JPH01231485A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、撮像装置に関するもので、例えば、光電変
換素子により形成される画素信号をＭＯＳＦＥＴ（絶縁
ゲート形電界効果トランジスタ）を介して取り出し、感
度可変機能が付加された固体撮像素子を用いたものに利
用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

感度可変機能を付加したＭＯ３形固体撮像素子が公知で
ある。この固体撮像素子は、感度可変用の垂直走査回路
を持ち、その垂直走査回路に先行して垂直走査動作を行
わせることにより、読み出し用の垂直走査回路との時間
差を制御して、フォトダイオードの蓄積時間を制御する
。このような感度可変機能を持つＭＯ３形固体撮像素子
に関しては、例えば本出顎人が先に出願した特願昭６１
−１７９９０２号がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の固体撮像素子を用いた撮像装置にあっては、ＬＨ
（水平走査時間）を最小ステップとして感度の制御を行
うものである。また、固体撮像素子の感度制御回路は、
電源投入直後にはその感度を最小感度から最適感度に制
御する。このような感度制御により画面がフェードイン
のように変化して見易くなるからである。

しかしながら、比較的暗い照度のもとての盪影開始にお
いては、最小感度から最大感度までＩＨづつ変化させる
ことになり、８ないし９秒のように比較的長時間を費や
すことになってしまい応答性の点で問題を有する。

この発明の目的は、応答性の改善を図った固体撮像装置
を提供することにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、感度可変機能を持つ固体撮像素子の読み出し
信号と設定すべき信号レベルに対応した基準信号と比較
して両者がほゞ一致するように制御信号を形成する感度
設定回路に対して、固体撮像素子の設定される感度が高
くなるに対応して単位の感度変化量を大きくする機能を
付加する。

〔作　用〕

上記した手段によれば、全体としての１ステツプ当たり
の感度変化の割合をより均一化できるとともに、感度が
高くなるに伴い単位の感度変化量を太き（なるから応答
性の改善が可能になる。

〔実施例〕

第３図には、この発明に用いられる感度可変機能を持つ
ＴＳＬ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ　　Ｓｉｇｎａｌ　
Ｌｉｎｅ）方式の固体撮像素子の一実施例の要部回路図
が示されている。同図の各回路素子は、公知の半導体集
積回路の製造技術によって、特に制限されないが、単結
晶シリンコンのような１個の半導体基板上において形成
される。同図の主要なブロックは、実際の半導体集積回
路装置における幾何学的な配置に合わせて描かれている
。

画素アレイＰＤは、４行、２列分が代表として例示的に
示されている。但し、図面が複雑化されてしまうのを防
ぐために、上記４行分のうち、２行分の画素セルに対し
てのみ回路記号が付加されている。１つの画素セルは、
フォトダイオードＤ１と垂直走査線ＶＬｌにそのゲート
が結合されたスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩと、水平走査線
ＨＬＩにそのゲートが結合されたスイッチＭＯＳ　Ｆ　
ＥＴＱ２の直列回路から構成される。上記フォトダイオ
ードＤ１及びスイッチＭＯ５ＦＥＴＱ１．Ｑ２からなる
画素セルと同じ行（水平方向）に配置される他の同様な
画素セル（Ｄ２．Ｑ３．Ｑ４）　等の出力ノードは、同
図において横方向に延長される水平信号線Ｈ３Ｉに結合
される。他の行についても上記同様な画素セルが同様に
結合される。

例示的に示されている水平走査線ＨＬＩは、同図におい
て縦方向に延長され、同じ列に配置される画素セルのス
イッチＭＯ３ＦＥＴＱ２．Ｑ６等のゲートに共通に結合
される。他の列に配置される画素セルも上記同様に対応
する水平走査線ＨＬ２等に結合される。

この実施例では、固体撮像素子に対して実質的な電子式
の自動絞り機能を付加するため、言い換えるならば、フ
ォトダイオードに対する実質的な蓄積時間を可変にする
ため、上記画素アレイを構成する水平信号線Ｈ３Ｉない
しＨＳ４等の両端に、それぞれスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ
８、Ｑ９及びＱ２６、Ｑ２８が設けられる。右端側に配
置される上記スイッチＭＯ３ＦＥＴＱ８、Ｑ９は、上記
水平信号線Ｈ３Ｉ、Ｈ３２をそれぞれ縦方向に延長され
る出力線ＶＳに結合させる。この出力線ＶＳは、端子Ｓ
に結合され、この端子Ｓを介して外部に設けられるプリ
アンプの入力に読み出し信号が伝えられる。また、左端
側に配置される上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ２６、Ｑ２
８は、上記水平信号線ＨＳＩ、Ｈ３２をそれぞれ縦方向
に延長されるダミー（リセット）出力ｖＡＤｖＳに結合
させる。

