JPH0360226B2 - - Google Patents
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- JPH0360226B2 JPH0360226B2 JP59073958A JP7395884A JPH0360226B2 JP H0360226 B2 JPH0360226 B2 JP H0360226B2 JP 59073958 A JP59073958 A JP 59073958A JP 7395884 A JP7395884 A JP 7395884A JP H0360226 B2 JPH0360226 B2 JP H0360226B2
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は高精細画像を再生する高解像度固体装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a high resolution solid state device for reproducing high definition images.
従来の例えばNTSC方式のごときテレビジヨン
標準方式では、垂直方向走査線512本、飛び越し
走査1フレーム2フイード構成、画面アスペクト
比3:4などが定められているため、その撮像手
段である固体撮像装置は、この標準方式に適合す
べく構成されている。
Conventional television standard systems, such as the NTSC system, specify 512 vertical scanning lines, interlaced scanning with 2 feeds per frame, and a screen aspect ratio of 3:4. is configured to comply with this standard.
現在この標準方式に適合した例えばインターラ
イン転送方式CCD(以後IT−CCDと称す)におけ
る画素数は500(垂直)×400(水平)程度である。 Currently, the number of pixels in, for example, an interline transfer type CCD (hereinafter referred to as IT-CCD) that conforms to this standard method is approximately 500 (vertical) x 400 (horizontal).
このようなIT−CCDの撮像動作を第1図を用
いて簡単に説明する。このIT−CCDでは例えば
ホトダイオード(以下PDと称す)で形成された
2N×M個(例えばN=250、M=400)の感光部
P11,P11′,P12,P12′,…,P1N,P1N′,P21,
P21′,P22,P22′,…,P2N,P2N′,…,PM1,
PM1′,PM2,PM2′,…,PMN,PMN′(以下Pi,
Pi′で代表する)と、この感光部Pi,Pi′で光電変
換されて蓄積された信号電荷を読出すための垂直
電荷転送部である垂直CCDレジスタC1,C2,…、
CMが互いに水平方向に交互配列されている。そ
して垂直CCDレジスタの信号電荷は、1段毎に
水平電荷転送部である水平CCDレジスタ1に転
送され、水平有効期間において水平CCDレジス
タ1内を転送された後順次出力部2より読出され
る。4は、感光部Pi,Pi′の信号電荷を垂直CCD
レジスタC1,C2,…CMによみだすためのフイー
ルドシフトゲートである。 The imaging operation of such an IT-CCD will be briefly explained using FIG. In this IT-CCD, for example, a photodiode (hereinafter referred to as PD) is used.
2N×M photosensitive parts (for example, N=250, M=400)
P 11 , P 11 ′, P 12 , P 12 ′, …, P 1N , P 1N ′, P 21 ,
P 21 ′, P 22 , P 22 ′,…, P 2N , P 2N ′,…, P M1 ,
P M1 ′, P M2 , P M2 ′, …, P MN , P MN ′ (hereinafter Pi,
(represented by Pi') and vertical CCD registers C1 , C2 ,...
C M are arranged horizontally alternating with each other. The signal charges in the vertical CCD registers are transferred stage by stage to the horizontal CCD register 1, which is a horizontal charge transfer unit, and are sequentially read out from the output unit 2 after being transferred within the horizontal CCD register 1 during the horizontal valid period. 4 shows the signal charges of the photosensitive parts Pi and Pi′ using the vertical CCD.
This is a field shift gate for reading data into registers C 1 , C 2 , . . . CM .
ここで垂直CCDレジスタC1,C2,…,CMにお
ける垂直方向の転送段数は感光部P1,P1′の垂直
方向画素数の半数のN(=250)である。通常のテ
レビジヨン標準方式においては1フレームは2フ
イールドより構成され、またインターレス走査を
行なつている。従つてIT−CCDでもこれに適合
した撮像動作を行なつており、先の2フイールド
をA、Bフイールドに分け、Aフイールドでは垂
直方向に連続して設けられた2個の感光部P11,
P11′,P12,P12′,…,P1N,P1N′,P21,P21′,
P22,P22′,…,P2N,P2N′,…,PM1,PM1′,
PM2,PM2′,…,PMN,PMN′で蓄積された信号電
荷を合せて読出し、Bフイールドでは、垂直にA
フイールドで読出した2個の感光部に対して空間
的に垂直方向に対して180度位相が異なる連続し
た2個の感光部P11′,P12,P12′,P13,…,P21′,
P22,P22′,P23,…,PM1′,PM2,PM2′,PM3,…
で蓄積された信号電荷を合せて読出す。このよう
な信号電荷読出しモードをフイールド蓄積モード
と呼び、この場合、垂直方向においてA、Bフイ
ールドで読出される信号の空間的位相が180度異
なるため、感光領域全域からは2N×M個(=500
×400個)のサンプル点が得られる。 Here, the number of vertical transfer stages in the vertical CCD registers C 1 , C 2 , . In the normal television standard system, one frame consists of two fields, and interlace scanning is performed. Therefore, the IT-CCD also performs an imaging operation compatible with this, and divides the previous two fields into A and B fields, and in the A field, two photosensitive parts P 11 , which are consecutively provided in the vertical direction, are used.
P 11 ′, P 12 , P 12 ′, …, P 1N , P 1N ′, P 21 , P 21 ′,
P 22 , P 22 ′,…, P 2N , P 2N ′,…, P M1 , P M1 ′,
The signal charges accumulated in P M2 , P M2 ′, ..., P MN , P MN ′ are read out together, and in the B field, the signal charges are
Two consecutive photosensitive areas P 11 ′, P 12 , P 12 ′, P 13 , ..., P 21 spatially have a phase difference of 180 degrees in the vertical direction with respect to the two photosensitive areas read out in the field. ′、
P 22 , P 22 ′, P 23 ,…, P M1 ′, P M2 , P M2 ′, P M3 ,…
The accumulated signal charges are read out together. Such signal charge readout mode is called field accumulation mode. In this case, the spatial phases of the signals read out in fields A and B differ by 180 degrees in the vertical direction, so that 2N×M (= 500
*400 sample points are obtained.
これらのサンプル点を第2図に示す。Aフイー
ルドが黒丸印で表わされ、Bフイールドが白丸印
である。このサンプル点は垂直方向の連続2画素
の中間点にとつてある。AとBフイールドサンプ
ル点は図に見られるように正方格子配列となる。 These sample points are shown in FIG. The A field is represented by a black circle, and the B field is represented by a white circle. This sample point is set at the midpoint between two consecutive pixels in the vertical direction. The A and B field sample points are arranged in a square grid as seen in the figure.
このような従来方式のIT−CCDでは1フイー
ルド時間でのサンプル点は垂直が250個、水兵が
400個であり、インターレースによる2フイール
ド期間で垂直が2倍の500個のサンプル点となり、
合計サンプル点は200K個となる。これらの画像
を見ると垂直方向は撮像管と同じサンプル点とな
り問題は無いが、水平方向はかなり見劣りする。
水平方向の画素数としては400個では不足であり、
580個さらには800個と倍増が要求されている。し
かし、同じシリコン・チツプの中に2倍の画素数
を組み込むには極めて微細な集積回路製作技術を
必要とし実用化にはかなりの年数を必要とする。 With this conventional IT-CCD, the number of sample points per field time is 250 vertically, and
There are 400 sample points, and in 2 field periods due to interlacing, the vertical is doubled to 500 sample points,
The total sample points are 200K. Looking at these images, the vertical direction is the same sample point as the image pickup tube, so there is no problem, but the horizontal direction is quite poor.
400 is insufficient for the number of pixels in the horizontal direction,
There are demands to double the number to 580 or even 800. However, incorporating twice the number of pixels into the same silicon chip requires extremely fine integrated circuit fabrication technology, and it will take many years to put it into practical use.
