JP2000295534A - 固体撮像装置及びそれを用いた撮像システム及び画像読取システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイズの増大を防ぎ、良好が画像を得ること
を課題とする。 【解決手段】 光電変換手段、所定のリセットレベルを
供給するためのリセット手段と、信号出力を行うための
出力手段を含む複数の画素と、複数の信号間の差動出力
を行う差動手段と、差動手段、リセット手段と、出力手
段でフィ−ドバックル−プを形成するためのル−プ形成
手段とを有することを特徴とする固体撮像装置を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光信号を電気信号に
変換する光電変換部を有する固体撮像装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体撮像装置は、フォトダイオー
ド、フォトトランジスタなどの、フォトンを電子、正孔
対に変換する光電変換手段を有しており、この電子また
は正孔を光信号としてＣＣＤ，ＭＯＳトランジスタ、バ
イポーラトランジスタなどの読み出し回路により出力す
るものである。この光電変換手段を一次元状に並べてリ
ニアセンサとして、また、２次元状に並べてエリアセン
サとして、ビデオカメラや複写機など、今後の映像時代
にむけ、技術的にも社会的にもますますの発展が期待さ
れている。

【０００３】かかる光電変換手段を用いた固体撮像装
置、特にＣＣＤにおいては、ＣＣＤのデバイス特性の向
上により、フォトダイオードで光電変換された光信号は
９９．９．．．％の転送効率により、出力されるため、
ＦＰＮ（特に暗状態におけるＦＰＮ）はほとんど問題に
ならないレベルまで、到達している。一方、ＭＯＳトラ
ンジスタ、バイポーラトランジスタを用いた読み出し回
路を有する固定撮像装置においては、画素毎で電荷を増
幅する機能を有するため、ＡＰＳ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘ
ｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ）として近年、脚光を浴びて来ては
いるものの、上記トランジスタのＶｔｈやＶｂｅなどの
特性が画素毎でバラツくため、大きなＦＰＮの原因とな
っている。

【０００４】近年、かかるＦＰＮを低減すべく種々の提
案がなされている。

【０００５】図１７は特公平８−４１２７にて報告され
ているＦＰＮ補正回路であり、光電変換手段の読み出し
信号を蓄積する第１の蓄積手段と光電変換手段をリセッ
トした後の残存信号（ＦＰＮ）を蓄積する第２の蓄積手
段を設け、両者の差分処理を行うことによってＦＰＮを
補正するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記図１７で
は２つの蓄積手段を設けているが、これら蓄積手段から
の信号読み出しは容量Ｃｈへ容量分割によって読み出す
ため、読み出しゲインの劣化をまねくことなく読み出す
ためには、容量Ｃｔを容量Ｃｈに応じて、大きく設計す
る必要があり、チップサイズの増大につながっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第1の手段として光電変換手段、所定のリセット
レベルを供給するためのリセット手段と、信号出力を行
うための出力手段を含む複数の画素と、複数の信号間の
差動出力を行う差動手段と、差動手段、前記リセット手
段と、出力手段でフィ−ドバックル−プを形成するため
のル−プ形成手段とを有することを特徴とする固体撮像
装置を提供する。

【０００８】また第2の手段として、上記第1の手段の固
体撮像装置において、画素内が所定のリセットレベルに
設定された後にフィ−ドバックル−プを開くための手段
を有することを特徴とする固体撮像装置を提供する。

【０００９】また第3の手段として上記第1又は第2のい
ずれか１つの手段の固体撮像装置において、画素内が所
定のリセットレベルに設定された後に、受光手段で生じ
た信号を出力手段より出力するための手段を有すること
を特徴とする固体撮像装置を提供する。

【００１０】また、第4の手段として上記第1乃至第3の
いずれか1つの手段の固体撮像装置において、差動手段
はオペアンプを含むことを特徴とする固体撮像装置を提
供する。

【００１１】また、第5の手段として上記第1乃至第4の
いずれか１つの手段の固体撮像装置において、出力手段
はソ−スフォロワ回路を含むことを特徴とする固体撮像
装置を提供する。

【００１２】また、第6の手段として上記第1乃至第5の
いずれか1つの手段の固体撮像装置において、差動手段
から差動出力又はボルテ−ジフォロワ出力のいずれかを
選択的に出力させるための手段を有することを特徴とす
る固体撮像装置を提供する。

【００１３】また、第７の手段として第1乃至第6のいず
れか１つの手段の固体撮像装置において、出力手段から
の出力を差動手段のいずれかの入力端子に選択的に出力
するための手段を有することを特徴とする固体撮像装置
を提供する。

【００１４】また、第8の手段として光電変換手段、所
定のリセットレベルを供給するためのリセット手段と、
信号出力を行うための出力手段を含む複数の画素と、オ
ペアンプとを有し、出力手段の出力部は、スイッチ手段
を介して前記オペアンプの正及び負の入力端子に接続さ
れ、オペアンプの出力部は前記リセット手段に接続され
ていることを特徴とする固体撮像装置を提供する。

【００１５】また、第９の手段として、上記第8の手段
の固体撮像装置において、オペアンプの負の入力端子
は、スイッチ手段を介してリセット手段及びオペアンプ
の出力部に接続されていることを特徴とする固体撮像装
置を提供する。

【００１６】また、第１０の手段として、上記第１乃至
第９の手段のいずれかの固体撮像装置と、その固体撮像
装置からの信号に対して信号処理を行う信号処理手段
と、その固体撮像装置からの信号に基いてフォ−カス制
御、ズ−ム制御又はアイリス制御を行う駆動手段と、上
記固体撮像装置、上記信号処理手段及び上記駆動手段を
制御する制御手段を有することを特徴をする撮像システ
ムを提供する。

