JPS6225583A - 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、電子カメラ等に用いられる固体撮像装置、
詳しくはＣＣｒ）等にて形成された固体撮像素子の駆動
手段に関するものである。

［従来の技術］ 従来からＣＯＤ等の電荷転送素子で形成した固体撮像素
子を用いた固体撮像装置は、撮像光を撮像素子の各光電
変換部に照射し、１フイ一ルド期間あるいは１フレ一ム
期間毎に撮像出力信号を読み出すことにより、静止画像
または動画像が得られるように構成したものが各種提案
せられている。

次に、その固体撮像索子を使用した電子カメラの一例を
第３図によって説明する。

第３図においてＩＡ、ＩＢは光学系のレンズであり、そ
の間に絞り機構２が介挿されている。絞り機構２は後述
するアイリスドライバー３３により駆動されるようにな
っている。上記レンズＩＡ。

ＩＢおよび絞り機構２を介して捉えられた被写体く図示
されず）の光像は、レンズ系の焦点位置に設置されてい
る固体撮像素子３の光電変換面上に結像する。固体撮像
素子３は後述するように、例えばインターライン一括転
送型ＣＯＤからなり、光電変換面上に結像した被写体の
光像を電気信号に変換し、その出力をアンプ４．サンプ
リングホールド回路５．アンプ６、ＬＰＦ７を経て色分
離回路８に供給すると共に、後述するＣＣＤＣＤ口先回
路給する。色分離回路８は与えられた電気信号を輝度信
号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに分離し、ＦＭ変調器９
に供給する。ＦＭ変調器９は輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−
Ｙ、Ｂ−Ｙをそれぞれの周波数帯域においてＦＭ変調し
、記録アンプ１０に供給する。記録アンプ１０は後述す
る書込みパルスを与えられた期間において、ＦＭ変調さ
れた各信号を増幅して磁気へラド１１に与える。磁気ヘ
ッド１１は供給された信号を磁気ディスク１２の記録ト
ラックにＦＭ記録する。

同期パルス発生器２０は後述する露光制御回路３０から
の制御信号に応動し、φＶドライバー２１、φＨドライ
バー２２．ＳＧドライバー２３にそれぞれパルスを与え
、各ドライバー２１．２２゜２３から垂直転送りロック
φＶ、水平転送りロックφＨ，センサーゲートパルスＳ
Ｇをそれぞれ出力させ、固体撮像素子３を駆動する役目
をする。

また同期パルス発生器２０は色分離回路８およびＦＭ変
調器９に対しタイミングパルスを与えると共に、撮像系
の動作タイミングと記録系の動作タイミングおよび位相
を合わせるだめの同期パルスを同期検出器２４の一方の
入力端に与える。

同期検出器２４の他方の入力端には磁気ディスク１２に
付設した回転位相検出用パルスジェネレータ２５からの
ＰＧパルスが与えられる。かくして同期検出器２４は上
記ＰＧパルスと前記同期パルスとを比較し、磁気ディス
ク１２の回転速度および位相が常に撮像系の動作タイミ
ングに一致するような信号をモータ駆動回路２６に与え
る。モータ駆動回路２６は上記検出器２４から与えられ
た信号に基づいてディスク駆動モータ２７を駆動制御す
る。その結果、磁気ディスク１２は定常状態において、
３６００ＲＰＭで定速回転し、１回転する間に１フイー
ルドの画像記録を行なうものとなる。

記録ゲート回路２８は電子カメラのレリーズボタンに連
動する撮像指令スイッチ２９がオンとなったときに発生
するトリガパルスＴＧによってトリガされ、同期パルス
発生器２０からの同期パルスに基づいて１フイ一ルド期
間に相当する幅の書込みパルスＷＧを前記記録アンプ１
０に与えて、その期間だけ記録アンプを作動状態となす
。

