JPH06141248A - 撮像素子駆動装置 - Google Patents

撮像素子駆動装置

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JPH06141248A
JPH06141248A JP4311030A JP31103092A JPH06141248A JP H06141248 A JPH06141248 A JP H06141248A JP 4311030 A JP4311030 A JP 4311030A JP 31103092 A JP31103092 A JP 31103092A JP H06141248 A JPH06141248 A JP H06141248A
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ccd
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Keiji Sawanobori
啓治 沢登
Nobuhiro Tani
信博 谷
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォトダイオードに発生した過剰電荷が周辺
のフォトダイオードに漏れ込むのを防止する。 【構成】 水平ブランキング期間(HD信号が“L”の
期間)、/V1信号〜/V4信号(符号/は反転を意味
する)を所定の順に変化させることにより垂直転送を行
う。/V1信号および/V2信号は、通常の水平転送期
間“L”(符号D1、D2)、すなわちφV1信号およ
びφV2信号は“H”である。露光期間中これらの/V
1信号および/V2信号を“H”(符号D4、D5)
に、すなわちφV1信号およびφV2信号を“L”に固
定する。そしてφV3信号およびφV4信号によってチ
ャージポンピング動作が行われ、フォトダイオードに発
生した過剰電荷が消滅する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばスチルビデオカ
メラに設けられ、被写体像に対応した映像信号を生成す
るための撮像素子を駆動する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばスチルビデオカメラ等に
は、光学系により得られた被写体像を電気的な映像信号
に変換するため、CCD(固体撮像素子)が設けられて
いる。CCDは、各画素に対応させてフォトダイオード
を有しており、露光によってフォトダイオードに発生し
た電荷は、垂直転送CCDによって水平転送CCDに転
送され、水平転送CCDから外部に出力される。垂直転
送CCDは、制御を単純にするため、映像信号の出力期
間だけでなく、露光期間中を含めて常に転送動作を行っ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが露光期間中、
フォトダイオードに入射した光量が多過ぎて過剰な電荷
が発生した場合、この電荷がその周辺のフォトダイオー
ドに直接、あるいは垂直転送CCDを介して漏れ込み、
いわゆるブルーミングやスミアが発生し、画像データが
劣化することとなる。
【0004】本発明は、フォトダイオードに発生した過
剰電荷が周辺のフォトダイオードに漏れ込むのを防止
し、高精度な画像データを得ることができる撮像素子駆
動装置を提供することを目的としている。
【0005】
【問題を解決するための手段】本発明に係る撮像素子駆
動装置は、水平ブランキング期間中、垂直転送CCDに
設けられた複数の電極の電圧レベルを所定の順序で変化
させることにより、ポテンシャルの井戸を移動させて電
荷を水平転送CCD側に転送させる垂直転送手段と、露
光期間中、前記複数の電極のうちの一部の電極の電圧レ
ベルをローに固定する電圧固定手段とを備えたことを特
徴としている。
【0006】
【実施例】以下図示実施例により本発明を説明する。図
1は、本発明の一実施例である撮像素子駆動装置を備え
たスチルビデオカメラのブロック図である。
【0007】システムコントロール回路10はマイクロ
コンピュータであり、本スチルビデオカメラの全体の制
御を行う。
【0008】撮像光学系はレンズ11と絞り12と光学
フィルタ13を備え、この撮像光学系を通った光線はC
CD14に導かれる。CCD14はVCCDドライバ1
5およびタイミング発生回路17によって駆動され、こ
れにより、CCD14上に結像された被写体像に対応し
た映像信号がCCD14から出力され、相関二重サンプ