【００１７】また、第１１の手段として原稿を搬送する
原稿搬送手段と、原稿搬送手段によって搬送された原稿
に光を照射する光源と、原稿に照射された反射光を受光
する上記第１乃至第９のいずれか１つの手段に記載の固
体撮像装置と、その固体撮像装置からの信号に基いて画
像を形成する画像形成手段とを有することを特徴とする
画像読取システムを提供する。

【００１８】また、第１２の手段として上記第１乃至第
９のいずれか１つの手段に記載の固体撮像装置と、原稿
に光を照射して反射光を前記固体撮像装置に受光させる
原稿読取手段と、上記固体撮像装置からの信号に基いて
画像を形成する画像形成手段と、その画像形成手段で形
成された画像を外部へ送信する通信手段とを有すること
を特徴とする画像読取システムを提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２０】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態について、図１の回路図及び図２のタイミングチ
ャ−トを用いて説明する。

【００２１】図１において、説明を簡略化するために縦
２画素、横２画素からなる撮像装置として説明する。１
画素は、光電変換手段であるフォトダイオ−ドD1、M1〜
M4の４つのトランジスタ及びフロ−ティングディフュ−
ジョン容量CP1からなる。ここで、M1はフォトダイオ−
ドで発生した光電荷をフロ−ティングディフュ−ジョン
容量に転送するための、転送手段である転送用MOSトラ
ンジスタ、M２はフロ−ティングディフュ−ジョン容量
を所定電位にリセットするための電位を供給するため
の、リセット手段であるリセット用MOSトランジスタ、M
４は画素内の信号を出力するための増幅用MOSトランジ
スタであり、定電流負荷５２と出力手段であるソ−スフ
ォロワ回路を構成する。M3は増幅用MOSトランジスタの
ドレインに電位を供給し、ソ−スフォロワ回路を選択的
に駆動させるための、選択手段である選択用MOSトラン
ジスタである。

【００２２】５３は、AND回路であり、垂直走査回路130
からのパルスと、端子101，102又は103からのパルスが
同時に印加された場合に、トランジスタM1，M2又はM4を
ONにするパルスを出力するものである。

【００２３】50は、各画素からの信号を出力するための
垂直出力線であり、M6は、端子113を差動手段であるオ
ペアンプA1の正の入力端子に接続するためのスイッチ手
段である接続用MOSトランジスタ、M８、M７は、垂直出
力線50をオペアンプの正の入力端子、負の入力端子にそ
れぞれ接続するためのスイッチ手段である接続用MOSト
ランジスタ、M9は、オペアンプの負の入力端子とオペア
ンプの出力端子とを接続するためのスイッチ手段である
接続用MOSトランジスタであり、端子111、112から入力
されるパルスによって制御される。51はオペアンプの出
力端子とリセット用MOSトランジスタのドレインとを接
続するためのリセット線である。

【００２４】次に、本実施の形態の動作を図２のタイミ
ングチャートを用いて説明する。

【００２５】まず、時刻ｔ０において垂直走査回路から
選択線１３１に信号が出力される。

【００２６】次に時刻ｔ１において端子１０１、１１２
にＨｉｇｈのパルスが印加されることにより、画素部の
トランジスタＭ３がＯＮし、その結果、トランジスタＭ
４と定電流源Ｉ１がソースフォロア回路として動作を行
う。また、この時、同時に、オペアンプ周辺のトランジ
スタＭ７、Ｍ６がＯＮするため、オペアンプの＋側の入
力端子には端子１１３から与えられたリセット電圧Ｖｒ
ｅｓが、−側の入力端子には出力線５０の電圧が入力さ
れる。従って、オペアンプはコンパレーター動作を行
い、もし、＋側の端子電圧が−側の端子電圧より高けれ
ば、＋の電圧（例えば電源電圧）を、低ければ−の電圧
（例えばＧＮＤ）を出力する。ここで、端子１０３はＨ
ｉｇｈ状態であるため、画素部のリセットＭＯＳトラン
ジスタＭ２はＯＮ状態であるので、オペアンプ→リセッ
ト用ＭＯＳトランジスタ→画素部ソースフォロア回路→
オペアンプのフィードバックループが形成されることに
より、画素部フォローティングディフュージョン容量は Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ にリセットされることになる。

【００２７】ここで、 Ｖｏｐａｍｐ：オペアンプのオフセット電圧 Ｖｔｈ ：トランジスタＭ４の閾値電圧 ΔＶｔｈ ：トランジスタＭ４の閾値電圧の画素間の
バラツキ である。このフィードバックループはオペアンプの特性
に大きく依存するが、最近の微細デバイス技術を用いる
ことにより、一般的に１μｓｅｃ以内で収束し、この時
点で時刻ｔ２において端子１０３のパルスを立ち下げ、
リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２をＯＦＦし、時刻ｔ
３において端子１１２のパルスを立ち下げ、フィードバ
ックループを開ける。

【００２８】次に、時刻ｔ４において端子１０２のパル
スを立ち上げ、フォトダイオードＤ１で光電変換された
電荷をフローティングディフュージョン容量ＣＰ１に転
送する。

【００２９】このとき、ＣＰ１の電圧は光量に応じて変
化するため、フローティングディフュージョン容量ＣＰ
１は、 Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＋Ｖｌｉｇ
ｈｔ の電位になる。ここでＶｌｉｇｈｔは容量ＣＰ１の電圧
変化量である。そして、時刻ｔ５以下で読み出す。

