JPS58157263A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS58157263A
JPS58157263A JP57039429A JP3942982A JPS58157263A JP S58157263 A JPS58157263 A JP S58157263A JP 57039429 A JP57039429 A JP 57039429A JP 3942982 A JP3942982 A JP 3942982A JP S58157263 A JPS58157263 A JP S58157263A
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Nozomi Harada
望 原田
Okio Yoshida
吉田 興夫
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の鵬する技術分野〕 重置・明は111iff細1lii書l提供し得る固体
撮像装置の撮像方式6二関する。
〔従来技術とその問題点〕
従来の例えに−AM160方式のごときテレビジョン標
準方式では、垂直方向走査線512本、飛び越し走査l
フレーム2フィールド構成、1iiiiiflスペクト
比3:4等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(二遍合丁べく構成され
ている・ 現在この標準方式に適合した例えはインターライン転送
方式can(j2L後工T−CICDと称丁)惑二おけ
る画素数は500 (imi!i) X 400 (水
平)程度である。
このような工T−00Dの体像動作を第1図を用いて&
6単6二説明する。この1丁−CODでは例えばホトダ
イオード(以下FDと称丁)で形成された2NxM[(
例えばN=250、M= 400)の感光部CPI1%
pH’%  PIt%P+’*bPla%”’、 Pl
 i5、 ”I’N、 Pt+、’11.211X治%
 P宜az  −”%   Pg N% P & Ns
 ll++%  PQ  %  P’1−一 、  P
 Mt 、 P’M!  %  P 町 1・・・、P
MN、 FMN’) (以下P1、P’1で代表する)
と、この感光部(Pi、I’1つで光電変換さnて蓄積
された信号IE荷を絖出丁ための垂直caD(e、 、
o、、・・・OM)が互いに水平方向(二交互(:配列
さrしている。
ここでFDは発生した信号電荷を蓄積−る蓄槓部でもあ
る。そしてIIl直OCDの信号電荷は、1段毎に水平
OCDシフトレジスタ(l)−二転送され、水平有効期
間において水平CODシフトレジスタ(11内を転送さ
れた後順次出力部(2)より読出される。
ここで*iih COD (0,、O,・・・、CM)
におけるflillL方回の転送段数は感光@ (Pi
、Pi勺の画面方向−素数の半数のN (=250)で
ある。そして通常のテレビジiiy纏準方式4=おいて
はlフレームは2フイールドより構成され、またインタ
ーレス走査を行っている。従って工’r−0(iDでも
これに適合した俺像動作を行っており、先の2フイール
ドなム、Bフィールドも;分け、ムフィールドでは垂直
方向に連続して設けられた2111のFD (PI r
 、Fgt)、(Pt *、何り、・・・、 (Pl)
l、−J’l Nす、(P、1、P、1つ、(石、P8
.す・・・、 (Pg )l、PtN’)、・・%1 
 (PM、 、 PM、す、 (PM、、PM、す、・
・・、  (PMN、 PIIINつで蓄積された信号
電荷を合せて絖出し、Bフィールドでは、垂直方向(二
ムフィールドを絖出した2IaのP’ry (pt、p
sりに対して空間的に垂直方向に対して180度位相が
1%なる連続した2mのFD(PI己P、)、(Ptm
’、!11)・・・、(都′、P□)、CPtt ’%
 Pl5)%・・・、(PM、’、PMり、(PMs’
、PM、)、・・・で蓄積された信号1に荷を合せて読
出丁。このような信号電荷続出しモードをフィールド蓄
積モードと呼び、この場合、km方向においてム、IA
フィールドで読出されるイー号の!2!間的位相が18
0度  syzるため、感光領域全域からは2miXM
li(”500X 400wA)(D f y j L
点カ4r:)レル。