この出力線ＤＶＳは、特に制限されないが、端子ＲＶに
結合される。これによって必要なら上記ダミー出力線Ｄ
ＶＳの信号を外部端子ＲＶから送出できるようにしてい
る。

この実施例では、特に制限されないが、上記各行の水平
信号線Ｈ３ＩないしＨ３４には、端子ＲＰから水平帰線
期間において供給されるリセット信号によってオン状態
にされるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等が設け
られる。これらのＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等のオン
状態によって、外部端子ＲＶから上記ダミー出力線ＤＶ
Ｓを介して一定のバイアス電圧（図示せず）が各水平信
号線）（ＳｌないしＨＳ４に与えられる。上記のような
リセット用ＭＯ３ＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等が設けられる
理由は、次の通りである。上記水平信号線Ｈ３Ｉないし
Ｈ３４に結合されるスイッチＭＯ３ＦＥＴのドレイン等
の半導体領域も感光性を持つことがあり、このような寄
生フォトダイオードにより形成される偽信号（スメア、
ブルーミング）が、非選択時にフローティング状態にさ
れる水平信号線に蓄積される。そこでこの実施例では、
上述のように水平帰線期間を利用して、全ての水平信号
線Ｈ３ＩないしＨ３４を上記所定のバイアス電圧にリセ
ットするものである。これにより、選択される水平信号
線に関しては、常に上記偽信号をリセットした状態から
画素信号を取り出すものであるため、出力される画像信
号社含まれる偽信号を大幅に低減できる。上記水平走査
線ＨＬＩないしＨＬ２等には、水平シフトレジスタＨ３
Ｈにより形成された水平走査信号が供給される。

上記画素アレイＰＤにおける垂直選択動作（水平走査動
作）を行う走査回路は、次の各回路により構成される。

この実施例では、上記画素アレイＰＤの水平信号線Ｈ３
ＩないしＨ３４等の両端に、一対のスイッチＭＯ３ＦＥ
ＴＱ８、Ｑ９等及びスイッチＭＯ５ＦＥＴＱ２６、Ｑ２
８等が設けられることに対応して一対の走査回路が設け
られる。

この実施例では、産業用途にも適用可能とするため、イ
ンクレースモードの他に選択的な２行間時走査、ノンイ
ンクレースモードでの走査を可能にしている０画素アレ
イＰＤの右側には、次のような走査回路が設けられる。

垂直シフトレジスタＶＳＲは、読み出し用に用いられる
出力信号Ｓｖ１、ＳＶ２等を形成する。これらの出力信
号ＳＶ１、ＳＶ２等は、インクレースゲート回路ＩＴＧ
及び駆動回路ＶＤを介して上記垂直走査線ＶＬＩないし
ＶＬ４及びスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ８．Ｑ９等のゲート
に供給される。

上記インクレースゲート回路ＩＴＧは、インクレースモ
ードでの垂直選択動作（水平走査動作）を行うため、第
１　（奇数）フィールドでは、垂直走査線ＶＬＩないし
ＶＬ４には、隣接する垂直走査線ｖＬ１、ＶＬ２とＶＬ
３の組み合わせで同時選択される。すなわち、奇数フィ
ールド信号ＦＡによって制御されるスイッチＭＯ３ＦＥ
ＴＱＩ　８により、垂直シフトレジスタＶＳＲの出力信
号Ｓ■１は、水平信号線Ｈ８１を選択する垂直走査線Ｖ
ＬＩに出力される。同様に、信号ＦＡによって制御され
るスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２０とＱ２２によって、垂直
シフトレジスタＶＳＲの出力信号ＳＶ２は、水平信号線
Ｈ３２とＨ５３を同時選択するよう垂直走査線ＶＬ２と
ＶＬ３に出力される。

以下同様な順序の組み合わせからなる一対の水平信号線
の選択信号が形成される。

また、第２（偶数）フィールドでは、垂直走査線■Ｌｌ
ないしＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２
及びＶＬ３とＶＬ４（７）組み合わせで同時選択される
。すなわち、偶数フィールド信号ＦＢによって制御され
るスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ１９とＱ２１により、垂
直シフトレジスタ■ＳＲの出力信号ＳＶＩは、水平信号
線Ｈ３ＩとＨ３Ｐを選択する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２
に出力される。同様に、信号ＦＢによって制御されるス
イッチＭＯ３ＦＥＴＱ２３とＱ２５によって、垂直シフ
トレジスタＶＳＲの出力信号ＳＶ２は、水平信号線ＨＳ
３とＨ３４を同時選択するよう垂直走査１ＶＬ３とＶＬ
４に出力される。以下同様な順序の組み合わせからなる
一対の水平信号線の選択信号が形成される。

