JP3612803B2 - 固体撮像装置及び固体撮像素子の出力信号処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エリアセンサやリニアセンサと称される固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関し、特に固体撮像素子の出力信号を所定の基準電位にクランプするクランプ回路を具備した固体撮像装置及び当該固体撮像素子の出力信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD固体撮像素子、例えば図1に示す如きCCDリニアセンサを用いた固体撮像装置において、センサ列11から読み出された信号電荷を転送するCCDシフトレジスタ(電荷転送部)13での光透過に伴うオフセット分を補正したり、ダーク(暗電流)成分をキャンセルするために、後段の信号処理部15(図2に、その具体的な回路構成を示す)にて、黒レベルをクランプあるいはサンプルホールドして差動をとることが行われる。ここに、黒レベルとは、センサ列11におけるオプティカルブラック(OPB)と称される遮光部(以下、OPB部と称する)11a,11bの画素信号の信号レベルである。
【0003】
ところで、信号出力Voutをディジタル的に処理するには、信号処理部15の後段にA/Dコンバータ16を配置し、このA/Dコンバータ16にてクランプ回路22のクランプ出力である信号出力Voutをディジタル化することが行われる。この場合、クランプ回路22のクランプレベルをA/Dコンバータ16の基準電位Vrefに設定することにより、A/Dコンバータ16の入力D(ダイナミック)レンジを広く使えることになる。ここで、A/Dコンバータ16の基準電位Vrefについては、入力Dレンジ内の最大レベルに設定されるのが一般的である。
【0004】
この黒レベルのクランプ処理において、センサ列11の後側のOPB部11bの画素信号のみをA/Dコンバータ16の基準電位Vrefにクランプしたのでは、CCDシフトレジスタ13での光透過のオフセット分やダーク成分が大なる場合に、CCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号レベルがOPB部11a,11bの画素信号の信号レベルよりもダーク等の分だけ高くなるため、そのクランプ出力をそのままA/Dコンバータ16に入力すると、A/Dコンバータ16にはDレンジ内の最大レベルに設定された基準電位Vrefよりも高い信号電圧が入力されることになる。その結果、A/Dコンバータ16が誤動作したり、A/D変換後のデータが破壊されたり、或いは最悪の場合にはA/Dコンバータ16そのものが破壊されるという不具合が発生する。
【0005】
また、CCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号をA/Dコンバータ16の基準電位Vrefにクランプすることも考えられるが、この場合には、信号に使えるDレンジ(A/Dコンバータ16のDレンジ)がダーク分だけ狭くなり、さらには温度変化等でダーク分が変化すると、撮像画素信号もダーク分だけレベルシフトするため、ダーク分の引き算を行う等の信号処理が必要になり、その分だけ回路構成が複雑になってしまう。
【0006】
かかる不具合を解消するために、タイミングジェネレータ17において、図22のタイミングチャートに示すように、CCDシフトレジスタ13の空送り部13a及びセンサ列11の後側のOPB部11bの各信号をそれぞれ一画素相当分だけクランプするクランプパルスφCLP1,φCLP2を生成するとともに、クランプパルスφCLP1を空送り部13aの信号のうちの最初の一画素相当分の信号のクランプタイミングに、クランプパルスφCLP2を後側のOPB部11bの信号のうちの2画素目以降の信号のクランプタイミングにそれぞれ設定する一方、後段のA/Dコンバータ16のA/Dタイミングを空送り部13aの最初の一画素相当分の信号をサンプリングしないタイミングに設定した構成の固体撮像装置が提案されている(特開平7−30820号公報参照)。
【0007】
なお、図22のタイミングチャートにおいて、φROGはセンサ列11から信号電荷を読み出すためのシフトゲート12に印加される読出しゲートパルス、φH1,φH2はCCDシフトレジスタ13の転送クロック、φRSは電荷検出部14をリセットするリセットパルス、φSHは信号処理部15におけるサンプルホールド回路21のサンプルホールドパルス、Vaはサンプルホールド回路21のサンプルホールド出力、φCLP(φCLP1,φCLP2)はクランプ回路22のクランプパルス、Voutは信号出力である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の従来の固体撮像装置では、クランプパルスφCLP1によって空送り部13aの信号のうちの最初の一画素相当分の信号をクランプするようにしたことで、A/Dコンバータ16にその基準電位Vrefよりも高い信号電圧が空送り全期間に亘って入力されるのを防止できるものの、以下のような問題に対しての配慮はなされていない。
【0009】
すなわち、読出しゲートパルスφROGの印加によってセンサ列11からCCDシフトレジスタ13に信号電荷を読み出す際には、転送クロックφH1,φH2を停止することによってCCDシフトレジスタ13の転送動作を一時的に中断することになる。この転送中断期間では、電荷検出部14のFD部には電荷が注入されず、しかもリセットパルスφRSが印加されることによってリセット状態にあるため、電荷検出部14の検出出力は電位的に最も高い状態にある。したがって、クランプパルスφCLP1によって空送り部13aの信号のうちの最初の一画素相当分の信号をクランプしただけでは、それ以降に発生する転送中断期間での高い電圧(a)がそのまま信号出力VoutとしてA/Dコンバータ16に入力されてしまうことになる。
【0010】
また、上述した従来技術では、クランプパルスφCLP1によって空送り部13aの信号のうちの最初の一画素相当分の信号をクランプすることで、A/Dコンバータ16にその基準電位Vrefよりも高い信号電圧が入力されるのを、空送り期間のうちの最小単位期間だけに抑える一方、A/Dコンバータ16では空送り部13aの最初の一画素相当分の信号をサンプリングしないようにすることで、等価的に、A/Dコンバータ16には基準電位Vrefよりも高い信号電圧が入力されないようにしている。しかしながら、これを実現するためには、A/Dコンバータ16のサンプリングタイミングを空送り部13aの最初の一画素相当分の信号をサンプリングしないように設定する必要があり、外付け回路であるA/Dコンバータ16のサンプリングタイミングを変更しなければならない煩わしさがあった。
【0011】
また、露光時間を変えることなどを目的として強制リセットをかける場合などのように、信号電荷の転送途中にリセットをかけてリセットパルスφROGを立てると、CCDシフトレジスタ13において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが加算され、OPB部11a,11bの画素信号が残留信号分だけ増加する。したがって、OPB部11bでクランプを行うと、図23に示すように、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部11a及び空送り部13aの信号電圧が基準電位Vref以上となるため、先述した場合と同様に、そのクランプ出力をそのままA/Dコンバータ16に入力すると、A/Dコンバータ16が誤動作したり、A/D変換後のデータが破壊されたり、或いは最悪の場合にはA/Dコンバータ16そのものが破壊されることになる。
【0012】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体撮像素子の出力信号を所定の基準電位にクランプすることに伴って後段のA/Dコンバータに対して悪影響が及ばないようにした固体撮像装置及び固体撮像素子の出力信号処理方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の固体撮像素子におけるタイミングジェネレータでは、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、電荷転送部の空送り部の信号をその電荷転送部の転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する構成となっている。また、請求項7記載の出力信号処理方法では、固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、電荷転送部の空送り部の信号を当該電荷転送部を駆動するための転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプするようにする。
