JPH08298622A - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および固体撮像素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 総画素数のうち必要に応じて有効となる画素
数分を切り出して出画する固体撮像装置において、垂直
転送部上の有効画面部分に相当する部分の暗電流分布が
高温動作時においても均一になるようにする。 【構成】 固体撮像装置の駆動手段は、光電変換部３６
から垂直転送部３７に読み出された信号電荷のうち、第
１の不要電荷を高い周波数により水平転送部に第１の転
送をした後、有効信号電荷を低い周波数により水平転送
部に第２の転送をし、その後、第２の不要電荷を高い周
波数により水平転送部に第３の転送をする。第１、第２
および第３の転送段数の和は、垂直転送部３７の総段数
にほぼ等しくなるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置、固体撮像
装置の駆動方法および固体撮像素子の駆動回路に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオムービーに対して、小型
化、軽量化に加え、高性能化および高画質化の要求が強
まり、ビデオムービーのさまざまな新機能の開発が急速
に進んでいる。その中で、小型ビデオムービーの撮影時
に問題となる画面の揺れ（手振れ）を補正する手振れ補
正機能が注目を集めており、種々の方式のものが商品化
されている。例えば、光学系に対する固体撮像素子の相
対位置を機械的に移動させることにより補正する方式
や、光学系にプリズム等を挿入し光路を変えることによ
り補正する方式等があるが、サイズおよびコストの点
で、固体撮像素子の駆動方法および外部メモリなどによ
りズーム処理をおこなう方式が一般的である。この場
合、ズーム処理による解像度の劣化が課題となるため、
現在では、ＮＴＳＣ方式のビデオムービーに垂直画素数
の多いＰＡＬ方式用の固体撮像素子が用いられたり、有
効画素の周辺に手振れ補正用の画素を配置した専用の固
体撮像素子が開発されたりしている。

【０００３】以下、図面を参照しながら、従来の固体撮
像素子について説明する。

【０００４】図５は手振れ補正を目的とした従来の固体
撮像素子の構成図である。同図において、１は２次元に
配置され、入射光を信号電荷に変換して蓄積するための
光電変換部であって、破線で示した内側部分は映像とし
て有効となる画素であり、破線の外側部分は手振れ補正
をするための補正画素である。また、２は光電変換部１
により蓄積された信号電荷を垂直方向に転送するための
垂直転送部、３は垂直転送部２の信号電荷を水平方向に
転送するための水平転送部、４は水平転送部３の信号電
荷を出力するための出力部である。

【０００５】以上のように構成された固体撮像素子につ
いて、以下、その動作を説明する。電子的に手振れ補正
をするため、固体撮像素子の従来の駆動方法では、光電
変換素子１から垂直転送部２に信号電荷を読み出した直
後から、垂直転送部２の画面の上部（図５において破線
よりも下側）の不要電荷を高速転送により所定の段数分
だけ水平転送部３を経て外部に排出し、次に、映像とし
て切り出される有効な信号電荷を通常転送により水平転
送部３に転送した後、出力部４に出力し、その後、残り
の画面の下部（図５において破線よりも上側）の不要電
荷を垂直転送部２から完全に排出させるため、次の信号
電荷読み出しまでの取り得る可能な限りの時間、転送段
数を固定にしたまま、残りの不要電荷を高速転送により
水平転送部３を経て外部に排出する構成としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の固体撮像装置では、画面の下部に相当する部分の不
要電荷を垂直転送段数を越えて排出するため、有効画面
の一部に相当する部分の暗電流による電荷を取り除くこ
とになるので、垂直転送部上の有効画面部分の暗電流分
布が、暗電流による電荷を取り除いた部分と取り除かな
い部分において不均一となり、高温動作時に出力画面に
段差を生じてしまう問題があった。

