JPH01245769A - 光電変換装置 - 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】 〔Ｍ東上の利用分野〕 本発明は光電変換素子からの信号を蓄積する蓄積手段を
有する光電変換装置に係り、特に暗信号のバラツキや駆
動ノイズ等の不要成分を除去することを企図した光電変
換装置に関する。

〔従来技術〕

第１０図は、従来の光電変換装置の一例を示す概略的構
成図である。

同図において、光センサＳ、〜Ｓｎからの読出信号は蓄
積用コンデンサ０１〜Ｃｎに蓄積される。そして走査回
路１０１の動作タイミングに従ってトランジスタＱｈ１
〜Ｑｈｎが順次ＯＮ状態になることで、各読出信号は順
次出力ライン１０２に現われ、アンプ１０３全通して外
部へ出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来例では、光センサの暗信
号や駆動ノイズ等の不要成分が読出信号に含まれて出力
されるという問題点を有していた。

ここで駆動ノイズとは、光センサを駆動して信号を読出
す時に発生するノイズであり、素子形状等の製造上のバ
ラツキに起因するノイズや素子分離等に起因し光照射量
に依存するスミア等をいう。

また、暗信号とは光センサの暗電流であるが、そのバラ
ツキは光センサの蓄積時間および温度に大きく依存して
いる。

このような駆動ノイズや暗イキ号等の不要信号は、特に
低照度撮像時に問題となる。低照度撮像時においては撮
像による情報信号レベルが低くなるために、結果的にＳ
Ｎ比が低下し、画質を劣化させるからである。したがっ
て、画質を改善するためには、上記不要信号を低減させ
ることが必要となる。

しかしながら、上述したように、暗信号は温度や蓄積時
間の依存性が大きく、駆動ノイズはその依存性が小さい
ために、これら不要信号を除去しようとすれば、両信号
を分離して補正係数を定めることが必要となり、そのた
めには多大のメモリを必要とする。その結果、信号処理
の複雑化、コストの上昇、撮像装置の大型化という問題
を生じさせていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による光電変換装置は、 光電変換素子の出力端子に、第一のリセット手段と第一
及び第二の蓄積手段とが接続され、更に前記第二の蓄積
手段を介して信号転送手段及び第二のリセット手段が接
続されており、前記光電変換素子から第一の信号を読み
出すときは前記第二のリセット手段により前記第二の蓄
積手段を基準電位に設定し、第二の信号を読み出すとき
は前記第二のリセット手段により前記第二の蓄積手段を
浮遊状態にすることを特徴とする。

〔作　用〕

第一及び第二の蓄積手段に光電変換素子からの第一及び
第二の信号を蓄積することで、第一及び第二の信号を重
畳して読み出すことができ、光電変換出力からノイズ等
の不要成分を除去することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面全参照しながら詳細に説明
する。

第１図は、本発明による光電変換装置の第一実施例の基
本構成を示す概略的回路図である。

同図忙おいて、光センサＳの出力端子であるトランジス
タのエミッタ電極はトラン・クスタＱＶＣを介して接地
され、トランジスタＱＶＣのダート電極にはパルスφｖ
ｃが入力する。更に、エミッタ電極はコンデンサＣｖヲ
介して接地されると共ｆ、コンデンサＣ及びトランジス
タＱｈヲ介して水平出力うインＩ（Ｌに接続されている
。トランジスタＱｈのゲート電極には図示されてｂない
シフトレジスタから水平走査パルスφ５が入力する。

水平出力ラインＩ（ＬｆｌリセットトランジスタＱｈｒ
を介して接地され、トランジスタＱｈｒのゲート電極に
に〕９ルスφｈｒが入力する。

第３図及び第４図は、本発明による光電変換装置の具体
的動作の第−例及び第二例を示すタイミングチャートで
ある。

第３図に示す第−例は、先にノイズを読み出し、次に信
号音読み出す動作例であり、褐４図に示す第二例は、先
に信号を読み出し、次にノイズを読み出す動作例である
。

第３図において、期間ａで光センサＳのリフレッシュを
行ない、またパルスφｈｒとすべての走査／４’　／Ｉ
／　スφｈ、〜φｈｎトヲハイレベルにしてコンデンサ
Ｃ１をクリアする。

