JPS6281756A - 固体撮像装置における信号読み出し方法 - 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） 本発明は固体撮像装置における信号読み出し方法に関す
る。

（従来の技術とその問題点） 固体撮像装置は小型、軽量、長寿命、低消費電力等の利
点を有し、近時撮像管に代わり広く用いられるようにな
っている。第５図に電荷結合素子（ＣＯＤ）を用いて形
成した、いわゆるインターライン転送方式（Ｉ　ＬＴ方
式）による電子カメラ用固体撮像装置の従来例を示す。

第５図において半導体基板ｌ上に、ｐｎダイオード又は
ＭＯ３構造からなる光電変換素子２ａをそれぞれ列状に
複数個配列してなる光電変換素子列２が複数列設けられ
、複数の光電変換素子２ａがマトリックス状に配置され
ている。各光電変換素子列２に沿って垂直シフトレジス
タ３．３、・・・が形成されるとともに各垂直シフトレ
ジスタ３の一端に接して水平シフトレジスタ４が形成さ
れている。

上記構成において、半導体基板ｌへの露光に応じ各光電
変換素子２ａに蓄積された電荷信号は、一定期間ごとに
図示しない転送ゲートを介して対応する垂直シフトレジ
スタ３に転送される。各垂直シフトレジスタ３に転送さ
れた電荷信号は、引続き一行ずつ、すなわち各光電変換
素子列２中の横方向の同一線上に位置する光電変換素子
２ａ群からの電荷信号ごとに同期して順次水平シフトレ
ジスタ４へ転送され、更に各行の電荷信号群が該水平シ
フトレジスタ４から出力増幅器５を介して順次読み出さ
れる。

ところで、上記のような撮像装置において、１回の撮像
期間、すなわち各光電変換素子２ａにおける１回の電荷
信号の蓄積期間中における半導体基板ｌへの露光量が不
充分であると、出力信号が小さくなり、出力信号の信号
雑音比Ｓ／Ｎが不満足な値となる不具合がある。一方、
上記露光量が過剰になると、光電変換素子２ａから電荷
が溢出し、いわゆるブルーミングを生じる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような不具合を解消することを目的とし
ている。そのため本発明は、基板上に、光信号を電荷信
号に変換して蓄積する光電変換素子を複数個列状に配列
してなる光電変換素子列、各光電変換素子に蓄積された
電荷信号を順次出力部に転送するシフトレジスタ及び上
記光電変換素子列への露光量を検出する測光素子を設け
た固体撮像装置により撮像を行うに当り、第１周期の開
始に同期して各光電変換素子内の残留電荷をソフトレジ
スタへ転送するとともに、該シフトレジスタの高速周波
数での駆動による上記残留電荷の掃き出し及び上記測光
素子出力の積分を開始し、上記第１周期内において測光
素子出力の積分値が予め定めた基準値に達した時点で上
記シフトレジスタの高速駆動を終了するとともに第１周
期の開始時から上記積分値が基準値に達する時点までの
期間に各光電変換素子に蓄積された電荷信号をシフトレ
ジスタへ転送し、引続き第２周期内においてシフトレジ
スタを所定の周波数で駆動して電荷信号を読み出すよう
にしたことを特徴としている。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。この実施例では従来例
同様、ＩＬＴ方式のＣＯＤにより電子カメラ用固体撮像
装置を構成している。

第１図に示すように、撮像装置の半導体基板ｌ上に、従
来例同様それぞれ複数の光電変換素子２ａからなる複数
の光電変換素子列２．２、・・・が図中左右方向に等間
隔を置いて互いに平行に形成されている。しかしながら
、本実施例では左側の２列の光電変換素子列２．２に対
応する垂直シフトレジスタ３．３は、それぞれ各光電変
換素子列２の左脇に沿って光電変換素子列２と平行に配
置される一方、右側の２列の光電変換素子列２に対応す
る垂直シフトレジスタ３．３は、それぞれ各光電変換素
子列２の右脇に沿うてキ雷守塊未子列２と平行に配置さ
れている。各光電変換素子列２と対応する垂直シフトレ
ジスタ３間にはそれぞれ転送ゲート１０が介設されてい
る。又、各垂直シフトレジスタ３の一端は水平シフトレ
ジスタ４に接続され、該水平シフトレジスタ４は出力ア
ンプ５を介して信号出力端子１１に接続されている。

基板１上における中央の２列の光電変換素子列２．２間
の間隙には、各光電変換素子列２の伸びる方向（第１図
上下方向）に長辺を有する矩形状の測光素子１２が設け
られている。上記のように測光索子１２の両側において
、それぞれ各垂直シフトレジスタ３を対応する光電変換
素子列２の基板ｌ外方側、つまり測光素子１２と反対側
に沿って配置すれば、中央の２列の光電変換素子列２．
２間にはシフトレジスタ３は配置されないので、光電変
換素子列２．２・・・の配列を乱すことなく測光素子１
２を受光領域の中央に配置できる。この測光素子１２は
、例えば各光電変換素子２ａと同様にｎ　不純物拡散領
域からなるフォトダイオードとして形成される。