【０００７】本発明は、前記の問題点を解決し、有効画
面部分の暗電流分布を均一にすることにより、高温動作
時においても段差が生じない良好な出力画面が得られる
ようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１の発明が講じた解決手段は、２次元に配置
された光電変換素子群よりなる光電変換部と、該光電変
換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送するた
めの垂直転送部と、該垂直転送部の信号電荷を水平方向
に転送するための水平転送部と、該水平転送部の信号電
荷を電気信号に変換して出力するための出力部と、前記
垂直転送部に読み出された信号電荷のうち、第１の不要
電荷を第１の周波数により前記水平転送部に第１の転送
をした後、有効信号電荷を前記第１の周波数よりも低い
第２の周波数により前記水平転送部に第２の転送をし、
その後、第２の不要電荷を前記第２の周波数よりも高い
第３の周波数により前記水平転送部に第３の転送をする
駆動手段とを備えた、前記第１の転送により転送される
第１の転送段数と、前記第２の転送により転送される第
２の転送段数と、前記第３の転送により転送される第３
の転送段数との和が、前記垂直転送部の総段数にほぼ等
しくなるように設定されている構成とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の構成に、前
記第１の転送段数の数が可変に設定されている構成を付
加するものである。

【００１０】請求項３の発明が講じた解決手段は、２次
元に配置された光電変換素子群よりなる光電変換部と、
該光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転
送するための垂直転送部と、該垂直転送部の信号電荷を
水平方向に転送するための水平転送部と、該水平転送部
の信号電荷を電気信号に変換して出力するための出力部
と、前記垂直転送部に読み出された信号電荷のうち、第
１の不要電荷を第１の周波数により前記水平転送部に第
１の転送をした後、有効信号電荷を前記第１の周波数よ
りも低い第２の周波数により前記水平転送部に第２の転
送をし、その後、第２の不要電荷を前記第２の周波数よ
りも高い第３の周波数により前記水平転送部に第３の転
送をする駆動手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法を
対象とし、前記第１の転送により転送される第１の転送
段数と、前記第２の転送により転送される第２の転送段
数と、前記第３の転送により転送される第３の転送段数
との和が、前記垂直転送部の総段数にほぼ等しくなるよ
うに転送する垂直転送工程を備えている構成である。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３の構成に、前
記垂直転送工程は、前記第１の転送段数の数を変化させ
る工程を有している構成を付加するものである。

【００１２】請求項５の発明が講じた解決手段は、２次
元に配置された光電変換素子群よりなる光電変換部と、
該光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転
送するための垂直転送部と、該垂直転送部の信号電荷を
水平方向に転送するための水平転送部と、該水平転送部
の信号電荷を電気信号に変換して出力するための出力部
とを備えた固体撮像素子の駆動回路を対象とし、クロッ
ク用パルスを発生させる発振部と、所定の周波数を生成
する分周回路と、前記垂直転送部に読み出された信号電
荷のうち、第１の不要電荷を第１の周波数により前記水
平転送部に第１の転送をした後、有効信号電荷を前記第
１の周波数よりも低い第２の周波数により前記水平転送
部に第２の転送をし、その後、第２の不要電荷を前記第
２の周波数よりも高い第３の周波数により前記水平転送
部に第３の転送をする垂直転送パルスを発生する垂直転
送パルス発生部と、前記垂直転送部の信号電荷を水平方
向に転送する水平転送パルスを発生する水平転送パルス
発生部と、前記垂直転送パルス発生部において生成され
た垂直転送パルスを、前記垂直転送部の段数に等しい段
数となるまで計数し、計数分に等しい数の垂直転送パル
スを前記垂直転送パルス発生部に発生させるカウンタ回
路とを備えている構成である。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５の構成に、前
記垂直転送パルス発生部は、前記第１の転送をする垂直
転送パルスの周波数が、可変になるように形成されてい
るという構成を付加するものである。

【００１４】

【作用】請求項１の構成により、高速転送する転送段数
と有効電荷を通常転送する転送段数との和は、垂直転送
部の総段数とほぼ等しくなるように設定されているた
め、垂直転送部の不要電荷を高速転送により排出する際
に、垂直転送部上の有効画面に相当する部分の暗電流に
よる電荷が局所的に排出されることがないので、有効画
面に相当する部分の暗電流分布が均一となる。

【００１５】請求項２の構成により、第１の転送段数の
数が可変に設定されているため、第３の転送段数が第１
の転送段数に応じて変化するので、有効画面に相当する
部分の暗電流分布が一層均一となる。

【００１６】請求項３の構成により、高速転送する転送
段数と有効電荷を通常転送する転送段数との和が、垂直
転送部の総段数とほぼ等しくなるように転送する垂直転
送工程を備えているため、垂直転送部の不要電荷を高速
転送により排出する際に、垂直転送部上の有効画面に相
当する部分の暗電流による電荷が局所的に排出されるこ
とがないので、有効画面に相当する部分の暗電流分布が
均一となる。

