JPS63177666A

JPS63177666A - 撮像装置

Info

Publication number: JPS63177666A
Application number: JP62008073A
Authority: JP
Inventors: Akira Suga; 章菅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-01-19
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1988-07-21
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: US4914518A; JP2576860B2

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、受光素ｆ及び垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとか
らなる固体撮像素子と、この固体撮像素子の読出し駆動
回路とを情えた１試子スチルカメラに関するものである
。

［従来の技術］第１図は従来及びこの発明に石ける電子スチルカメラの
主要部の概略構成を示す１′４である。

第１図においてｌは光信号を電圧に変換するための固体
撮像素子であるＣＣＤで、このＣＣＤ　１の出力信シ）
はカップリングコンデンサ２を介し、サンプルホールド
回路３によってＣＣＤ１の出力のクロック漏れを除火し
、アンプ４によっである所定のゲインにし、バッファ５
によりてクランプ特性を良くするように、インピーダン
スを変換し、交流結合用のコンデンサ６を介し、さらに
クランプ回路７によって信号の電位を所定の電位に固疋
し、バッファ８によってクランプ特性を良くするように
インピーダンスが変換され、端子９に出力信号として出
力される。

また、ＣＣＤ　ｌは、タイミング発生回路１２によって
作られ、ドライ八回路ｌＯを通した垂直転送パルスφ２
トライバ回路１１を通した水平転送パルスφＳによって
駆動される。

第２図は第１図のＣＣＤ　ｌの、［ｌ一体的ａ成を示し
た図である。

図においてＣＣＤＩの受光部１３によって、入射光は電
荷に変換され蓄積される。ここて、垂直転送電極１４に
受光部１３の電荷を眞直に転送するための垂直転送パル
スφ。が加わると、蓄積された電荷は木＋−ＣＣＤ１５
に転送され、さらに、水ｙ転送電極１６に水平転送パル
スφ５が加わると水平ＣＣＤ１５に転送された電荷を読
出すために水平に転送され、出力アンプ１７によって電
圧に変換される。また、１８は不要な電荷を排出するた
めのクリアトレインである。また２０１は水ｐｃｃＤ１
５とクリアトレイン１日の間の電位障壁をコントロール
するクリアゲートであり、このクリアゲート２０１にか
かるパルスはφＣＬＩＩである。

第３１′Ａは従来の電子スチルカメラ用のＣＣＤ　１の
駆動のタイミングチャートである。

第３１゛４におい°（、電子スチルカメラは出力が高（
）Ｉ）の状態ですべての電源が印加される。時間ｔｏか
ら１＋の間はクリア期間で、クリアゲート２０１に高（
ｎ　）電圧をかけ、水平ＣＣＤ１５とクリアトレイン１
８の間の電位障壁を低くし、受光部１３及び水平ＣＣＤ
１５に石積されていた電荷をクリアトレイン１８に排出
する。時間ｔ２からｔ３の間でシャ・ンタか開き、受光
部１３に電荷か蓄積され、時刻ｔ４移行はクリアゲート
２０１が低（Ｌ）電圧となって水ｆｃｃＤ１５とクリア
トレイン１８の間の電位障壁が高くなり、読出し期間と
なって、蓄積された電荷は垂直転送パルスφ、によって
垂直に転送され、水平転送パルスφ、によって水平転送
され、高速に読出される。

この際の出力波形を第６図に示す。ただし、Ａ。

Ｂ、Ｃは第１図にＡ、Ｂ、Ｃて示したそれぞれの点にお
ける出力波形である。

第９図は第６図の１水平走査期間（ｌｔ（）分の出力波
形を拡大して示したもので、空読出し部。

暗電流のみのすブチカルブラック部、映像信号期間部か
らなる。第９図のように、オプチカルブラックＩ′ＩＩ
（クランプをかけ、°電位を一定にするが、ＣＣＤＩの
出力の電位の変動が大きいと、電位が一定になるまでに
時間かかかり、第６図のような波形になってしまう。

