JPH0477512B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0477512B2 JPH0477512B2 JP62259009A JP25900987A JPH0477512B2 JP H0477512 B2 JPH0477512 B2 JP H0477512B2 JP 62259009 A JP62259009 A JP 62259009A JP 25900987 A JP25900987 A JP 25900987A JP H0477512 B2 JPH0477512 B2 JP H0477512B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- transfer register
- conversion element
- period
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子シヤツタ機能をもつ電荷転送型素
子を用いた固体撮像装置の駆動方法に関する。
子を用いた固体撮像装置の駆動方法に関する。
近年、固体撮像素子は、高密度化、高機能化が
進んでおり、このためさまざまな工夫が行われて
いる。例えば、高機能化として、光電変換時間を
その駆動方法により電気的に短くすることによ
り、シヤツタ機能をもたせている。例えば「1986
年テレビジヨン学会全国大会論文集」４−14の論
文「電子シヤツタ機能付放送用CCDカメラ」参
照。
進んでおり、このためさまざまな工夫が行われて
いる。例えば、高機能化として、光電変換時間を
その駆動方法により電気的に短くすることによ
り、シヤツタ機能をもたせている。例えば「1986
年テレビジヨン学会全国大会論文集」４−14の論
文「電子シヤツタ機能付放送用CCDカメラ」参
照。
従来、この種のシヤツタ機能は、第５図のブロ
ツク図に示すような、インターライン型電荷結合
素子（以下CCDという）、もしくは第７図のブロ
ツク図のように、蓄積領域６′の垂直転送レジス
タの段数m′が光電変換領域５′の垂直転送レジス
タ４の段数ｎより多いいわゆるインターラインフ
レーム転送型CCDを用いて行われていた。
ツク図に示すような、インターライン型電荷結合
素子（以下CCDという）、もしくは第７図のブロ
ツク図のように、蓄積領域６′の垂直転送レジス
タの段数m′が光電変換領域５′の垂直転送レジス
タ４の段数ｎより多いいわゆるインターラインフ
レーム転送型CCDを用いて行われていた。
まず、第５図のインターライン型CCDにおけ
るシヤツタ機能は、第６図に示すタイミング図に
よる動作波形を与えることにより実現できる。通
常は１フイールド期間に光電変換素子２により光
電変換された信号電荷を、垂直ブランキングパル
ス１０のブランキング期間に読出しゲート３にパ
ルスを印加し、垂直転送レジスタシヤツタに読出
し、一水平走査期間毎に順次水平転送レジスタ７
に転送し、出力アンプ８より信号出力を得てい
る。
るシヤツタ機能は、第６図に示すタイミング図に
よる動作波形を与えることにより実現できる。通
常は１フイールド期間に光電変換素子２により光
電変換された信号電荷を、垂直ブランキングパル
ス１０のブランキング期間に読出しゲート３にパ
ルスを印加し、垂直転送レジスタシヤツタに読出
し、一水平走査期間毎に順次水平転送レジスタ７
に転送し、出力アンプ８より信号出力を得てい
る。
一方、シヤツタ動作では、第６図の読出しゲー
トパルス２１もしくは読出しゲートパルス２３の
ように、信号電荷を垂直転送レジスタ４へ読出す
前に、すなわち読出しゲートパルス２１を印加し
た場合、タイミングt21であらかじめ読出しゲー
ト３にパルスを印加し、その後の期間t22〜t23に
ドレイン１へ垂直転送レジスタ４を上側へ通常と
は逆方向に転送して期間t24〜t21の光電変換素子
３の不要な蓄積電荷を掃き出し、実質的な光電変
換を期間t22〜t23としている。
トパルス２１もしくは読出しゲートパルス２３の
ように、信号電荷を垂直転送レジスタ４へ読出す
前に、すなわち読出しゲートパルス２１を印加し
た場合、タイミングt21であらかじめ読出しゲー
ト３にパルスを印加し、その後の期間t22〜t23に
ドレイン１へ垂直転送レジスタ４を上側へ通常と
は逆方向に転送して期間t24〜t21の光電変換素子
３の不要な蓄積電荷を掃き出し、実質的な光電変
換を期間t22〜t23としている。
一方、インターラインフレーム転送型CCDで
は、第７図の構造において第８図のタイムングチ
ヤートでこれを駆動することにより、シヤツター
動作が実現できる。その基本動作は、インターラ
