JPH0514816A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその駆動方法

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JPH0514816A
JPH0514816A JP3158696A JP15869691A JPH0514816A JP H0514816 A JPH0514816 A JP H0514816A JP 3158696 A JP3158696 A JP 3158696A JP 15869691 A JP15869691 A JP 15869691A JP H0514816 A JPH0514816 A JP H0514816A
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vertical
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JP3158696A
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Nobuyuki Fukuba
信行 福場
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Original Assignee
Sharp Corp
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    • 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
    • H04N25/72—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using frame transfer [FT]
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/42—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by switching between different modes of operation using different resolutions or aspect ratios, e.g. switching between interlaced and non-interlaced mode

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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静止画記録および動画記録が１台で可能にな
る固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。 【構成】 転送パルスφＨ1が印加される転送電極８を
備えた水平シフトレジスタの休止期間Ｔ中に（図３
（ａ）参照）、転送パルスφＶ1、φＶ2がそれぞれ印加
される転送電極４、５を備えた垂直シフトレジスタを２
段分転送して受光部に蓄積された２画素分の信号電荷を
水平シフトレジスタ内で混合する。これにより、動画記
録に対応したデータが水平シフトレジスタから出力部に
転送される。一方、図３（ｂ）に示すように、休止期間
Ｔ中に垂直シフトレジスタ１段分の信号電荷を転送する
方式に切換えると、静止画記録に対応したデータが出力
部に転送される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次元ＣＣＤイメージ
センサ等の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の固体撮像装置の一例として、２
次元に配置された全ての受光部に蓄積された信号電荷を
垂直方向に一度に独立して読み出すことができる垂直シ
フトレジスタを備えたものがある（以下全画素読み出し
固体撮像装置という）。このような全画素読み出し固体
撮像装置によれば、同一数の受光部を有する従来一般の
固体撮像装置に比べて垂直方向における解像度特性を向
上できる利点がある。なお、ここでいう垂直方向とは、
２次元方向における一の方向を意味し、他の一の方向を
水平方向という。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般的な標準ＴＶ方式
のビデオカメラ等に用いられる従来一般の固体撮像装置
では、標準ＴＶ方式が飛越走査を通常としているため、
これに対応して垂直方向に相互に隣接する異なる組み合
わせの２画素間の信号を混合して読み出す方式をとって
いる。従って、標準ＴＶ方式の走査総数に対応した垂直
画素数が要求される。
【０００４】一方、全画素読み出し固体撮像装置におけ
る信号の読み出しは垂直方向に順次に行われる。従っ