画素数を直接増加せずに疑似的に増加する方法
としてMOS形撮像素子では画素をいわゆる市松
配置(補間配置とも言う)とし、2行同時読出し
インターレースを採用する方式がとられている
(参考文献:テレビジヨン学会誌第37巻第10号812
〜818頁)。MOS形素子では読出しのラインがAl
であり、垂直、水平の配線が容易であり2行(垂
直方向に2画素)同時に読出し、得られた信号を
別々に2本の信号線から出力して外部で容易に半
画素のずれを遅延線により半ビツト調整して、元
の画素位置に対応した時間信号に出来る。 As a method for pseudo-increasing the number of pixels without directly increasing the number of pixels, a method is used for MOS image sensors that uses a so-called checkerboard arrangement (also called an interpolation arrangement) of pixels and adopts two-row simultaneous readout interlacing (References : Journal of the Television Society Vol. 37 No. 10 812
~818 pages). In MOS type elements, the readout line is Al
Vertical and horizontal wiring is easy, and two rows (two pixels in the vertical direction) are read out at the same time, and the obtained signals are output separately from two signal lines, making it easy to delay half a pixel shift externally. By adjusting the line by half a bit, the time signal can be made to correspond to the original pixel position.
これに対して、IT−CCDでは市松画素配置は、
垂直転送CCDを蛇行させる必要があり、構成が
複雑になる。また前述したように垂直方向の2画
素を同時に読出すが、CCDの段数が画素数の半
分であるから別個に保持できず、転送の初期に合
算せざるを得ない。 On the other hand, in IT-CCD, the checkered pixel arrangement is
It is necessary to meander the vertical transfer CCD, making the configuration complicated. Furthermore, as described above, two pixels in the vertical direction are read out simultaneously, but since the number of CCD stages is half the number of pixels, they cannot be held separately and must be combined at the beginning of transfer.
このようにIT−CCDを高精細化するには構造
の複雑化が避けられず、単なる画素数の増加が解
決手段として追及されている。 In this way, increasing the resolution of IT-CCDs inevitably requires a more complex structure, and simply increasing the number of pixels is being pursued as a solution.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、雑音
や感度の点ですぐれるIT−CCDの特徴を生かし
つつ、高精細画像を再生する固体撮像装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that reproduces high-definition images while taking advantage of the characteristics of IT-CCD, which is excellent in terms of noise and sensitivity.
本発明における固体撮像装置においては、垂直
電荷転送部を、垂直方向の画素ごとに一段の電荷
転送段が形成された1画素1段構成とすること、
および、水平電荷転送部に、垂直電荷転送部の垂
直に連続した2画素分の信号電荷を同じ位置で加
算する第1の動作モードと、垂直電荷転送部の
行、列の異なる2画素分の信号電荷を同じ位置で
加算する第2の動作モードとを持たせたことを特
徴とする。上記の如き垂直電荷転送部としては例
えば、本発明者等が先に提案した特開昭58−
161473号公報(出願日S57.2.19)のものを用いれ
ばよい。
In the solid-state imaging device according to the present invention, the vertical charge transfer section has a one-stage structure per pixel in which one charge transfer stage is formed for each pixel in the vertical direction;
A first operation mode in which signal charges for two vertically consecutive pixels of the vertical charge transfer section are added to the horizontal charge transfer section at the same position, and a first operation mode in which signal charges for two pixels in different rows and columns of the vertical charge transfer section are added. It is characterized by having a second operation mode in which signal charges are added at the same position. As the vertical charge transfer section as described above, for example, the present inventors have proposed the
The one published in Publication No. 161473 (filing date S57.2.19) may be used.
本発明によれば、水平方向の画素数を物理的に
増加する事をせずに、従来の集積回路技術で水平
方向に2倍の解像度となる高解像度固体撮像装置
とする事ができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a high-resolution solid-state imaging device with twice the resolution in the horizontal direction using conventional integrated circuit technology without physically increasing the number of pixels in the horizontal direction.
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
第3図は本発明の一実施例による固体撮像装置
の模式的構成図である。ホトダイオードPDで形
成されたM列の感光部P1,P2,…,PMと、同じ
くM列の垂直CCDレジスタC1,C2,…,CMが図
示の如く交互に配列され、感光部の各列はP11,
P11′,P12,P12′,P13,…,P1N,P1N′,P21,
P21′,P22,P22′,P23,…,P2N,P2N′,…,PM1,
PM1′,PM2,PM2′,PM3,…,PMN,PMN′の如く
2N個のPDが配置されており、また垂直CCDレジ
スタの各々はPDに1対1に対応してC11,C11′,
C12,C12′,C13,…,C1N,C1N′,C21,C21′,
C22,C22′,C23,…,C2N,C2N′,…,CM1,
CM1′,CM2,CM2′,CM3,…,CMN,CMN′の如く
2N個の転送段を有する。即ち、感光部と垂直
CCDレジスタが交互に配列され、かつ垂直CCD
レジスタの転送段数と垂直方向PD数は同数とさ
れる。ことでNを例えば250とすると垂直方向の
PD数と垂直CCDレジスタの転送段数は、いずれ
も500となる。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. M rows of photosensitive sections P 1 , P 2 , ..., P M formed by photodiodes PD and M rows of vertical CCD registers C 1 , C 2 , ..., CM are arranged alternately as shown in the figure. Each column of the part is P 11 ,
P 11 ′, P 12 , P 12 ′, P 13 ,…, P 1N , P 1N ′, P 21 ,
P 21 ′, P 22 , P 22 ′, P 23 ,…, P 2N , P 2N ′,…, P M1 ,
Like P M1 ′, P M2 , P M2 ′, P M3 ,…, P MN , P MN ′
2N PDs are arranged, and each vertical CCD register has C 11 , C 11 ′,
C 12 , C 12 ′, C 13 ,…, C 1N , C 1N ′, C 21 , C 21 ′,
C 22 , C 22 ′, C 23 ,…, C 2N , C 2N ′,…, C M1 ,
Like C M1 ′, C M2 , C M2 ′, C M3 ,…, C MN , C MN ′
It has 2N transfer stages. That is, perpendicular to the photosensitive area.
CCD registers are arranged alternately and vertical CCD
The number of register transfer stages and the number of vertical PDs are the same. Therefore, if N is set to 250 for example, the vertical direction
The number of PDs and the number of transfer stages of vertical CCD registers are both 500.
垂直CCDレジスタの構成を第4図に示す。断
面は垂直CCDレジスタの垂直方向にとつてある。
P型シリコン基板10上に埋め込みチヤンネルで
あるN+層11が設けられ、このN+層11上に第
1ゲート酸化膜12が形成されている。そしてこ
のゲート酸化膜12上に第1層目の転送電極15
(15−1,15−2,15−3,…)が形成さ
れ、その上に第2ゲート酸化膜13を介して第2
層目の転送電極16(16−1,16−2,…)
が、第1層目の転送電極15と重なり部AOを有
して形成されている。そしてさらにその上に第3
ゲート酸化膜14を介して垂直方向に連続して第
3層目の転送電極17が形成されている。ここで
この第3層目の転送電極17は、第1層目の転送
電極15と第2層目の転送電極16が重なつてい
ない間隔部において基板に対向するようになつて
いる。 Figure 4 shows the configuration of the vertical CCD register. The cross section is taken in the vertical direction of the vertical CCD register.
An N + layer 11, which is a buried channel, is provided on a P-type silicon substrate 10, and a first gate oxide film 12 is formed on this N + layer 11. Then, a first layer transfer electrode 15 is formed on this gate oxide film 12.
(15-1, 15-2, 15-3,...) are formed, and a second gate oxide film 13 is interposed thereon.
