウパルスφwを発生するタイミングＩＣ１
０１を有している。

【００３７】また、該固体撮像装置１００は、上記ウィ
ンドウパルスφwに基づいて該基準パルス列φsを、その
最終パルスφs1と、これ以外の前側パルス列φ2とに分
離する分離するパルス分離回路１０２と、該最終基準パ
ルスφs1に対して振幅増幅処理を施す第１の振幅増幅回
路１０３ａと、該前側基準パルス列φs2に対して振幅増
幅処理を施す第２の振幅増幅回路１０３ｂとを有してい
る。

【００３８】ここで、上記パルス分離回路１０２は、そ
れぞれ一方の入力に上記基準パルス列φsを受ける第１
及び第２の２入力ＡＮＤ回路１０２ａ及び１０２ｂと、
上記ウィンドウパルスφwを反転するインバータ回路１
０２ｃとから構成されている。そして、上記第１の２入
力ＡＮＤ回路１０２ａの他方の入力には上記インバータ
回路１０２ｃの出力が供給され、上記第２の２入力ＡＮ
Ｄ回路１０２ｂの他方の入力には上記ウィンドウパルス
φwが供給され、該第１の２入力ＡＮＤ回路１０２ａか
らは最終基準パルスφs1が、第２の２入力ＡＮＤ回路１
０２ｂからは前側基準パルス列φs2が出力されるように
なっている。

【００３９】また、該第１及び第２の振幅増幅回路１０
３ａ，１０３ｂには、その電源電位としてレベルが異な
る電位レベルＶs1，Ｖs2が供給されるようになってお
り、第１の振幅増幅回路１０３ａでは該最終基準パルス
φs1がその振幅レベルが電位レベルＶs1となるよう増幅
されて、ＣＣＤ部２０１の基板に印加される最終シャッ
タパルスφs1’となる。また、第２の振幅増幅回路１０
３ｂでは、該前側基準パルス列φs2がその振幅レベルが
電位レベルＶs2となるよう増幅されて、ＣＣＤ部２０１
の基板に印加される前側シャッタパルス列φs2’とな
る。

【００４０】また、上記固体撮像装置１００は、上記最
終シャッタパルスφs1’と前側シャッタパルス列φs2’
とを合成するパルス合成器１０４を有しており、ここで
合成された合成シャッタパルス列φs’は、オーバフロ
ーコントロール用直流電圧Ｖ_O _FDに重畳されて、ＣＣＤ
部２０１の基板１０（図７参照）に印加されるようにな
っている。

【００４１】次に作用効果について説明する。

【００４２】まず、タイミングＩＣ１０１から電子シャ
ッタ用パルス列（基準パルス列）φｓ及びウィンドウパ
ルスφwが発生され、パルス分離回路１０２に入力され
ると、該パルス分離回路１０２では、電子シャタ用パル
ス列φｓは、ウィンドウパルスφwに基づいて最終の電
子シャッタ用パルス（最終基準パルス）φs1と、その他
のパルス列（前側基準パルス列）φs2に分離される。こ
の時、上記タイミングＩＣ１０１から出力される電子シ
ャッタ用パルス列のパルス振幅は、タイミングＩＣの電
源電圧（５Ｖなど）と同じレベルとなっている。

【００４３】そして、上記最終基準パルスφs1及び前側
基準パルス列φs2はそれぞれ、異なる電源電位Ｖs1，Ｖ
s2が供給される第１及び第２の振幅変換回路１０３ａ，
１０３ｂにより振幅増幅され、最終シャッタパルスφs
1’及び前側シャッタパルス列φs2’となる。これらの
最終シャッタパルスφs1’及び前側シャッタパルス列φ
s2’はパルス合成器１０４にて合成されて合成シャッタ
パルス列φs’となり、コンデンサ２０４を介してＣＣ
Ｄ部２０１の基板に供給される。またこの際、ＣＣＤ部
２０１の基板には、ダイオード２０５を介してオーバー
フローコントロール用直流電圧Ｖ_OFDが供給されてお
り、ＣＣＤ部２０１の基板には、該直流電圧Ｖ_O _FDに合
成シャッタパルス列φs’が重畳されたものが印加され
る。

【００４４】図２は上記各パルスのタイミング波形を示
している。この図から分かるように、最終シャッタパル
スφs1’の振幅レベルＶs1は、従来のシステムのシャッ
タパルスの振幅レベルと同じであるが、１フィールド内
の、最終シャッタパルスφs1’以前の前側シャッタパル
ス列φs2’の振幅レベルＶs2は、最終シャッタパルスφ
s1’の振幅レベルＶs1以下の値に設定される。ここで
は、最終シャッタパルスφs1’の振幅レベルＶs1は、上
記フォトダイオード１内の蓄積電荷が全てＣＣＤ部２０
１の基板側に排出される程度の値とし、前側シャッタパ
ルス列φs2’の振幅レベルＶs2は、１フィールド期間内
にてフォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に溢
れ出さない程度の値としている。

