JPS63248288A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は固体撮像装置、更に詳しくは、電子スチルカメ
ラにおいて電子シャッタ機能を有する固体撮像装置に関
する。

［従来の技術］ 従来、ＣＯＤ固体撮像索子を用いた電子スチルカメラに
おいて、露光期間内に不要電荷を排出する方法として、
第２図（Ａ）と第２図（Ｂ）に示す方法が用いられてい
た。第２図（Ａ）に示す方法では、露光開始を指示する
第１の読出しパルス（フォトダイオードの信号電荷を垂
直ＣＣＤシフトレジスタへ転送する転送パルス）Ｐｌが
印加されてから、露光終了を指示する第２の読出しパル
スＰ２が印加されるまでの露光期間、即ちシャッタ時間
、垂直ＣＣＤシフトレジスタ（以下、Ｖ−ＣＯＤと略記
する）と水平ＣＣＤシフトレジスタ（以下、Ｈ−ＣＯＤ
と略記する）の両者あるいはＶ−ＣＣＤのみの駆動パル
スが通常駆動から高速駆動に切換えられて、それまでに
蓄積された不要電荷を排出する。そして、第２の読出し
パルスＰ２が加えられると、露光期間を終了し、Ｖ−Ｃ
ＣＤとＨ−ＣＣＤあるいはＶ−ＣＯＤのみの駆動パルス
は高速駆動から通常駆動に戻され、通常の画像情報を読
み出す（特開昭６０−１８０７２号公報参照）。

第２図（Ｂ）の方法は、別の従来例で、第１の読出しパ
ルスＰ１で露光開始となるとともに、Ｖ−ＣＣＤおよび
Ｈ−ＣＣＤあるいはＶ−ＣＣＤのみの駆動パルスを通常
駆動から高速駆動に切換えて所定期間、即ちフォトダイ
オードに蓄えられた不要電荷を１画面分排出するに充分
な時間たけ高速駆動し、それ以後通常駆動に移行し、シ
ャツタ閉に対応する読出しパルスＰ２でシャッタを閉じ
、通常の画像情報を読み出す。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第２図（Ａ）の従来例では、露光期間中高速
駆動しているので、スメア成分も含めた不要電荷が常に
高速で排出されており、かりに高輝度の被写体が照射さ
れても、スメアが効果的に除去できる。しかしながら、
画像情報の黒レベルを規定するＯＢ　（Ｏｐｔｉｃａｌ
　　Ｂｌａｃｋ）部分にも、不要電荷成分が含まれてし
まうため、クランプが乱れて、画像の乱れが生じてしま
う。また、高速駆動をＯＢ期間も行なっていることから
その影響でＯＢクランプパルスにノイズ成分が重畳され
、よけいにＯＢクランプが乱れる。さらに、露光期間中
高速駆動し続けるので消費電力が増加するものであり、
この傾向は、当然のことながら、露光時間の長い低速シ
ャッタにおいて著しい。

第２図（Ｂ）に示した、露光期間内を高速駆動と通常駆
動との組合わせで不要電荷を排出する方法では、露光期
間の途中で高速駆動を打ち切って通常駆動に戻している
から、第２の読出しパルス印加時の前後で画像情報の乱
れはなく、ＯＢクランプは問題なくかかるし、また消費
電力も露光期間中高速駆動し続ける方式に比べれば少な
くてすむ。

しかしながら、露光期間内に通常転送に戻すためスメア
が出てきてしまう欠点を有する。

ここで、スメアの説明をしておく。二次元にフォトダイ
オードを配設したイメージセンサによって高輝度の被写
体を撮像したとき、入射光により発生したキャリアが垂
直転送路に洩れ込む現象である。画面上の画像としては
、高輝度被写体の上下方向に尾を引いた画像となる。い
ま、電子カメラでフレームモードの画をとった場合を考
えると、フレーム画像の場合、ＣＣＤ固体撮像索子シャ
ッタのみで露光量と露光量を併用できず、ＣＯＤイメー
ジヤ−による電子シャッタでシャッター開を、メカニカ
ルシャッタでシャツタ閉を受は持つ。そのあと、イメー
ジヤ−は、Ａフィールド、Ｂフィールドと１フレームの
画像を読み出すが、スメアはＡフィールドで拾ってしま
って、Ｂフィールドには出ない。これをモニタで再生画
像として見るとスメア成分がちらつき、フィールドフリ
ッカとなる。

