JPH01170281A - 固体電子撮像装置 - 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】 発明の要約 信号電荷の転送および逆転送が可能な固体電子撮像装置
において、信号電荷を逆転送するときに逆転送信号を連
続した所定複数の電極ごとに与えることにより高速で逆
転送を行なう。

発明の背景 この発明はたとえば電子スチル・カメラ、ビデオ・カメ
ラ等において用いられる固体電子撮像装置に関する。

ＣＯＤなどの電荷転送素子を含む固体電子撮像装置にお
いて、信号電荷の逆転送を行なうときは＝ｂ電荷転送素
子電極に逆転送信号を印加することにより行なう。高速
で信号電荷の逆転送を行なうためには駆動回路により高
速（高周波数）の逆転送信号を出力して電荷転送素子に
与える必要がある。消費電力は周波数に比例するので高
速の逆転送信号は消費電力を増大させる。

発明の概要 発明の目的 この発明は、高速の逆転送信号を与えなくとも短時間で
逆転送することが可能な固体電子撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

発明の構成と効果 この発明は、基板上に２次元配列された多数の光電変換
素子、各電極に転送信号または逆転送信号が与えられる
ことにより前記光電変換素子によって光電変換された信
号電荷を転送または逆転送する垂直転送部、および前記
垂直転送部から入力する信号電荷を水平方向に転送する
水平転送部より構成される固体電子撮像装置において、
信号電荷を逆転送するときに逆転送信号を前記垂直転送
部の連続した所定複数の電極ごとに与える逆転過駆動回
路を備えたことを特徴とする。

このように逆転送を行なうときには逆転送信号を連続し
た所定複数の電極ごとに与えるようにしているので、所
定複数倍の周波数の逆転送信号を与えたのと同じ効果が
得られ、逆転送信号の周波数を高くしなくても逆転送を
高速で行なうことが可能になる。

実施例の説明 第１図にこの発明による固体電子撮像装置を電子スチル
・カメラに適用した実施例を示す。固体電子撮像装置は
垂直方向および水平方向に配置された多数のフォト・ダ
イオード（光電変換素子）１、フォト−ダイオードｌの
垂直方向の各列に隣接してそれぞれ配置された垂直ＣＯ
Ｄ　（垂直転送部）３．各フォト・ダイオード１と各垂
直ＣＣＤ３との間に設けられ、転送ゲート・パルスが与
えられたときに各フォト・ダイオード１に蓄積された信
号電荷を垂直ＣＣＤ３へと転送する転送ゲート２．すべ
ての垂直ＣＣＤ３の一端（出力端子）に接続されている
水平ＣＯＤ　（水平転送部）６゜および水平ＣＣＤ６の
出力側に接続された出力部（増幅回路）７から構成され
ている。これはいわゆるインターライン転送方式の撮像
装置である。

すべての転送ゲート２にはゲート信号線を通して同時に
転送ゲート・パルスが与えられ、これによりそれらのゲ
ートが開く。

この実施例の固体電子撮像装置は４相駆動のものであり
、駆動回路１５からは４相の転送信号φ　　φ　　φ　
　φ　が出力される。この転送りｌ’　　ｖ２’　　ｖ
３’　　ｖ４ 信号φ９、〜φ、４は切換回路５を経て垂直ＣＣＤ３の
電極４に与えられるので、転送ゲート２が開いたときに
フォト・ダイオード１から垂直ＣＣＤ３に転送された信
号電荷は、垂直ＣＣＤａ内を水平ＣＣＤ６の方向に順次
転送されていく。

この固体電子撮像装置は信号電荷の逆転送も可能である
。逆転送動作時には、後に示すように。

切換回路５において転送信号φｖｌ〜φｖ４に基づいて
逆転送信号が作成され、この逆転送信号が垂直ＣＣＤａ
内に与えられるので、信号電荷は垂直ＣＣＤａ内を上記
とは逆方向に転送されて掃出される。

