JPH03153176A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH03153176A JPH03153176A JP1292731A JP29273189A JPH03153176A JP H03153176 A JPH03153176 A JP H03153176A JP 1292731 A JP1292731 A JP 1292731A JP 29273189 A JP29273189 A JP 29273189A JP H03153176 A JPH03153176 A JP H03153176A
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- JP
- Japan
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- solid
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- state image
- vertical transfer
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は固体撮像装置に関Ｉ〜、特にＣＣＤ型固体撮倣
素了を用いｔ“固体撮像装置に関する。 〔従来の技佑〕 近年の技術の進歩ｔ、−より、固体撮像素子も小型化、
高解像度化が進む一方、感度Ｓ／Ｎについても、オンチ
ップ増幅器の改良や周辺回路での信号処理により、着実
に進歩がばかられてぎた。しかし、より高解像度化の達
成には光電変換素子の面積、垂直転送レジスタの幅の減
少が避けられず、出力のダイナミックレンジの低下が否
めない。 従来の固体撮像装置は現行のテレビジョンフォーマット
に従い２：１インターレースを前８に設計されたものが
多く、垂直方向の光電変換素子２個に対して１つの独立
したポテンシャルウェルを持つように、垂直転送レジス
タの電極を構成しているが、テレビジョン放送の画質の
改善で検討されているＥＤＴＶ （イクステンデッド・
ディフィニション・ティービー（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄ
ｉｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴＶ））ではノンインターレース
走査が提案されており、光電変換素子ＩＨに対して１つ
のボテンシャルウェルが必要となる。 〔発明が解決１〜ようとする課題〕 以上説明したように、垂直転送レジスタの転送電荷量は
ますます減少する傾向にあり、光電変換素子の感度、最
大出力とのバランスを考慮してその幅を設訂することに
なり、設Ｊ１の自由度が少なくなり固体撮像素子のダイ
ナミックレンジが大きく制約されるといった欠点がある
。 〔課題を解決するための手段〕 本発明の固体撮像装置は、縦方向にＮ （Ｎは自然数）
個の光電変換素子の組毎に１つ宛順次に垂直転送レジス
タへ電荷を読み出す手段をωｈえた固体撮像素子と、前
記光電変換素子の全素子数の少なくとも２倍の蓄積容量
を有するメモリと、前記固体撮像素子の駆動及び前記メ
モリを制御する制御回路と々備え、前記制御回路により
前記固体撮像素子からＮ回の読み出しを行い前記光電変
換素子全素子の出力を独立にｎｊＪ記メセメモリ積した
後、テレビジョンフォーマツ）・に基づいた映像信号を
前記メモリから読出すようにしたというものである。 〔実施例Ｊ 次に本発明について図面を参照１−で説明する。 第１図は本発明の一実施例の構成図である。 固体撮像素子５は光電変換素子１．垂直転送レジスタ２
．水平転送レジスタ３．出力増幅器４を含むインターラ
イン型の電荷転送素子であり、垂直転送１／ジスタ３は
２Ｎ本のクロックパルスにより駆動可能となっており最
大２Ｎ相のクロックパルスの入力が可能である。本装買
のシステムは制御回路８により発生したドライブパルス
から水平ドライブ回路７及び垂直ドライブ回路６を通し
て固体撮像素子５にφｖ１〜φｖＮ及びφＨ２，φＩＬ
。 φＲのクロックパルスを供給する一方増幅器９で増幅さ
れＡ／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換された固体撮像素
子５の信号をメモリ１１で蓄積１〜、この信号のデータ
変換動作を同じく、制御回路８によりドライブパルスに
同期して実行するようになっている。この動作を２Ｎ−
８の場合を例にとって第２図の平面構成図及び第３図、
第４図のタイミングブヤ−１・を用いて説明十イ〉。 第２図は本実施例に用いる固体撮像索−１の平面図であ
