JPH11341363A - 固体撮像素子及び固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像素子及び固体撮像装置

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JPH11341363A
JPH11341363A JP10145869A JP14586998A JPH11341363A JP H11341363 A JPH11341363 A JP H11341363A JP 10145869 A JP10145869 A JP 10145869A JP 14586998 A JP14586998 A JP 14586998A JP H11341363 A JPH11341363 A JP H11341363A
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勇武 上野
Katsuto Sakurai
克仁 櫻井
Katsuhisa Ogawa
勝久 小川
Toru Koizumi
徹 小泉
Tetsunobu Kouchi
哲伸 光地
Takumi Hiyama
拓己 樋山
Shigetoshi Sugawa
成利 須川
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    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速シャッタ方式でも、スミアの無い信号を
出力する固体撮像素子を提供する。 【解決手段】 受光した光より光電変換により電荷を発
生する手段、光電変換手段で発生した電荷を転送する手
段、転送された電荷を記憶する手段、第1の記憶手段に
発生した電位を時分割で出力する手段、第1の記憶手段
の電圧を所定値に初期化する手段を備える複数の画素セ
ルと、複数の画素セルの第1の転送手段を同時に動作さ
せる手段、複数の画素セルの初期化手段を同時に動作さ
せる手段、列毎に画素セルの出力を受ける複数の第1の
出力線、複数の画素セルのうち有効な画素セルに1対1
に対応した記憶手段、列毎に複数の第1の出力線の各々
の信号を複数の第2の記憶手段の各々に選択的に転送す
る手段、第1の転送手段と出力手段と複数の第2の転送
手段とを制御する手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射した映像光の
信号を出力する固体撮像素子、及びそれを用いた固体撮
像装置に関する。固体撮像装置は、ビデオカメラなどに
使用される。
【0002】
【従来の技術】まず、従来例1による固体撮像素子につ
いて説明する。
【0003】図6は、従来例1による固体撮像素子の回
路ブロック図である。図を参照すると、101は入射し
た光により電荷を発生する光検出素子としてのフォトダ
イオード、102は浮遊拡散領域、103はフォトダイ
オード101で発生した電荷を浮遊拡散領域102に転
送するための転送用トランジスタ、104は浮遊拡散領
域102で蓄積した電荷を放電するためのリセット用ト
ランジスタ、105、106、107はアンプ用トラン
ジスタ、108はリセット時に浮遊拡散領域に発生した
電圧を記憶するためのコンデンサ、109は動作時に浮
遊拡散領域に発生した電圧を記憶するためのコンデン
サ、110はアンプとコンデンサ108とを接続するス
イッチ用トランジスタ、111はアンプとコンデンサ1
09とを接続するスイッチ用トランジスタ、112はコ
ンデンサ108、109を放電させるためのコンデンサ
放電用トランジスタ、113、114はバッファ、11
5、116は各々コンデンサ108、109の電圧を他
の列のコンデンサと切り換えてバッファ113、114
へ供給するためのスイッチ用トランジスタ、117、1
18は各々バッファ113、114の入力電圧をリセッ
トするためのリセット用トランジスタ、119、120
は水平出力線、121は垂直走査回路、122は水平走
査回路である。なお、トランジスタ105、106、1
07より構成されるアンプは、トランジスタ106、1
07がONであるときにのみソースフォロワ型のアンプ
として働く。また、フォトダイオード101、拡散浮遊
領域102、トランジスタ103、104、105、1
06は1つの画素を形成する。
【0004】図7は、図6に示す固体撮像素子の動作タ
イミングチャートである。図6、7を参照しながら、図
6に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【0005】まず、時刻T801において、端子2に垂
直走査スタートパルスが入力され、端子3に垂直走査パ
ルスが入力されることにより第1行が選択され、信号2
0aがHIGHになる(不図示)。また、端子8にはH
IGHパルスが入力され浮遊拡散領域102がリセット
される。更に、端子11、12、13が同時にHIGH
になり、コンデンサ108、109がリセットされる。