削紀フィールド薔槓モードに対して、ムフィールドにお
いてはFDOP、いPl!、Pl、、・・・、PlNs
 Pl1、Plt、P□、・・・、F* Ns・・・、
PM、 、PM、、PM、・・・、PMN)6二おいて
蓄積された信号電荷を絖出し、Bフィールドでは!ii
直方同方向6ユてIImおきのPD(’1’l、P’s
ts P’+s、・・・I’l N %P’tt s 
X’B、P’、、、・・・、F’! 8% ”・、P’
M、 、P蔦、P’MN)のイa号奄(lfrvvt出
丁フレーム畜槍モードがある0PD(Pi、P′1)か
ら撫1iocp(cl、c、・・・、CM)への信号1
に荷転送は、FD(Pi、P′1)と泰1JiLC0D
(0,、Ca、・・・、CM)間に設けられたフィール
ドシフトゲート(以下78Gと称丁)(4)にノ(ルス
電圧を印加することによって行われる。
ところで鍛近上記の標準方式によるテレビジョン放送に
おいて、爽に高稽11AIIkl蜜を提供 ることが考
えられており、それI:よれば垂直方向の定量締約10
00本、111mアスペクト比3:5である。なお飛び
越し走査lフレーム2フイールド構成は、上記標準方式
と同様である。
しかしてこの烏槓細丁V方式に固体撮儂装置を適合させ
るため(−は、その−票数は垂直方向は1000−素、
水平方向は少なくとも1000画素必賛で6る。従って
現在の一体操像装置の約4倍の1lIii集検化か6畳
となる〇 すなわち、rijjAの一体麹憚装亀は通常半辱体基板
上4:形成されるが、上述のように4倍の為集積化を連
成するため1:l−嵩すづズを陵貴しないでIli&l
k数のみl増加させた場合は、半◆体基板のデツプtイ
ズを4倍6二しなけれはならなし)。
しかるに半都体i板のテップナイズを4倍にするどとは
、線道上大きな内−を伴うはかりでなく、伽qm出しレ
ートが4倍になることによる1体撮冑装置の駆動−路良
作上の困―性が増し、さらに洒貴゛峨力の増加が巌けら
れないという種々の間亀が生じる。
〔発明の−6〕 本軸明は上記の点に麺みなされたもので、チップナイズ
を増大させることなく、実効的に1000Xltl O
(Iの画素数を有する一体撮謙装置と―等の為解源度化
を遁戚することができる撮像方式を提供することを目的
とする。
〔発明の概★〕
本発明は、信号電荷を発生する感光部と信号電荷m取り
邸である*@cCDを水平方向[交互し配列し、かつ垂
直OCDの転送段数と幽直方pjの感光部数を同一にし
た固体撮像チップ基板を、感光部−二蓄積された信号電
荷を垂直ClCDに移動させる期間を中心として、その
前後において、光、電子、X線等の入射II(二対して
相対的じ移動させることを特徴とする・ 〔発明の効果〕 本発明によれば固体撮像チップ基板のIib衿度化を行
うことなく、水平、垂直方向の解*!tV大幅に向上さ
せることができる。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
182図は本発明の固体撮傷方式(:よる撮像動作を説
明Tるための模式図である0 ホトダイオード(FD)で形成されたM夕IJの感光部
(P+ 、Pt s・・・PM)と、同じくM列の垂直
C0D(0,、C2、・・\Cりが図示の如く交互(二
組列され、感光部の令ターは(Pi、P信、PK□、P
′13、Pll、・・・PIN%P’IN)、(P、1
、”11、Pll、P’lt% P18%”’、P!M
% 7. N)、”、 (P”l s P”1、PM、
 、P’M、、P4、・・・、PMM、 P’MN)の
即<2M−のI’Dが配置されており、また−鉦cap
の谷々はPD6二l対16;對応して (C31、O’
l1%O1m、c′1ヨ、C0、・・・、0.N1C’
t)l)、(C□G4いC0、c’、、、cm、・・・
、C8N%O’*x)、・・・、(0も、O’MいOM
、 、O’M、 、OM、 、・・・、01+1)1%
O’MN)の即く、2M−の転送段VNする◎卸ち1感
光都と−@ OCDが又互C二屹夕Uされ、かつ−1O
0Dの転送Jlil!数と一直方向FD数は同数とされ
る。ここでy′1に調光は250とするとfi@方間の
FD数とiiI直OCDの転送に数はいずれも500と
なる。
本発明4:おいて嫁、このような固体−一チツプ基板を
移動さセなから一蜜動作を行ない、FDから信置CCD
(C,、Cい・・・、CM)へ送られた信号電荷は一段