【0014】
請求項2記載の固体撮像素子におけるタイミングジェネレータでは、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する構成となっている。また、請求項8記載の出力信号処理方法では、固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側の遮光画素部分の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプするようにする。
【0015】
請求項3記載の固体撮像装置におけるタイミングジェネレータでは、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号のその電荷転送部の転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する構成となっている。
【0016】
請求項4記載の固体撮像素子におけるタイミングジェネレータでは、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の最終画素の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号のその電荷転送部の転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する構成となっている。また、請求項9記載の出力信号処理方法では、固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の最終画素の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号を転送する転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするようにする。
【0017】
請求項5記載の固体撮像素子におけるタイミングジェネレータでは、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプするためのクランプパルスを発生する構成となっている。また、請求項10記載の出力信号処理方法では、固体撮像素子の電荷転送部における信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプするようにする。
【0018】
請求項6記載の固体撮像素子におけるタイミングジェネレータでは、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止する禁止回路を有する構成となっている。また、請求項11記載の出力信号処理方法では、固体撮像素子の電荷転送部における信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止するようにする。
【0019】
請求項1記載の固体撮像装置又は請求項7記載の出力信号処理方法において、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号をクランプすることで、ダーク等のレベル検出の基準となるOPB部の信号レベルを検出する。また、電荷転送部の空送り部の信号をその電荷転送部の転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプすることで、当該転送クロックの停止による転送中断に伴って発生する高い信号電圧をマスキングし、後段のA/Dコンバータに出力されないようにする。
【0020】
請求項2記載の固体撮像装置又は請求項8記載の出力信号処理方法において、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号をクランプすることで、ダーク等のレベル検出の基準となるOPB部の信号レベルを検出する。また、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプすることで、ダーク等に伴う基準電圧よりも高い信号電圧が空送り部全体に亘って全く発生しない。
【0021】
特に、請求項3記載の固体撮像装置においては、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号のその電荷転送部の転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプすることで、ダーク等に伴う基準電圧よりも高い信号電圧が空送り部全体に亘って全く発生しないばかりか、転送クロックの停止による転送中断に伴って発生する高い信号電圧をもマスキングできる。
【0022】
請求項4記載の固体撮像装置又は請求項9記載の出力信号処理方法において、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号をクランプすることで、ダーク等のレベル検出の基準となるOPB部の信号レベルを検出する。また、1ライン前の最終画素の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号を転送する転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプすることで、ダーク等に伴う基準電圧よりも高い信号電圧が空送り部全体に亘って全く発生せず、しかも転送クロックの停止による転送中断に伴って発生する高い信号電圧をマスキングできることに加え、1ライン前の後側のOPB部の信号電圧をマスキングできる。
【0023】
請求項5記載の固体撮像装置又は請求項10記載の出力信号処理方法において、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプすることで、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧を基準電圧以下に抑える。その結果、信号電荷の転送途中でリセットがかかり、電荷転送部において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが重畳されても、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧が基準電圧を越えることはない。
【0024】
請求項6記載の固体撮像装置又は請求項11記載の出力信号処理方法において、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止することで、信号電荷の転送途中でリセットがかかり、電荷転送部において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが重畳され、OPB部の画素信号が残留信号分だけ増加したとしても、OPB部のクランプが行われないことになる。その結果、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧を基準電圧以下に抑えられる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される例えばリニアセンサを用いた固体撮像装置の一例を示す構成図である。図1において、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄える複数個のフォトセンサPSが一次元配列されてセンサ列(センサ部)11を構成している。このセンサ列11の時間軸方向における前後の両端部には、複数画素分が遮光されたOPB部(図に編み目で示す部分)11a,11bが設けられている。このセンサ列11に画素単位で蓄えられた信号電荷は、シフトゲート12を介してCCDシフトレジスタ(電荷転送部)13に読み出される。
【0026】
この読み出された信号電荷は、CCDシフトレジスタ13によって順次転送されて電荷検出部14に供給される。なお、CCDシフトレジスタ13には、図1から明らかなように、センサ列11の各画素に対応した転送領域の他に、信号電荷を単に空送りするための空送り部13aが電荷検出部14との間に設けられている。電荷検出部14は、例えばフローティング・ディフュージョン(FD)によって構成され、CCDシフトレジスタ13によって転送されかつFD部に注入された信号電荷を検出し、これを信号電圧に変換して後段の信号処理部15に供給する。
【0027】