【００３０】ここで、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１は
フォトダイオードＤ１の電荷を容量ＣＰ１に完全に転送
するため、転送が終了すると、フォトダイオードＤ１は
リセットされ、次のフィールドの光電変換動作を開始す
る。

【００３１】次に、時刻ｔ５において、再び端子１０１
にＨｉｇｈレベルのパルスを印加し、選択用ＭＯＳトラ
ンジスタＭＪ３をＯＮ状態にすると同時に端子１１４も
立ち上げ、スイッチＭ１０通してＯＰアンプの出力と保
持容量Ｃ１を接続する。ここで、フローティングディフ
ュージョン容量の電圧は画素部ソースフォロア回路によ
り、出力線５０に読み出される。ここで、ソースフォロ
ワ回路の入力部である増幅用ＭＯＳトランジスタＭ４の
ゲートの電位は、Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋Δ
Ｖｔｈ＋Ｖｌｉｇｈｔであるため、出力線５０には、Ｖ
ｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＋Ｖｌｉｇｈ
ｔ−（Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ）＝Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋
Ｖｌｉｇｈｔの電位が出力される。そして、端子１１１
にもＨｉｇｈのパルスを印加することで、今度は、出力
線５０はオペアンプＡ１の＋側の入力端子に接続され
る。一方で、ＭＯＳトランジスタＭ９もＯＮ状態になる
ので、オペアンプＡ１は不帰還がかかり、ボルテージフ
ォロアとして動作し、オペアンプの出力端子には＋側の
入力端子と同じ電圧が出力される。但し、オペアンプに
はオフセット電圧Ｖｏｐａｍｐがあるため、この電圧分
だけ、シフトした電圧である。

【００３２】また、出力線５０の接続が時刻ｔ１の時と
入れ替わっているため、今度は−Ｖｏｐａｍｐ分の電圧
がオフセットとなる。従って、ＯＰアンプの出力端子に
は Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｌｉｇｈｔ−Ｖｏｐａｍｐ
＝Ｖｒｅｓ＋Ｖｌｉｇｈｔ となり、Ｖｏｐａｍｐや、ΔＶｔｈといったオペアンプ
間、画素間でばらつくことによりＦＰＮの要因となる項
は含まない電圧が出力される。

【００３３】保持容量への読み出しが終了した時点で、
時刻ｔ６において端子１１４のパルスを立ち下げ、ＭＯ
ＳトランジスタＭ１０をＯＦＦし、時刻ｔ７、ｔ８にお
いてそれぞれ端子１０１、１１１の端子のパルスを立ち
下げ、画素ソースフォロア回路をＯＦＦ、オペアンプＡ
１の不帰還ループを開ける。（すでに、画素からの光信
号は保持容量Ｃ１に書き込まれ、オペアンプの出力とは
切り離されているため、必ずしも、この時点でオペアン
プの不帰還ループはＯＦＦする必要がないことはいうま
でもない。）上記、時刻ｔ０〜ｔ８の期間において１画
素分の動作について説明したが、同じ行の画素はこれと
全く同じ動作をする。

【００３４】上記動作により、１行分の光信号が保持容
量Ｃ１に読み出された後、水平走査回路１４０により、
時系列的に各画素の信号が読み出される。（時刻ｔ９〜
ｔ１２）

【００３５】また、時刻ｔ１２以降は垂直走査回路によ
り、次の行を選択し、時刻ｔ０〜ｔ８までと全く同じ動
作を行い、一連の動作を終了する。

【００３６】以上、述べたように、本実施例によると、
画素のソースフォロアアンプを構成するＭＯＳトランジ
スタＭ４のＶｔｈがバラツいたり、オペアンプのオフセ
ット電圧が列毎で異なる場合でも、それらに依存しな
い、ＦＰＮのない出力が得られる。

【００３７】また、上記オペアンプは述べたように、高
速動作の必要がないため（〜１μｓｅｃ）、素子数の少
ない、簡単な回路構成ですむため、チップサイズも小さ
くすることができる。

【００３８】（実施の形態２）図２に本発明の第２の実
施例の回路構成を示す。本実施の形態は第１の実施の形
態を１次化したもので、動作などは第１の実施の形態は
全く同じであるため、説明を省略する。

【００３９】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態について、図４の回路図及び図５のタイミングチャー
トを用いて説明する。図４が図１と相違する点は、図４
にはオペアンプＡ１からの信号を１時的に保持する容量
Ｃ１と、容量Ｃ１へ信号を転送するためのＭＯＳトラン
ジスタＭ１０がない点であり、その他の構成は同じであ
る。以降、図５のタイミングチャートを用いて本実施の
形態の動作を以下に説明する。図５において時刻ｔ０〜
ｔ４までの期間、すなわち、画素のリセットと、フォト
ダイオードＤ１からフローティングディフュージョン容
量ＣＰ１への光電荷の転送までの動作は、第１の実施の
形態と全く同じなので省略する。光電荷の転送が終了
し、時刻ｔ５において端子１０１、１１１のパルスを立
ち上げ画素ソースフォロア回路を動作させ、また、オペ
アンプＡ１の不帰還ループを閉じることにより、画素の
光信号をオペアンプＡ１から出力する。この状態で時刻
ｔ６〜ｔ９までの期間に水平走査回路１４０を動作さ
せ、各画素の信号を時系列的に出力端子１２０に出力す
る。行方向の全画素の出力が終了した時点で、時刻ｔ
９、ｔ１０においてそれぞれ、不帰還ループを開け、画
素ソースフォロア回路をＯＦＦする。前述したように、
不帰還ループを開けるタイミングはこれと異なるタイミ
ングであっても全く問題ない。次に、時刻ｔ１１におい
て垂直走査回路を１行分シフトし、時刻ｔ０〜ｔ１０と
全く同じ動作をｔ１１以降で行い、２行目の画素の信号
を出力して一連の動作を終了する。本実施の形態は第１
の実施の形態に対して、保持容量Ｃ１及びＭＯＳトラン
ジスタＭ１０を省略したもので、第１の実施の形態よ
り、さらにチップサイズを小型化することができる。