るが、この固体撮像素子はＩｊＩＪ造上１．ｊ、全く般
的なインターライン型電荷転送素了と同一−−Ｃ？チャ
ネルストップ２１に囲まれた光電変換素子領域２１−１
．・・・と、読出しゲート領域２３１、・・・と、垂直
転送チャネル２４と、チャネル電位の違いを利用して３
値パルスで読出１．ゲート電極を兼ねる第２層の垂直転
送レジスタ電極２５−エ、・・・及び第１層電極２６−
１．・・・とから成っている。ここでは転送レジスタ上
の遮光層を記していないが実際には垂直転送チャネル２
４」−に遮光層が存在することは言うまでもない。第２
図で特徴的なのは第１層電極２６−１．・・・及び第２
層電極２５−１．・・・が通常３相もしくは４相で電荷
を転送するため外部より供給される電極の配線をそれぞ
れ３も？、 ＜は４本としているがここではこれに冗長
度をもたせ８本としている点である。このような構造と
することにＪ：り各垂直転送１ノジスタ電極に第３図に
示すような最大８相のクロックφ〜、ハ、・・・、φＶ
ｎを印加すイ〉ことかできるように７”、（イ゛）１、
゛ｊノ゛、Ｉ：わｒ）１、ての堝台常に蓄積状態にある
１′９のボテ〕・・′シ・２ヘル）’）、Ｊを作り出す
ための電極数は４と／′
素了を用いｔ“固体撮像装置に関する。 〔従来の技佑〕 近年の技術の進歩ｔ、−より、固体撮像素子も小型化、
高解像度化が進む一方、感度Ｓ／Ｎについても、オンチ
ップ増幅器の改良や周辺回路での信号処理により、着実
に進歩がばかられてぎた。しかし、より高解像度化の達
成には光電変換素子の面積、垂直転送レジスタの幅の減
少が避けられず、出力のダイナミックレンジの低下が否
めない。 従来の固体撮像装置は現行のテレビジョンフォーマット
に従い２：１インターレースを前８に設計されたものが
多く、垂直方向の光電変換素子２個に対して１つの独立
したポテンシャルウェルを持つように、垂直転送レジス
タの電極を構成しているが、テレビジョン放送の画質の
改善で検討されているＥＤＴＶ （イクステンデッド・
ディフィニション・ティービー（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄ
ｉｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴＶ））ではノンインターレース
走査が提案されており、光電変換素子ＩＨに対して１つ
のボテンシャルウェルが必要となる。 〔発明が解決１〜ようとする課題〕 以上説明したように、垂直転送レジスタの転送電荷量は
ますます減少する傾向にあり、光電変換素子の感度、最
大出力とのバランスを考慮してその幅を設訂することに
なり、設Ｊ１の自由度が少なくなり固体撮像素子のダイ
ナミックレンジが大きく制約されるといった欠点がある
。 〔課題を解決するための手段〕 本発明の固体撮像装置は、縦方向にＮ （Ｎは自然数）
個の光電変換素子の組毎に１つ宛順次に垂直転送レジス
タへ電荷を読み出す手段をωｈえた固体撮像素子と、前
記光電変換素子の全素子数の少なくとも２倍の蓄積容量
を有するメモリと、前記固体撮像素子の駆動及び前記メ
モリを制御する制御回路と々備え、前記制御回路により
前記固体撮像素子からＮ回の読み出しを行い前記光電変
換素子全素子の出力を独立にｎｊＪ記メセメモリ積した
後、テレビジョンフォーマツ）・に基づいた映像信号を
前記メモリから読出すようにしたというものである。 〔実施例Ｊ 次に本発明について図面を参照１−で説明する。 第１図は本発明の一実施例の構成図である。 固体撮像素子５は光電変換素子１．垂直転送レジスタ２
．水平転送レジスタ３．出力増幅器４を含むインターラ
イン型の電荷転送素子であり、垂直転送１／ジスタ３は
２Ｎ本のクロックパルスにより駆動可能となっており最
大２Ｎ相のクロックパルスの入力が可能である。本装買
のシステムは制御回路８により発生したドライブパルス
から水平ドライブ回路７及び垂直ドライブ回路６を通し
て固体撮像素子５にφｖ１〜φｖＮ及びφＨ２，φＩＬ
。 φＲのクロックパルスを供給する一方増幅器９で増幅さ
れＡ／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換された固体撮像素
子５の信号をメモリ１１で蓄積１〜、この信号のデータ
変換動作を同じく、制御回路８によりドライブパルスに
同期して実行するようになっている。この動作を２Ｎ−
８の場合を例にとって第２図の平面構成図及び第３図、
第４図のタイミングブヤ−１・を用いて説明十イ〉。 第２図は本実施例に用いる固体撮像索−１の平面図であ
