(57)【要約】【課題】特殊環境下において不要輻射を放出せずに撮影できるシステムを提供すること。【解決手段】光電変換部と複数トランジスタとをもつ撮像素子において、内部あるいは外部にタイミング発生手段を有し、第一のモード時は、タイミング発生手段からの信号入力せず、単発信号によってトランジスタを動作させ、第二のモード時は、タイミング発生手段からの転送信号によって動作することを特徴とする構成とした。【選択図】  図１（ａ）
2013187873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と複数トランジスタとをもつ撮像素子において、
タイミング発生手段からの信号と前記タイミング発生手段以外からの制御信号発生手段からの単発信号の２系統を入力でき、
第一のモード時は、単発信号によって、トランジスタを動作させ、
第二のモード時は、タイミング発生手段からの転送信号によってトランジスタを動作させることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記単発信号の一つは、各画素への電荷蓄積制御用トランジスタに接続されることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記単発信号は、各画素への前記電荷蓄積制御トランジスタに同時に接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記単発信号とタイミング発生手段の信号いずれをも電荷蓄積制御用トランジスタに接続できる入力手段をもつことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記入力手段の出力は、タイミング発生手段の信号より立ち上がりを遅くしているバッファ手段をもつことを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
光電変換部と、光電変換部に蓄積された光信号を転送するゲート部を持つ撮像装置において、
撮影装置の電力小、あるいはオフの第一のモードと、撮像装置の電力大、あるいはオンの第二のモードを持ち、前記第一のモードの時に前記ゲート部のオン/オフを動作する駆動信号の立ち上がり時間は前記第二のモードの時に動作する駆動信号のオン/オフをする立ち上がり時間より遅いことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラの撮像に関し、特に、特殊環境下において不要輻射を放出せず撮影できるシステム構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像素子をもった撮影装置では、フォトダイオード等の光電変換素子に蓄積した画像信号を、複数のトランジスタ用いることで、転送やレベル変換を行い、ＡＤ変換回路に転送している。
【０００３】
トランジスタを駆動し画像信号を転送する手法は、特許文献１等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたような従来技術では、トランジスタを駆動するには、撮像ドライバー１００４（ＴＧ）などから発せられる転送パルスによって行われている。このパルスは、水晶やセラミック等の発振子から生成される高周波信号を、ＭＯＳトランジスタ等で波形整形して出力するため、急峻なパルスとなって出力される。そのため、そのパルスの持つ高調波成分によって、不要輻射がおこり、外部機器に影響を与えるおそれがある。
【０００６】
そういった理由により、航空機の離着陸時等、計器の誤動作が許されない特殊環境下では、不要輻射の影響を防止するため、電子機器の使用が禁止されており、従来型のデジタルカメラも使用禁止となっている。
【０００７】
一方で、離着陸時に航空機から見える風景等を撮影したいという撮影者の要望は、銀塩カメラからデジタルカメラへの技術シフトが行われて以来の課題であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、デジタルカメラの撮像に関し、特に、飛行機の離着陸時等の特殊環境下において不要輻射を放射さずに撮影できるシステムを構成にする事である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光電変換部と複数トランジスタとをもつ撮像素子において、内部あるいは外部にタイミング発生手段を有し、第一のモード時は、タイミング発生手段からの信号を入力せず、単発信号によって、トランジスタを動作させ、第二のモード時は、タイミング発生手段からの転送信号によって動作することを特徴とする撮像素子である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、不要輻射を放出せずに撮影することが可能な撮像装置を提供し、飛行機の離着陸時などの特殊環境下においても撮影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１（ａ）】実施例１の撮像素子の回路図である（その１）。
