JPH0241078A

JPH0241078A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0241078A
Application number: JP63191471A
Authority: JP
Inventors: Koichi Harada; 耕一原田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-07-30
Filing date: 1988-07-30
Publication date: 1990-02-09

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）本発明はフレームインターライン（Ｆ　Ｉ　Ｔ）　型の
固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

ＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃ
ｅ）の１つの構造として、フレームインターライン型Ｃ
ＣＤが知られている。このフレームインターライン型Ｃ
ＣＤは、フレームトランスファー型とインターライン型
の中間的な構造を有し、言わばインターライン型のＣＣ
Ｄの垂直ソフトレジスタと水平レジスタの間に、フレー
ム蓄積部が設けられた構造を有している。

また、このようなフレームインターライン型ＣＣＤを用
いて電子シャッター動作を行わせる技術も知られており
、例えば特公昭６２−５２９８８号公報にその記載があ
る。

〔発明が解決しようとする課題］ところで、ＨＤＴＶ　（旧ｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ
　ＴＶ）用等の画素数の多い例えば２００万画素程度の
固体撮像装置を製造しようとする場合、現行の素子構造
をそのまま縮小化しただけでは、十分な開口率を得るこ
とができず、信号電荷量が不足する。その結果、ダイナ
ミックレンジがとれなくなり、Ｓ／Ｎ比の劣化等の問題
が発生する。

そこで、本発明は受光部の微細化を図った場合でも、十
分な信号電荷量を得ることができる固体撮像装置の提供
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は
、水平及び垂直方向にマトリクス状に配された複数の受
光部と、その受光部からの電荷を垂直方向に転送する複
数列の垂直シフトレジスタからなる第１の垂直シフトレ
ジスタ群と、その第１の垂直シフトレジスタ群のそれぞ
れ一端に電気的に結合される第２の垂直シフトレジスタ
群からなる記憶部と、その第２の垂直シフトレジスタ群
の他の一端に電気的に接続される電荷転送型の水平シフ
トレジスタとからなり、１垂直周期中に、垂直方向で互
いに隣接する受光部の少なくとも一方の受光部から上記
第１の垂直シフトレジスタへの複数回の信号電荷の転送
が行われ、その第１の垂直シフトレジスタで一時的な電
荷の蓄積が行われることを特徴とする。

ここで、本発明の固体撮像装置では、受光部から上記第
１の垂直シフトレジスタへの複数回の信号電荷の転送を
フィールド読み出しとフレーム読み出しの２つ方式で行
うことができる。

フィールド読み出しでは、ある１垂直周期中に、垂直方
向に並んだ受光部のうちの奇数番目の受光部及びその次
の受光部の信号電荷が複数回に亘って第１の垂直シフト
レジスタへ転送され、次の１垂直周期中では、垂直方向
に並んだ受光部のうちの偶数番目の受光部及びその次の
受光部の信号電荷が複数回に亘って第１の垂直シフトレ
ジスタへ転送される。

また、フレーム読み出しでは、ある１垂直周期中に、垂
直方向に並んだ受光部のうちの奇数番目の受光部のみで
第１の垂直シフトレジスタへの信号電荷の転送が複数回
行われ、次の１垂直周期中では、垂直方向に並んだ受光
部のうちの偶数番口の受光部のみで第１の垂直シフトレ
ジスタへの信号電荷の転送が複数回行われる。

なお、本発明の固体撮像装置においては、受光部からの
不要電荷の掃き出しを縦型オーバーフロードレイン構造
から行うようにできる。また、上記第１の垂直シフトレ
ジスタへの信号電荷の転送は、垂直ブランキング期間や
水平ブランキング期間に行うことができる。

〔作用〕

垂直ブランキング期間には、第１の垂直シフトレジスク
から第２の垂直シフトレジスタへの電荷の転送が行われ
るが、その他の期間においては、受光部から第１の垂直
シフトレジスタへ複数回の信号電荷の転送が行われる。

従って、その転送の回数をｎ回（ｎは２以上の自然数）
とした時では、受光部に蓄積できる電荷量Ｑｓのｎ倍の
電荷量を第１の垂直シフトレジスタで転送できる。この
ため受光部の開口率が（Ｋくとも十分な電荷を転送させ
ることが可能となり、垂直シフトレジスタの取り扱い電
荷量が受光部のそれに比べて単位面積当たりで大きい場
合には、相対的に面積を小さくして、高密度化が可能と
なる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図はフレームインターライン型のＣＣＤの概略平面
図である。基板１には、水平及び垂直方向にマトリクス
状に配された複数の受光部２が設けられ、その受光部２
の各列に第１の垂直シフトレジスタ３が設けられている
。これら第１の垂直シフトレジスタ３は図中Ｖ方向で示
す垂直方向に電荷を転送する。これら受光部２と第１の
垂直シフトレジスタ３で撮像部が構成される。記憶部は
、第１の垂直シフトレジスタ３のそれぞれ一端に電気的
に結合される第２の垂直シフトレジスタ４からなる。こ
の領域は、Ａ１等により十分に遮光される。その第２の
垂直シフトレジスタ４の他の一端には、図中Ｈ方向に電
荷を転送するための水平シフトレジスタ５が設けられて
いる。この水平シフトレジスタ５により、第２の垂直シ
フトレジスタ４が１ライン毎に出力されることになる。

