(57)【要約】【課題】駆動方法の切り替え時における固体撮像装置の基板電圧の降圧動作を短時間で急峻に実現させ、高品質で高機能を持つビデオカメラ及びデジタルスチルカメラを実現する。【解決手段】不要電荷を排出する不要電荷排出信号を生成するためのパルス電圧を駆動電圧発生回路１で発生し、このパルス電圧を垂直ドライバ２によってレベルシフトして不要電荷排出信号を生成し、カップリングコンデンサＣ１を介して固体撮像装置３内の基板電圧発生回路５に伝達して、基板電圧に不要電荷排出信号を重畳させる。垂直ドライバ２から基板電圧発生回路５への不要電荷排出信号の伝達経路中にスイッチ手段６を挿入する。固体撮像装置３の駆動モードを切り替えるためのトリガ信号の発生と同時に基板電圧制御回路４に基板電圧制御信号を与えて基板電圧を降圧させるとともに、スイッチ手段６によって不要電荷排出信号の伝達経路を電気的または物理的に遮断する。【選択図】　　　　図１
2004104319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直ドライバから不要電荷排出信号をカップリングコンデンサを介して固体撮像装置の基板電圧発生回路に伝達して、前記基板電圧発生回路から発生する基板電圧に前記不要電荷排出信号を重畳させ、前記固体撮像装置の駆動モードを切り替えるためのトリガ信号の発生と同時に前記基板電圧を降圧させる固体撮像装置の駆動方法であって、
前記垂直ドライバから前記基板電圧発生回路への前記不要電荷排出信号の伝達経路を、前記トリガ信号の発生と同時に電気的または物理的に遮断することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
基板電圧を発生する基板電圧発生回路と、前記基板電圧を降圧させる基板電圧制御回路とを有した固体撮像装置と、
前記固体撮像装置における不要電荷を排出する不要電荷排出信号を生成するためのパルス電圧を発生するとともに、前記固体撮像装置の駆動モードを切り替えるためのトリガ信号の発生と同時に前記基板電圧制御回路に基板電圧制御信号を与えて基板電圧を降圧させる駆動信号発生回路と、
前記駆動信号発生回路から発生するパルス電圧をレベルシフトして前記不要電荷排出信号を生成する垂直ドライバと、
前記不要電荷排出信号を前記基板電圧発生回路に伝達して前記基板電圧に前記不要電荷排出信号を重畳させるカップリングコンデンサとを備えた固体撮像・駆動装置であって、
前記垂直ドライバから前記基板電圧発生回路への前記不要電荷排出信号の伝達経路中に挿入されて前記不要電荷排出信号の伝達経路を電気的または物理的に遮断するスイッチ手段をさらに備え、前記スイッチ手段を遮断動作させる制御信号を前記駆動信号発生回路から前記スイッチ手段に前記トリガ信号の発生と同時に与えるようにしたことを特徴とする固体撮像・駆動装置。
【請求項３】
スイッチ手段は、垂直ドライバおよび固体撮像装置の外部に設けている請求項２記載の固体撮像・駆動装置。
【請求項４】
スイッチ手段は、固体撮像装置の内部に設けている請求項２記載の固体撮像・駆動装置。
【請求項５】
スイッチ手段は、垂直ドライバの内部に設けている請求項２記載の固体撮像・駆動装置。
【請求項６】
請求項２，３，４，５のいずれかに記載の固体撮像・駆動装置を備えたカメラ。
【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と固体撮像・駆動装置およびそれを用いたカメラに関するものである。本発明は、主としてスチルカメラを対象とするが、ビデオカメラでも、同じシーケンスを使用するものがあり、またシーケンスは異なるが、固体撮像装置の基板電圧制御を行うものがあるので、ビデオカメラに適用することも可能である。
【０００２】
固体撮像装置（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）を用いたカメラとして、スチルカメラおよびビデオカメラが考えられる。スチルカメラおよびビデオカメラとしては、写真撮影用、放送用等として用いる他、ＰＤＡ（パーソナルディジタルアシスタント）、あるいは携帯電話に付属しているもの等、種々のものが考えられる。
【０００３】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラは、その小型、軽量などの使い易さと高画質化により成長を続けている。その中でもカメラの高機能化に対する要望が高まっており、新しい機能が実現できる固体撮像装置の駆動方法が差別化のキーポイントとなっている。
【０００４】
以下、固体撮像装置を用いたカメラの概略図を用いて従来の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【０００５】
図５に固体撮像装置を用いたカメラの概略図を示す。図５において、７は固体撮像装置、８は駆動信号発生回路、９は垂直ドライバ、１０は相関二重サンプリング回路、１１は前処理回路、１２はＡＤコンバータ、１３はデジタル映像信号処理回路、１４は制御装置、１５は光学部をそれぞれ示す。ここで、固体撮像装置７と駆動信号発生回路８と垂直ドライバ９とを合わせて、固体撮像・駆動装置と称する。