【００４０】（実施の形態４）本発明の第４の実施の形
態について、図４の回路図及び図６のタイミングチャー
トを用いて説明する。以降、本実施の形態の動作を図７
のタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ０〜ｔ
４までの、画素のリセット及び、フォトダイオードＤ１
から容量ＰＣ１への転送は他の実施の形態と全く同様で
ある。容量ＣＰ１に光電荷の転送が終了すると、時刻ｔ
５において端子１０１、１１１、１１８のパルスを立ち
上げ画素ソースフォロア回路を動作させ、また、出力線
５０とオペアンプの＋側入力端子を接続し、さらに、オ
ペアンプＡ１の不帰還ループを閉じる。画素ソースフォ
ロア回路の出力が終了すると、時刻ｔ６において、端子
１１１のパルスを立ち下げ、出力線５０とオペアンプの
＋側入力端子の接続を切り離すことによって、画素の光
信号をオペアンプＡ１の＋側入力端子の寄生容量に保持
する。ここで、寄生容量はトランジスタＭ８のドレイン
ウエル間等の接合容量、オペアンプＡ１の＋側入力端子
の入力容量入力やその他、配線の寄生容量からなる。次
に、時刻ｔ７〜ｔ１０において、水平走査回路１４０を
動作させ、１行目の各画素の信号を時系列的に出力端子
に出力する。１行目の画素の信号出力が終了すると、時
刻ｔ１１において端子１１８のパルスを立ち下げ、オペ
アンプＡ１の不帰還ループを開ける。次に時刻ｔ１２以
降において、垂直走査回路１３０を１行分シフトし、２
行目の画素に対して、時刻ｔ０〜ｔ１１までと全く同じ
動作を行い、２行目の画素の信号を出力することで、一
連の動作を終了する。実施の形態４では、同行の画素を
１画素ずつ出力する期間に於いて画素ソースフォロア回
路がＯＮしていたため、画素の位置によって、画素から
の読み出し時間が異なる（行の最後の画素程、読み出し
時間が長い）ため、各画素で出力値が異なる場合があ
る。これは、１画素毎の出力期間（時刻ｔ７からｔ９）
が短いほど、顕著になる。これに対して、本実施の形態
では、画素ソースフォロア回路の出力信号を一旦、オペ
アンプの入力容量の保持した後、１画素ずつ読み出すた
め、同行画素の信号はその位置によらず、均一の出力が
得られる。

【００４１】以上、述べた実施の形態ではいずれも、画
素の構成は同一で、１つのフォトダイオードと４つのト
ランジスタから成るものであったが、その他の画素構成
であっても全く問題ないことはいうまでもない。その一
例を図７から図９に示す。図７は実施の形態１〜５で用
いた画素の構成と比較すると、選択用ＭＯＳトランジス
タの位置が異なるもので、図８は転送用ＭＯＳトランジ
スタが無いものである。また、図９は画素内のアンプと
してバイポーラートランジスタを用いたものである。

【００４２】以上、述べた様に、本発明によると、各画
素は、Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈとい
った個々の画素に関係するデバイスの特性バラツキを含
んだ電圧でリセットされ、光信号は、フォローティング
ディフュジージョン容量ではそのリセット電圧に重畳さ
れた電圧であるものの、ソースフォロアアンプ，オペア
ンプにより出力される際には、これら特性バラツキが相
殺され、純粋な光信号電圧だけが得られる。

【００４３】従って、従来の方法ではフィルター処理等
の目的で、各画素の信号を繰返し、用いる場合には、画
素からの読出し信号を蓄積する第１の蓄積手段とリセッ
ト後の残存信号を蓄積する第２の蓄積手段を、その繰り
返し回数だけ設ける必要があったが、本発明では、その
必要がなく、チップサイズを増大させることなく、多様
な信号処理が可能となる。

【００４４】（実施の形態５）図１０に基づいて前述の
実施の形態で説明した２次元状に画素を配列した固体撮
像装置をビデオカメラに適用した場合の一実施の形態に
ついて詳述する。

【００４５】図１０は、本発明の固体撮像装置をビデオ
カメラに適用した場合を示すブロック図で、２０１は撮
影レンズで焦点調節を行うためのフォーカスレンズ１
Ａ、ズーム動作を行うズームレンズ１Ｂ、結像用のレン
ズ１Ｃを備えている。

【００４６】２０２は絞り、２０３は撮像面に結像され
た被写体像を光電変換して電気的な撮像信号に変換する
固体撮像装置、２０４は固体撮像装置２０３より出力さ
れた撮像信号をサンプルホールドし、さらに、レベルを
アンプするサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）であ
り、映像信号を出力する。

【００４７】２０５はサンプルホールド回路２０４から
出力された映像信号にガンマ補正、色分離、ブランキン
グ処理等の所定の処理を施すプロセス回路で、輝度信号
Ｙおよびクロマ信号Ｃを出力する。

【００４８】プロセス回路２０５から出力されたクロマ
信号Ｃは、色信号補正回路２２１で、ホワイトバランス
および色バランスの補正がなされ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ
−Ｙとして出力される。