毎に水平ccpVフトVンスタ+1)に転送され、水平
1助期閲櫨二おいて水平CODシフトレジスタ(1)内
6二おいて転送された後、願次出力都(2)より続出さ
れる。
次−二本発明による移動を伴う撮像方式−二ついて詳述
する。
IJa図1mlは本発明の撮像方式の一実施例を説明す
るための、一体撮冑デツブ基板を光照射側からみた図で
ある。
フォトダイオード列(Pi 、Pt・・・)と無11I
CCD(at%C3・・・)は交互ζ;配列されており
、またも垂直00Dはフォトダイオード(FD)と同じ
数の段を有する。丁なわちこの固体撮像デツプ基板では
、同一フィールドで全てのFDに蓄積された信号′亀v
Iv互いに独立に得ることができる。
このようなテップ基k(:おいて、ムフィールドでは9
中実線で示すPD (P、、、P’l1%”+1%PI
ll、Pへ、・・・、PUs ’11% PMms ”
*宜z Blab P’*as  °”  %  11
1% ’11% Pa雪% P’l1% pH%y、い
・・うの場所の入射光学像を感知せしめ、Bフィールド
ではこのテップ基板を丙印(811ニー示、よう鑑ユV
21Jii嵩ピツプだけ水平方向d:移動させ、各FD
で入射光学像を感知せしめる。その結果Bフィールドで
は第3図中であたかも点線で示Ts分(丁なわち垂直C
ODがある部分)(=谷FDが存在していたかの如く撮
像することができる。以下説明!簡単6;するため6二
初期の状−における感光部(実線で示したFD)を第1
の感光部と呼び、移動後の感光部(点線で示したFD)
を第2の感光部と呼ぶ。
そして史に次のムフィールドではテップ基板を元の位置
4:員丁ようC;移動し、!slの感光部で入射光Il
を感知セしめる。以後このようなテップ基板の移!11
!lをム、B2フィールド期閲(:より構成されたlフ
レーム期間を1周動期間として縄り返丁。
なお杏生画像上にはム、Bフイルードで水平方向(二1
/2iiu 素ピッチずらして表示させる。
1M3図1b1は上述の如き固体m*デツプ基板の移動
量−ドの一例な示す。この例はlフレーム期間を18期
としてデツプ基板を矩形状6:11動さセる場合を示し
ている0ここで振動振−ム−は上述の第1の感光部から
第2の感光部への移動距離である。
この振動モードにおいて、その−動中心(9−1%9−
2.9−3、・→が位置する期間と4FDで蓄積された
信号1衝4I:撫直CODに移動させる動量とを互い6
;−期させる。丁なわちs3図(clはs2図中のIP
 B G (41に印加するパルス亀庄阪彫な示し、本
図で示Tようし上記振動中IL?に一紋するよう(二1
sas−7@、亀圧VHな印加する。ここで「−散」と
は厳密なt味での一欽でなくても、多少ずれていてもか
まわず、以後これt含めて「−1と称する。
そして上記伯号亀荷移動は、撮像動作上、表示での垂直
ブランキング期間に相当する細間に行われるO このように振動中心(9−1,9−2,9−3、・・う
と78GのvH印加時と1一致せしめながらチップ基板
す第3図(blに示す如く振動させることにより、第3
図1alで示したようにムフィールドとBフィールドで
別々の場所の光学情輻を得ることができる。そしてこの
ことは言うまでもなく水平方向の解i&Jf1に:2倍
6二できることを意味する〇 !J4図は本発明の他の実施例を示1゜本図h*3図の
撮偉方式を灸に改良し、垂直方向の解像度も同上できる
ようにした実施例である。第4図(:示す方式の場合も
、第3図と同様、供用CODの走置方向転送段数と自1
方回のFD数は同一である0しかし本実Jik例の場合
はチップ基板を図示の如く斜め方向に振動させる。Tな
わちムフィールドにおいて第1の感光部(冥婦で示すF
D部)にて入射光学像を感知し、BフィールドC二おい
ては、ムフィールドでfliliiOcDが位置してい
た場所でかつ111m万刈においてFDの中間6二位置
する場所まで移動させて入射光学像を感知丁も。そして
更に次のムフィールドではチップ基板を元の位t−二員
し%以後−檜の薔動丁なわち振動を実行する。
なおこの場合今生−−上ではム、Bフィールドで祷られ
るm1%弗2の感光g(ユ各々対応するように襠正して
表示される。丁なわちム、1フイールドで貌出しクロッ
クに同期して蝦り出される信号t’ 1/2に嵩Jil
li1期丁ら丁という操作が行われる。
このような−四方式をとること(二より、第4図で示し