【０００６】
光学部１５は、入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタ機構を持つレンズで構成されており、固体撮像装置７の受光領域内に光信号を集光させ結像させる。
【０００７】
固体撮像装置７は、駆動信号発生回路８から出力されるパルス電圧である水平転送信号φＨ１，φＨ２およびφＲ、ならびに駆動信号発生回路８から出力されるパルス電圧を垂直ドライバ９によりレベルシフトしてなる垂直転送信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４などの駆動信号により駆動され、固体撮像装置出力信号を出力する。
【０００８】
また、図５において、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、撮像素子の垂直転送部に印加するパルスである。通常は４相パルスを印加して転送を行う。撮像素子への印加電圧は０Ｖ／−８Ｖの振幅が必要である。Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を出力する駆動信号発生回路８は、ＣＭＯＳレベル（３．３Ｖ）であるので、垂直ドライバ９で０Ｖ／３Ｖを−８Ｖ／０Ｖに反転してレベルシフトする。ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、フォトダイオード（または光電変換素子）に蓄積された電荷を垂直転送部へ読み出すために垂直転送部とフォトダイオード（または光電変換素子）とを隔てるゲートに印加する＋１５Ｖのパルスであり、フォトダイオード（または光電変換素子）から垂直転送部へ電荷を移す。パルスＣＨ１〜ＣＨ４は、フォトダイオード（または光電変換素子）につながる垂直転送部のゲートに印加するパルスＶ１〜Ｖ４に重畳される。したがって、重畳された電圧は、＋１５Ｖ／０Ｖ／−８Ｖの３値になる。
【０００９】
したがって、図５における垂直ドライバ９の出力φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２２，φＶ３ａ，φＶ３ｂ，φＶ４と、駆動信号発生回路８の出力のパルスＶ１〜Ｖ４，ＣＨ１〜ＣＨ４との関係は以下のようになる。
【００１０】
2004104319.tif 000003
相関二重サンプリング回路１０では、入力した固体撮像装置出力信号に含まれるリセットノイズを駆動信号発生回路８から出力される相関二重サンプリング回路用サンプリング信号により低減させ、差動増幅回路によって正論理に極性を反転して出力する。
【００１１】
前処理回路１１では、入力した相関二重サンプリング回路１０の出力信号のゲインおよび出力ＤＣ（直流）レベルを設定して出力する。
【００１２】
ＡＤコンバータ１２では、入力した前処理回路１１の出力信号を駆動信号発生回路８から出力されるＡＤコンバータ用サンプリング信号によりサンプリングしてデジタル信号化する。
【００１３】
最後に、デジタル映像信号処理回路１３では、このデジタル信号化された固体撮像装置出力信号に対して輝度信号処理および色信号処理などの信号処理を施した後、映像信号として出力する。
【００１４】
制御装置１４は、駆動信号発生回路８から出力される固体撮像装置７の駆動信号のタイミング制御、光学部１５を構成するメカニカルシャッタの開閉シーケンスのタイミング制御を行う。
【００１５】
以上のように構成された固体撮像装置を用いたカメラのカメラシーケンスについて説明する。
【００１６】
図６は固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの概略を示すタイミング図である。
【００１７】
ここでは例として、垂直転送信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４により駆動される、垂直４相転送方式でインターレーススキャン方式の固体撮像装置について説明する。
【００１８】
図６において、ＶＤは制御装置１４から出力される垂直同期信号であり、駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの同期信号となる。
【００１９】
φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４は垂直ドライバ９から出力される垂直駆動（転送）信号であり、固体撮像装置７を駆動する。垂直駆動（転送）信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ３ａおよびφＶ３ｂは、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号を重畳している。
【００２０】
φｓｕｂは垂直ドライバ９から出力される不要電荷排出信号であり、固体撮像装置７を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出し光電変換素子の蓄積時間を制御する。