【００４５】なお、図２では、最終シャッタパルスφs
1’のみ高電圧となっているが、この最終シャッタパル
スとともに、それ以外のシャッタパルスのうちの任意の
パルスも高電圧にしても良い。この方が電荷量の溢れ量
が少なくなる。

【００４６】従来の電子シャッタ用パルス列では、１フ
ィールド内の最終シャッタパルスだけでなく、それ以前
の前側シャッタパルス列についてもパルス振幅は、２２
Ｖと高電圧に設定していた。即ち、すべての電子シャッ
タ用パルス列の振幅は高電圧であった。

【００４７】しかしながら、最終シャッタパルスφs1’
以前のシャッタパルス列φs2’のパルスは、必ずしも最
終シャッタパルスφs1’と同様の振幅を必要とするもの
ではなく、より低い電圧で事足りる。このことは、１フ
ィールド内のシャッタパルス列φs’のほとんどのパル
スに、最終シャッタパルスφs1’の振幅レベルＶs1より
低い振幅レベルＶs2を持たせることが可能であり、この
ようにすることにより、電子シャッタ動作に用いるパル
スの低電圧化が低消費電力化につながることを示してい
る。

【００４８】例えば、水平同期信号は１フィールド期間
に約２５０あるとすると、シャッタパルスも、これに同
期しているため、約２５０個あることになるが、最終段
も含めて数個だけ高電圧にすれば良いので、システムと
しての低消費電力化に大きく寄与する。

【００４９】図３は、本実施形態１の固体撮像装置にお
けるフォトダイオード内にて電荷が蓄積される様子を示
している。

【００５０】本実施形態１では、最終シャッタパルスφ
s1’の振幅レベルＶs1に比べて、それ以前のシャッタパ
ルス列φs2’のパルス振幅レベルＶs2を低く設定してい
るため、各水平期間では、フォトダイオード１での蓄積
電荷が完全に掃き出されず残留電荷が発生するが、該残
留電荷の１フィールド期間における総和（＝△Ｖ）が、
ＣＣＤ部２０１のフォトダイオード容量，つまりフォト
ダイオードで蓄積可能な最大電荷Ｖ_PDより小さければ、
フォトダイオードから垂直ＣＣＤ部への電荷の溢れ出し
は起こらない。なぜなら、上記最終シャッタパルスφs
1’のパルス振幅Ｖs1は、フォトダイオード１内の蓄積
電荷が全てＣＣＤ部２０１の基板側に排出される程度の
値としているからである。

【００５１】ここで、△Ｖ＝△Ｖ１＋△Ｖ２であり、△
Ｖ１は１Ｈ期間に蓄積される電荷量で光量とＣＣＤの感
度に比例し、△Ｖ２は１Ｈ期間の掃き出しきれない残留
電荷量の１フィールド期間の総和である。

【００５２】上記前側シャッタパルス列φs2’の振幅レ
ベルＶs2の最適な値は、ＣＣＤ部２０１のフォトダイオ
ード特性や感度、あるいは撮像している被写体からの到
来光の量によって決まる。すなわち図３中、ＶＰＤに関
してはフォトダイオードの容量が関係し、△Ｖ１に関し
ては撮像の際に受ける光量やＣＣＤ部の光感度が関係し
てくる。また△Ｖ２に関しては、前側シャッタパルス列
φs2’の振幅レベルＶs2が関係する。

【００５３】従ってこの振幅レベルＶs2の値について
は、それぞれのカメラの用途を考慮して個別に設定する
ことになる。

【００５４】例えば、本実施形態１では、前側シャッタ
パルス列φs2’の振幅レベルＶs2は、１フィールド期間
内にてフォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に
溢れ出さない程度の値としている。このため、１つの読
出パルスによりフォトダイオード内の蓄積電荷が垂直Ｃ
ＣＤに転送された時から、最終シャッタパルスφs1’が
ＣＣＤ部２０１の基板に印加されるまでの間において
も、フォトダイオードから垂直ＣＣＤ部への電荷の溢れ
出しは起こらない。