【００４９】また、プロセス回路２０５から出力された
輝度信号Ｙと、色信号補正回路２２１から出力された色
差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、エンコーダ回路（ＥＮＣ回
路）２２４で変調され、標準テレビジョン信号として出
力される。そして、図示しないビデオレコーダ、あるい
は電子ビューファインダ等のモニタＥＶＦへと供給され
る。

【００５０】次いで、２０６はアイリス制御回路であ
り、サンプルホールド回路２０４から供給される映像信
号に基づいてアイリス駆動回路２０７を制御し、映像信
号のレベルが所定レベルの一定値となるように、絞り２
０２の開口量を制御すべくｉｇメータ２０８を自動制御
するものである。

【００５１】２１３、２１４は、サンプルホールド回路
２０４から出力された映像信号中より合焦検出を行うた
めに必要な高周波成分を抽出する異なった帯域制限のバ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。第１のバンドパス
フィルタ２１３（ＢＰＦ１）、および第２のバンドパス
フィルタ２１４（ＢＰＦ２）から出力された信号は、ゲ
ート回路２１５およびフォーカスゲート枠信号で各々で
ゲートされ、ピーク検出回路２１６でピーク値がホール
ドされて検出されるとともに、論理制御回路２１７に入
力される。この信号を焦点電圧と呼び、この焦点電圧に
よってフォーカスを合わせている。

【００５２】また、２１８はフォーカスレンズ１Ａの移
動位置を検出するフォーカスエンコーダ、２１９はズー
ムレンズ１Ｂの焦点距離を検出するズームエンコーダ、
２２０は絞り２０２の開口量を検出するアイリスエンコ
ーダである。これらのエンコーダの検出値は、システム
コントロールを行う論理制御回路２１７へと供給され
る。

【００５３】論理制御回路２１７は、設定された合焦検
出領域内に相当する映像信号に基づいて、被写体に対す
る合焦検出を行い焦点調節を行う。すなわち、各々のバ
ンドパスフィルタ２１３、２１４より供給された高周波
成分のピーク値情報を取り込み、高周波成分のピーク値
が最大となる位置へとフォーカスレンズ１Ａを駆動すべ
くフォーカス駆動回路２０９にフォーカスモータ２１０
の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号を供給
し、これを制御する。

【００５４】（実施の形態６）図１１に基づいて、前述
した実施形態で説明した２次元状に配列した固体撮像装
置をスチルカメラに適用した場合の一実施例について詳
述する。

【００５５】図１１において、３０１はレンズのプロテ
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、３０２は被写体
の光学像を固定撮像装置３０４に結像させるレンズ、３
０３はレンズ３０２を通った光量を可変するための絞
り、３０４はレンズ３０２で結像された被写体を画像信
号として取り込むための固体撮像素子、３０６は固体撮
像装置３０４より出力される画像信号のアナログ−ディ
ジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、３０７はＡ／Ｄ変換器
３０６より出力された画像データに各種の補正を行った
りデータを圧縮する信号処理部、３０８は固体撮像素子
３０４，撮像信号処理回路３０５，Ａ／Ｄ変換器３０
６，信号処理部７に、各種タイミング信号を出力するタ
イミング発生部、３０９は各種演算とスチルビデオカメ
ラ全体を制御する全体制御・演算部、３１０は画像デー
タを一時的に記憶するためのメモリ部、３１１は記録媒
体に記録または読み出しを行うためのインターフェース
部、３１２は画像データの記録または読み出しを行うた
めの半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、３１３は外
部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部
である。

【００５６】次に、前述の構成における撮影時のスチル
ビデオカメラの動作について、説明する。

【００５７】バリア３０１がオープンされるとメイン電
源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さ
らに、Ａ／Ｄ変換器３０６などの撮像系回路の電源がオ
ンされる。

【００５８】それから、露光量を制御するために、全体
制御・演算部３０９は絞り３０３を開放にし、固体撮像
装置３０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器３０６で
変換された後、信号処理部３０７に入力される。そのデ
ータを基に露出の演算を全体制御・演算部３０９で行
う。

【００５９】この測光を行った結果により明るさを判断
し、その結果に応じて全体制御・演算部３０９は絞りを
制御する。

【００６０】次に、固体撮像装置３０４から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部３０９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断したときは、再びレンズを駆動し測距を行う。

【００６１】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。露光が終了すると、固体撮像装置３０４から出力
された画像信号はＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換され、信
号処理部７を通り全体制御・演算３０９によりメモリ部
に書き込まれる。その後、メモリ部１０に蓄積されたデ
ータは、全体制御・演算部３０９の制御により記録媒体
制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒
体１２に記録される。又外部Ｉ／Ｆ３１３を通り直接コ
ンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

【００６２】（実施の形態７）図１２，１３に基づい
て、前述した実施形態で説明した１次元状に画素が配列
された固体撮像装置をシートフィード式の原稿画像読取
装置に適用した場合の一実施の形態について詳述する。

【００６３】図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読
取装置の概略図である。４０１は密着型のイメージセン
サ（以下“ＣＩＳ”とも呼ぶ）であり、固体撮像装置４
０２，セルフォックレンズ４０３，ＬＥＤアレイ４０４
及びコンタクトガラス４０５から構成されている。搬送
ローラ４０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原
稿を配置させるために使用される。コンタクトシート４
０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させるために使用され
る。４１０は制御回路であり、ＣＩＳ４０１からの信号
の処理等を行う。