続いて、・やルスφ、ｒ及びφ５．〜φｈｎをそのまま
にしてコンデンサＣ４をトランジスタＱ、及びＱｈｒを
通して接地状態とし、ノ母ルスφＶＣをローレベルにし
てセンサＳのエミッタを浮遊状態とする。これによって
、光センサＳのリフレッシュ後のノイズ成分がコンデン
サＣｖ及びＣ１に転送され蓄積される（期間ｂ）。そし
て、駆動パルスφ、が基準電位に立下がり、光センサＳ
は蓄積動作を開始する（期間Ｃ）。この蓄積期間Ｃにお
いて、ノ！ルスφＶＣが立上がりコンデンサＣｖヲクリ
アする。

続いて、蓄積期間Ｃが終了すると、パルスφ。

が立上がり、入射光量に対応したセンサ信号が読み出さ
れ、コンデンサＣＶに転送され蓄積されるＣ期間ｄ）。

このとき、ノやルスφ　〜φｈｎトφｈｒ（Ｑｌ はローレベルであるからトランジスタＱ及びＱｈｒｈ はＯＦＦであり、コンデンサＣ１は浮遊状態にある。

続いて、水平走査パルスφｈ１〜φｈｎが順次ハイレベ
ルとなり、センサ信号からノイズ成分が除去された信号
Ｓ。ｕｔが水平出力ラインＨＬから外部へ順次出力され
る（特願昭６２−１９４５２５号）。その際、一画素の
信号が出力されるごとにパルスφ　によりトランジスタ
ＱｈｒがＯＮとなり、水平ｒ 出力ラインＨＬの残留電荷がクリアされる（信号読出し
期間ｆ）。

第２図は、本発明の第二実施例の基本構成を示す概略的
回路図である。

本実施例では、第−実施例におけるコンデンサＣ１とト
ランジスタＱｈとの間に、転送トランジスタＱ及びコン
デンサＣ，ヲ設け、水平走査に先立って、ノイズ成分を
除去された偵号をコンデンサＣｔに蓄積する。

本実流側ｆｔ、第４図に示す第二動作例で動作させる場
合を説明する。

まず、蓄積期間Ｃが終了すると、パルスφｈ１〜φｈｎ
　’φｈｒ及びレヲハイレペルにしてコンデンサＣ，ヲ
クリアすると同時にコンデンサＣ１の他端を接地状態に
する。そして、パルスφ、を立ち上がらせ、光センサＳ
からセンサ信号を読み出し、コンデンサＣｖ及びＣ１に
蓄積する（信号転送期間ｄ）。

続いて、パルスφＶＣをハイレベルにしてトランジスタ
ＱＶＣをＯＮとし、光センサＳΩエミッタを接地状態に
してリフレッシュ動作を行うとともに、コンデンサＣＶ
ヲクリアする（期間ａ）。

続いて、ノヤルスφｒをハイレベルとしたままで、パル
スφＶＣを立ち下がらせてトランジスタＱｖｃヲＯＦＦ
　ニして、光センサＳのノイズ成分をコンデンサＣｖへ
転送する（期間ｂ）。そして光センサＳｆｌ蓄積動作を
開始する（期間Ｃ）。

一方、ノイズ成分を除去された信号は、パルスφ、が立
ち上がりトランジスタＱ、がＯＮになることで、コンデ
ンサＣ０へ転送され蓄積される（期間ｅ）。

そして、水平走査パルスφｈ１〜φｈｎ及びφ５．によ
って順次水平出力ラインＨＬへ転送され、外部へ送出さ
れる（期間ｆ）。

このように、第一及び第二実施例において光センサＳの
エミッタがコンデンサＣ４及びＣｖに直接接続されてい
るために、光センサＳの負荷容量を軽減でき、読出し効
率を改善することができる。

また、温度や製造時のバラツキ等によるトランジスタの
ｖｂの変動もノイズ除去と同時に除去されるために、後
段のアンプにより増幅しても高ＳＡの信号を得ることが
できる。