第６１５４に示すように、Ａてはクリア以後木モ転送パ
ルスφＳが入らないために電圧か徐々にド障していく。

この現会について説明する。

第４図はＣＣＤＩの出力部分の詳細図であり、１６ａは
転送ゲート、２０はＭＯＳ）−ランシスタ、２１はリセ
ットトレイン、ＶＤＯはＭＯＳトランジスタ２０のトレ
イン電圧、ＦＤは漂遊拡散層（ＦＤ）、ＣｒｕはこのＦ
ＤとＭＯＳトランジスタ２０の間の結合６賃である。

第４図において通常の読出し動作では、ＦＤに注入され
た電荷をΔＱとすると、ＭＯＳトランジスタ２０からな
るアンプのゲートでの検出信号ΔＶは ΔＶ＝ΔＱ　／　Ｃｒ　。

となる。ここで、水平転送パルスφ５が転送ゲート１６
ａの１つであるリセットゲートに加わると、電荷ΔＱは
リセットトレイン２１に排出され、ＦＤはトレイン電圧
■。。にリセットされ、次の電荷か注入される。

しかし、第３区のような水ｆ転送パルスΦ５では、クリ
ア以後、読出し開始までは水平転送パルスφ８が印加さ
れないのでＦＤはトレイン電圧ＶＩＩＬＩにリセットさ
れず、Ｃ，、から電荷が放出されるために出力電圧は徐
々に下がってしまう。従って、第６図Ｂの出力は図のよ
うに読出しが始った際の電位の変化か大きくなり、クラ
ンプをかけてもクランプ回路７の応答か追従”〔きず、
第６１−．４Ｃのように電位が一定になるまでに時間が
かかってしまう。また、水ｐｃｃＤ１５にたまった暗電
流もリセットされないので、その暗電流が出力されてし
まうということもあった。

［発明か解決しようとする問題点］Ｌ記のように従来の電子スチルカメラにおいては、読出
し開始までは、水平転送電極に水平転送パルスが印加さ
れないので、ＣＣＤのＦＤはトレイン電圧にリセットさ
れず、木ｐｃｃＤの電位の変化が大きく、読出しＮＡ駆
動回路応答に時間かかかり、また、ＣＣＤにたまった暗
電流をリセットしないので、その暗電流か出力されると
いう問題点があった。

この発ＩＪ１はかかる従来の問題点を解決するためにな
されたもので、読出し駆動回路の応答か素Ｖ〈できて、
短時間に電位が一定になるようにし、暗電流がたまるの
を除去した電子スチルカメラを提供することを目的とす
る。

Ｅ問題点を解決するための手段］上記の目的を達成するために、この発明は固体１ａ像素
子の読出しＷＡ駆動回路出力電位を基準電位にするため
の手段を設けたものである。

［作用］前記の手段を設けたことにより、水平ＣＣＤの電位の変
化がなく、暗電流がたまらず、読出し駆動回路の応答が
素早くできる。

［実施例１第５図はこの発明の一実施例である電子スチルカメラ用
のＣＣＤＩ（第１図）を駆動するタイミングチャートで
ある。

第５図においては、クリアから諒出し開始までの間も水
平転送パルスφ９を駆動することによって、第４図に−
おける暗電流をリセットトレイン２１に排出することに
なり、さらにＦＤがトレイン電圧Ｖ　Ｄ　Ｄにリセット
されるので、出力″電圧が下降するのを抑えることがで
きる。

第７１３４は第１１ＮのＣＣＤ　ｌを第５図のタイミン
グで駆動した時の出力波形図である。第７図に承すよう
に、ＣＣＤＩは木モ転送パルスφ５が加えられるたびに
リセットされるため、図において２電圧のド降は従来の
第６図の場合に比べ、小さくなっている。このため、Ｂ
′、Ｃ’は第６図に比べ、ｒ４い時間で一定の電位にも
どる。

第８図はこの発明における水ｆ転送パルスφ、の種々の
具体例を示したものである。例えは、水￥転送パルスφ
、、Ｌｔｔｉ像期間においても読出し期間と同様のパル
スを加えるもので、上述のようなＦＤがトレイン電圧に
リセットされるという効果は得られるか、次のような欠
点がある。Ｉ！ｌＪち、水平転送パルスφＳの周波数を
ｆ、電圧の振幅をｖ、Ｊ平転送電極１６の容を−をＣと
するとき、消費電力Ｐは。

