JPS60176370A - 固体撮像装置の駆動装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は固体撮像装置の駆動装置に関する。

（発明の背景） 固体撮像素子は既にファクシミリなどのイメージ・セン
サとして広く利用されているが一般にその出力特性は光
センサ部の照度に対してリニアに変化するので、ダイナ
ミックレンジが狭く、例えばカメラの焦点検出用として
利用した場合には、被写体輝度が低輝度から高輝度の場
合まで広範囲の明るさの像を取り扱わなければならない
ので、光電変換さ扛る電荷の蓄積時間を制御して、広範
なダイナミックレンジをカハーシ被写体輝度が変化して
もその出力レベルをほぼ一定にし、焦点検出の為の演算
処理を行なうのが、普通である。又この種の団体撮像装
置においては、暗′亀流や転送効率に起因するノイズ成
分を均一化してその影響を除去する為に常時シフト・レ
ジスタ部の転送動作を行なわせておくのがよい。さてこ
の様な用途の場合の動作では、素子照度のモニタなどに
より、蓄積された信号電荷が規定値に達したことを検知
して蓄積電荷をシフト・レジスタ部へ取り込まなければ
ならないわけであるが、この時期はセンサに対する光量
に依存し、不定期であり、前述のシフト・レジスタの転
送りロックと無関係になるので、取り込みの必要が発生
しても、転送りロックのクロックレベルが電荷取込可能
状態になっているとはかぎらず、そのままでは取り込む
ことはできない。固体撮像装置の駆動装置においてはこ
の取り込みの為のパルス（以下移送パルスと呼ぶ）をシ
スト・レジスタ部の転送りロックのタイミングと一致さ
せるのが一般的であるが、上述の如く焦点検出用に採用
した場合においては被写体輝度が高輝度の場合、光セン
サ部の適切な電荷蓄積時間が短かくなる為、′電荷蓄積
時間がレジスタ部の転送り口ｙり周期と同程度の時間に
なる場合には、移送パルスを転送りロックのタイミング
に一致させた時の実際の電荷蓄積時間と適切な電荷蓄積
時間との間の時間差が適切な電荷蓄積時間に対して占め
る割合が大きくなり、その時間差が与える誤差が無視で
きなくなる。一方、従来移送パルス発生要求後ただちに
光センサ部の蓄積電荷をシフト・レジスタ部へ移送させ
る為、移送パルスをレジスタ部転送りロックに重畳させ
る方法がある。したがってこの従来の方法を上記焦点検
出用に採用した場合に応用すれば移送パルス発生要求後
ただちに信号電荷をシフト・レジスタ部へ取り込むこと
が可能となる。しかしながら移送パルス発生の時期はシ
フト・レジスタ部の転送りロックと非廚期なので、一定
幅の移送パルスの後縁とレジスタ部の転送りロックが電
荷取込可能状態と同じ位相になる時点とが近接しすぎ、
これにより信号電荷の正常な転送ができない恐れを生ず
る。

このような欠点を第１図〜第４図を用いて詳述する。

第１図は２相駆動のＣＣＤを用いた一次元固体撮像素子
の典型的な模式図であり、１は光電変換された信号電荷
を蓄積する光センサ部の蓄積部、２は蓄積部１にて蓄積
された電荷を取り込んだ後、順次出力部（後述するアン
プ４，５，６．７）へ向け、クロック信号ｅ、、’ｅ、
で転送するＣＯＤによるアナログ・シフト・レジスタで
ある。３はそのゲートに移送パルスへが印加された時、
蓄積部１の蓄積電荷をアナログ・シフト・レジスタへ移
送するシフト・ゲートである。出力ゲート４．出力トラ
ンジスタ５．負荷抵抗６．リセット用トランジスタ７は
出力アンプを形成している。この様に構成された固体撮
像素子の動作は周知なので詳細な説明は省くが、概略は
、シフト・ゲート３に移送パルスＯ，が印加された時、
シフト・ゲート３を開き蓄積部１に蓄えられた信号電荷
をアナログ・シフト・レジスタ部２の対応する各部分に
瞬時のうちに移送、更に転送りロック信号２３．σ２に
より順次その信号電荷を出力ゲート４に向けて転送し、
出力端子６ａより順次レジスタ部２の各部の蓄積電荷に
対応した出力信号を得るものである。

尚、転送りロック信号ω＋１ｇ３ｔが、蓄積部１からア
ナログ・シフト・レジスタ２へ適正に電荷を取り込める
状態（電荷取込可能状態）にある時、すなわちＯ＋−Ｈ
２Ω、＝Ｌの時に、蓄積部１からレジスタ２へ電荷を移
送しないと、レジスタ２の各部分に正確な電荷取り込み
を行なうことができないものでおる。