上記測光素子Ｉ２は、測光増幅器■３、測光出力端子１
４及び積分器１５を介して比較器１６に接続されている
。この比較器１６は積分器１５から送信される測光出力
の積分値Ｍｏｎが予め設定した基準値Ｖｏと等しくなっ
た時点で、撮像規定信号を駆動回路１７に出力する。

駆動回路■７は、その内部又は外部に設けられた回路に
より発生される垂直同期パルスＶＤ及び上記撮像規定信
号等に基づいて各垂直シフトレジスタ３に垂直シフトパ
ルスΦＶを、水平ソフトレジスタ４に水平シフトパルス
ΦＩ（を、各転送ゲー１−１０に転送パルスΦＴをそれ
ぞれ出力する。なお、上記比較器１Ｇ及び駆動回路１７
は基板１の外部に配置される。

第２図において、上記垂直同期パルスＶＤは一定時間間
隔を置いて高レベルＨと低レベルＬの間で切り換えられ
、このＶＤの１つの立ち下がり（ＨからＬへの切り換わ
り）から次の立ち下がりまでが１周期をなす。ΦＴは上
記転送パルス、ΦＶは上記垂直シフトパルスである。こ
の垂直シフトパルスΦＶは転送周波数として、電荷信号
出力用の通常転送周波数ｆｖ（例えば１５．７５ＫＨｚ
）と、残留電荷掃き出し用の高速駆動周波数ｆｅ（例え
ばＩ　ＭＨ７）を備えている。Ｓｉｇは信号出力端子１
１からの信号出力、Ｍｏｎは上記測光出力の積分値であ
る。

以下、上記撮像装置の各部における動作を時刻を追って
具体的に説明する。

時刻Ｔ、におけるＶＤの立ち下かりに同期して転送パル
スΦＴが低レベルＩ７から高レベル■（に切り換えられ
、その直後のＶＤの立ち上がりに同期してΦＴが再び低
レベルＬとされる。この転送パルスΦＴにより時刻Ｔ、
以前に各光電変換素子２ａに蓄積されていた電荷、すな
わち残留電荷が各光電変換素子列２から各転送ゲート１
０を介して対応する垂直シフトレジスタ３に転送される
。それにより、時刻ＴＩから各光電変換素子２ａに光電
変換素子列２への露光量に応じて新たに信号電荷が蓄積
され始める。

又、時刻ＴＩにおけるＶＤの立ち下がりに同期して積分
器１５の出力が初期基準値とされ、積分器１５において
露光量に比例した測光出力の積分が開始される。更に駆
動回路１７は、時刻Ｔ、以降各垂直シフトレンスタ３に
高速駆動周波数ｆｃ＝ｉＭｌ（ｚで垂直シフトパルスΦ
■を出力し、それにより各光電変換素子列２から垂直シ
フトレジスタ３に転送された残留電荷が水平シフトレジ
スタ４及び出力アンプ５を介して出力端子１１に高速で
掃き出される。なお、このようにして掃き出される残留
電荷は、画像信号としては利用されない。

時刻Ｔ、において測光出力の積分値Ｍｏｎ７ＱｉＸ準値
ｖＯに達すると、前述のように比較器１６から駆動回路
Ｉ７に撮像規定信号が出力される。１この信号に応じて
駆動回路１７は各転送ゲ、−ｈ　ｔ　ｏに転送パルスΦ
Ｔを出力する。そして、この転送パルスΦＴに基づいて
、時刻Ｔ、−Ｔ、間に各光電変換素子２ａに蓄積された
信号電荷が対応する垂直シフトレジスタ３に転送される
。なお」二足残留電荷は高速で掃き出されるので、該掃
き出しは時刻Ｔ２以前に終了済である。

時刻Ｔ、において各垂直シフトレノスタ３に転送された
信号電荷は一時的に該垂直シフトレジスタ３．３、・・
に保持される。時刻Ｔ３におけろＶＤの立ち下がりに同
期して各垂直シフトレジスタ３の通常駆動周波数ｒｖ＝
　］、５．７５ｋＨｚによる駆動が開始され、それまで
各垂直シフトレノスタ３に保持されていた信号電荷が水
平シフトレジスタ４へ転送される。

更に該信号電荷が水平シフトレジスタ４及び出力アンプ
５を介して出力端子１１に読み出される。

このようにして、第１周期における時刻Ｔ１　Ｔ２間に
各光電変換素子２ａに蓄積された信号電荷が、第２周期
Ｔ３−Ｔ、中に読み出される。その際、１回の撮像期間
Ｔ、−Ｔ、における露光量は、常（、二基桑値ＶＯと等
しくなる。以上のような手順で通常２周期毎に１回の撮
像を行うことができる。なお時刻Ｔ２−Ｔ４間に各光電
変換素子２ａに蓄積された電荷は、時刻Ｔ４から開始さ
れる周期中に高速駆動で掃き出される。