Layer transfer electrodes 16 (16-1, 16-2,...)
is formed with an overlapping portion A O with the first layer transfer electrode 15. And on top of that there is a third
A third layer transfer electrode 17 is formed continuously in the vertical direction with the gate oxide film 14 interposed therebetween. Here, the third layer transfer electrode 17 is arranged to face the substrate at a gap where the first layer transfer electrode 15 and the second layer transfer electrode 16 do not overlap.
そして第1層目の転送電極15、第2層目の転
送電極16及び第3層目の電極17に各々独立な
3相クロツクパルス電圧を印加することにより、
連続した3電極例えば図のAPの範囲を一段の転
送単位として垂直方向の電荷転送が行われる。 By applying independent three-phase clock pulse voltages to the first layer transfer electrode 15, the second layer transfer electrode 16, and the third layer electrode 17,
Vertical charge transfer is performed using three consecutive electrodes, for example, the range A P in the figure, as one transfer unit.
第3図と第4図の構成による撮像動作を説明す
る。まずAフイールドで全ての感光部に蓄積され
た信号電荷をフイールドシフトゲート4を介して
垂直CCDレジスタに同時に転送する。前述のよ
うに垂直CCDレジスタは1画素1段構成である
から各画素の信号電荷が隣接した垂直CCDレジ
スタの各段に個別に保持される。これらの信号電
荷を垂直CCDレジスタの中を第3図の下方へ一
段ずつ転送する。通常のCCDでは1段ずつ転送
されて水平CCDレジスタ5に入つた電荷は水平
方向に高速で転送されて順次出力部2から読み出
される。 The imaging operation using the configurations shown in FIGS. 3 and 4 will be described. First, the signal charges accumulated in all the photosensitive parts in the A field are simultaneously transferred to the vertical CCD register via the field shift gate 4. As described above, since the vertical CCD register has one stage per pixel, the signal charge of each pixel is individually held in each stage of the adjacent vertical CCD register. These signal charges are transferred step by step in the vertical CCD register downward in FIG. In a normal CCD, charges that are transferred one stage at a time and enter the horizontal CCD register 5 are transferred at high speed in the horizontal direction and sequentially read out from the output section 2.
これに対して本実施例の固体撮像装置において
は、垂直方向1段の転送により水平CCDレジス
タ5に入つた1行の電荷をそのまま保持してお
き、さらに垂直方向1段の転送によりもう1行の
電荷が入つた後に水平転送を行なう。この動作を
繰り返すと垂直方向に連続して設けられた2個の
P11,P11′,P12,P12′,…P1N,P1N′,…,P21,
P21′,P22,P22′,…,P2N,P2N′,…,PM1,
PM1′,PM2,PM2′,…,PMN,PMN′で蓄積された
信号電荷が加算されて読み出される。これが水平
CCDレジスタでの第1の動作モードである。 On the other hand, in the solid-state imaging device of this embodiment, one row of charges entered into the horizontal CCD register 5 by one stage of vertical transfer is held as is, and one row of charges is added to the horizontal CCD register 5 by one more stage of vertical transfer. Horizontal transfer is performed after the charge is applied. By repeating this operation, two vertically consecutive
P 11 , P 11 ′, P 12 , P 12 ′,…P 1N , P 1N ′,…, P 21 ,
P 21 ′, P 22 , P 22 ′,…, P 2N , P 2N ′,…, P M1 ,
The signal charges accumulated in P M1 ′, P M2 , P M2 ′, . . . , P MN , P MN ′ are added and read out. this is horizontal
This is the first mode of operation in the CCD register.
次に、Bフイールドにおいては、同じく全ての
感光部に蓄積された信号電荷をフイールドシフト
ゲート4を介して垂直CCDレジスタへ同時に転
送する。これらの信号電荷を垂直方向に1段ずつ
転送して水平CCDシフトレジスタ5に送るがA
フイールドと異なり第2図でダツシユがつかない
感光部例えばP22からの電荷が水平CCDレジスタ
5に入つた時に、そのまま保持せず、水平CCD
レジスタの1段相当分(1列分)だけ前方へ送
る。以下、これを1列順送りと名付ける。1列順
送りした時点で、再び垂直CCDレジスタを1段
転送して、水平CCDレジスタ5にもう1行の電
荷を送り込む。この電荷はダツシユのついた感光
部例えばP11′からのものである。この後に水平転
送を行ない信号を読み出す。この動作を繰り返す
と、Bフイールドの信号は斜め方向に2個の感光
部P11′,P22,P13′,P24…で蓄積された信号電荷
の加算されたものとなる。これが水平CCDレジ
スタでの第2の動作モードである。 Next, in the B field, the signal charges accumulated in all the photosensitive parts are simultaneously transferred to the vertical CCD register via the field shift gate 4. These signal charges are transferred vertically one stage at a time and sent to the horizontal CCD shift register 5.
Unlike the field, when the charge from P22 enters the horizontal CCD register 5, it is not held as it is;
Send forward by one register stage (one column). Hereinafter, this will be referred to as 1-column forwarding. When one column is forwarded, the vertical CCD register is transferred one stage again, and another row of charges is sent to the horizontal CCD register 5. This charge comes from the photosensitive area with the dash, for example P 11 '. After this, horizontal transfer is performed and the signal is read out. When this operation is repeated, the signal of the B field becomes the sum of the signal charges accumulated in the two photosensitive sections P 11 ', P 22 , P 13 ', P 24 . . . in the diagonal direction. This is the second mode of operation with the horizontal CCD register.
これらのAとBフイールドの組み合せによるサ
ンプル点を図示したのが、第5図である。黒丸印
は第2図と同じAフイールドであるが、白丸印の
Bフイールドが水平方向で半分ずれており斜方格
子配列となる。 FIG. 5 shows sample points obtained by combining these A and B fields. The black circle indicates the A field, which is the same as in FIG. 2, but the white circle B field is shifted by half in the horizontal direction, resulting in an orthorhombic lattice arrangement.
本発明者等の1人が他と著者と共に解析して示
したように斜方格子配列では一般に水平解像度が
向上する(参考文献:テレビジヨン学会誌第37巻
第10号819頁〜825頁)。斜方格子配列は、いわゆ
る市松配置であり補間配置であるから、本実施例
の固体撮像装置はIT−CCDを基本としながら、
従来は難しいとされてきたCCDの市松配置をサ
ンプリングの点で達成した事になる。なお、Bフ
イールドのサンプリング点は水平方向で半画素ず
れているので水平信号の時間軸で半画素遅れた位
置に一致させる必要がある。この調整は水平
CCDレジスタへのクロツクパルスの位相180度ず
らす事により半ビツトの遅延として達成できる。 As one of the present inventors and other authors analyzed and showed, the horizontal resolution is generally improved in the orthorhombic lattice arrangement (Reference: Journal of the Television Society, Vol. 37, No. 10, pp. 819-825). . Since the orthorhombic lattice arrangement is a so-called checkerboard arrangement and an interpolation arrangement, the solid-state imaging device of this embodiment is based on IT-CCD, but
This means that the checkered arrangement of CCDs, which was previously thought to be difficult, has been achieved in terms of sampling. Note that since the sampling point of the B field is shifted by half a pixel in the horizontal direction, it is necessary to match the sampling point at a position delayed by half a pixel on the time axis of the horizontal signal. This adjustment is horizontal
This can be achieved as a half-bit delay by shifting the phase of the clock pulse to the CCD register by 180 degrees.