【図１（ｂ）】実施例１の撮像素子の回路図である（その２）。
【図２】実施例１のデジタルカメラの撮像部のブロック図である。
【図３】実施例１の撮像素子を駆動する際のタイミングチャートである。
【図４】実施例２の撮像素子の回路図である。
【図５】実施例２のデジタルカメラの撮像部のブロック図である。
【図６】実施例３の撮像素子を駆動する際のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる撮像素子の構成図である。
【００１３】
［実施例１］
以下、図を参照して、本発明の第1の実施例による撮像素子の等価回路について説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の撮像素子中の１画素の回路である。１０１は光電変換するフォトダイオード、１０２はフォトダイオード１０１およびフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６をリセットするためのリセットトランジスタ、１０３はフォトダイオード１０１の信号電荷を読み出すための転送ＭＯＳトランジスタ、１０４は読み出した電荷を電圧変換するためのソースフォロアアンプでありＦＤ領域１０６と接続されている。また、１０５は行選択ＭＯＳトランジスタであり、ソースフォロアアンプの出力を垂直出力信号線１０７に接続している。
【００１５】
リセットトランジスタ１０２、および転送ＭＯＳトランジスタ１０３は、撮影者によるスイッチ操作によって発せられるワンショット信号ＭＲＥＳ、ＭＴＸが入力されるように撮像素子外部に接続されている。
【００１６】
行選択ＭＯＳトランジスタ１０５は、従来のＣＭＯＳセンサ同様に撮像ドライバー（ＴＧ）等の転送パルスが接続される。
【００１７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の１画素の回路が、マトリクス（ｎ，ｍ）状に複数配置されている様子を示している。各画素の垂直出力信号線１０７は、列方向には共通に使われている。たとえば、ｍ列目にある複数の画素は垂直出力信号線１０７ｍを共通に使い、（ｎ、ｍ）の画素が、Φｓｅｌ(ｎ，ｍ)をうけて画像信号を転送した後は、（ｎ＋１，ｍ）の画素がΦｓｅｌ(ｎ＋１，ｍ)をうけて画像信号を転送するというように、逐次動作していく。
【００１８】
一方、本発明のデジタルカメラでは、操作スイッチ１００５からのワンショット信号ＭＲＥＳ，ＭＴＸは一括で、複数画素に同時に転送するように構成されており、各画素にあるリセットトランジスタ１０２、転送ＭＯＳトランジスタ１０３は同時に動作する。
【００１９】
図２に、本実施例のデジタルカメラの撮像部の構成について説明する。１００１はデジタルカメラ全般を制御する制御ＣＰＵ，１００２はメインスイッチ、１００３はＤＣ／ＤＣコンバータで、デジタルカメラ内で必要とされる各種電源をまかなっている。
【００２０】
１００４はタイミングジェネレータ等で構成される撮像ドライバーであり、各画素の読み出しタイミングにあわせΦｓｅｌを順次送信する。
【００２１】
１００５は、撮影者が撮影のタイミングをとる操作スイッチであり、撮影者の操作によりＭＲＥＳ，ＭＴＸのワンショット信号を発する。
【００２２】
１００は固体撮像素子であり、図１で説明した画素回路が複数集合した形態からなる。
【００２３】
１００６は撮像信号処理回路を経た画像信号のアナログーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路であり、ここでデジタル処理された画像信号は、制御ＣＰＵ１００１に転送され処理される。
【００２４】
１００７は、メインスイッチオフ中に撮影動作が行われる箇所の微量な電力を供給するバックアップ電池であり、個体撮像素子１００と、操作スイッチ１００５に給電している。
【００２５】
つづいて、航空機などの離着陸時にメインスイッチをオフしている間に、本デジタルカメラで撮影する際の動作を図３のタイミングチャートを用いながら説明する。
【００２６】
なお、代表的な１画素内の動作を説明し、複数画素データをＡ／Ｄ変換回路に転送する技術については従来の技術と同等であるので割愛する。
【００２７】
まずAの期間の動作について説明する。撮影者は、不要輻射発生防止のためカメラのメインスイッチ１００２をオフする。Aの期間は、特殊環境下用の撮影状態にはいる準備期間である。
