JPH025686A - 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、固体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、その感度が可変にされる機能を持つ固体撮像装置に
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。この感度可変機能を持つ固体撮像装置は、２つの
垂直走査回路を持ち、読み出し動作に対して実質的に先
行する垂直走査動作を行わせることによりダミーの読み
出しく掃き出し）を行い、両垂直走査の時間差によりフ
ォトダイオードの蓄積時間を可変とするものである。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、例えば本出願人が先に出願した特願昭６１−１
７９９０２号がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記固体撮像装置の感度制御動作にあっては、画素信号
の読み出し動作と、それに先行する垂直走査動作による
信号の掃き出し動作とが並行して行われる。このため、
信号の掃き出し動作のための画素信号が、基板等を介し
た容量結合等によって読み出し信号に混合してしまう場
合が生じることが判明した。このような信号の混合が生
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て
しまうものとなる。

この発明の目的は、感度可変機能を付加しつつ、高品質
の読み出し信号が得られる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
を篇単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、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垂直走査回路に、垂直選択線
の選択状態を保持させて信号の掃き出し経路を形成する
機能を付加するとともに、上記垂直走査回路による選択
状態に保持にされた垂直選択線を解除させてフォトダイ
オードの蓄積動作を開始させる垂直走査回路を別に設け
る。

〔作　用〕

上記した手段によれば、垂直走査線が読み出し後も選択
状態にされているから、別に設けた垂直選択回路により
リセットされてフォトダイオードの蓄積が開始させれる
まで、定常的に信号の掃き出しが行われるものとなるか
ら、ノイズを大幅に低減できるものとなる。

〔実施例〕

（実施例１） 第１図には、この発明に係るＴ　Ｓ　Ｌ　（Ｔｒａｎｓ
−−ｖｅｒｓａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｌｉｎｅ　）方式の
固体撮像装置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ＤＩと垂直走査線ＶＬＩ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ＭＯ３ＦＥＴ
Ｑ２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ＭＯ３ＦＥＴＱＩ、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ｖＡＨＬ１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ＭＯ８ＦＥＴＱ２．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、固体撮像装置に対して実質的な電子式
の感度可変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、上記例示的に示されている１つの水平信号線Ｈ８
１には、読み出し用のスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ９と、信
号掃き出し用のスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩＯが設けられ
る。他の例示的に示されている水平信号′１ａＨＳ２な
いしＨ３４に対しても、上記同様な２つのスイッチＭＯ
３ＦＥＴが設けられる。上記読み出し用のスイッチＭＯ
Ｓ　Ｆ　ＥＴＱ　９等は、それに対応する水平信号線Ｈ
３Ｉ等を信号端子Ｓに接続された出力線に結合させる。

上記信号掃き出し用のスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　Ｏ等
は、それに対応する水平信号線Ｈ３Ｉ等をリセット端子
（バイアス端子）ＲＶに接続されたリセット線に結合さ
せる。上記端子Ｓからの読み出し信号は、外部に設けら
れるプリアンプの入力に伝えられる。上記端子端子ＲＶ
には、フォトダイオードをプリチャージさせる所定のバ
イアス電圧が供給される。

上記水平走査線ＨＬＩないしＨＬ２等には、水平シフト
レジスタＨ３Ｒ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、産業用途にも適用可能とするため、垂
直走査回路の出力部には、インタレースモードの他に選
択的な２行同時走査、ノンインクレースモードでの走査
を可能にするためのインクレースゲート回路ＩＴＧが設
けられる。

すわなち、同図の画素アレイ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ＶＳ１．ＶＳ２等を
形成する。これらの出力信号ＶＳＩ、ＶＳ２等は、イン
クレースゲート回路ＩＴＧを介して出力回路に供給され
、後述するような読み出し動作及び感度可変のための垂
直走査線の選択動作が行われる。

上記インクレースゲート回路ＩＴＧは、例えばインクレ
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ＶＬＩ、ＶＬ２
とＶＬ３の組み合わせで同時選択されせる機能を持つ。

例えば、奇数フィールド信号ＦＡによって制御されるス
イッチＭＯ３ＦＥＴ等により、垂直シフトレジスタＶＳ
Ｒの出力信号ＶＳＩを、水平信号線Ｈ３Ｉを選択する垂
直走査線ＶＬＩに出力させる。同様に、信号ＦＡによっ
て制御されるスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ等によって、垂
直シフトレジスタＶＳＲの出力信号ＶＳ２を、水平信号
線Ｈ３２とＨ３３を同時選択するよう垂直走査線ＶＬ２
とＶＬ３に出力させる。