以上の実施例で説明した動作の内、特に水平
CCDレジスタでのA、Bフイールドに対応した
第1、第2の動作モードについて更に具体的に説
明する。第6図は第3図の一部と信号電荷転送の
様子を示す図であり、第7図はAフイールドにお
けるタイミング図、第8図はBフイールドにおけ
るタイミング図である。第6図に示すように本実
施例での構成は垂直CCDレジスタC1は転送電極
がΦV1,ΦV2,ΦV3の3相であり、水平CCDレジ
スタ5は転送電極がΦH1,ΦH2,ΦH3,ΦH4の
4相である。そして、感光部P1で蓄積された信
号電荷をフイールドシフトゲートにより垂直
CCDレジスタC1に転送する電極はΦV2とする。
以下順次この信号電荷が転送されて出力される動
作を説明する。 Of the operations explained in the above examples, especially horizontal
The first and second operation modes corresponding to the A and B fields in the CCD register will be explained in more detail. FIG. 6 is a diagram showing a part of FIG. 3 and the state of signal charge transfer, FIG. 7 is a timing diagram in the A field, and FIG. 8 is a timing diagram in the B field. As shown in FIG. 6, the configuration of this embodiment is that the vertical CCD register C 1 has three phases of transfer electrodes ΦV 1 , ΦV 2 , ΦV 3 , and the horizontal CCD register 5 has transfer electrodes of ΦH 1 , ΦH 2 . , ΦH 3 and ΦH 4 . Then, the signal charge accumulated in the photosensitive area P1 is transferred vertically by the field shift gate.
The electrode transferred to CCD register C1 is assumed to be ΦV2 .
The operation of transferring and outputting the signal charges will be explained below.
第7図のAフイールドにおけるタイミング図
は、水平ブランキングパルスHBLに同期して垂
直CCDレジスタの電極ΦV1,ΦV2,ΦV3ならびに
水平CCDレジスタの電極ΦH1,ΦH2,ΦH3,
ΦH4に印加されるパルスを示している。すなわ
ち、Aフイールドでは水平ブランキング期間に2
回のラインシフトを行う。このラインシフト動作
は第7図に示すようにΦV1,ΦV2,ΦV3に3相の
タイミングパルスを印加することで可能となる。
2回のラインシフト動作は同じであるので1回目
のラインシフト動作について説明する。こときの
t1からt7までの各時点における垂直CCDレジスタ
C1の各電極ΦV1,ΦV2,ΦV3の下に形成される表
面電位ならびにこの電位に蓄えられる信号電荷Q
の様子が第6図に示されている。このように順次
t1,t2,…,t7とパルスのタイミングを変えるこ
とにより、信号電荷は矢印Pで示すように転送さ
れる。この動作を2回目のラインシフト動作でも
同様に行う。そしてこの2回分のラインシフト時
は水平CCDレジスタ5の電極の内ΦH1,ΦH2は
高レベルに保たれ、ΦH3,ΦH4は低レベルに保
たれる。この結果水平CCDレジスタ5のΦH1,
ΦH2の下において2行分の信号電荷の加算がな
されることになる。この加算された信号電荷はそ
の後水平CCDレジスタ5を駆動することにより
出力部へ読み出される。 The timing diagram in field A in FIG. 7 shows the electrodes ΦV 1 , ΦV 2 , ΦV 3 of the vertical CCD register and the electrodes ΦH 1 , ΦH 2 , ΦH 3 , of the horizontal CCD register in synchronization with the horizontal blanking pulse HBL .
The pulse applied to ΦH 4 is shown. In other words, in the A field, 2 times during the horizontal blanking period.
Perform line shifts. This line shift operation is made possible by applying three-phase timing pulses to ΦV 1 , ΦV 2 , and ΦV 3 as shown in FIG.
Since the two line shift operations are the same, the first line shift operation will be explained. Kotokino
Vertical CCD register at each time point from t 1 to t 7
The surface potential formed under each electrode ΦV 1 , ΦV 2 , ΦV 3 of C 1 and the signal charge Q stored in this potential
The situation is shown in Figure 6. Sequentially like this
By changing the pulse timing from t 1 , t 2 , . . . , t 7 , the signal charge is transferred as shown by arrow P. This operation is similarly performed in the second line shift operation. During these two line shifts, ΦH 1 and ΦH 2 of the electrodes of the horizontal CCD register 5 are kept at high level, and ΦH 3 and ΦH 4 are kept at low level. As a result, ΦH 1 of horizontal CCD register 5,
Two rows worth of signal charges are added under ΦH 2 . This added signal charge is then read out to the output section by driving the horizontal CCD register 5.
次にBフイールドでは、第8図に示すようなタ
イミングパルスを各電極に印加する。Bフイール
ドではAフイールドと異なり、第3図でダツシユ
がつかない感光部例えばP22の信号電荷が水平
CCDレジスタ5に入つた時に、そのまま保持せ
ず1段分出力側へ転送する。この動作は、第8図
に示すように水平CCDレジスタ転送電極ΦH1,
ΦH2,ΦH3,ΦH4に、前述した2回のラインシ
フト動作の中間期間に1段分相当を転送するパル
スを与えることで可能である。即ち、垂直CCD
レジスタで1回目のラインシフト動作を行ない、
次に水平CCDレジスタで出力側へ1段分転送す
る。そして垂直CCDレジスタで2回目のライン
シフト動作を行う。これにより例えば第3図の感
光部P22とP11′の信号電荷の加算が出来る。その
後加算された信号電荷は水平CCDレジスタ5を
駆動して読み出す時に、1/2画素相当分遅延して
読み出す。ここでラインシフト動作における信号
電荷転送は第6図で説明した動作と同じである。 Next, in the B field, a timing pulse as shown in FIG. 8 is applied to each electrode. In the B field, unlike the A field, the signal charge on the photosensitive area where no dots are formed in Fig. 3, for example P 22 , is horizontal.
When it enters the CCD register 5, it is not held as is, but transferred to the output side for one stage. This operation is performed by horizontal CCD register transfer electrodes ΦH 1 ,
This is possible by applying a pulse to ΦH 2 , ΦH 3 , and ΦH 4 to transfer the amount equivalent to one stage during the intermediate period between the two line shift operations described above. i.e. vertical CCD
Perform the first line shift operation in the register,
Next, one stage is transferred to the output side using the horizontal CCD register. Then, a second line shift operation is performed using the vertical CCD register. This makes it possible, for example, to add the signal charges of the photosensitive portions P 22 and P 11 ' in FIG. Thereafter, when the added signal charges are read out by driving the horizontal CCD register 5, they are read out with a delay corresponding to 1/2 pixel. Here, the signal charge transfer in the line shift operation is the same as the operation described in FIG. 6.
なお、水平CCDシフトレジスタは2相、3相
あるいは4相のCCDが使える。各列に1段の水
平CCDが対応していれば良い。また、この水平
CCDシフトレジスタへの垂直CCDレジスタから
の電荷の受渡しの際のゲート機構は、垂直CCD
の電極の一部、例えば最終段CCDの第3電極を
兼用しても良いしあるいは、別にシフト・ゲート
を設けても良い。 Note that a 2-phase, 3-phase, or 4-phase CCD can be used as the horizontal CCD shift register. It is sufficient that each column corresponds to one horizontal CCD. Also, this horizontal
The gate mechanism for transferring charge from the vertical CCD register to the CCD shift register is
A part of the electrode, for example, the third electrode of the final stage CCD, may also be used, or a shift gate may be provided separately.
またBフイールドにおいて、第3図で一列の異
なる画素でかつ、行の異なる右下がりの斜めの画
素との組み合せで説明したが右上がりの斜め画素
の組み合せ、例えばP12,P21′でも良い。ただし
この場合はダツシユのない感光部、例えばP12か
らの電極が水平CCDシフトレジスタに送り込ま
れたら、後方へ1段送る。以下、これを1列逆送
りと名付ける。そこでダツシユのついた感光部例
えばP21′からの電荷を加えた後に水平転送して信
号を読み出す事が必要である。この場合には、水
平CCDシフトレジスタは逆送りする必要がある
ので転送方向が予め定められているCCD(例えば
2相CCD)は使えず、3相または4相CCDとな
る。 Further, in the B field, although the combination of different pixels in one column and diagonal pixels on the lower right in different rows in FIG. 3 was explained, a combination of diagonal pixels on the upper right, for example, P 12 and P 21 ' may also be used. However, in this case, when the electrode from the photosensitive section without a dash, for example P12 , is fed into the horizontal CCD shift register, it is sent backward one step. Hereinafter, this will be referred to as one-column reverse feed. Therefore, it is necessary to read out the signal by horizontal transfer after adding a charge from a photosensitive part with a dash, for example, P 21 '. In this case, since the horizontal CCD shift register needs to be sent backwards, a CCD whose transfer direction is predetermined (for example, a two-phase CCD) cannot be used, but a three-phase or four-phase CCD is used.