リング(CDS)回路16に供給される。
【0009】CDS回路16に入力された映像信号は、
リセット雑音を除去された後、図示しないプリプロセス
回路においてガンマ補正等の所定の処理を施される。そ
してこの映像信号は、A/D変換器21においてデジタ
ル信号に変換され、画像メモリ22に格納される。映像
信号が格納される画像メモリ22のアドレスは、システ
ムコントロール回路10およびアドレス制御回路23を
介して制御される。なお、CDS回路16およびA/D
変換器21の動作は、タイミング発生回路17から出力
されるパルス信号によって制御される。
【0010】画像処理回路24は、画像メモリ22に格
納された画像信号に対して、所定の処理を施し、これに
よりR信号、G信号およびB信号が出力される。これら
のR信号、G信号およびB信号は、記録装置25に入力
され、ICメモリカード等の記録媒体に記録される。
【0011】システムコントロール回路10に接続され
たマニュアルスイッチ群26は、本スチルビデオカメラ
を操作するため、また表示素子27は、マニュアルスイ
ッチ群26の各種スイッチによる操作の内容等を表示す
るために、それぞれ設けられる。
【0012】次に、図1および図2を参照して、CCD
14の構成およびCCD14を駆動するための構成を説
明する。
【0013】フォトダイオード31は各画素に対応して
設けられており、フォトダイオード31では入射光量に
応じて信号電荷が形成される。垂直転送CCD32は、
フォトダイオード31に隣接して垂直方向(図の縦方
向)に沿って設けられており、フォトダイオード31に
おいて生成された電荷を水平転送CCD33に転送す
る。水平転送CCD33にはFDA(フローティングデ
ィフュージョンアンプ)34が接続されており、このF
DA34では、水平転送CCD33によって転送されて
きた電荷が電圧に変換され、外部に出力される。
【0014】VCCDドライバ15には、タイミング発
生回路17から/V1信号(符号/は反転を意味する)
等が、またシステムコントロール回路10から/Vsub
信号がそれぞれ入力され、これらの電圧信号とは反対の
極性を有する信号が、CCD14に対して出力される。
例えば、/V1信号〜/V4信号が“L”(ロー)であ
る時、φV1信号〜φV4信号(駆動信号)が“H”
(ハイ)として出力される。/Vsub 信号についても同
様に、反対の極性を有するφVsub 信号が出力される。
なお本実施例において、/V1信号〜/V4信号の電圧
は、“H”の時5V、“L”の時0Vである。また、φ
V1信号〜φV4信号の電圧は、“H”の時0V、
“L”の時−7Vである。
【0015】同期信号発生回路41では、タイミング発
生回路17から出力されたクロック信号fck に基づい
て、システムコントロール回路10の制御により垂直同
期信号VDおよび水平同期信号HDが生成される。タイ
ミング発生回路17では、水平同期信号HD等に基づい
て、/V1信号〜/V4信号、/TG1信号および/T
G2信号が生成され、これらの信号はOR回路42、4
3あるいはVCCDドライバ15に入力される。
【0016】OR回路42には、/V1信号の他、シス
テムコントロール回路10から露光期間中であるか否か
を示すEXP信号が入力される。EXP信号は、露光期
間中“H”であり、それ以外の時は“L”となる。OR
回路42は、EXP信号が“L”の時、タイミング発生
回路17から入力された/V1信号をそのまま出力し、
EXP信号が“H”の時、/V1信号を“H”として出
力する。OR回路43も同様に、EXP信号が“L”の
時、タイミング発生回路17から入力された/V2信号
をそのまま出力し、EXP信号が“H”の時、/V2信
号を“H”として出力する。
【0017】φV1信号〜φV4信号は垂直転送CCD
の転送制御信号(駆動信号)で、/TG1信号および/
TG2信号は、それぞれ第1フィールドおよび第2フィ
ールドに対応するフォトダイオードの電荷を垂直転送C
CDへ転送するタイミング制御信号である。
【0018】CCD14では、VCCDドライバ15か
ら出力される駆動信号によって、フォトダイオードから
垂直転送CCDへの転送および垂直転送CCDにおける
垂直転送が行われ、タイミング発生回路17から出力さ
れる駆動信号によって水平転送動作が行われる。すなわ
ち垂直転送CCD32では、VCCDドライバ15から
端子35a〜35dを介して供給される4相のφV1〜
φV4信号(駆動信号)によって、フォトダイオードか