イン型CCDの場合と同じであるが、駆動上では
光電変換領域５′の信号電荷を垂直ブランキング
期間中に蓄積領域６へ転送する必要があるため、
光電変換領域の垂直転送パルス２８と蓄積部垂直
転送パルス２９にt34〜t35までの間順方向への転
送パルスが追加されている違いがある。
は、第７図の構造において第８図のタイムングチ
ヤートでこれを駆動することにより、シヤツター
動作が実現できる。その基本動作は、インターラ
イン型CCDの場合と同じであるが、駆動上では
光電変換領域５′の信号電荷を垂直ブランキング
期間中に蓄積領域６へ転送する必要があるため、
光電変換領域の垂直転送パルス２８と蓄積部垂直
転送パルス２９にt34〜t35までの間順方向への転
送パルスが追加されている違いがある。
上述のCCDのシヤツタ動作は、第５図のイン
ターライン型CCDではシヤツタースピードの可
変範囲は、光電変換素子２から垂直転送レジスタ
４へ読み出された信号電荷が全て水平転送レジス
タ７へ転送された後に、不要電荷の掃き出しのた
め読出しゲートパルスを印加しないと不要電荷が
信号電荷が混合してしまう。そのため信号電荷の
蓄積時間、すなわちシヤツター期間は最も長い場
合、すなわち第６図の読出しゲート２３を印加し
た場合、t25〜t28の期間となり、非常に狭いもの
となつてしまう。例えば、走査線数525本のＭフ
オーマツトでは、シヤツター速度は1/1000前後と
なりシヤツターによるストツプモーシヨン効果は
大きいものの露光量が大幅に減少するため被写体
の照度に大きな制限を受けるという欠点がある。
ターライン型CCDではシヤツタースピードの可
変範囲は、光電変換素子２から垂直転送レジスタ
４へ読み出された信号電荷が全て水平転送レジス
タ７へ転送された後に、不要電荷の掃き出しのた
め読出しゲートパルスを印加しないと不要電荷が
信号電荷が混合してしまう。そのため信号電荷の
蓄積時間、すなわちシヤツター期間は最も長い場
合、すなわち第６図の読出しゲート２３を印加し
た場合、t25〜t28の期間となり、非常に狭いもの
となつてしまう。例えば、走査線数525本のＭフ
オーマツトでは、シヤツター速度は1/1000前後と
なりシヤツターによるストツプモーシヨン効果は
大きいものの露光量が大幅に減少するため被写体
の照度に大きな制限を受けるという欠点がある。
また、第７図の構造のインターラインフレーム
転送型CCDでは、垂直ブランキング期間中に光
電変換素子２から垂直転送レジスタ４へ読出した
信号電荷を、蓄積領域６′へ全て転送するので、
不要電荷の読出しは、垂直転送レジスタ４の転送
動作中以外は随時行うことができるため、シヤツ
ター速度はほぼ１フイールド期間内で可変とな
る。しかしながら蓄積領域６′の電荷転送レジス
タ段数を光電変換領域５′の垂直転送レジスタ４
の段数と等しいか、もしくはそれ以上とする必要
があり、素子自体の面積が大きく歩留りが低下し
コストアツプとなると共に、不要電荷の掃き出
し、及び信号電荷の蓄積領域への転送のための期
間を垂直ブランキング期間内で行う必要があり、
転送クロツクの周波数を十分低くできないため転
送電荷量が低下する欠点がある。
転送型CCDでは、垂直ブランキング期間中に光
電変換素子２から垂直転送レジスタ４へ読出した
信号電荷を、蓄積領域６′へ全て転送するので、
不要電荷の読出しは、垂直転送レジスタ４の転送
動作中以外は随時行うことができるため、シヤツ
ター速度はほぼ１フイールド期間内で可変とな
る。しかしながら蓄積領域６′の電荷転送レジス
タ段数を光電変換領域５′の垂直転送レジスタ４
の段数と等しいか、もしくはそれ以上とする必要
があり、素子自体の面積が大きく歩留りが低下し
コストアツプとなると共に、不要電荷の掃き出
し、及び信号電荷の蓄積領域への転送のための期
間を垂直ブランキング期間内で行う必要があり、
転送クロツクの周波数を十分低くできないため転
送電荷量が低下する欠点がある。
本発明の目的は、これらの問題を解決し、シヤ
ツターによるストツプモーシヨン効果が十分に得
られ、かつ安価にシヤツター機能が得られるよう
にした固体撮像装置の駆動方法を提供することに
ある。
ツターによるストツプモーシヨン効果が十分に得
られ、かつ安価にシヤツター機能が得られるよう
にした固体撮像装置の駆動方法を提供することに
ある。
本発明の構成、同一半導体基板上に２次元に配
置された光電変換素子と、この光電変換素子によ
つて光電変換された信号電荷を転送する光遮蔽さ
れた電荷転送型の垂直転送レジスタと、この垂直
転送レジスタへ前記光電変換素子から前記信号電
荷を読み出す読出しゲートとを含む光電変換領域
と、 前記信号電荷を一水平走査期間毎に順次出力部