【００５５】このような構成の実施形態１では、前側シ
ャッタパルス列φs2’のパルス振幅Ｖs2の最適値は、フ
ォトダイオード特性、及び撮像している光量に依存する
が、実質的には５Ｖ程度でも十分である。この時の消費
電力を比較する。ここで上記フォトダイオード特性に
は、γ値やフォトダイオード容量がある。このγ値につ
いて若干補足説明する。フォトダイオードの受光光量と
出力値との関係は、光量が一定の値までは線形な関係が
保持されるが、光量が上記一定の値以上となると、受光
光量と出力値との関係は、出力値が光量のγ乗に比例す
る関係となる。このべき乗数のγがフォトダイオード特
性の１つとなっている。

【００５６】一般にはキャパシタンスを充放電するとき
の消費電力は、ＣＶ²ｆと表せる。ここでＣはキャパシ
タンス，つまり図７（ｂ）に示すＮ基板１０とＰウェル
１１のジャンクション容量（Ｆ）、Ｖはパルス振幅
（Ｖ）、ｆはパルス周波数（Ｈｚ）である。

【００５７】１画素の対角寸法が１／３インチである１
／３型ＣＣＤを用いた固体撮像装置では、露光時間１／
１００００秒の電子シャッタ動作を、シャッタパルスの
パルス振幅２２Ｖで行った場合、１秒間の消費電力は以
下のように３．８（ｍＷ）となる。

【００５８】５００（ｐＦ）×２２（Ｖ）²×１５．７
３（ｋＨｚ）＝３．８（ｍＷ）ここでＮ基板とＰウェルのジャンクション容量Ｃは５０
０（ｐＦ）とした。

【００５９】これに対して、最終シャッタパルスφs1’
のパルス振幅Ｖs1がＶs1＝２２（Ｖ）、前側シャッタパ
ルス列φs2’のパルス振幅Ｖs2がＶs2＝５（Ｖ）であれ
ば、１秒間の消費電力は以下のように０．２（ｍＷ）と
なり、大幅に低消費電力化に寄与することができる。

【００６０】５００（ｐＦ）×［２２（Ｖ）²×６０
（Ｈｚ）＋５（Ｖ）²×１５．７３（ｋＨｚ）］＝０．
２（ｍＷ）また、これらシャッター用の高電圧は、携帯用機器にＣ
ＣＤ撮像素子が搭載されるので、例えば、単一の外部電
源を５Ｖとして、この電圧を昇圧することによって得て
いる。従って、本発明を使用すればトータルシステムと
しての低消費電力化に寄与すること大である。

【００６１】このように本実施形態１では、各フォトダ
イオード１内の蓄積電荷を基板側に排出させるために基
板に印加されるシャッタパルス列を、その前側シャッタ
パルス列φs2’のパルス振幅が、最終シャッタパルスφ
s1’のパルス振幅より小さいものとしたので、フォトダ
イオードにて発生した電荷が垂直ＣＣＤ２側に溢れ出す
のを抑えつつ、電子シャッタ動作に起因する消費電力の
増大を抑えることができる効果がある。

【００６２】（実施形態２）図４は本発明の実施形態２
による固体撮像装置を説明するための図であり、図４
（ａ）はその構成を示すブロック図であり、図４（ｂ）
はその動作を説明するための波形図である。

【００６３】図において、１２０は本実施形態２の固体
撮像装置であり、この固体撮像装置１２０は、実施形態
１の固体撮像装置１００における第２の振幅変換回路１
０３ｂに代えて、所定の制御電圧に基づいて、前側シャ
ッタパルス列φs2’のパルス振幅の増幅レベルを１フィ
ールド期間毎に調整する振幅変換回路１２３ｂを設ける
とともに、ＣＣＤ部２０１の出力信号に基づいてフォト
ダイオードから垂直ＣＣＤへの電荷の溢れ出しを検出す
る検出回路１２１及びその検出出力に基づいて上記制御
電圧を発生する制御電圧発生回路１２２を備えたもので
ある。その他の構成は、実施形態１の固体撮像装置１０
０と同一である。

【００６４】上記検出回路１２１は、ＣＣＤ部２０１の
１フィールド分の出力信号を記憶可能な第１，第２の記
憶部１２１ａ，１２１ｂを有しており、第１の記憶部１
２１ａは、１フィールド毎にＣＣＤ部２０１から出力さ
れる信号を記憶するとともに、１つ前のフィールド期間
に記憶したＣＣＤ部２０１の出力信号を第２の記憶部１
２１ｂに出力するよう構成されており、また、第２の記
憶部１２１ｂは、第１の記憶部１２１ａからの出力信号
を１フィールド期間毎に記憶する構成となっている。