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
の選択信号を形成する。偶数フィールドでは、垂直走査
線ＶＬＩないしＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩ
とＶＬ２及びＶＬ３とＶＬ４の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ＭＯ３ＦＥＴ等により、垂直シフトレジ
スタ■ＳＲの出力信号ＶＳＩを、水平信号線Ｈ３ＩとＨ
３２を選択する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２に出力させる
。同様に、信号ＦＢによって制御されるスイッチＭＯＳ
　Ｆ　ＥＴ等によって、垂直シフトレジスタＶＳＲの出
力信号ＶＳ２を、水平信号線Ｈ３３とＨ３４を同時選択
するよう垂直走査線ＶＬ３とＶＬ４に出力させる。イン
クレースゲート回ｆｌＩＴＧは、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を形成する
。

端子ＨＩＮ及びＶＩＮは、上記シフトレジスタＨ３Ｒ，
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。

上記垂直走査線ＶＬＩは、ＭＯ３ＦＥＴＱ１３により選
択レベルが与えられる。このＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ１３は
、そのゲートに上記インクレースゲート回路ＩＴＧを通
した垂直選択信号Ｓ１が供給され、そのオン状態により
バイアス電圧Ｂ１を垂直走査線ＶＬＩを電源電圧Ｖｃｃ
のようなハイレベルにする。このとき、ＭＯ３ＦＥＴＱ
１３のしきい値電圧により、垂直走査線ＶＬＩに伝えら
れる選択レベルが低下することを避けるために、スイッ
チＭＯ３ＦＥＴＱＩ　３を先にオン状態にしておいてバ
イアスＢ１をパルス信号とし供給する。この構成では、
ＭＯ３ＦＥＴＱ１３のゲート、チャンネル間のセルフブ
ートストラップ作用によりレベル損失ない垂直走査線Ｖ
ＬＩの駆動電圧を形成することかできる。

上記上記インタレースゲート回路ＩＴＧを介した垂直選
択信号Ｓ１は、スイッチＭＯ３ＦＥＴＱ９のゲートに供
給される。これにより、それに対応した水平信号線Ｈ３
Ｉに結合される画素セルの信号が、水平シフトレジスタ
Ｈ３Ｒの動作に従って形成される水平選択信号に同期し
て、時系列的に端子Ｓから出力される。この読み出し開
始に先立って、上記垂直選択信号Ｓ１によりスイッチＭ
Ｏ３ＦＥＴＱ１２がオン状態となり、掃き出し用のスイ
ッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　Ｏをオフ状態にするものである
。

上記の読み動作が終了しても、スイッチＭＯ３ＦＥＴＱ
１３がオフ状態になるのみで、垂直走査線ＶＬＩはハ・
イレベルの選択状態を維持するものである。上記水平信
号線Ｈ３Ｉの読み出し終了後の水平帰線期間に形成され
るパルス信号ｖ２及びＶｌとにより、上記垂直シフトレ
ジスタＶＳＲが１ビツトのシフト動作を行うとともに、
スイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　１がオン状態となり、上記
読み出し用のスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ９をオン状態から
オフ状態にする。

そして、次の水平信号線）ＩＳ２の読み出しのために、
選択信号Ｓ２がハイレベルになり、上記ＭＯ３ＦＥＴＱ
９に対応したスイッチＭＯ５ＦＥＴをオン状態にして、
端子Ｓには水平信号線Ｈ３２に結合されるフォトダイオ
ードの信号が時系列的に出力される。このとき、選択信
号Ｓ２のハイレベルにより、スイッチＭＯ５ＦＥＴＱ１
４がオン状態となり、信号掃き出し用のスイッチＭＯ３
ＦＥＴＱＩＯ（７）ゲートに電圧Ｂｌ（Ｖｃｃ）を供給
するの。これに応じてスイッチＭＯ５ＦＥＴＱＩ　Ｏが
オン状態になり、前記読み出しが終了した直後の水平信
号線Ｈ３Ｉは、端子ＲＶに結合されてプリチャージ動作
が行われる。このように、読み出し直後に直ちに信号の
掃き出しを行うものであるため、フォトダイオードに対
する蓄積時間が極く短いため、掃き出される信号のレベ
ルが小さいためノイズの発生を最小に抑えることができ
る。