時刻T802において、端子8のリセットパルスがLO
Wに変化することにより、浮遊拡散領域102が電気的
に浮遊状態になる。時刻T803において、端子10に
HIGHパルスが加わり、同時に端子12にもHIGH
パルスが加わり、コンデンサ108に浮遊拡散領域10
2のリセット直後の電圧(リセット電圧)が読み出され
る。時刻T804において、端子9にHIGHパルスが
加わり、フォトダイオード101で発生した電荷が浮遊
拡散領域102に転送される。時刻T805において、
端子10と端子13にHIGHパルスが加わり、浮遊拡
散領域102の電圧(信号電圧+リセット電圧)がコン
デンサ109に読み出される。時刻T806において、
端子14の電圧がHIGHからLOWに変化し、水平出
力線119、120がリセットされる。同時に、端子5
に水平走査スタートパルスが入力され、端子6に水平走
査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるライン
メモリからの信号の読み出しが開始する。端子14への
入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、
各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端子1
6からは各列のリセット電圧が順次出力され、端子17
からは各列の信号電圧とリセット電圧との和が順次出力
される。両出力の差を後段に備えられる差分手段でとる
ことにより、画素間でばらつくリセット電圧が取り除か
れた信号電圧を得ることができる。従って、リセット電
圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたS/Nの
良い出力を得ることができる。
【0006】フォトダイオード101は、時刻T804
においてフォトダイオード101から浮遊拡散領域10
2への電荷の転送が行われた時点でリセットされ、端子
9の信号レベルがLOWになって転送が終了した時点
で、そのリセットが終了し、入射する光による電荷の蓄
積を再開する。この蓄積は次のフレーム周期に時刻T8
04になるまで継続する。
【0007】端子3、8、9、10、11、12、1
3、5、6、14に入力される信号は、時刻T801か
ら時刻T801Bまでのパターンを時刻T801B以降
も繰り返す。また、図8も参照すると、垂直走査回路1
21の動作により、第1ライン期間のみに信号20aが
HIGHであり、順次、第2ライン期間のみに信号20
bがHIGH、第3ライン期間のみに信号20cがHI
GHとなる。従って、ゲート群123の介在により、端
子8、9、10に供給される信号は、第1ライン期間で
は第1ラインのみに有効となり、第2ライン期間では第
2ラインのみに有効となり、第3ライン期間では第3ラ
インのみに有効となり、以下同様に続く。
【0008】従って、出力端子16、17から出力され
る信号は、ライン毎に順次シフトしていくタイミングで
フォトダイオードに蓄積されたとものとなる。この方式
をローリングシャッタ方式という。
【0009】また、浮遊拡散領域102はフォトダイオ
ード101から電荷の転送を受けてからリセットされる
までの間、転送された電荷を保持するのでメモりとして
機能する。
【0010】次に、従来例2について説明する。
【0011】図9は、従来例2による固体撮像素子の回
路ブロック図である。図6に示す従来例1と同一の部分
には同一の番号を付して重複する説明は省略する。な
お、ゲート群123は異なった記号で表しているが同一
のものである。従来例2においては、端子9からの信号
を受けるゲート群123の要素の出力端子と転送用トラ
ンジスタ103のゲートとの間に論理和ゲート124が
挿入される。
【0012】図10は、図9に示す固体撮像素子の動作
タイミングチャートである。図9、10を参照しなが
ら、図9に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【0013】時刻T801において、端子8と端子19
にHIGHパルスが印加され、全画素の浮遊拡散領域1
02がリセットされるとともに、全画素のフォトダイオ
ード101がリセットされる。リセットの終了後に、全
画素のフォトダイオード101の入射光による電荷の蓄
積動作が開始する。時刻T802において、再び端子1
9にHIGHパルスが印可され、全画素のフォトダイオ
ード101で蓄積された電荷が浮遊拡散領域102に転
送される。このHIGHパルスがLOWになった後に
は、浮遊拡散領域102に転送された電荷は保持され
る。時刻T803において、端子2に垂直走査スタート
パルスが入力され、端子3に垂直走査パルスが入力され
ることにより第1行が選択され、信号20aがHIGH
になる(不図示)。また、時刻T903において、端子
11、12、13にHIGHパルスが印加され、コンデ
ンサ108、109がリセットされる。時刻T904に