【００６４】原稿検知レバー４０８は、原稿が差し込ま
れたことを検知するためのレバーであり、原稿が差し込
まれたことを検知すると、原稿検知レバー４０８が傾く
ことにより、原稿検知センサ４０９の出力が変化するこ
とにより、その状態を制御回路４１０内のＣＰＵ５１５
に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断し
て、原稿搬送ローラ４０６駆動用モータ（図示せず）を
駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動
作を行う。

【００６５】図１３は、図１２の制御回路を詳細に説明
するための電気的構成を示すブロック図である。以下に
図１３を用いて、その回路動作を説明する：図１３にお
いて、５０１はイメージセンサ（図１２のＣＩＳ１）で
あり、光源である各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ５０２も一体
化されており、ＣＩＳ１のコンタクトガラス４０５上を
原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路５
０３にて１ライン毎に各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ５０２を
切り替えて点灯させることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ線順次の
カラー画像を読み取ることが可能である。

【００６６】ＡＭＰ５０４は、ＣＩＳ５０１より出力さ
れた信号を増幅させる増幅器であり、５０５はこの増幅
出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタ
ル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡ
Ｍ５０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み
取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶
されており、シェーディング補正回路５０７は、前記シ
ェーディングＲＡＭ５０６のデータに基づいて読み取ら
れた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知
回路５０８は、読み取られた画像データにおけるピーク
値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検
知するために使用される。

【００６７】ガンマ変換回路５０９は、ホストコンピュ
ータにより予め設定されたガンマカーブに従って読み取
られた画像データのガンマ変換を行う。

【００６８】バッファＲＡＭ５１０は、実際の読み取り
動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミング
を合わせるために、画像データを１次的に記憶させるた
めのＲＡＭであり、パッキング／バッファＲＡＭ制御回
路５１１は、ホストコンピュータより予め設定された画
像出力モード（２値，４ビット多値，８ビット多値，２
４ビット多値）に従ったパッキング処理を行った後に、
そのデータをバッファＲＡＭ５１０に書き込む処理と、
インタフェース回路５１２にバッファＲＡＭ５１０から
画像データを読み込んで出力させる。

【００６９】インタフェース回路５１２は、パーソナル
コンピュータなどの本実施例に係る画像読取装置のホス
ト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容
や画像信号の出力を行う。

【００７０】５１５は、例えばマイクロコンピュータ形
態のＣＰＵであり、処理手順を格納したＲＯＭ５１５Ａ
及び作業用のＲＡＭ５１５Ｂを有し、ＲＯＭ５１５Ａに
格納された手順に従って、各部の制御を行う。

【００７１】５１６は、例えば水晶発振器、５１４は、
ＣＰＵ５１５の設定に応じて発振器５１６の出力を分周
して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタ
イミング信号発生回路である。５１３はインターフェー
ス回路５１３を介して制御回路と接続される外部装置で
あり、外部装置の１例としてはパーソナルコンピュータ
等が上げられる。

【００７２】（実施の形態８）図１４，１５に基づい
て、前述した実施形態で説明した１次元状に画素が配列
された固体撮像装置を通信機能等を有する原稿画像読取
装置に適用した場合の一実施例について詳述する。

【００７３】図１４は画像読取装置の画像処理部の構成
を示すブロック図である。図１５において、リーダ部６
０１は、不図示の原稿画像を読み取り、その原稿画像に
応じた画像データをプリンタ部６０２及び画像入出力制
御部６０３へ出力する。プリンタ部６０２はリーダ部６
０１及び画像入出力制御部６０３からの画像データに応
じた画像を記録紙上に記録する。

【００７４】画像入出力制御部６０３はリーダ部６０１
に接続されており、ファクシミリ部６０４、ファイル部
６０５、コンピュータインターフェイス部６０７、フォ
ーマッタ部６０８、イメージメモリ６０９、コア部６１
０等からなる。これらの内、ファクシミリ部６０４は、
電話回線６１３を介して受信した圧縮画像データを伸長
して伸長された画像データをコア部６１０へ転送し、ま
たコア部６１０から転送された画像データを圧縮して圧
縮された圧縮画像データを電話回線６１３を介して受信
する。このファクシミリ部６０４にはハードディスク６
１２が接続されており、受信した圧縮画像データを一時
的に保存することができる。

【００７５】ファイル部６０５には光磁気ディスクドラ
イブユニット６０６が接続されており、ファイル部６０
５は、コア部６１０から転送された画像データを圧縮
し、その画像データをそれを検索するためのキーワード
とともに光磁気ディスクドライブユニット６０６にセッ
トされた光磁気ディスクに記憶させる。また、ファイル
部６０５は、コア部６１０を介して転送されたキーワー
ドに基づいて、光磁気ディスクに記憶されている圧縮画
像データを検索する。そして、検索された圧縮画像デー
タを読み出して伸長し、伸長された画像データをコア部
６１０へ転送する。

【００７６】コンピュータインターフェイス部６０７
は、パーソナルコンピュータ又はワークステーション
（ＰＣ／ＷＳ）６１１とコア部６１０との間のインター
フェイスである。また、フォーマッタ部６０８は、ＰＣ
／ＷＳ１１から転送された画像を表わすコードデータを
プリンタ部６０２で記録できる画像データに展開するも
のであり、イメージメモリ部６０９は、ＰＣ／ＷＳ６１
１から転送されたデータを一時的に記憶するものであ
る。

【００７７】コア部６１０は、リーダ部６０１、ファク
シミリ部６０４、ファイル部６０５、コンピュータイン
ターフェイス部６０７、フォーマッタ部６０８、イメー
ジメモリ部６０９それぞれの間のデータの流れを制御す
る。