【００２１】
なお、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４およびＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、垂直駆動（転送）信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４の基になるパルス電圧であり、これらのパルス電圧を垂直ドライバ９にて合成するとともにレベルシフトすることで、垂直駆動（転送）信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４が生成される。また、Ｓｕｂは不要電荷排出信号φｓｕｂの基になるパルス電圧であり、これらのパルス電圧を垂直ドライバ９にてレベルシフトすることで、不要電荷排出信号φｓｕｂが生成される。
【００２２】
ＴＲＧは制御装置１４から出力されるトリガ信号であり、カメラの露光開始タイミングを制御する。
【００２３】
ＭＳは制御装置１４から出力されるメカニカルシャッタ信号であり、光学部１５のメカニカルシャッタの開閉を制御する。
【００２４】
ＳＵＢＳＷは駆動信号発生回路８から出力される固体撮像装置７の基板電圧を制御する基板電圧制御信号である。
【００２５】
Ｖｓｕｂは固体撮像装置７の基板電圧である。
【００２６】
ＣＣＤｏｕｔは固体撮像装置７から出力される固体撮像装置出力信号で信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００２７】
図６に示す通り、固体撮像装置を用いたカメラのカメラシーケンスは、制御装置１４から出力される垂直同期信号ＶＤを同期信号として、固体撮像装置７を構成する光電変換素子の電気信号を垂直方向にライン間引きして出力し、フレームレートを上げることにより簡易動画を実現する駆動方法である倍速モニタモードと、固体撮像装置７を構成する光電変換素子の電気信号を全ライン出力し、１フレームの静止画を実現する駆動方法であるフレームモードの組み合わせにより動作している。
【００２８】
つぎに、倍速モニタモードおよびフレームモードの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。
【００２９】
第１に、倍速モニタモードでの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。
【００３０】
図６に示すＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅの期間が倍速モニタモードにおける電荷蓄積時間である。基本的には、垂直同期信号ＶＤの周期が蓄積時間であるが、光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出する不要電荷排出信号φｓｕｂを固体撮像装置７に入力することにより、電荷蓄積時間を制御することが可能である。つまり、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φｓｕｂの固体撮像装置７への入力がしたがって、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φｓｕｂの固体撮像装置７への入力が終了した時刻から、制御装置１４から出力される光学部１５のメカ終了した時刻から、垂直駆動信号φＶ１ａおよびφＶ３ａの読み出し信号により光電変換素子に蓄積された電荷が読み出されるまでの時間が倍速モニタモード時の電荷蓄積時間となる。
【００３１】
第２に、フレームモードでの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間について説明する。
【００３２】
図６に示すＣの期間がフレームモードにおける電荷蓄積時間である。基本的には倍速モニタモードと同様で、垂直同期信号期間内で不要電荷排出信号φｓｕｂの固体撮像装置７への入力が終了した時刻から、垂直駆動信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ３ａおよびφＶ３ｂの読み出し信号により光電変換素子に蓄積された電荷が読み出されるまでの時間がフレームモードの蓄積時間となる。
【００３３】
しかしながら、奇数フィールドと偶数フィールドの２つのフィールドから１フレームを構成するインターレーススキャン方式のＣＣＤでは、奇数フィールドおよび偶数フィールドともに同一時刻の信号を得るために、固体撮像装置７を構成する光電変換素子へ入射する光信号を機械的に遮断するメカニカルシャッタを用いることが一般的となっている。ニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号ＭＳによりメカニカルシャッタが閉じるまでの時間、すなわちＣの期間がフレームモード時の電荷蓄積時間となる。
【００３４】
つぎに、前述した図６に示すカメラシーケンスに基づいて動作している固体撮像装置を用いたカメラにおいて、倍速モニタモードからフレームモードへの駆動モードの切り替わりのシーケンスについて以下に説明する。