おいて、端子10と端子12にHIGHパルスが印加さ
れ、浮遊拡散領域102のフォトダイオードから(信号
電圧+リセット電圧)がコンデンサ110に読み出され
る。時刻T905において、端子8にHIGHパルスが
印加され、浮遊拡散領域102がリセットされる。時刻
T906において、端子10と端子13にHIGHパル
スが印加され、浮遊拡散領域102のリセット電圧がコ
ンデンサ109に読み出される。時刻T906におい
て、端子14の電圧がHIGHからLOWに変化し、水
平出力線119、120がリセットされる。同時に、端
子5に水平走査スタートパルスが入力され、端子6に水
平走査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるラ
インメモリからの信号の読み出しが開始する。端子14
への入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすの
は、各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端
子16からは各列のリセット電圧が順次出力され、端子
17からは各列の信号電圧とリセット電圧との和が順次
出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手段で
とることにより、画素間でばらつくリセット電圧が取り
除かれた信号電圧を得ることができる。従って、リセッ
ト電圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたS/
Nの良い出力を得ることができる。
【0014】時刻T903から時刻T903Bの間の期
間における第1ラインについての動作は、従来例1と同
様に、時刻T903B以降も順次第2ライン以降につい
て行われ、出力端子16、17からは、各ラインの信号
が順次出力される。
【0015】なお、従来例2の方式を、高速シャッタ方
式という。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従来例1では、被写体
が高速に移動する場合に、画像の上部の内容と画面の下
部の内容がずれてしまい、画像が歪んでしまうという問
題がある。また、被写体にストロボ光を照射して、スト
ロボ撮影をしようとする際には、画面の上部と画面の下
部とで被写体の明度が異なってしまうという問題があ
る。
【0017】従来例2は、全画素の信号を時刻301か
ら時刻302の間にフォトダイオード101で蓄積され
た電荷によるものとすることにより、従来例1の上記の
2つの問題を解決するものであるが、以下に述べるよう
な問題点を持つ。
【0018】図11は各画素の断面図である。図におい
て、101は図9に示すフォトダイオード、102は図
9に示す浮遊拡散領域、103は図9に示す転送用トラ
ンジスタ、130はウェル、131は遮蔽板である。h
νは光である。画素に入射する光のなかには、図示する
ように、斜め方向から入射してフォトダイオード101
の浮遊拡散領域102の近傍や浮遊拡散領域102に達
するものがある。フォトダイオード101の浮遊拡散領
域102の近傍で入射する光により発生した電荷の一部
は転送用トランジスタ103を迂回して浮遊拡散領域1
02に移動する。また、浮遊拡散領域102に入射する
光により電荷が発生する。従って、時刻303において
フォトダイオード101から浮遊拡散領域102に電荷
を転送した後でも、時間の経過とともに浮遊拡散領域1
02の電荷は増加していく。従って、浮遊拡散領域10
2の蓄積電荷を上方のラインの画素から下方のラインの
画素の順序で1フレーム時間にわたり読み出す従来例2
では、上記の原因によるノイズ信号は、下方のラインに
進むに従って大きくなり、このことにより出力する画像
信号にスミアが発生していた。
【0019】本発明は上記の問題を解決するもので、被
写体が高速に移動する場合でも、画像の上部の内容と画
面の下部の内容がずれない固体撮像素子を提供すること
を目的とする。
【0020】また、本発明は、ストロボ撮影する場合で
も、画面の上部の明度が下画面の部の明度と異なってし
まうことがない固体撮像素子を提供することを目的とす
る。
【0021】更に、本発明は、フォトダイオードの電荷
の転送を受けた後の浮遊拡散領域の電荷の変動によるス
ミアの無い信号を出力する固体撮像素子を提供すること
を目的とする。
【0022】更に、本発明は、ストロボ光の受光のみに
よる被写体の画像信号が得られる固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、受光した光より光電変換により電荷を発生する光
電変換手段と、前記光電変換手段で発生した前記電荷を
転送する第1の転送手段と、転送された前記電荷を記憶
する第1の記憶手段と、前記第1の記憶手段に発生した
電位を時分割で出力する第1の出力手段と、前記第1の
記憶手段の電圧を所定値に初期化する初期化手段とを備