第２図は切換回路５の具体的構成の一例を示す配線図で
ある。垂直ＣＣＤ３は上述のように４相駆動であり１画
素につき４つの電極ａ　　、ｂ　　。

ｎ　　　　　　ｎ Ｃｎ、ｄ　　（ｎ−１，２，３，−）が形成されている
。

切換回路５は、駆動回路１５の出力側に接続された転送
逆転送切換スイッチ群ＳＡと、このスイッチ群ＳＡの出
力側に接続された電極切換スイッチ群ＳＢとを備えてい
る。転送逆転送切換スイッチ群ＳＡは信号電荷の転送と
逆転送とを切換えるためのものであり、内部に４個の切
換スイッチＳ。

をもつ。電極切換スイッチ群ＳＢは信号電荷の転送時に
は各電極４に駆動回路１５からの転送信号φ、１〜φ、
４を与え、逆転遂時には連続した所定複数（この実施例
では４個）の電極４に逆転送信号φ、４〜φ、１を与え
るためのものであり、内部に多数の（この実施例では１
６個の）スイッチＳ、をもつ。スイッチＳｂの出力側は
各電極４に接続されている。垂直ＣＣＤ３の同行の電極
４は同じスイッチＳｂに接続されている（第１図参照）
。

転送時には転送逆転送切換スイッチ群ＳＡの各スイッチ
Ｓ　はすべてＷ側に接続され、かつ電極切換スイッチ群
Ｓ　の各スイッチＳｂはすべてＹ側に接続される。した
がって駆動回路１５からの転送信号φｖ１は電極４のう
ちの８０に、信号φ、２は次の電極ｂ　に、信号φｖ３
はさらにその次の電極Ｃに、信号φｖ４はさらにその隣
りの電極ｄｎにそれぞれ与えられ、垂直ＣＣＤ３におい
て上述した通常の転送が行なわれる。

逆転送時には転送逆転送切換スイッチ群ＳＡ、の各スイ
ッチＳ　はすべてＸ側に接続され、かつ電極切換スイッ
チ群Ｓ　の各スイッチＳｂはすべてＺ側に接続される。

スイッチＳ　がＸ側に接続さｉることにより、駆動回路
１５により出力される転送信号φＶ１〜φｖ４から逆の
順序（位相）の逆転送信号φ　〜φ　が作成される。各
スイッチＳｂを＋４　　　　　ｖｌ Ｚ側に接続することにより１画素内の連続した４個の電
極ａ　　−ｄ　　に同一位相の逆転送信号が同ｎ 時に加えられる。

たとえば駆動回路１５からの信号φ９□は電極ａ　　−
ｄ　　に、信号φ　は電極ａ　　−ｄ　ｓに、信４　　
　　４　　　　　　　　　　　＋２　　　　　　　３号
φ　は電極ａ　　−ｄ　　に、信号φｖ４は電極ａ１■
３　　　　　　２　　　２ 〜ｄ１にそれぞれ与えられる。このようにして４つの電
極ごとに同一位相の信号が加わり垂直ＣＣＤａ内の信号
電荷は高速に逆転送される。

第３図は前述した逆転送時における信号電荷の逆転送過
程を示すポテンシャル・プロファイルである。

この図における結線は、第２図において転送逆転送切換
スイッチ群ＳＡの各スイッチＳａがすべてＸ側に接続さ
れ、かつ電極切換スイッチ群ＳＢの各スイッチＳｂがす
べてＺ側に接続されている状態を表わしている。また第
４図は駆動回路１５から出力される転送信号φ９、〜φ
、４を示している。

これらの図を参照して逆転送時の動作を説明する。

第３図に示すように電極４は基板３１の上面に絶縁膜３
２を介して形成されている。電極４の上面には遮光のた
めのアルミニウム薄膜などが形成されているが第３図に
おいては同系が省略されている。

まずφ、１−φ、２−φｖ３−φｖ４””がすべての電
極ａ　　−ｄ　　に与えられ、垂直ＣＣＤ３の基板３１
ｎ　　　　　　ｎ 全体に電位井戸が生じる。フォト・ダイオード１に蓄積
されたすべての信号電荷が転送ゲート２に転送ゲート・
パルスが加えられることにより、この電位井戸に転送さ
れる。第３図においてはこの基板全体に生じる電位井戸
に蓄積される信号電荷の図示は省略されており、後述す
るようにより深い電位井戸に蓄えられる信号電荷のみが
図示（符号−で表わす）されている。