たよう6;ムフィールドでは(N−1)Hム、MHム、
(M+l) Hムを読み出し、1フイールドでは(N−
1)HB、 MHB、 (N+1) HBt’*み出せ
は、水平方向だけ   □でなく、Il垂直方向おいて
も表示における飛び越し走査に対応してインターレス撮
像を行うことができる。
従って第31のものがIs似インターレス煉宙6二よる
尚fi11細化を図っているのに対し、第4図のもので
は堆層的なインターレス−像’a’ OJ kにする。
了なわちこのよう72:撮像方式(二よって蟲直疋量線
1000本(二対応した一龜解像度が侍られ、かつ水平
方向の解像度も倍増させることができる。
以上6二説明した本発明の一像力式≦二おいては、11
1j述のように垂直CODの膜数とFDの垂直方向の鯖
数が同一のチップ基板を用いたが、このようなデツプ基
板は次砿:睨明するような槙瓜とすることか望ましい。
丁なわち第5図1alに本発明の煉]ダ力式に迩するテ
ップ基板の半画4i11道を示す〇 水平方間C二おいて感光部であるFD(5−1,ハ5−
i、・・・)とiiimccpy−ヤ不ル (6−11
u−2、川)が交互に配夕Uされており、垂7ccnチ
ャネル(6−ISti−2、・・・)上1;は1i11
−目の転送電極(2〇−1、・・・、20−1、・・・
)と第2M11目の転送−極(21−1゜・・・、21
−1、・・・)が、l−歯部ムpのはば中間部で関11
11 (22−1,、、、,22−1、−)VIrL”
CjJKさtL”Cいる。そしてこれら1s1麺目及び
′gs2層目の転送電極上に、垂直方向に)!!緬した
ストライプ形状を有するs3−目の電極23−1,23
−2、・・・)が形成されている。なおムDは!Il1
層目の’1ita+極と第2鳩目の電極の息なりS奮示
す@ 85図(blは上記第1細目の転送電極(20〜11・
・・、20−1、−) トII 2 m fA ノ転’
a電1k (21−1% −・・、zi−i、:・・)
だけ11略l−黍部分取り出して示した拡大図である。
右上り斜線部が光入射鋼がらみた)11Mm9の転送電
& (20−1,20−2、−) 、右下りfIi+一
部が第2鵬lの転送電極・(21−1,21−2、・・
・)、クロス部分が]ILなり部である。
第5図1alに第5図1alのムーム′断面因である。
P急シリコン基&aa上逼二塚込みデャネルであるM+
層■が設けられ、このI+麺QU上4:ゲート酸化1a
uaが形成されている。そしてこのゲート酸化膜qz上
にjl[PI4目の転送電極(20−1,20−2,2
0−3、・・・)が形成され、その上に第1の絶縁*O
V介して第2層目の転送電極(211%21−2、・・
・)が、第1鳩目の電極とkなりsA、v有して形成さ
れている。
そしてさらにその上−二Th2の絶縁族−を介して自直
77同4二連続してw13層目の電極(23−1)が形
成されてし)る。ここでこの第3膚目の電極(23−1
)は、第1HIII目の亀& (20−1,20−2,
20−3、・・・)と第2鳩目の電極(211s 21
−2、・・つがmなっていない部分、丁なわちiiJ述
のiil昧都においてゲート敵化麟a4を嶺うよう6;
形成されている。
そして座l鳩目の一極(20へ1.20−2.20−3
、・・・)、第2層目の電極(21−1,1−2、・・
・)及び第3鳩目の電極(23−1)4二各々独立rj
 3相クロツクパルス電比tゆ加することC二より、連
続した3亀−例えは第1I11目の電極(20−2)%
第2鳩目の一極(21−1)、そして弗2層目の一極(
21−1)とこれζ:v4讃する第1層目の電極(20
−1)との間の第371m1目の1iL極(23−1)
4:よって、垂鐘CCDの1段の転送単位を構成する。
第5図(diは第5図ialのB −B’断面図である
。本図で明らかなようじn −B’lll向C二おいて
は、事1層目の一極(20−11zo−2,20−3、
・・・)と弗2−目の電極(21−1% 21−2.2
1−3、・・・)とのlなりだけで良い。
このよう6二丁れは藺巣な4II道でかつ114度劣化
なく1112−で示した基板チップな構成することがで
きる。
上記夷kf14では光入射によって信号電衝が発生する
場合について述べたがXII%電子繍α;よるものであ
っても良いことは云うまでもない。
また上述の冥に例では1体撮像チップ基板の振動として