第２図及び第３図は第１図に示された（ＩＩ、ｅ２゜Ω
・の従来の一般的な駆動波形であって、転送りロック色
は図に示される様なりロック、転送りロックｚ２はクロ
ック２１の逆位相のクロックである。今、第２図のＡ点
にて、積蓄部１の光電変換された信号電荷の蓄積が開始
され、図示されない蓄積電荷量検出装置により第１図蓄
積部１の蓄積電荷（例えば平均電荷）が第２図のＢ点で
規定量に達したことを検出したとすると、この時点では
Ω１　のレベルは図示の如くしレベルなので、ｚｌがＨ
レベルとなるタイミングを計って、Ｂ点よりｔ、たけ遅
れた０点で移送パルス４を第１図シフトゲート３に与え
る。この場合、蓄積開始時Ａ点から規定量に達する迄の
時間ｔ１と遅れ時間ｔ！を合わせた時間が蓄積部１での
実際の蓄積時間になりｔｌがｔ８に比べて、玉料的に長
ければ、本来の蓄積時間に対する出力レベルの変動は少
ないが、第３図に示した様に高輝度被写体などの場合に
は、蓄積開始時Ａ点から規定量に達する迄の時間ｔ３が
短くなるので、遅れ時間ｔ２を加えた実際の蓄積時間ｔ
ｓ＋ｔｘは、本来の蓄積時間に対して増大比率が高く出
力レベルは大きく変動してしまう。

第４図はこのようなことを避ける為のもので、蓄積開始
後蓄積時間ｔ６だけ経過して、前述の規定量に達した時
点Ｂで、移送ノくルスの・を出力し、この時点で一定期
間強制的に転送りロック缶を′電荷取込可能状態（Ｈレ
ベル）にするものである。

しかしながらこの方法では、移送ノくルスρ丁により、
第１図の蓄積部１からアナログ・シフト・レジスタ部２
への移送は正常に行なわれるが、期間ｔ、は光量に依存
し、移送パルス釦の発生はクロックρ、。

２、に非周期なものとなるので、第４図の例でいえば、
移送パルスの後縁から転送りロックが電荷取込可能状態
と同じ位相になるまで、すなわちクロックＳｒ　＝Ｈ＋
　Ｓｔ　＝Ｌとなる時点までの時間が非常に近接する場
合（ｔａ々。）があり、この様な場合アナログ・シフト
・レジスタに加えられるＧＪ＋　＝　Ｌ　。

ρ、−１（となる転送りロック巾ｔ６が極度に短くなり
その後のアナログ・シフト・レジスタにおける信号電荷
の正確な転送が期待できず、シフト・ゲート３を介して
取り込んだシフト・レジスタの各転送段の信号電荷が、
蓄積部１で各々蓄積した電荷と対応しなくなる恐れがあ
った。

（発明の目的） 本発明はこのような欠点をなくし、蓄積時間が短かい高
輝度の場合でも、光センサ部（電荷蓄積部）の出力レベ
ルをほぼ一定にし、なおかつシフト・レジスタにおける
信号電荷の正常な転送を行なう駆動装置を提供すること
を目的としている。

（発明の概要） 本発明は移送パルスの後縁から転送りロック８＋１鈎が
次の電荷取込可能状態と同じ位相（ρ１−Ｈ１０、＝Ｌ
）になるまでの時間（ｔｏ）ｉ一定時間以上保つことに
より蓄積部１の各部分でそれぞれ蓄積された電荷に対応
する電荷を正確に転送できるようにしたものである。

（実施例） 第５図は本発明による一実施例を示す図である。

１〜７までは第１図と同じ構成なので同一番号で示した
。８は蓄積部１の蓄積電荷量（例えば平均電荷量）が規
定ｉ＜達したことを検出する蓄積電荷量検出装置で９は
その出力を受け一定幅のパルスを出力する移送パルス発
生回路、インバータ群１０はその入力を移送パルス発生
回路９より受け、シフト・ゲート３へ出力する。１１は
クロック・パルス発生装置でその出力はＯＲゲート１２
とインバータ１３に入力される。Ｄタイプフリップフロ
ック１４は、Ｄ入力とリセット端子にインバータ１３の
出力を受け、又クロック入力端子ＣＫには移送パルス発
生回路９の出力が接続される。Ｄタイプフリップフロッ
ク１４はクロック入力端子ＣＫに入力されるパルスの立
ち上がりにより、この時り入力端子に入力されている信
号を出力端子Ｑへ出力し、その後この出力状態を保つ。