時刻１−１　　においてφ　−３ｖが電極ａ　４　＋１
　　　　　　　　　　　ｖｌ ｂ　　、ｃ　　、ｄ　　に与えられる。このとき電極ａ
４〜ｄ４の下により深い電位井戸が生じ信号電荷が蓄え
られる。時刻１−１２において電極ａ４〜ｄ　に与えら
れる電圧がφｖｌ”　２ｖに下げられるとともに、電極
ａ　　、ｂ　　、ｃ　　、ｄ　　にφ３　　３　　３　
　３　　　＋２ −３Ｖが与えられる。電極ａ　　−ｄ　４の下に生じる
電位井戸の深さよりも電極ａ　−ｄ３の下に生じる電位
井戸の深さの方が深くなるため、電極ａ４〜ｄ４の下に
蓄えられていた信号電荷は電極ａ３〜ｄ３の下の電位井
戸へと転送される。時刻１−１　　においてφｖｌ＝”
に戻る。このようにして信号電荷が隣接画素に移動する
。

時刻１−１　　において電極ａ３〜ｄ３に与えられる電
圧がφｖ２”　２”に下げられるとともに、電極ａ２〜
ｄ２にφｖ３”　３”が与えられる。前述したように電
極ａ３〜ｄ３の下の電位井戸に蓄えられた信号電荷は電
極ａ　　−ｄ　２の下の電位井戸へと転送される。時刻
１−１　　においてφｖ２−■に戻すことにより転送が
終了する。

以上を繰返すことにより信号電荷は次々と第３図におい
て右方向へと転送（逆転送）されていく。

上記において転送信号φ９□〜φＶ４とは逆相の逆転送
信号φ、４〜φｖ１の発生回路（駆動回路）を駆動回路
１５とは別に設ければ、切換スイッチ群ＳＡは不要とな
る。

上記の例は４相駆動の場合であるが、３相によって駆動
することも可能であり、切換回路５を若干変形すること
によりこれに対応できる。

第１図に戻って、この電子スチル・カメラでは固体電子
撮像装置から逆転送によって掃出された信号電荷を利用
して露光制御のための測光を行なっている。撮像面を水
平方向にいくつかの領域に分割し、各領域ごとに測光（
マルチ測光）を行なうために、垂直ＣＣＤ３が分割され
た領域ごとにいくつか（この実施例では３つ）のグルー
プに分けられている。各グループに属する垂直ＣＣＤ３
の掃出し端子（水平ＣＣＤ６に接続される端子とは反対
側の端子）が掃出し線８に共通に接続されている。各掃
出し線８に現われる電圧は積分回路１４にそれぞれ与え
られ、積分回路１４の出力がマルチプレクサ１０を経て
、Ａ／Ｄ変換回路１１に入力し、ディジタル信号に変換
されて露光制御を行なうＣＰＵ１２に与えられる。ＣＰ
Ｕ１２は、マルチプレクサの切換制御、積分回路１４の
リセット処理。

、に記の切換回路５のスイッチ群Ｓ　、Ｓ　の切換Ｂ 制御等も行なう。

第５図は第１図に示す固体電子撮像装置を用いた測光、
露光制御、撮影の動作の一例を示すタイム・チャートで
ある。

第１図および第５図を参照して、電子スチル・カメラに
おいて撮影したスチル・ビデオ信号を記録するためのビ
デオ・フロッピーは１　／　Ｇｏ（ｓ）で１回転するよ
うに回転制御される。ビデオ・フロッピーの回転位相と
撮影タイミングとは同期をとる必要があるので、　’１
　／　６０（ｓ）ごとに転送ゲート・パルス（フィール
ドΦシフト・パルス；これを同期転送ゲート・パルスと
いう）Ｐ、Ｐ２゜ｐ３．ｐ　　が与えられている。パル
スＰ２とＰ３との間は（１／８０）　ｘ　ｍ　（ｓ）　
　（ｍは正の整数）に設定されている。ｍ≧２の場合に
はパルスＰ２とＰ３との間に１／６０（ｓ）ごとに（ｍ
−１）個の転送ゲート・パルスが与えられるのはいうま
でもない。