以上の説明ではΦＶ１ΦＨはそれぞれｌ相のみとしたが
、使用されるＣＯＤの構造により、それぞれ２相〜４相
のパルスとされる。

又、各転送ゲー）１０を省略し、各垂直シフトレジスタ
３の電極を転送電極に兼用するとともに垂直シフトパル
スΦＶのパルス値を適宜に変更することにより、各光電
変換素子２ａに蓄積された電荷を直接垂直シフトレジス
タ３へ転送することも可能である。

次に、第２実施例を説明する。

第３図に示すように、第２実施例においては第１図の第
１実施例における測光素子１２を３個に分割し、各測光
素子１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃを第１実施例と同一位
置、すなわち中央の２列の光電変換素子列２．２間に直
線上に配列している。そして、各測光素子１２ａ、１２
ｂ、１２ｃかそれぞれ測光増幅器１３ａ、１３ｂ。

１．３ｃ及び測光出力端子１４ａ、　１４ｂ、　１４ｃ
を介して加算器１５に接続されている。該加算器１５に
おいては、直線上の中心に位置する測光素子１２ａから
の出力Ｍｏｎ−１に大きな係数が乗算されるとともに直
線上の端部寄りに位置する測光素子１２ｂ、１２ｃがら
の出力Ｍｏｎ−２及びＭｏｎ−３に中心の測光素子１２
ａからの出力に対する係数に比して小さい係数が乗算さ
れ、測光出力と係数の各乗算値が加算される。更に、加
算器１５では加算された全測光出力が積分され、積分値
Ｍｏｎが比較器１６へ送られる。なお、第２実施例にお
ける動作タイミングは第１実施例のそれと同様である。

この第２実施例においては、受光領域の中心に位置する
測光素子１２ａからの出力信号Ｍｏｎ−１に対し端部寄
りに位置する測光素子１２ｂＳ　１２ｃからの出力信号
Ｍｏｎ−２及びＭｏｎ−３より大きな係数を乗算するよ
うにしたので、全測光出力ＭＯＴＩに対し中心の測光素
子１２ａからの測光出力Ｍｏｎ−１が大きく反映される
ことになる。それにより、一層好ましい測光が行える。

なお、これについては各測光素子の面積を受光領域の中
心から離れるにつれて次第に減少するように変化させる
ことによっても同等の効果を得ることができる。

第４図に第３実施例を示す。この第３実施例は各シフト
レジスタ３を各光電変換素子列２の右脇に沿って配置す
るとともに、半導体基板ｌの周辺部における受光領域の
中心に関し互いに対称となる位置に４つの測光素子１２
ａ〜１２ｄを配置したものである。この第３実施例にお
ける動作タイミングも上記第１実施例と同様である。な
お、第４図においては簡単のため測光増幅器、比較器、
駆動回路等は省略している。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、測光素子に上
り光電変換素子列への露光量を測定し、１回の撮像にお
ける露光量が一定になるようにしたので、出力信号の信
号雑音比Ｓ／Ｎの低下やブルーミング等の不具合を防止
して鮮明な画像を得ろことができる。

又、上記測光素子は光電変換素子列及びシフトレジスタ
と同一基板上に設けたので、正確な光量測定を行うこと
かでき、それによって正確な露光量の調整が可能になる
ので、画質を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る固体撮像装置の正面
説明図、 第２図は第１図の装置の動作タイミングを示すタイムチ
ャート、 第３図は本発明の第２実施例に係る固体撮像装置の正面
説明図、 第４図は本発明の第３実施例に係る固体撮像装置の正面
説明図、 第５図は従来の固体撮像装置の正面説明図である。 ■・・・基板、２・・・光電変換素子列、２ａ・・光電
変換素子、 ３・・・垂直シフトレジスタ（シフトレジスタ）、１２
・・・測光素子。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社ほか１名 代　理　人　弁理士　青白　葆　はが１名第１図 第２図 り帽卯二′８２相− 第３曝 Ｅ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、複数の光電変換素子を列状に配列して
   なる光電変換素子列、各光電変換素子に蓄積された電荷
   信号を順次出力部へ転送するシフトレジスタ及び上記光
   電変換素子列への露光量を検出する測光素子を設けた固
   体撮像装置により撮像するに当り、 第１周期の開始時に各光電変換素子内の残留電荷をシフ
   トレジスタへ転送するとともに、該シフトレジスタの高
   速周波数での駆動による上記残留電荷の掃き出し及び上
   記測光素子出力の積分を開始し、 上記第１周期内において測光素子出力の積分値が予め定
   めた基準値に達した時点で上記シフトレジスタの高速駆
   動を終了するとともに第１周期の開始時から上記積分値
   が基準値に達する時点までの期間に各光電変換素子に蓄
   積された電荷信号をシフトレジスタへ転送し、 第２周期においてシフトレジスタを所定の周波数で駆動
   することにより電荷信号を読み出すようにしたことを特
   徴とする固体撮像装置における信号読み出し方法。