【００３５】
駆動信号発生回路８は、制御装置１４からのカメラの露光開始タイミングを制御するトリガ信号ＴＲＧの入力をトリガとして、固体撮像装置７の内部に構成されて固体撮像装置７の基板電圧Ｖｓｕｂを降圧させるための基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷを出力する。ここで、基板電圧Ｖｓｕｂの降圧はフレームモード時における固体撮像装置の飽和特性向上のための操作である。
【００３６】
つぎに、固体撮像装置７の基板電圧Ｖｓｕｂが充分に安定したタイミングで制御装置１４から光学部１５へメカニカルシャッタの開閉を制御するメカニカルシャッタ信号ＭＳを出力し、メカニカルシャッタを閉じ、固体撮像装置７を構成する光電変換素子への光信号を機械的に遮断してフレームモード時の蓄積時間を設定する。また、併せて、制御装置１４は、トリガ信号ＴＲＧと同期して垂直同期信号ＶＤの周期を倍速モニタモードからフレームモードへ変更するとともに、駆動信号発生回路８の駆動モードを倍速モニタモードからフレームモードへ切り替えて垂直駆動信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂ，φＶ４のタイミングを変更し、１フレームのフレームモードの動作を実現させる。
【００３７】
なお、図６において、フレームモード期間におけるクロス斜線を入れた矩形領域は、通常の転送レート（例えば、５０ｋＨｚ）に対して、高速なレート（例えば２００ｋＨｚ）になっている区間を示している。これは、決められた期間内に必要とされる垂直転送段数の転送を実現するために、高速なパルスとなっている。その目的は、パルスＣＨ１〜ＣＨ４にて、フォトダイオードの信号を垂直転送部へ読み出す直前に垂直転送部に存在する不要電荷を掃きだすためである。
【００３８】
１フレームのフレームモードの動作が終了した後には、直後の垂直同期信号ＶＤに同期して基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷの出力を停止し、基板電圧Ｖｓｕｂを通常の電圧へ昇圧させ、同時にメカニカルシャッタ信号ＭＳによりメカニカルシャッタを再び開けて倍速モニタモードでの電荷蓄積を再開する。さらに垂直同期信号ＶＤの周期をフレームモードから倍速モニタモードへ変更し、駆動信号発生回路８の駆動モードもフレームモードから倍速モニタモードへ切り替えて垂直駆動信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４のタイミングを変更し、再び倍速モニタモードの連続動作を実現させる。
【００３９】
以上のようなシーケンスで倍速モニタモードからフレームモードへの駆動モードの切り替え動作を行う。
【００４０】
つぎに、前述したシーケンスで、倍速モニタモードからフレームモードへの駆動モードの切り替えが行われる従来の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧Ｖｓｕｂの降圧方法について説明する。
【００４１】
図７に従来の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示す。図７において、１６は駆動信号発生回路で、図５の駆動信号発生回路８に対応している。１７は垂直ドライバで、図５の垂直ドライバ９に対応している。１８は固体撮像装置で、図５の固体撮像装置７に対応している。１９は固体撮像装置１８の内部に構成される基板電圧制御回路である。２０は固体撮像装置１８の内部に構成される基板電圧発生回路である。
【００４２】
固体撮像装置１８の基板電圧Ｖｓｕｂは、固体撮像装置１８の内部に構成される基板電圧発生回路２０の抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂにより決定される値に従って内部発生される。また、基板電圧Ｖｓｕｂの出力部は、固体撮像装置１８のＳＵＢ端子に接続されている。その理由は、駆動信号発生回路１６から出力されるパルス電圧を垂直ドライバ１７によりレベルシフトして生成した不要電荷排出信号φｓｕｂを固体撮像装置１８に入力して、不要電荷排出信号φｓｕｂを基板電圧Ｖｓｕｂに重畳するためである。
【００４３】
なお、駆動信号発生回路１６から出力されるパルス電圧ＳＵＢは、０Ｖ／３．３Ｖの負極性であり、垂直ドライバ（基本的に、反転ドライバ）１７のＯＳＵＢ端子の出力は−８Ｖ／＋１５Ｖの正極性である。コンデンサＣ１以降は、ＤＣバイアスがかかる。垂直ドライバ１７には、電源（３．３Ｖ）の他、＋１５Ｖ、−８Ｖの電源を供給する。
【００４４】
ここで、図７の回路におけるクランプ動作について説明する。コンデンサＣ１と固体撮像装置１８の内部のダイオードとで、ダイオードクランプ回路（ピーククランプ回路）が構成されている。ＯＳＵＢ端子の電圧が−８Ｖの期間は、ダイオードがオンとなり、抵抗Ｒａ，Ｒｂで決まる電圧ＶｓｕｂがコンデンサＣ１に印加されて、コンデンサＣ１が充電され、Ｖｓｕｂの電位を保持する。ＯＳＵＢ端子が＋１５Ｖになったとき、ダイオードはオフとなり、コンデンサＣ１は放電する。実際は、＋１５Ｖの期間はごく短いため、放電による電位変化はわずかである。この期間は、電圧がＶｓｕｂ＋１５Ｖとなる。