【００２８】
時刻２０１では、撮影者がメインスイッチ１００２をオフする。これに伴い制御CPU１００１はＤＣ／ＤＣコンバータ１００３，撮像ドライバー１００４を停止させる。これにより不要輻射は発生しなくなる。
【００２９】
操作スイッチ１００５，撮像素子１００にはバックアップ電池１００７より微量の電力が供給され、動作可能な状態が維持される。ここでは、説明簡単化のためにバックアップ電池を用いて説明しているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００３から供給した電池をコンデンサ等に充電しておき、それを給電する構成としてもよい。
【００３０】
つづいて、期間Bの動作について説明する。Bの期間は、撮像ドライバー１００４等の停止状態中における露光、およびフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６への画像信号転送を行っている。
【００３１】
メインスイッチ１００２オフ期間中に撮影に入る場合、撮影者は操作スイッチ１００５を操作する。時刻２０２で、フォトダイオード１０１、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６をリセットするための信号ＭＲＥＳによりリセットＭＯＳトランジスタ１０２をＯＮ状態にし、信号ＭＴＸにより転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮ状態にする。
【００３２】
時刻２０３ではＭＲＥＳ，ＭＴＸをＯＦＦとすることで、転送ＭＯＳトランジスタ１０３とリセットＭＯＳトランジスタ１０２をＯＦＦし、フォトダイオード１０１とＦＤ領域１０６のリセットを完了する。
【００３３】
この状態からフォトダイオード１０１は蓄積状態に入る。
【００３４】
ｔｓの時間は、蓄積状態となり、光電変換素子であるフォトダイオード１０１は、露光されると、画像信号を生成する。
【００３５】
時刻２０４は撮影終了の時刻であり、フォトダイオード１０１への蓄積は終了する。
【００３６】
時刻２０４〜時刻２０５で転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮすることにより、フォトダイオード１０１に蓄積された画像信号をフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６に転送完了し、待機する。
【００３７】
特殊環境下であっても、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６に画像信号を転送しておくことで、メインスイッチ１００２がオンされるまでの間にフォトダイオード１０１発生する暗電流や、漏光による画像へのノイズ進入を防止している。
【００３８】
なお、期間Ｂ中に操作スイッチ１００５から発せられる信号は、不必要にスルーレートあげることなく、撮像ドライバー１００４からの波形にくらべて緩やかに動作する。そのため、ＬｏｗからＨｉ，ＨｉからＬｏｗへの遷移時間が、撮像ドライバー１００４の波形に比べて多くかかっている。
【００３９】
最後に、期間Ｃの動作について説明する。離陸完了や、着陸後など、電子機器を動作ささせて良い状況になった時の動作についてである。
【００４０】
時刻２０６に、撮影者は、デジタルカメラを起動するためメインスイッチ１００２をオンする。これにより、制御ＣＰＵ１００１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００３，撮像ドライバー１００４の動作を開始する。
【００４１】
撮像ドライバー１００４の準備ができると、撮像ドライバー１００４は、画像信号を読み出す個々の画素に対し、選択信号Φｓｅｌを送信する。時刻２０７では、複数画素のうち、選択された画素（ｎ、ｍ）に対しΦｓｅｌ（ｎ、ｍ）が送信される。これにより、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６の信号レベルに対応した電流値がソースフォロアアンプ１０４を活性化させた状態で行選択ＭＯＳトランジスタ１０５（ｎ、ｍ）をＯＮするので、垂直出力線１０７ｍに対し、信号電荷に対応した電流をＡＤ変換回路１００６に対して読み出すことが可能となる。
【００４２】
撮像ドライバー１００４は、この動作をｎ行ｍ列分転送パルスをつかって高速度に行うため、短い時間での画像読み出しが可能となる。
【００４３】
［実施例２］
以下、図４を参照して、本発明の第２の実施例によるデジタルカメラおよび撮像素子について説明する。本実施例は、特殊環境下では無い時は、トランジスタの動作は撮像ドライバー１００４から行う構成となっている。