て、これを用いて標準ＴＶ方式のビデオカメラ等を構成
する場合は、走査総数の１／２の垂直画素数が要求され
ることになり、結果として従来一般の固体撮像装置を用
いたものに比べて垂直解像度が劣る。また、従来一般の
固体撮像装置と同一の垂直画素数を有する全画素数読み
出し固体撮像装置では読み出した画像情報をそのままの
状態でＴＶに表示することはできない。そこで、画像情
報を一度磁気ディスク等の媒体に記録した後、記録され
たデータをＴＶ表示用のデータに方式変換してＴＶに出
力する方式がとられる。
【０００５】このような制約のため、従来の全画素読み
出し固体撮像装置は静止画記録のスチルカメラ等に主と
して用いられ、動画記録のビデオカメラ等の用途には用
いられなかったのが現状である。
【０００６】本発明は、このような現状下になされたも
のであり、標準ＴＶ方式で静止画情報のみならず動画情
報も記録することができる固体撮像装置およびその駆動
方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、２次元に配置された受光部と、該受光部に隣接して
多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号電荷を垂
直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレジスタ
と、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される該信号
電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタと、該水
平シフトレジスタにより水平転送された該信号電荷を電
圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装置におい
て、該垂直シフトレジスタの最終段に、該受光部に隣接
する垂直シフトレジスタと独立して駆動できるようにな
った少なくとも１以上の蓄積用レジスタを設けてなり、
そのことにより上記目的が達成される。
【０００８】また、本発明の固体撮像装置の駆動方法
は、２次元に配置された受光部と、該受光部に隣接して
多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号電荷を垂
直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレジスタ
と、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される該信号
電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタと、該水
平シフトレジスタにより水平転送された該信号電荷を電
圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装置の駆動
方法において、該垂直シフトレジスタの最終段に、該受
光部に隣接する垂直シフトレジスタと独立して駆動でき
るようになった少なくとも１以上の蓄積用レジスタを設
け、該蓄積用レジスタを該垂直シフトレジスタと同一タ
イミング又は別タイミングで選択駆動し、別タイミング
での駆動時に、該蓄積用レジスタ内で垂直方向に相互に
隣接する２つの受光部に蓄積された信号電荷を混合さ
せ、混合された信号電荷を該水平シフトレジスタに転送
するようにしてなり、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【０００９】また、本発明の固体撮像装置の駆動方法
は、２次元に配置された受光部と、該受光部に隣接して
多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号電荷を垂
直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレジスタ
と、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される該信号
電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタと、該水
平シフトレジスタにより水平転送された該信号電荷を電
圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装置の駆動
方法において、該水平シフトレジスタの休止期間中に該
垂直シフトレジスタを１段又は２段転送し、２段転送時
に、垂直方向に相互に隣接する２つの受光部の蓄積電荷
を該水平シフトレジスタ内で混合させて読出すようにし
てなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１０】
【作用】蓄積用レジスタを垂直シフトレジスタの２段分
の転送電荷を混合させるような別タイミング駆動する