【００４５】
固体撮像装置１８の内部に構成される基板電圧制御回路１９の出力部は、固体撮像装置１８の基板電圧Ｖｓｕｂの出力部と接続されており、駆動信号発生回路１６のＯＳＵＢＳＷ端子から出力される基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷによって導通状態となり、基板電圧Ｖｓｕｂを降圧する動作を行う。
【００４６】
駆動モードが倍速モニタモードからフレームモードへ切り替わる場合には、駆動モードの切り替わりのトリガとなるトリガ信号ＴＲＧが制御装置から出力されると同時に駆動信号発生回路１６から基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷが出力され、基板電圧制御回路１９の抵抗Ｒｃと基板電圧発生回路２０の抵抗ＲａおよびＲｂで決定される値により、フレームモード時の基板電圧Ｖｓｕｂの電圧は倍速モニタモード時に対して降圧される。
【００４７】
以上のように、従来の固体撮像装置の駆動方法では、固体撮像装置１８の内部に構成される基板電圧制御回路１９を制御し、固体撮像装置１８の基板電圧Ｖｓｕｂを降圧することで、倍速モニタモードからフレームモードへの駆動モードの変更に伴う飽和特性劣化を防ぐ構成となっている。
【００４８】
【特許文献１】
特開平１０−１５０１８３号公報（第３〜５頁、図１）
【００４９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、駆動信号発生回路１６から出力されるパルス電圧を垂直ドライバによりレベルシフトして得られる不要電荷排出信号φｓｕｂを固体撮像装置に入力するが、この不要電荷排出信号φｓｕｂの入力経路に挿入されているカップリングコンデンサＣ１に蓄積されている電荷が基板電圧制御回路１９を経由して放電する過渡現象が、カップリングコンデンサＣ１の大きな容量値で決まる時定数に従って推移することとなる。したがって、固体撮像装置１８の基板電圧Ｖｓｕｂが基板電圧発生回路２０および基板電圧制御回路１９の抵抗値で決定される所定の電圧に降圧するまでの応答時間が長くなる。そのため、トリガ信号ＴＲＧの入力から露光開始までの期間が垂直同期信号期間より超えることとなり、図６の固体撮像装置出力信号ＣＣＤｏｕｔのＢ出力に見られる倍速モニタモードでの無効出力（トリガ信号ＴＲＧの発生後の倍速モード出力）の発生やカメラシーケンス設定における時間的な制約などの不具合が発生している。
【００５０】
本発明は、上記問題点に鑑み、固体撮像装置の基板電圧が所定の電圧に降圧するまでの応答時間の高速化を図ることができる固体撮像装置の駆動方法と固体撮像・駆動装置およびそれを用いたカメラを提供することを目的とする。
【００５１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、垂直ドライバから不要電荷排出信号をカップリングコンデンサを介して固体撮像装置の基板電圧発生回路に伝達して、基板電圧発生回路から発生する基板電圧に不要電荷排出信号を重畳させ、固体撮像装置の駆動モードを切り替えるためのトリガ信号の発生と同時に基板電圧を降圧させる固体撮像装置の駆動方法であって、垂直ドライバから基板電圧発生回路への不要電荷排出信号の伝達経路を、トリガ信号の発生と同時に電気的または物理的に遮断することを特徴とする。なお、電気的に遮断というのは、トランジスタ回路などの半導体スイッチ回路による遮断を意味し、物理的に遮断というのは、リレースイッチ等の機械的接点による遮断を意味する。
【００５２】
この方法によれば、カップリングコンデンサの放電時の過渡現象の影響を排除することができ、固体撮像装置の駆動モードの切り替え時における固体撮像装置の基板電圧の降圧動作を短時間で急峻に実現させる固体撮像装置の駆動方法を提供することができ、高品質で高機能を持つビデオカメラおよびデジタルスチルカメラを実現することができる。
【００５３】
また、本発明の固体撮像・駆動装置は、基板電圧を発生する基板電圧発生回路と、基板電圧を降圧させる基板電圧制御回路とを有した固体撮像装置と、固体撮像装置における不要電荷を排出する不要電荷排出信号を生成するためのパルス電圧を発生するとともに、固体撮像装置の駆動モードを切り替えるためのトリガ信号の発生と同時に基板電圧制御回路に基板電圧制御信号を与えて基板電圧を降圧させる駆動信号発生回路と、駆動信号発生回路から発生するパルス電圧をレベルシフトして不要電荷排出信号を生成する垂直ドライバと、不要電荷排出信号を基板電圧発生回路に伝達して基板電圧に不要電荷排出信号を重畳させるカップリングコンデンサとを備えた固体撮像・駆動装置であって、垂直ドライバから基板電圧発生回路への不要電荷排出信号の伝達経路中に挿入されて不要電荷排出信号の伝達経路を電気的または物理的に遮断するスイッチ手段をさらに備え、スイッチ手段を遮断動作させる制御信号を駆動信号発生回路からスイッチ手段にトリガ信号の発生と同時に与えるようにしたことを特徴とする。
