JPS61238181A - 固体撮像装置の信号読出方式 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はＢ　Ｂ　Ｄ’（ｂｕｃｋｅｔ　　ｂｒｉｇａｄ
ｅ　　ｄｅｖｉｃｅ。

バケットブリゲート素子）やＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ−
ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅｓ電荷結合素子）などの電
荷転送素子による電荷転送型の固体撮像装置の信号読出
方式に関するものであシ、特にインターライン転送方式
撮像装置の解像度を向上させることが可能な固体撮像装
置の信号読出方式に関するものである。

〈発明の概要〉 本発明の固体撮像装置の信号読出方式は、所定ピッチで
配列された光電変換部と、この光電変換部の垂直列に対
応して設けられた電荷転送型垂直転送レジスタと、この
垂直転送レジスタの信号を直列に出力するための電荷転
送型水平転送レジスタとを備えた固体撮像装置において
、上記の垂直転送レジスタの信号のうち、上記の水平転
送レジスタに近接するものより順次上記の水平転送レジ
スタの方向に信号を転送し、上記の垂直転送レジスタ内
の空き領域を順次拡大していくことによシ各フィルドで
全光電変換部の信号を独立して読み出すようにしたもの
である。

〈従来の技術〉 一般に、電荷転送型の固体撮像装置の転送方式には、イ
ンターライン転送方式とフレーム転送方式の２種がある
が、前者はチップ寸法を小さくできると共に背感度の向
上が図シやすいなどの長所を有しているため家庭用単板
カラービデオカメラに適した方式といえる。

第３図はこのインターライン転送方式〇ＣＤ撮像装置の
構成を示す図であシ、同図において１は光電変換部、２
は垂直転送レジスタ、３は水平転送レジスタ、４はトラ
ンスフ１ゲートである０この第３図に示したＣＣＤ撮像
装置では、遮光されたＣＣＤ垂直転送レジスタ２と画素
を構成する光電変換部１が交互に配置された構成をとる
０また、ＣＣＤ垂直転送レジスタ２と光電変換部１はト
ランスフ１ゲート４によシ分離されている０このような
構成において、テレビジタンの垂直帰線期間内に、トラ
ンスファゲート４が印加されるパルスによシ導通状態に
なると、光電変換部１に蓄積された信号電荷は、隣接す
る垂直転送レジスタ２に転送される。この後トランスフ
ァゲート４は印加されるパルスにより遮断状態となシ、
光電変換部１と垂直転送レジスタ２は分離される。すな
わち、光電変換部１は積分モードに戻シ、一方、垂直転
送レジスタ２へ転送された信号電荷は、水平帰線期間毎
に１ビツトずつＣＯＤ水平転送レジスタ３側へ転送され
、１ラインずつ水平転送レジスタ３によシ信号が読み出
される。上記光電変換部１には一般にＭＯＳゲートやｐ
　−ｎ接合ダイオードが用いられる。また光導電膜を上
部に積層させた、いわゆる二階建構造も可能であシ、こ
の場合は第３図における光電変換部１を光導電膜と接続
された注入ダイオードと置き換えれば良い。なお、この
二階建構造ではＣＣＤ垂直転送レジスタ２の上部にも光
導電膜を設けることができるので、感光面積の増加に伴
う感度の向上のみならず、画素の配置が自由になるので
、水平列毎に画素を水平方向に半ピツチずつずらした千
鳥配列とすることによシ、水平解像度の向上を図ること
も可能となる。

また、インターライン転送方式ではテレビジョン標準方
式の２対１インターレースに対応して垂直転送レジスタ
２の１ビツトに２画素を通常配置して集積度の向上を図
っているが、垂直転送レジスタ２の１ビツトは一つの情
報しか転送、蓄積できないので、次のような２種の動作
モードで駆動することになる。

即ち、その１つはフレーム蓄積モードと呼ばれるもので
、画素を水平１行毎に奇数番目と偶数番目の２つのグル
ープに分け、フィールド毎にその半数を交互に読み出す
ものであシ、今１つのものは、フィールド蓄積モードと
呼ばれるもので、フィールド毎に全画素の信号電荷を垂
直転送レジスタ２に転送し、インターレースに対応して
フィールド毎で組合せを変えて、２つの画素信号を垂直
転送レジスタ２内で混合した後、転送を行うものである
。