図2に、信号処理部15の具体的な回路構成の一例を示す。この信号処理部15は、電荷検出部14からバッファ23を介して供給される信号電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路21と、このサンプルホールド回路21からバッファ24及び交流結合コンデンサCを介して供給されるサンプルホールド出力をクランプし、そのクランプレベルをバッファ25を介してA/Dコンバータ16に供給するクランプ回路22とを有し、CCDチップと同一基板上に作られている。クランプ回路22のクランプレベルは、A/Dコンバータ16の基準レベルVrefに設定されている。
【0028】
なお、本例では、クランプ回路22をサンプルホールド回路21の後段に配置してサンプルホールド出力をクランプする回路構成を採っているが、クランプ回路22をサンプルホールド回路21の前段に配置して電荷検出部14の検出出力を直接クランプする回路構成とすることも可能である。
【0029】
また、CCDチップと同一基板上に、各種のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ17が作製されている。このタイミングジェネレータ17は、センサ列11からCCDシフトレジスタ13に信号電荷を読み出すためのシフトゲート12に印加する読出しゲートパルスφROG、CCDシフトレジスタ13を2相駆動する転送クロックφH1,φH2、電荷検出部14のFDをリセットするリセットパルスφRS、信号処理部15におけるサンプルホールド回路21のサンプルホールドパルスφSH、読み出しゲートパルスφROGに基づくクランプパルスφCLP0を、外部から入力されるマスタークロックφclk及び読出しゲートパルスφrogに基づいて生成するとともに、読出しゲートパルスφROG及び転送クロックφH1に基づいて最終的なクランプパルスφCLPを生成する。
【0030】
このタイミングジェネレータ17において、本発明では、クランプパルスφCLPの生成タイミングを特徴としている。以下、本発明の第1実施例の特徴部分について、図3のタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図3のタイミングチャートは、一例として、読出しパルスφROGの立下がり時点から考えると、空送り部13aが3画素相当分、OPB部11aが4画素、撮像画素が例えば2048画素、OPB部11bが2画素、空送り部13aが3画素相当分の画素シーケンスの場合において、1ライン前の最終画素及び後側のOPB部11b、ならびに自ラインの空送り部13a、前側のOPB部11a及び撮像画素の途中までを示している。
【0031】
また、図3のタイミングチャートには、上記の各種のタイミング信号(φROG,φH1,φH2,φRS,φSH,φCLP0,φCLP)に加え、サンプルホールド回路21のサンプルホールド出力Va、クランプ回路22のクランプ出力である信号出力Vout及びA/Dコンバータ16のA/Dタイミングパルスがそれぞれ示されている。
【0032】
第1実施例では、タイミングジェネレータ17において、リニアセンサの出力信号のうち、センサ列11の前側のOPB部11aの信号をクランプするクランプパルスφCLP2のみならず、CCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号をもクランプするクランプパルスφCLP1が生成される。特に、クランプパルスφCLP1は、CCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号を転送クロックφH1,φH2の停止期間の前後に亘ってクランプするタイミングで生成される。一方、クランプパルスφCLP2は、OPB部11aの信号のうちの2画素目以降の信号をクランプするタイミングで生成される。
【0033】
図4は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第1実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。このクランプパルス生成回路は、転送クロックφH1をカウント入力としかつ読み出しゲートパルスφROGをCL(クリア)入力とする11ビットカウンタ41と、このカウンタ41の出力をJ入力としかつ読み出しゲートパルスφROGをK入力とするJKフリップフロップ42と、このJKフリップフロップ42のQ出力を入力としかつ転送クロックφH1をCK(クロック)入力とし、2ビット遅延出力及び11ビット遅延出力をそれぞれ導出するシフトレジスタ43と、このシフトレジスタ43の2ビット遅延出力及び11ビット遅延出力を2入力とするAND回路44と、このAND回路44の出力及びクランプパルスφCLP0を2入力とするOR回路45とから構成されている。11ビットカウンタ41は、図5に示すように、互いに縦続接続された11個のTフリップフロップ501 〜5011によって構成されている。
【0034】
次に、上記構成のクランプパルス生成回路の回路動作について、図6のタイミングチャートを参照しつつ説明する。なお、図6において、V1は11ビットカウンタ41の出力、V2はJKフリップフロップ42のQ出力である。図4において、11ビットカウンタ41は、読み出しゲートパルスφROGによってクリアされ、転送クロックφH1を11個カウントするごとにその出力V1の極性が反転する。また、JKフリップフロップ42は、11ビットカウンタ41の出力V1が“H”レベルに立ち上がるタイミングでセットされ、読み出しゲートパルスφROGが入力されることでリセットされる。その結果、Q出力V2は、リセット後の出力V1の立ち上がりタイミングから次のリセットタイミングまでの期間に亘って“H”レベルとなる。
【0035】
このJKフリップフロップ42のQ出力V2は、シフトレジスタ43で2ビット分だけ遅延され、さらに11ビット分だけ遅延される。このシフトレジスタ43の両遅延出力の論理積がAND回路44でとられ、さらにその論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和がOR回路45でとられることで、上述したクランプパルスφCLP1,φCLP2からなるクランプパルスφCLPが生成される。
【0036】
そして、このクランプパルスφCLPが図2のクランプ回路22に与えられることにより、当該クランプ回路22では、クランプパルスφCLP1に応答して転送クロックφH1,φH2の停止期間の前後に亘る空送り部13aのサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされ、さらにクランプパルスφCLP2に応答してOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0037】
このように、OPB部11aのサンプルホールド出力Vaのみならず、転送クロックφH1,φH2の停止期間の前後に亘る空送り部13aのサンプルホールド出力VaをもクランプレベルVrefにクランプするようにしたことにより、転送クロックφH1,φH2の停止による転送中断に伴って図3のタイミングチャートに示す如くサンプルホールド出力Vaが電位的に最も高い状態になったとしても、その部分の高い信号電圧(a)がクランプパルスφCLP1によるクランプによってマスキングされるため、その高い信号電圧(a)がそのままA/Dコンバータ16に入力されることはなくなる。
【0038】
また、クランプパルスφCLP2に応答してOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力Vaをクランプするようにしたことにより、OPB部11aの1画素目のサンプルホールド出力Vaを検出できるので、この1画素目のサンプルホールド出力Vaに基づいてダーク(暗電流)等のレベルを検出することができる。
【0039】
ただし、第1実施例の場合には、転送中断に伴う高い信号電圧(a)のA/Dコンバータ16への入力は防止できるものの、空送り部13aにおける転送中断以前のダーク等に伴う基準電位Vrefよりも高い信号電圧(b)については、A/Dコンバータ16に入力されることになる。しかしながら、転送中断に伴う信号電圧(a)の方がダーク等に伴う信号電圧(b)よりも電位的に高いため、この転送中断に伴う高い信号電圧(a)のA/Dコンバータ16への入力を防止できるだけでも、A/Dコンバータ16の破壊阻止を図る観点からすれば、それ相応に所期の目的を達成することができる。
【0040】
次に、本発明の第2実施例について、図7のタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図7のタイミングチャートの画素シーケンスは、図3のタイミングチャートの場合と同じであるものとする。
【0041】