上記のようなインクレースゲート回路ＩＴＧと、次の駆
動回路ＤＶとによって、以下に説明するような複数種類
の水平走査動作が実現される。

上記１つの垂直走査線ＶＬＩに対応されたインクレース
ゲート回路ＩＴＧからの出力信号は、スイッチＭＯ３Ｆ
ＥＴＱ１４とＱ１５のゲートに供給される。これらのス
イッチＭＯＳＦＥＴＱＩ　４とＱ１５の共通化されたド
レイン電極は、端子Ｖ３に結合される。上記スイッチＭ
Ｏ３ＦＥＴＱＩ４は、端子■３から供給される信号を上
記垂直走査線ＶＬＩに供給する。また、スイッチＭＯ３
ＦＥＴＱ１５は、上記端子ｖ３から供給される信号を水
平信号線Ｈ３Ｉを出力線ＶＳに結合させるスイッチＭＯ
３ＦＥＴＱ８のゲートに供給される。

また、出力信号のハイレベルがスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ
１４、Ｑ１５によるしきい値電圧分だけ低下してしまう
のを防止するため、特に制限されないが、ＭＯ３ＦＥＴ
Ｑ１４のゲートと、ＭＯ３ＦＥＴＱ１５の出力側（ソー
ス側）との間にキャパシタＣ１が設けられる。これによ
って、インクレースゲート回路ＩＴＧからの出力信号が
ハイレベルにされるとき、端子■３の電（立をロウレベ
ルにしておいてキャパシタＣ１にプリチャージを行う。

この後、端子■３の電位をハイレベルにすると、キャパ
シタＣ１によるブートストラップ作用によって上記ＭＯ
３ＦＥＴＱＩ　４及びＱ１５のゲート電圧を昇圧させる
ことができる。

上記垂直走査線ＶＬＩに隣接する垂直走査線■Ｌ２に対
応されたインクレースゲート回路ＩＴＧからの出力信号
は、スイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６とＱ１７のゲートに
供給される。これらのスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６と
Ｑ１７の共通化されたドレイン電極は、端子■４に結合
される。上記スイッチＭＯ５ＦＥＴＱ１６は、端子Ｖ４
から供給される信号を上記垂直走査線ＶＬ２に供給する
。スイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　７は、上記端子Ｖ４から
供給される信号を水平信号線Ｈ３２を出力線ＶＳに結合
させるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ９のゲートに供給される
。出力信号のハイレベルがスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　
６、Ｑ１７によるしきい値電圧分だけ低下してしまうの
を防止するため、特に制限されないが、ＭＯ３ＦＥＴＱ
１６のゲートとＭＯ３ＦＥＴＱ１７の出力側（ソース側
）との間にキャパシタＣ２が設けられる。これによって
、上記同様なタイミングで端子Ｖ４の電位を変化させる
ことによりキャパシタＣ２によるブートストラップ作用
によって上記ＭＯ３ＦＥＴＱＩ　６及びＱ１６のゲート
電圧を昇圧させることができる。

上記端子ｖ３は、奇数番目の垂直走査線（水平信号線）
に対応した駆動用のスイッチＭＯ３ＦＥＴに対して共通
に設けられ、端子ｖ４は偶数番目の垂直走査線（水平信
号線）に対して共通に設けられる。

以上のことから理解されるように、端子Ｖ３とｖ４に択
一的にタイミング信号を供給すること及び上記インクレ
ースゲート回路ＩＴＧによる２行同時選択動作との組み
合わせによって、インクレースモードによる読み出し動
作が可能になる。例えば、端子ＦＡがハイレベルにされ
る奇数フィールドのとき、端子Ｖ４をロウレベルにして
おいて、端子■３に上記垂直シフトレジスタＶＳＲの動
作と同期したタイミング信号を供給することによって、
垂直走査に％　＜水平信号線）をＶＬＩ（Ｈ３１）　、
ＶＬ３　（Ｈ３３）の順に選択することができる。また
、端子ＦＢがハイレベルにされる偶数フィールドのとき
、端子ｖ３をロウレベルにしておいて、端子ｖ４に上記
垂直シフトレジスタ■ＳＲの動作と同期したタイミング
信号を供給することによって、垂直走査線（水平信号線
）をＶＬ２（ＨＳ２）　、ＶＬ４　（Ｈ５４）の順に選
択することができる。

