JPH01106678A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＯＤ　（電荷結合素子）等の固体撮像素子
に関し、特に固体撮像索子の感度を可変し得るようにし
たものである。

（従来の技術） 従来から、ＣＯＤ等の固体搬像素子が光電変換素子とし
て各種テレビカメラや電子スチルカメラ等に用いられて
おり、この種固体撮像素子はイメージヤ部に照射される
撮像光を光電変換して得られる信号電荷を２相ないし４
相のクロックパルスによって順次転送して読み出づこと
により撮像光に応じた°映像信号を出力するものである
。

例、えば、インタライン型ＣＯＤは第３図に示す如く、
光電変換部１と交互に配列された垂直転送部２とから成
るイメージヤ部３及び水平転送部４とから構成されてお
り、上記光電変換部１にて得られた信号電荷は駆動回路
５から供給されるクロックパルスＣＰによって垂直転送
部２及び水平転送部４を介して掃き出されるようになっ
ている。

また、このようなＣＯＤにおいては、不要電荷を上記イ
メージヤ部３の上部に設（プられたＡ−バフロードレイ
ンを介して拾て去るようになっている。

（発明が解決すべき問題点） ところで、上述の如きインタライン型ＣＯＤにおいては
、１回の露光によって上記光電変換部１にて得られた電
荷の内の所定部分の電荷を上記オーバフロードレインを
介して捨て去ることにより実質的な露光時間を可変する
ことができ、これによりこのＣＯＤのシャッタ速度を可
変することができる。

しかしながら、このような方法によるシャッタ速度の可
変では、特に動きの速い被写体を素形した場合にストロ
ボ的な映像となってしまい好ましくなかった。

そこで、従来からこのような点の改善が要望されていた
。

また、このようなＣＯＤにおいて、上記オーバフロード
レインを介して捨て去られる不要電荷の転送方向く第３
図中下方向）は本来の掃き出し方向（第３図中上方向）
と逆方向であるため好ましくない。

（問題点を解決するための手段） ・本発明は上述の如ぎ実情に鑑みてなされたものであり
、感度を可変し得るとともに、電荷の転送方向を常に一
定にづることができる固体１最像素子を提供することを
目的とする。

そして、本発明はこの目的を達成するために第１図に示
す如く、各画素に対応して撮像光を光電変換する光電変
換部１０及びこれら光電変換部１０から棉き出される電
荷を転送する垂直転送部１１とを右するイメージヤ部１
２と、 このイメージヤ部１２から転送される各光電変換部１０
からの電荷を一旦蓄積して合成する積分器１３と、 上記イメージヤ部１２の出力側に設けられ、このイメー
ジヤ部１２から転送される不要電荷を捨てるドレイン１
４と、 上記イメージヤ部１２から転送される電荷を上記積分器
１３あるいはドレイン１４に選択的に転送制御するトラ
ンスファゲート１５と、 上記各積分器１３から掃き出される電荷を映像信号とし
て出力するための垂直レジスタ１６及び水平転送部１７
とを備え、 １回の露光によって各光電変換部１０にて得られる電荷
を複数回に分け（上記垂直転送部１１に掃き出した後、
これら複数回に分けて掃き出される任意回の電荷を上記
トランスファゲート１５を介して上記ドレイン１４から
捨てて任意に間引くとともに、残った１荷を上記水平転
送部１７からの掃き出しに間に合うように上記各積分器
１３に高速で転送して合成することにより感度を可変す
るようにしたことを特徴とする固体搬像素子を提供する
らのである。

（作　用） 上述の如き構成の固体ｉｉｄ像素子においては、上記光
電変換部１０から掃き出される電荷を、第２図（Ｂ）あ
るいは同図（Ｃ）に示す如く適宜間引いてドレイン１４
を介して捨て去ることにより、この種固体撮像素子の感
度を任意に可変することができる。

そして、この間引き方を、例えば均等に行なうことによ
り特に動きの速い被写体をｆｄｌする場合においてもス
トロボ的なものにならず自然な撮影を行なうことができ
る。

また、このドレイン１４の設けられる位薗はイメージ１
７部１２の出力側であるため、電荷を積分器１３に転送
する場合とドレイン１４から（ａて去る場合ど−ｅ転送
方向が一定となる。

（実滴例） 以下、本発明に係る固体撮（τ（素子の好適な実施例を
第１図及び第２図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明をフレームインタライン型のＣＯＤに適
用したものであり、このＣＯＤはイメージ１１部１２ど
、積分器部１８と、垂直レジスタ１６から成る蓄積部１
９及び水平転送部１７とを備えて構成されている。