第2実施例では、タイミングジェネレータ17において、リニアセンサの出力信号のうち、センサ列11の前側のOPB部11aの信号をクランプするクランプパルスφCLP2と共に、自ラインの空送り部13aの信号のみならず1ライン前の後側のOPB部11bの信号をもクランプするクランプパルスφCLP1が生成される。特に、クランプパルスφCLP1は、1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中からCCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了までの期間に亘ってクランプするタイミングで生成される。クランプパルスφCLP2は、第1実施例の場合と同様に、前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目以降の信号をクランプするタイミングで生成される。
【0042】
図8は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第2実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示してある。この第2実施例に係るクランプパルス生成回路は、第1実施例に係るクランプパルス生成回路と基本的に同じ回路構成となっている。異なるのは、シフトレジスタ43aが、JKフリップフロップ42のQ出力V2を4ビット遅延及び8ビット遅延する構成となっている点だけである。図9に、その各部の信号のタイミングチャートを示す。
【0043】
この第2実施例に係るクランプパルス生成回路において、JKフリップフロップ42のQ出力V2を、シフトレジスタ43aで4ビット分だけ遅延し、さらに8ビット分だけ遅延し、このシフトレジスタ43aの両遅延出力の論理積をAND回路44でとり、さらにその論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとることにより、上述したクランプパルスφCLP1,φCLP2からなるクランプパルスφCLPが生成される。
【0044】
そして、このクランプパルスφCLPが図2のクランプ回路22に与えられることにより、当該クランプ回路22では、クランプパルスφCLP1に応答して1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までの期間に亘るサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされ、さらにクランプパルスφCLP2に応答して前側のOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0045】
このように、1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中から自ラインの空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までの期間に亘るサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプするようにしたことにより、第1実施例の場合と同様に、転送クロックφH1,φH2の停止による転送中断に伴う高い信号電圧(a)がそのままA/Dコンバータ16に入力されるのを防止できることに加え、空送り部13aにおけるダーク等に伴う基準電位Vrefよりも高い信号電圧についても全くA/Dコンバータ16に入力されないようにすることができるため、第1実施例での不具合を解消できることになる。
【0046】
また、クランプパルスφCLP2に応答してOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力Vaをクランプするようにしたことにより、第1実施例の場合と同様に、OPB部11aの1画素目のサンプルホールド出力Vaを検出できるので、この1画素目のサンプルホールド出力Vaに基づいてダーク等のレベルを検出することができる。
【0047】
なお、本実施例では、クランプパルスφCLP1を、1ライン前の後側のOPB部11bの途中から空送り部13aの転送クロックφH1,φH2の停止期間終了までの期間に亘って発生させるとしたが、1ライン前の後側のOPB部11bの途中から空送り部13aの途中まで、例えば転送クロックφH1,φH2の停止期間前までの期間に亘って発生させるようにしても良い。この場合には、転送中断に伴う高い信号電圧(a)についてはA/Dコンバータ16への入力を防止することはできないものの、空送り部13aにおけるダーク等に伴う基準電位Vrefよりも高い信号電圧については、外付け回路であるA/Dコンバータ16のサンプリングタイミングを変更しなくても、A/Dコンバータ16への入力を防止することができる利点がある。
【0048】
次に、本発明の第3実施例について、図10のタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図10のタイミングチャートの画素シーケンスは、図3のタイミングチャートの場合と同じであるものとする。
【0049】
第3実施例では、タイミングジェネレータ17において、リニアセンサの出力信号のうち、センサ列11の前側のOPB部11aの信号をクランプするクランプパルスφCLP2と共に、1ライン前の後側のOPB部11b及びCCDシフトレジスタ13の空送り部13aの各信号のみならず、1ライン前の撮像画素信号部分の最終画素の信号の一部をもクランプするクランプパルスφCLP1が生成される。特に、クランプパルスφCLP1は、1ライン前の最終画素の信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了までの期間に亘ってクランプするタイミングで生成される。クランプパルスφCLP2は、第1,第2実施例の場合と同様に、前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目以降の信号をクランプするタイミングで生成される。
【0050】
図11は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第3実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示してある。この第3実施例に係るクランプパルス生成回路は、第1実施例に係るクランプパルス生成回路と基本的に同様の回路構成となっている。異なるのは、シフトレジスタ43bが、JKフリップフロップ42のQ出力V2を4ビット遅延及び7ビット遅延する構成となっている点だけである。図12に、その各部の信号のタイミングチャートを示す。
【0051】
この第3実施例に係るクランプパルス生成回路において、JKフリップフロップ42のQ出力V2を、シフトレジスタ43bで4ビット分だけ遅延し、さらに7ビット分だけ遅延し、このシフトレジスタ43bの両遅延出力の論理積をAND回路44でとり、さらにその論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとることにより、上述したクランプパルスφCLP1,φCLP2からなるクランプパルスφCLPが生成される。
【0052】
そして、このクランプパルスφCLPが図2のクランプ回路22に与えられることにより、当該クランプ回路22では、クランプパルスφCLP1に応答して1ライン前の最終画素の信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までのサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされ、さらにクランプパルスφCLP2に応答してOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0053】
このように、1ライン前の最終画素の信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプするようにしたことにより、第1実施例の場合と同様に、転送クロックφH1,φH2の停止による転送中断に伴う高い信号電圧(a)がそのままA/Dコンバータ16に入力されるのを防止でき、しかも第2実施例の場合と同様に、空送り部13aにおけるダーク等に伴う基準電位Vrefよりも高い信号電圧についても全くA/Dコンバータ16に入力されないようにすることができることに加え、次のような効果を得ることができる。
【0054】
すなわち、クランプパルスφCLP2に応答して前側のOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力Vaをクランプすることで、第1,第2実施例の場合と同様に、前側のOPB部11aの1画素目のサンプルホールド出力Vaに基づいてダーク等のレベルを検出することができるが、自ラインの前側のOPB部11aの信号レベルと1ライン前の後側のOPB部11bの信号レベルとに差があり、前側のOPB部11aの信号レベルが後側よりもOPB部11bの信号レベルが高い場合に、前側のOPB部11aのサンプルホールド出力Vaのみをクランプしたのでは、そのレベル差分だけ基準電位Vrefよりも高い信号電圧がA/Dコンバータ16に入力されることになる。