一方、上記端子Ｖ３とｖ４を同時に上記同様にハイレベ
ルにすれば、上記インクレースゲート回路ＩＴＧからの
出力信号に応じて、２行同時走査を行うことができる。

この場合、上記のように２つのフィールド信号ＦＡとＦ
Ｂによる２つの画面毎に出力される２つの行の組み合わ
せが１行分上下にシフトされることにより、空間的重心
の上下シフト、言い換えるならば、等価的なインクレー
スモードが実現される。

さらに、例えば端子ＦＢのみをハイレベルにして、１つ
の垂直走査タイミングで水平シフトレジスタＨ３Ｒを２
回動作させて、それに同期して端子Ｖ３とｖ４をハイレ
ベルにさせることによって、ＶＬＩ、Ｖｌ２．Ｖｌ３．
Ｖｌ４の順のようにノンインタレースモードでの選択動
作を実現できる。

この場合、より高画質とするために、水平シフトレジス
タＨ３Ｒ及び垂直シフトレジスタＶＳＲに供給されるク
ロックが２倍の周波数にされることが望ましい。すなわ
ち、端子Ｈ１とＨ２及び端子ｖ１と■２から水平シフト
レジスタＨ３Ｒ及び垂直シフトレジスタＶＳＲに供給さ
れるクロック信号の周波数を２倍の高い周波数にするこ
とによって、１秒間に６０枚の画像をノンインクレース
方式により読み出すことができる。なお、端子ＨＩＮ及
びＶＩＮは、上記シフトレジスタＨＳＲ，ＶＳＲによっ
てそれぞれシフトされる入力信号を供給する端子であり
、入力信号が供給された時点からシフト動作が開始され
る。このため、上記インクレースゲート回路ＩＴＧ及び
入力端子Ｖ３．Ｖ４に供給される入力信号の組み合わせ
によって、上記２行同時読み出し、インクレース走査、
ノンインクレース走査等を行う場合には、出力信号の垂
直方向の上下関係が逆転せぬよう、上記シフトレジスタ
ＶＳＲの入力信号の供給の際に、タイミング的な配慮が
必要である。

また、上記各垂直走査線■Ｌ１及びそれに対応したスイ
ッチＭＯ３ＦＥＴＱ８のゲートと回路の接地電位点との
間には、リセット用ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱＩＯとＱｌｌが
設けられる。これらのリセット用ＭＯ３ＦＥＴＱＩ　Ｏ
とＱｌｌは、他の垂直走査線及びスイッチＭＯＳ　Ｆ　
ＥＴに対応して設けられるリセット用ＭＯ３ＦＥＴと共
通に端子Ｖ２から供給されるクロック信号を受けて、上
記選択状態の垂直走査線及びスイッチＭＯ３ＦＥＴのゲ
ート電位を高速にロウレベルに引き抜くものである。

この実施例では、前述のように感度可変機能を付加する
ために、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、イ
ンタレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥが設
けられる。これらの感度制御用の各回路は、特に制限さ
れないが、上記画素アレイＰＤに対して、左側に配置さ
れる。これらの垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、インタレ
ースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶＥは、上記読み
出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，インクレースゲー
ト回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶと同様な回路により構成
される。端子ＶＩＥないしＶ４Ｅ及びＶＩＮＢ並びにＦ
ＡＥ、ＡＢＥからそれぞれ上記同様なタイミング信号が
供給される。この場合、上記読み出し用の垂直シフトレ
ジスタＶＳＲと上記感度可変用の垂直シフトレジスタＶ
ＳＲＥとを同期したタイミングでのシフト動作を行わせ
るため、特に制限されないが、端子ＶＩＥとＶｌ及びｖ
２Ｅとｖ２には、同じクロック信号が供給される。した
がって、上記端子ｖｌＥとｖｌ及びｖ２Ｅとｖ２とは、
内部回路により共通化するものであってもよい。上記の
ように独自の端子ＶＩＢ及びＶ２Ｅを設けた理由は、こ
の固体撮像装置を手動絞りや従来の機械的絞り機能を持
つテレビジョンカメラに適用可能にするためのものであ
る。このように感度可変動作を行わない場合、上記端子
ＶＩＥ及びＶ２Ｅを回路の接地電位のようなロウレベル
にすること等によって、上記垂直シフトレジスタＶＳＲ
Ｅの無駄な消費電力の発注をおされるよう配慮されてい
る。