【００７８】図６０６は、図６０５のリーダ部６０１及
びプリンタ部６０２の断面構成を示す図である。

【００７９】図５において、リーダ部６０１の原稿給送
装置７０１は、不図示の原稿を最終ページから順に１枚
ずつプラテンガラス７０２上へ給送し、原稿の読み取り
動作終了後、プラテンガラス７０２上の原稿を排出する
ものである。また、原稿がプラテンガラス７０２上に搬
送されると、ランプ７０３を点灯し、スキャナユニット
７０４の移動を開始させて、原稿を露光走査する。

【００８０】この露光走査による原稿からの反射光は、
ミラー７０５、７０６、７０７及びレンズ７０８によっ
て、固体撮像装置１０９へ導かれる。このように、走査
された原稿の画像は固体撮像装置７０９によって読み取
られる。この固体撮像装置７０９から出力される画像デ
ータは、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正等の処理が施
された後、プリンタ部２又はコア部６１０へ転送され
る。

【００８１】プリンタ部６０２のレーザドライバ７２１
は、レーザ発光部７０１を駆動し、リーダ部６０１から
出力された画像データに応じたレーザ光をレーザ発光部
７０１により発光させる。このレーザ光は感光ドラム７
０２の異なる位置に照射され、感光ドラム７０２にはこ
れらのレーザ光に応じた潜像が形成される。

【００８２】この感光ドラム７０２の潜像の部分には、
現像機７０３によって現像剤が付着される。そして、レ
ーザ光の照射開始と同期したタイミングで、カセット７
０４及びカセット７０５のいずれかから記録紙を給紙
し、それを転写部７０６へ搬送し、感光ドラム７０２に
付着された現像材をこの記録紙上に転写する。現像材の
乗った記録紙は定着部７０７に搬送され、定着部７０７
における熱と圧力により現像材が記録紙上に定着され
る。

【００８３】定着部７０７を通過した記録紙は排出ロー
ラ２０８によって排出され、ソータ７２０は排出された
記録紙をそれぞれのビンに収納して記録紙の仕分けを行
う。尚、ソータ７２０は、仕分けが設定されていない場
合には、排出ローラ７０８まで記録紙を搬送した後、排
出ローラ７０８の回転方向を逆転させ、フラッパ７０９
によってそれを再給紙搬送路７１０へ導く。

【００８４】また、多重記録が設定されている場合は、
記録紙を排出ローラ７０８まで搬送しないように、フラ
ッパ７０９によってそれを再給紙搬送路７１０へ導く。
再給紙搬送路７１０へ導かれた記録紙は上述しタイミン
グと同じタイミングで転写部７０６へ給紙される。

【００８５】（実施の形態９）図１６に基づいて、前述
した実施の形態で説明した２次元状に画素が配列された
固体撮像装置を用いた例えば実施の形態５のビデオカメ
ラを有するカメラ制御システムについて詳述する。

【００８６】本実施の形態では、実施の形態５のビデオ
カメラに限らず、実施形態６のスチルカメラであっても
よい。

【００８７】図１６は、カメラ制御システムを示す概略
構成ブロック図である。８１０は映像データおよびカメ
ラ制御情報（ステータス情報も含む）をデジタル伝送す
るネットワークであり、ｎ台の映像送信端末８１２（８
１２−１〜８１２−ｎ）が接続している。

【００８８】各映像送信端末８１２（８１２−１〜８１
２−ｎ）には、カメラ制御装置８１４（８１４−１〜８
１４−ｎ）を介してカメラ８１６（８１６−１〜８１６
−ｎ）が接続されている。カメラ制御装置８１４（８１
４−１〜８１４−ｎ）は、映像送信端末８１２（８１２
−１〜８１２−ｎ）からの制御信号に従い、接続するビ
デオカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）のパン，
チルト，ズーム，フォーカスおよび絞りなどを制御す
る。

【００８９】また、ビデオカメラ８１６（８１６−１〜
８１６−ｎ）は、カメラ制御装置８１４（８１４−１〜
８１４−ｎ）から電源が供給されており、カメラ制御装
置８１４−（８１４−１〜８１４−ｎ）は、外部からの
制御信号に従い、ビデオカメラ８１６（８１６−１〜８
１６−ｎ）の電源のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

【００９０】また、ネットワーク８１０には、映像送信
端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）からネットワー
ク８１０に送出された映像情報を受信し、表示する映像
受信端末８１８（８１８−１〜８１８−ｍ）が接続され
ている。各映像受信端末８１８（８１８−１〜８１８−
ｍ）には、ビットマップディスプレイあるいはＣＲＴな
どで構成されるモニタ８２０（８２０−１〜８２０−
ｍ）が接続されている。

【００９１】ここで、ネットワーク８１０は、有線であ
る必要はなく、無線ＬＡＮ装置などを利用した無線ネッ
トワークでもよい。この場合、映像受信端末８１８は、
モニタ８２０と一体化して携帯型の映像受信端末装置と
することができる。

【００９２】映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２
−ｎ）は、接続するカメラ８１６（８１６−１〜８１６
−ｎ）の出力映像信号をＨ．２６１などの所定の圧縮方
式で圧縮し、ネットワーク８１０を介して、映像要求元
の映像受信端末１８またはすべての映像受信端末８１８
に送信する。映像受信端末１８は、ネットワーク８１
０、映像送信端末８１２およびカメラ制御装置８１４を
介して任意のカメラ８１６の種々のパラメータ（撮影方
位、撮影倍率、フォーカスおよび絞りなど）とともに、
電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。