このように、第２図（Ａ）の方法だとスメアは防げるが
、ＯＢクランブカ〈かかりづらく、またｌ１費電力の点
で不利となり、特にシャッタ時間の長い低速の場合不利
となる。逆に、第２図（Ｂ）の方法だと、高速駆動後、
低速駆動を行なうのでＯＢクランプについては乱れを生
ずることはないが、スメアによる画像のフリッカという
問題が生ずる。

そこで、本発明の目的は、上述の不具合を除去し、ＯＢ
クランプを確保して画像の乱れを防止しながら、スメア
の発生を抑えた固体撮像装置を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の固体撮像装置は、二次元的に光電荷蓄積部が配
設され、この光電荷蓄積部から垂直シフトレジスタに読
み出された電荷を水平シフトレジスタに転送し、上記電
荷を信号電荷として読み出す固体撮像装置であって、上
記電荷を通常の転送速度で転送する通常転送手段と、上
記電荷を高速転送する高速転送手段と、露光時間を決定
する第１と第２の読出しパルスを発生する露光制御手段
と、上記第１の読出しパルスの発生後に所定の期間上記
高速転送手段を作動させ、その後上記第２の読出しパル
スの発生までは上記高速および通常転送手段を不作動に
し、第２の読出しパルスの発生後は、上記通常転送手段
を作動させる転送切換手段とを具備してなる。

［作　１旧 第１の読出しパルスが発生して露光期間が開始されると
、第２図（Ｃ）に示すように、一画面分の不要電荷を排
出するに必要な時間に若干余裕をもった期間、高速駆動
して不要電荷を排出し、その後節２の読出しパルスの発
生まで転送パルスを送出しない。

［実　施　例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。第１
図は、本発明に係る固体撮像装置のブロック図で、通常
転送用ＣＣＤ駆動クロック発生器１から、ＣＣＤ固体撮
像素子２に含まれるｖ−ＣＣＤおよびＨ−ＣＣＤを通常
スピードで駆動するためのクロックパルスｉｆｆが切換
回路３に入力される。切換回路３には、高速転送用ＣＣ
Ｄ駆動クロック発生器４から、Ｖ−ＣＣＤおよびＨ−Ｃ
ＣＤを高速転送するクロックパルス群も人力される。

駆動制御回路５からの信号が高速転送用ＣＣＤ駆動パル
ス発生器４に供給され、同ＣＣＤ駆動パルス発生器４を
駆動状態と非駆動状態とに切換える。

と同時に、駆動制御回路５からの信号は切換回路３にも
供給されて、通常転送用ＣＣＤ駆動クロック発生器１か
らのクロックパルス群と高速転送用ＣＣＤ駆動クロック
発生器４からのクロックパルス群とを切換える。駆動制
御回路５は、後述する露光制御手段６からの第１の読出
しパルスと第２の読出しパルスで制御される。切換回路
３の出力のうち、リセットパルスφＲはリセットパルス
ドライバー７を介し、２相のＨ−ＣＣＤ駆動クロックパ
ルスφＨ、φＨ２はＨ−ＣＣＤ駆動クロックドライバー
８を介し、電荷読み出しパルスφＡ。

φＢと４相のＶ−ＣＣＤ駆動クロックパルスφＶ　〜φ
ｖ４はＶ−ＣＣＤ駆動クロックドライバー９とゲート回
路１０とを順次介してＣＣＤ固体撮像索子２にそれぞれ
供給される。ゲート回路１０は、駆動制御回路５からの
Ｖ−ＣＣＤ転送停止信号φＶｏＦＦに応じ４相のＶ−Ｃ
ＣＤ駆動クロックパルスφＶ　〜φｖ４を通過させるか
、遮断するかを選択するゲートで、Ｖ−ＣＯＤ転送停止
信号φｖｏＦＦがアクティブのとき、４相のｖ−ＣＣＤ
駆動クロックパルスφＶ　〜φｖ４を全て“Ｌ”レベル
としてＶ−ＣＯＤに電荷の井戸を生じさせないようにし
ている。ここに、電荷読み出しパルスφＡとφＢは、Ａ
フィールド及びＢフィールドの各々のフォトダイオード
からＶ−ＣＯＤへの転送をつかさどる。リセットパルス
φＲは、ＣＯＤ出力をプリチャージするためのりセット
パルス、Ｈ−ＣＣＤ駆動クロックパルスφＨ１とφＨ２
はＨ−ＣＣＤを駆動する２相のクロックパルス、そして
、Ｖ−ＣＣＤ駆動クロックパルスφＶ　〜φ■４はＶ−
ＣＣＤを駆動する４相のり０ツクパルスである。