上記第１の垂直シフトレジスタは、Φｖ１〜Φｖ４の４
相駆動で電荷が転送される。この駆動は３値レベルで行
われ、受光部２からの読み出しはΦｖ１とΦＶ、のレベ
ルが中間レベルよりも高い高レベルとなった時に行われ
る。垂直方向の電荷の転送は、中間レベルと低レベルの
間で高速なりロックが供給されて行われ、これは垂直ブ
ランキング期間中に行われる。なお、Φ■、とΦｖ２は
奇数番目の受光部にかかる転送電極に供給される信号で
あり、ΦＶ、とΦ■４は偶数番目の受光部にかかる転送
電極に供給される信号である。また、可変電子シャッタ
ー動作は、基板の電圧を変化させて電子シャッター動作
をする縦型オーバーフロードレイン構造を用いている。

このような概略構造のフレームインターライン型のＣＣ
Ｄは、受光部２より垂直シフトレジスタ３への読み出し
が、１垂直期間中に複数回行われることで、その受光部
２の面積を小さくすることができ、開口率が低くともそ
の信号電荷量を多くすることができる。そして、この受
光部２より垂直シフトレジスタ３への読み出しには、フ
ィールド読み出し方式とフレーム読み出し方式の２方式
がある。

まず、フィールド読み出し方式は、第４図に示すように
、あるｌ垂直周期中に、垂直方向に並んだ受光部２のう
ちの奇数番目の受光部（Ｓ、、Ｓｓ＋ｌ＋　Ｓ＋ｓ＋４
１　・・・）、〔ｍは奇数〕及びその次の受−先部（Ｓ
１１゜＋、Ｓ□１．・・・）の信号電荷が第１の垂直シ
フトレジスタ３へ転送される。すなわち、第４図中、実
線で示すように、受光部Ｓ、と受光部Ｓ、、１の電荷が
組合わされて、第１の垂直シフトレジスタ３の電荷転送
部に転送され、受光部Ｓ１◆ｔと受光部Ｓ。、３の電荷
が組合わされて、第１の垂直シフトレジスタ３の電荷転
送部に転送される。次の１垂直周期中では、垂直方向に
並んだ受光部２のうちの偶数番目の受光部（Ｓ、、、、
Ｓ、。

３．・・・）及びその次の受光部（Ｓ、、Ｓ□２．Ｓ。

４、・・・）の信号電荷が、図中破線で示すように、受
光部Ｓいや、と受光部Ｓ０．、で組合わされ、受光部Ｓ
□、と受光部Ｓ、、４で組合わされ、それぞれ第１の垂
直シフトレジスタ３の電荷転送部に転送される。すなわ
ち、１つの受光部２においては、１フイールド毎に交互
に隣接する受光部２の一方と電荷が混ぜ合わせられて、
信号電荷の読み出しが行われる。

そして、本実施例の固体盪像装置においては、このフィ
ールド読み出しが１垂直期間中に複数回ずつ行われる。

これを第２図を参照しながら説明する。

第Ｎフィールド前の垂直ブランキングＶｓＬｘｕＪＩ間
の時刻Ｌ０〜時刻ｔ、の間では、Φ■１〜ΦＶ４に高速
のクロックが供給され、信号電荷が第１の垂直シフトレ
ジスタ３から第２の垂直シフトレジスタ４に転送される
。時刻し、の後は、ΦＶ。

Φ■１．ΦＶ４が中間レベル、Φ■２が低レベルとされ
る。そして、時刻む２でΦ■１．Φ■３・が高レベルに
され、受光部２の電荷が第１の垂直シフトレジスタ３へ
転送される。このとき、Φ■２のみが低レベルであり、
従って、第４図で説明したように、Φ■１及びΦ■２に
かかる領域で１つ垂直方向に前の受光部の電荷と合わせ
て蓄積され、Φ■３．Φ■４にかかる領域はその垂直方
向のとなりの領域で電荷の一時蓄積がされる。