なお、本発明では斜め方向の画素の加算を行う
ので、有効画面の端では組合わせの半端な画素が
出る場合がある。このためダミーの画素あるいは
信号処理が必要である。 Note that since the present invention performs addition of pixels in a diagonal direction, an odd combination of pixels may appear at the edge of the effective screen. For this reason, dummy pixels or signal processing are required.
上記実施例では、従来の垂直方向2画素を加算
したフイールド蓄積モードをAまたはBフイール
ドとし、これに斜めの画素を加算したBまたはA
フイールドのそれぞれの組合わせで2フイール
ド、1フレーム方式のサンプリング点が市松配置
となる高解像度固体撮像装置の例である。この方
式ではサンプリング点の数は従来のIT−CCDと
は変らず2N×M個(=500×400個)であり、配
置が変るため、水平の見掛け上の解像度が増加す
る。 In the above embodiment, the conventional field accumulation mode in which two pixels are added in the vertical direction is set to field A or B, and the field accumulation mode in which two pixels in the diagonal direction are added is set to field B or A.
This is an example of a high-resolution solid-state imaging device in which sampling points of a 2-field, 1-frame system are arranged in a checkered pattern for each combination of fields. In this method, the number of sampling points is 2N×M (=500×400), which is the same as in the conventional IT-CCD, and the arrangement is changed, so the apparent horizontal resolution increases.
本発明の固体撮像装置ではサンプリング点が確
実に2倍となる高解像度化が達成できるのが特徴
である。すなわち、上記実施例で述べた各フイー
ルドを用いて、4フイールド1フレームの撮像を
行なう事によりサンプリング点の2倍化が出来
る。すなわち、第9図に示すように、Aフイール
ドでは同列の垂直2画素の加算により黒丸印のサ
ンプリング点を形成する。次のBフイールドはイ
ンターレースにて1画素垂直方向に下方へ組合わ
せを変え右下がりの斜め画素の加算により白丸印
のサンプリング点を形成する。次のフイールドを
A′フイールドとするとインターレースにて1画
素垂直方向に上方へ組合わせを戻し、かつ右下が
りの斜め画素の加算により黒三角印のサンプリン
グ点を形成する。さらに次のフイールドをB′フ
イールドとすると、再びインターレースにて1画
素垂直方向に下方へ組合わせを変え、垂直2画素
の加算により白三角印のサンプリング点を形成す
る。AフイールドとB′フイールドは水平CCDシ
フトレジスタで同列の垂直2画素の信号電荷加算
を行なう。Bフイールドでは先に水平CCDシフ
トレジスタに入つた信号電荷を1画素逆送りした
上で隣の列の右上がりの斜め方向の画素の信号電
荷と加算する。A′フイールドでは、水平CCDシ
フトレジスタでの1画素順送りの後に隣の列の左
下がりの斜め方向の画素との信号加算となる。こ
れらの動作により、サンプリング点は図に示すよ
うに正方格子配列となつて確実に2倍となり、高
精細の高解像出固体撮像装置となる。なお、サン
プリングの順はA→B→A′→B′に限らずA→
B′→A′→Bでも良い。またNTSC方式にとらわ
れず、フアクシミリなどの静止画撮像などでは、
上記のサンプリングの順序はA→A′→B→B′、
A→A′→B′→B、A→B′→B→A′やA→B→
B′→A′でも良い。いずれも、サンプリング点を
増加する点に意味がある。 The solid-state imaging device of the present invention is characterized in that it can achieve high resolution by reliably doubling the number of sampling points. In other words, the number of sampling points can be doubled by capturing one frame of four fields using each field described in the above embodiment. That is, as shown in FIG. 9, in the A field, a sampling point marked with a black circle is formed by adding two vertical pixels in the same column. In the next B field, the combination is changed downward by one pixel in the vertical direction in interlacing, and sampling points marked with white circles are formed by adding diagonal pixels downward to the right. next field
In the case of field A', the combination is returned upward by one pixel in the vertical direction by interlacing, and a sampling point of a black triangle is formed by adding diagonal pixels downward to the right. Furthermore, when the next field is designated as field B', the combination is again changed downward by one pixel in the vertical direction by interlacing, and a white triangle sampling point is formed by adding two vertical pixels. Field A and field B' are horizontal CCD shift registers that add signal charges of two vertical pixels in the same column. In the B field, the signal charges that have previously entered the horizontal CCD shift register are sent backwards by one pixel, and then added to the signal charges of the pixels in the diagonal direction upward to the right in the next column. In field A', after one pixel is sequentially shifted in the horizontal CCD shift register, the signal is added to the pixel in the diagonal direction downward to the left in the next column. As a result of these operations, the sampling points are arranged in a square lattice as shown in the figure and are surely doubled, resulting in a high-definition, high-resolution solid-state imaging device. Note that the sampling order is not limited to A→B→A′→B′ but also A→
B'→A'→B is also acceptable. In addition, without being limited to the NTSC format, when capturing still images such as facsimile,
The above sampling order is A→A'→B→B',
A→A′→B′→B, A→B′→B→A′ or A→B→
B′→A′ is also fine. In either case, the point of increasing the number of sampling points is significant.
同列の画素で垂直2画素の加算は水平CCDシ
ツトレジスタの動きを止めて行ない隣接した列の
画素で斜めの2画素(行が異なる2画素)の加算
は1画素分が水平CCDシフトレジスタに入つた
後に1列順送りまたは1列逆送りした上で残りの
画素水平CCDから見て遠い位置の画素)の信号
電荷を送り込んで加算するのが本発明の固体撮像
装置の特徴である。なお、1画素1段の垂直
CCDを主体として述べると、同列の垂直に連続
した2段の信号電荷の加算によるフイールドと、
異なつた列の斜めの配置となる2つの段の信号電
荷の加算となる。 Addition of two vertical pixels in the same column is performed by stopping the movement of the horizontal CCD shift register, and addition of two diagonal pixels (two pixels in different rows) in adjacent columns is performed by adding one pixel worth into the horizontal CCD shift register. A feature of the solid-state imaging device of the present invention is that the signal charges of the remaining pixels (pixels located far away from the horizontal CCD) are sent and added after being forwarded by one column or backward by one column. In addition, 1 pixel and 1 level vertical
If we describe the CCD as a main component, it is a field created by the addition of two vertically continuous signal charges in the same column.
This results in the addition of signal charges in two stages arranged diagonally in different columns.
前述の実施例では、感光部としてPDを用いて
光電変換と信号電荷蓄積を同じ位置で行う通常の
IT−CCDを用いて説明したが、本発明はこれに
限らずIT−CCDを基本とした固体撮像装置によ
り高解像度化が可能である。IT−CCDを基本と
したもので最近注目されているのが、いわゆる2
階建固体撮像素子である。この素子を用いて本発
明の他の実施例を図面により説明する。 In the above-mentioned embodiment, a PD is used as the photosensitive part, and photoelectric conversion and signal charge accumulation are performed at the same position.
Although the present invention has been described using an IT-CCD, the present invention is not limited to this, and high resolution can be achieved using a solid-state imaging device based on an IT-CCD. The so-called 2 types of IT-CCD-based systems that have recently been attracting attention are
It is a hierarchical solid-state image sensor. Another embodiment of the present invention using this element will be described with reference to the drawings.