【００１７】請求項４の構成により、第１の転送段数の
数が変化するのに応じて第３の転送段数が変化するた
め、有効画面に相当する部分の暗電流分布が一層均一と
なる。

【００１８】請求項５の構成により、垂直転送パルス発
生部においては、垂直転送部の段数にほぼ等しい数の垂
直転送パルスが発生するため、不要電荷を排出する際
に、垂直転送部上の有効画面に相当する部分の暗電流に
よる電荷が局所的に排出されることがない。

【００１９】請求項６の構成により、垂直転送パルス発
生部は、第１の転送をするためのパルスの周波数が可変
になるように形成されているため、不要電荷を排出する
際、垂直転送部上の有効画面に相当する部分の暗電流に
よる電荷が局所的に排出されることがない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】図１は本発明の一実施例に係る固体撮像装
置の構成を示している。図１において、１０は固体撮像
素子、１１はドライブ回路、１２は固体撮像装置の駆動
パルス発生部、１３は同期信号発生部である。

【００２２】駆動パルス発生部１２において発生したク
ロックＣＫは同期信号発生部１３に入力され、同期信号
発生部１３において垂直の基準となる同期信号ＶＤおよ
び水平の基準となる同期信号ＨＤが発生し、発生した垂
直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤは駆動パルス発
生部１２に入力される。駆動パルス発生部１２に入力さ
れた垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤが垂直駆
動パルスφＶＬおよび水平駆動パルスφＨＬを発生し、
発生した垂直駆動パルスφＶＬおよび水平駆動パルスφ
ＨＬはドライブ回路１１に入力される。ドライブ回路１
１に入力された垂直駆動パルスφＶＬおよび水平駆動パ
ルスφＨＬは、固体撮像素子の駆動に適した電圧の垂直
パルスφＶおよび水平パルスφＨに変換され、固体撮像
素子１０に入力される構成としている。

【００２３】以下、前記のように構成された本発明の一
実施例に係る固体撮像装置の動作を説明する。

【００２４】図２は本発明の一実施例に係る固体撮像素
子の駆動方法を示す駆動パルスタイミングを示し、図３
は本駆動方法による固体撮像素子上の信号電荷の動きを
示している。

【００２５】図２において、３０は複合帰線消去パル
ス、３１は垂直転送パルス、３２は電荷読み出しパル
ス、３３は第１の高速転送パルス、３４は通常転送パル
ス、３５は第２の高速転送パルスを示している。第１の
高速転送パルス３３および第２の高速転送パルス３５は
２００ｋＨｚ以上に設定され、通常転送パルス３４は１
６ｋＨｚ以下に設定されている。なお、第１の高速転送
パルス３３および第２の高速転送パルス３５の繰返し周
波数が、通常転送パルス３４の繰返し周波数よりも十分
に高ければよく、両パルス３３および３５の繰返し周波
数が互いに等しくなくてもよい。図３において、３６は
光電変換素子、３７は垂直転送部、３８は水平転送部、
３９は出力部を示し、各時刻における垂直転送部３７に
おいて斜線により示した部分が不要電荷を示し、クロス
ハッチングにより示した部分が有効信号電荷を示してい
る。

【００２６】まず、図３（ａ）に示すように、光電変換
素子３６に蓄積された信号電荷は、時刻ｔ１において電
荷読み出しパルス３２により垂直転送部３７に読み出さ
れ、不要電荷および有効信号電荷は垂直転送部３７に転
送される。

【００２７】次に、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１
から時刻ｔ２の期間において、垂直転送部３７は第１の
高速転送パルス３３により高速駆動され、画面の上部
（図３における下側の部分）の所定の段数分の不要電荷
が、水平転送部３８を経て外部に排出される。

【００２８】次に、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ２
から時刻ｔ３の期間において、垂直転送部３７は通常転
送パルス３４により駆動され、有効信号電荷が１水平走
査期間毎に１段ずつ水平転送部３８に転送される通常転
送が行なわれ、出力部３９を経て出力される。

【００２９】次に、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ３
から時刻ｔ４の期間において、垂直転送部３７は第２の
高速転送パルス３５により高速駆動され、垂直転送部３
７の残りの不要電荷は水平転送部３８を経て全て排出さ
れた後、次に蓄積された信号電荷の読み出しを待つ状態
となる。