える複数の画素セルと、前記複数の画素セルの前記第1
の転送手段を同時に動作させる手段と、前記複数の画素
セルの前記初期化手段を同時に動作させる手段と、列毎
に前記画素セルの出力を受ける複数の第1の出力線と、
前記複数の画素セルのうち有効な画素セルに1対1に対
応した複数の第2の記憶手段と、列毎に前記複数の第1
の出力線の各々の信号を前記複数の第2の記憶手段の各
々に選択的に転送する複数の第2の転送手段と、前記第
1の転送手段と前記出力手段と前記複数の第2の転送手
段とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とす
る。
【0024】また、本発明による固体撮像素子は、上記
の固体撮像素子において、前記第1の転送手段と前記初
期化手段は、連動して前記光電変換手段の電荷を初期化
することを特徴とする。
【0025】更に、本発明による固体撮像素子は、上記
の固体撮像素子において、前記複数の第2の記憶手段の
電位を時分割で出力する複数の第2の出力手段と、列毎
に前記複数の第2の出力手段の出力を受ける複数の第2
の出力線と、を更に備え、前記制御手段は前記複数の第
2の出力手段を更に制御することを特徴とする。
【0026】更に、本発明による固体撮像素子は、上記
の固体撮像素子において、前記複数の第2の出力線の信
号を記憶する複数の第3の記憶手段と、該複数の第3の
記憶手段の電位を時分割で出力する複数の第3の出力手
段と、該複数の第3の出力手段の出力を受ける第3の出
力線と、を備えることを特徴とする。
【0027】更に、本発明による固体撮像素子は、上記
の固体撮像素子において、前記第3の記憶手段と、前記
第3の出力手段とが同一列に複数あり、前記第3の出力
線が複数あり、前記複数の第2の出力線の信号の各々を
前記複数の第3の記憶手段の各々に選択的に転送する複
数の第3の転送手段を更に備え、前記制御手段は前記複
数の第3の転送手段を更に制御することを特徴とする。
【0028】更に、本発明による固体撮像素子は、上記
の固体撮像素子において、前記複数の第3の出力線の信
号の差分をとる差分手段を更に備えることを特徴とす
る。
【0029】本発明による固体撮像装置は、上記の固体
撮像素子と、ストロボ発光手段とを備えることを特徴と
する。
【0030】また、本発明による読み取り固体撮像装置
は、光電変換画素が複数行に配列されたセンサ部と、複
数行の前記光電変換画素からの信号を蓄積する蓄積手段
を複数行配列したメモリ部と、前記センサ部からの信号
を前記メモリ部に転送する転送手段と、前記メモリ部内
の任意のブロックの蓄積手段から前記光電変換画素から
の画像信号が出力されるとともに、前記任意のブロック
の蓄積手段に対応する前記光電変換画素のノイズ信号を
出力させる制御手段と、前記画像信号からの前記ノイズ
信号を除去する除去手段と、を有することを特徴とす
る。
【0031】
【発明の実施の形態】[実施形態1]図1は、実施形態
1による固体撮像素子の回路ブロック図である。図を参
照すると、101は入射した光により電荷を発生する光
検出素子としてのフォトダイオード、102は浮遊拡散
領域、103はフォトダイオード101で発生した電荷
を浮遊拡散領域102に転送するための転送用トランジ
スタ、104は浮遊拡散領域102で蓄積した電荷を放
電するためのリセット用トランジスタ、105、10
6、107はアンプ用トランジスタ、108Bは浮遊拡
散領域に発生した電圧を記憶するための第1のコンデン
サ、109Bは浮遊拡散領域に発生した電圧を記憶する
ための第2のコンデンサ、110はアンプとコンデンサ
108Bとを接続するスイッチ用トランジスタ、111
はアンプとコンデンサ109Bとを接続するスイッチ用
トランジスタ、112はコンデンサ108B、109B
を放電させるためのコンデンサ放電用トランジスタ、1
13、114はバッファ、115、116は各々コンデ
ンサ108B、109Bの電圧を他の列のコンデンサと
切り換えてバッファ113、114へ供給するためのス
イッチ用トランジスタ、117、118は各々バッファ
113、114の入力電圧をリセットするためのリセッ
ト用トランジスタ、119、120は水平出力線、12
1は垂直走査回路、122は第1の水平走査回路であ
る。なお、トランジスタ105、106、107より構
成されるアンプは、トランジスタ106、107がON
であるときにのみソースフォロワ型のアンプとして働
く。また、フォトダイオード101、拡散浮遊領域10
2、トランジスタ103、104、105、106は1
つの画素を形成する。
【0032】また、本実施形態においては、従来例2と
同様に、端子9からの信号を受けるゲート群123の要
素の出力端子と転送用トランジスタ103のゲートとの
間に論理和ゲート124が挿入される。
【0033】更に、本実施形態においては、端子8から
の信号を受けるゲート群123の要素の出力端子とリセ
ット用トランジスタ104のゲートとの間に論理和ゲー