測光のための予備撮影が行なわれる。予備撮影のために
同期転送ゲート・パルス間のあるタイミング（パルスＰ
　とＰ　の間の時刻ｔ　１１）で転送ケート・パルスＱ
ｌが与えられる。この、（ルスＱ　と次の同期転送ゲー
ト・パルスＰ２までの時間は固定的に定めておくことが
好ましい。もつとも測光用受光素子の出力に基づいてパ
ルスＱｌの出力時刻ｔ１□を可変とすることもできるが
、これは予備撮影のシャッタ速度が可変であることを意
味するのでＣＰＵ１２に与えられる測光信号の表わす光
量をある単位時間当りの光量に変換する処理が必要とな
る。

転送ゲート会パルスＱ１が与えられることにより時刻ｔ
１、以前にフォト・ダイオード１に蓄積された不要電荷
が垂直ＣＣＤ３に転送される。この不要電荷は、ＣＰＵ
１２からの切換制御信号によって転送逆転送切換スイッ
チ群ＳＡの各スイッチＳ　をＸ側に接続し、電極切換ス
イッチ群ＳＢの各スイッチＳ、をＺ側に接続して垂直Ｃ
ＣＤ３に逆転送信号φ、４〜φ、１を印加することによ
り。

垂直ＣＣＤａ内を逆転送して電荷掃出し線８を通して不
要電荷として掃出される。

前述したようにパルスＱｌが出力されてから次の開明転
送パルスＰ　が出力されるまでの時刻（ｔ　からｔ１２
までの時間）は固定であり、この時間内において予備撮
影が行なわれ、この予備撮影において測光が行なわれる
。

予備撮影の結果フォト・ダイオード１に蓄積された電荷
は同期転送ゲート・パルスＰ２により垂直ＣＣＤ３に転
送される。このときにも垂直ＣＣＤ３に逆転送信号φｖ
４〜φ、１が与えられ蓄積された信号電荷は電荷掃出し
線８を通して上述のように高速で掃出される。積分回路
１４は逆転送の開始時（すなわちパルスＱｌが出力され
る時刻ｔ１１）にリセットされる。各電荷掃出し線８に
掃出された信号電荷は各積分回路１４でそれぞれ積分さ
れる。そして、信号電荷の掃出しが終了した時点で各積
分回路１４の出力積分値は順次マルチプレクサｌＯを経
て、Ａ／Ｄ変換回路１１によってディジタル信号に変換
されＣＰＵ１２に取込まれる。

ＣＰ　Ｕ　１２は取込んだ３つの積分光量に基づいて露
光制御を行なう。固体電子撮像装置への露光量は絞り値
およびシャッタ速度によって制御される。測光した入射
光量に基づく絞り値およびシャッタ速度の制御には１次
のようなやり方がある。その１つは、照瓜に対して最適
絞り値および最適シャッタ速度をあらかじめ定めたテー
ブル（プログラム線図）をＣＰＵ１２のＲＡＭまたはＲ
ＯＭに記憶しておき、測光値をキーとして最適絞り値お
よび最適シャッタ速度をこのテーブルから読出して行な
うものである。もう１つは。

ＣＰ　Ｕ　１２のプログラムに最適絞り値および最適シ
ャッタ速度を求めるための計算式を組込んでおき、この
計算式に測定した光量を代入して最適絞り値および最適
シャッタ速度を求めるものである。このさい、一般には
測光量によって最適絞り値がまず求められ１次にこの求
めた絞り値を用いてシャッタ速度が算出される。絞り値
、シャッタ速度のいずれか一方を固定しておいて他方を
調整するようにしてもよいし２両方を最適値に調整して
もよい。絞り値の調整は公知の絞り制御によって行なえ
ばよく、電子シャッタの場合にはシャッタ速度は後述す
る転送ゲート・パルスＱ２の出力タイミングを調整する
ことにより制御される。

この実施例では受光領域が水平方向に３分割され、各場
所における入射光量が個別に測定されているので、３つ
の場所のうちの１つを入力手段で指定することによりそ
の場所の測定光量に基づいて全体の露光量を制御するこ
とが可能であり、撮影操作者は所望の場所の露光量を最
適にして撮影することができるようになる。３つの場所
の測光量の総和または平均値に基づいて露光量を決定す
ることかできるのはいうまでもない。

