(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の入射光を受けて信号電荷を発生する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号電荷を順次転送する垂直転送手段と、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を順次転送して出力する複数段の水平転送手段と、フローティングゲートを含み前記水平転送手段から転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部と、を備えた固体撮像装置に用いられ、
前記水平転送手段から信号電荷を完全に排出するためには不十分であるが少なくとも画像形成に必要なだけの信号電荷を十分に転送できる高速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第１のパルス信号と、前記水平転送手段から信号電荷を排出するために十分な低速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第２のパルス信号との組合わせを周期的に繰り返した水平駆動信号を生成して前記水平転送手段に供給し、
前記水平駆動信号の前記第２のパルス信号に対応するタイミングで前記水平駆動信号に同期したリセット信号を前記出力部に供給し、前記水平転送手段の最終段から前記フローティングゲートへの未転送信号電荷と、前記フローティングゲート内の残留電荷とを排出する、
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記水平駆動信号は、複数の前記第１のパルス信号と単一の前記第２のパルス信号とで１周期を構成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記水平駆動信号は、２つの前記第１のパルス信号と単一の前記第２のパルス信号とで１周期を構成することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
被写体からの入射光を受け取る光学系と、
前記光学系を介して入射した光から発生する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号電荷を順次転送する垂直転送手段と、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を順次転送して出力する複数段の水平転送手段と、フローティングゲートを有し前記水平転送手段から転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部と、を含む固体撮像装置と、
前記水平転送手段から信号電荷を完全に排出するためには不十分であるが少なくとも画像形成に必要なだけの信号電荷を十分に転送できる高速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第１のパルス信号と、前記水平転送手段から信号電荷を排出するために十分な低速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第２のパルス信号との組合わせを周期的に繰り返した水平駆動信号を生成して前記水平転送手段に供給し、前記水平駆動信号の前記第２のパルス信号に対応するタイミングで前記水平駆動信号に同期したリセット信号を前記出力部に供給する転送制御手段と、を備える撮像装置。
【請求項５】
前記水平駆動信号は、複数の前記第１のパルス信号と単一の前記第２のパルス信号とで１周期を構成することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記水平駆動信号は、２つの前記第１のパルス信号と単一の前記第２のパルス信号とで１周期を構成することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃharge Ｃoupled Ｄevice ）エリアセンサは、小型、軽量、低電力という特徴から様々な用途に使用され、特に、画像歪みが小さいことから、画像計測の入力装置としても利用されている。
【０００３】
画像計測の撮像対象には高速で変化するものがあり、この場合には高速走査のエリアセンサが必要となる。
【０００４】
例えば、脳・神経活動を映像化することにより、新しい情報処理の手法を探索する研究が最近盛んに行われている。これは、神経活動の膜電位に比例して蛍光率や吸光率が変化する毒性の少ない色素（電圧感受性色素という）の発見を契機として進められているものであり、電圧感受性色素で染色した神経軸索に光を照射し、通過した光を集束させてフォトダイオードで光電変換し、得られた信号電荷を増幅して微弱な光強度の変化を計測することにより、神経活動の解析を図るものである。このような脳・神経活動の映像化にもＣＣＤエリアセンサを利用することができる。
