(57)【要約】【課題】装置サイズを増大させることなく、電荷転送素子への制御電圧の変動を小さくする。【解決手段】コンデンサ２４を介して接地可能である出力端から電圧を出力するマイナス電圧発生部２２と、クロック制御信号ＳＣを受けてコンデンサ２４の充電電圧を所定のタイミングで外部へ出力するインバータ２６と、パルス制御信号ＳＰを受けて、コンデンサ３２を介してマイナス電圧発生部２２の出力端と接続可能である出力端からパルス電圧ＶＰを出力するパルス発生部３０と、クロック制御信号ＳＣをインバータ２６へ出力すると共に、クロック制御信号ＳＣの制御における所定のタイミングに同期してパルス制御信号ＳＰを制御するコントロール部２８とを備える制御装置により上記課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサを介して定電圧に接続された出力端、から電圧を出力する電圧発生部と、
前記電圧発生部の出力端と前記第２のコンデンサを介して接続された出力端から、パルス制御信号に基づいてパルス電圧を出力するパルス発生部と、
所定のタイミングで前記パルス発生部からパルス電圧が出力されるように前記パルス制御信号を制御するコントロール部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
クロック制御信号に基づいて前記第１のコンデンサの充電電圧を所定のタイミングで外部へ出力するスイッチ回路を備え、
前記コントロール部は、前記クロック制御信号を前記スイッチ回路へ出力すると共に、前記クロック制御信号の制御における所定のタイミングに基づいて前記パルス制御信号を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
第１のコンデンサを介して定電圧に接続可能である出力端、から電圧を出力する電圧発生部と、
前記電圧発生部の出力端と第２のコンデンサを介して接続可能である出力端から、パルス制御信号に基づいてパルス電圧を出力するパルス発生部と、
所定のタイミングで前記パルス発生部からパルス電圧が出力されるように前記パルス制御信号を制御するコントロール部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置において、
クロック制御信号に基づいて前記第１のコンデンサの充電電圧を所定のタイミングで外部へ出力するスイッチ回路を備え、
前記コントロール部は、前記クロック制御信号を前記スイッチ回路へ出力すると共に、前記クロック制御信号の制御における所定のタイミングに基づいて前記パルス制御信号を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の制御装置において、
前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、前記第１のコンデンサの充電電圧が変動するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項２又は４に記載の制御装置において、
前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、前記スイッチ回路から前記第１のコンデンサの充電電圧を出力するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の制御装置において、
前記パルス発生部から発生されるパルス電圧の回復期間がパルス電圧の立ち上がり期間よりも長く設定されていることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずか１つに記載の制御装置を備えたフレーム転送方式の電荷転送装置であって、
前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、電荷のフレーム転送を開始するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させることを特徴とする電荷転送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の変動によらず安定した駆動電圧を供給することができる電荷転送素子の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子の構成を示す概略図である。フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子は、撮像部１０ｉ、蓄積部１０ｓ、水平転送部１０ｈ及び出力部１０ｄから基本的に構成される。
【０００３】
撮像部１０ｉには、光電変換素子の画素が行列配置される。複数の光電変換素子が蓄積部１０ｓに向かう方向に延在する列として配置される。各列は垂直シフトレジスタを兼ねており、互いに平行に配置される。蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉの垂直シフトレジスタに連続する遮光された垂直シフトレジスタから構成される。
【０００４】