【００９３】ここで、映像送信端末８１２は、モニタを
接続し、圧縮映像を伸長する映像伸長装置を設けること
で、映像受信端末として兼用することができる。一方、
映像受信端末１８は、カメラ制御装置８１４およびビデ
オカメラ８１６を接続し、映像圧縮装置を設けること
で、映像送信端末として兼用することができる。これら
の端末には、映像送信または映像受信に必要なソフトウ
エアを記憶するＲＯＭが備えられている。

【００９４】以上の構成によって、映像送信端末８１２
は、ネットワーク８１０を経由して遠隔地の映像受信端
末１８に映像信号を伝送するとともに、映像受信端末８
１８から伝送されるカメラ制御信号を受けて、カメラ８
１６のパン，チルトなどの制御を実行する。

【００９５】また、映像受信端末８１８は、映像送信端
末８１２にカメラ制御信号を発信し、カメラ制御信号を
受信した映像送信端末８１２は、そのカメラ制御信号の
内容に応じてカメラ８１６を制御するとともに、そのカ
メラ８１６の現在の状態を返送する。映像受信端末８１
８は、映像送信端末８１２から送られてくる映像データ
を受信し、所定の処理を施してモニタ８４０の表示画面
上に撮影映像をリアルタイムに表示する。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、装置を増大化させるこ
となく、ノイズを減少させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施の形態を説明するための図
である。

【図２】本発明の第1の実施の形態を説明するための図
である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を説明するための図
である。

【図４】本発明の第３又は第4の実施の形態を説明する
ための図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を説明するための図
である。

【図６】本発明の第４の実施の形態を説明するための図
である。

【図７】画素の構成を表す図である。

【図８】画素の構成を表す図である。

【図９】画素の構成を表す図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態を説明するための
図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態を説明するための
図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態を説明するための
図である。

【図１３】本発明の第７の実施の形態を説明するための
図である。

【図１４】本発明の第８の実施の形態を説明するための
図である。

【図１５】本発明の第８の実施の形態を説明するための
図である。

【図１６】本発明の第９の実施の形態を説明するための
図である。

【図１７】従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

Ｄ１ フォトダイオ−ド Ｍ１ 転送用ＭＯＳトランジスタ Ｍ２ リセット用ＭＯＳトランジスタ Ｍ３ 選択用ＭＯＳトランジスタ Ｍ４ 増幅用ＭＯＳトランジスタ ５０ 垂直出力線 ５１ リセット線 ５２ 定電流負荷 Ａ１ オペアンプ Ｍ６ 接続用ＭＯＳトランジスタ Ｍ７ 接続用ＭＯＳトランジスタ Ｍ８ 接続用ＭＯＳトランジスタ Ｍ９ 接続用ＭＯＳトランジスタ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換手段、所定のリセットレベルを
   供給するためのリセット手段と、信号出力を行うための
   出力手段を含む複数の画素と、 複数の信号間の差動出力を行う差動手段と、 前記差動手段、前記リセット手段と、前記出力手段でフ
   ィ−ドバックル−プを形成するためのル−プ形成手段と
   を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記画素内が所定の
   リセットレベルに設定された後に前記フィ−ドバックル
   −プを開くための手段を有することを特徴とする固体撮
   像装置。
3. 【請求項３】 請求項1又は請求項２のいずれか１項に
   おいて、前記画素内が所定のリセットレベルに設定され
   た後に、前記受光手段で生じた信号を前記出力手段より
   出力するための手段を有することを特徴とする固体撮像
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか1項に
   おいて、前記差動手段はオペアンプを含むことを特徴と
   する固体撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか1項に
   おいて、前記出力手段はソ−スフォロワ回路を含むこと
   を特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか1項に
   おいて、前記差動手段から差動出力又はボルテ−ジフォ
   ロワ出力のいずれかを選択的に出力させるための手段を
   有することを特徴とする固体撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
   おいて、前記出力手段からの出力を前記差動手段のいず
   れかの入力端子に選択的に出力するための手段を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
8. 【請求項８】 光電変換手段、所定のリセットレベルを
   供給するためのリセット手段と、信号出力を行うための
   出力手段を含む複数の画素と、 オペアンプとを有し、 前記出力手段の出力部は、スイッチ手段を介して前記オ
   ペアンプの正及び負の入力端子に接続され、前記オペア
   ンプの出力部は前記リセット手段に接続されていること
   を特徴とする固体撮像装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記オペアンプの負
   の入力端子は、スイッチ手段を介して前記リセット手段
   及び前記オペアンプの出力部に接続されていることを特
   徴とする固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれか１項
    記載の固体撮像装置と、 前記固体撮像装置からの信号に対して信号処理を行う信
    号処理手段と、 前記固体撮像装置からの信号に基いてフォ−カス制御、
    ズ−ム制御又はアイリス制御を行う駆動手段と、 前記固体撮像装置、前記信号処理手段及び前記駆動手段
    を制御する制御手段を有することを特徴をする撮像シス
    テム。
11. 【請求項１１】 原稿を搬送する原稿搬送手段と、 前記原稿搬送手段によって搬送された原稿に光を照射す
    る光源と、 原稿に照射された反射光を受光する請求項１乃至請求項
    ９のいずれか１項記載の固体撮像装置と、 前記固体撮像装置からの信号に基いて画像を形成する画
    像形成手段とを有することを特徴とする画像読取システ
    ム。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至請求項９のいずれか１項
    記載の固体撮像装置と、 原稿に光を照射して反射光を前記固体撮像装置に受光さ
    せる原稿読取手段と、 前記固体撮像装置からの信号に基いて画像を形成する画
    像形成手段と、 前記画像形成手段で形成された画像を外部へ送信する通
    信手段とを有することを特徴とする画像読取システム。