【００４４】
実施例１の図１で示した撮像素子の構成に対して、転送ＭＯＳトランジスタ１０３に接続されるＭＴＸの前に、ＡＮＤゲートバッファ２０８が追加され、それらに撮像ドライバー１００４からのΦｔｘが接続されている点が異なっている。
【００４５】
ＡＮＤゲートバッファ２０８の出力はスルーレートが抑えられており、撮像ドライバー１００４から入力されるΦｔｘに関しても緩やかな波形ｔｘに変換して駆動する。
【００４６】
なお、ＡＮＤゲートバッファ２０８は、撮像素子２０８の内部に構成する例で示しているが、外部に構成してもよい。
【００４７】
図５に、本実施例２のデジタルカメラの撮像部の構成について説明する。実施例１と同一の動作をするものは、同符号を用い、説明は省略する。
【００４８】
２００は固体撮像素子であり、図４の構成に変更されている。また、固体撮像素子２００のＡＮＤゲートバッファ２０８に接続される信号として、撮像ドライバー１００４からの転送パルスΦｔｘが追加されている。
【００４９】
また、実施例１の変化例としてリセット信号としての信号ＲＥＳも撮像ドライバー１００４からの転送パルスΦｒｅｓに変更されている。これは、変化例であり、実施例１のような操作スイッチ１００５からの信号ＲＥＳでも良い。
【００５０】
つづいて、図３を用いて特殊環境下の撮影のタイミングチャートと、一般環境における撮影のタイミングチャートを説明する。
【００５１】
まず図３（ａ）にて、特殊環境下の撮影のタイミングチャートについて説明する。
【００５２】
A２の期間は、不要輻射発生防止のためカメラのメインスイッチ１００２をオフし、特殊環境下用の撮影状態にはいる準備期間である。
【００５３】
時刻３０１では、撮影者がメインスイッチ１００２をオフする。これに伴い制御CPU１００１はＤＣ／ＤＣコンバータ１００３，撮像ドライバー１００４を停止させる。これにより不要輻射は発生しなくなる。
【００５４】
操作スイッチ１００５，撮像素子１００にはバックアップ電池１００７より電圧が供給される。ここでは、説明簡単化のためにバックアップ電池を用いて説明しているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００３から供給した電池をコンデンサ等に充電しておいて給電してもよい。
【００５５】
この時ただちに撮像ドライバー１００４によってリセット動作までおこなってしまう。時刻３０２では、フォトダイオード１０１、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６をリセットするために駆動パルスΦｒｅｓによりリセットＭＯＳトランジスタ１０２をＯＮ状態にし、駆動パルスΦｔｘにより転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮ状態にする。この時、Φｔｘは、ＡＮＤゲートバッファ２０８を通るので、リセットＭＯＳトランジスタ１０２には、緩やかにあがるｔｘの波形に変わっている。
【００５６】
時刻３０３ではΦｒｅｓ，ΦｔｘをＯＦＦとすることで、転送ＭＯＳトランジスタ１０３とリセットＭＯＳトランジスタ１０２をＯＦＦし、フォトダイオード１０１とＦＤ領域１０６のリセットを完了する。これも、Φｔｘは、ＡＮＤゲートバッファ２０８を通るので、リセットＭＯＳトランジスタ１０２には、緩やかにさがるｔｘの波形に変わっている。
【００５７】
この状態で蓄積準備状態に入る。
【００５８】
期間B２の動作について説明する。B２の期間は、撮像ドライバー１００４等の停止状態における露光、およびフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６に画像信号を転送を行う。
【００５９】
ｔｓの時間は、蓄積状態となり光電変換素子であるフォトダイオード１０１は、露光されると、画像信号を生成する。
【００６０】
撮影終了、つまり露光終了は、時刻３０４である。
【００６１】
蓄積時間ｔｓだけ経過した後の時刻３０４〜時刻３０５で、操作スイッチ１００５からのＭＴＸにより転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮすることにより、フォトダイオード１０１に蓄積された画像信号をフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６に画像信号を転送完了する。
【００６２】
最後に、期間Ｃ２の動作について説明する。離陸完了や、着陸後など、デジタルカメラを動作ささせて良い状況になった状況についてである。
【００６３】