へ転送する水平転送レジスタと、 この水平転送レジスタと前記光電変換領域との
間に設けられ前記垂直転送レジスタの半分以下の
段数の電荷転送型レジスタとを含む蓄積領域と、 前記信号電荷を吸収するドレインとを少なくと
も備えた固体撮像素子の駆動方法において、 垂直ブランキング期間に前記光電変換素子から
前記読出しゲートを通して前記垂直転送レジスタ
へ読出された信号電荷が、順次前記蓄積領域を通
して前記水平転送レジスタへ転送される過程で、
前記水平転送レジスタから最も離れた位置の光電
変換素子の信号電荷が前記蓄積領域に存在する期
間に、前記垂直ブランキング期間の読出し時点か
ら前記光電変換素子に光電変換蓄積された不要電
荷を読み出し、前記ドレインへ掃出することによ
り、 前記光電変換素子における前記信号電荷の光電
変換蓄積の期間を最大で約1/2フイールド期間ま
で可変するようにしたことを特徴とする。
置された光電変換素子と、この光電変換素子によ
つて光電変換された信号電荷を転送する光遮蔽さ
れた電荷転送型の垂直転送レジスタと、この垂直
転送レジスタへ前記光電変換素子から前記信号電
荷を読み出す読出しゲートとを含む光電変換領域
と、 前記信号電荷を一水平走査期間毎に順次出力部
へ転送する水平転送レジスタと、 この水平転送レジスタと前記光電変換領域との
間に設けられ前記垂直転送レジスタの半分以下の
段数の電荷転送型レジスタとを含む蓄積領域と、 前記信号電荷を吸収するドレインとを少なくと
も備えた固体撮像素子の駆動方法において、 垂直ブランキング期間に前記光電変換素子から
前記読出しゲートを通して前記垂直転送レジスタ
へ読出された信号電荷が、順次前記蓄積領域を通
して前記水平転送レジスタへ転送される過程で、
前記水平転送レジスタから最も離れた位置の光電
変換素子の信号電荷が前記蓄積領域に存在する期
間に、前記垂直ブランキング期間の読出し時点か
ら前記光電変換素子に光電変換蓄積された不要電
荷を読み出し、前記ドレインへ掃出することによ
り、 前記光電変換素子における前記信号電荷の光電
変換蓄積の期間を最大で約1/2フイールド期間ま
で可変するようにしたことを特徴とする。
次に本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を説明する固体撮像
素子の平面図である。本実施例の基本構造は、従
来のインターラインフレーム転送型CCDと同じ
であるが、蓄積領域６の電荷転送型レジスタの段
数ｍが光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の段
数ｎの1/2以下となつている点が相違している。
素子の平面図である。本実施例の基本構造は、従
来のインターラインフレーム転送型CCDと同じ
であるが、蓄積領域６の電荷転送型レジスタの段
数ｍが光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の段
数ｎの1/2以下となつている点が相違している。
この動作を、第２図のタイミング図を用いて説
明する。
明する。
まず、垂直ブランキング期間t4で読出しゲート
パルス１１を読み出しゲート３に印加し、光電変
換素子２の信号電荷を垂直転送レジスタ４へ読み
出し、これを垂直ブランキング期間のt5からt6の
間で蓄積領域６の段数分、すなわちｍ段転送す
る。このとき信号電荷は蓄積領域６のレジスタ及
び光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の蓄積領
域６と接する方向からｎ−ｍ段に蓄積されている
ことになる。
パルス１１を読み出しゲート３に印加し、光電変
換素子２の信号電荷を垂直転送レジスタ４へ読み
出し、これを垂直ブランキング期間のt5からt6の
間で蓄積領域６の段数分、すなわちｍ段転送す
る。このとき信号電荷は蓄積領域６のレジスタ及
び光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の蓄積領
域６と接する方向からｎ−ｍ段に蓄積されている
ことになる。
次の垂直ブランキング１０の立下り時刻t7から
は、映像出力期間となり転送パルス１３により信
号電荷は順次水平転送レジスタ７に転送され、出
力アンプ８より映像信号を得ているが、この過程
でシヤツター動作を実現するため不要電荷を掃出
すための読み出しゲートパルス１１を時刻t8で印
加して、期間t3〜t4にドレイン１へ逆方向に転送
するように垂直転送パルス１３をt3′からt4′まで
ｎ＋ｍ段印加している。
は、映像出力期間となり転送パルス１３により信
号電荷は順次水平転送レジスタ７に転送され、出
力アンプ８より映像信号を得ているが、この過程