第10図は本発明の他の実施例の固体撮像素子
の断面図である。P+のSi基板21上に例えばエ
ピタキシヤルのP層22を形成し、これに垂直転
送用CCDのn+部23と従来のIT−CCDのホト・
ダイオード部に似た蓄積ダイオードのN+部24
がある。垂直転送用CCDは前述したように3層
ポリシリコン電極25により1画素1段CCDを
構成する。蓄積ダイオード24からは第1Al電極
26を引き出し、さらにその上に第2Al電極27
を形成する。画素間の分離用や表面の平滑化のた
めポリイミド層28を用いる。これらの上部に光
電変換層となるa−Si膜29を形成し、さらに上
部透明電極30を形成する。素子の下部が固体走
査部31となり、上部が光電変換部32となる。
なお、光電変換部のa−Si膜は1層のみならず目
的によつて2層や3層となる場合もあるが、本発
明においては本質ではないので省略する。 FIG. 10 is a sectional view of a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. For example, an epitaxial P layer 22 is formed on a P + Si substrate 21, and the n + part 23 of the vertical transfer CCD and the photo-layer of the conventional IT-CCD are formed on this layer.
N + section 24 of storage diode similar to diode section
There is. As described above, the vertical transfer CCD constitutes a one-stage CCD with one pixel by the three-layer polysilicon electrode 25. A first Al electrode 26 is drawn out from the storage diode 24, and a second Al electrode 27 is further placed on top of it.
form. A polyimide layer 28 is used for separation between pixels and for smoothing the surface. An a-Si film 29 serving as a photoelectric conversion layer is formed on top of these, and an upper transparent electrode 30 is further formed. The lower part of the element becomes a solid-state scanning section 31, and the upper part becomes a photoelectric conversion section 32.
Note that the a-Si film of the photoelectric conversion section may have not only one layer but also two or three layers depending on the purpose, but this is not essential to the present invention and will therefore be omitted.
第10図の固体撮像装置には、前述の実施例と
同じような水平CCDシフトレジスタが設けられ
る。画素の有効感光部は第2Al電極27できま
る。 The solid-state imaging device shown in FIG. 10 is provided with a horizontal CCD shift register similar to the embodiment described above. The effective photosensitive area of the pixel is defined by the second Al electrode 27.
第11図は第10図を上部からみた時の画素構
成の一部を示す。,,…は垂直CCDレジ
スタを示し、1a,1a′,…,5b,5b′の大き
な矩形は第10図の第2Al電極27によつて規定
される画素を示し、小さな矩形は第10図の蓄積
ダイオードとの接続部を表わす。a−Si膜29で
光電変換された信号電荷は第2、第1のAl電極
を通つて蓄積ダイオード24に蓄積され、その後
は通常のIT−CCDと同じように垂直CCDへ転送
される。第11図は画素が正方格子配列となつて
いる場合であり、垂直方向の構造は異なるが実効
的な平面構造は第3図と同じであるから、1画素
1段構成の垂直CCDと水平CCDレジスタの加算
を行えば、第5図或いは第9図のサンプリング点
が形成でき高解像度化が達成できる。 FIG. 11 shows a part of the pixel configuration when FIG. 10 is viewed from above. ,,... indicate the vertical CCD registers, the large rectangles 1a, 1a',..., 5b, 5b' indicate the pixels defined by the second Al electrode 27 in FIG. 10, and the small rectangles indicate the pixels defined by the second Al electrode 27 in FIG. Represents the connection with the storage diode. The signal charges photoelectrically converted by the a-Si film 29 are accumulated in the storage diode 24 through the second and first Al electrodes, and then transferred to the vertical CCD in the same way as a normal IT-CCD. Figure 11 shows the case where the pixels are arranged in a square lattice, and although the vertical structure is different, the effective planar structure is the same as in Figure 3, so there is a vertical CCD and a horizontal CCD with one pixel and one stage configuration. By adding the registers, the sampling points shown in FIG. 5 or 9 can be formed and high resolution can be achieved.
この場合、第5図のサンプリング点のAフイー
ルドは第11図では、例えば1aと1a′の垂直2
画素、Bフイールドは1a′と2bの斜めの2画素
の加算である。第9図はこれらに1a′,1bの垂
直2画素によるBフイールド、1a′と2aの斜め
2画素によるA′フイールドのサンプリング点が
加わる。 In this case, the A field at the sampling point in FIG.
The pixel and B field are the addition of two diagonal pixels 1a' and 2b. In FIG. 9, sampling points of a B field made up of two vertical pixels 1a' and 1b and an A' field made up of two diagonal pixels 1a' and 2a are added to these.
同じ2階建固体撮像素子であるが画素配置その
ものが市松配置にできる素子にも本発明が適用で
きる。すなわち、第12図に示すように、第10
図の第2Al電極の引き出し方向を1行ごとに反対
方向とすると画素配置が市松状となる。従来のモ
ノシリツクのCCDでは市松配置画素は極めて構
造が複雑となるが、IT−CCDを基本とした2階
建固体撮像素子では簡単に市松配置ができる。第
12図において1a〜1b′の信号電荷は垂直CCD
レジスタに転送され、2a〜2b′は同じく垂直
CCDレジスタに転送される。この素子でAフ
イールドでは1a,1a′,1b,1b′,2a,2
a′や2b,2b′のように信号電荷を合わせて読み
だし、Bフイールドでは1a′,1bや1b′,1
c,2a′,3bや2b′,3cのように信号電荷を
読み出すと、通常のIT−CCDと同じ第2図の粗
い正方格子配列のサンプリング点となる。(図で
はc,c′行は略してある)
本実施例においてはまた、Aフイールドでは同
じく1a,1a′,1b,1b′,2a,2a′や2
b,2b′のように垂直CCDが同列にある信号電荷
を加算し、Bフイールドでは1a′,2b,1b′,
2c,2a′,3bや2b′,3cのように転送する
垂直CCDが別の列となる画素の信号電荷を加算
してもよい。Bフイールドでは、例えば2bの信
号電荷は水平CCDシフトレジスタに入ると、水
平方向に1段前送りされ、そこで1a′の信号電荷
を垂直転送により送り込み加算する。この動作に
よつて第5図と同じ斜方格子のサンプリング点と
なり、水平解像度が良化する。 The present invention can also be applied to a two-story solid-state image sensor, but the pixel arrangement itself can be arranged in a checkered pattern. That is, as shown in FIG.
If the drawing direction of the second Al electrode shown in the figure is set in the opposite direction for each row, the pixel arrangement becomes checkered. In conventional monolithic CCDs, the structure of pixels in a checkered pattern is extremely complicated, but in a two-story solid-state image sensor based on IT-CCD, a checkered pattern can be easily formed. In Fig. 12, signal charges 1a to 1b' are vertical CCD
Transferred to the register, 2a to 2b' are also vertical
Transferred to CCD register. With this element, A field is 1a, 1a', 1b, 1b', 2a, 2
The signal charges are read out together like a', 2b, 2b', and in the B field, 1a', 1b, 1b', 1
When signal charges are read out at points c, 2a', 3b, 2b', and 3c, they become sampling points in the coarse square lattice arrangement shown in FIG. 2, which is the same as in a normal IT-CCD. (The lines c and c' are omitted in the figure.) In this embodiment, in the A field, 1a, 1a', 1b, 1b', 2a, 2a' and 2
The vertical CCD adds the signal charges in the same column like b, 2b', and the B field adds the signal charges 1a', 2b, 1b',
The signal charges of pixels such as 2c, 2a', 3b, 2b', and 3c whose vertical CCDs are in different columns to be transferred may be added. In the B field, for example, the signal charge 2b enters the horizontal CCD shift register and is sent forward one stage in the horizontal direction, where the signal charge 1a' is sent and added by vertical transfer. This operation results in the same orthorhombic lattice sampling points as in FIG. 5, improving the horizontal resolution.