ト125が挿入される。
【0034】更に、本実施形態においては、転送トラン
ジスタ用140、出力イネーブルコントロール付きのバ
ッファ141、第2の垂直走査回路142、第2のゲー
ト群143が追加される。そして、転送トランジスタ1
40とバッファ141との間には全画素のメモリとして
の拡散浮遊領域144が形成される。
【0035】図2は本実施形態による固体撮像素子の構
成を示すブロック図である。図1に示す固体撮像素子の
構成を示すブロック図に比べ、バッファ141の構成を
具体的に示した点が異なる。図2において、バッファ1
41はトランジスタ141aとトランジスタ141bよ
り構成される。
【0036】図3は、図1に示す固体撮像素子の動作タ
イミングチャートである。図1、3を参照しながら、図
1に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【0037】時刻T101において、端子19と端子2
6にHIGHパルスが印加され、全画素の浮遊拡散領域
102がリセットされるとともに、全画素のフォトダイ
オード101がリセットされる。リセットの終了後に、
全画素のフォトダイオード101の入射光による電荷の
蓄積動作が開始する。時刻T102において、再び端子
19にHIGHパルスが印可され、全画素のフォトダイ
オード101で蓄積された電荷が浮遊拡散領域102に
転送される。時刻T103において、端子2と端子25
に垂直走査スタートパルスが入力され、端子3と端子2
1に垂直走査パルスが入力されることにより第1行が選
択され、信号20a、26aがHIGHになる(不図
示)。時刻T104において、端子10と端子24にH
IGHパルスが印加され、保持されている第1ラインに
つての拡散浮遊容量102の電圧が拡散浮遊容量143
に転送される。時刻T105からは、信号20bと信号
26bがHIGHとなり、第2ラインについての拡散浮
遊容量102から拡散領域143への電圧の転送が行わ
れ、時刻T106からは、信号20cと信号26cがH
IGHとなり、第3ラインについての拡散浮遊容量10
2から拡散領域143への電圧の転送が行われる。
【0038】この転送が終了した時点で、全画素につい
ての拡散浮遊容量102から拡散浮遊容量143への電
圧の転送が終了する。また、この転送は端子16、17
から出力信号を出すための水平方向の転送を伴わないの
で短時間で実行される。
【0039】次に、時刻T107において、端子2と端
子25に垂直走査スタートパルスが入力され、端子3と
端子21に垂直走査パルスが入力されることにより第1
行が選択され、信号20a、26aがHIGHになる
(不図示)。同時に、端子8にHIGHパルスが印可さ
れ、第1ラインの浮遊拡散領域102がリセットされ
る。時刻T108において、端子11、12、13にH
IGHパルスが印加され、第1のコンデンサ108Bと
第2のコンデンサ109とがリセットされる。時刻T1
09において、端子12、23にHIGHパルスが印加
され、第1のコンデンサ108Bに浮遊拡散領域144
の電圧、即ち、信号電圧にリセット電圧を加えた電圧、
が読み出される。時刻110において、端子10、24
にHIGHパルスが印加され、浮遊拡散領域102の電
圧が浮遊拡散領域144に転送される。このときの浮遊
拡散領域102の電圧はリセット後間もないためスミア
が殆ど混入していないリセット電圧である。時刻111
において、端子13、23にHIGHパルスが印加さ
れ、第2のコンデンサ109Bに浮遊拡散領域144の
電圧、即ち、リセット電圧、が読み出される。時刻T1
12において、端子14の電圧がHIGHからLOWに
変化し、水平出力線119、120がリセットされる。
同時に、端子5に水平走査スタートパルスが入力され、
端子6に水平走査パルスが入力され、各列のコンデンサ
よりなるラインメモリからの信号の読み出しが開始す
る。端子14への入力信号レベルを水平走査パルスと逆
相で動かすのは、各列のコンデンサの干渉を防止するた
めである。端子16からは各列の信号電圧とリセット電
圧との和が順次出力され、端子17からは各列のリセッ
ト電圧が順次出力される。両出力の差を後段に備えられ
る差分手段126でとることにより、画素間でばらつく
リセット電圧が取り除かれた信号電圧を得ることができ
る。従って、リセット電圧のばらつきによるノイズ成分
が取り除かれたS/Nの良い出力を得ることができる。
【0040】時刻T107B以降は、順次、信号20b
と26b、信号20cと26cがHIGHになり、ゲー
ト群123とゲート群143の動作により、第1ライン
についておこなわれた時刻T107から時刻107Bま
での動作が、第2ライン、第3ラインについて引き続き
行われる。
【0041】第1ラインの信号を端子16、17から出
力するのを開始してから、第3ラインの信号を端子1
6、17から出力するのが終了するまでは、通常のフレ
ーム読み出しと同一の時間がかかるが、浮遊拡散領域1