次に、この実施例の固体撮像装置における感度制御動作
を説明する。

説明を簡単にするために、上記ノンインタレースモード
による垂直走査動作を例にして、以下説明する。例えば
、感度制御用の垂直シフトレジスタＶ　Ｓ　ＲＥ、イン
タレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥによっ
て、読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，インクレ
ースゲート回路夏ＴＯ及び駆動回路ＤＶによる第１行目
（垂直走査線ＶＬ　ｌ、水平信号線Ｈ３１）の読み出し
に並行して、第４行目（垂直走査線ＶＬ４、水平信号線
Ｈ５４）の選択動作を行わせる。これによって、水平シ
フトレジスタＨ３Ｒにより形成される水平走査線ＨＬＩ
、ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信号線ＶＳには
第１行目におけるフォトダイオードＤｉ、Ｄ２等に蓄積
された光信号が時系列的に読み出される。この読み出し
動作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記光信号に対応
した電流の供給によって行われ、読み出し動作と同時に
プリチャージ（リセット）動作が行われる。同様な動作
が、第４行目におけるフォトダイオードにおいても行わ
れる。この場合、上記のような感度可変用の走査回路（
ＶＳＲＥ、ＩＴＧＥ、ＤＶＥ）によって、第４行目の読
み出し動作は、ダミー出力線ＤＶＳに対して行われる。

感度制御動作のみを行う場合、端子ＲＶには端子Ｓと同
じバイアス電圧が与えられている。これによって、第４
行目の各画素セルに既に蓄積された光信号の掃き出し、
言い換えるならば、リセット動作が行われる。

したがって、上記垂直走査動作によって、読み出し用の
垂直シフトレジスタＶＳＲ，インクレースゲート回路Ｉ
ＴＧ及び駆動回路ＤＶによる第４行目（垂直走査線ＶＬ
４、水平信号線）（５４）の読み出し動作は、上記第１
行ないし第３行の読み出し動作の後に行われるから、第
４行目に配置される画素セルのフォトダイオードの蓄積
時間は、３行分の画素セルの読み出し時間となる。

上記に代えて、感度制御用の垂直シフトレジスタＶ　Ｓ
　ＲＥ、インタレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路
ＤＶＥによって、読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳ
Ｒ，インクレースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶに
よる第１行目（垂直走査線ＶＬＬ水平信号線Ｈ３１）の
読み出しに並行して、第２行目（垂直走査線ＶＬ２、水
平信号線Ｈ３２）の選択動作を行わせる。これによって
、水平シフトレジスタＨ３Ｒにより形成される水平走査
線ＨＬＩ、ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信号線
■Ｓには第１行目におけるフォトダイオードＤ１、Ｄ２
等に蓄積された光信号が時系列的に読み出される。この
読み出し動作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記光信
号に対応した電流の供給によって行われ、読み出し動作
と同時にプリチャージ（リセット）動作が行われる。同
様な動作が、第２行目におけるフォトダイオードＤ３、
Ｄ４等においても行われる。これによって、上記第１行
目の読み出し動作と並行して第２行目の各画素セルに既
に蓄積された光信号の掃き出し動作が行われる。したが
って、上記垂直走査動作によって、読み出し用の垂直シ
フトレジスタＶＳＲ、インクレースゲート回路ＩＴＧ及
び駆動回路ＤＶによる第２行目（垂直走査線ＶＬ２、水
平信号線Ｈ３２）の読み出し動作は、上記第１行の読み
出し動作の後に行われるから、第２行目に配置される画
素セルのフォトダイオードの蓄積時間は、１行分の画素
セルの読み出し時間となる。これによって、上記の場合
に比べて、フォトダイオードの実質的な蓄積時間を１／
３に減少させること、言い換えるならば、感度を１／３
に低くできる。

このことを−船釣に説明するならば、第２図に示すよう
に、感度制御用の走査回路がｍ番目の垂直走査線ＶＬｍ
の選択動作を行うとき、読み出し用の走査回路がｎ番目
の垂直走査線ＶＬｎを行うときには、）（（ｍ−ｎ）Ｈ
の時間差がある。ここで、Ｈは水平走査時間である。し
たがって、先行する垂直走査動作によって垂直走査線Ｖ
Ｌｍが走査されるときその垂直走査線ＶＬｍの画素セル
がリセットされるから、そのリセット動作から上記読み
出し用の走査回路により垂直走査線ＶＬｍが再び選択さ
れるまでの時間（Ｘ　Ｈ）が、フォトダイオードに対す
る蓄積時間とされる。したがって、５２５行からなる画
素アレイにあっては、ＩＨ分の読み出し時間を単位（最
小）として最大５２５Ｈ分まで読み出し時間の多段階に
わたる蓄積時間、言い換えるならば、５２５段階にわた
る感度の設定を行うことができる。ただし、垂直走査動
作はノンインクレースであり、受光面照度の変化が上記
１画面を構成する走査時間に対して無視でき、実質的に
一定の光がフォトダイオードに入射しているものとする
。インタレースモードでは、ｌフィールドが５２５／２
の２６２．５　Ｈになるため、感度（蓄積時間）はＩＨ
から２６２Ｈまでとされる。なお、上記最大感度（５２
５Ｈ又は２６２Ｈ）は、上記感度制御用の走査回路ＶＳ
ＲＥ等が非動作状態のときに得られる。