らの電荷の転送および垂直方向の電荷の転送が行われ
る。水平転送CCD33では、タイミング発生回路17
から端子36a、36bを介して供給されるφH1およ
びφH2信号(駆動信号)によって、水平方向の電荷の
転送が行われる。VCCDドライバ15から端子37を
介して供給されるφVsub 信号は、CCD14に蓄積さ
れている不要電荷を、露光期間の直前にCCD14の基
板の方向に掃き出すためのものである。これらの信号に
より、信号電荷の転送、信号電荷の蓄積時間、電子シャ
ッタ速度の決定、および過剰電荷の掃き出し等の制御が
行われる。
【0019】図3および図4は、CCD14によって検
出された映像信号を、CCD14から出力する動作のタ
イミングチャートである。また図4は、図3の符号Aで
示す期間を時間軸方向(図の横方向)に拡大したもので
ある。
【0020】図3において、露光期間の前、絞り12は
開口されている(符号F1)。FLD信号は画像のフィ
ールドを示しており、フィールドに応じて“H”と
“L”が切り換わる。すなわち、第1フィールドの時
“H”となり、第2フィールドの時“L”となる。/V
sub 信号は通常“H”であるが、マニュアルスイッチ群
26中のレリーズスイッチ(図示せず)の操作に基づく
所定のタイミングで“L”とされる。この/Vsub 信号
が“L”になると、すなわちφVsub 信号(図2参照)
が“H”になると、それまでフォトダイオード31に蓄
積されていた不要電荷が基板の方向に掃き出される。こ
の掃き出し期間中にフォトダイオードに発生する電荷は
全て掃き出されるので、この掃き出し動作が終了した時
点からフォトダイオードの電荷蓄積が開始され、その
後、絞り12が閉じると(符号F2)、露光が完了す
る。不要電荷の掃き出しが終了してから絞り12が閉じ
るまでが露光期間であり、この間に、CCD14のフォ
トダイオード31には被写体像に対応した電荷が蓄積さ
れる。
【0021】一方、/V1信号〜/V4信号は、/V1
信号および/V2信号が露光期間中“H”に固定される
ことを除いて、常に所定のタイミングでオンオフを繰り
返している。換言すれば、垂直転送CCD32の第1〜
第4の電極に印加されるφV1信号〜φV4信号は通
常、所定のタイミングで“H”、“L”を繰り返してい
る。このφV1信号〜φV4信号は、垂直転送CCD3
2において電荷の垂直転送を行う駆動信号であり、すな
わち垂直転送動作は、その必要がない時であっても常に
行われている。このような制御を行うことにより、CC
D14の駆動制御のための回路構成が単純になる。な
お、露光期間中に/V1信号および/V2信号が“H”
に固定されることについては、後に詳述する。
【0022】さて露光期間が終了すると、FLD信号の
切り換わりの直後に/TG1信号が出力され、これによ
り、φV1信号として約+15Vの電圧が印加されて、
フォトダイオード31に蓄積されていた第1フィールド
の画像に対応した電荷が垂直転送CCD32に転送され
る。そしてこの電荷は、/V1信号〜/V4信号すなわ
ちφV1信号〜φV4信号(図2)の作用によって水平
転送CCD33側に2画素分だけ転送され、その後、φ
H1信号およびφH2信号(図2)の作用によって水平
転送CCD33にある1水平走査線分の信号がFDA3
4(図2)に転送される。このようにして、第1フィー
ルドの映像信号が1水平走査線ずつCCD14から出力
される(符号C1)。
【0023】次いで、FLD信号の切り換わりの直後に
/TG2信号が出力され、φV2信号として約+15V
の電圧が印加されて、フォトダイオード31に蓄積され
ていた第2フィールドの画像に対応した電荷が垂直転送
CCD32に転送される。そして、第1フィールドの映
像信号と同様に、垂直転送CCD32、水平転送CCD
33およびFDA34を介して、第2フィールドの映像
信号が1水平走査線ずつCCD14から出力される(符
号C2)。フォトダイオードの信号電荷は、絞りが完全
に閉じられてから、/TG1信号および/TG2信号に
より垂直転送CCDへ転送されるので、これによりスミ
アは防止される。
【0024】図4において、HD信号が“L”である期
間は、CCD14から映像信号が出力されないブランキ
ング期間である。このブランキング期間中、/V1信号
〜/V4信号が連続的に変化し、電荷の垂直転送が行わ
れる。すなわち、時間t1において、/V1信号と/V
2信号が“L”(=0V)であり、次いで時間t2にお
いて/V3信号が“L”になる。その後、時間t3にお
いて/V1信号が“H”(=5V)に変化するととも