さらに4フイールドで1フレームを形成しても
良い場合には前記A、BフイールドにA′、B′フ
イールドを加えて、第14図のような正方格子と
なるサンプリング点を形成する。すなわち、黒丸
印のAフイールド、白丸印のBフイールドに続い
て2a,1a′,2b,1b′,3a,2a′や3b,
2b′の黒三角印のA′フイールドさらに1a′,1
b,1b′,1c,2a′,2bや2b′,2cの白三
角印のB′フイールドを加える。A′フイールドで
は加算する画素は別の列の垂直CCDへ信号が転
送されるので、ダツシユのついた画素、例えば1
a′信号電荷は水平CCDシフトレジスタで1段逆送
りした上でダツシユのない画素、例えば2aの信
号電荷を送り込んで加算する。Bフイールドでは
各画素から同列の垂直CCDへ転送されるので水
平CCDシフトレジスタ部で垂直2画素分の加算
を行なえば良い。第14図のサンプリング点を形
成すると水平方向の解像度は2倍となり高精細の
固体撮像装置を提供できる。 Furthermore, if it is acceptable to form one frame with four fields, fields A' and B' are added to the fields A and B to form sampling points forming a square lattice as shown in FIG. 14. In other words, following the A field marked with a black circle and the B field marked with a white circle, 2a, 1a', 2b, 1b', 3a, 2a' and 3b,
2b' black triangle A' field further 1a', 1
Add the B' fields marked with white triangles b, 1b', 1c, 2a', 2b, 2b', and 2c. In the A' field, the pixels to be added have their signals transferred to the vertical CCD in another column, so the pixels with dashes, for example 1
The a' signal charge is sent backward by one stage in a horizontal CCD shift register, and then the signal charge of a pixel without a dash, for example 2a, is sent and added. In the B field, since each pixel is transferred to the vertical CCD in the same column, it is sufficient to perform addition for two vertical pixels in the horizontal CCD shift register section. When the sampling points shown in FIG. 14 are formed, the resolution in the horizontal direction is doubled, and a high-definition solid-state imaging device can be provided.
以上、説明した通り従来のIT−CCDの2画素
1段の垂直CCDを1画素1段CCDとし、同列の
垂直CCDに入つた垂直2画素の信号電荷の加算
と、異なつた列の垂直CCDに入り行が異なる斜
めの2画素の信号電荷の加算を水平シフトレジス
タの1列順送りまたは逆送り後に行なう事により
高解像度の固体撮像装置が得られる。 As explained above, the conventional IT-CCD's two-pixel, one-stage vertical CCD is replaced with a one-pixel, one-stage CCD, and the signal charges of two vertical pixels that have entered the vertical CCDs in the same column can be added together, and the signal charges can be added to the vertical CCDs in different columns. A high-resolution solid-state imaging device can be obtained by adding the signal charges of two diagonal pixels whose input rows are different after the horizontal shift register is forwarded or reversed by one column.
上記の実施例では感光部のみに着目するとすべ
て水平に半画素ずれた斜め方向の画素の加算にな
つている。斜め方向という点からは、水平に1.5
画素ずれた斜め方向画素の加算でも良い。例え
ば、第12図において2a′,3bのサンプリング
点は3a′,2bのサンプリング点と同じであり、
2bの信号電荷を水平CCDシフトレジスタで1
列逆送りしてから3a′とから加算すれば良い。ま
た2a′,3bは水平で2.5画素ずれた斜め方向の
1a,4bと同一であり、1bの信号電荷を3列
逆送りしてから4b′の信号と加算する事になる。
これらの画素のはなれた斜め方向の加算は白黒素
子では解像度を落すため使う必要がないが、カラ
ー素子では同色フイルターの配置が離れている場
合があり、サンプリング点を増加して解像度を上
げるように効果がある。 In the above embodiment, when focusing only on the photosensitive portion, all pixels are added in diagonal directions shifted by half a pixel horizontally. In terms of diagonal direction, horizontally 1.5
It is also possible to add diagonally shifted pixels. For example, in FIG. 12, the sampling points 2a' and 3b are the same as the sampling points 3a' and 2b,
The signal charge of 2b is converted to 1 by the horizontal CCD shift register.
Just move the column backwards and then add from 3a'. Further, 2a' and 3b are the same as 1a and 4b in the diagonal direction, which are shifted by 2.5 pixels in the horizontal direction, and the signal charge of 1b is sent backward three columns and then added to the signal of 4b'.
Addition in diagonal directions away from these pixels is not necessary in monochrome devices because it reduces resolution, but in color devices, the filters of the same color may be placed far apart, so it is necessary to increase the sampling points to increase resolution. effective.
なお、第12図の市松配置画素においてダツシ
ユのつかない1a,…,5aや1b,…,5bの
信号電荷を転送する垂直CCDは各画素領域の左
方の,…,としダツシユのついた1a′,…,
5a′や1b′,…,5b′は右方の,…,とする
2階建構成も可能である。この場合Aフイールド
の1a,1a′の加算は異なつた列の垂直CDD間
となるので、1a′信号電荷を水平CCDシフトレジ
スタで1列順送りしてから1aの信号電荷と加算
する。またBフイールドの1a′,2bは同列の垂
直CCDとなるので2bの信号電荷を水平CDシフ
トレジスタで保持して、これに1a′の信号電荷を
加える。A′フイールドの2a,1a′は同列の垂直
CCD、B′フイールドの1a′,1bは異つた列の垂
直CCDとなるから、それぞれに水平CCDシフト
レジスタで前述の加算を行なう。 In addition, in the checkered arrangement pixels in Fig. 12, the vertical CCDs that transfer the signal charges of 1a, ..., 5a without a dot and 1b, ..., 5b are located on the left side of each pixel area, 1a with a dot. ′,…,
A two-story structure with 5a', 1b', ..., 5b' on the right side is also possible. In this case, since the addition of 1a and 1a' in the A field is between vertical CDDs in different columns, the 1a' signal charge is sequentially sent one column by the horizontal CCD shift register and then added to the signal charge of 1a. Also, since 1a' and 2b of the B field are vertical CCDs in the same column, the signal charge of 2b is held in a horizontal CD shift register, and the signal charge of 1a' is added thereto. 2a and 1a' of A' field are vertical in the same row
Since the CCD and B' fields 1a' and 1b are vertical CCDs in different columns, the above-mentioned addition is performed for each using a horizontal CCD shift register.
本発明においては信号電荷として電子を例にと
つたが、正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも
用いる事ができる。 In the present invention, electrons are used as an example of the signal charge, but the present invention can also be used in a solid-state imaging device that uses holes as the signal charge.
さらに本発明における信号電荷は、光によつて
生ずるものに限られず、例えば加速電子、X線等
により発生するものであつてもよい。 Further, the signal charges in the present invention are not limited to those generated by light, but may be generated by accelerated electrons, X-rays, etc., for example.
なお、本発明では水平方向の解像度を上げる例
を説明したが同じように垂直方向の解像度を上げ
るのにも適用できる。 In the present invention, an example of increasing the resolution in the horizontal direction has been described, but the present invention can also be applied to increasing the resolution in the vertical direction in the same way.