【００３０】本実施例の特徴として、時刻ｔ１から時刻
ｔ２の期間における第１の高速転送パルス３３の段数
が、フィールド毎に最小０段、最大６０段の範囲で変化
し、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間における第２の高速転
送パルス３５の段数が、６０段から前記第１の高速転送
パルス３３の段数を減じた段数となるよう設定される。
なお１フィ−ルドとは、図２において複合帰線消去パル
ス３０の立ち上がりから次の複合帰線消去パルス３０が
立ち上がるまでの期間をいう。

【００３１】図４は本発明の一実施例に係る固体撮像素
子の駆動回路、つまり図１における固体撮像装置の駆動
パルス発生部１２内の構成を示している。図４におい
て、４０は発振部、４１は分周回路、４２は垂直転送パ
ルスデコーダ部、４３は高速転送パルス発生部、４４は
通常転送パルス発生部、４５は水平転送パルス発生部、
４６はカウンタ回路を示している。

【００３２】まず、発振部４０において発生したクロッ
クＣＫを外部の同期信号発生部に送るとともに、分周回
路４１において所定の周波数まで分周し、高速転送パル
ス発生部４３、通常転送パルス発生部４４および水平転
送パルス発生部４５に入力する。同時に同期信号発生部
において生成される垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信
号ＨＤを通常転送パルス発生部４４および水平転送パル
ス発生部４５に入力し、所定のパルスを発生させる。

【００３３】次に、高速転送パルス発生部４３および通
常転送パルス発生部４４において発生したパルスは、垂
直転送パルスデコーダ部４２に入力され、垂直転送パル
ス３１（φＶＬ）に合成される。同時に高速パルス発生
部４３において発生した高速転送パルスはカウンタ回路
４６に入力される。カウンタ回路４６において、外部か
ら指定された段数分だけの第１の高速転送パルス３３を
計数することと、垂直転送部３７の段数から通常転送パ
ルス３４の段数と第１の高速転送パルス３３の段数を減
じた段数にほぼ等しい段数となる第２の高速転送パルス
３５を計数することにより、高速転送パルス発生部４３
が所定の高速転送パルスの段数を発生するように制御し
ている。

【００３４】なお、前記実施例は手振れ補正機能を容易
に実現できる補正画素を有する画素数の固体撮像装置に
ついて説明したが、本発明は、ＴＶフォーマットに準拠
した垂直画素数を有する固体撮像装置、特にズーム駆動
を行う固体撮像装置に対しても有効である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係る固体撮像装置、請求項３の発明に係る固体撮像装置
の駆動方法および請求項５の発明に係る固体撮像素子の
駆動回路によると、不要電荷を排出する際、垂直転送部
上の有効画面に相当する部分の暗電流による電荷が局所
的に排出されることがないため、有効画面に相当する部
分の暗電流分布が均一となるので、高温動作時でも出力
画面に段差を生じることがなくなり、これにより良好な
画質を得ることができる。

【００３６】特に、請求項２の発明に係る固体撮像装
置、請求項４の発明に係る固体撮像装置の駆動方法およ
び請求項６の発明に係る固体撮像素子の駆動回路による
と、有効画面に相当する部分の暗電流分布がより一層均
一となるため、高温動作時でも出力画面に段差を生じる
ことが一切なくなり、これにより極めて良好な画質を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る固体撮像装置の構成図
である。