るが、この固体撮像素子はＩｊＩＪ造上１．ｊ、全く般
的なインターライン型電荷転送素了と同一−−Ｃ？チャ
ネルストップ２１に囲まれた光電変換素子領域２１−１
．・・・と、読出しゲート領域２３１、・・・と、垂直
転送チャネル２４と、チャネル電位の違いを利用して３
値パルスで読出１．ゲート電極を兼ねる第２層の垂直転
送レジスタ電極２５−エ、・・・及び第１層電極２６−
１．・・・とから成っている。ここでは転送レジスタ上
の遮光層を記していないが実際には垂直転送チャネル２
４」−に遮光層が存在することは言うまでもない。第２
図で特徴的なのは第１層電極２６−１．・・・及び第２
層電極２５−１．・・・が通常３相もしくは４相で電荷
を転送するため外部より供給される電極の配線をそれぞ
れ３も？、 ＜は４本としているがここではこれに冗長
度をもたせ８本としている点である。このような構造と
することにＪ：り各垂直転送１ノジスタ電極に第３図に
示すような最大８相のクロックφ〜、ハ、・・・、φＶ
ｎを印加すイ〉ことかできるように７”、（イ゛）１、
゛ｊノ゛、Ｉ：わｒ）１、ての堝台常に蓄積状態にある
１′９のボテ〕・・′シ・２ヘル）’）、Ｊを作り出す
ための電極数は４と／′
【・す、４相ン梢−でツクの場
合と比較して２倍の垂直転送】ノＳ〉スタの電荷量を得
ることができ”る。 １〜かしながら、垂直転送レジスタに同時に存在１−う
るポテンシャルウェルの数は１／２となるため、１回の
転送による垂直方向の解像度はｌ／２となる。従って規
定の垂直解像度を得るためには１フイールドに２回２：
１インタ一レース動作を行い光電変換素子からの電荷の
読み出し全素子からの出力を１フイールド内に実行する
必要がある。 またノンインターレース動作の出力信号を得るためには
さらに２倍の読み出１〜が必要となり、４：１インタ一
１７−ス動作を行うことになる。すなわち第４図のＪ゛
うに’ｒｌ、Ｔ２．Ｔｓ、Ｔａと１／４フイールドずつ
順にφ■２．φ■８．φ■５．φＶ ｒ ノミ極で電荷
を読み出ｌ〜順次この電荷を出力に転送することになる
。 このようにして出力された信号は第１図の増幅器９を通
り、Ａ／Ｄコンバータ】０を通り、制御回路８によりメ
モリ１１の所定の番地に格納される。そして次のフィー
ルド期間に同じく制御回路８によりメモリ１１よりの読
み出し順序を制御する・−とによって、所望のインター
レース動作もしくはノンインタ−１ノース動作による映
像信号出力を得ることができる。 ずなわち、固体撮像素子の垂直転送レジスタのポテンシ
ャルウェルの形成状態を変え転送信号量を増大させつい
で外部メモリを用いてインター・１ノース変換を実行す
ることにより、固体撮像装置のダイナミックレンジを改
善することができ、また垂直転送レジスタの幅を狭める
設訂も可能となす感度向上等にも寄与しバランスのよい
システムが実現できることになる。さらに第３図では４
電極が蓄積状態にあるものを例にとったが、ポテンシャ
ルウェルを分離する障壁は、２電極で実現できるので蓄
積可能な電極数の最大は６（＝８２）であり、そのよう
にすると垂直転送レジスタの容］を最大３倍とすること
ができる。また本実施例においてφｖ１とφ■１．φＶ
、とφ■６．φ■３とφｖ７．φｖ４とφ■、を外部で
共通に接続すれば全〈従来の固体撮像素子と共通な構造
とすることができ大変汎用性の高いものとなっている。 第５図に本発明の他の実施例の平面構成図を示す。 本実施例では、固体撮像素子を光電変換素子１つにつぎ
垂直転送レジスタの転送電極を１つのみ対応させ、Ｎ：
１インタ一レース動作を前提と１〜て外部電極数を低減
させ４本とする構造にしである。第６図にタイミングチ
ャートを示すようにノンインタ−１７−ス動作の画像を
得るためには一実施例と同じく１フイ一ルド期間内に４
回の読み出し、転送動作が必要となる。この例では同時
に蓄積状態にあるポテンシャルウェルの面積は最大２倍
であり一実施例より小さくなるが、構造が簡単であり高
密度化に適している他、電極数が少ないためクロック位
相マージンの他、パッケージングの面でも有利である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、固体撮像索子の光電変換
素子Ｎ個に対して１つのボラーンシ・１．ルウエルを持
つように垂直転送１、・ジスタの電（不構成を変更し、
かつメモリを用いてＮ：１インタレ一ス動作で得られた
信号電荷なテ１ノビジョンフォーマットに合致１−た信
号に再構成づることにより、固体撮像素子の垂直転送１
ノジスタの１つのポテンシャルウェルを形成する面積を
増大させ、高解像度固体撮像装置のダイナミックレンジ