【0055】
ところが、この第3実施例のように、1ライン前の最終画素の信号の途中からクランプを行うようにしたことにより、1ライン前の後側のOPB部11bの高い信号電圧がクランプパルスφCLP1によるクランプによってマスキングされるため、自ラインの前側のOPB部11aと1ライン前の後側のOPB部11bとにレベル差がある場合の上述した如き不具合、即ちそのレベル差分だけ基準電位Vrefよりも高い信号電圧がA/Dコンバータ16に入力されるのを未然に防止できることになる。
【0056】
なお、上記第1〜第3実施例では、ダークレベル検出仕様の固体撮像装置に対応するために、前側のOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaをクランプするためのクランプパルスφCLP2を、クランプパルスφCLP1と独立して生成する構成としたが、固体撮像装置によってはダークレベルの検出が不要な仕様のものもある。本発明の第4実施例は、このダークレベルの検出が不要な固体撮像装置に適用した場合である。この第4実施例について、図13のタイミングチャートに基づいて説明する。
【0057】
第4実施例では、タイミングジェネレータ17において、クランプパルスφCLPとして、1ライン前の最終画素の信号の途中から前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目まで連続した単一のパルスを生成する構成となっている。すなわち、ダークレベルの検出が不要なことから、前側のOPB部11aの信号をクランプするための第1〜第3実施例におけるクランプパルスφCLP2を独立に発生しないようにしている。
【0058】
図14は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第4実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示してある。この第4実施例に係るクランプパルス生成回路は、第1実施例に係るクランプパルス生成回路と基本的に同様の回路構成となっている。異なるのは、シフトレジスタ43cが、JKフリップフロップ42のQ出力V2を7ビット遅延及び8ビット遅延するとともに、この7ビット遅延出力及び8ビット遅延出力を2入力とするOR回路46を設けた点だけである。図15に、その各部の信号のタイミングチャートを示す。
【0059】
この第4実施例に係るクランプパルス生成回路において、JKフリップフロップ42のQ出力V2を、シフトレジスタ43cで7ビット分だけ遅延し、さらに8ビット分だけ遅延し、このシフトレジスタ43cの両遅延出力の論理和をOR回路46でとることにより、1ライン前の最終画素の信号の途中から自ラインの前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目まで連続した単一のパルスからなるクランプパルスφCLPが生成される。そして、このクランプパルスφCLPが図2のクランプ回路22に与えられることにより、当該クランプ回路22では、1ライン前の最終画素の信号の途中から自ラインの前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目までのサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0060】
このように、1ライン前の最終画素の信号の途中から前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目までのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプするようにしたことにより、ダーク等のレベルを検出できないこと以外は、第3実施例の場合と全く同様の効果を得ることができる。すなわち、転送クロックφH1,φH2の停止による転送中断に伴う高い信号電圧及び空送り部13aにおけるダーク等に伴う基準電位Vrefよりも高い信号電圧をA/Dコンバータ16に入力されないようにすることができるとともに、自ラインの前側のOPB部11aと1ライン前の後側のOPB部11bとにレベル差がある場合のレベル差分だけ基準電位Vrefよりも高い信号電圧がA/Dコンバータ16に入力されるのを防止できることになる。
【0061】
また、この第4実施例によれば、クランプパルスφCLPとして、第3実施例に対応させて1ライン前の最終画素の信号の途中から自ラインの前側のOPB部11aの2画素目までのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする単一のパルスを生成する構成としたことにより、図11と図14の回路構成の対比から明らかなように、ゲート回路を1つ削減できるため、回路構成を第3実施例の場合よりも簡略化できる効果がある。
【0062】
なお、第4実施例では、クランプパルスφCLPとして、第3実施例に対応させて1ライン前の最終画素の信号の途中から自ラインの前側のOPB部11aの2画素目までのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする単一のパルスを生成するとしたが、第2実施例に対応させて1ライン前の後側のOPB部11bの途中から自ラインの前側のOPB部11aの2画素目までのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする単一のパルスを生成したり、あるいは第1実施例に対応させてCCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号を転送クロックφH1,φH2の停止期間の前から前側のOPB部11aの2画素目までのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする単一のパルスを生成するようにすることも可能である。
【0063】
次に、本発明の第5実施例について、図16のタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図16のタイミングチャートは、図3,図7,図10及び図13の各タイミングチャートと同様に、一例として、読出しパルスφROGの立下がり時点から考えると、空送り部13aが3画素相当分、OPB部11aが4画素、撮像画素が例えば2048画素、OPB部11bが2画素、空送り部13aが3画素相当分の画素シーケンスの場合において、1ライン前の最終画素及び後側のOPB部11b、ならびに自ラインの空送り部13a、前側のOPB部11a及び撮像画素の途中までを示している。
【0064】
第5実施例では、例えば第2実施例で説明したように、1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中からCCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了までをクランプするクランプパルスφCLP1と、前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目以降の信号をクランプするクランプパルスφCLP2を生成する構成のタイミングジェネレータ17において、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中(画素信号の出力期間中)にリセットがかかることによって読み出しゲートパルスφROGが立った場合に、例えばそのリセットタイミングから次のリセットに伴うクランプ期間まで継続してクランプパルスφCLP1を発生する構成となっている。
【0065】
図17は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第5実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図であり、図中、第2実施例の回路構成を示す図8と同等部分には同一符号を付して示してある。この第5実施例においては、シフトレジスタ43aの4ビット遅延出力と8ビット遅延出力との論理積をAND回路44でとり、さらにその論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとるところまでの構成は図8のそれと同じであり、それに加え、OR回路45の出力とJKフリップフロップ42のQ出力V2とを2入力とするOR回路47を有する構成となっている。図18に、その各部の信号のタイミングチャートを示す。