このように構成されている固体撮像装置は、次のように
作動する。第３図（Ａ）に示した露光制御手段６の一部
の電気回路は、一般に周知の＋７４成のもので、オペア
ンプｏｐｌ、コンパレータｃｐｌ。

電池２１と２２、ＦＥＴＱ　　、コンデンサＣ１および
フォトダイオードＰＤ１よりなる。初期条件は、端子Ｔ
　が“Ｈ”レベルにつき、ＦＥＴＱ１がオンして積分コ
ンデンサＣＩが電池２１の基準電位Ｅ１に充電されてい
る。各部波形のタイミングチャートを示す第３図（Ｂ）
において、シャッタボタンが押下されると、図示しない
レリーズスイッチによって、シャッタトリガパルスｐｔ
が、この露光制御手段６に入力され、Ｒ−Ｓフリップフ
ロップ回路等によって端子Ｔ１の電位が、“Ｈ”レベル
から“Ｌ”レベルに降下する。すると、ＦＥＴＱｌがオ
フして露光開始となり、フォトダイオードＰＤ、への入
射光量に応じ積分コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が電
流ｉで放電され、オペアンプＯＰ　の出力の電位、即ち
、端子Ｔ２の電位が、上記初期条件時の電位Ｅ１より降
下し始める。そして、電池２２の電位Ｅｚに達すると、
コンパレータＣＰ　の出力が反転し、端子Ｔ３が負■ 方向に変位し、図示しないフィードバックルーブを経て
端子Ｔ１に帰還される。なお、電池２２の電位ＥＺは、
図示しないディジタル系でコントロールされていもＥｌ
〉Ｅｚとする。このようにして、フォトダイオードＰＤ
１への入射光量の積分値が（Ｅｌ−Ｅｚ）に相当するよ
うな周期τを有する負方向パルス列が、端子Ｔ３より得
られる。

この負方向パルス列より、パルス幅τを有する正方向矩
形波Ｐ３を形成して、第１図に示す駆動制御回路５に供
給する。

駆動制御回路５では、この正方向矩形波Ｐ３が第３図（
［３）に示す第１の読出しパルスＰ１と第２の読出しパ
ルスＰ２を作成する。この駆動制御回路５に内蔵された
ＣＰＵにより、上記第１の読出しパルスＰ１に応動し、
高速転送アクティブの信号が切換回路３と高速転送用Ｃ
ＯＤ駆動駆動クロ全２発生器に供給される。すると、高
速転送用ＣＯＤ駆動駆動クロ全２発生器、高速転送用Ｃ
ＣＤ駆動クロックパルスを切換回路３に送出する。切換
回路３は、アナログスイッチ、あるいはデータセレクタ
等から構成される電子的スイッチで、高速転送用ＣＣＤ
駆動クロック発生器４からの第１図に示す各種クロック
信号を選択し、リセットパルスドライバ７〜ゲート回路
１０を介しＣＣＤ固体撮像素子２に供給して、露光開始
するとともに、不要電荷を排出する。そして、１画面分
の不要電荷を排出するに必要な時間に若干の余裕をもっ
た期間が経過すると、この時点で、駆動制御回路５から
高速転送ノンアクティブの信号が、高速転送用ＣＯＤ駆
動駆動クロ全２発生器供給されて高速転送からクロック
パルスの発生を停止する。同時に駆動制御回路５からの
信号が切換回路３に供給されて、同切換回路３は通常転
送用ＣＣＤ駆動クロック発生器ｌによる通常転送りロッ
クパルスの送出状態に切換わる。また、このとき、駆動
制御回路５からのＶ−ＣＣＤ転送停止信号φｖＯＦＦが
ゲート回路ｌＯに供給されてゲート回路１０がオフとな
るので、ゲート回路１０はＶ−ＣＣＤ駆動クロックトラ
イバ９から送られてくる通常駆動の４相のＶ−ＣＣＤ駆
動クロックパルスφｖｌ〜φＶ４をＣＣＤ固体撮像索子
２に送出しなくなる。つまり、ゲート回路１０の入力側
には、第４図（Ａ）に示すようにレベル変化する４相の
Ｖ−ＣＯＤ駆動クロックパルスφＶ　〜φｖ４が与えら
れても、ゲート回路１０の出力側では、第４図（１３）
に示すように、これらのパルスのラインは全て“Ｌ″レ
ベルなる。従って、ＣＣＤ固体撮像索子２のＶ−ＣＯＤ
には転送井戸が生ぜず、電荷転送は行なわれない。しか
し、Ｖ−ＣＯＤに関して電荷転送が行なわれなくとも、
Ｈ−ＣＯＤ駆動クロりクパルスφＨ１，φＨ２は通常転
送用ＣＣＤ駆動クロック発生器１よりＣＣＤ固体撮像素
子２に供給されているので、Ｈ−ＣＣＤからのＣＣＤ出
力出力が出力されＯＢクランプが確実に行なわれる。こ
の後、第２の読出しパルスＰ２が駆動制御回路５で読み
出されると、上記高速転送用ＣＯＤ駆動駆動クロ全２発
生器オフした状態の通常転送のままで、これまでゲート
回路１０に供給されていた駆動制御回路５からのＶ−Ｃ
ＣＤ転送停止信号φＶｏＦＦがオフとなるので、このと
き、ゲート回路１０がオンになって、４相のＶ−ＣＣＤ
駆動クロックパルスφＶ１〜φ■４を通過させる。従っ
て、この時点で、通常転送用ＣＯＤ駆動クロりク発生器
１からの通常転送用クロック信号が全てＣＣＤ固体撮像
索子２に供給されて露光停止すると同時に露光期間中に
蓄積された信号電荷の読み出しが開始される。