でシヤツター動作を実現するため不要電荷を掃出
すための読み出しゲートパルス１１を時刻t8で印
加して、期間t3〜t4にドレイン１へ逆方向に転送
するように垂直転送パルス１３をt3′からt4′まで
ｎ＋ｍ段印加している。
この素子は、蓄積領域６のレジスタ段数がｎ／
２≧ｍとなつているため、シヤツター動作が正常
に達成されるためには、タイミングt8においてド
レイン１に最も近い光電変換素子２の信号電荷が
垂直転送レジスタ４を通つて蓄積領域６まで転送
されている必要があり、時刻t7からt8間でｎ−ｍ
段転送されているものとすると、シヤツター速度
を決定する信号電荷の光電変換蓄積期間は、最大
で読出しゲートパルス１１の期間t3〜t4′、最小
で読出しゲートパルス１２の期間t3〜t4に制限さ
れる。
２≧ｍとなつているため、シヤツター動作が正常
に達成されるためには、タイミングt8においてド
レイン１に最も近い光電変換素子２の信号電荷が
垂直転送レジスタ４を通つて蓄積領域６まで転送
されている必要があり、時刻t7からt8間でｎ−ｍ
段転送されているものとすると、シヤツター速度
を決定する信号電荷の光電変換蓄積期間は、最大
で読出しゲートパルス１１の期間t3〜t4′、最小
で読出しゲートパルス１２の期間t3〜t4に制限さ
れる。
しかしながら、シヤツター動作によるストツプ
モーシヨン効果を十分に発揮するには、スチルカ
メラでのシヤツター速度の選択のように、蓄積期
間を２分の１毎と設定することが一般に行われて
いる。従つて蓄積領域６の電荷転送レジスタの段
数を光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の段数
の２分の１以下とすれば、撮像素子の大きさを小
型化できることから歩留りの向上が期待できる。
また、逆に撮像素子の大きさを一定とすれば、光
電変換素子を大きくすることができ感度ダイナミ
ツクレンジ等の諸特性の改善が可能となる。
モーシヨン効果を十分に発揮するには、スチルカ
メラでのシヤツター速度の選択のように、蓄積期
間を２分の１毎と設定することが一般に行われて
いる。従つて蓄積領域６の電荷転送レジスタの段
数を光電変換領域５の垂直転送レジスタ４の段数
の２分の１以下とすれば、撮像素子の大きさを小
型化できることから歩留りの向上が期待できる。
また、逆に撮像素子の大きさを一定とすれば、光
電変換素子を大きくすることができ感度ダイナミ
ツクレンジ等の諸特性の改善が可能となる。
〔実施例 ２〕
第３図は本発明の他の実施例を示すブロツク図
である。これは不用電荷掃出し用ドレイン９を、
第１図とは反対側の水平転送レジスタ７に隣接し
て設けたものである。この撮像素子では、不用電
荷の掃出し方向が順方向となるため、第４図のタ
イミングチヤートで垂直転送パルス１５に示すよ
うに、掃出し用のパルスをタイミングt13〜t14の
間にｎ段印加すればよい。従つて、光電変換蓄積
期間が最小値を、第１の実施例に比較して小さく
することが可能で、最小シヤツター速度が向上す
る利点がある。
である。これは不用電荷掃出し用ドレイン９を、
第１図とは反対側の水平転送レジスタ７に隣接し
て設けたものである。この撮像素子では、不用電
荷の掃出し方向が順方向となるため、第４図のタ
イミングチヤートで垂直転送パルス１５に示すよ
うに、掃出し用のパルスをタイミングt13〜t14の
間にｎ段印加すればよい。従つて、光電変換蓄積
期間が最小値を、第１の実施例に比較して小さく
することが可能で、最小シヤツター速度が向上す
る利点がある。
以上説明したように本発明は、インターライン
型固体撮像素子の光電変換領域と水平転送レジス
タの間に、光電変換領域の垂直転送レジスタの段
数の1/2以下の電荷転送型レジスタを設けること
により、インターライン型固体撮像素子でシヤツ
ターを実現する場合より露光量を十分にとり、か
つシヤツターによるストツプモーシヨン効果が適
切に得ることができ、またインターラインフレー
ム転送型固体撮像素子の場合よりも歩留り良く安
価にシヤツター機能を得ることができる効果があ
る。
型固体撮像素子の光電変換領域と水平転送レジス
タの間に、光電変換領域の垂直転送レジスタの段
数の1/2以下の電荷転送型レジスタを設けること
により、インターライン型固体撮像素子でシヤツ
ターを実現する場合より露光量を十分にとり、か
つシヤツターによるストツプモーシヨン効果が適
切に得ることができ、またインターラインフレー
ム転送型固体撮像素子の場合よりも歩留り良く安
価にシヤツター機能を得ることができる効果があ
る。
第１図は本発明の第１の実施理例を説明する固
体撮像素子の構造を示す平面図、第２図は第１図