この実施例では、任意のタイミングで上記の掃き出し動
作を終了させて、フォトダイオードに対する信号の蓄積
を開始させることにより、感度可変機能を実現する。こ
のため、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、イ
ンクレースゲート回路ＩＴＣ；Ｅ及び、その出力信号に
より、垂直走査線ＶＬＩないしＶｌ４等を接地電位にリ
セットさせるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱ２６ないしＱ２９
等が設けられる。これらの感度制御用の各回路は、特に
制限されないが、同図の画素アレイ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、
インクレースゲート回路ＩＴＧ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ＩＴ
Ｇと同様な回路により構成される。端子ＶＩＥないしＶ
２Ｅ及びＶＩＮＥ並びにＦＡＥ、ＡＢＥからそれぞれ上
記同様な動作を行わせる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ＶＳＲＥ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■ＩＥと■１及びＶ２Ｅ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ＶＩＥ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ＶＩＥ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Ｖ
２Ｅ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ＶＳＲＥの無駄な消
費電力の発生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
を簡単に説明する。

説明を簡単にするために、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■ＳＲＥ、インクレース
ゲート回路ＩＴＧＥ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第１行
目（垂直走査線ＶＬ　１、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Ｈ３４）の選択動作を行わせる。これによって、前の
読み出し動作によって選択状態に保持されていた垂直走
査線ＶＬ４がリセットされる。これにより、垂直走査線
ＶＬ４に対応した水平信号線Ｈ８４に結合されるフォト
ダイオードは、水平シフトレジスタＨＳ　Ｒにより形成
される水平走査線ＨＬｌｉ（Ｌ２等の選択動作に無関係
に光信号の蓄積動作を開始する。上記水平シフトレジス
タＨ３Ｒの動作に応じて、端子Ｓから読み出される第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。

したがって、上記垂直走査動作によって、読み出し用の
垂直シフトレジスクＶＳＲ，インタレースゲート回路Ｉ
ＴＧによる第４行目（垂直走査線ＶＬ４、水平信号線Ｈ
３４）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。なお、上記読み出し動作
が行われた後は、それに対応する垂直走査線ＶＬ１ない
しＶＬ３等は、選択状態を維持するとともに、それぞれ
に対応された水平信号線Ｈ３ＩないしＨＳ　３は、掃き
出し用端子ＲＶに結合されて、定常的な信号の掃き出し
が行われるものである。

言い喚えるならば、次のフレームでの上記のような感度
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ＩＴＧＨによるリセットが行われるまで選択レ
ベルを保持する。

上記に代えて、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲ
Ｅ、インクレースゲート回路ＩＴＧＨ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１’ｌ’Ｇによる第１行目（垂直走査ｌ５１ＶＬ１
、水平信号線Ｈ３Ｉ）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）の垂直走査線
ＶＬＩのリセット動作を行わせる。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ＨＬ
　１゜ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信号には第
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。この読み出し期
間の間、次に読み出すべき水平信号線Ｈ３２に設けられ
るフォトダイオードに光信号の蓄積が行われる。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■ＳＲ，インクレースゲート回路ＩＴＧ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。

上述のように、感度制御用の走査回路によって行われる
先行する垂直走査線のリセット動作によってその行の画
素セルの光信号の蓄積動作が開始されるから、上記読み
出し用の走査回路による読み出しが行われるまでの時間
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、上記
両垂直走査回路による異なるアドレス指定と共通の水平
走査回路による画素セルの選択動作によって、１行分の
読み出し時間を単位（最小）として最大５２５までの多
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、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。なお、最大感度（５２５）は、
上記感度制御用の走査回路が読み出し動作の直後に垂直
走査線をリセットするときに得られる。

上記のような感度制御動作にあっては、画素信号の読み
出しに同期して常時フォトダイオードのリセットが行わ
れる。それ故、リセットのための電流が微小なものにな
るから、基板等を介した容量結合によって読み出し信号
に混合してしまうことを防止できる。

（実施例２） 第２図には、この発明に係る固体撮像装置の他の一実施
例の要部回路図が示されている。

上記第１図に示した実施例回路では、感度を低く設定す
るに従い、信号の掃き出しが行われる信号線の数が多く
なる。それ故、１つの信号線におけるリセット動作のた
めの信号が微小であっても、その数が感度を低くするた
めに数百行のように増大すると、掃き出し用の端子ＲＶ
側からみたリセット信号のレベルが無視できなくなり、
上記容量結合により読み出し信号に対してノイズとして
現れる虞れがある。

この実施例では、信号の掃き出しによるノイズの発生を
抑えるために、次の回路が用いられる。

水平信号線Ｈ５Ｉには、スイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ１
４を介して回路の所定のバイアス電圧Ｂ２（回路の接地
電位）が与えられる。このスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１４
は、次の水平信号線）１３２に対応した選択信号Ｓ２に
よりオン状態にされる。