このように、読出しパルスり■が供給されて高速駆動し
、不要電荷を排出した後、読出しパルスＰ２が供給され
るまでの間、Ｖ−ＣＣＤ駆動パルスφｖｌ〜φｖ４を全
て“Ｌ°レベルに固定するので、露光期間中、Ｖ−ＣＣ
Ｄに電荷の井戸ができない。従って不要Ｔ４荷が転送さ
れず、スメアの転送が防止される。しかも、Ｈ−ＣＣＤ
はこの期間通常駆動されているので、ＯＢクランプは確
実に保持され、画像の乱れが防止される。また、露光期
間内で高速駆動するのは、上記のように１フレ一ム分の
不要電荷を排出するに充分な時間のみとし、他は不作動
にしているので、露光期間の全範囲を高速駆動して不要
電荷を排出するより消費電力が少ない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、露光開始とともに、
それまでの通常駆動から高速駆動に切換えて１フレ一ム
分の不要電荷を排出し、しかるのちＶ−ＣＣＤの駆動パ
ルスを全て“Ｌ“レベルとして、Ｖ−ＣＯＤに電荷の井
戸ができないようにし、且つ垂直転送も行なわないので
、スメアは、縦方向の帯として生じないという効果を有
する。

【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
ック図、 第２図（＾）〜（Ｃ）は、従来および本発明において、
露光期間とその前後における読出しパルスと転送用駆動
パルスとの関係を示す信号出力状態図、第３図（Ａ）　
、　（Ｂ）は、上記第１図に示す固体撮像装置の露光制
御手段６の一例の電気回路とその信号波形を示す図、 第４図（Ａ）　、　（Ｂ）は、４相駆動Ｖ−ＣＣＤにお
ける転送りロックの転送時と不転送時におけるゲート回
路の入出力波形図である。 １・・・・・・・・・通常転送用ＣＯＤ駆動クロック発
生器（通常転送手段） ２・・・・・・・・・ＣＣＤ固体撮像素子３・・・・・
・・・・切換回路（転送切換手段）４・・・・・・・・
・高速転送用ＣＯＤ駆動クロック発生器（高速転送手段
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 二次元的に光電荷蓄積部が配設され、該光電荷蓄積部か
   ら垂直シフトレジスタに読み出された電荷を水平シフト
   レジスタに転送し、上記電荷を信号として読み出す固体
   撮像装置において、 上記垂直シフトレジスタに読み出された電荷を通常の転
   送速度で転送する通常転送手段と、上記読み出された電
   荷を高速転送する高速転送手段と、 露光時間を決定する第１と第２の読み出しパルスを発生
   する露光制御手段と、 上記第１の読み出しパルスの発生後に所定の期間上記高
   速転送手段を作動させ、その後、上記第２の読み出しパ
   ルスの発生までは上記高速および通常転送手段を不作動
   にし、第２の読み出しパルスの発生後は、上記通常転送
   手段を作動させる転送切換手段と、 を具備したことを特徴とする固体撮像装置。