に、時間t4において/V4信号が“L”に変化し、時
間t5において/V2信号が“H”になる。このように
してブランキング期間中、各信号の“L”の状態が連続
的に変化することにより、垂直転送CCD32に接続さ
れた第1〜第4の電極の電圧レベル(φV1信号〜φV
4信号)が連続的に“H”(=0V)となり、これによ
り垂直転送CCD32では、ポテンシャルの井戸が水平
転送CCD33側に連続的に移動して電荷が水平転送C
CD33側に垂直転送される。
【0025】このような垂直転送動作の後、HD信号が
“H”となって水平転送期間となる。この水平転送期間
において、水平転送CCD33では、φH1信号および
φH2信号によって電荷の水平転送が行われ、映像信号
がCCD14から出力される。水平転送期間中、/V1
信号および/V2信号は、符号D1およびD2で示すよ
うに“L”(=0V)であり、すなわちφV1信号およ
びφV2信号は“H”(=0V)である。したがって垂
直転送CCD32のφV1信号およびφV2信号が印加
される電極に対応した部分には、ポテンシャルの井戸が
形成されている。このポテンシャルの井戸は、通常の動
画モニターモード(記録しようとする映像の本露光前の
状態)においては、1フィールド前の信号電荷を保持す
るため、また静止画記録モードにおいては、露光完了
後、フォトダイオードからの信号電荷を受けとるために
形成される。
【0026】さて、以上のような垂直転送動作と水平転
送動作が繰り返されている間に、/Vsub 信号が“L”
となって不要電荷の掃き出しが行われ、/Vsub 信号が
“H”となって(符号D3)、露光が開始される。この
露光期間中、/V1信号および/V2信号は、符号D4
およびD5で示すように“H”、すなわちφV1信号お
よびφV2信号が供給される電極の電圧レベルは“L”
(=−7V)に固定され、ポテンシャルの井戸がない状
態となる。これにより、これらの信号が供給される電極
に対応した部分には、フォトダイオードから過剰電荷は
漏れ込まなくなる。また、この露光期間中は、/V3信
号および/V4信号、すなわちφV3信号およびφV4
信号は、通常の動作と同様にオンオフを繰り返す(符号
D6、D7)。この結果、次に述べるように、垂直転送
CCD32ではチャージポンピング効果が発生し、過剰
電荷が消滅する。
【0027】図5は、露光期間中における垂直転送CC
D32の動作、すなわち第3および第4の電極によるチ
ャージポンピング動作を示すものである。
【0028】この露光期間中、第1および第2の電極に
印加される電圧すなわちφV1信号およびφV2信号
は、常に“L”(=−7V)であり、したがってこの電
極に対応した部分にはポテンシャルの井戸は形成されて
いない。
【0029】CCDの界面には、ドナー形不純物が存在
するため、常に、正に帯電された表面準位(符号xで示
されている)が形成されている。したがって、界面近傍
に電子が存在していると、この電子は表面準位にトラッ
プ(捕獲)される。
【0030】さて(a)の状態では、第3の電極のみに
“H”(=0V)の電圧が印加され、したがってこの電
極に対応した部分のみにポテンシャルの井戸が形成され
ており、この井戸には、フォトダイオードから漏れ込ん
だ過剰電荷(図5では4つの電子が示されている)が保
持されている。第1、第2および第4の電極には“L”
(=−7V)の電圧が印加されているため、ポテンシャ
ルの井戸は形成されておらず、界面には反転層が形成さ
れ、正孔が集まっている。
【0031】次いで(b)のように、第4の電極に対応
した部分にもポテンシャルの井戸が形成され、この井戸
は第3の電極に対応したポテンシャルの井戸に接続され
ている。このため、(a)の状態において第3の電極に
対応したポテンシャルの井戸に保持されていた電子の一
部は、第4の電極に対応した部分のポテンシャルの井戸
に移動する。
【0032】その後、(c)のように第3の電極の電圧
すなわちφV3信号が“L”(=−7v)となり、この
電極に対応したポテンシャルの井戸は消滅する。これに
より、ポテンシャルの井戸は第4の電極に対応した部分
のみとなり、電子はこの井戸に保持されることとなる。
【0033】次いでφV4信号が“L”(=−7V)に
変化して第4の電極に対応したポテンシャルの井戸が消
滅する。この井戸の消滅の直前において、それまでこの
井戸に保持されていた電子の一部が、(d)に示すよう
に、第4の電極に近接した界面に存在している表面準位
に捕獲される。井戸が完全に消滅すると、(e)に示す