と、垂直方向に隣接する２つの受光部に蓄積された信号
電荷を蓄積用レジスタ内で混合して一度に水平シフトレ
ジスタに転送することができる。また、水平シフトレジ
スタの休止期間中にに垂直シフトレジスタを２段転送す
ると、平シフトレジスタ内で垂直方向に隣接する２つの
受光部に蓄積された信号電荷が混合される。いずれの場
合も、この状態で水平シフトレジスタから出力部に転
送、すなわち読み出されることになる。それ故、このよ
うな読み出し方式によれば、一画面当りの垂直方向の走
査本数が飛越走査を行う標準方式のＴＶの場合と同数に
なる。それ故、読み出した情報をＴＶに転送すれば該情
報をＴＶがそのままの状態で表示できる。換言すれば本
方式によれば動画情報の記録が行える。
【００１１】これに対して、蓄積用レジスタを垂直シフ
トレジスタと同一タイミングで駆動又は水平シフトレジ
スタの休止期間中に垂直シフトレジスタを１段転送する
と、全画素読み出し固体撮像装置一般の方式で信号電荷
の読み出しが行われる。すなわち、静止画情報の記録が
行える。この時、飛越走査に対応して垂直方向に隣接す
る異なる組合わせの２画素間の信号を混合するのは言う
までもない。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。
【００１３】図１は本発明駆動方法が適用される固体撮
像装置の垂直シフトレジスタの最終段部における断面構
造を示す。この垂直シフトレジスタはインターライン転
送方式をとり、同一の転送電極４、５にポテンシャル段
差を設け、これにより垂直方向（列状に配置される垂直
シフトレジスタの配設方向）に全ての受光部の信号を一
度に読み出して独立して転送する構成をとる。以下にそ
の詳細を説明する。
【００１４】Ｐ型半導体基板１の表面領域にはＣＣＤ転
送チャネル全域にわたってＮ型半導体層からなる埋込み
チャネル層２が形成される。更に、Ｐ型半導体基板１の
表面には、ＳｉＯ2等の薄い絶縁膜３を介して１層目の
転送電極４と２層目の転送電極５が転送方向（前記した
垂直方向）に向けて交互に配設されている。１層目の転
送電極４には図示しない駆動回路から転送パルスφＶ1
が印加される。同様に２層目の転送電極５には転送パル
スφＶ2が印加される。
【００１５】このような転送パルスφＶ1、φＶ2が印加
されると、上記転送部電極４、５を具備してなる垂直シ
フトレジスタの転送部にシフトゲートを介して接続され
る受光部から読み出された信号電荷が所定タイミング
で、順次垂直方向に転送される。垂直方向に転送された
信号電荷は、最終的に最後段の垂直シフトレジスタから
転送電極８を具備する水平シフトレジスタに転送され
る。水平シフトレジスタは垂直シフトレジスタの配設方
向に直交する水平方向に配設される。水平シフトレジス
タの転送電極８には図３（ａ）に示される転送パルスが
印加され、該転送パルスφＨ1のタイミングで垂直シフ
トレジスタより転送されて来る信号電荷を図示しない出
力部に転送する。
【００１６】垂直シフトレジスタにおける信号電荷の転
送方向付けは以下のような構成によって行われる。ま
ず、Ｐ型半導体基板１の表面における転送電極４の下片
側から転送電極５の下全域にわたってＮ型の不純物を注
入して第１の領域６を形成する。次いで、転送電極５の
下片側領域にＰ型の不純物を注入して第２の領域７を形
成する。
【００１７】図２は以上の構成におけるポテンシャル分
布を示す。Ｎ型の不純物およびＰ型の不純物はそれぞれ
＋Ｖａ、−Ｖｅだけポテンシャルを深くする。これによ
り、第１の領域６によって転送電極４の下に信号電荷転
送の方向付けのためのポテンシャル段差Ｖａが形成され
る。また、第２の領域７によって転送電極５の下に信号
電荷転送の方向付けのためのポテンシャル段差Ｖｅが形
成される。なお、Ｖｃはクロック振幅に対応したポテン
シャル差である。
【００１８】上記構成において、ポテンシャル段差Ｖａ
および−Ｖｅが互いに打ち消しあう方向で一致する程度
にＮ型およびＰ型の不純物の注入量を設定すると、転送
電極４、５間で方向付けのためのポテンシャル段差を一
致させることができる。従って、この条件下、Ｐ型の不
純物の注入領域を図１に示す領域に設定すると、転送電
極４、５の下に形成されるポテンシャルの深さの方向性
を信号電荷の転送方向に向かわせることができる。この
結果、図３（ｂ）に示すように、転送パルスφＶ1、φ
Ｖ2は同一電圧条件で２相駆動が可能になる。
【００１９】図２において、実線のポテンシャルは転送
パルスφＶ1が低く、転送パルスφＶ2が高い状態を示
す。これに対して、破線で示すポテンシャルは転送パル
スφＶ1が高く、転送パルスφＶ2が低い状態を示す。図
において転送方向は左から右となる。
【００２０】次に、図３に示すタイミングチャートに従
い上記構成の固体撮像装置の具体的な駆動方法について
説明する。図３（ａ）は水平シフトレジスタの転送電極
８に印加される転送パルスφＨ1を示しており、図中Ｔ