露光制御回路３０は、固体撮像素子３の各画素を構成す
る光電変換部内に蓄積された光電荷を、撮像指令スイッ
チ２９がオンとなることによって撮像指令が与えられた
後の所定の時点で垂直シフトレジスタヘ一括転送する転
送手段、この転送手段による一括転送が行なわれた時点
から所定時間だけ経過した時点で前記各光電変換部に光
電荷の蓄積を開始させる手段、この手段により蓄積され
た光電荷を、前記ＬＰＦ　７の出力に応動するＣＣＤ測
光回路３１や、フォトダイオードなどからなる外部測光
回路３２などにて得られる７１１１＋光情報にれもとづ
いて決定される露光時間たけ経過した時点で、前記垂直
シフトレジスタへ転送して読出しを行なう読出し手段等
を備えている。そして上記露光制御回路３０は端子３０
ａに外部指令を与えるられると、前記同期パルス発生器
２０へ上記外部指令に応じた制御信号を与えて前記各手
段を実行させ、固体撮像索子３を静止画撮像モードで駆
動し、それ以外は固体撮像素子３を動画撮像モードで駆
動するものとなっている。また、いずれの場合において
もアイリスドライバー３３へ制御信号を与えて絞り機構
２の絞り値を所定値に設定す・るものとなっている。

また第３図において３４はエンコーダであり、色分離回
路８の出力である輝度信号Ｙと色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙ
とをたとえばＮＴＳＣ信号に変換し、これをビューファ
インダ３５へ送る。かくしてビューファインダ３５より
撮像の内容をモニタすることができるようになっている
。

次に前記固体撮像素子３について詳細に説明する。この
電子カメラに使用される固体撮像素子３としては、各画
素に蓄積される光電荷が同一のタイミングで画素外に一
括して転送される一括転送型の素子が望ましい。このよ
うな素子として例えばインターライン一括転送型のＣＣ
Ｄ固体撮像素子が知られている。この種の素子について
は、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ　３７．Ｎｏ　１０　（
１９８３Ｐ７７６〜７８１「高抵抗ＭＣＺ基板を用いた
ＭＯ８型センサーＣＣＤ撮像索子」に記載されている。

第４図は上記電子カメラに採用した固体撮像素子３の具
体例であり、インターライン一括転送型ＣＣＤ４０を示
している。図中、符号４１はそれぞれ色フイルタ−Ｒ，
Ｇ、Ｂを表面にもつＭＯＳダイオードからなる受光セン
サ、すなわち光電変換部であり、各々１画素を形成して
いる。上記光電変換部４１に隣設してＣＣＤからなる垂
直シフトレジスタ４２が設けである。これらの垂直シフ
トレジスタ４２は、光電変換部４１に蓄積された光電荷
を受は取り、ＣＯＤからなる水平シフトレジスタ４３に
順次転送する。水平シフトレジスタ４３は１水平走査線
（ＩＨ）単位に、光電化を出力部４４に転送する。出力
部４４はプリアンプを内蔵しており、微小電流を増幅し
て出力端子Ｖｏｕｔから出力する。なお上記インターラ
イン一括転送型ＣＣＤ４０の各入力端子には、リセット
パルス）　　であるセンサーゲート信号ＳＧ、垂直レジ
スタ転送りロックφＶｌ、　　φＶ２．水平レジスタ転
送りロックφＨ１，φＨ２などがＣＣＤドライバー（第
３図の２１〜２３）から供給される。

上記各光電変換部４１における光電荷の蓄積時間は、光
電変換部４１から垂直シフトレジスタ４２へ電荷を移す
タイミングに基づいて決定されている。

第５図は上記第４図の一部を取り出して示した図である
。この第５図から明らかなようにセンサーゲート４５は
、各光電変換部４１に対し共通に形成した共通電極であ
る。また垂直シフトレジスタ４２は飛越走査を行なうた
め、細矢印で示す如く奇数フィールド時に有効に働くも
のと、白抜きの太矢印で示す如く偶数フィールド時に有
効に働くものとが交互に配置されており、それぞれのグ
ループ毎に転送りロックφＶｌ、　　φＶ２を共通に供
給されるものとなっている。

かくして光電荷一括転送は次のように行なわれる。すな
わち第５図における各部の電位が下記のように設定され
たとき、光電変換部４１内に蓄積された光電荷が垂直シ
フトレジスタ４２に転送される。