【００５４】
この構成によれば、垂直ドライバから基板電圧発生回路への不要電荷排出信号の伝達経路中に挿入されて不要電荷排出信号の伝達経路を電気的または物理的に遮断するスイッチ手段を設け、スイッチ手段を遮断動作させる制御信号を駆動信号発生回路からスイッチ手段にトリガ信号の発生と同時に与えるようにしたので、カップリングコンデンサの放電時の過渡現象の影響を排除することができ、固体撮像装置の駆動モードの切り替え時における固体撮像装置の基板電圧の降圧動作を短時間で急峻に実現させる固体撮像装置の駆動方法を提供することができ、高品質で高機能を持つビデオカメラおよびデジタルスチルカメラを実現することができる。
【００５５】
また、本発明のカメラは、上記の固体撮像・駆動装置の構成を用いているので、上記の固体撮像・駆動装置と同様の作用を有する。
【００５６】
上記のカメラとしては、固体撮像装置（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）を用いたデジタルスチルカメラが主であるが、その他、ビデオカメラも考えられる。それは、ビデオカメラでも、デジタルスチルカメラと同じシーケンスで制御したり、シーケンスが異なっても基板電圧制御を行う場合があるからである。カメラとしては、ＰＤＡあるいは携帯電話に内蔵されたものや、放送用のものも含まれる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する（請求項１，２，３，６に対応する）。
【００５８】
図１は本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【００５９】
図１において、１は駆動信号発生回路で、図５の駆動信号発生回路８に対応している。２は垂直ドライバで、図５の垂直ドライバ９に対応している。３は固体撮像装置で、図５の固体撮像装置７に対応している。４は固体撮像装置３の内部に構成される基板電圧制御回路、５は固体撮像装置３の内部に構成される基板電圧発生回路、６は垂直ドライバ２から固体撮像装置３への不要電荷排出信号φｓｕｂの伝達経路中に設けたスイッチ手段をそれぞれ示す。このスイッチ手段６は、不要電荷排出信号φｓｕｂの入力経路中に設けられたカップリングコンデンサＣ１の放電経路を遮断する機能を有する。
【００６０】
本実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの概略は従来の固体撮像装置を用いたカメラの概略と同様で、図５に示す通りであり、説明は省略する。
【００６１】
図４は本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの概略を示すタイミング図である。
【００６２】
ここでは例として、φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４の垂直転送信号により駆動される、垂直４相転送方式でインターレーススキャン方式の固体撮像装置について説明する。
【００６３】
図４において、ＶＤは制御装置１４から出力される垂直同期信号であり、駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの同期信号となる。
【００６４】
φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φＶ３ａ，φＶ３ｂおよびφＶ４は垂直ドライバ２から出力される垂直駆動（転送）信号であり、固体撮像装置３を駆動する。垂直駆動（転送）信号φＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ３ａおよびφＶ３ｂは、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部へ読み出す電荷読み出し信号を重畳している。
【００６５】
φｓｕｂは垂直ドライバ２から出力される不要電荷排出信号であり、固体撮像装置３を構成する光電変換素子に蓄積される電荷を基板方向へ排出し光電変換素子の蓄積時間を制御する。
【００６６】
ＴＲＧは制御装置１４から出力されるトリガ信号であり、カメラの露光開始タイミングを制御する。
【００６７】
ＭＳは制御装置１４から出力されるメカニカルシャッタ信号であり、光学部１５のメカニカルシャッタの開閉を制御する。
【００６８】
ＳＵＢＳＷは駆動信号発生回路１から出力される固体撮像装置３の基板電圧を制御する基板電圧制御信号である。
【００６９】
ＳＷはスイッチ手段６を制御するスイッチ手段制御信号である。スイッチ手段制御信号ＳＷは、スイッチ手段６の導通遮断を制御することで、垂直ドライバ２から出力される不要電荷排出信号φｓｕｂの固体撮像装置３への伝達を制御する。また、スイッチ手段６の遮断時には、カップリングコンデンサＣ１の電荷の放電も、阻止する。これによって、カップリングコンデンサＣ１の蓄積電荷の影響が排除され、固体撮像装置３の基板電圧Ｖｓｕｂの下降、上昇が短時間に急峻に行われることになる。
【００７０】