撮像部１０ｉに入射した光は、画素毎に光電変換素子によって情報電荷に変換される。情報電荷は、制御装置から撮像部１０ｉ及び蓄積部１０ｓの垂直シフトレジスタに印加される垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓにより、１フレーム毎に一括して蓄積部１０ｓにフレーム転送される。蓄積部１０ｓは、撮像部１０ｉからフレーム毎に転送されてくる情報電荷を受け、情報電荷を一旦保持する。その後、垂直シフトレジスタに印加される垂直クロックパルスφＶｓにより１行ずつ水平転送部１０ｈへ転送される。水平転送部１０ｈは、出力部１０ｄに向かう方向に延在する１行の水平シフトレジスタから構成される。水平転送部１０ｈは、蓄積部１０ｓから転送された情報電荷を受けて、情報電荷を１画素単位で出力部１０ｄへ転送する。出力部１０ｄは１画素毎の電荷量を電圧値に変換し、その電圧値の変化がＣＣＤ出力として取り出される。
【０００５】
図５は、ＣＣＤ固体撮像素子のような電荷転送素子において情報電荷を転送する際に、垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓを供給する電荷転送素子の制御装置の構成を示す。電荷転送素子の制御装置は、マイナス電圧発生部１２、コンデンサ１４、インバータ１６及びコントロール部１８を含んで構成される。
【０００６】
マイナス電圧発生部１２は、基準電位（例えば、接地電位ＧＮＤ）に対して負の出力電圧を発生する。マイナス電圧発生部１２の出力端は、コンデンサ１４を介して接地される。従って、コンデンサ１４はマイナス電圧発生部１２の出力電圧によって充電され、その充電電圧がインバータ１６へ供給される。
【０００７】
インバータ１６は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ１６ａとＮチャネルＭＯＳトランジスタ１６ｂとが直列に接続された構成を有する。トランジスタ１６ａのドレインには正の電源が接続され、トランジスタ１６ｂのドレインにはマイナス電圧発生部１２の出力端が接続される。トランジスタ１６ａのソースとトランジスタ１６ｂのソースとは接続され、インバータ１６の出力端とされる。インバータ１６は、垂直シフトレジスタの転送電極毎に設けられ、出力端が垂直シフトレジスタの各転送電極に接続される。インバータ１６のトランジスタ１６ａ，１６ｂがオン・オフ制御されることによって、正の電圧と負の電圧とが交互に繰り返される出力電圧ＶＯＵＴが垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓとして出力される。
【０００８】
コントロール部１８は、インバータ１６にクロック制御信号ＳＣを供給する。出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）を正の電圧にする場合はクロック制御信号ＳＣをローレベルとし、出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）を負の電圧にする場合にはクロック制御信号ＳＣをハイレベルとする。コントロール部１８は、垂直シフトレジスタの各行に設けられたインバータ１６に対するクロック制御信号をそれぞれ所定のタイミングで変更することによって情報電荷を垂直転送する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術における電荷転送素子の制御装置では、図６に示すように、撮像部１０ｉから蓄積部１０ｓへフレーム転送が開始されると、垂直シフトレジスタの多数の転送電極に同時に垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓを供給することとなり、コンデンサ１４の放電電流が急激に増大し、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣに変動ΔＶＣが発生する。これに伴って、出力電圧ＶＯＵＴにも変動が生じ、電荷の転送が不安定となる問題があった。
【００１０】
この変動ΔＶＣを低減するためには、コンデンサ１４の容量を大きくすれば良いが、コンデンサ１４の容量を大きくするにつれてコンデンサ１４の素子サイズも大きくなり、制御装置のモジュールサイズも大きくなってしまう問題を生ずる。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、電荷転送素子の制御装置のサイズを増大させることなく、出力電圧の変動を小さくした電荷転送素子の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１のコンデンサを介して定電圧に接続可能である出力端、から電圧を出力する電圧発生部と、前記電圧発生部の出力端と第２のコンデンサを介して接続可能である出力端から、パルス制御信号に基づいてパルス電圧を出力するパルス発生部と、所定のタイミングで前記パルス発生部からパルス電圧が出力されるように前記パルス制御信号を制御するコントロール部と、を備えることを特徴とする制御装置である。
【００１３】