ように、界面に正孔が発生するため、この正孔と表面準
位に捕獲された電子とが再結合する。また、(d)の状
態において第4の電極の表面準位に捕獲されていなかっ
た電子は、(e)の状態において第1あるいは第3の電
極に近接した界面に存在している表面準位に捕獲され、
これらの界面に存在している正孔と再結合する。このよ
うな再結合により、(f)に示すように、電子は消滅す
る。
【0034】このような電極に印加される電圧の上下、
すなわちチャージポンピング動作によって、垂直転送C
CD32に漏れ込んだ過剰電荷が、ポテンシャルの井戸
の形成の過程に発生する正孔と再結合して消滅する。
【0035】以上のように本実施例は、露光期間中、第
1および第2の電極の電圧レベルを“L”(=−7V)
に固定して、これらの電極に対応した部分にポテンシャ
ルの井戸が形成されるのを阻止するとともに、第3およ
び第4の電極の垂直転送動作を続けるように構成されて
いる。したがって、第1、第2の電極付近には、他のフ
ォトダイオードから漏れ出た過剰電荷の侵入を防ぐ障壁
が形成されるとともに、フォトダイオードから第3およ
び第4の電極に対応した部分に漏れ込んだ過剰電荷は、
第3および第4の電極の印加電圧の上下によるチャージ
ポンピング動作によって消滅する。したがって、露光期
間中にフォトダイオードに過剰電荷が発生した場合であ
っても、この電荷がその周辺のフォトダイオードに、垂
直転送CCDを介して漏れ込むことはない。すなわち、
画像データが劣化することはなく、所定の画質が確保さ
れる。
【0036】また本実施例は、従来の回路構成を大幅に
変更することなく、OR回路42、43の追加によって
露光期間中に/V1信号および/V2信号を“H”に固
定するだけの制御ですみ、したがって小型で簡単な回路
構成により、フォトダイオードに発生した過剰電荷が周
辺のフォトダイオードに漏れ込むのを防止することがで
きる。
【0037】なお、上記実施例とは逆に、水平転送期間
中に電圧レベルが“L”に定められる電極(上記実施例
では第3および第4の電極)の電圧を、露光期間中に
“L”に固定するようにしても、過剰電荷を消滅させる
ことは可能である。
【0038】また、露光期間中に“L”に固定される垂
直転送CCDの電極は2種類である必要はなく、例えば
1種類のみでもよく、あるいは3種類であってもよい。
【0039】さらに本発明は、上記実施例のような4相
駆動の垂直転送CCDに限定されるものではなく、例え
ば2相あるいは3相駆動の垂直転送CCDにも適用可能
である。
【0040】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、フォトダ
イオードに発生した過剰電荷が周辺のフォトダイオード
に漏れ込むのを防止し、高精度な画像データを得ること
ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を適用したスチルビデオカメ
ラの回路構成を示すブロック図である。
【図2】CCDの構成を示す図である。
【図3】本発明の一実施例におけるCCDの動作のタイ
ミングチャートである。
【図4】図3の符号Aで示す期間を時間軸方向に拡大し
て示すタイミングチャートである。
【図5】チャージポンピング動作を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
14 CCD

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平ブランキング期間中、垂直転送CC
    Dに設けられた複数の電極の電圧レベルを所定の順序で
    変化させることにより、ポテンシャルの井戸を移動させ
    て電荷を水平転送CCD側に転送させる垂直転送手段
    と、露光期間中、前記複数の電極のうちの一部の電極の
    電圧レベルをローに固定する電圧固定手段とを備えたこ
    とを特徴とする撮像素子駆動装置。
  2. 【請求項2】 前記電圧固定手段によって電圧レベルが
    ローに固定される電極が、水平転送期間中にハイに定め
    られる電極であることを特徴とする請求項1の撮像素子
    駆動装置。
JP31103092A 1992-10-26 1992-10-26 撮像素子駆動装置 Expired - Fee Related JP3222586B2 (ja)

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