の素子を駆動するタイミングチヤート、第３図は
本発明の第２の実施例の構造を示す平面図、第４
図は第３図の素子を駆動するタイミングチヤー
ト、第５図は従来のインターライン型CCDの構
造を示す平面図、第６図は第５図の素子を駆動す
るタイミングチヤート、第７図は従来のインター
ラインフレーム転送型CCDの構造を示す平面図、
第８図は第７図の素子を駆動するタイミングチヤ
ートである。 １，９……ドレイン、２……光電変換素子、３
……読み出しゲート、４……垂直転送レジスタ、
５，５′……光電変換領域、６，６′……蓄積領
域、７……水平転送レジスタ、８……出力アン
プ、１０……垂直ブランキングパルス、１１，１
２，１４，２１，２３，２５，２６，２７……読
出しゲートパルス、１３，１５，２２，２４，２
８，２９……垂直転送パルス。
体撮像素子の構造を示す平面図、第２図は第１図
の素子を駆動するタイミングチヤート、第３図は
本発明の第２の実施例の構造を示す平面図、第４
図は第３図の素子を駆動するタイミングチヤー
ト、第５図は従来のインターライン型CCDの構
造を示す平面図、第６図は第５図の素子を駆動す
るタイミングチヤート、第７図は従来のインター
ラインフレーム転送型CCDの構造を示す平面図、
第８図は第７図の素子を駆動するタイミングチヤ
ートである。 １，９……ドレイン、２……光電変換素子、３
……読み出しゲート、４……垂直転送レジスタ、
５，５′……光電変換領域、６，６′……蓄積領
域、７……水平転送レジスタ、８……出力アン
プ、１０……垂直ブランキングパルス、１１，１
２，１４，２１，２３，２５，２６，２７……読
出しゲートパルス、１３，１５，２２，２４，２
８，２９……垂直転送パルス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 同一半導体基板上に２次元に配置された光電
変換素子と、この光電変換素子によつて光電変換
された信号電荷を転送する光遮蔽された電荷転送
型の垂直転送レジスタと、この垂直転送レジスタ
へ前記光電変換素子から前記信号電荷を読み出す
読み出しゲートとを含む光電変換領域と、 前記信号電荷を一水平走査期間毎に順次出力部
へ転送する水平転送レジスタと、 この水平転送レジスタと前記光電変換領域との
間に設けられ前記垂直転送レジスタの半分以下の
段数の電荷転送型レジスタとを含む蓄積領域と、 前記信号電荷を吸収するドレインとを少なくと
も備えた固体撮像素子の駆動方法において、 垂直ブランキング期間に前記光電変換素子から
前記読出しゲートを通して前記垂直転送レジスタ
へ読出された信号電荷が、順次前記蓄積領域を通
して前記水平転送レジスタへ転送される過程で、
前記水平転送レジスタから最も離れた位置の光電
変換素子の信号電荷が前記蓄積領域に存在する期
間に、前記垂直ブランキング期間の読出し時点か
ら前記光電変換素子に光電変換蓄積された不要電
荷を読み出し、前記ドレインへ掃出することによ
り、 前記光電変換素子における前記信号電荷の光電
変換蓄積の期間を最大で約1/2フイールド期間ま
で可変するようにしたことを特徴とする固体撮像
装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259009A JPH01101073A (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259009A JPH01101073A (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101073A JPH01101073A (ja) | 1989-04-19 |
| JPH0477512B2 true JPH0477512B2 (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=17328082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62259009A Granted JPH01101073A (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01101073A (ja) |
-
1987
- 1987-10-13 JP JP62259009A patent/JPH01101073A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01101073A (ja) | 1989-04-19 |
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