【０００５】
しかし、上述の方法で得られた連続映像から神経細胞の電気活動を解析するためには、ＣＣＤエリアセンサに高い時間分解能が求められ、具体的には、１ｍｓ以下のフレームレートが必要とされている。
【０００６】
このフレームレートは、シフトレジスタが一巡する時間で決定される。ＣＣＤのシフトレジスタのうち、垂直転送チャネルについては、複数のラインについて同時に読出しを行い、この垂直転送の速度に同期させて水平転送の速度を速めれば、全体としてのフレームレートを向上させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水平転送の速度が所定の速度以上になると、未転送の信号電荷が発生する。この未転送信号電荷は、出力部の増幅器で信号電荷を増幅・サンプリングする際に排出するが、サンプリングの速度が水平転送の速度に追いつかないため、排出されなかった未転送信号電荷が累積的に増大し、このため適正な撮像画像を得ることができない、という問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い時間分解能で高速走査を実現する固体撮像装置の駆動方法および撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１０】
即ち、本発明によれば、
被写体の入射光を受けて信号電荷を発生する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号電荷を順次転送する垂直転送手段と、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を順次転送して出力する複数段の水平転送手段と、フローティングゲートを含み前記水平転送手段から転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部と、を備えた固体撮像装置に用いられ、
前記水平転送手段から信号電荷を完全に排出するためには不十分であるが少なくとも画像形成に必要なだけの信号電荷を十分転送できる高速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第１のパルス信号と、前記水平転送手段から電荷を排出するために十分な低速駆動パルス幅の時間で前記信号電荷を前記水平転送手段を駆動する第２のパルス信号との組合わせを周期的に繰り返した水平駆動信号を生成して前記水平転送手段に供給し、
前記水平駆動信号の前記第２のパルス信号に対応するタイミングで前記水平駆動信号に同期したリセット信号を前記出力部に供給し、前記水平転送手段の最終段から前記フローティングゲートへの未転送信号電荷と、前記フローティングゲート内の残留電荷とを排出する、
固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、
被写体からの入射光を受け取る光学系と、
前記光学系を介して入射した光から発生する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した信号電荷を順次転送する垂直転送手段と、前記垂直転送手段から転送された信号電荷を順次転送して出力する複数段の水平転送手段と、フローティングゲートを有し前記水平転送手段から転送された信号電荷を信号電圧に変換して出力する出力部と、を含む固体撮像装置と、
前記水平転送手段から信号電荷を完全に排出するためには不十分であるが少なくとも画像形成に必要なだけの信号電荷を十分に転送できる高速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第１のパルス信号と、前記水平転送手段から信号電荷を排出するために十分な低速駆動パルス幅の時間で前記水平転送手段を駆動する第２のパルス信号との組合わせを周期的に繰り返した水平駆動信号を生成して前記水平転送手段に供給し、前記水平駆動信号の前記第２のパルス信号に対応するタイミングで前記水平駆動信号に同期したリセット信号を前記出力部に供給する転送制御手段と、を備える撮像装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図２は、本発明に係る撮像装置の実施の一形態の基本的な構成を示す模式図である。
【００１９】