44には光が漏れ込まず、また、浮遊拡散領域144は
フォトダイオード101とは別のウエルに形成されるの
で、浮遊拡散領域144の電圧は、変動せずに保持され
る。従って、端子16からはスミアが含まれない信号が
出力される。
【0042】また、各ラインの画素のリセット電圧も、
ライン毎に浮遊拡散領域102をリセットした直後に浮
遊拡散領域144に転送されてから水平方向に読み出さ
れるので、端子17からはスミアが含まれない信号が出
力される。
【0043】端子16からの出力信号と端子17からの
出力信号とは差動回路(不図示)に入力される。従っ
て、差動回路の出力端子からは画素間でばらつくリセッ
ト電圧が無くなり、スミアが含まれない画像出力信号を
得ることができる。
【0044】なお、浮遊拡散領域144の信号の読み出
し方法は本実施形態のラインメモリを使用して1ライン
づつ読み出す方法以外にも、例えば縦2画素×横2画素
の2次元ブロック単位で読み出す方法などの他の方法も
ある。
【0045】[実施形態2]実施形態2における固体撮
像素子の構成は図1に示す実施形態1における固体撮像
素子の構成と同一である。実施形態2は、実施形態1と
用途及び動作タイミングが異なる。
【0046】図4は、本実施形態における固体撮像素子
の動作タイミングを表すタイミング図である。本実施形
態の時刻T201から時刻206までの動作は、実施形
態1の時刻T101から時刻106までの動作と同一で
あるので重複する説明は省略する。但し、時刻T201
から時刻202までの間に撮像される被写体を第1の被
写体とする。
【0047】時刻T207から時刻T208までの間
は、撮像素子は第2の被写体を撮像する。即ち、時刻T
207において、端子19と端子26にHIGHパルス
が印加され、浮遊拡散領域102とフォトダイオード1
01がリセットされ、時刻208において、端子19に
HIGHパルスが印加され、時刻T207から時刻20
8までの間に撮像した画像による信号が浮遊拡散領域1
02に転送される。
【0048】次に、時刻T209において、端子2と端
子25に垂直走査スタートパルスが入力され、端子3と
端子21に垂直走査パルスが入力されることにより第1
行が選択され、信号20a、26aがHIGHになる
(不図示)。時刻T210において、端子11、12、
13にHIGHパルスが印加され、第1のコンデンサ1
08Bと第2のコンデンサ109とがリセットされる。
時刻T211において、端子12、23にHIGHパル
スが印加され、第1のコンデンサ108Bに浮遊拡散領
域144の電圧、即ち、第1の被写体による信号電圧に
リセット電圧を加えた電圧、が読み出される。時刻21
2において、端子10、24にHIGHパルスが印加さ
れ、浮遊拡散領域102の電圧が浮遊拡散領域144に
転送される。このときの浮遊拡散領域102の電圧はリ
セット後間もないためスミアが殆ど混入していない第2
の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧で
ある。時刻213において、端子13、23にHIGH
パルスが印加され、第2のコンデンサ109Bに浮遊拡
散領域144の電圧、即ち、スミアが殆ど混入していな
い第2の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた
電圧、が読み出される。時刻T214において、端子1
4の電圧がHIGHからLOWに変化し、水平出力線1
19、120がリセットされる。同時に、端子5に水平
走査スタートパルスが入力され、端子6に水平走査パル
スが入力され、各列のコンデンサよりなるラインメモリ
からの信号の読み出しが開始する。端子14への入力信
号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、各列の
コンデンサの干渉を防止するためである。端子16から
は各列の第1の被写体による信号電圧にリセット電圧を
加えた電圧が順次出力され、端子17からは各列の第2
の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧が
順次出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手
段126でとることにより、第1の被写体による信号電
圧から第2の被写体による信号電圧を差し引いた信号電
圧を得ることができる。また、差分手段126の極性を
反転することにより第2の被写体による信号電圧から第
1の被写体による信号電圧を差し引いた信号電圧を得る
ことができる。従って、リセット電圧のばらつきによる
ノイズ成分が取り除かれたS/Nの良い出力を得ること
ができる。
【0049】時刻T209B以降は、順次、信号20b
と26b、信号20cと26cがHIGHになり、ゲー
ト群123とゲート群143の動作により、第1ライン
についておこなわれた時刻T209から時刻209Bま