時刻３０６に、撮影者は、デジタルカメラを起動するためメインスイッチ１００２をオンする。これにより、制御ＣＰＵ１００１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００３，撮像ドライバー１００４の動作を開始する。
【００６４】
撮像ドライバー１００４の準備ができると、撮像ドライバー１００４は、画像信号を読み出す個々の画素に対し、選択信号を送信する。時刻３０７では、複数画素のうち、選択された画素に対しΦｓｅｌが送信される。これにより、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６の信号レベルに対応した電流値がソースフォロアアンプ１０４を活性化させた状態で転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮするので、垂直出力線１０７に対し、信号電荷に対応した電流をＡＤ変換回路１０６に対して読み出すことが可能となる。
【００６５】
マトリクス状に配置された各画素での読み出し時間の違い等の動作は、実施例１と同様なので割愛する。
【００６６】
なお、実施の変化例として期間Ａ２内に、リセット動作を行う場合で説明したが、実施例１の様にＢ２の期間にリセットを行う構成でもよい。ただし、その構成とした場合は、リセットＭＯＳトランジスタ１０２を駆動するΦｒｅｓにもＡＮＤバッファ回路を追加する必要がある。
【００６７】
図３（ｂ）では、通常状態での撮影を説明する。通常状態では、不要輻射に対しの極端の防止策をする必要はないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００３や、撮像ドライバー１００４を停止する必要はない。そのため、図６（ａ）のＡ２期間のようにメインスイッチ１００５をオフする必要はない。
【００６８】
時刻４０２では、撮像ドライバー１００４からの転送パルスΦｒｅｓによりリセットＭＯＳトランジスタ１０２がオンし、転送パルスΦｔｘにより転送ＭＯＳトランジスタ１０３がオンしリセット動作が行われる。
【００６９】
リセットパルスは、ＡＮＤゲートバッファ２０８を通るので穏やかな立ち上がりとなるが、全画素が同時にリセットされるため撮影時間にあたえる影響はない。
【００７０】
時刻４０３では、転送パルスΦｒｅｓによりリセットＭＯＳトランジスタ１０２、転送パルスΦｔｘにより転送ＭＯＳトランジスタ１０３をオフしリセットを終了する。
【００７１】
この状態からフォトダイオード１０１は蓄積状態に入る。
【００７２】
+ｔｓの時間は、蓄積状態となり光電変換素子であるフォトダイオード１０１は、露光されると、画像信号を生成する。
【００７３】
撮影終了、つまり露光終了は、時刻４０４である。
【００７４】
蓄積時間ｔｓだけ経過した後の時刻４０４〜時刻４０５で転送ＭＯＳトランジスタ１０３をＯＮすることにより、フォトダイオード１０１に蓄積された画像信号をフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０６に画像信号を転送完了する。
【００７５】
マトリクス状に配置された各画素での読み出し時間の違い等の動作は、実施例１と同様なので割愛する。
【００７６】
このように、ＡＮＤゲートバッファ２０８に対し、操作スイッチ１００５からの信号ＭＴＸと、撮像ドライバー１００４からの転送パルスΦｔｘをモードによって使い分けて入力できるような構成とすることで、１つの撮像素子において、２種類のモードでの撮影を可能としている。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１００  固体撮像素子
１０１  フォトダイオード
１０２  リセットトランジスタ
１０３  転送ＭＯＳトランジスタ
１０４  ソースフォロアアンプ
１０５  行選択ＭＯＳトランジスタ
１０６  フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域
１０７  垂直出力信号線
２００  実施例２における固体撮像素子
２０８  ＡＮＤゲートバッファ
１００１  制御ＣＰＵ
１００２  メインスイッチ
１００３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００４  撮像ドライバー
１００５  操作スイッチ
１００６  ＡＤ変換回路
１００７  バックアップ電池
【図１（ａ）】
2013187873.tif 000003
【図１（ｂ）】
2013187873.tif 000004
【図２】
2013187873.tif 000005
【図３】
2013187873.tif 000006
【図４】
2013187873.tif 000007
【図５】
2013187873.tif 000008
【図６】
2013187873.tif 000009