【0066】
この第5実施例のクランプパルス生成回路において、シフトレジスタ43aの4ビット遅延出力と8ビット遅延出力との論理積をAND回路44でとり、その論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとり、さらにその論理和出力とJKフリップフロップ42のQ出力V2との論理和をOR回路47でとることにより、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中にリセットがかかったときにはそのリセットタイミングから次のリセットに伴うクランプ期間まで継続して“H”レベルとなるクランプパルスφCLP1を含むクランプパルスφCLPが生成される。
【0067】
そして、このクランプパルスφCLP1を含むクランプパルスφCLPが図2のクランプ回路22に与えられることにより、当該クランプ回路22では、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中(画素信号の出力期間中)にリセットがかかることによって読み出しゲートパルスφROGが立った際に、そのリセット時点から次のリセットに伴うクランプ期間に亘るサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0068】
なお、通常のリセットタイミングでリセットがかかったときは、第2実施例の場合と同様に、クランプパルスφCLP1に応答して1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までのサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされ、さらにクランプパルスφCLP2に応答して前側のOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0069】
ところで、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中にリセットがかかると、CCDシフトレジスタ13において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが加算され、OPB部11a,11bの画素信号が残留信号分だけ増加し、OPB部11bでクランプを行うと、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部11a及び空送り部13aが基準電位Vref以上となり、そのクランプ出力をそのままA/Dコンバータ16に入力すると、A/Dコンバータ16が誤動作したり、A/D変換後のデータが破壊されたり、或いは最悪の場合にはA/Dコンバータ16そのものが破壊されることになる。
【0070】
ところが、上述したように、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中(画素信号の出力期間中)にリセットがかかることによって読み出しゲートパルスφROGが立った場合に、そのリセット時点から次のリセットに伴うクランプ期間に亘るサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプすることにより、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部11a及び空送り部13aを基準電位Vref以下に抑えることができる。その結果、基準電位Vrefよりも高い信号電圧がA/Dコンバータ16に入力されるのを未然に防止できることになる。
【0071】
なお、本実施例では、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中にリセットがかかった場合に、そのリセット時点から次のリセットに伴うクランプ期間に亘るサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする構成としたが、これに限定されるものではなく、少なくとも残留信号分がなくなった撮像画素信号についてそのサンプルホールド出力VaをクランプレベルVrefにクランプする構成であれば、上記の効果を得ることができる。なぜならば、電位的にクランプレベルVrefを越えるのは、撮像画素信号部分だけだからである。
【0072】
また、本実施例においては、第2実施例と組み合わせて構成した場合について説明したが、第2実施例との組み合わせに限らず、第1実施例、第3実施例又は第4実施例と組み合わせて構成することも可能である。
【0073】
次に、本発明の第6実施例について、図19のタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図19のタイミングチャートの画素シーケンスは、図16のタイミングチャートの場合と同じものであるとする。
【0074】
第6実施例では、例えば第2実施例で説明したように、1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中からCCDシフトレジスタ13の空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了までをクランプするクランプパルスφCLP1と、前側のOPB部11aの信号のうちの2画素目以降の信号をクランプするクランプパルスφCLP2を生成する構成のタイミングジェネレータ17において、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中(画素信号の出力期間中)にリセットがかかることによって読み出しゲートパルスφROGが立った場合に、そのリセットに同期して発生するクランプパルスφCLPの出力を禁止する構成となっている。
【0075】
図20は、タイミングジェネレータ17に内蔵される第6実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図であり、図中、第2実施例の回路構成を示す図8と同等部分には同一符号を付して示してある。この第6実施例においては、シフトレジスタ43aの4ビット遅延出力と8ビット遅延出力との論理積をAND回路44でとり、さらにその論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとるところまでの構成は図8のそれと同じであり、それに加え、JKフリップフロップ42のQ出力V2の極性を反転するインバータ48と、このインバータ48の出力とOR回路45の出力とを2入力とするAND回路49を有する構成となっている。
【0076】
この第5実施例のクランプパルス生成回路において、シフトレジスタ43aの4ビット遅延出力と8ビット遅延出力との論理積をAND回路44でとり、その論理積出力とクランプパルスφCLP0との論理和をOR回路45でとることにより、第2実施例と同じクランプパルスφCLP1,φCLP2からなるクランプパルスφCLPが生成される一方、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中にリセットがかかったときには、そのことを示すQ出力V2によってクランプパルスφCLPの出力に対してAND回路49で禁止がかかる。
【0077】
このように、CCDシフトレジスタ13での信号電荷の転送途中(画素信号の出力期間中)にリセットがかかることによって読み出しゲートパルスφROGが立った場合に、クランプパルスφCLP(c)を発生させないようにすることにより、CCDシフトレジスタ13において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが加算され、OPB部11a,11bの画素信号が残留信号分だけ増加しても、このOPB部11a,11bでクランプが行われないため、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部11a及び空送り部13aを基準電位Vref以下に抑えることができる。その結果、基準電位Vrefよりも高い信号電圧がA/Dコンバータ16に入力されるのを未然に防止できることになる。
【0078】
なお、通常のリセットタイミングでリセットがかかり、読み出しゲートパルスφROGが立ったときは、第2実施例の場合と同様に、クランプパルスφCLP1に応答して1ライン前の後側のOPB部11bの信号の途中から空送り部13aの信号の転送クロックφH1,φH2の停止期間終了後までのサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされ、さらにクランプパルスφCLP2に応答して前側のOPB部11aの2画素目以降のサンプルホールド出力VaがクランプレベルVrefにクランプされる。