第Ｎフィールドの期間中では、上記第２の垂直シフトレ
ジスタ４からは、水平シフトレジスタ５へ電荷が転送さ
れ、順次読み出しが行われる。この動作と並行して、フ
ィールド読み出し方式では、上記期間中にｎ回の電荷の
読み出しを行うことができる。すなわち、第２図中、時
刻も、で示すΦＶ、とΦ■３を高レベルにする動作が、
図中１回のみ図示しているがｎ−１回行われる。この時
刻も、では上記時刻ｔ２の動作が繰り返し行われる。

従って、垂直シフトレジスタ３には、その繰り返し回数
ｎに応して電荷が蓄積されて行くことになり、最終的に
は、第１の垂直シフトレジスタ３にはｎ倍のＱｓだけ信
号電荷が一時的に蓄積されることになる。ここで、Φ■
１とΦＶ、を高レベルにするタイミングは、Ｈブランキ
ング期間に同期して行わせることができ、電子シャッタ
ー動作とも同調させることができる。

次に、第Ｎフィールドが終わり、垂直ブランキングＶｌ
ｌ’ＬＸ期間中の時刻ｔ４〜時刻ｔ、の間では、Φ■１
〜Φ■４に高速のクロックが供給され、ｎ回に分けて一
時的に蓄積された信号電荷が第１の垂直シフトレジスタ
３から第２の垂直シフトレジスタ４に転送される。

次に、第Ｎ＋１フイールドでは、Φｖ２が中間レベルと
なり、ΦＶ４が低レベルにされる。従って、時刻Ｌ６．
Ｌ？でΦ■１．ΦＶ、に高レベルの信号が供給された時
では、Φ■１〜Φ■４にかかる領域の電荷が合わされて
蓄積されることになり、この前後の受光部は他の隣接す
る受光部と組合わされてそれぞれ別個に電荷の蓄積を行
う。

このように、本実施例の固体撮像装置をフィールド読み
出し方式で読み出した場合には、あるフィールド期間に
ｎ（ｎは２以上の自然数）回の読み出しを行うことがで
き、受光部２の開口率や面積を大きくせずに、信号電荷
量を多くすることができる。言い換えれば、受光部２の
面積を小さくすること（例えば１　／　ｎの面積）がで
き、何ら構造を変えることなく、高密度化に有利である
。また、残像も抑えることができる。

次に、フレーム読み出し方式について説明する。

フレーム読み出し方式は、第５図に実線で示すように、
ある１垂直周期中に、垂直方向に並んだ受光部のうちの
奇数番目の受光部（Ｓ、　、　　Ｓ−、ｚ、　Ｓｌや４
．・・・）のみで第１の垂直シフトレジスタ３への信号
電荷の転送が複数回行われる。次の１垂直周期中では、
第５図中破線で示すように、垂直方向に並んだ受光部の
うちの偶数番目の受光部（Ｓｓｏｌ　＋　　Ｓｍ＋３　
＋　・・・）のみで第１の垂直シフトレジスタへの信号
電荷の転送が複数回行われる。

読み出しにかからない受光部では電荷の蓄積が続けされ
ており、従来の固体撮像装置では、不要電荷として捨て
られていた。しかし、本実施例の固体撮像装置では、第
１の垂直シフトレジスタ３の電荷転送の前後に、読み出
しのタイミングがある。このため垂直ブランキング期間
を除く全期間に亘って受光していることになり、受光部
の面積を増大させることなく、信号電荷量を多くするこ
とができる。

そのフレーム読み出しの動作について、第３図を参照し
ながら説明すると、第Ｎフィールド前の垂直ブランキン
グＶｓｔｘ！’Ｊ１間中の時刻ｔｌｏ〜時刻ｔｚの期間
では、Φ■１〜Φ■４に高速のクロックが供給され、信
号電荷が第１の垂直シフトレジスタ３から第２の垂直シ
フトレジスタ４に転送される。そして、その直後の時刻
ｔｌ□でΦ■３のレベルが高レベルとなり、Φ■３にか
かる偶数番目の受光部から第Ｎ−１フイールドの期間に
蓄積された電荷の読み出しが行われる。

第Ｎフィールド期間では、上記第２の垂直シフトレジス
タ４からは、水平シフトレジスタ５へ電荷が転送され、
順次読み出しが行われる。

そして、第Ｎフィールドと第Ｎ＋１フイールドの間。垂
直プ、７キングＶＩＬＫ期間中に、時刻ｔＩ３で同じΦ
ｖ３のレベルが高レベルとなり、垂直シフトレジスタ３
、の２回目の読み出しが行われる。この読み出しは第Ｎ
フィールドにかかる信号電荷を読みだすものである。従
って、この時点で、垂直シフトレジスタ３では第Ｎ−１
フイールドの期間に蓄積された電荷と第Ｎフィールドの
期間に蓄積された電荷が合わされて一時的に蓄積されて
いることになる。