１個の固体撮像素子を用いてカラー信号を得る単板カラ
ー化方式では、各画素にカラーフィルタを設けて、信号
処理によシ３原色の信号を得ることになるが、この場合
、１水平期間に２水平列の画素信号が得られること、す
なわち１フイ一ルド期間に全画素信号が得られることが
解像度９色再現性、偽信号の抑圧などの点から城まれる
。また二階建構造で画素、を千鳥配列にして水平解像度
の向上を図る場合には、白／黒（Ｂ／Ｗ）撮像時にも、
画素が補間的に配置された２水平列の画素信号が同時に
必要となる。

しかしながら、垂直転送レジスタの１ビツトに２画素を
配置したインターライン転送方式では、フレーム蓄積モ
ード、フィールド蓄積モードのいずれによっても、各フ
ィールドで得られる情報は全画素の半分となる。すなわ
ち前者の場合には全画素信号が独立して得られるという
長所はあるが、フィールド毎には半分の画素信号しか得
られず、これをフィールド遅延により補間すると、被写
体の動きに追随できないし、また補間を行わない場合で
も各画素の積分時間は２フイールドであるので、被写体
の早い動きに追随することができない。

一方後者の場合、各画素の積分時間は１フイルドである
ので被写体の早い動きにも追随できるが、２画素の信号
を混合するので、各フィールドで得られる情報は全画素
数の半分である。

各フィールドで全−素信号を得るために、従来は、垂直
転送レジスタの１ビツトに１画素を配置する方法が用い
られておシ、垂直転送レジスタの本数を２倍にした提案
（小池はか「二行読み出し方式〇ＣＤ撮像素子」テレビ
ジ冒ン学会１９８４年全国大会３−１０）や垂直転送レ
ジスタのビット数を２倍にした提案（林元ほか「高解像
度ａ−８ｔ：ＨＭｊｔＮｔｗ造ＣＯＤイメージセンナ」
テレビジョン学会１９８４全国大会３−１６）がある。

しかしながらこれらの方法では垂直シフトレジスタが通
常の方法の２倍必要となるので集積度の低下を免れず、
また二階建構造以外では光電変換部が小さくなるので感
度が低下する。

一方Ｅ／Ｂ　（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｐｅｒ　ｂｉｔ　
）法（たとえばＣ−Ｈ−Ｓｅｇｕｉｎ　ｅ　Ｍ−Ｆ、　
Ｔｏｍｐｓｅｔｔ著「電荷転送デバイス」近代科学社版
邦訳Ｐ、２２８）は、転送の方向付けのための電位障壁
を備えた電極ｎ十１個でｎ個の情報の転送が可能な方法
である。すなわちこの方法は、１個の空き領域を信号の
転送と逆の方向へ移動させることによシ順次信号電荷を
転送するもので、ｎ回の転送操作によシ信号電荷を１電
極転送する。

撮像装置にとのＥ／Ｂ法を適用した場合の信号電荷の第
１水平期間における転送方法を第４図に示す。この第４
図では画素ｌ垂直列４１とこれに対応する１垂直転送レ
ジスタ４２のみを示しておシ、垂直画素数は２ｎ個で垂
直転送レジスタ４２は転送の方向付けのための電位障壁
を備えた電極２ｎ個よシ構成されている。

第４図において、ま・ずｔ　”　ｔ　ｔで全画素信号が
垂直転送レジスタ４２へ移される。そしてｔ　＝　ｔ　
ｚで１番目の画素信号が水平転送レジスタへ読み出され
、この部分に空き領域ができる。この空き領域にｂｉｔ
３で２番目の画素信号を転送する。このとき生じた空き
領域にｔ”ｔ４で３番目の画素信号を転送する。この操
作を２ｎ回繰シ返すことによ、６　ｔ＝ｔ　　　では垂
直転送レジスタの最上部が空２ｎ＋１ き領域となる。１水平期間で２水平列の画素信号を読み
出すために、もう一度量様の操作を繰返すことにより、
１＝１　　　　で垂直転送レジスタ４２４ｎ＋１ の最上部２個が空き領域となシ、最下部には第３番目の
画素信号が蓄積されていることになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 前述の垂直転送レジスタのピット数を２倍にする方法で
は、既に述べたように垂直シフトレジスタが通常の方法
の２倍必要となるため、集積度の低下を免れることが出
来ない。