での動作が、第2ライン、第3ラインについて引き続き
行われる。
【0050】本実施形態による固体撮像素子を備えた撮
像装置が、ストロボを備え、第1の被写体を撮影すると
きにストロボ発光をして、差分手段126により第1の
被写体の信号から第2の被写体の信号を差し引くことに
より、ストロボ撮影した被写体の明度から外光撮影した
被写体の明度を差し引いた画像信号を得ることができ
る。この画像信号はリセット電圧のばらつきが相殺され
て、リセット電圧のばらつきによるノイズが混入してい
ないものとなる。
【0051】また、本実施形態による固体撮像素子を備
えた撮像装置が、ストロボを備え、第2の被写体を撮影
するときにストロボ発光をして、差分手段126により
第2の被写体の信号から第1の被写体の信号を差し引く
ことにより、ストロボ撮影した被写体の明度から外光撮
影した被写体の明度を差し引いた画像信号を得ることが
できる。この画像信号はリセット電圧のばらつきが相殺
されて、リセット電圧のばらつきによるノイズが混入し
ていないものとなる。
【0052】[実施形態3]実施形態3は固体撮像素子
の各画素の構成の種々の実施形態を示すものである。図
5は、実施形態3による画素の構成を示す等価回路図で
ある。
【0053】図5(a)に示す画素は、実施形態1、2
による画素と同一である。この画素のフォトダイオード
と全てのトランジスタがN−MOSタイプである。
【0054】図5(b)に示す画素は、トランジスタ1
06がトランジスタ105bに置き換えられたものであ
る。これは、図5(a)の画素と同じ動作をする。
【0055】図5(c)に示す画素は、トランジスタ1
04が削除されたものである。この画素の場合には、メ
モリとしての浮遊拡散領域が形成されない。
【0056】図5(d)に示す画素のフォトダイオード
と全てのトランジスタはP−MOSタイプである。これ
は、図5(a)に示す画素の極性が反転したものとして
みることができる。
【0057】図5(e)に示す画素は、図5(a)に示
す画素のフォトダイオードをフォトゲートに置き換えた
ものである。フォトゲートのフォトキャリア(電荷)の
蓄積/読み出しはゲート電圧により制御される。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、全
画素が同一の時間に受光した光より画像信号を形成して
いるので、被写体が高速に移動する場合でも、画像の上
部の内容と画面の下部の内容がずれない。
【0059】また、本発明によれば、全画素が同一の時
間に受光した光より画像信号を形成しているので、スト
ロボ撮影する場合でも、画面の上部の明度が下画面の部
の明度と異なってしまうことがない。
【0060】更に、本発明によれば、フォトダイオード
に隣接する浮遊拡散領域に転送されたフォトダイオード
の電荷は、画像信号を出力する前に高速にメモリに転送
されるので、フォトダイオードの電荷の転送を受けた後
の浮遊拡散領域の電荷の変動によるスミアの無い信号を
出力することができる。
【0061】更に、本発明によれば、外光に加えてスト
ロボ光を受けている時の被写体の画像信号から外光のみ
を受けているときの被写体の画像信号を差し引いた画像
信号が得られるので、ストロボ光のみの受光よる被写体
の画像信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1による固体撮像素子の構成
を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態1による固体撮像素子の構成
を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態1による固体撮像素子の動作
タイミングを示すタイミングチャートである。
【図4】本発明の実施形態2による固体撮像素子の動作
タイミングを示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の実施形態3による固体撮像素子の画素
の等価回路図である。
【図6】従来例1による固体撮像素子の構成を示すブロ
ック図である。
【図7】従来例1による固体撮像素子の動作タイミング
を示す第1のタイミングチャートである。
【図8】従来例1による固体撮像素子の動作タイミング
を示す第2のタイミングチャートである。
【図9】従来例2による固体撮像素子の構成を示すブロ
ック図である。
【図10】従来例2による固体撮像素子の動作タイミン
グを示すタイミングチャートである。
【図11】本発明及び従来例における画素の一部の断面
図である。
【符号の説明】