そしてリセット端子Ｒにリセット端子（Ｌレベルの信号
）が入力されると、入力端子り、ＣＫの入力にかかわら
ず出力端子Ｑの出力をリセットし、Ｌレベル出力とする
。更にその出力端子Ｑは前述ＯＲゲート１２の他の入力
に接続されている。ＯＲゲート１２の他の入力には、移
送パルス発生回路９の出力を入力とするインバータ群１
５の出力が接続される。インバータ１６及びバッファ１
７はＯＲゲート１２の出力を入力にし各々逆位相でアナ
ログ・シフト・レジスタ２のゲートに接続され転送駆動
するような構成となっている。

このように構成された装置の動作を説明する。

第６図及び第７図は第５図の各部の波形を示すものであ
る。まず第６図の場合から説明する。

蓄積電荷量検出装置８により電荷蓄積部１の蓄積電荷量
が規定量に達したと検知されると、該装置８は移送パル
ス発生回路９へ信号を送出し−１移送パルス発生回路９
は１＋＋の時点にて第６図すに示される移送パルスを送
出する。この移送ノ（ルスが出力されるとただちにイン
バータ群１５、ＯＲゲート１２を介して、バッファ１７
の出力ｅば、クロックパルスａにかかわらず、Ｈレベル
、インバート・バッファ１６の出力ｆはＬとなる。ここ
でインバータ群１５及び１０はゲート回路などの遅延時
間を考慮して多段にもうけたもので動作的にはインバー
タにすぎない。一方間時にシフト・パルス発生回路９の
出力すはインバータ群１０を介してシフト・ゲート３に
移送パルスｇを印加する。このとき既にインバータ群１
５、ＯＲゲート１２、バッファ１７、インバート・バッ
ファ１６を介して、アナログ・シフト・レジスタ２の各
ゲートは前述した如く、電荷取込可能状態（ｅ＝Ｈ。

ｆ＝、Ｌ）になっているので、移送パルスｇが印加され
ることにより蓄積部１から、アナログ・シフト・レジス
タ部２へ電荷の移送が行、なわれる。次に移送パルスの
後縁（ｔ１２時点）においては、第６図の例ではクロッ
ク・パルスａはＨレベルｆｚ、　（７）で、Ｄタイプ：
フリップフロップ１４のＤ入力はＬレベルであり、シフ
ト・パルス発生回路９の出力すの立ち上が・り、に・ｌ
よＪＤタイプ・フリップフロップのＱ出力ＣはＬレベル
のままである。しかしながらクロックａがＨレベルなの
でＯＲゲート１２、バッファ１７、インバート・バッフ
ァ１６ｅ介り。

て、アナログ・シフト・レジスタ部２のゲートにはｅ＝
Ｈ，ｆ＝Ｌレベルが与えられており、移送パルス発生回
路９の出力すがＨレベルになっても（移送終了状態にな
っても）アナログ・シフト・レジスタ部２のゲートには
クロックａに便いｅ。

ｆの如く電荷取込可能状態の信号、すなわちｅ。

ｆにそれぞれＨ，Ｌの各レベルの信号が印加される。そ
してクロック信号ａに従いｔ’ｓ時点でクロック信号ａ
がＬレベルになると、それ以後、周期２Ｔのクロック信
号ａに基づく転送りロック信号ｅ、ｆによりシフト・レ
ジスタ２におけるイ［号電荷の転送が行なわれる。この
場合は移送パルス終了時（ｔｕ　）に転送りロックｅ、
１”Ｒ１１荷取込可能状態と同じ位相にあるので、移送
終了（ｔ＋ｚ）　以　−後、次の電荷取込可能状態と同
じ位相（ｅ＝Ｈ。

ｆ＝Ｌ）になるまでの時間（Ｔ１）を一定時間以上に保
つことができ、正確な信号電荷の転送を行なうことがで
きる。尚、Ｔが正常な転送を行なう為の一定時間より大
きく設けられていることはいうまでもない。

次に第７図のような場合について説明する。前述と同様
に蓄積電荷が現定量に達したと検知されると、移送パル
ス発生回路９へ信号を送出し、移送パルス発生回路９は
ｂに示されるパルスを送出する。第６図の説明で述べた
ようにパルスｂが送出されている間（１１＋〜ｔ、２）
＋インバータ群１５、ＯＲゲート１２、インバート・バ
ッファ１６、バッファ１７を介して、アナログ−・シフ
ト・レジスタ２のゲートには電荷取込可能状態の転送り
ロック（ｅ　＝　ｆ（、ｊ＝　Ｌ　）が印加され同時に
インバータ群１０を介してシフト・パルスｇが与、ｔら
れる。