Ｐ＝ｆｃｖ” で表わされる。従ってφ、１のように周波数ｆが大きい
場合、消費電力が大きくまってしまう。このような欠点
をおぎなうために、φ５２のように周波数の小さいパル
スを加えることか考えられる。また、φＳｉｒ　φ１！
４のように撮像期間の後半だけにパルスを加えてもよい
。しかし、φ５４の例では。

φｇ１の場合と同様に消費電力が大きくなってしまう欠
点がある。

ただ、これら４つの例においては、水平ＣＣＤ１５にお
ける消費電力に差違はあるが、得られる効果は回して、
水ゼＣＣＤ１５中の暗電流を除去し、ＣＣＤＩの出刃の
電位の変動を小さくすることかできるという点では同じ
である。

第１１１はこの出願の第２＃１１の発明の一実施例とし
て使用するＣＣＤ　ｌ　’の出力部の構成を示した図で
、ｔａｂは水上転送電極のリセットゲートであり、水シ
転送ゲート１６ａとリセットゲート１６ｂか独☆：して
いるところが：ｊＳ２Ｌ！！Ｙのものと異なる。リセ・
・７トゲート１６ｂにかかるリセットゲートパルスはφ
８とする。

第１１図は第１Ｏ図の発明の実施例の駆動法を示すパル
ス波形図である。

即ち、リセットゲートパルスφ、がφ鑓（１）〜φ８（
イ）まではクリアゲートパルスφｌ：Ｌ１１が実線のご
とく低（Ｌ）（障壁が高い）まま、もしくはクリアゲー
トパルスφＣＬｌｔのないＣＣＤ　ｌ　’の場合の駆動
法を示すものである。

時間ｔｌｌ〜し、の期１１１で’、ｉｔ源をオンにして
すぐにＣＣＤ　１　’内の不要な電荷を除去する。この
間、これまでの実施例と異なるのは不要電荷をクリアト
レイン１８にすてず、水平ＣＣＤ１５’中を水平に転送
してすてる点にある。時間ｔ２〜ｔ３のｔ！！像期開期
間水平ＣＣＤ１５’は駆動せず、リセットゲート１６ｂ
のみを駆動する。このリセットゲート１６ｂは転送ゲト
１６ａに比較して非常に６驕が小さいので、リセッ）〜
ゲート１６ｂのみを駆動する場合、転送ゲート１６ａを
も駆動する場合に比較して大幅に消費電力を低減できる
。第ｔｔＬ；ＡにおいてφＲ（＋１は電源をオンにして
後、読出しを時間ｔ４に開始するまで連続的にクロッキ
ングしている。φＲ（２１はリセットゲート１８ｂのみ
を回路の追従時間（この時間なｔ、ｌとする）以−ヒ、
読出１ノ開始前にクロッキングする。

φ８（１，はやはり追従時間ｔ、１期間のみリセットゲ
ートパルスφ１を駆動するが、周波数は通常読出しの時
よりも小さくシ、消費電力を小さくする。次に、φＲ（
４）ては追従時間ｔｌＩの期間、リセットゲートパルス
φ□を高（Ｈ）の状態にしてＣＣＤＩ’の出力電位を安
定化させる。さらに、第５図の実施例と異なるところは
、時間ｔｌ、〜ｔ４の間、水平ｃｃｏｔｓ’のクリア期
間を設けていることである。撮像期間中、水平ＣＣＤ１
５′にたまった暗電流をすてるため、読出し期間の直前
に、水平ＣＣＤ１５’の転送段数以上の水ト転送パルス
を加える。この峙はφ１１（１）〜ＩＩ　（４）と同様
に水平転送パルスφ、と同期的にリセットゲートパルス
φ８も加える。次に、クリアゲート２０１とクリアトレ
イン１８を備えたＣＣＤＩ’の場合は、リセットゲート
パルスφ８はφ８（５）のようにできる。この場合クリ
アゲートパルスφｅＬＲは、φ。Ｌ□。かＣＬＭ　（３
）のようにすればよい、この場合、水平ＣＣＤ１５’中
の不−Ｊ２電荷はクリアトレイン１８にすてられる。