■奇数フィールド時 センサーゲート信号ＳＧがｒＬＪでφＶ１が「Ｈ」であ
るとき ■偶数フィールド時 センサーゲート信号ＳＧがｒＬＪでφＶ２がｒＨＪであ
るとき したがってセンサーゲート信号ＳＧがＨレベルからしレ
ベルに変化する変化点が蓄積された光電荷の一括転送開
始時点である。

第６図は上記インターライン一括転送型ＣＣＤ４０を通
常の動画撮像モードで作動させた場合の動作タイミング
を示す図である。第６図においてＶＤは垂直ドライブパ
ルス、ＨＤは水平ドライブパルスである。ＨＤに書込ん
である数字「１〜５２５」は水平走査線の番号に対応し
ている。センサーゲート信号ＳＧはｌフィールドに１回
ｒＨＪ、「Ｌ」が変化する。上記ｒＬＪの変化のタイミ
ングで光電変換部４１の光電荷は、垂直シフトレジスタ
４２に移送される。つまり、このタイミングで、そのフ
ィールドの全画素の情報が垂直シフトレジスタ４２内に
移されるわけである。φＶｌ。

φＶ２は２相の垂直レジスタ転送りロックであると同時
に、各光電変換部４１から垂直シフトレジスタ４２への
電荷移送にも関係している。

いま、ある時点で撮像指令スイッチ２９がオンとなり、
トリガーパルスＴＧが露光制御回路３゜に入力すると、
露光制御回路３ｏがはたらき同期パルス発生器２０へ転
送制御信号を与える。このため同期パルス発生器２０か
ら転送指令パルスか送出され、ドライバー２１．２２．
２３を介して固体撮像素子３に転送パルスが与えられる
。その結果第１フイールドでは、時点ｔ１すなわち第１
１ＨでＳＧがｒＬＪとなったときφＶ１がｒＨＪとなる
ため、この時点で第１フイールドにて出力される画像に
関係する全画素の電荷が垂直シフトレジスタ４２に移送
され、画素内がクリアされる。

同時にふたたび光電荷の蓄積が開始される。一方、第２
フイールドでは、時点ｔ２すなわち２７５Ｈ目にセンサ
ーゲート信号ＳＧがｒＬＪとなったタイミングでφＶ２
がｒＨＪであるため、この時点で第２フイールドにて出
力される画像に関係する全画素の電荷が垂直シフトレジ
スタ４２に移送される。上記の如く各フィールドにおい
て垂直シフトレジスタ４２へ移送された信号電荷は、そ
の直後からφＶｌ、　　φＶ２およびφＨ１，φＨ２に
よる垂直シフトレジスタ４２および水平シフトレジスタ
４３の転送動作により、ビデオ出力として出力される。

すなわち第６図中、「Ｖレジスタ空送゛す」のあとの第
１ＨからＣＣＤ出力信号として出力される。

なお、第６図の例はフレーム蓄積モードの場合であり、
光電荷の蓄積時間は１／３０となる。

以上のように電子カメラは構成されている。

ところで、このように構成されている電子カメラにおい
ては、露光時間を設定するため、およびストロボ発光を
同調させるためにシャッタを組み合わせなければならな
い。そこで、どのようにシャッタを組み合わせるかが問
題になる。即ち、シャッタを開いている露光中に読み出
しか行なわれないようにしなければならない。露光中に
センサーゲート信号ＳＧ（以下、読出パルスという）が
入ると、そこで信号電荷の蓄積が打ち切られるからであ
る。この場合レンズシャッタの場合には、シャツタ開の
状態で読出パルスＳＧが入ってもその時点で信号電荷の
蓄積が打ち切られるたけであるが、フォーカルプレーン
シャッタの場合には、撮像索子の各画素はシャッタの動
きに応じて順次に露光されているのでシャツタ開の状態
で読出バ・ルスＳＧが入ると画面上で場所によって各画
素の信号電荷の蓄積時間が異なってしまうので、横方向
のシェーディングが起こる。

従って、撮像面上のどこかに露光が行なわれている状態
で読出しがかからないようにしなければならないので、
シャッタを開くタイミングはトリガパルスがあるタイミ
ングで人ったら、その次の読み出しパルスを待って読出
しが終了したところでシャッタを開くようにしなければ
ならない。しかもシャッタ閉成のときには、次の読出パ
ルスがくる迄にシャッタが全開状態になっていなければ
ならない。