【００６５】また、上記検出回路１２１は、１フィール
ド期間毎に、上記第１の記憶部１２１ａに記憶されてい
る出力信号の平均レベルと、上記第１の記憶部１２１ｂ
に記憶されている出力信号の平均レベルとを比較する比
較回路１２１ｃを有しており、ＣＣＤ部２０１からの出
力信号が増加しているのか、減少しているのか、あるい
は変化がないのかを示す比較結果信号を制御電圧発生回
路１２２に供給するようになっている。

【００６６】また、上記制御電圧発生回路１２２は、上
記比較結果信号を受け、ＣＣＤ部２０１の出力信号が前
のフィールドに比べて増加する傾向にある場合は、上記
制御電圧Ｖs2を一定量だけ増大させて、前側シャッタパ
ルス列のパルス振幅を大きくし、一方、ＣＣＤ部２０１
の出力信号が前のフィールドに比べて減少する傾向にあ
る場合、及び前のフィールドと比べて変化がない場合
は、上記制御電圧Ｖs2を一定量だけ減少させて、前側シ
ャッタパルス列のパルス振幅を小さくする。また、この
制御電圧発生回路１２２は、動作初期の出力電圧が最大
レベルｖ_MAX，つまり最終シャッタパルスφs1’のパル
ス振幅となる電源レベルＶs1と同一レベルに設定されて
おり、その制御電圧Ｖs2の調整は、上記最大レベルｖ
_MAXから開始されるようになっている。なお、ＯsはＣＣ
Ｄ部２０１の出力信号の平均レベル、Ｐ1は、制御電圧
Ｖs2を下げていった場合に、該出力信号の平均レベルに
変化が生ずる点であり、Ｏs1はこの点Ｐ1でのＣＣＤ部
２０１の出力信号の平均レベル、ｖ1は、該点Ｐ1での制
御電圧のレベルである。

【００６７】次に作用効果について説明する。

【００６８】このような構成の実施形態２の固体撮像装
置１２０では、電子シャッタ用の基準パルス列φsの発
生，該基準パルス列φsを最終基準パルスφs1と前側基
準パルス列φs2とに分離する処理，分離後の振幅増幅に
より得られた最終シャッタパルスφs1’と前側シャッタ
パルス列φs2’の合成処理、及び合成シャッタパルスφ
s’のＣＣＤ部２０１の基板への印加は、上記実施形態
１と同様に行われる。

【００６９】そして、この実施形態２では、このような
シャッタパルスφs’の印加動作の際に、第２の振幅変
換回路１２３ｂでは、ＣＣＤ部２０１の出力信号に基づ
いて上記前側シャッタパルスφs2’の振幅レベルが設定
される。

【００７０】すなわち、上記制御電圧発生回路１２２で
は、その出力である制御電圧の初期値は、最大レベルｖ
_MAXに設定されているため、動作開始直後は、前側シャ
ッタパルス列φs2’の振幅レベルは、最終シャッタパル
スφs1’の振幅レベルと同様高いレベルとなっている。
従って、動作開始直後から数フィールド期間が経過する
までの間は、前側シャッタパルス列φs2’のパルス振幅
が高いレベルにあり、フォトダイオード内の蓄積電荷が
垂直ＣＣＤに溢れ出すことはない。このため、上記比較
回路１２１ｃでの比較結果としては、前のフィールドと
比べてＣＣＤ部の出力信号の平均値に変化がないという
ものが得られ、制御電圧発生回路１２２では、制御電圧
Ｖs2のレベルを、１フィールド期間毎に一定量ずつ低下
させる動作が行われる。これによって、その後、１フィ
ールド期間の、読出パルスの印加時から最終シャッタパ
ルスφs1’が基板に印加されるまでの期間に、フォトダ
イオード内に蓄積される電荷量は徐々に増大していき、
最終的にフォトダイオードから垂直ＣＣＤ部へ電荷が溢
れ出すこととなる。この時の制御電圧Ｖs2のレベルはｖ
₁となっている（図４（ｂ）参照）。

【００７１】すると、上記比較回路１２１ｃからは、前
のフィールドと比べてＣＣＤ部の出力信号の平均値に増
加していることを示す比較結果信号が出力され、上記制
御電圧発生回路１２２では、この比較結果信号に基づい
て、一定量だけその出力である制御電圧Ｖs2のレベルを
増加させる。

【００７２】これによって、次のフィールド期間では上
記比較結果信号として、前のフィールドと比べてＣＣＤ
部の出力信号の平均値が減少していることを示すもの、
あるいは変化がないことを示すものが得られれば、上記
制御電圧発生回路１２２では、この比較結果信号に基づ
いて、一定量だけその出力である制御電圧Ｖs2のレベル
を減少させる。一方、上記比較結果信号として、電荷溢
れ量の増大を示すものが得られた場合は、上記制御電圧
発生回路１２２では、一定量だけその出力である制御電
圧Ｖs2のレベルを増大させる。上記制御電圧発生回路１
２２は常時上記のような制御電圧の増減調整を行う。