そして蓄積部１からレジスタ２へ蓄積電荷の移送が行な
われる。パルスｂの後縁すなわち電荷の移送終了時（ｈ
りにおいては、クロックパルスａはＬレベルなのでフリ
ップフロップ１４のＤ入力はＨレベルとなりそのＱ出力
ＣはＨレベルとなりＯＲゲート１２の出力は、パルスｂ
の後縁によりインバータ群１５の出力ｄがＬレベルにな
るも、Ｈレベルが確保される。尚この場合インバータ群
１５の遅延により、フリップフロップ１４のＱ出力Ｃが
Ｈとなった後にインバータ群１５の出力ｄがＬになるの
で、ＯＲゲート１２の出力は瞬時りとなることがない。

そしてこのフリップフロップ１４のＱ出力Ｃ，ｆｌクロ
ックａがＨレベルになるまで（ｔａｘ）ホールドされる
。その後ハクロックａにより第７図ｅ、ｆの如く、各々
アナログ・シフト・レジスタのゲートにクロックが与え
られ転送が行ｆ＝Ｌ）に保ち、移送終了（ｔ２ｚ）から
次の電荷取込可能状態と同じ位相になるまでの時間Ｔ、
を一定時間以上に保つ・ことができ、前述の如く正体な
転送を行なうことができる。

以上の第６図、第７図の説明から明らかなように移送パ
ルス発生回路９の出力すがクロックａのタイミングに関
係なく、発せられても、移送パルスｇが与えられる時に
は必ずアナログ・シフト・レジスタのクロックｅ、ｆは
電荷取込可能状態（ｅ　＝Ｈ，ｆ　＝Ｌ　）になってお
り、なおかつ移送パルスｇの後縁（１＋２，１１１　）
から転送りロックが次の電荷取込可能状態と同じ位相に
なるまで（ｔ＋４．ｔ２ａ　）の時間を一定時間以上に
保つことができる。

尚、実施例では移送パルスｇの後縁（ｔ＋ｚ　＋　ｔｘ
ｔ）から転送りロックｅ、ｆが次に電荷取込可能状態と
同じ位相になるまで（ｔ＋４ｒ　ｔｉｓ　）の時間（Ｔ
１゜Ｔ、）を１周期（ｔｌ、γｔｎあるいはｔ２４〜ｔ
ｔａの時間、Ｔ）より長くなるように設定したが、この
時間（Ｔ）が、正確な転送の為に移送パルスｇ、の後縁
から転送りロックが次の電荷取込可能状態と同じ位相に
なる捷でに設けなければならない一定時間より長いこと
はもちろんである。

さらに実施例では移送パルスｇの後縁から転送りロック
ｅ、ｆが次の電荷取込可能状態と同じ位相になるまでの
時間（Ｔ、　；　Ｔ、）をＴ周期（Ｔ）以上になるよう
に設けたが、この時間（’ｒ、　、Ｔ！　）は正確な転
送の為に設けなければならない一定時間より長ければよ
い。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明によれば、移送パルスの発生
を転送りロックと無量゛係（に１した、ので移送パルス
発生のタイミングがいかなるときでも蓄積部からアナロ
グ・シフト・レジスタ部へ信号電荷をとり込むことがで
き、蓄積時間が短い高４度の場合でも一定の出力レベル
が得られる。また移送パルス後縁から転送りロックが次
に電荷取込可能状態と同じ位相になるまでの時間を一定
時間以上に保つようにしたので、その出力は各畜ｌ＊部
分に対応した出力となり大変有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像素子の概略図、第２〜第４図は
従来の駆動波形を示す図、第５図は本発明の一実施例を
示す回路図、第６図及び第７図は各部の波形を示すタイ
ムチャートである。 （主要部分の符号の説明） １・・・・・・・電荷蓄積部 ２・・・・・・・アナログ・シフト・レジスタ］〜７・
・・・・・固体撮像素子 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡　辺　隆　男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 蓄積された信号電荷が所定レベルに達した後に発せられ
   る一定巾の移送イ亀号により、信号電荷蓄積部からアナ
   ログ・シフト・レジスタへ信号電荷を取り込み、一定周
   期の転送りロック信号を、前記アナログ・シフト・レジ
   スタへ印加し、該クロック信号により信号電荷を順次転
   送して、出力と１］ して取り出す団体撮像装置の駆動装置において、前記転
   送りロック信号と無関係に前記移送信号を出力するよう
   に設けるとともに該移送信号が出力されている間は前記
   アナログ・シフト・レジスタへ印加するクロックを電荷
   取込可能状態に保ち、かつ前記移送信号終了から前記転
   送りロック信号が次の電荷取込可能状態と同じ位相にな
   るまでの時間を一定時間以上に保つ構成とした固体撮像
   素子の駆動装置。