上記のような感度制御動作にあっては、画素信号の読み
出しと先行する垂直走査動作によるリセット動作とが並
行して行われる。このため、リセット動作のための画素
信号が、基板等を介した容量結合によって読み出し信号
に混合してしまう場合が生じる。このような容量結合が
生じると、読み出し画素信号にはテレビジョン受像機に
おけるゴーストのようなノイズが生じて画質を劣化させ
る虞れがある。

そこで、この実施例では、特に制限されないが、上記水
平走査線ＨＬ１．ＨＬ２等に対して、ダイオード接続さ
れたＭＯ３ＦＥＴＱ３０．３１等を介して外部端子ＳＰ
から強制的に全水平走査線を選択状態にさせる機能を付
加する。すなわち、上記端子ＳＰをハイレベルにすると
、水平シフトレジスタＨ３Ｒの動作に無関係に、ダイオ
ード形態のＭＯＳＦＥＴＱ３０、Ｑ３１等が全てオン状
態になって全水平走査線ＨＬ１．ＨＬ２等にハイレベル
を供給して選択状態にさせることができる。

また、上記ダイオード形態のＭＯ３ＦＥＴＱ３０゜Ｑ３
１等のような一方向性素子を介して上記選択レベルを供
給するものであるため、上記端子ＳＰをロウレベルにす
れば、上記ＭＯ５ＦＥＴＱ３０゜Ｑ３１等はオフ状態を
維持する。これによって、上記のような強制的な同時選
択回路を設けても、水平シフトレジスタＨ３Ｈのシフト
動作に従った水平走査線ＨＬ１．ＨＬ２等が時系列的に
選択レベルにされる動作の妨げになることはない。なお
、水平シフトレジスタＨ３Ｒが、ダイナミック型回路に
より構成される等によって、上記のような強制的な水平
走査線ＨＬ１．ＨＬ２等の選択レベルによってそのシフ
ト動作に悪影響が生じるなら、上記選択レベルが水平シ
フトレジスタＨ３Ｒの内部に伝わらないようなスイッチ
回路等が付加される。

上記水平走査線ＨＬＩ、ＨＬ２等の同時選択動作を後述
するような水平帰線期間により行われるとともに、上記
先行する垂直走査を開始させる。

これにより、上記リセットさせるべき行の全画素の信号
を予め強制的にリセットさせることができる。したがっ
て、上記水平シフトレジスタＨ３Ｒによる水平走査線の
選択動作に伴い画素信号の読み出しにおいて、先行する
行からは実質的に画素信号が出力されない。これによっ
て、上記基板等を介した容量結合が存在しても読み出し
信号には上述のようなノイズが現れない。

第１図には、上記固体撮像素子を用いた、自動絞り機能
を持つ撮像装置の一実施例のブロック図が示されている
。

固体撮像素子ＭＩＤは、上記第３図に示したような感度
可変機能を持つものである。この固体撮像素子ＭＩＤか
ら出力される読み出し信号は、プリアンプによって増幅
される。この増幅信号Ｖｏｕｔは、一方において図示し
ない信号処理回路に供給され、例えばテレビジョン用の
画像信号とされる。上記増幅信号Ｖｏｕｔは、他方にお
いて自動絞り制御用に利用される。すなわち、上記増幅
信号Ｖｏｕｔは、ロウパスフィルタＬＰＦと検波回路Ｄ
ＥＴからなる平滑回路により平均的な直流レベルに変換
される。この直流レベルＶＤは、電圧比較回路ＣＯＭＰ
の一方の入力（＋）に供給される。