なお、第１図に示す第一実施例を第４図に示す第二動作
例で動作させることもできるし、第二実施例を第−動作
例で動作させることもできる。

また、光センサＳの方式は図示されるダート分離型セン
サ（％願昭６２−１７１５０号）に限定されるものでは
なく、その他のペース蓄積型センサ、ＳＩＴ型センサ等
であってもよい。

第５図は、本発明による固体撮像装置の一例の概略的回
路図である。

同図において、光電変換セルＳ１〜Ｓｎのエミッタ電極
は、垂直ラインｖＬ、〜ｖＬｎに各々接続され、各垂直
ラインには転送トランジスタＱ１、コンデンすＣ４及び
Ｃ２が接続され、更にトランジスタＱＶＣを介して接地
されている。

各垂直ラインのトランジスタｑｖｃのダート電極は共通
に接続され、パルスφｖｃが印加される。また、各トラ
ンジスタＱ１のダート電極もそれぞれ共通に接続され、
・２ルスφ、が印加される。

各光電変換セルに対応するトランジスタＱｈのゲート電
極は、ともに走査回路１の並列出力端子に接続され、そ
れぞれパルスφ５．〜φｈｎが印加される。また、各ト
ランジスタＱｈは、出力ラインＨＬに接続され、出力ラ
インＨＬはアンプ２に接続されるとともに、トランジス
タＱｈｒを介して接地されている。トランジスタＱｈｒ
のダート電極にはりセラトノ２ルスφｈｒが印加される
。

このような構成を有する本実施例の動作を第６図を参照
して簡単に説明する。

第６図は、本実施例の動作を説明するためのタイミング
チャートである。

すでに説明したように、期間Ｔ、において各光電変換セ
ルに対応するコンデンサＣおよびＣ２ヲクリ了し、期間
Ｔ２において各コンデンサｃ１およびＣ２に各光電変換
セルの続出信号を蓄積する。続いて、期間Ｔ３において
コンデンサＣ２ヲクリアするとともに各光電変換セルを
リフレッシュし、期間Ｔ４においてリフレッシュ後の各
光電変換セルの残存信号を各コンデンサＣ２に蓄積する
。

こうして各光電変換セルの読出し信号および残存信号を
蓄積した後、期間Ｔ、Ｊ５において走査回路１からノ（
ルスφｈ１がトランジスタＱｈのダート！極に印加され
、前述したように、コンデンサＣ１およびＣ２の接続状
態によりコンデンサＣ１に蓄積された光電変換セルＳの
読出信号からコンデンサＣ２に蓄積された残存信号を差
し引いた（Ｎ号が情報信号として出力ラインＨＬに現わ
れ、アンプ２を経て出力信号Ｓ。ｕｔとして出力される
。

光電変換セルＳ１の信号が出力されると、パルスφｈｒ
によってトランジスタＱｈｒがオンとなり、出力ライン
ＨＬに残留している電荷が除去される。

以下同様にして、パルスφｈ２〜φｈｎにより、光電変
換セルＳ２〜Ｓｎの情報信号が出力ラインＨＬに取り出
され、アンプ２を通して信号Ｓ。ｕｔとして順次出力さ
れる。

なお、本実施例では電圧読出方式について述べたが、第
５図に破線で示すように、出力ラインＨＬに負荷抵抗Ｒ
Ｌｉ付加した電流読出方式の場合でも同様である。

また、本実施例では一次元ラインセンサについて述べた
が、二次元エリアセンサに適用してもよい。

また、−本の垂直ラインＶＬによってセンサ信号からノ
イズ成分を除去できるために、構造が簡略化でき、製造
歩留りも向上する。

第７図は、本実施例に用いられる走査回路の一例の概略
的回路図である。この走査回路は、特願昭６２−２７３
１８５号に開示されている。

本例では、駆動パルスφｈ１およびφｈ２とは別個の駆
動パルスφ。、およびφｃ２が入力し、トランジスタＭ
３．Ｍ４．Ｍ７．Ｍ８．Ｍｌｌ、Ｍ１２・・・のＯＮ　
／　ＯＦＦ制御を行う。