第１１図で示されている実施例は、この説明のように出
力゛部位安定化のため、リセ・ソトゲート１６ｂのみを
駆動するために消費電力を少くてきる。また、水＄ＣＣ
Ｄ１５′のクリア期間を読出し期間の直前に設けること
によって、読出し前に水平ＣＣＤ１５’の暗電流をクリ
アすることができる。

第１２図は第１Ｉ５１１のサンプルホールド回路３にり
′−えるべきサンプルホールドパルスφＳ、につし１て
説明するための図で、サンプルホールドパルスφｓｏは
φ１．。、のどとく、読出し開始時間ｔ４より時間ｔ、
以、Ｌ前からサンプルホールド回路３にｌｔえる心安が
ある。さもないとＣＣＤＩの出力電位がクランプ回路７
に伝わらないのて、ＣＣＤＩの出力電位を安定化させた
意味がなくなってしまう。同様の効果を与えるためには
、φｉＢ　（２１のごとく読出し開始より１時間ｔ８以
−Ｌ前から読出し開始直前までサンプルホールドパルス
φＳｌ＋を高（Ｈ）状態にしてもよい。

第１３１メＩはこの出頭の第３番［１の発明の一実施例
で、ＣＣＤＩのランダムノイズを除去するために使われ
る相関２刊サンプリング（ＣＤＳ）回路を用いた場合の
ブロック図である。ｌＩＯは高速クランプ回路であり、
ＣＣＤ１の出力をコンデンサ２て結合して、この出力を
所定の電位にクランプするために高速クランプ回路１１
０をクランプパルスφＣＬによって動作させて、ＣＣＤ
１の出力の電位をクランプしている。

第１５図は代表的なＣＣＤ１の出力波形と、ＣＤＳ回路
動作を行うためのクランプパルスφＣＬとサンプルホー
ルドパルスφ８１．の位相を示した図である。第１３図
の回路では、第１５図に示したタイミングでクランプ及
びサンプルホールドを行えば所定電位にクランプされた
信号が得られる。

第１４図はもう１つの代表的なＣＤＳ回路図でカップリ
ングコンデンサＩｌｌ、１１２．第１のサンプリングホ
ールト（Ｓ／Ｈ）回路１１３゜第２のＳ／Ｈ回路１１４
．第３のＳ／Ｈ回路１１５差動回路１１６から成り立つ
。

第１４ＵＡの回路では、第２のＳ／Ｈ回路１１４ではク
ランプパルスφｌ、１．のタイミングでＣＣＤＩのフィ
ートスルーレベルをサンプリングホールドし、第３のＳ
／Ｈ回路ｌ１５でサンプリングホールドパルスφＳ□の
位相で再度フィートスルーレベルをサンプルホールドす
る。第１のＳ　／　Ｈ回路１１３で信号レベルをサンプ
ルホールドパルスφＳｌｌのｆＱ相でサンプリングホー
ルドし，差動回路１１６て信号レベλしからフィートス
フレ−レベルを差引くことでＣ　Ｄ　Ｓ　４ｍ作を行わ
せる。

これらＣＤＳ回路を用いる場合には第１６図のような駆
動法を行うとよい。

即ち、読出し・から時間ｔＦＩ以−り前からφ。Ｌ（、
＞のごとくクランプパルスφ，，Ｌ．を駆動開始する。

ただし、第１４図に示したような回路においてはφＣＬ
　（ｔ）のように読出し期間より時間ｔ８以−Ｌ前から
読出し開始直面までクランプパルスφｒ２（、？Ｈにし
ておいてもよい。このことにより、安定化されたＣＣＤ
ｌの電位を後段に伝えることができる。