図２に示す撮像装置１０は、撮像レンズ等でなる光学部２と、この光学部２を介して入射する被写体からの光を受けて信号電荷を発生する光電変換手段と、この信号電荷を転送する垂直転送チャネルとこの垂直転送チャネルから受けた信号電荷を画像信号として出力する水平転送チャネルとを有するＣＣＤ固体撮像装置３と、トランジスタＱ1を含むフローティングゲートを有し、水平転送チャネルから供給された信号電荷を信号電圧に変換して出力端子ＯSへ出力する出力部４と、ＣＣＤ固体撮像装置３に駆動信号を供給する本発明において特徴的な転送制御回路１とを備えている。この転送制御回路１は、短周期の垂直駆動パルスを生成してＣＣＤ固体撮像装置３の垂直転送チャネルに供給するとともに、短周期のパルスと長周期のパルスで１周期を構成する組合せ水平駆動パルスを生成して水平転送チャネルに供給する。
【００２０】
このような組合せ水平駆動パルスは、簡単な論理回路で生成することができる。
本実施形態における転送制御回路１が備える論理回路を図３に示す。
【００２１】
図３に示す論理回路２０は、２つの入力端子Ｔ1 ，Ｔ2とデータセレクタ端子Ｔ3と出力端子Ｔ4を備えたマルチプレクサ２１と、分周回路２５を備えている。
【００２２】
マルチプレクサ２１の入力端子Ｔ1には、周期Ｔ1のパルスＰ1を生成するパルス生成器ＰＧ1が接続され、また、入力端子Ｔ2には、周期Ｔ2のパルスＰ2を生成するパルス生成器ＰＧ2が接続されている。また、分周回路２５は、入力端子がパルス生成器ＰＧ2に接続され、出力端子はマルチプレクサ２１のデータセレクタ端子Ｔ3に接続されている。パルスＰ2はパルスＰ1に同期しており、Ｔ2＝２Ｔ1となっている。また、分周回路２５は、パルスＰ2を受けて２倍の周期であるＴ3（＝２Ｔ2）のパルスＰ3を生成してマルチプレクサ２１のデータセレクタ端子Ｔ3に供給する。
【００２３】
マルチプレクサ２１は、パルスＰ3の立上がりエッジと立ち下がりエッジでパルスＰ1とパルスＰ2を交互に選択してパルスＰ4として出力端子Ｔ4から出力し、固体撮像装置３の水平転送チャネルに供給する。
【００２４】
このようなマルチプレクサ２１の動作を図４の波形図を用いて説明する。
【００２５】
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれマルチプレクサ２１の入力端子Ｔ1 ，Ｔ2に供給されるパルスＰ1 ，Ｐ2の波形を示し、同図（ｃ）はマルチプレクサ２１のデータセレクタ端子Ｔ3に供給されるパルスＰ3の波形を示す。
【００２６】
まず、時刻ｔ0〜ｔ3において、マルチプレクサ２１は入力端子Ｔ1側を選択するように初期設定されており、出力端子Ｔ4にはパルスＰ1が出力される。
【００２７】
次に、時刻ｔ4において、パルスＰ3がＨ（Ｈigh）になると、この立上がりエッジでマルチプレクサ２１は選択を入力端子Ｔ1からＴ2に切替える。これにより、出力端子Ｔ4からはパルスＰ2が出力される。
【００２８】
さらに、時刻ｔ8において、パルスＰ3がＬ（Ｌow）になると、この立下がりエッジでマルチプレクサ２１は選択を入力端子Ｔ2からＴ1に切替える。これにより、出力端子Ｔ4からはパルスＰ1が再び出力される。以後Ｔ12，Ｔ16・・・・と、この動作は繰返される。
【００２９】
図４（ｄ）は、このようにしてマルチプレクサ２１の出力端子Ｔ4から出力されるパルスＰ4の波形図である。同図に示すように、パルスＰ4は、短い周期Ｔ1のパルス２つと長い周期Ｔ2のパルス１つで１周期Ｔ3を構成する波形となっている。
【００３０】
このような波形を有するパルスＰ4の供給を受けて、ＣＣＤ固体撮像装置３の水平転送チャネルは、短い周期Ｔ1のパルスで信号電荷の高速転送を行い、長い周期Ｔ2のパルスで信号電荷の低速転送を行うことにより、未転送信号電荷の累積的な残留を抑止する。
【００３１】
次に、未転送信号電荷が累積的に残留する前に、出力部４にて未転送信号電荷を排出する方法について図１を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、図２に示す撮像装置１０の出力部４の動作を説明するための波形図である。同図（ｂ）は、転送制御回路１で生成され、出力部４のフローティングゲートに供給されるリセットパルスＰｒの波形図を示す。このリセットパルスＰｒと水平転送チャネルに供給されるパルスＰ4との関係を説明するため、パルスＰ4の波形図を同図（ａ）に再び示す。
【００３３】
図１（ａ）のパルスＰ4との対比において分るように、リセットパルスＰｒは、パルスＰ4の高速駆動成分と略同一のパルス幅と、パルスＰ4の周期と同一の周期Ｔ3を有し、パルスＰ4と同期している。このように、パルスＰ4に同期したリセットパルスＰｒを出力部４のフローティングゲートに供給することにより、パルスＰ4の１周期Ｔ3の期間中に増加した未転送信号電荷を取出して、その残留量が大幅に増大する前に未転送信号電荷を排出することができる。