上記電圧比較回路ＣＯＭＰの他方の入力（−）には、固
体撮像素子ＭＩＤから読み出される読み出し信号レベル
に対応した基準電圧Ｖ　ｒｅｆが供給される。上記電圧
比較回路ＧＯＭＰにより形成される出力信号は、感度制
御回路を構成するアップ／ダウンカウンタ回路Ｃ０ＵＮ
Ｔのアップ／ダウン制御端子Ｕ／Ｄに供給される。上記
カウンタ回路Ｃ０ＵＮＴの計数出力信号は、制御回路Ｃ
０ＮＴに供給される。制御回路Ｃ０ＮＴは、上記計数出
力信号を解読するとともに、固体撮像装置ＭＩＤに前述
のような走査タイミングを制御するクロック信号を供給
する駆動回路からの信号ＶＩＮ、及びＶｌ等を受けて１
、固体撮像装置ＭＩＤの読み出しタイミングを参照して
、それに実質的に先行する信号ＶＩＮＥを形成する。す
なわち、上記タイミング信号ＶＩＮを基準にして、必要
な絞り量（感度）に対応した先行するタイミング信号Ｖ
ＩＮＥを形成するものであるため、実際には上記タイミ
ング信号ＶＩＮに遅れて信号ＶＩＮＥが形成される。し
かしながら、繰り返し走査が行われるため、上記信号Ｖ
ＩＮＥからみると、次の画面の走査では信号ＶＩＮが遅
れるものとされる。すなわち、タイミング信号ＶＩＮに
対してｌＨ分遅れてタイミング信号ＶＩＮＥを発生する
と、次の走査画面ではタイミング信号ＶＩＮＥは、タイ
ミング信号ＶＩＮに対して２６１Ｈ（インクレースモー
ドのとき）分先行するタイミング信号とみなされる。上
記タイミング信号ＶＩＮ及びＶＩＮＥによって、各垂直
シフトレジスタＶＳＲ及びＶＳＲＥのシフト動作が開始
されるから、前述のような感度可変動作が行われる。

この実施例では、読み出し動作のための奇数フィールド
と偶数フィールドとの間の垂直同期タイミング信号ＧＫ
により、上記カウンタ回路Ｃ０ＵＮＴは、電圧比較出力
ＣＯＭＰの出力に応じたアップ又はダウンの１ステツプ
の計数動作を行うものである。それ故、制御回路Ｃ０Ｎ
Ｔによる実質的な感度設定動作は１，１フレームに１回
の割合で行われるものとなる。このように、ｌフレーム
に１回の割合で、感度設定動作を行う理由は、下記の通
りである。

例えば、奇数／偶数の各フィールド毎に感度設定動作を
行うことも可能である。しかしながら、このようにする
と、適正制御量付近で過剰な感度設定が行われることに
よって、フリッカが生じ易くなるからである。

また、応答性の改善のために、固体撮像素子ＭＩＤの設
定された感度（第２図のＸに相当する）がＩＨから２３
Ｈまでのように低い領域では、ＩＨを単位制′４′Ｂ量
として感度変化が行われる。すなわち、上記ＸがＩＨか
ら２３Ｈに設定される領域では、アップ又はダウンの１
スツプ毎に＋ＩＨ又は−ＩＨのように感度が変化させら
れる。上記感度Ｘが２４Ｈから１２Ｈのような中間の領
域では、特に制限されないが、４Ｈを単位制御量として
感度変化が行われる。すなわち、上記Ｘが２４Ｈから７
２Ｈに設定される領域では、アップ又はダウンの１スツ
プ毎に＋４Ｈ又は−４Ｈのように感度が変化させられる
。そして、上記感度Ｘが７３Ｈから２６１Ｈのような高
い領域では、特に制限されないが、９Ｈを単位制御量と
して感度変化が行われる。すなわち、上記Ｘが７３）（
から２６１Ｈに設定される領域では、アップ又はダウン
の１スツプ毎に＋９Ｈ又は−９Ｈの、ように感度が変化
させられる。

上記のような単位の感度設定は、カウンタ回路Ｃ０ＵＮ
Ｔを上記電圧比較回路ＣＯＭＰの出力によりアップ／ダ
ウン計数を行う２進計数動作を行わせた場合には、その
計数出力をＲＯＭ等により構成された変換テーブルに入
力して、前記のような水平タイミングに置き換えるもの
、あるいはカウンタ回路Ｃ０ＵＮＴをレジスタと加減算
回路から構成し、上記電圧比較回路ＣＯＭＰの出力に応
じて±ｌＨ１±４Ｈ１±９Ｈの加減算動作を行うものと
してもよい。

この実施例においては、例えば感度Ｘが低い領域の中間
的なＩＯＨのとき、アップ信号が形成されたなら１１）
！となり、感度変化の割合は１．１倍になる。また、感
度Ｘが中間の領域の中間的な４０Ｈのとき、同様にアッ
プ信号が形成されたなら、４Ｈ変化して４４Ｈとなり、
感度変化の割合は１゜１倍になる。更に、感度Ｘが高い
領域の中間的な１８１Ｈのとき、同様にアップ信号が形
成されたなら、９Ｈ変化して１９０Ｈとなり、感度変化
の割合は１．０５倍になる。これにより、全体的な感度
の変化の割合を均一化することができる。なお、上記の
ような高い感度のとき、単位の感度制御量を１８Ｈのよ
うに大きくしてもよいが、それより感度の調整幅を微細
にしてより細かな感度設定を行うものである。