は水平シフトレジスタの休止期間を示す。一方、図３
（ｂ）は転送電極４、５に印加される転送パルスφ
Ｖ1、φＶ2を示す。両図からわかるように、水平シフト
レジスタの休止期間中に垂直シフトレジスタからの信号
電荷の転送動作が行われる。すなわち、この間に垂直シ
フトレジスタの１段分の信号電荷が水平シフトレジスタ
に転送される。
【００２１】図３（ｂ）の転送動作は、この固体撮像装
置の信号電荷を静止画データとして転送する場合に行わ
れる。一方、前記信号電荷を動画データとして転送する
場合は、駆動回路より転送電極４、５に図３（ｃ）に示
すタイミングの転送パルスφＶ1、φＶ2を印加する。こ
れにより、水平シフトレジスタの休止期間中に２段分の
信号電荷が水平シフトレジスタに転送され、該水平シフ
トレジスタ内において２段分の信号電荷が混合される。
混合された信号電荷は、その後、読み出されて出力部に
転送される。
【００２２】このような転送動作によれば、２段分の信
号電荷が混合されて読み出されるので、この場合の出力
データは一画面当りの垂直方向の走査本数が飛越走査を
行う標準ＴＶ方式と同数になる。それ故、読み出した情
報をＴＶに転送すれば該情報をＴＶがそのままの状態で
表示できる。この時、飛越走査に対応して垂直方向に隣
接する異なる組合わせの２画素間の信号を混合すること
は言うまでもない。
【００２３】従って、出力側の機器に応じて、転送電極
４、５に印加される転送パルスφＶ 1、φＶ2の印加タイ
ミングを図３（ｂ）と図３（ｃ）に示す状態に切換えれ
ば、静止画記録と動画記録の両方を行うことができる。
すなわち、上記駆動方法によれば、同一の固体撮像装置
で静止画記録と動画記録の両方が可能になる。
【００２４】図４は本発明固体撮像装置の垂直シフトレ
ジスタの最終段部における断面構造を示す。この断面構
造は上記図１の断面構造と略同様であるので共通する部
分は同一の番号を付して説明を省略し、以下異なる部分
についてのみ説明する。
【００２５】図４に示すように、この固体撮像装置は最
終段の垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタとの間
に受光部に隣接する該垂直シフトレジスタと独立して駆
動可能になった蓄積用レジスタを設ける基本構成をと
る。具体的には、最終段の転送電極５と転送電極８との
間に転送電極９、１０を具備した蓄積用レジスタを設け
る構成をとる。該蓄積用レジスタの転送電極９、１０に
は転送パルスφＳ1、φＳ2がそれぞれ印加される。
【００２６】この固体撮像装置は蓄積用レジスタを垂直
シフトレジスタと別タイミングと同一タイミングの２段
階にわたって切換えて駆動し、これにより上記駆動方法
同様に静止画記録と動画記録の両方が行えるようにす
る。以下図５に従い具体的な転送動作を説明する。
【００２７】図５（ａ）は図３（ａ）同様に水平シフト
レジスタの転送電極８に印加される転送パルスφＨ1を
示し、図中のＴは同様に該水平シフトレジスタの休止期
間を示す。また、図５（ｂ）は蓄積レジスタの転送電極
９、１０に印加される転送パルスφＳ1、φＳ2を示す。
更に、図５（ｃ）は垂直シフトレジスタ４、５に印加さ
れる転送パルスφＶ1、φＶ2を示す。
【００２８】図５（ｂ）、（ｃ）からわかるように、転
送パルスφＳ1、φＳ2の印加タイミングで規定される蓄
積レジスタの駆動は、垂直シフトレジスタの２段分の転
送電荷、つまり、垂直方向に隣接する２画素間の信号電
荷を該蓄積レジスタ内で混合し、水平シフトレジスタに
一度転送するようになっている。
【００２９】従って、蓄積用レジスタをこのような駆動
タイミングで駆動すれば、動画記録が可能になる。一
方、蓄積用レジスタを垂直シフトレジスタと同一タイミ
ングで駆動すれば、静止画記録が可能になる。それ故、
この固体撮像装置においても、蓄積レジスタの駆動タイ
ミングを２段階にわたって切換えれば、同一の固体撮像
装置で静止画記録と動画記録の両方が行える。
【００３０】なお、上記実施例では、蓄積レジスタを１
個設けることとしたが、該蓄積レジスタを複数設ける構
成をとることもできる。また、上記各実施例では、２相
駆動方式の垂直シフトレジスタを備えた固体撮像装置に
本発明を適用する場合について説明したが、３相方式、
４相方式の垂直シフトレジスタを備えた固体撮像装置に
ついても同様に適用できる。
【００３１】
【発明の効果】以上の本発明は、受光部に蓄積される信
号電荷を２段階の転送方式に切換えて転送する方式をと
るので、該転送方式を出力用の機器に応じて切換えるこ
とにより、静止画に対応したデータおよび動画に対応し
たデータを出力部に転送できる。従って、同一の固体撮
像装置で静止画記録および動画記録が可能になる。それ
故、静止画記録用の固体撮像装置および動画記録用の固
体撮像装置をそれぞれ別個に開発する必要がないので、
製造コストを大幅に低減できる利点がある。また、汎用
性を向上できる利点もある。