［発明の効果］以−り説明したようにこの発明は，電子スチルカメラ用
のＣＣＤ駆動回路の転送パルスを読出しを始る前に水平
ＣＣＤにたまった暗電流を除去することによって、出力
波形から暗電流の影響をなくすと共に，ＣＣＤ出力の電
位の変動を小さくすることによりクランプ回路の応答が
一定の電位になるまでの時間を短くするという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及びこの発明における電子スチルカメラの
主要部の概略構成を示す図、第２図は第１図のＣＯＤの
囲体的構成を示した図．第３図は従来の電子スチルカメ
ラ用のＣＣＤの駆動のタイミングチャート第４図はＣＣ
Ｄの出力部分の詳細１′Ａ、第５図はこの発明の一実施
例である電子スチルカメラ用のＣＣＤを駆動するタイミ
ングチャート、第６Ｕ′Ａは従来のタイミングてＣＣＤ
を駆動した場合の出力波形図、第’１１はこの発明のタ
イミングでＣＣＤを駆動した場合の出力波形図、第８図
はこの発明の一実施例における水平転送パルスの種々の
例を示す図，第９図はＣＣＤ出力波形の拡大図、第１θ
図はこの出願の第２番［１の発明の一実施例として使用
するＣＣＤの出力部の構成を示した図、第１１図はｒｊ
Ｓｉｏ図の発す１の実施例の駆＋ｊＪ杖を示すパルス波
形図、第１２図は第１図のサンプルホールド回路に与る
べきサンプルホールドパルスについて説明するための図
，第１３図はこの出願の第３＃４１の発明の一実施例で
あるＣＣＤのランダムノイズを除去するために使われる
Ｃ　Ｄ　Ｓ回路を用いた場合のブロック１４、第１４図
はもう１つの代表的なＣＤＳ回路１４、第１５図は代表
的なＣＣＤの出力波形とＣＤＳ回路動作を行うためのク
ランプパルスとサンプルホールドパルスの位相を示した
図，第１６図はＣＤＳ回路を用いた場合の駆動法を示す
図である。図中。１：ｃｃＤ　　　　　３：Ｓ／Ｈ回路７：クランプ回路　１３：受光部１５：水平ＣＣＤ　　　１８：クリアトレイン代理人　
弁理士　１）北　嵩　晴第２図 φＳｆｌ礫第５図第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）受光素子及び垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとからなる
固体撮像素子と、この固体撮像素子の読出し駆動回路と
を備えた電子スチルカメラにおいて、前記固体撮像素子
からの信号の読出し開始前に前記水平ＣＣＤに少くとも
１回パルスを印加することにより前記ＣＣＤ中の電荷を
除去し、暗電流をなくすことを特徴とする電子スチルカ
メラ。
（２）固体撮像素子からの信号の読出し前に、水平ＣＣ
Ｄに加えられるパルスは撮像期間内であって、かつこの
時の前記パルスの周波数は読出し期間における周波数よ
りも小なることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の電子スチルカメラ。
（３）固体撮像素子からの信号の読出し前に、水平ＣＣ
Ｄに加えられるパルスは撮像期間内であって、かつ水平
ＣＣＤと読出し駆動回路の追従時間分以上の間、水平転
送パルスを加えることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の電子スチルカメラ。
（４）固体撮像素子からの読出し前に水平転送段数以上
の回数のパルスを水平ＣＣＤに加えることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の電子スチルカメラ。
（５）受光素子及び垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとからなる
固体撮像素子と、この固体撮像素子の読出し駆動回路と
を備えた電子スチルカメラにおいて、前記水平ＣＣＤは
出力電位を所定電位にリセットするリセットゲートと、
電荷の転送のための転送電極とが分離されて各々別個に
駆動可能なＣＣＤであって、この水平ＣＣＤの撮像期間
内の読出し開始より、前記駆動回路の追従時間以上前か
ら前記水平ＣＣＤのリセットゲートのみにリセットパル
スを加えることを特徴とする電子スチルカメラ。
（６）受光素子及び垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとからなる
固体撮像素子と、この固体撮像素子の読出し駆動回路と
を備えた電子スチルカメラにおいて、前記駆動回路とし
て前記固体撮像素子の出力から１水平走査期間毎に信号
をクランプするクランプ回路を有し、前記固体撮像素子
とこのクランプ回路の間、もしくはクランプ回路の前後
にサンプルホールド回路を設け、このサンプルホールド
回路に対して、個体撮像素子からの信号読出し開始より
、少くとも前記駆動回路の電位変化の追従時間以上前か
らサンプルホールドパルスを加えることを特徴とする電
子スチルカメラ。