これにより、読み出しが終了した水平信号線Ｈ３１等は
０バイアス電圧Ｂ２が与えられることになる。このため
、水平信号線Ｈ３Ｉに結合されるフォトダイオードＤ１
、Ｄ２にバイアス電圧が与えられていないから、そこで
形成される光電子はフォトダイオードＤＩ、Ｄ２等に蓄
積できず、基板下に流れたり、水平信号線Ｈ３Ｉを通し
て接地電位に流れるものとなる。したがって、水平シフ
トレジスタＨ３Ｈの動作によって、フォトダイオードが
選択されても外部との電荷の移動がおこらないから上記
のようなノイズの発生を防止することできる。

なお、上記水平信号線ＩＳＩ等にＯバイアス電圧Ｂ２を
与えるスイッチＭＯ３ＦＥＴＱＩ　４等は、水平帰線期
間に発生するパルス信号■２を受けるスイッチＭＯ３Ｆ
ＥＴによりオフ状態にされる。

それ故、上記水平信号線Ｈ３Ｉは、フローティング状態
でＯバイアスされるものである。

感度設定用の回路としては、前記第１図の実施例のよう
に単に垂直走査線ＶＬＩ等をリセットされる機能の他に
、上記Ｏバイアスされたフォトダイオードに光信号の蓄
積動作を行われるためのプリチャージ機能を付加する必
要がある。それ故、水平信号線）（３１には、スイッチ
ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱｌｏを介して端子ＲＶからプリチャ
ージ電圧が与えられるようにされる。感度設定用の選択
信号は、前記のようなＭＯ３ＦＥＴＱ２６のゲートに供
給され、選択状態にされいた垂直走査線ＶＬＩをハイレ
ベルからロウレベルに引き抜（。また、スイッチＭＯ３
ＦＥＴＱ３２をオン状態にしてバイアス電圧Ｂ１をＭＯ
３ＦＥＴＱＩ　Ｏのゲートに伝える。これによって、垂
直信号線Ｈ３Ｉには端子ＲＶからのプリチャージ電圧が
与えられる。

ＭＯ３ＦＥＴＱ３０とキャパシタＣ１は、上記感度設定
用の選択信号と、それより遅れて入力されるパルス信号
ｖ３とによりブートストラップ電圧を形成する。これに
より、ＭＯ３ＦＥＴＱ３２を通してバイアス電圧Ｂ１が
レベル損失なく、ＭＯ３ＦＥＴＱＩＯのゲートに伝えら
れる。これにより、ＭＯ３ＦＥＴＱＩＯは、水平信号線
１−ＩＳＩを端子ＲＶから供給される電圧を伝えること
ができるもとなる。

また、水平帰線期間に供給されるパルス信号Ｖ２Ｅを受
けるＭＯ３ＦＥＴＱ３１により、上記選択信号のリセッ
ト、及びＭＯ３ＦＥＴＱ２６がオフ状態にされ、読み出
しのための垂直選択動作が可能にされる。

第３図には、上記第１図又は第２図に示した固体撮像素
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１図又は第２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Ｖｏｕ
ｔは、一方において図示しない信号処理回路に供給され
、例えばテレビジラ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ＤＥＴ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ＧＯＭＰ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Ｖｒｅｆ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フプ／ダウンカウンタ回路Ｃ０
ＵＮＴのアップ／ダウン制′ａ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Ｃ０ＮＴ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■１等を受
けて、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Ｖ（Ｎ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ＶＩＮＥ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、感度設
定用垂直シフトレジスタｖＳＲＥからみると、次の画面
の走査では第４図に示すように読み出し用垂直シフトレ
ジスタＶＳＲによる走査動作が遅れるものとされる０例
えば、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ＶＩＮｇは、タイミング信号ＶＩＮに対し
て２６１Ｈ（インタ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、第４図に斜
線を付した部分がフォトダイオードの蓄積時間（感度Ｘ
）とされる。

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ＣＫ
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、■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、１フレームに
１回の割合で、感度設定動作を行う理由は、次のの通り
である０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。

応答性の改善のために、特に制限されないが、固体撮像
素子ＭＴＤの設定された感度がＩＨから２３Ｈまでのよ
うに低い領域では、ＩＨ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。感度Ｘが２
４Ｈから７２Ｈ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７２１（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？３Ｈ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？ＩＩＩとして感度変化が
行われる。すなわち、上記Ｘが７３Ｈ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ＧＯＭＰの出力によりアンプ／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±ＬＨ，±４Ｈ，±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ＩＩＨ
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４ＯＨ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〔（７２２４）／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。