上記制御装置をモジュール化した場合、第１及び第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサを介して定電圧に接続された出力端、から電圧を出力する電圧発生部と、前記電圧発生部の出力端と前記第２のコンデンサを介して接続された出力端から、パルス制御信号に基づいてパルス電圧を出力するパルス発生部と、所定のタイミングで前記パルス発生部からパルス電圧が出力されるように前記パルス制御信号を制御するコントロール部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、クロック制御信号に基づいて前記第１のコンデンサの充電電圧を所定のタイミングで外部へ出力するスイッチ回路を備え、前記コントロール部は、前記クロック制御信号を前記スイッチ回路へ出力すると共に、前記クロック制御信号の制御における所定のタイミングに基づいて前記パルス制御信号を制御することが好適である。
【００１５】
より具体的には、前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、前記第１のコンデンサの充電電圧が変動するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させることが好適である。例えば、前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、前記スイッチ回路から前記第１のコンデンサの充電電圧を出力するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させる。このとき、前記パルス発生部から発生されるパルス電圧の回復期間がパルス電圧の立ち上がり期間よりも長く設定されていのるが好適である。
【００１６】
この制御装置の応用例としては、フレーム転送方式の電荷転送素子の制御が挙げられる。このとき、前記コントロール部は、前記パルス制御信号を制御することによって、前記電荷のフレーム転送を開始するタイミングに同期して前記パルス発生部からパルス電圧を発生させることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電荷転送素子に対する制御電圧の変動を小さくすることができ、電荷の転送を安定に行わせることができる。さらに、制御装置全体の回路規模を従来と同程度に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態における電荷転送素子の制御装置は、図１に示すように、電荷転送素子の制御装置は、マイナス電圧発生部２２、コンデンサ２４、インバータ２６、コントロール部２８、パルス発生部３０及びコンデンサ３２を含んで構成される。この制御装置はモジュール化されたものであり、一般的には、コンデンサ２４，３２を除いたマイナス電圧発生部２２、インバータ２６、コントロール部２８及びパルス発生部３０が１つ又は複数の半導体素子として構成され、コンデンサ２４，３２は外部素子として接続される。
【００１９】
マイナス電圧発生部２２は、従来の制御装置と同様に基準電位（例えば、接地電位ＧＮＤ）に対して負の出力電圧を発生する。マイナス電圧発生部２２の出力端は、コンデンサ２４を介して接地される。従って、コンデンサ２４はマイナス電圧発生部２２の出力電圧によって充電され、その充電電圧ＶＣがインバータ２６へ供給される。
【００２０】
インバータ２６は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２６ａとＮチャネルＭＯＳトランジスタ２６ｂとが直列に接続された構成を有する。トランジスタ２６ａのドレインには正の電源（例えば、固体撮像装置のシステム電源Ｖｄ）が接続され、トランジスタ２６ｂのドレインにはマイナス電圧発生部２２の出力端が接続される。トランジスタ２６ａのソースとトランジスタ２６ｂのソースとは接続され、インバータ２６の出力端とされる。インバータ２６は、垂直シフトレジスタの転送電極毎に設けられる。各転送電極には、それぞれ対応するインバータ２６の出力端が接続される。トランジスタ２６ａ，２６ｂをオン・オフ制御されることによって、垂直シフトレジスタの各転送電極には正の電圧と負の電圧とが交互に繰り返される出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）が印加される。
【００２１】
パルス発生部３０は、後述するパルス制御信号ＳＰをコントロール部２８から受けて、基準電位（例えば、接地電位ＧＮＤ）に対してマイナス電圧発生部２２とは逆極性となる正のパルス電圧ＶＰを発生する。ここで、パルス電圧ＶＰの絶対値は、マイナス電圧発生部２２の出力電圧の絶対値と同程度又はそれ以下の値とすることが好適である。パルス発生部３０の出力端は、コンデンサ３２を介して、マイナス電圧発生部２２の出力端に接続される。
【００２２】
パルス発生部３０は、例えば図２に示すように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３０ａとＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂとが直列に接続されたインバータ回路を含む構成とすることができる。トランジスタ３０ａのドレインには正の電源（例えば、固体撮像装置のシステム電源Ｖｄ）が接続され、トランジスタ３０ｂのドレインは接地される。トランジスタ３０ａのソースとトランジスタ３０ｂのソースとは接続され、パルス発生部３０の出力端とされる。パルス制御信号ＳＰは、トランジスタ３０ａ，３０ｂのゲートに供給する。このような構成において、パルス制御信号ＳＰを正又は負の電圧に変化させることによって、出力端からパルス電圧ＶＰを出力することができる。