【0079】
また、本実施例においては、第2実施例と組み合わせて構成した場合について説明したが、第5実施例の場合と同様に、第2実施例との組み合わせに限らず、第1実施例、第3実施例又は第4実施例と組み合わせて構成することも可能である。
【0080】
以上説明した各実施例では、CCD固体撮像素子としてリニアセンサを用いた固体撮像装置に適用した場合について説明したが、図21に示す如きエリアセンサを用いた固体撮像装置にも適用し得る。図21において、マトリクス状に2次元配列された多数のフォトセンサPSと、これらフォトセンサPSの垂直列毎に配されかつ読出しゲート51を介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直CCDシフトレジスタ52とによって撮像部53が構成されている。この撮像部53において、その両端部には複数列分の画素が遮光されたOPB部(図に編み目で示す部分)53a,53bが設けられている。
【0081】
垂直CCDシフトレジスタ52に読み出された信号電荷は、1走査線に相当する部分ずつ順にシフトゲート54を介して水平CCDシフトレジスタ55へ転送される。この1走査線分の信号電荷は、水平CCDシフトレジスタ55によって水平方向に順次転送されて電荷検出部56に供給される。なお、水平CCDシフトレジスタ55には、図21から明らかなように、撮像部53の各画素に対応した転送領域の他に、信号電荷を単に空送りするための空送り部55aが電荷検出部56との間に設けられている。
【0082】
電荷検出部56は、例えばフローティング・ディフュージョンによって構成され、CCDシフトレジスタ53によって転送されてきた信号電荷を検出し、これを信号電圧に変換して後段の信号処理部57に供給する。信号処理部57としては、図2と同じ回路構成のものが用いられる。この信号処理部57はCCDチップと同一基板上に作られている。同様に、各種のタイミングを発生するタイミングジェネレータ58もCCDチップと同一基板上に作られている。
【0083】
このタイミングジェネレータ58では、先述したリセットパルスφRS、サンプルホールドパルスφSH、クランプパルスφCLPに加え、フォトセンサPSから垂直CCDシフトレジスタ52に信号電荷を読み出すための読出しゲート51に印加する読出しゲートパルスφROG1、垂直CCDシフトレジスタ52を4相駆動する垂直転送クロックφV1〜φV4、垂直CCDシフトレジスタ52から水平CCDシフトレジスタ55に信号電荷を読み出すためのシフトゲート54に印加する読出しゲートパルスφROG2、水平CCDシフトレジスタ55を2相駆動する水平転送クロックφH1,φH2が生成される。
【0084】
上記構成のエリアセンサを用いた固体撮像装置でも、水平CCDシフトレジスタ55、電荷検出部56及び信号処理部57における動作は、先述したリニアセンサを用いた固体撮像装置でのCCDシフトレジスタ13、電荷検出部14及び信号処理部15における動作と同じである。よって、タイミングジェネレータ58において、クランプパルスφCLPとして、第1,第2,第3,第4,第5又は第6実施例に係るクランプパルスを生成することで、上記各実施例の場合と同様の効果を得ることができる。
【0085】
すなわち、信号処理部57のクランプ回路22(図2を参照)において、撮像部53の前側のOPB部53aの信号のみならず、水平CCDシフトレジスタ55の空送り部55aの信号、または1ライン前の後側のOPB部11bの信号の一部若しくは1ライン前の最終画素の信号の一部を含めて空送り部55aの信号のサンプルホールド出力をも、信号処理部57の後段に接続されるA/Dコンバータ(図示せず)の基準電位Vrefにクランプすることにより、当該A/Dコンバータにその基準電位Vrefよりも高い信号電圧が入力されるのを未然に防止できる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1又は7記載の発明によれば、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、電荷転送部の空送り部の信号をその転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプするようにしたことにより、当該転送クロックの停止による転送中断に伴って発生する高い信号電圧をマスキングし、後段のA/Dコンバータに出力されないようにすることができるので、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊を未然に防止でき、しかもダーク等のレベル検出の基準となるOPB部の信号レベルをも検出することができる。
【0087】
請求項2又は8記載の発明によれば、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号をクランプするとともに、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプするようにしたとにより、空送り部全体に亘ってダーク等に伴う基準電圧よりも高い信号電圧が全く発生せず、後段のA/Dコンバータに出力されないため、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊を未然に防止でき、しかもダーク等のレベル検出の基準となるOPB部の信号レベルをも検出することができる。
【0088】
請求項3記載の発明によれば、1ライン前の後側のOPB部の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号のその電荷転送部の転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするようにしたことにより、請求項2記載の発明の効果に加え、転送クロックの停止による転送中断に伴って発生する高い信号電圧をもマスキングできるため、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊をより確実に防止できる。
【0089】
請求項4又は9記載の発明によれば、固体撮像素子の出力信号中の前側のOPB部の信号をクランプするとともに、1ライン前の最終画素の信号の途中から電荷転送部の空送り部の信号のその転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするようにしたことにより、請求項3記載の発明の効果に加え、1ライン前の後側のOPB部の信号電圧をマスキングでき、自ラインの前側のOPB部と1ライン前の後側のOPB部とにレベル差があった場合でも、そのレベル差分だけ基準電位よりも高い信号電圧がA/Dコンバータに入力されることはないため、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊をより確実に防止できる。
【0090】
請求項5又は10記載の発明によれば、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプし、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧を基準電圧以下に抑えるようにしたことにより、信号電荷の転送途中でリセットがかかり、電荷転送部において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが重畳されても、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧が基準電圧を越えることはないため、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊を未然に防止できる。
【0091】
請求項6又は11記載の発明によれば、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合には、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止するようにしたことにより、信号電荷の転送途中でリセットがかかり、電荷転送部において転送途中の残留信号と新しく読み出された信号とが重畳され、OPB部の画素信号が残留信号分だけ増加したとしても、OPB部のクランプが行われず、残留信号のない撮像画素信号部、OPB部及び空送り部の信号電圧が基準電圧を越えることはないため、A/Dコンバータの誤動作、A/D変換後のデータの破壊、或いはA/Dコンバータそのものの破壊を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるリニアセンサを用いた固体撮像装置の一例を示す構成図である。