矩形状のものl示したが、正弦波状、三角波状等であっ
てもよい。豊する6;振動中心が位置する勘閲ともPD
で蓄積された信号電lljを垂直Ccpjニー$動さセ
る期間が同期しておれはよい。
また実施例で4FDが四角の開口の即く説明したが−何
ら四角である必要はない。又4!rPDが垂龜万同に一
列6二配外した例を示したが、ジグザグに配外されたも
のでもよい。さらに本発明は、このような1体−曽デツ
ブ基板’&’11m1,2111あるいは3@l用いて
カラー−像な行う場合にも適用できることは言う菫でも
ない。
またいわゆる2&武、3板式カラーカメラにおいては、
本発明≦二よる撮像方式と#集ずらし法とを共用するこ
とC二より、更に一解像の画像を優ることができる。
さらに実施例ではム、Bフィールド′に#lり返して一
像する動的一像について説明したが、1枚ごとに独5L
t=撮像するいわゆる電子カメラ6二も適用することが
できる・ また本発明は工τ−〇CDの上部(二光電変換撫が形成
されたいわゆる2階建の1体撮曽# t l:も適用で
きる。この場合は光電変換線が感光部となり、IJ3図
で示したIT−CODにおけるPDが′ti積部となる
【図面の簡単な説明】
第1図は1丁−CODの一般的な連像動作を説明するた
めの図、1IB2図は本発明の1体撮像方式C二よる撮
像動作を説明するための図、第3凶は本発明による撮像
方式の一実施例を説明するための図、84図は本発明の
撮像方式の他の実施例を説明するための図、第5図は本
発明の撮像方式に迩するデツプ基板の栖戚を示す図であ
る。 PI % 烏% p、・・・フォトダイオードタUC1
、’Q、CI・・・*mccp l・・・水平acpV7)レジスタ 2・・・出力部 9−1% 9−2.9−3・・・ti動中心(7317
)  代造人 弁迦士 則 近 埴 佑(ほか1名) 第2図 第3図 第4図 第5図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11光11iL子もしくはxi&の照射1二より発生
    した伯号亀荷1蓄棟する薔検部とこの畜横部の信号ii
    L衛奮試み出丁kik転送部とが丹生幽轍上の水平方向
    6二対応する方向に変互(二組ターされ、かつ前記―龜
    転送部の転込択数が薊記査槓部の垂直方向の鐘数と同じ
    である1体撮像テップ基hv入射禦に対して相対的(二
    振動させ1この振動の中心’ffi &IJ紀蓄積蓄横
    部Ill] till!垂直転送部へのイハ号−旬の絖
    み出しの期間嘔ニー散せしめることを特徴と丁ζ固体擁
    儂装置の撮像方式。 +2)  自IJ記振動は、前記固体撮像チップ基板を
    丹生lit像上で水平方向に対応する万一」(二振らせ
    るものであることt特徴とする特rf−誂求の範1eE
    IIpH項記載の固体撮像装置の撮像方式。 (31#iJ紀ti動は、前記固体撮像チップ基板を再
    生1導上で斜め方向ζ二対応する方向であってかつ前記
    感知部の中間位ttで振らせるものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1墳記載の固体撮像装置の撮像方
    式〇 (4)  前記振動は矩形波状、正弦波状もしくは三角
    波状の振動量−ドで行われることを特徴とする特許請求
    の範囲第1璃配執の固体撮像装置の撮像方式。
JP57039429A 1981-12-25 1982-03-15 固体撮像装置 Granted JPS58157263A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57039429A JPS58157263A (ja) 1982-03-15 1982-03-15 固体撮像装置
US06/451,465 US4543601A (en) 1981-12-25 1982-12-20 Solid state image sensor with high resolution
EP82306971A EP0083240B1 (en) 1981-12-25 1982-12-24 Solid state image sensor with high resolution
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