【００７３】これにより、前側シャッタパルス列φs2’
の振幅レベルＶs2は、フォトダイオードからの蓄積電荷
がほぼ回避される電位に保持される。

【００７４】このような構成の実施形態２では、フォト
ダイオード内から電荷転送部側にあふれ出した蓄積電荷
の量を検出し、この検出出力に基づいて、前側シャッタ
パルス列φs2’のパルス振幅を、フォトダイオード内の
蓄積電荷が電荷転送部側に溢れ出さないよう制御するよ
うにしたので、被写体からの入射光量の増減が生じて
も、フォトダイオードから電荷転送部への電荷の溢れ出
しをほぼ回避できるという効果がある。

【００７５】なお、上記実施形態２では、蓄積電荷の溢
れ量を検知し、その値がゼロになるように前側シャッタ
パルス列φs2’のパルス振幅を調整して、その最小値を
設定するようにしたが、このように前側シャッタパルス
列φs2’の振幅レベルの調整によって溢れ量を抑えるだ
けでなく、フォトダイオードの蓄積電荷を全て排出でき
る程度の高いパルス振幅を持つパルス数を増やすことに
より、溢れ量を抑えることもできる。

【００７６】（実施形態３）図５は本発明の実施形態３
による固体撮像装置を説明するための図であり、図５
（ａ）はその構成を示すブロック図であり、図５（ｂ）
は該固体撮像装置における分離領域指定回路の詳細な構
成を示す図である。

【００７７】図において、図４と同一符号は、実施形態
２の固体撮像装置１２０と同一のものを示している。１
３０は本実施形態３の固体撮像装置であり、この固体撮
像装置１３０は、上記実施形態２の固体撮像装置１２０
における制御電圧発生回路１２２に代えて、上記検出手
段１２１の出力に基づいて、電子シャッタ用パルス列φ
sから分離される前側及び後側パルス列の境界位置を指
定するウィンドウパルス（位置指定信号）φwを発生す
る分離位置指定回路１３１を備え、パルス分離回路１０
２では、該ウィンドウパルスφwに基づいて、前記フォ
トダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側にあふれ出さ
ないよう、該電子シャッタ用パルス列φsから分離され
る前側基準パルス列φs2のパルスの個数が設定されるよ
う構成されている。

【００７８】また、この実施形態３の固体撮像装置１３
０では、前側基準パルス列φs2に対しては振幅変換処理
を施さずに、振幅変換回路１０３ａにより振幅増幅され
た後側基準パルス列φs1，つまり後側シャッタパルス列
φs1’と前側基準パルス列φs2を合成するようになって
いる。

【００７９】ここで、上記分離領域指定回路１３１は、
上記比較結果信号を受けカウント値を設定するカウント
値設定回路１３１ａと、該回路により設定されたカウン
ト値に対応する個数のパルスを、１フィールド期間の開
始後直ちに１水平期間のパルス間隔で発生する１Ｈカウ
ンタ１３１ｂと、その出力φＡを受け、該１Ｈカウンタ
１３１ｂからパルスが順次出力されている期間のみ、そ
の信号レベルがハイレベルとなるウィンドウパルスφw
を出力するウィンドウパルス発生回路１３１ｃとから構
成されている。図６は上記１Ｈカウント１３１ｂの出力
φA、及びウィンドウパルス発生回路１３１ｃの出力φw
を、ＣＣＤ部２０１の基板に印加されるシャッタパルス
列φs’とともに示している。

【００８０】そして、上記カウント値設定回路１３１ａ
は、ＣＣＤ部２０１の出力信号が前のフィールドに比べ
て増加する傾向にある場合は、上記１Ｈカウンタ１３１
ｂのカウント値を１つ減少させ、一方、ＣＣＤ部２０１
の出力信号が前のフィールドに比べて減少する傾向にあ
る場合、及び前のフィールドと比べて変化がない場合
は、上記カウント値を１つ増大させるようになってい
る。また、このカウント値設定回路１３１ａは、１Ｈカ
ウンタ１３１ｂの出力パルスの数が０となるカウント値
を、初期値として設定されており、そのカウント値の増
減は、上記カウント値から開始されるようになってい
る。