101 フォトダイオード 102、144 浮遊拡散領域 103 転送用トランジスタ 104 リセット用トランジスタ 105、106、107アンプ用トランジスタ 108B、109B コンデンサ 110、111 スイッチ用トランジスタ 112 コンデンサ放電用トランジスタ 113、114 バッファ 115、116 スイッチ用トランジスタ 117、118 リセット用トランジスタ 119、120 水平出力線 121,142 垂直走査回路 122 水平走査回路 123、143 ゲート群 140 転送用トランジスタ 141 バッファ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 徹 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 光地 哲伸 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 樋山 拓己 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 須川 成利 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光した光より光電変換により電荷を発
    生する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した前
    記電荷を転送する第1の転送手段と、転送された前記電
    荷を記憶する第1の記憶手段と、前記第1の記憶手段に
    発生した電位を時分割で出力する第1の出力手段と、前
    記第1の記憶手段の電圧を所定値に初期化する初期化手
    段とを備える複数の画素セルと、 前記複数の画素セルの前記第1の転送手段を同時に動作
    させる手段と、 前記複数の画素セルの前記初期化手段を同時に動作させ
    る手段と、 列毎に前記画素セルの出力を受ける複数の第1の出力線
    と、 前記複数の画素セルのうち有効な画素セルに1対1に対
    応した複数の第2の記憶手段と、 列毎に前記複数の第1の出力線の各々の信号を前記複数
    の第2の記憶手段の各々に選択的に転送する複数の第2
    の転送手段と、 前記第1の転送手段と前記出力手段と前記複数の第2の
    転送手段とを制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、前記第1の転送手段と前記初期化手段は、連動して
    前記光電変換手段の電荷を初期化することを特徴とする
    光電変換素子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の固体撮像素子に
    おいて、 前記複数の第2の記憶手段の電位を時分割で出力する複
    数の第2の出力手段と、 列毎に前記複数の第2の出力手段の出力を受ける複数の
    第2の出力線と、 を更に備え、 前記制御手段は前記複数の第2の出力手段を更に制御す
    ることを特徴とする固体撮像素子。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の固体撮像素子におい
    て、 前記複数の第2の出力線の信号を記憶する複数の第3の
    記憶手段と、 該複数の第3の記憶手段の電位を時分割で出力する複数
    の第3の出力手段と、 該複数の第3の出力手段の出力を受ける第3の出力線
    と、 を備えることを特徴とする固体撮像素子。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の固体撮像素子におい
    て、前記第3の記憶手段と、前記第3の出力手段とが同
    一列に複数あり、前記第3の出力線が複数あり、前記複
    数の第2の出力線の信号の各々を前記複数の第3の記憶
    手段の各々に選択的に転送する複数の第3の転送手段を
    更に備え、前記制御手段は前記複数の第3の転送手段を
    更に制御することを特徴とする固体撮像素子。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の固体撮像素子におい
    て、前記複数の第3の出力線の信号の差分をとる差分手
    段を更に備えることを特徴とする固体撮像素子。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の固体撮像素子と、スト
    ロボ発光手段とを備えることを特徴とする固体撮像装
    置。
  8. 【請求項8】 光電変換画素が複数行に配列されたセン
    サ部と、 複数行の前記光電変換画素からの信号を蓄積する蓄積手
    段を複数行配列したメモリ部と、 前記センサ部からの信号を前記メモリ部に転送する転送
    手段と、 前記メモリ部内の任意のブロックの蓄積手段から前記光
    電変換画素からの画像信号が出力されるとともに、前記
    任意のブロックの蓄積手段に対応する前記光電変換画素
    のノイズ信号を出力させる制御手段と、 前記画像信号からの前記ノイズ信号を除去する除去手段
    と、 を有することを特徴とする固体撮像装置。
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