【００２３】
コントロール部２８は、インバータ２６にクロック制御信号ＳＣを供給する。出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）を正の電圧にする場合はクロック制御信号ＳＣをローレベル（負の電位）とする。これによって、トランジスタ２６ａがオン状態、トランジスタ２６ｂがオフ状態となり、出力端に正の電源電圧Ｖｄが出力される。一方、出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）を負の電圧にする場合にはクロック制御信号ＳＣをハイレベル（正の電位）する。これによって、トランジスタ２６ａがオフ状態、トランジスタ２６ｂがオン状態となり、出力端にコンデンサ２４に充電された負の電圧Ｖｃが印加される。
【００２４】
コントロール部２８は、垂直シフトレジスタの転送電極毎に設けられたインバータ２６に対するクロック制御信号をそれぞれ所定のタイミングで変更することによって、垂直シフトレジスタの各転送電極に印加する垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓを複数の相として、各相を異なる位相で変化させて情報電荷を転送させる。
【００２５】
また、図３に示すように、フレーム転送時でないときは、コントロール部２８はパルス制御信号ＳＰをローレベル（負の電位）に維持する。これによって、トランジスタ３０ａがオン状態、トランジスタ３０ｂがオフ状態となり、パルス発生部３０からのパルス電圧ＶＰは正の電圧に維持される。フレーム転送を開始する際には、コントロール部２８は、パルス制御信号ＳＰをハイレベル（正の電位）に変更する。これにより、フレーム転送の開始と共に、パルス発生部３０のパルス電圧ＶＰが接地電位に変更される。
【００２６】
パルス電圧ＶＰは、コンデンサ３２を介して、コンデンサ２４の充電電圧に重畳される。フレーム転送を開始する際には、コンデンサ２４の充電電圧ＶＣの変動分がパルス電圧ＶＰの変化によって補われ、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣの変動ΔＶＣが抑制される。これによって、インバータ２６からの出力電圧ＶＯＵＴ（垂直クロックパルスφＶｉ，φＶｓ）の変動も抑制され、情報電荷のフレーム転送を安定に行うことができる。
【００２７】
ここで、パルス電圧ＶＰの立ち上がり時間ＴＵは、フレーム転送の期間ＴＦよりも短く設定される。また、パルス電圧ＶＰの回復時間ＴＲは、フレーム転送が終了してから次の撮像が行われるまでの時間内に設定されることが好ましく、パルス電圧ＶＰの立ち上がり時間ＴＵよりも長くなるように設定することが好適である。
【００２８】
例えば、パルス発生部３０が図２に示すインバータ回路を含んで構成される場合、トランジスタ３０ｂの容量をトランジスタ３０ａの容量よりも大きくすることによってパルス電圧ＶＰの回復時間ＴＲをパルス電圧ＶＰの立ち上がり時間ＴＵよりも長くすることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、電荷転送素子への制御電圧の変動を小さくすることができる。従って、電荷の転送を安定に行わせることができる。さらに、本実施の形態によれば、コンデンサの合計容量を、従来の制御装置で制御電圧の変動を抑制するために必要なコンデンサの容量値の半分程度に抑えることができ、新たに加えられたパルス発生部３０を含めた場合においても回路全体のサイズを従来と同程度又はそれ以下にすることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、負の電圧を発生させるマイナス電圧発生部２２を用いた制御装置を例として説明したが、正の電圧を発生させる電源発生部を有する制御装置に適用した場合にも、同様の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における電荷転送素子の制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるパルス発生部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における電荷転送素子の制御装置の制御のタイミングチャートを示す図である。
【図４】固体撮像素子の構成を示す図である。
【図５】従来の電荷転送素子の制御装置の構成を示す図である。
【図６】従来の電荷転送素子の制御装置における制御のタイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０ｉ  撮像部、１０ｓ  蓄積部、１０ｈ  水平転送部、１０ｄ  出力部、１２  マイナス電圧発生部、１４  コンデンサ、１６  インバータ、１６ａ，１６ｂ  トランジスタ、１８  コントロール部、２２  マイナス電圧発生部、２４，３２  コンデンサ、２６  インバータ、２６ａ，２６ｂ  トランジスタ、２８  コントロール部、３０  パルス発生部、３０ａ，３０ｂ  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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