また、上記イメージヤ部１２の出力側である積分器部１
８と蓄積部１９との間にはトランスファゲート１５と、
ドレイン１４とが設けられている。

上記イメージヤ部１２は、各画素に対応して垂直方向に
配列された複数の光電変換部１０と、各光電変換部１０
の間に設けられた垂直転送部１１とを備えて構成されて
おり、上記各光電変換部１０にて得られた電荷は２相の
クロックパルスφ１にて第２図（Δ）に示す如く複数回
に分けて垂直転送部１１に！、＋１き出されて高速で転
送される。

また、上記垂直転送部１１の水平方向の幅寸法は、光電
変換部１０の幅寸法よりも狭く形成されており、これに
よりイメージヤ部１２にお番プる垂直転送部１１の占有
面積は光電変換部１０の占有面積より十分小さくなって
いる。

よって、このＣＯＤにおける開口率は従来のものに比し
て極め”Ｃ大きい。

上記積分器部１８は、上記各光電′ａ換部１０に対応し
た複数の積分器１３を備えて構成されており、これら積
分器１３は上記各垂直転送部１１から複数回に分けて転
送されてくる電荷を一旦蓄積して合成した後、４相のク
ロックパルスφ２にて、ｑａで掃き出すようになってい
る。

なお、各積分器１３への電荷の転送あるいは掃き出しは
、クロックパルスφ３にて制御されるトランスファゲー
ト２０及びクロックパルスφ４にてａ１１御されるトラ
ンスファゲート１５にて制御されるようになっている。

１なわち、電荷を各積分器１３に転送する場合には上記
トランスファゲート２０を開成するとともに他のトラン
スフアゲ−１〜１５を閉成し、これにより上記電荷は所
定の積分器１３に転送される。

一方、電荷を上記ドレイン１４を介して捨て去る場合に
は、上記トランスファゲート２０を開成するとともに、
上記他のトランスファゲート１５を開成し、これにより
電荷は上記ドレイン１４を介して捨て去られる。

また、棉き出された電荷の上記蓄積部１９への転送は、
上記他のトランスフ１ゲート１５及びクロックパルスφ
５にて制御されるその他のトランスファゲート２１にて
転送制御されるようになっている。

モし−で、上記積分器部１８の各積分器１３から掃き出
された電荷は、上記トランスファゲート２１を介しで４
相のクロックパルスφ６．φ７にて各々駆動される垂直
レジスタ１６及び水平転送部１７を介して映像信号とし
て出力端子２２から出力されるようになっている。

上述の如き構成のＣＯＤにおいて、各光電変換部１０に
て撮像光を光電変換して得られた電荷は所定の局出し方
法によって第２図（Ａ）に示す如く複数回に分けて隣接
する各垂直転送部１１に掃き出される。

なお、この棉出し方法としては、上下画素分を混ぜてか
ら掃き出づ方法のみならず、全画素のまま掃き出す方法
も可能であり、上下画素の組合せを変えることによりイ
ンタレース掃出しも可能である。

また、上記垂直転送部１１は、上記水平転送部１７から
の掃出し速度を１／６０秒とすると、その１０００侶程
ａ　（６０ｋｔ−１ｚ　）の高速で転送を行う。

これにより、この垂直転送部１１の面積が光電変換部１
０の面積よりも小さくても、この垂直転送部１１に掃き
出される１回毎の電荷量が少なく、かつ、掃き出された
電荷を高速で転送することにより光電変換部１０にて得
られたすべての電荷を上記積分器１３に十分に転送する
ことができるとと°もに、−回に転送する電荷量が少な
くなるため前述の如くこの垂直転送部１１を２相のクロ
ックパルスφ１で駆動Ｊ゛ることができる。

そして、上記垂直転送部１１から１荷が転送されてくる
間は、上記トランスファゲート２０が開成されるととも
に上記他のトランスファゲート１５が閉成され、かつ上
記各積分器１３がホールドモードにされるため転送され
てきた電荷は各積分器１３にて一旦蓄積されて合成され
る。

この積分器部１８は、このような容積合成を１／６０秒
（１フイ一ルド期間）継続し、上記光電変換部１０にて
得られた１フレ一ム分の電荷の蓄積が終了した後、上記
１−ランスファゲート２０を介して蓄積した電荷を上記
クロックパルスφ２にて速い転送速度で１フイ一ルド分
づつインタレースするように帰き出して上記トランスフ
ァゲート２１を介して上記蓄積部１９の各垂直レジスタ
１６に転送する。