【図２】本発明の一実施例に係る固体撮像素子の駆動方
法を示す駆動パルスタイミング図である。

【図３】本発明の一実施例に係る固体撮像素子の駆動方
法による固体撮像素子上の信号電荷の動きを示す図であ
る。

【図４】本発明の一実施例に係る固体撮像素子の駆動回
路を示す図である。

【図５】従来の手振れ補正を目的とした固体撮像素子の
構成図である。

【符号の説明】

１ 光電変換素子 ２ 垂直転送部 ３ 水平転送部 ４ 出力部 １０ 固体撮像素子 １１ ドライブ回路 １２ 駆動パルス発生部 １３ 同期信号発生部 ３０ 複合帰線消去パルス ３１ 垂直転送パルス ３２ 電荷読み出しパルス ３３ 第１の高速転送パルス ３４ 通常転送パルス ３５ 第２の高速転送パルス ３６ 光電変換素子 ３７ 垂直転送部 ３８ 水平転送部 ３９ 出力部 ４０ 発振部 ４１ 分周回路 ４２ 垂直転送パルスデコーダ部 ４３ 高速転送パルス発生部 ４４ 通常転送パルス発生部 ４５ 水平転送パルス発生部 ４６ カウンタ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元に配置された光電変換素子群より
   なる光電変換部と、該光電変換部から読み出された信号
   電荷を垂直方向に転送するための垂直転送部と、該垂直
   転送部の信号電荷を水平方向に転送するための水平転送
   部と、該水平転送部の信号電荷を電気信号に変換して出
   力するための出力部と、前記垂直転送部に読み出された
   信号電荷のうち、第１の不要電荷を第１の周波数により
   前記水平転送部に第１の転送をした後、有効信号電荷を
   前記第１の周波数よりも低い第２の周波数により前記水
   平転送部に第２の転送をし、その後、第２の不要電荷を
   前記第２の周波数よりも高い第３の周波数により前記水
   平転送部に第３の転送をする駆動手段とを備えた、 前記第１の転送により転送される第１の転送段数と、前
   記第２の転送により転送される第２の転送段数と、前記
   第３の転送により転送される第３の転送段数との和が、
   前記垂直転送部の総段数にほぼ等しくなるように設定さ
   れていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第１の転送段数の数が可変に設定さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装
   置。
3. 【請求項３】 ２次元に配置された光電変換素子群より
   なる光電変換部と、該光電変換部から読み出された信号
   電荷を垂直方向に転送するための垂直転送部と、該垂直
   転送部の信号電荷を水平方向に転送するための水平転送
   部と、該水平転送部の信号電荷を電気信号に変換して出
   力するための出力部と、前記垂直転送部に読み出された
   信号電荷のうち、第１の不要電荷を第１の周波数により
   前記水平転送部に第１の転送をした後、有効信号電荷を
   前記第１の周波数よりも低い第２の周波数により前記水
   平転送部に第２の転送をし、その後、第２の不要電荷を
   前記第２の周波数よりも高い第３の周波数により前記水
   平転送部に第３の転送をする駆動手段とを備えた固体撮
   像装置の駆動方法であって、 前記第１の転送により転送される第１の転送段数と、前
   記第２の転送により転送される第２の転送段数と、前記
   第３の転送により転送される第３の転送段数との和が、
   前記垂直転送部の総段数にほぼ等しくなるように転送す
   る垂直転送工程を備えていることを特徴とする固体撮像
   装置の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記垂直転送工程は、前記第１の転送段
   数の数を変化させる工程を有していることを特徴とする
   請求項３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
5. 【請求項５】 ２次元に配置された光電変換素子群より
   なる光電変換部と、該光電変換部から読み出された信号
   電荷を垂直方向に転送するための垂直転送部と、該垂直
   転送部の信号電荷を水平方向に転送するための水平転送
   部と、該水平転送部の信号電荷を電気信号に変換して出
   力するための出力部とを備えた固体撮像素子の駆動回路
   であって、 クロック用パルスを発生させる発振部と、 所定の周波数を生成する分周回路と、 前記垂直転送部に読み出された信号電荷のうち、第１の
   不要電荷を第１の周波数により前記水平転送部に第１の
   転送をした後、有効信号電荷を前記第１の周波数よりも
   低い第２の周波数により前記水平転送部に第２の転送を
   し、その後、第２の不要電荷を前記第２の周波数よりも
   高い第３の周波数により前記水平転送部に第３の転送を
   する垂直転送パルスを発生する垂直転送パルス発生部
   と、 前記垂直転送部の信号電荷を水平方向に転送する水平転
   送パルスを発生する水平転送パルス発生部と、 前記垂直転送パルス発生部において生成された垂直転送
   パルスを、前記垂直転送部の段数に等しい段数となるま
   で計数し、計数分にほぼ等しい数の垂直転送パルスを前
   記垂直転送パルス発生部に発生させるカウンタ回路とを
   備えていることを特徴とする固体撮像素子の駆動回路。
6. 【請求項６】 前記垂直転送パルス発生部は、前記第１
   の転送をする垂直転送パルスの周波数が可変になるよう
   に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の固
   体撮像素子の駆動回路。