また、任意の走査パルスを二段前の単位回路へフィード
バックさせ各トランジスタＭ５　、Ｍ９　。

Ｍ１３・・・をＯＮとする回路において、その各フィー
ドバック配線にトランジスタＱ１．Ｑ２・・・を各々設
け、これらトランジスタＱ１．Ｑ２・・・を駆動パルス
φ。、又はφ。２によってＯＮ　／　ＯＦＦ制御してい
る。

次に本実施例の動作を説明する。

第８因は、本例の動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。

まず、前段の単位回路において、スタートパルスφｈ８
が入力した状態で、パルスφゎ、にょってトランジスタ
Ｍ１が導通状態にされ、電圧ｖ１が上昇する。電圧ｖ１
はトランジスタＭ２のダート電位であるから、トランジ
スタＭ２は電位ｖ１に対応したコンダクタンスを示して
いる。

続いて、パルスφｈ１”Ｋ立下がりパルスφｈ２が立上
がると、トランジスタＭ２全通して電圧ｖ２が上昇し、
それが容量Ｃ１全通してトランジスタＭ２のゲートにフ
ィードバックされ、電圧ｖ、ヲ更に上昇させる。これに
よって、トランジスタＭ２のコンダクタンスが更に上昇
し、・千ルスφｈ２が電圧低下なしに電圧Ｖ２として現
われる。

この状態で、パルス幅の狭い駆動パルスφ。２が入力す
る。これによって、トランジスタＭ３がＯＮとなり、第
１段重位回路の電圧Ｖ３を上昇させる。

続いて、パルス幅の広い駆動ｉｊパルスｈ、が立上がる
。これによってトランジスタＭ６全通して電圧ｖ４が立
上がり、容量Ｃ２全通して電圧ｖ３を更に上昇させる。

したがって、ノ９ルスφｈ１がそのまま電圧ｖ４として
現われ、これが走査パルスφ１．として出力する。

これと同時に、／’Ｐルスφｈ１によってトランジスタ
Ｍ１がＯＮとなり、電位ｖ１は基準電位に低下する。

電圧ｖ４がハイレベルの状態で、パルス幅の狭い駆動／
４’ルスφｃ１が立上がり、第１段重位回路のトラン−
）スタＭ７がＯＮとなって第２段重位回路の電圧ｖ５が
上昇する。

そして、駆動パルスφｈ２が立上がることで、トランジ
スタＭＩＯおよび容量ｃ３によって、電圧Ｖ６が上昇し
走査パルスφ２１として出力する。この時点では、フィ
ードバック配線のトランジスタＱ。

はＯＦＦであるから、トランジスタＭ５はＯＦＦのまま
であり、したがって第１−段の電圧ｖ３もハイレベルで
あり、走査パルスφ１１もハイレベルを維持している。

続いて、駆動パルスφｈ１が立下がると、電圧ｖ４（走
査パルスφ、１）が立下がり、また電圧ｖ３も低下する
。

続いて、駆動パルスφ。２が立上がると、トランジスタ
ＭｌｌがＯＮとなって電圧Ｖ７を上昇させると同時に、
トランジスタＭ８、Ｑ、およびＭ３がＯＮとなる。

トランジスタＭ８がＯＮとなることで、′電圧ｖ４が基
準電位Ｖ　にリセットされる。

また、トランジスタＱ１がＯＮとなることで、走査パル
スφ２１によってトランジスタＭ５がＯＮとなり、電圧
ｖ３が接地電位になる。さらに、トランジスタＭ３がＯ
Ｎとなることで、電圧■２も接地電位にリセットされる
。

このようにして、第２図に示すように、駆動パルスφｈ
１およびφｈ２のタイミングで、走査ノ４ルスφ１４．
φ２１．φ１□・・・が重複しながら、順次出力される
。すなわち、デーーティ比５０％以上のパルス幅の広い
走査パルス出力を得ることができる。

第９図（８）は、本例における一括リセット動作を説明
するためのタイミングチャート、第９図（Ｂ）は、同じ
く一括ハイレペルセット動作を説明するためのタイミン
グチャートである。