そして、転送された電荷は、上記クロックパルスφ６．
φｌにて垂直レジスタ１Ｇ及び水平転送部１７を転送さ
れて上記出力端子２２から１フイ一ルド分づつ出力され
る。

上述の如く、本実施例に係るＣＯＤにおいては、イメー
ジＶ部１２における垂直転送部１１の占有面積を十分小
さくすることができるため、このＣＯＤの間口率を大き
くすることができる。

また、上記垂直転送部１１から各積分器１３への転送速
度を速くすることにより、この垂直転送部１１の転送電
荷口を多くすることができるため、このＣＯＤのダイナ
ミックレンジを拡大することもできる。

さらに、上記垂直転送部１１から電荷が転送されてくる
間は、上記各積分器１３をホールドモードにするととも
に上記トランスファゲート２０及び他のトランスファゲ
ート１５を交Ｈに所定のタイミングで開閉し、上記トラ
ンスフアゲ−１〜２０が閉成されているとともに他のト
ランスファゲート１５が閉成されている間に転送されて
くる電荷を上記ドレイン１４を介して捨てることにより
、１回の露光によって得られる電荷を任意に間引くこと
ができ、これによりこのＣＯＤの感度を任意に可変する
ことができる。

そして、この間引き方については、例えば第２図（Ｂ）
に示す如く上記光電変換部１０から掃き出される電荷の
うち、偶数回目に掃き出される電荷を捨てたり、第２図
（Ｃ）に示す如く奇数回目に掃き出される電荷を捨てる
ことにより、電荷を均等に間引くようにずればよい。

さらに、本実施例によれば、先に説明したように上記イ
メージＶ部１２の開口率を大ぎくして感度を良くするこ
とができるため、露光時間が極めて短い場合でも十分な
電荷を得ることができ、これにより本実施例に係るＣＯ
Ｄを用いればフレームスチル再生の画像品位を益々向上
させることができる。

また、このＣＯＤのダイナミックレンジは大きいため、
明るい被写体を長い露光時間でＢＨＩした場合にもスミ
アやブルーミングのない鮮明な画像が得られた。

（発明の効果） 上述の説明から明らかなように、本発明によれば光電変
換部から帰き出される電荷を適当に間引くことにより固
体８＆素子の感度を可変することができるとともに、動
きの速い被写体を撮影する場合でも自然な撮影を行なう
ことができる。

また、捨て去る電荷量を同じにして電荷の間引き方を種
々可変することにより、感度を落すことなく実質的にシ
ャッタ速度を可変することができる。

さらに、電荷を掃き出させる場合と、ドレインから捨て
去る場合とで電荷の転送方向を同じにすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体１１υ像素子の実施例を模式
的に丞す図、第２図は電荷の掃き出しを模式的に示す図
、第３図は従来例を模式的に示づ図である。 １０・・・光電変換部、１１・・・垂直転送部、１２・
・・イメージＶ部、１３・・・積分器、１４・・・ドレ
イン、１５・・・トランスファゲート（他のトランスフ
アゲ−１−）、 １６・・・垂直レジスタ、１７・・・水平転送部。 雰 和ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　各画素に対応して撮像光を光電変換する光電変換部及
   びこれら光電変換部から掃き出される電荷を転送する垂
   直転送部とを有するイメージャ部と、このイメージャ部
   から転送される各光電変換部からの電荷を一旦蓄積する
   積分器と、 上記イメージャ部の出力側に設けられ、このイメージャ
   部から転送される不要電荷を捨てるドレインと、 上記イメージャ部から転送される電荷を上記積分器ある
   いはドレインに選択的に転送制御するトランスファゲー
   トと、 上記各積分器から掃き出される電荷を映像信号として出
   力するための垂直レジスタ及び水平転送部とを備え、 １回の露光によって各光電変換部にて得られる電荷を複
   数回に分けて上記垂直転送部に掃き出した後、これら複
   数回に分けて掃き出される任意回の電荷を上記トランス
   ファゲートを介して上記ドレインから捨てて任意に間引
   くとともに、残った電荷を上記水平転送部からの掃き出
   しに間に合うように上記各積分器に高速で転送して合成
   することにより感度を可変するようにしたことを特徴と
   する固体撮像素子。