ＣＣＤｏｕｔは固体撮像装置３から出力される固体撮像装置出力信号で信号が大きくなる程、マイナス方向へ大きくなる負論理出力である。
【００７１】
本実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラのシーケンス、倍速モニタモードおよびフレームモードの固体撮像装置を構成する光電変換素子に蓄積される電荷の蓄積時間、倍速モニタモードからフレームモニタモードへの駆動モードの切り替わりシーケンスは従来の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法と同様であるので説明は省略する。
【００７２】
図４に示すカメラシーケンスに基づいて倍速モニタモードからフレームモードへの駆動モードの切り替えが行われる本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法について、図１および図４を用いて説明する。
【００７３】
固体撮像装置３の基板電圧Ｖｓｕｂは、固体撮像装置３の内部に構成される基板電圧発生回路５の抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂにより決定される値に従って内部発生される。また、基板電圧Ｖｓｕｂの出力部は、固体撮像装置３のＳＵＢ端子に接続されている。その理由は、駆動信号発生回路１から出力されるパルス電圧を垂直ドライバ２によりレベルシフトして生成された不要電荷排出信号φｓｕｂを固体撮像装置３に入力して、不要電荷排出信号φｓｕｂを基板電圧Ｖｓｕｂに重畳するのである。
【００７４】
固体撮像装置３の内部に構成される基板電圧制御回路４の出力部は、固体撮像装置３の基板電圧Ｖｓｕｂの出力部と接続されており、駆動信号発生回路１のＯＳＵＢＳＷ端子から出力される基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷによって導通状態となり、基板電圧Ｖｓｕｂを降圧する動作を行う。
【００７５】
スイッチ手段６は、駆動信号発生回路１から出力されるパルス電圧が垂直ドライバ２によりレベルシフトされて生成される不要電荷排出信号φｓｕｂがカップリングコンデンサＣ１を介して固体撮像装置３に入力される系において、固体撮像装置３と垂直ドライバ２の外部でかつ、カップリングコンデンサＣ１と直列に設けられ、駆動信号発生回路１のＳＷ端子から出力されるスイッチ手段制御信号ＳＷによって動作する。この例では、スイッチ手段６は、カップリングコンデンサＣ１の固体撮像装置３側に配置されているが、逆に垂直ドライバ２側に配置されていてもよい。
【００７６】
以上のような構成において、スイッチ手段６は、導通状態では不要電荷排出信号φｓｕｂを固体撮像装置３のＳＵＢ端子に入力させ、遮断状態では固体撮像装置３から垂直ドライバ２を見たインピーダンスを等価的にハイインピーダンスとさせ、固体撮像装置３のＳＵＢ端子に接続するカップリングコンデンサＣ１などの回路負荷の影響を除去する。
【００７７】
駆動モードが倍速モニタモードの場合には、基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷが出力されないため、固体撮像装置３の基板電圧Ｖｓｕｂは基板電圧発生回路５を構成する抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂにより決定される値に従って内部発生される。また、スイッチ手段制御信号ＳＷも出力されないため、スイッチ手段６は導通状態となっている。
【００７８】
駆動モードが倍速モニタモードからフレームモードへ切り替わる場合には、駆動モードの切り替わりのトリガとなるトリガ信号ＴＲＧが制御装置から出力されると同時に駆動信号発生回路１から基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷが出力され、基板電圧制御回路４の抵抗Ｒｃと基板電圧発生回路５の抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂで決定される値により、フレームモード時の基板電圧Ｖｓｕｂの電圧は倍速モニタモード時に対して降圧される。また同様にトリガ信号ＴＲＧが制御装置から出力されると同時にスイッチ手段制御信号ＳＷも一時的に出力される。
【００７９】
従来の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の構成であれば、垂直ドライバと固体撮像装置との間に挿入されているカップリングコンデンサＣ１に蓄積している電荷が基板電圧制御回路を経由して放電する過渡現象が、カップリングコンデンサＣ１の大きな容量値で決まる時定数に従って推移することとなり、基板電圧Ｖｓｕｂが所定の電圧に安定するまでに長い時間を要していたが、本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の構成では、スイッチ手段６によりカップリングコンデンサＣ１が電気的に遮断されており、固体撮像装置３から垂直ドライバ２を見た場合、等価的にハイインピーダンスの状態となっておりカップリングコンデンサＣ１の放電時の過渡現象の影響を受けることなく、短時間で急峻な基板電圧Ｖｓｕｂの降圧が実現できる。