この後、定められた時刻ｔ１３において（シャッタ速反
固定の場合）、または決定されたシャッタ速度に応じた
時刻ｔ１３において、転送ゲート・パルスＱ　が出力さ
れると、パルスＰ２の時点からフォト・ダイオード１に
蓄積されていた電荷は不要なものとして掃出される。パ
ルスＱ２から次の同期転送ゲート・パルスＰ３までの時
間（ｔ■３からｔ１４までの時間）が本撮影の時間帯で
ある。

この時間帯において露光がされることによってフォト・
ダイオード１に蓄積された信号電荷は。

同期転送ゲート・パルスＰ３が転送ゲート２に与えられ
ることにより垂直ＣＣＤ３に転送される。

垂直ＣＣＤ３にはＣＰＵ１２からの切換制御信号によっ
て転送逆転送切換スイッチ群ＳＡの各スイッチＳ　をＷ
側に接続し、電極切換スイッチ群ＳＢの各スイッチＳｂ
をＹ側に接続して垂直ＣＣＤ３に転送信号φ、１〜φ、
４が与えられるので、垂直ＣＣＤ３に転送された電荷は
順次水平ＣＣＤ６に転送され、水平ＣＣＤ６から出力部
７を経てビデオ信号として出力される。ビデオ信号はそ
の１フイ一ルド分が１／６０（ｓ）で読出され、上述し
たようにＦＭ変調等の所定の処理を加えられたのちビデ
オフロッピィに記録される。図示は省略されているが、
水平ＣＣＤにも水平転送信号が与えられるのはいうまで
もない。

第６図および第７図は他の実施例を示している。測光場
所を垂直方向にもいくつかに分割するために、第６図に
示すように各電荷掃出し線８にサンプリング回路１３が
設けられている。第７図のタイム・チャートからも分る
ように掃出し線８に掃出される予備撮影における信号電
荷は掃出されている間に適当なサンプル・タイミングで
サンプリングされ、Ａ／Ｄ変換回路１１を経てＣＰＵ１
２に取込まれる。サンプリング回数は受光領域の縦方向
分割数によって決る。サンプリングの直前の所定の期間
にわたって（たとえばサンプリング間隔の間）、信号電
荷を積分し、この積分値をサンプリングして取込むこと
力（好ましい。その場合、積分回路はサンプリングごと
にクリアされる。

上記実施例では固体電子撮像装置としてインターライン
転送方式のものが示されているが、この発明は他にたと
えばジグザグ転送（ＺＴ）方式のもの等にも適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による固体電子撮像装置の実施例を示
す回路図、第２図は切換回路の配線図。 第３図は信号電荷の逆転送過程を示すポテンシャル・プ
ロファイル、第４図は駆動回路から出力される転送信号
φ、１〜φ、４の波形図、第５図は第１図に示す回路の
動作例を示すタイム・チャート。 第６図は他の実施例を示す回路図であり、第７図はその
動作を示すタイム・チャートである。 １・・・フォト・ダイオード（光電変換素子）。 ３・・・垂直ＣＯＤ　（垂直転送部）。 ４・・・電極、　　　　　　５・・・切換回路。 ６・・・水平ＣＣＤ　（水弔転送部）。 ７・・・出力部。 ＳＢ・・・電極切換スイッチ群。 Ｓｂ・・・電極切換スイッチ。 以　　上 特許出願人　　　富士写真フィルム株式会社代　　理　
　人　　　　　弁理士　　　加　　藤　　朝　　道（外
１名） 第４図 ！、ｔ２↑−ｓｔ４ｔ１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板上に２次元配列された多数の光電変換素子、各電
   極に転送信号または逆転送信号が与えられることにより
   前記光電変換素子によって光電変換された信号電荷を転
   送または逆転送する垂直転送部、および前記垂直転送部
   から入力する信号電荷を水平方向に転送する水平転送部
   より構成される固体電子撮像装置において、 信号電荷を逆転送するときに逆転送信号を前記垂直転送
   部の連続した所定複数の電極ごとに与える逆転送駆動回
   路、 を備えた固体電子撮像装置。