【００３４】
図１（ｃ）は、水平転送チャネルの最後段で残留した未転送信号電荷がフローティングゲートにより、排出される様子を示す模式図である。同図の横軸は、時間軸であり、縦軸は残留した未転送信号電荷の量Ｐｏを示す。
【００３５】
即ち、水平転送チャネルで高速駆動が行われている時刻ｔ0 〜ｔ4 においては、未転送信号電荷の残留量はｈ1 〜ｈ2 へと急激に増加し、低速駆動に切替えられる時刻ｔ4 で一旦増加を止めるが、低速駆動パルスが供給される時刻ｔ6 において緩やかではあるが再び増加してｈ3 となる。ここで時刻ｔ7 においてリセットパルスＰｒがフローティングゲートに供給されると、出力部４のトランジスタＱ1 がＯＮとなり、未転送信号電荷が排出されることにより、残留量が急激に減少し、時刻ｔ8 においてほぼ０となる。
【００３６】
このように、本実施形態の撮像装置１０によれば、短い周期の２つの駆動パルスと長い周期の単一の駆動パルスとで１周期を構成する組合せ水平駆動パルスＰ4を生成して水平転送チャネルに供給し、この組合せ水平駆動パルスＰ4に同期したリセットパルスＰｒを生成して出力部４のフローティングゲートに供給する転送制御回路１を備えているので、未転送信号電荷の残留量が大幅に増大する前に、未転送信号電荷を排出することができる。これにより、出力部４を高速駆動させる必要なく、未転送信号電荷の残留量を抑止しつつ全体として高速走査を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００３８】
即ち、本発明にかかる固体撮像装置の駆動方法によれば、水平転送手段を高速で駆動する第１のパルス信号と、水平転送手段を低速で駆動し、第１のパルス信号で転送されなかった未転送信号電荷を転送する第２のパルス信号とを組合わせた水平駆動信号を水平転送手段に供給するので、未転送信号電荷の累積的な増大を抑止しつつ、高速で画像信号を出力することができる。
【００３９】
また、上記水平駆動信号に同期したリセット信号を出力部に供給する場合は、上記水平転送手段に残留する未転送信号電荷を残留量が大幅に増加する前に排出するので、出力部を高速駆動させる必要なく、撮像装置全体として高速走査を行うことができる。これにより、高速で動作する被写体についても、鮮明な撮像画像を得ることができる。
【００４０】
また、本発明に係る撮像装置によれば、水平転送手段を高速で駆動する第１のパルス信号と、水平転送手段を低速で駆動し、第１のパルス信号で転送されなかった未転送信号電荷を転送する第２のパルス信号とを組合わせた水平駆動信号を生成する転送制御手段を備えているので、高速で信号電荷を出力することができる。
【００４１】
また、上記転送制御手段が上記水平駆動信号に同期したリセットパルスを生成して出力部に供給する場合は、水平転送手段に残留する未転送信号電荷を残留量が大幅に増大する前に排出するので、出力部を高速駆動させる必要なく、全体として高速走査を行うことができる。これにより、高速で動作する被写体についても、鮮明な撮像画像を出力する撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に示す撮像装置の出力部の動作を説明するための波形図である。即ち、図１（ａ）は、水平転送チャネルに供給される組合せ水平駆動パルスの波形図であり、図１（ｂ）は、リセットパルスの波形図であり、図１（ｃ）は、未転送信号電荷が排出される様子を示す模式図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の実施の一形態の基本的な構成を示す模式図である。
【図３】図２に示す撮像装置の転送制御回路に備えられた論理回路の構成を示す模式図である。
【図４】図３に示す論理回路のマルチプレクサの動作を説明する波形図である。即ち、図４（ａ），（ｂ）は、マルチプレクサの入力端子に供給されるパルスの波形を示し、図４（ｃ）はマルチプレクサのデータセレクタ端子に供給されるパルスの波形を示し、図４（ｄ）は、マルチプレクサの出力波形を示す。
【符号の説明】
１  転送制御回路
２  光学部
３  ＣＣＤ固体撮像装置
４  出力部
１０  撮像装置
２０  論理回路
２１  マルチプレクサ
２５  分周回路
Ｐ1 ，Ｐ2  マルチプレクサへの入力パルス
Ｐ3  マルチプレクサのデータセレクタ端子への入力パルス
Ｐ4  組合せ水平駆動パルス
ＰＧ1 ，ＰＧ2  パルス生成器
Ｐｒ  リセットパルス
Ｑ1  トランジスタ
【図１】
0003641714.tif 000002
【図２】
0003641714.tif 000003
【図３】
0003641714.tif 000004
【図４】
0003641714.tif 000005