また、ストロボを組み合わせたストロボ同調撮影時には
シャッタは全開状態になっていなければならないし、ス
トロボ発光の終了したのちにシャ・し夕を閉じなければ
ならない。このストロボ発光とンヤッタ開閑のタイミン
グ関係は、銀塩フィルムを使用する通常のカメラと変わ
らない。

だが、固体撮像索子を用いた場合には特有の問題として
スメアの発生等がある。このスメアというのは周知のよ
うに、画面上にある高輝度光点が存在すると、その上下
に白い光の帯が発生するという現象で、この発生原因は
通常のＣＣＤで光電変換部（フォトセンサ）以外の垂直
シフトレジスタ部にスメア電荷（高いポテンシャルを持
った電荷）が洩れ込んでしまうことにある。よってこの
スメア電荷の洩れ込みは露光中にしか起こらない。

固体撮像素子では、受光部である光電変換部にて得られ
る信号電荷を転送する構造上、その転送部に不要な電荷
が漏洩したり熱的に励起されることにより、上記スメア
現象やブルーミング現象が生じ易いので、従来より転送
部に沿ってオーバーフロードレインを形成したり、垂直
シフトレジスタ下部の電位勾配を急峻にするような構造
（Ｐウェル構造）（テレビ学技報　Ｖｏｌ、？、Ｎｏ４
１Ｐ１９）にする等の各種の対策が施されている。

また、シャッタを閉成することにより固体撮像素子の各
光電変換部に得られる信号電荷を垂直シフトレジスタ部
に移して信号の読出しを行なう直前に、該垂直シフトレ
ジスタ部に残存している不要電荷を掃出して捨てる技術
手段も、特開昭５８−１１７７７７号公報等によって提
案されている［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記オーバーフロードレインを形成したり、垂
直シフトレジスタ下部にＰウェルを形成する従来の対策
では極めて複雑な構造とならざるを得ず、高度な半導体
製造技術を必要とし製造が容易でなく、極めて高価なも
のとなっている欠点があり、また上記特開昭５８−１１
７７７７号公報に開示されている技術手段は、信号読出
しを行なう直前の極めて短時間のうちに、非常に高速度
で垂直シフトレジスタ部の残存電荷の掃出しを行なわな
くてはならないので、不要電荷の転送効率が低下しく電
荷の転送は低速で行なう方が効率自体は良い）、残存電
荷を完全に排出し切れないという不具合がある。従って
、本発明の目的は上記従来の欠点を除去した固体撮像装
置を提供するにある。

Ｃ問題点を解決するための手段および作用コ本発明は続
出パルスが入る以前の比較的充分な時間区間で垂直シフ
トレジスタを高い周波数の転　゛。　　送パルスで高速
駆動して垂直シフトレジスタを完全にクリーンにするよ
うにしたものである。

［実　施　例コ 以下、図示の一実施例によって本発明を説明する。第１
図は、本発明の固体撮像装置の構成をブロック図で示し
たものである。同図において、シンク−シグナル・ジェ
ネレータＳＳＧを有する固体撮像素子駆動用クロックパ
ルス発生器５０は前記第３図の電子カメラにおける同期
パルス発生器２０、φＶドライバー２１．φＨドライバ
ー２２゜ＳＧバライバ−２３に相当するものであって、
水平レジスタ転送りロックφＨ１，φＨ２を固体撮像素
子５３に供給すると共に、センサーゲート信号、即ち読
出パルスＳＧおよび垂直レジスタ転送。