＋１に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垂直走査回路に、垂直選択線の選択
状態を保持させて信号の掃き出し経路を形成する機能を
付加するとともに、上記垂直走査回路による選択状態に
保持にされた垂直選択線を解除させてフォトダイオード
の蓄積動作を開始させる垂直走査回路を別に設けること
により、垂直走査線が読み出し後も選択状態にされてい
るから、別に設けた垂直選択回路によりそれがリセット
されてフォトダイオードの蓄槽が開始させられるまで定
常的に信号の掃き出しが行われるものとなる。これによ
り、ノイズを大幅に低減できるという効果が得られる。

（２）上記信号の掃き出し方式として、読み出し後の水
平信号線を０バイアスすることにより、フォトダイオー
ドの光電子を基板又は信号線にあふれさせる。この構成
では、信号の掃き出しのために外部との電荷のやりとり
が無いため、それによるノイズを理論的に零にすること
ができ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０例えば、読み出し後の垂
直走査線を選択レベルに維持させて、前記のような定常
的な信号電荷の掃き出し又は信号線をＯバイアスにする
回路の具体的構成は種々の実施例形態を採ることができ
るものである。また、感度設定のために上記垂直走査線
をリセットさせたり、信号線にプリチャージ電圧を与え
る具体的構成は種々の実施形態を採ることができるもの
である。また、上記のような感度可変機能を持つ固体撮
像装置に設けられる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。

この発明は、読み出し用の垂直走査回路と、感度設定用
の垂直走査回路を備えたて感度可変機能を付加した固体
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、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垂直走査回路に、垂直選択
線の選択状態を保持させて信号の掃き出し経路を形成す
る機能を付加するとともに、上記垂直走査回路による選
択状態に保持にされた垂直選択線を解除させてフォトダ
イオードの蓄積動作を開始させる垂直走査回路を別に設
けることにより、垂直走査線が読み出し後も選択状態に
されているから、別に設けた垂直選択回路によりそれが
リセットされてフォトダイオードの蓄積が開始させられ
るまで定常的に信号の掃き出しが行われる。これにより
、掃き出し信号が微小なるからノイズを大幅に低減でき
る。また、上記信号の掃き出し方式として、信号線に０
バイアスを与えるものとすれば、フォトダイオードの光
電子を基板又は信号線側にあふれさせるのみで外部との
電荷のやり取りを無くことができ理論的にノイズの発生
を零にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る固体撮像装置の一実施例を示
す要部回路図、 第２図は、この発明に係る固体撮像装置の他の一実施例
を示す要部回路図、 第３図は、この発明に係る固体撮像装置を用いた自動絞
り機能を持つ撮像装置の一実施例を示すブロック図、 第４図は、その感度設定動作を説明するための画面構成
図である。 ＰＤ・・画素アレイ、ＶＳＲ・・読み出し用垂直シフト
レジスタ、ＩＴＧ・・読み出し用インタレースゲート回
路、ＶＳＲＥ・・感度設定用垂直シフトレジスタ、ＩＴ
ＧＥ・・感度設定用インクレースゲート回路、Ｉｔ　Ｓ
　Ｒ・・水平シフトレジスタ、ＭＩＤ・・感度可変固体
撮像素子、ＬＰＦ・・ロウパスフィルタ、ＤＥＴ・・検
波回路、ＣＯＭＰ・・電圧比較回路、Ｃ０ＵＮＴ・・カ
ウンタ回路、Ｃ０ＮＴ・・制御回路。

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
   系列的に出力させた後の垂直選択線に対して選択状態を
   保持させるとともにそれに対応した画素セルの信号の掃
   き出し経路を形成する機能を持つ第１の垂直走査回路と
   、上記第１の垂直走査回路による選択状態に保持にされ
   た垂直選択線を解除させる第２の垂直走査回路とを含む
   走査回路を備えてなることを特徴とする固体撮像装置。 ２、上記固体撮像装置を構成する上記二次元状に配置さ
   れる画素セルは、光電変換素子と垂直走査線にその制御
   端子が結合されるスイッチ素子及び水平走査線にその制
   御端子が結合されるスイッチ素子からなり、同じ行に配
   置された画素セルの出力ノードは水平信号線に共通に結
   合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。 ３、上記第１の垂直走査回路は、読み出しが終了した行
   の水平信号線に接地電位を与える回路が設けられるもの
   であり、上記第２の垂直走査回路は、選択状態にされて
   いた垂直走査線を非選択状態にリセットするとともに、
   対応する水平信号線にバイアス電圧を供給する回路が設
   けられるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １又は第２項記載の固体撮像装置。