【００３２】更には、動画記録中に転送方式を切換え
て、静止画記録を行う使用形態によれば、静止画情報を
高密度で記録できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法が適用される固体撮像装置の垂直シ
フトレジスタの最終段部を示す断面図。
【図２】図１の構成のポテンシャル分布図。
【図３】図１に示す固体撮像装置の転送動作を示すタイ
ミングチャート。
【図４】本発明固体撮像装置の垂直シフトレジスタの最
終段部を示す断面図。
【図５】図４に示す固体撮像装置の転送動作を示すタイ
ミングチャート。
【符号の説明】
１ Ｐ型半導体基板 ２ 埋込みチャネル層 ３ 絶縁膜 ４、５ 垂直シフトレジスタの転送電極 ６ 第１の領域 ７ 第２の領域 ８ 水平シフトレジスタの転送電極 ９、１０ 蓄積レジスタの転送電極 φＶ1、φＶ2 垂直シフトレジスタの転送電極に印加さ
れる転送パルス φＨ1 水平シフトレジスタの転送電極に印加される転
送パルス φＳ1、φＳ2 蓄積レジスタの転送電極に印加される転
送パルス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２次元に配置された受光部と、該受光部に
    隣接して多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号
    電荷を垂直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレ
    ジスタと、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される
    該信号電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタ
    と、該水平シフトレジスタにより水平転送された該信号
    電荷を電圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装
    置において、 該垂直シフトレジスタの最終段に、該受光部に隣接する
    垂直シフトレジスタと独立して駆動できるようになった
    少なくとも１以上の蓄積用レジスタを設けた固体撮像装
    置。
  2. 【請求項２】２次元に配置された受光部と、該受光部に
    隣接して多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号
    電荷を垂直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレ
    ジスタと、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される
    該信号電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタ
    と、該水平シフトレジスタにより水平転送された該信号
    電荷を電圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装
    置の駆動方法において、 該垂直シフトレジスタの最終段に、該受光部に隣接する
    垂直シフトレジスタと独立して駆動できるようになった
    少なくとも１以上の蓄積用レジスタを設け、該蓄積用レ
    ジスタを該垂直シフトレジスタと同一タイミング又は別
    タイミングで選択駆動し、別タイミングでの駆動時に、
    該蓄積用レジスタ内で垂直方向に相互に隣接する２つの
    受光部に蓄積された信号電荷を混合させ、混合された信
    号電荷を該水平シフトレジスタに転送するようにした固
    体撮像装置の駆動方法。
  3. 【請求項３】２次元に配置された受光部と、該受光部に
    隣接して多段配置され、全ての受光部に蓄積された信号
    電荷を垂直方向に一度に独立して転送する垂直シフトレ
    ジスタと、該垂直シフトレジスタにより垂直転送される
    該信号電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタ
    と、該水平シフトレジタにより水平転送された該信号電
    荷を電圧信号に変換する出力部とを備えた固体撮像装置
    の駆動方法において、該水平シフトレジスタの休止期間
    中に該垂直シフトレジスタを１段又は２段転送し、２段
    転送時に、垂直方向に相互に隣接する２つの受光部の蓄
    積電荷を該水平シフトレジスタ内で混合させて読出すよ
    うにした固体撮像装置の駆動方法。
JP3158696A 1991-06-28 1991-06-28 固体撮像装置およびその駆動方法 Pending JPH0514816A (ja)

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