【００８１】なお、ここでは、１フィールド期間にＣＣ
Ｄ部の基板に印加されるシャッタパルス列φs’の前側
パルス列φs2’（＝φs2）の振幅Ｖs2を、例えば、タイ
ミングＩＣ２０２に供給される電源電位を同じ５Ｖと
し、上記シャッタパルス列φs’の後側パルス列φs1’
の振幅を、フォトダイオードでの蓄積電荷がすべて排出
される程度のレベルとしている。また、この実施形態３
では、タイミングＩＣ２０２は図７に示す従来の固体撮
像装置２００におけるものと同一構成となっている。

【００８２】次に作用効果について説明する。

【００８３】このような構成の実施形態３の固体撮像装
置１３０では、タイミングＩＣ２０２で発生された電子
シャッタ用の基準パルス列φsがパルス分離回路１０２
に供給されると、該パルス分離回路１０２では、分離領
域指定回路１３１からのウィンドウパルスφwに基づい
て、基準パルス列φsを、最終パルスを含む後側基準パ
ルス列φs1と、それ以外の前側基準パルス列φs2とに分
離する。

【００８４】そして、このように分離された後側基準パ
ルス列φs1のパルスは、振幅増幅回路１０３ａでの振幅
増幅処理により、その振幅が上記振幅レベルＶs1まで増
幅された後側シャッタパルス列φs1’となる。この実施
形態３では、前側基準パルス列φs2’の振幅増幅処理が
行われないので、上記後側シャッタパルス列φs1’は、
タイミングＩＣ２０２で与えられた振幅レベルのままの
前側基準パルスφs2と合成されて、合成シャッタパルス
φs’として、ＣＣＤ部２０１の基板に印加される。

【００８５】そして、この実施形態３では、このような
合成シャッタパルスφs’の印加動作の際に、ＣＣＤ部
２０１の出力信号に基づいて、電荷漏れ量検出手段１２
１及び分離領域指定回路１３１により、上記タイミング
ＩＣ２０２からの電子シャッタ用基準パルスφsを前後
に分離する位置が設定される。

【００８６】すなわち、上記分離領域指定回路１３１の
カウント値設定回路１３１ａでは、その出力であるカウ
ント設定値の初期値は、１Ｈカウンタ１３１ｂの出力パ
ルス数が０であるものになっているため、動作開始直後
は、１Ｈカウンタ１３１ｂからはパルスが出力されず、
パルス分離回路１０２は、基準パルスφs をすべて最終
パルスを含む後側基準パルス列φs1として振幅変換回路
１０３ａに出力する。従って、動作開始直後から数フィ
ールド期間が経過するまでの間は、前側シャッタパルス
列φs2’の数は少なく、フォトダイオード内の蓄積電荷
が垂直ＣＣＤに溢れ出すことはない。このため、上記電
荷漏れ量検出手段１２１を構成する比較回路１２１ｃで
の比較結果としては、前のフィールドと比べてＣＣＤ部
の出力信号の平均値に変化がないというものが得られ、
カウント値設定回路１３１ａでは、その出力であるカウ
ント値を、１フィールド期間毎に一つずつ増大させる動
作が行われる。これによって、その後、１フィールド期
間において１Ｈカウンタ１３１ｂが出力するパルス数が
増加して行く。つまり、読出パルスの印加時からシャッ
タパルス列φs’の最終パルスが基板に印加されるまで
の期間に、フォトダイオード内に蓄積される電荷量は徐
々に増大して行く。そして、最終的にフォトダイオード
から垂直ＣＣＤ部へ電荷が溢れ出すこととなる。

【００８７】すると、上記比較回路１２１ｃからは、前
のフィールドと比べてＣＣＤ部の出力信号の平均値が増
加していることを示す比較結果信号が出力され、上記カ
ウント値設定回路１３１ａでは、この比較結果信号に基
づいて、一つだけそのカウント値を減少させる。

【００８８】これによって、次のフィールド期間では上
記比較結果信号として、前のフィールドと比べてＣＣＤ
部の出力信号の平均値に減少していることを示すもの、
あるいは変化のないことを示すものが得られれば、上記
カウント値設定回路１３１ａでは、この比較結果信号に
基づいて、その出力であるカウント値を１つ増大させ
る。一方、上記比較結果信号として、電荷溢れ量の増大
を示すものが得られた場合は、上記カウント値設定回路
１３１ａでは、そのカウント値を減少させる。このよう
に上記カウント値設定回路１３１ａは常時上記のような
カウント値の増減調整を行う。