を飛躍的に増大させることができるという効果がある。
合と比較して２倍の垂直転送】ノＳ〉スタの電荷量を得
ることができ”る。 １〜かしながら、垂直転送レジスタに同時に存在１−う
るポテンシャルウェルの数は１／２となるため、１回の
転送による垂直方向の解像度はｌ／２となる。従って規
定の垂直解像度を得るためには１フイールドに２回２：
１インタ一レース動作を行い光電変換素子からの電荷の
読み出し全素子からの出力を１フイールド内に実行する
必要がある。 またノンインターレース動作の出力信号を得るためには
さらに２倍の読み出１〜が必要となり、４：１インタ一
１７−ス動作を行うことになる。すなわち第４図のＪ゛
うに’ｒｌ、Ｔ２．Ｔｓ、Ｔａと１／４フイールドずつ
順にφ■２．φ■８．φ■５．φＶ ｒ ノミ極で電荷
を読み出ｌ〜順次この電荷を出力に転送することになる
。 このようにして出力された信号は第１図の増幅器９を通
り、Ａ／Ｄコンバータ】０を通り、制御回路８によりメ
モリ１１の所定の番地に格納される。そして次のフィー
ルド期間に同じく制御回路８によりメモリ１１よりの読
み出し順序を制御する・−とによって、所望のインター
レース動作もしくはノンインタ−１ノース動作による映
像信号出力を得ることができる。 ずなわち、固体撮像素子の垂直転送レジスタのポテンシ
ャルウェルの形成状態を変え転送信号量を増大させつい
で外部メモリを用いてインター・１ノース変換を実行す
ることにより、固体撮像装置のダイナミックレンジを改
善することができ、また垂直転送レジスタの幅を狭める
設訂も可能となす感度向上等にも寄与しバランスのよい
システムが実現できることになる。さらに第３図では４
電極が蓄積状態にあるものを例にとったが、ポテンシャ
ルウェルを分離する障壁は、２電極で実現できるので蓄
積可能な電極数の最大は６（＝８２）であり、そのよう
にすると垂直転送レジスタの容］を最大３倍とすること
ができる。また本実施例においてφｖ１とφ■１．φＶ
、とφ■６．φ■３とφｖ７．φｖ４とφ■、を外部で
共通に接続すれば全〈従来の固体撮像素子と共通な構造
とすることができ大変汎用性の高いものとなっている。 第５図に本発明の他の実施例の平面構成図を示す。 本実施例では、固体撮像素子を光電変換素子１つにつぎ
垂直転送レジスタの転送電極を１つのみ対応させ、Ｎ：
１インタ一レース動作を前提と１〜て外部電極数を低減
させ４本とする構造にしである。第６図にタイミングチ
ャートを示すようにノンインタ−１７−ス動作の画像を
得るためには一実施例と同じく１フイ一ルド期間内に４
回の読み出し、転送動作が必要となる。この例では同時
に蓄積状態にあるポテンシャルウェルの面積は最大２倍
であり一実施例より小さくなるが、構造が簡単であり高
密度化に適している他、電極数が少ないためクロック位
相マージンの他、パッケージングの面でも有利である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、固体撮像索子の光電変換
素子Ｎ個に対して１つのボラーンシ・１．ルウエルを持
つように垂直転送１、・ジスタの電（不構成を変更し、
かつメモリを用いてＮ：１インタレ一ス動作で得られた
信号電荷なテ１ノビジョンフォーマットに合致１−た信
号に再構成づることにより、固体撮像素子の垂直転送１
ノジスタの１つのポテンシャルウェルを形成する面積を
増大させ、高解像度固体撮像装置のダイナミックレンジ
を飛躍的に増大させることができるという効果がある。
第１図は本発明の構成図、第２図は第１図の固体撮像素
子の部分平面構造図、第３図は第２図の構造の場合の垂
直転送１／ジスタ駆動のタイミングチャート、第４図は
第３図の転送動作１段分のタイミングチャート、第５図
は第１図の固体撮像素子の側構造の部分平面構成図、第
６図は第５図の構造の場合の垂直転送レジスタ駆動のタ
イミングチャート、第７図は第６図の転送動作の１段分
のタイミングチ１−−−１−’Ｑで示す。 ］・・・・・光電変換素子、２・・・・・・垂直転送１
／ジスタ、：４・・・・・・水平＜シ＼）、′！ζ１−
゛ジスタ、４・・・・・・出力部、５・・・・・・固体
Ｈｄ像素〕・、（ｊ・・・・・・垂直ドライブ回路、７
・・団・水平ドライノ゛回ｊＬｈ、ト・・・・・制御回
路、９・・・・・・増幅！、１０・・・・・・Ａ／Ｄコ
ンバータ、１１・・・・・・メモリ、１２・・・・・・
Ｄ ／ Ａ ＝ｉンバータ、１３・・・・・・映像信号
出力、２１・・・・・・チャネルストッパ、２２−１，
２２２、・・・、・・・・・・光電変換素子領域、２３
−１．２３−２、・・・、・・・・・・読出しゲー ト