クロックφＶｌ、　　φＶ２を垂直クロック切換部５１
に供給するようになっている。

上記垂直レジスタ転送りロックφＶｌ、　　φＶ２は固
体撮像索子５３内において読出パルスＳＧによって垂直
シフトレジスタ部に転送された光電変換部の信号電荷を
通常の映像信号読出し速度で順次転送する転送りロック
φＶＩＬ、　　φＶ２Ｌと、この通常の転送速度よりも
比較的高速の転送を行なう高い周波数の転送りロックφ
Ｖ　Ｉ　Ｈ，φＶ２Ｈとで形成されていて、この両転送
りロックφＶＩＨ，＜６Ｖ２ＨとφＶＩＬ、＜６Ｖ２Ｌ
とハソれぞれ垂直クロック切換部５１内の切換スイッチ
５２を通じて選択的に固体撮像素子５３に供給されるよ
うになっている。この切換スイッチ５２は半導体スイッ
チ回路によって構成されていて、シャッタトリガ信号が
上記切換部５１に入り、その次に続出パルスＳＧが入る
と切り換わって高速転送りロックφＶ　Ｉ　Ｈ，φＶ２
Ｈを固体撮像素子５３に供給し、シャッタが閉じてその
次に読出パルスＳＧが入ると切り換って普通の転送りロ
ックφＶＩＬ。

φＶ２Ｌを固体撮像素子５３に供給する役目をするもの
である。

そして、上記垂直クロック切換部５１にはシャッタトリ
ガスイッチ５４からのトリが信号とシャッタメカニズム
５５に設けられているシャッタ開閉センサ５６からのシ
ャツタ閉信号とが人力するようになっており、また同切
換部５１からはシャッタ制御部５７にシャツタ開動作信
号が発っせられるようになっていて、同制御部５７シヤ
ツタメカニズム５５にシャツタ開動作を行なわせる。そ
して、シャッタ開閉センサ５６はシャッタの全開を検知
してストロボ回路５８にシャッタ全開信号を出力するよ
うになっており、ストロボ回路５８は発光終了信号をス
トロボ選択スイッチ５９を通じてシャッタ制御部５７に
供給するようになっている。またストロボが使用されな
いときには上記選択スイッチ５９は自動露光用フォトダ
イオード６０ａ等を有する通常のＡ１１Ｊ光回路６０か
らの測光信号をシャッタ制御部５７に供給するようにな
って０る。

このように構成されている本実施例の動作を次に述べる
と、今、シャッタトリガスイッチ５４が叩じられてシャ
ッタトリガ信号が垂直クロック切換部５１に入力される
と、この信号が入ったタイミンクの次に、同切換部５１
に入った読出パルスＳＧによって切換スイッチ５２は切
り換えられて高速の転送を行なう高い周波数の転送りロ
ックφＶ　Ｉ　Ｈ，φＶ２Ｈを固体撮像索子５３に供給
する。

これが供給されると第２図に示すように垂直シフトレジ
スタ部内の電荷は高速で読み出され同レジスタ部内はク
リーンな状態になる。また、これと同時に上記切替部５
１からはシャッタ制御部５７にシャツタ開動作信号が送
られるので、これによってシャッタメカニズム５５はシ
ャッタを開く、そしてシャッタが全開するとシャッタ開
閉センサ５６からシャッタ全開信号がストロボ回路５８
に送られてストロボが発光する。このストロボの発光が
適性になると、図示しない測光部からの信号で発光か停
止される。この発光終了信号はストロボ選択スイッチ５
９を通じてシャッタ制御部５７に送られ同制御部５７は
シャッタメカニズム５５を動作させてシャッタを閉じる
。このシャツタ閉動作はセンサ５６によって検出されて
シャツタ閉信号が垂直クロック切換部５１に送られる。

そしてこの信号か入ったタイミングの次に、同切換部５
１に入る読出パルスＳＧによって切換スイッチ５２が切
り換って通常の転送りロックφＶＩＬ。

φＶ２Ｌを固体撮像索子５３に供給するようになる。こ
のときシャッタは全開状態になっており、１フイールド
にわたって高速駆動された垂直シフトレジスタ部の読み
出しは終り、ここにレジスタ部はスメア電荷等が存在し
ないクリーンな状態となる。従って上記シャッタの開閉
動作によって光電変換部への露光によって蓄積された映
像信号の読出を行なって記録を行なえばスメア等のない
信号を記録できる。

なお、上記動作はストロボを使用した場合について説明
したが、ストロボを用いない場合には、選択スイッチ５
９を切り換えて測光回路６０の測光出力によりシャッタ
制御部５７にシャツタ閉信号を送出するようにすればよ
い。