【００８９】これにより、前側シャッタパルス列φs2’
のパルスの個数は、フォトダイオードからの蓄積電荷が
ほぼ回避される個数に保持される。

【００９０】このように本実施形態３では、パルス分離
回路１０２からの前側パルス列のパルス振幅の増幅を行
わないので、その振幅変換回路及び振幅変換用の電源が
不要である。しかもフォトダイオード内から電荷転送部
側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出し、その検出出力に
基づいて、該シャッタパルス列から分離される前側及び
後側パルス列の境界位置を指定するようにしているの
で、被写体からの入射光量の増減が生じても、フォトダ
イオードから電荷転送部への電荷の溢れ出しが生ずるの
をほぼ回避できる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明の固体撮像装置によ
れば、各フォトダイオード内の蓄積電荷を基板側に排出
させるために基板に印加されるシャッタパルス列を、そ
の前側パルス列のパルス振幅が、最終パルスを含む後側
パルス列のパルス振幅より小さいものとしたので、受光
部にて発生した電荷が垂直ＣＣＤ側に溢れ出すのを抑え
つつ、電子シャッタ動作に起因する消費電力の増大を抑
えることができる。

【００９２】例えば、すべてのシャッタパルス振幅を高
電圧にせず最終のシャッタパルス振幅のみ高電圧とし、
その他のパルス振幅を必要最小限のパルス振幅とするこ
とにより、電子シャッタ時に消費される消費電力を大幅
に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１による固体撮像装置の構成
を説明するための図であり、図１（ａ）は全体構成を示
すブロック図、図１（ｂ）は該固体撮像装置におけるパ
ルス分離回路の詳細な回路構成を示す図である。

【図２】上記実施形態１の固体撮像装置の動作を説明す
るためのタイミング波形を示す図である。

【図３】上記実施形態１の固体撮像装置におけるフォト
ダイオード内にて電荷が蓄積される様子を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施形態２による固体撮像装置を説明
するための図であり、図４（ａ）はその構成を示すブロ
ック図であり、図４（ｂ）はその動作を説明するための
波形図である。

【図５】本発明の実施形態３による固体撮像装置を説明
するための図であり、図５（ａ）はその構成を示すブロ
ック図であり、図５（ｂ）は該固体撮像装置における分
離領域指定回路の詳細な構成を示す図である。

【図６】上記実施形態３の固体撮像装置の動作を説明す
るためのタイミング波形を示す図である。

【図７】電子シャッタ機能がある場合の従来の固体撮像
装置のシステム構成例を示す図である。

【図８】上記従来の固体撮像装置におけるＣＣＤ部の構
成を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は
そのVIIIｂ−VIIIｂ線断面の構造を示す図である。

【図９】従来の固体撮像装置における、露光時間が１／
１００００秒である場合の、読出パルスφR、シャッタ
パルスφs’、水平転送パルスφH、ＣＣＤ出力信号Ｓc
のタイミングの関係を示す図である。

【図１０】従来の固体撮像装置における、シャッタパル
スφs’の印加の仕方と、フォトダイオード内での１フ
ィールド期間にわたる電荷蓄積の様子とを対比して示す
図である。図１０（ａ）は、電子シャッタ動作を行わな
い場合に対応するもの、図１０（ｂ）は、１フィールド
期間に１回だけシャッタパルスを印加する場合に対応す
るもの、図１０（ｃ）は、１フィールド期間の各水平帰
線期間に常にシャッタパルスを印加する場合に対応する
ものである。