第1図は従来のIT−CCDの構成を示す図、第
2図は第1図のIT−CCDによる空間サンプリン
グ点を示す図、第3図は本発明の固体撮像装置の
一実施例を示す構成図、第4図は第3図の垂直転
送CCDレジスタの構成を示す断面図、第5図は
第3図の本発明の固体撮像装置による空間サンプ
リング点を示す図、第6図〜第8図はこの様なサ
ンプリング点を得るための具体的な動作を説明す
るための図、第9図は同じく上記固体撮像装置に
よる別の空間サンプリング点を示す図、第10図
は本発明の固体撮像装置の他の実施例の画素の断
面図、第11図は第10図の画素構成を説明する
図、第12図は第10図の他の画素構成を説明す
る図、第13図および第14図は第12図の画素
構成による空間サンプリング点を示す図である。
P1,P2,…,PM……感光部、C1,C2,…,CM
……垂直CCDレジスタ(垂直電荷転送部)、2…
…出力部、4……フイールドシフトゲート、5…
…水平CCDシフトレジスタ(水平電荷転送部)、
10……P形シリコン基板、11……n+層、1
2……第1ゲート酸化膜、13……第2ゲート酸
化膜、14……第3ゲート酸化膜、15(15−
1,…15−i,…)……第1層目の転送電極、
16(16−1,…,16−i…)……第2層目
の転送電極、17……第3層目の転送電極、AP
……1画素領域、AO……重なり部、21……P+
シリコン基板、22……P層、23,24……
n+部、25……3層ポリシリコン電極、26…
…第1Al電極、27……第2Al電極、28……ポ
リイミド層、29……a−Si膜(光電変換膜)、
30……上部透明電極、31……固体走査部、3
2……光電変換部、1a,2a,…,5a,…1
b′,2b′,…,5b′……画素、,,…,…
…1画素1段垂直CCDレジスタ。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional IT-CCD, FIG. 2 is a diagram showing spatial sampling points by the IT-CCD in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the vertical transfer CCD register in FIG. 3; FIG. 5 is a diagram showing spatial sampling points by the solid-state imaging device of the present invention in FIG. 3; FIGS. 6 to 8 The figure is a diagram for explaining the specific operation for obtaining such a sampling point, FIG. 9 is a diagram showing another spatial sampling point by the above-mentioned solid-state imaging device, and FIG. 10 is a diagram showing the solid-state imaging device of the present invention. 11 is a diagram illustrating the pixel configuration of FIG. 10, FIG. 12 is a diagram illustrating another pixel configuration of FIG. 10, and FIGS. The figure is a diagram showing spatial sampling points according to the pixel configuration of FIG. 12. P 1 , P 2 ,..., P M ...photosensitive part, C 1 , C 2 ,..., C M
...Vertical CCD register (vertical charge transfer section), 2...
...Output section, 4...Field shift gate, 5...
...Horizontal CCD shift register (horizontal charge transfer section),
10...P-type silicon substrate, 11...n + layer, 1
2...First gate oxide film, 13...Second gate oxide film, 14...Third gate oxide film, 15 (15-
1,...15-i,...)...first layer transfer electrode,
16 (16-1,...,16-i...)...Second layer transfer electrode, 17...Third layer transfer electrode, A P
...1 pixel area, A O ...overlapping part, 21...P +
Silicon substrate, 22...P layer, 23, 24...
n + part, 25...3-layer polysilicon electrode, 26...
... 1st Al electrode, 27 ... 2nd Al electrode, 28 ... polyimide layer, 29 ... a-Si film (photoelectric conversion film),
30... Upper transparent electrode, 31... Solid scanning section, 3
2...Photoelectric conversion section, 1a, 2a,..., 5a,...1
b', 2b',..., 5b'...pixel,,,...,...
...1 pixel 1 stage vertical CCD register.
Claims (1)
り発生した信号電荷を蓄積する、二次元配列され
た画素を構成する信号電荷蓄積部と、この信号電
荷蓄積部の垂直方向配列に沿つて設けられた前記
信号電荷を読み出す垂直電荷転送部と、この垂直
電荷転送部を転送された一水平列の信号電荷を受
けて出力部へ送る水平電荷転送部とを有する固体
撮像装置において、前記垂直電荷転送部は垂直方
向に配列された画素ごとに一段の電荷転送段が形
成された1画素1段構成とし、前記水平電荷転送
部は、隣接する水平列の同じ行の2画素分の信号
電荷を加算する第1の動作モードと、隣接する水
平列の異なる行の2画素分の信号電荷を加算する
第2の動作モードとをもつことを特徴とする高解
像度固体撮像装置。 2 前記1画素1段構成の垂直電荷転送部は3層
の転送電極からなる事を特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の高解像度固体撮像装置。 3 前記水平電荷転送部の第2の動作モードは、
加算すべき2画素分の信号電荷の内最初に水平電
荷転送部に入つた信号電荷を順送りまたは逆送り
して他の列の信号電荷を重ねて受取るようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高
解像度固体撮像装置。 4 前記水平電荷転送部は3相または4相駆動に
より順方向および逆方向への転送が可能であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高解
像度固体撮像装置。 5 Aフイールドを前記第1の動作モード、Bフ
イールドを前記第2の動作モードとして2フイー
ルド/1フレームの撮像動作を行うことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の高解像度固体撮
像装置。 6 光電変換部が前記信号電荷蓄積部と別に信号
電荷蓄積部の上に重ねられた2階建て構造を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
高解像度固体撮像装置。[Claims] 1. A signal charge storage section constituting a two-dimensionally arranged pixel that accumulates signal charges generated by irradiation of light, electrons, X-rays, etc. on a semiconductor substrate, and a signal charge storage section of this signal charge storage section. A solid state comprising: a vertical charge transfer section arranged along a vertical array to read out the signal charges; and a horizontal charge transfer section that receives one horizontal column of signal charges transferred from the vertical charge transfer section and sends the signal charges to an output section. In the imaging device, the vertical charge transfer section has a one-stage configuration for each pixel in which one charge transfer stage is formed for each pixel arranged in the vertical direction, and the horizontal charge transfer section has a structure in which one charge transfer stage is formed for each pixel arranged in the vertical direction. High-resolution solid-state imaging characterized by having a first operation mode in which signal charges for two pixels are added together and a second operation mode in which signal charges for two pixels in different rows of adjacent horizontal columns are added. Device. 2. The high-resolution solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical charge transfer section with a one-pixel, one-stage configuration is composed of three layers of transfer electrodes. 3. The second operation mode of the horizontal charge transfer section is:
The patent claim is characterized in that the signal charge that first enters the horizontal charge transfer section among the signal charges for two pixels to be added is sent forward or backward so that the signal charges of other columns are received in an overlapping manner. A high-resolution solid-state imaging device according to scope 1. 4. The high-resolution solid-state imaging device according to claim 1, wherein the horizontal charge transfer section is capable of forward and reverse transfer by three-phase or four-phase driving. 5. The high-resolution solid-state imaging device according to claim 1, wherein an imaging operation of 2 fields/1 frame is performed with the A field in the first operation mode and the B field in the second operation mode. . 6. The high-resolution solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion section has a two-story structure superimposed on the signal charge storage section separately from the signal charge storage section.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59073958A JPS60217761A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | High-resolution solid-state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59073958A JPS60217761A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | High-resolution solid-state image pickup device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217761A JPS60217761A (en) | 1985-10-31 |
| JPH0360226B2 true JPH0360226B2 (en) | 1991-09-13 |
Family
ID=13533096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59073958A Granted JPS60217761A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | High-resolution solid-state image pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217761A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2618962B2 (en) * | 1987-04-10 | 1997-06-11 | 株式会社東芝 | Solid-state imaging device camera |
| JPH01133359A (en) * | 1987-11-18 | 1989-05-25 | Hamamatsu Photonics Kk | Solid-state image sensing device |
| JPH0468880A (en) * | 1990-07-06 | 1992-03-04 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state image pickup device |
| US8120690B2 (en) | 2001-04-12 | 2012-02-21 | Nikon Corporation | Imaging device |
| JP4603455B2 (en) * | 2005-10-06 | 2010-12-22 | 日本放送協会 | Solid-state imaging device |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59073958A patent/JPS60217761A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60217761A (en) | 1985-10-31 |
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