【図2】信号処理部の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図3】本発明の第1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】第1実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図5】11ビットカウンタの一例を示すブロック図である。
【図6】図4の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図7】本発明の第2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8】第2実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図9】図8の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図10】本発明の第3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11】第3実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図12】図11の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図13】本発明の第4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14】第4実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図15】図14の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図16】本発明の第5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17】第5実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図18】図17の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図19】本発明の第6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20】第6実施例に係るクランプパルス生成回路の一例を示すブロック図である。
【図21】本発明が適用されるエリアセンサを用いた固体撮像装置の一例を示す構成図である。
【図22】従来例の動作説明のためのタイミングチャート(その1)である。
【図23】従来例の動作説明のためのタイミングチャート(その2)である。
【符号の説明】
11 センサ列
11a,51a OPB部
13 CCDシフトレジスタ
13a,55a 空送り部
15,57 信号処理部
16 A/Dコンバータ
17,58 タイミングジェネレータ
21 サンプルホールド回路
22 クランプ回路
Claims (11)
- 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を基準電位にクランプするクランプ回路と、
前記センサ部から信号電荷を読み出すための読出しゲートパルス、前記電荷転送部を駆動するための転送クロック及び前記クランプ回路のクランプパルスを発生するタイミングジェネレータとを具備し、
前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、前記電荷転送部の空送り部の信号を前記転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を基準電位にクランプするクランプ回路と、
前記センサ部から信号電荷を読み出すための読出しゲートパルス、前記電荷転送部を駆動するための転送クロック及び前記クランプ回路のクランプパルスを発生するタイミングジェネレータとを具備し、
前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側の遮光画素部分の信号の途中から前記電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側の遮光画素部分の信号の途中から前記電荷転送部の空送り部の信号の前記転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を基準電位にクランプするクランプ回路と、
前記センサ部から信号電荷を読み出すための読出しゲートパルス、前記電荷転送部を駆動するための転送クロック及び前記クランプ回路のクランプパルスを発生するタイミングジェネレータとを具備し、
前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の最終画素の信号の途中から前記電荷転送部の空送り部の信号の前記転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプするためのクランプパルスを発生する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を基準電位にクランプするクランプ回路と、
前記センサ部から信号電荷を読み出すための読出しゲートパルス、前記電荷転送部を駆動するための転送クロック及び前記クランプ回路のクランプパルスを発生するタイミングジェネレータとを具備し、
前記タイミングジェネレータは、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプするためのクランプパルスを発生する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を基準電位にクランプするクランプ回路と、
前記センサ部から信号電荷を読み出すための読出しゲートパルス、前記電荷転送部を駆動するための転送クロック及び前記クランプ回路のクランプパルスを発生するタイミングジェネレータとを具備し、
前記タイミングジェネレータは、信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止する禁止回路を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子の出力信号処理方法であって、
前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、前記電荷転送部の空送り部の信号を前記電荷転送部を駆動するための転送クロックの停止期間の前後に亘ってクランプする
ことを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子の出力信号処理方法であって、
前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の後側の遮光画素部分の信号の途中から前記電荷転送部の空送り部の信号の途中までの期間に亘ってクランプする
ことを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子の出力信号処理方法であって、
前記固体撮像素子の出力信号中の前側の遮光画素部分の信号の少なくとも一画素相当分をクランプするとともに、1ライン前の最終画素の信号の途中から前記電荷転送部の空送り部の信号を転送する転送クロックの停止期間終了までの期間に亘ってクランプする
ことを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子の出力信号処理方法であって、
前記固体撮像素子の電荷転送部における信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、少なくとも前回読み出しの画素信号と重畳されていない画素信号をクランプする
ことを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。 - 少なくとも1列分のセンサ列からなりかつ当該センサ列の画素配列方向における前後の複数画素分が遮光されたセンサ部、このセンサ部から画素単位で読み出された信号電荷を転送する電荷転送部及びこの電荷転送部によって転送された信号電荷を検出しかつ電気信号に変換して出力する電荷検出部を有する固体撮像素子の出力信号処理方法であって、
前記固体撮像素子の電荷転送部における信号電荷の転送期間中に信号電荷の読み出し動作が起こった場合に、その読み出し動作に同期して発生されるクランプパルスの出力を禁止する
ことを特徴とする固体撮像素子の出力信号処理方法。
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