その直後の時刻Ｌｅａ〜時刻ｔ１５では、Φｖ１〜ΦＶ
、に高速のクロックが供給され、信号電荷が第１の垂直
シフトレジスタ３から第２の垂直シフトレジスタ４に転
送される。このとき転送される電荷は、偶数番目の受光
部２にかかる信号電荷のみであり、しかも２フイ一ルド
分の信号電荷である。

次の同じ垂直ブランキングｖｌｌＬＫ期間中の時刻ｔ１
６では、Φｖ１のレベルが高レベルとなり、Φ■１にか
かる奇数番目の受光部２から第Ｎフィールドの期間に蓄
積された電荷の読み出しが行われる。そして、第Ｎ＋１
フイールドの後の時刻１＋１で、上記Φ■、と同様に、
再びΦｖ１のレベルが高レベルとなり、２回目の読み出
しが行われる。

この２回目の読み出しでは、第Ｎ＋１フイールドの期−
間に蓄積された電荷が読み出され、第Ｎフィールドと第
Ｎ＋１フイールドの２フイ一ルド分の電荷が合わされて
、次の高速クロックの供給によって、垂直方向に電荷が
転送されて行く。

このように、本実施例の固体撮像装置をフレーム読み出
し方式で動作させた場合には、１つのフィールドで奇数
若しくは偶数番目の受光部が２回に亘って読み出される
。この時、最初の読み出しは前フィールドで蓄積した電
荷を垂直シフトレジスタ３に転送するものであり、後の
読み出しと合わせて第２の垂直シフトレジスタ４に転送
される。

このため、受光部の信号電荷量が見かけ上２倍になるこ
とになり、その性能を向上させることができる。また、
垂直の解像度を高くとれる。

なお、本発明の固体撮像装置は、上述の実施例に限定さ
れず、その要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行う
ことアくできる。例えば、受光部に集光手段を設けたり
、電子シャッター手段を付加することを任意に行い得る
。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置は、フレームインターライン型の
構造において、１垂直期間中に複数同第１の垂直シフト
レジスタへ信号電荷を受光部より転送しているために、
信号電荷量をその回数に応じて増加させることができる
。これは、受光部自体を小さくしても、ダイナミックレ
ンジやＳ／Ｎ比を大きくすることが可能となり、素子の
高密度な配置も可能となる。

は本発明の固体撮像装置の一例のフレーム読み出し方式
を説明するためのタイミングチャート、第４図はフィー
ルド読み出し方式を説明するための要部平面図、第５図
はフレーム読み出し方式を説明するための要部平面図で
ある。

２・・・受光部３・・・第１の垂直シフトレジスタ４・・・第２の垂直シフトレジスタ５・・・水平シフトレジスタ特許出願人　　　ソニー株式会社代理人弁理士　小泡　晃（他２名）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるフレームインターライン型の固
体撮像装置の概略平面図、第２図は本発明の固体撮像装
置の一例のフィールド読み出し方式を説明するためのタ
イミングチャート、第３図フィーＩＬ４二吉ｓ−；ｈ＋
七し第４図フし一ム師ン比し第５図手続補正書（白側平成１年１月１８日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水平及び垂直方向にマトリクス状に配された複数
の受光部と、その受光部からの電荷を垂直方向に転送する複数列の第
１の垂直シフトレジスタからなる第１の垂直シフトレジ
スタ群と、それら第１の垂直シフトレジスタのそれぞれ一端に電気
的に結合される第２の垂直シフトレジスタ群からなる記
憶部と、その第２の垂直シフトレジスタ群の他の一端に電気的に
接続される電荷転送型の水平シフトレジスタとからなり
、１垂直周期中に、垂直方向で互いに隣接する受光部の少
なくとも一方の受光部から上記第１の垂直シフトレジス
タへの複数回の信号電荷の転送が行われ、その第１の垂
直シフトレジスタで一時的な電荷の蓄積が行われる固体
撮像装置。
（２）ある１垂直周期中に、垂直方向に並んだ受光部の
うちの奇数番目の受光部及びその次の受光部の信号電荷
が複数回に亘って第１の垂直シフトレジスタへ転送され
、次の１垂直周期中では、垂直方向に並んだ受光部のう
ちの偶数番目の受光部及びその次の受光部の信号電荷が
複数回に亘って第１の垂直シフトレジスタへ転送される
ことを特徴とする請求項第（１）項記載の固体撮像装置
。
（３）ある１垂直周期中に、垂直方向に並んだ受光部の
うちの奇数番目の受光部のみで第１の垂直シフトレジス
タへの信号電荷の転送が複数回行われ、次の１垂直周期
中では、垂直方向に並んだ受光部のうちの偶数番目の受
光部のみで第１の垂直シフトレジスタへの信号電荷の転
送が複数回行われることを特徴とする請求項第（１）項
記載の固体撮像装置。