【００８０】
スイッチ手段制御信号ＳＷは基板電圧Ｖｓｕｂの降圧が安定した後は、直ちに出力を停止し、スイッチ手段６を導通状態にさせて、不要電荷排出信号φｓｕｂが固体撮像装置３に入力できる状態に戻す。
【００８１】
同様に、駆動モードがフレームモードから倍速モニタモードへ切り替わる場合にも基板電圧制御信号ＳＵＢＳＷの立ち上がりに同期してスイッチ手段制御信号ＳＷを一時的に出力して、スイッチ手段６を遮断状態にして、等価的にハイインピーダンスの状態を実現させ、急峻な基板電圧Ｖｓｕｂの昇圧を実現させる。
【００８２】
以上説明したように、この実施の形態によれば、カップリングコンデンサＣ１の放電時の過渡現象の影響を排除することができ、固体撮像装置３の駆動モードの切り替え時における固体撮像装置３の基板電圧の降圧および昇圧動作を短時間で急峻に実現させる固体撮像装置の駆動方法を提供することができ、高品質で高機能を持つビデオカメラおよびデジタルスチルカメラを実現することができる。
【００８３】
以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、以下に説明する本発明の第２および第３の実施の形態においても同等の効果を得ることができ、かつ、第１の実施の形態に比較して固体撮像装置を用いたカメラの部品点数を削減することができ、その効果は大である。
【００８４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する（請求項４，６に対応する）。
【００８５】
図２は本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【００８６】
第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法は、第１の実施の形態で説明したスイッチ手段６を垂直ドライバ２の内部に取りこみ、駆動信号発生回路１から垂直ドライバ２へのスイッチ手段制御信号ＳＷにより垂直ドライバ２の不要電荷排出信号φｓｕｂの出力端子ＯＳＵＢをハイインピーダンスすることで、第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法と同等の効果を得ることができ、かつ、第１の実施の形態に比較して固体撮像装置を用いたカメラの部品点数を削減することができ、その効果は大である。
【００８７】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら説明する（請求項５，６に対応する）。
【００８８】
図３は本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【００８９】
第３の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法は、第１の実施の形態で説明したスイッチ手段６を固体撮像装置３内部に取りこみ、駆動信号発生回路１から固体撮像装置３へのスイッチ手段制御信号ＳＷにより固体撮像装置のＳＵＢ端子をハイインピーダンスすることで、第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法と同等の効果を得ることができ、かつ、第１の実施の形態に比較して固体撮像装置を用いたカメラの部品点数を削減することができその効果は大である。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、カップリングコンデンサの放電時の過渡現象の影響を排除することができ、駆動モードの切り替え時における固体撮像装置の基板電圧の降圧動作を短時間で急峻に実現させる固体撮像装置の駆動方法を提供することができ、高品質で高機能を持つビデオカメラおよびデジタルスチルカメラを実現することができ、その実用的効果は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの概略を示すタイミング図である。
【図５】固体撮像装置を用いたカメラの概略を示すブロック図である。
【図６】従来の固体撮像装置を用いたカメラの駆動信号タイミングおよびカメラシーケンスの概略を示すタイミング図である。
【図７】従来の固体撮像装置の駆動方法における基板電圧の降圧方法の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　駆動信号発生回路
２　　垂直ドライバ
３　　固体撮像装置
４　　基板電圧制御回路
５　　基板電圧発生回路
６　　スイッチ手段
【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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【図７】
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