同図（Ａ）に示すように、−括リセットは、基準電圧ｖ
ｌローレベルにした状態で駆動パルスφ。。

およびφ。２を同時にハイレベルにすることで行われる
。期間Ｔ、の場合は、走査パルス出力中の一括リセット
であり、期間Ｔ２の場合は、走査開始時の一括リセット
である。

このような−括リセットの機能に、後述する撮像装置に
おける拡大読出し動作に有用である。

また、−括ハイレペルセットは、同図（Ｂ）に示すよう
に、基準電圧Ｖｎ８ヲハイレベルにした状態で駆動パル
スφ。１およびφｃ２をハイレベルに−ｆ−ルことで行
われる。期間Ｔ４の場合は、φｃ２がハイレベルになる
ことでトランジスタＭ８．Ｍ１６・・・がＯＮとなり、
走査ノ４ルスφ　、φ　、・・・φ、ｎがハイレベルに
セットされる。期間Ｔ５の場合は、走査パルスφ２１．
φ２□・・・φ２ｎがハイレベルにセットサれる。

なお、期間Ｔ３は、上述の一括リセットの場合を示して
いる。

第１１図は、２次元撮像装置を使用した撮像システムの
一例の概略的構成図である。

同図において、撮像素子３０１が第５図に示す装置を２
次元化したものに和尚する。撮像素子３０１の出力信号
Ｓ。ｕｔは信号処理回路３０２によってダイン調整等の
処理が行われ、ＮＴＳＣ信号等の標準テレビジョン信号
として出力される。

また、撮像素子３０１を駆動するための上記各パルスは
ドライバ３０３によって供給され、ドライバ３０３は制
御部３０４の制御によって動作する。また、制御部３０
４は撮像素子３０１の出力に基いて信号処理回路３０２
のダイン等を調整するとともに、露出制御手段３０５を
制御して撮像素子３０１に入射する光量を調整する。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明による光電変換装置
は、第一及び第二の蓄積手段に光電変換素子からの第一
及び第二の信号を蓄積することで、第一及び第二の信号
を重畳して読み出すことができ、光電変換出力からノイ
ズ等の不要成分を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電変換装置の第一実施例の基
本構成を示す概略的回路図、 第２図は、本発明の第二実施例の基本構成を示す概略的
回路図、 第３図及び第４図は、本発明にょる光電変換装置の具体
的動作の第−例及び第二例を示すタイミングチャート、 第５図は、本発明による固体撮像装置の一実施例の概略
的回路図、 第６図ｔよ、本実施例の動作を説明するためのタイミン
グチャート、 第７図は、本実施例に用いられる走査回路の−（１８〕 例の概略的回路図、 第８図は、本例の動作を説明するためのタイミングチャ
ート、 第９図（Ａ）は、本例における御粘リセット動作を説明
するためのタイミングチャート、第９図（Ｂ）は、−括
ハイレペルセット動作を説明するためのタイミングチャ
ート、 第１０図は、従来の光電変換装置の一例を示す概略的構
成図、 第１１図は、２次元撮像装置を使用した撮像システムの
一例の概略的構成図である。 Ｓ・・・光センサ、Ｃｖ及びＣ１・・・蓄積コンデンサ
代理人　弁理士　山　下　穣　平 θ） 仄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換素子の出力端子に、第一のリセット手段
   と第一及び第二の蓄積手段とが接続され、更に前記第二
   の蓄積手段を介して信号転送手段及び第二のリセット手
   段が接続されており、前記光電変換素子から第一の信号
   を読み出すときは前記第二のリセット手段により前記第
   二の蓄積手段を基準電位に設定し、第二の信号を読み出
   すときは前記第二のリセット手段により前記第二の蓄積
   手段を浮遊状態にすることを特徴とする光電変換装置。
2. （２）前記信号転送手段は第三の蓄積手段を有し、上記
   第一及び第二の蓄積手段に蓄積された第一及び第二の信
   号を重畳した信号を蓄積することを特徴とする請求項（
   １）記載の光電変換装置。