領域、２４・・・・・・垂直転送チャネル、２５−１，
２５−２．・・・、・・・・・・第２層電極、２６−１
．２６−２．・・・、・・・・・・第１層電極。
子の部分平面構造図、第３図は第２図の構造の場合の垂
直転送１／ジスタ駆動のタイミングチャート、第４図は
第３図の転送動作１段分のタイミングチャート、第５図
は第１図の固体撮像素子の側構造の部分平面構成図、第
６図は第５図の構造の場合の垂直転送レジスタ駆動のタ
イミングチャート、第７図は第６図の転送動作の１段分
のタイミングチ１−−−１−’Ｑで示す。 ］・・・・・光電変換素子、２・・・・・・垂直転送１
／ジスタ、：４・・・・・・水平＜シ＼）、′！ζ１−
゛ジスタ、４・・・・・・出力部、５・・・・・・固体
Ｈｄ像素〕・、（ｊ・・・・・・垂直ドライブ回路、７
・・団・水平ドライノ゛回ｊＬｈ、ト・・・・・制御回
路、９・・・・・・増幅！、１０・・・・・・Ａ／Ｄコ
ンバータ、１１・・・・・・メモリ、１２・・・・・・
Ｄ ／ Ａ ＝ｉンバータ、１３・・・・・・映像信号
出力、２１・・・・・・チャネルストッパ、２２−１，
２２２、・・・、・・・・・・光電変換素子領域、２３
−１．２３−２、・・・、・・・・・・読出しゲー ト
領域、２４・・・・・・垂直転送チャネル、２５−１，
２５−２．・・・、・・・・・・第２層電極、２６−１
．２６−２．・・・、・・・・・・第１層電極。
Claims (1)
- 縦方向にＮ（Ｎは自然数）個の光電変換素子の組毎に１
つ宛順次に垂直転送レジスタへ電荷を読み出す手段を備
えた固体撮像素子と、前記光電変換素子の全素子数の少
なくとも２倍の蓄積容量を有するメモリと、前記固体撮
像素子の駆動及び前記メモリを制御する制御回路とを備
え、前記制御回路により前記固体撮像素子からＮ回の読
み出しを行い前記光電変換素子全素子の出力を独立に前
記メモリに蓄積した後、テレビジョンフォーマットに基
づいた映像信号を前記メモリから読出すようにしたこと
を特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292731A JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
| US07/612,266 US5229857A (en) | 1989-11-09 | 1990-11-09 | Solid state imaging apparatus with large electric charge amount in vertical transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292731A JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03153176A true JPH03153176A (ja) | 1991-07-01 |
| JP2853216B2 JP2853216B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=17785595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1292731A Expired - Fee Related JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229857A (ja) |
| JP (1) | JP2853216B2 (ja) |
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| US6087685A (en) * | 1996-12-12 | 2000-07-11 | Sony Corporation | Solid-state imaging device |
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| JP3302927B2 (ja) * | 1998-07-03 | 2002-07-15 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| JP4178638B2 (ja) * | 1998-12-25 | 2008-11-12 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及びその駆動方法 |
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