また、上記垂直り０ツク切換部５１はシャッタが全開状
態にならない間は読出パルスＳＧの入力を禁止するよう
になっている。即ち、これは長時間露光時等においてシ
ャッタの開状態か延びた場合には、これに続出パルスが
ひっかかるため、これを禁止し、シャッタの全閉状態で
読出パルスＳＧを受入れるようにしたものである。

本実施例のように露光を行なう１フイ一ルド期間の全て
において垂直シフトレジスタ部を高速駆動して映像信号
の排出を行なった場合には、電荷転送の効率を著しく低
下させるおそれのない程度の駆動速度で不要電荷を完全
にυ「出し切ることがでる。更に読出パルスＳＧのタイ
ミングに合わせて高速駆動と通常駆動の切替を行なえば
よいので回路構成が簡単になるし、またシャツタ開状態
てスメアか連続発生しているとき、高速駆動を続けると
効率良くスメアの除去を行なうことができるという効果
が得られる。

しかし、入射光の輝度が極度に高くないと想定されると
きは高速駆動はシャツタ開状態にかかる１フイールドで
なくてもシャッタが閉じた時点からスメアの発生源が無
くなって次の読出パルスがくる迄の間に行なってもよい
。少なくとも垂直シフトレジスタが一回（一画面分）全
部転送されればよいので、それだけのクロックがあれば
よい。

またストロボを組み合わせた場合にはスメアの発生源は
、この画面に限られるからストロボの発光が停止してか
ら、次の読出パルスＳＧかくる迄の間でもよい。また実
際にはストロボ光たけでなく、ストロボの発光を停止し
てからシャッタが閉じる迄の間にストロボ光以外の光に
よるスメアが発生する場合もあるのでシャッタが閉じた
時点から後に、スメア電荷排出の高速駆動期間を設ける
ことが望ましい。

だが、要するに高速駆動開始時点は電源がオンした時点
、シャッタトリガスイッチがオンした時点、露光が行な
われるフィールドのスタート時点、ストロボ発光のスタ
ート時点、ストロボ発光の終了直後の時点、シャッタ開
放時点、シャッタ閉成直後の時点等のうち、何れかの時
点であればよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば簡単な構成で確実に
スメア電荷を排出することができ、スメアミ荷排出のた
めの転送回数の増加および高速駆動化を徒らに行なわな
くてもよく、かつ不要電荷の排出残りも生ずるおそれの
ない固体撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す固体撮像装置のブロ
ック構成図、 第２図、上記第１図の実施例のタイムチャート、第３図
は、電子カメラの構成の一例を示すブロック図、 第４図は、固体撮像素子の構成の一例を示す拡大平面図
、 第５図は、上記第４図の要部拡大図、 第６図は、上記第４図の固体撮像素子の動作を示すタイ
ムチャートである。 ４１・・・・・・・・・光電変換部 ４２・・・・・・・・・垂直シフトレジスタφＶ　Ｉ　
Ｈ，φＶ２Ｈ・・・・・・高速転送りロックφＶＩＬ、
　φＶ２Ｌ・・・・・・普通転送りロック力１　ロ 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換部に蓄積された信号電荷を所定のタイミ
   ングで垂直シフトレジスタに移送し、この移送された電
   荷を上記垂直シフトレジスタ内を垂直転送信号により順
   次転送して順次の映像信号として読み出すように構成さ
   れた固体撮像装置において、 上記垂直転送信号は、前記光電変換部に対する露光が行
   なわれる以前に発生する第１の信号発生時点から前記信
   号電荷を垂直シフトレジスタに移送するタイミングを規
   制する第２の信号発生時点までの区間においては、前記
   順次の映像信号を読み出すための通常の転送速度よりも
   比較的高速の転送を行なうべく高い周波数を有するよう
   にしたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）上記第１の信号発生時点は、電源がオンした時点
   、シャッタトリガスイッチがオンした時点、露光が行な
   われるフィールドのスタート時点、ストロボ発光のスタ
   ート時点、ストロボ発光の終了直後の時点、シャッタ開
   放時点、シャッタ閉成直後の時点のうち、何れかの時点
   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。