【符号の説明】

１フォトダイオード２垂直ＣＣＤ３水平ＣＣＤ４転送ゲート１０Ｎ型基板１１Ｐ型ウエル１００，１２０，１３０固体撮像装置１０１，２０２タイミングＩＣ１０２パルス分離回路１０３ａ第１の振幅変換回路１０３ｂ，１２３ｂ第２の振幅変換回路１０４パルス合成器１２１電荷漏れ量検出手段１２１ａ，１２１ｂ第１，第２の記憶部１２１ｃ比較回路１２２制御電圧発生回路１３１分離領域指定回路１３１ａカウント値設定回路１３１ｂ１Ｈカウンタ１３１ｃウィンドウパルス発生回路２０１ＣＣＤ部２０４結合コンデンサ２０５ダイオード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に１次元的あるいは２次元的に配
列された、光電変換機能をもつ複数のフォトダイオード
と、基板上に形成され、該各フォトダイオード内にて光
電変換により発生した電荷を転送するための電荷転送部
と、該各フォトダイオード内の蓄積電荷を該電荷転送部
に読み出すための転送ゲートとを備え、シャッタパルス
を該基板に印加して、該各フォトダイオード内の蓄積電
荷を基板側に排出する構成とした固体撮像装置であっ
て、一定の繰返し周期が経過する度に、該転送ゲートに読出
パルスを印加して該蓄積電荷の読み出しを行うととも
に、該繰返し周期内に、該基板に複数のシャッタパルスを印
加するよう構成されており、該繰返し周期内にあるシャッタパルス列では、少なくと
もその最終パルスを含む１つ以上のパルスからなる後側
パルス列と、これ以外の１つ以上のパルスからなる前側
パルス列とで、パルス振幅が異なっており、該前側パルス列のパルス振幅は、該後側パルス列のパル
ス振幅より小さくなっている固体撮像装置。
【請求項２】請求項１記載の固体撮像装置において、前記後側パルス列のパルスは、その基板への印加によ
り、前記フォトダイオード内の蓄積電荷が全て基板側に
排出される程度の振幅レベルを有し、前記前側パルス列のパルスは、前記繰返し期間内にて前
記フォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に溢れ
出さない程度の振幅レベルを有している固体撮像装置。
【請求項３】請求項１記載の固体撮像装置において、所定のタイミングにてパルスを発生するパルス発生用集
積回路と、その前側パルス列と後側パルス列とでパルス振幅が異な
る前記シャッタパルス列を、該パルス発生用集積回路か
らの出力パルスの信号処理により作製する信号処理回路
とを有し、該前側パルス列のパルス振幅が、該パルス発生用集積回
路に供給される電源レベルと同一レベルとなっている固
体撮像装置。
【請求項４】基板上に１次元的あるいは２次元的に配
列された、光電変換機能をもつ複数のフォトダイオード
と、基板上に形成され、該各フォトダイオード内にて光
電変換により発生した電荷を転送するための電荷転送部
と、該各フォトダイオード内の蓄積電荷を該電荷転送部
に読み出すための転送ゲートとを備え、一定の繰返し周期が経過する度に、該転送ゲートに読出
パルスを印加して該蓄積電荷の読み出しを行うととも
に、該繰返し周期内に複数のシャッタパルスを該基板に
印加して、該各フォトダイオード内の蓄積電荷を基板側
に排出する構成とした固体撮像装置であって、所定のタイミングでパルスを発生するパルス発生手段
と、該繰返し周期内に該パルス発生手段により発生された複
数のパルスを含むパルス列を、少なくともその最終パル
スを含む１つ以上のパルスからなる後側パルス列と、こ
れ以外の１つ以上のパルスからなる前側パルス列とに分
離するパルス分離回路と、該後側及び前側パルス列を受け、これらを該後側パルス
列のパルス振幅が前側パルス列のパルス振幅より大きく
なるよう信号処理して出力する振幅変換手段と、該振
幅変換手段から出力される後側及び前側パルス列を合成
するパルス合成回路とを備え、該合成回路の出力パルスを該シャッタパルスとして該基
板に印加するようにした固体撮像装置。
【請求項５】請求項４記載の固体撮像装置において、前記振幅変換手段を、前記後側パルス列のパルス振幅を
一定レベルに増幅する第１の振幅変換回路と、前記前側
パルス列のパルス振幅を制御信号に基づいて前記繰返し
周期毎に設定する第２の振幅変換回路とから構成すると
ともに、前記電荷転送部の出力信号に対応する信号を、連続する
２つの繰返し周期に渡って順次記憶する信号記憶回路、
及び該連続する２つの繰返し周期の各々に対応する記憶
信号を比較する比較回路を有し、該フォトダイオード内
から電荷転送部側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出する
検出手段を備え、該検出手段の出力に基づいて該制御信号を該第２の振幅
変換回路に供給し、該第２の振幅変換回路にて前側パル
ス列のパルス振幅が、前記フォトダイオード内の蓄積電
荷が電荷転送部側に溢れ出さない程度の振幅レベルに設
定されるようにする制御信号発生手段を備えた固体撮像
装置。
【請求項６】請求項４記載の固体撮像装置において、前記振幅変換手段を、前記パルス分離回路から受けた後
側パルス列のパルス振幅を一定レベルに増幅し、該パル
ス分離回路から受けた前側パルス列のパルス振幅を維持
する構成とするとともに、前記電荷転送部の出力信号に対応する信号を、連続する
２つの繰返し周期に渡って順次記憶する信号記憶回路、
及び該連続する２つの繰返し周期の各々に対応する記憶
信号を比較する比較回路を有し、該フォトダイオード内
から電荷転送部側に溢れ出した蓄積電荷の量を検出する
検出手段と、該検出回路の出力に基づいて、該シャッタパルス列から
分離される前側及び後側パルス列の境界位置を指定する
位置指定信号を発生する分離位置指定回路とを備え、該パルス分離回路では、該位置指定信号に基づいて、前
記フォトダイオード内の蓄積電荷が電荷転送部側に溢れ
出さないよう、該シャッタパルス列から分離される前側
パルス列のパルスの個数が設定されるようにした固体撮
像装置。