上記感度Ｘが低い領域では、ＩＨから２３までの２３段
階、中間の領域では１３段階（（７２−２４）／４＋１
）　、高い領域では２２段階〔（２６１−７３）／９＋
１）であるため、最小ＩＨから最大感度２６１Ｈに設定
するのに５８回の感度アップ動作により行えるから前記
のように１フレームに１回の割合で感度制御を行う場合
でも２秒以下に短縮できる。これにより、電源投入直後
に２秒以下で最小感度から最大感度に設定できるから、
応答性の大幅な改善が可能になる。

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。

感度可変機能を持つ固体撮像素子からの読み出し信号と
、設定すべき信号レベルに対応した基準信号と比較して
両者かはソ゛一致するように制御信号を形成する感度設
定回路において、固体撮像素子の設定される感度が高く
なるに対応して単位の感度変化量を大きくする機能を付
加する。この構成においては、全体としての１ステツプ
当たりの感度変化の割合をより均一化できるとともに全
体のステップ数が大幅に小さくなるから最小感度から最
大感度又はその逆への設定が高速になり、大幅な応答性
の改善が可能になるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、読み出し信号を
処理するアナログ回路の構成は、上記単純に平均値を求
めるものの他、ピーク値を求めてそれとの混合によって
絞り量を設定するもの、又は平滑出力レベルをディジタ
ル化して、ディジタル基準信号との差を計算するもの等
種々の実施形態を採ることができる。この発明に係る撮
像装置に用いられる固体撮像装置は、上記ＭＯ３形固体
撮像装置の他、例えばＣＣＤ（電荷移送素子）を用いた
ものにも適用できる。

すなわち、読み出しが行われる行に対して先行する行に
おけるフォトダイオードの電荷を掃き出させるリセット
回路を付加し、このリセット回路を感度設定用の走査回
路により動作状態にして感度可変機能が付加されるもの
であってもよい。

この発明は、前記のように読み出しが行われる行に対し
て先行する行の信号を掃き出すことによって感度可変に
された固定撮像素子を用いた固体撮像装置に広く利用で
きる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、感度可変機能を持つ固体撮像素子からの読
み出し信号と、設定すべき信号レベルに対応した基準信
号と比較して両者がほゞ一致するように制御信号を形成
する感度設定回路において、固体撮像素子の設定される
感度が高くなるに対応して単位の感度変化量を大きくす
る機能を付加することにより、全体としての１ステツプ
当たりの感度変化の割合をより均一化できるとともに全
体のステップ数が大幅に小さくなるから最小感度から最
大感度又はその逆への設定′が高速になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る自動絞り機能を持つ固体撮像
装置の一実施例を示すブロック図、第２図は、その感度
設定動作を説明するための画面構成図、 第３図は、この発明に用いられる固体撮像素子の一実施
例を示す要因回路図である。 ＭＩＤ・・固体撮像素子、ＬＰＦ・・ロウパスフィルタ
、ＤＥＴ・・検波回路、ＧＯＭＰ・・電圧比較回路、Ｃ
０ＵＮＴ・・カウンタ回路、Ｃ０ＮＴ・・制御回路、Ｐ
Ｄ・・画素アレイ、ＶＳＲ・・読み出し用垂直シフトレ
ジスタ、ＩＴＧ・・読み出し用インクレースゲート回路
、ＤＶ・・読み出し用駆動回路、ＶＳＲＥ・・感度設定
用垂直シフトレジスタ、Ｉ　ＴＧＥ・・感度設定用イン
クレースゲート回路、ＤＶＥ・・感度設定用駆動回路、
Ｈ３Ｐ・・水平シフトレジスタ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元状に配列された複数個の画素セルの信号を時
   系列的に出力させる第１の走査回路と、上記第１の走査
   回路における垂直走査動作とは独立に垂直走査動作を行
   う第２の走査回路とを含む固体撮像素子と、上記固体撮
   像素子の読み出し信号と設定すべき信号レベルに対応し
   た基準信号と比較して両者がほゞ一致するように上記第
   ２走査回路の動作開始タイミングを制御する感度設定回
   路とを具備し、上記固体撮像素子の設定される感度が高
   くなるのに対応して単位の感度変化量を大きくしたこと
   を特徴とする固体撮像装置。 ２、上記単位の感度変化量は、感度が低い領域では１水
   平走査期間を、感度が中間の領域では上記１水平走査期
   間の数倍の水平走査期間を、感度が高い領域ではさらに
   その２倍の水平走査期間のように３段階になるように設
   定されるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の固体撮像装置。