JP5223448B2 - 固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラ - Google Patents
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Description
図3はインターライン転送方式のCCD型イメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すCCD型イメージセンサ101は、マトリクス状に配列された複数の受光部102と、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ信号電荷を読み出す読み出しゲート103と、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部104、垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部105及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域(図5には図示せず)が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。また、水平転送部105で水平方向に転送された信号電荷は出力部に設けられたフローティングディフュージョン(FD)部106に転送され、このFD部の電位変動をMOSトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより映像信号Voutとして出力されることとなる。
CCD型イメージセンサ101の表面側に配設された撮像レンズによって結像された光学像は、受光部102にて電荷像に変換される。即ち、各受光部102には、受けた光の強さと時間に応じて信号電荷が蓄積されていることとなる。
各受光部102に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングで一斉に垂直転送部104に読み出されることとなる。これをフィールドシフトと称している。
具体的には、先ず、奇数フィールドで垂直方向奇数番目と垂直方向偶数番目の画素(受光部102)の信号電荷を加算して読み出す。次の偶数フィールドでは、組み合わせを変えて、垂直方向偶数番目と垂直方向奇数番目の画素(受光部102)の信号電荷を加算して読み出す。即ち、上下に隣接する2画素を垂直転送部104で足し合わせて1つのフィールドを作成し、続いて足し合わせる画素の組み合わせを変えてもう1つのフィールドを作成することで1フレームを完成させる。なお、こうした読み出し方法はフィールド読み出しと称され、フレーム残像を残さないためにビデオカメラでは広く採用されている技術である。
垂直転送部104にフィールドシフトされた信号電荷は垂直転送部104によって垂直方向に転送されることとなる。垂直転送部104による転送では、1ラインごとの信号電荷が並列に下方(水平転送部105)に向けて転送されることとなる。
垂直転送部104の最下段に転送されてきた1ライン分の信号電荷は、水平転送部105へと1ライン分まとめて並列に転送される。これをラインシフトと称している。
水平転送部105にラインシフトされた1ライン分の信号電荷は、水平転送部105によって水平方向に転送されることとなる。なお、1ライン分の水平転送が終了して水平転送部105内の信号電荷が空の状態になると、垂直転送部104から次の1ライン分の信号電荷がラインシフトされることとなる。
水平転送部105の左端(終端)に水平転送されてきた信号電荷は、1画素単位でFD部106にて電圧として検出されると共に増幅されて出力端子より出力されることとなる。
なお、ノイズ成分の増加を伴わない感度向上技術や、飽和信号量の向上、ノイズの低減のための各種技術開発が進められており、中でもノイズの低減という観点から、固体撮像素子のノイズ成分の多くを占める暗信号の低減が重要となっている。
ここで、垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)と暗信号との関係を図6(a)に示しているが、垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)を負バイアス化することによって暗信号が低減することとなるために、垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)を露光期間〜信号出力期間の全期間において負バイアス化することによって、暗信号の低減を図ることができるのである。
即ち、垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)と垂直転送部の取扱電荷量との関係を図6(b)に示しているが、垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)を負バイアス化することによって垂直転送部の取扱電荷量が減少することとなる。また、垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)と垂直転送効率との関係を図6(c)に示しているが、垂直転送クロックVφのミドルバイアス(VM)を負バイアス化することによって垂直転送部の転送効率が悪化する恐れがある。
即ち、露光期間のみ垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφをローレベルに固定し、換言すると、露光期間に垂直転送部に印加する垂直転送クロックVφは停止してローレベルに固定されているために、露光期間中は垂直転送を行なうことができずに垂直転送部に大信号が留まることとなる。そのために、信号出力開始の際の信号電荷の掃き捨て期間中に垂直転送部内の信号電荷を完全に掃き捨てきれない恐れが生じるのである。
図1は本発明を適用したカメラの一例であるCCD型カメラを説明するための模式図であり、ここで示すCCD型カメラ10は、入射光を集光するレンズ11と、レンズ11で集光された光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタ12と、レンズ11及びメカニカルシャッタ12を介して入射される被写体の画像を撮像するCCD型イメージセンサ1とを備える。
また、露光期間中に信号電荷の垂直転送を行なうことができるために、静止画用途のみならず、垂直転送部の高速な転送を必要とする液晶モニタ表示や動画撮影モードにも適用することが可能となる。
2 受光部
3 読み出しゲート
4 垂直転送部
5 水平転送部
6 FD部
7 垂直転送クロック電源切替回路
8 タイミング発生回路
10 CCD型カメラ
11 レンズ
12 メカニカルシャッタ
Claims (4)
- マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、
前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備える固体撮像装置であって、
前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第1のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に印加される第2のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、
前記第1のクロック信号のハイレベル電位を前記第2のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する
固体撮像装置。 - 前記制御回路は、前記第1のクロック信号のハイレベル電位を0Vとし、前記第2のクロック信号のハイレベル電位を−0.5V以下に制御する
請求項1に記載の固体撮像装置。 - マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子の駆動方法において、
前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために前記垂直転送部に第1のクロック信号を印加し、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に前記垂直転送部に第2のクロック信号を印加する工程を備え、
前記第1のクロック信号は前記第2のクロック信号と略同一の振幅であると共に、
前記第1のクロック信号のハイレベル電位は前記第2のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位である
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の撮像エリアに入射光を導く光学系と、
前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備えるカメラであって、
前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始時、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第1のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に印加される第2のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、
前記第1のクロック信号のハイレベル電位は前記第2のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する
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