一方、上記したＥ／Ｂ法を用いれば、撮像部の集積度を
低下させることなく、各フィールドで全画素信号を読み
出すことが可能となる。しかしこのＥ／Ｂ法を用いる場
合、例えばＮＴＳＣ方式用撮像装置の垂直画素数２ｎは
約５００であるので、１水平期間に約１０００回の転送
操作が必要となることになる。したがって、撮像領域の
全長に及ぶ転送電極の抵抗を考慮すれば、ＥＺＢ法の撮
像装置への適用は不可能に近いといえる。

本発明はとのような点に鑑みて創案されたものであシ、
撮像部の集積度を低下させることなく、かつ少ない転送
操作によシ、１水平期間に２水平列の画素信号が得られ
る、すなわち１フイ一ルド期間に全画素信号が得られる
固体撮像装置の信号読出方式を提供することを目的とし
ている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の信
号読出方式は、所定ピッチで配列された光電変換部と、
との光電変換部の垂直列に対応して設けられた電荷転送
型垂直転送レジスタと、この垂直転送レジスタの信号を
直列に出力するための電荷転送型水平転送レジスタとを
備えた固体撮像装置において、上記の垂直転送レジスタ
の信号のうち、上記の水平転送レジス、りに近接するも
のよ、ＤＪ［次上記の水平転送レジスタの方向に信号を
転送し、上記の垂直転送レジスタ内の空き領域を順次拡
大していくことにより、各フィールドで全党電変換部の
信号を独立して読み出すように構成している。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

例えば、２相駆動ＣＯＤの１ビツトは、転送の方向付け
のための電位障壁を備えた２つの電極よシ構成されてい
る。それ故、これらの電極は各々に異る信号電荷を蓄積
することはできるが、信号電荷を分離したまま転送する
ためには、空の領域への転送が必要となる。本発明の信
号続出方式も上記したＥ／Ｂ法と同じくこの原理を用い
るが、異る転送方法によシ転送の操作回数を大幅に低減
させるようにしたものである。

第１図は本発明を適用した固体撮像装置の画素１垂直列
１１と対応する１垂直転送レジスタ１２における信号転
送の状態を示したものであシ、垂直画素数は２ｎ個で垂
直転送レジスタ１２は転送方向付けの念めの電位障壁を
備えた電極２ｎ個よシ構成されている。また図示はして
いないが、水平転送レジスタは１個の水平画素数の２倍
のビット数を持つものあるいは２個の水平画素数に等し
いビット数を持つもの等で構成すれば、ｌ水子期間に２
水平列の画素信号を読み出すことが可能となる。

以下に本発明の信号読出の動作原理を説明する。

先ず第１水平帰線期間の１＝１．で全画素信号を垂直転
送レジスタ４１２に移す。次にｔ”ｔｚで第１番目の画
素信号（番号１で示されている）を水平転送レジスタ側
へ移す。これにより生じた垂直転送レジスタ１２の空き
領域にｔ”ｔｓで第２番目の画素信号を転送する。この
とき生じた空き領域にｔ　＝ｔ　４で第３番目の画素信
号を転送すると同時に第２番目の画素信号を水平転送レ
ジスタ側へ移す。

以上４回の操作を第１番目の水平帰線期間内に行えば、
第１番目と第２番目の画素信号が水平転送レジスタ内に
送り込まれたことになシ、第１水平期間内にこれらの信
号を他の垂直列の画素信号とともに、水平転送レジスタ
にょシ読み出すことが可能となる。

次の第２水平帰線期間のｔｚｔｘで第３番目と第４番目
の画素信号を各々次段の空き領域に同時に転送する。こ
のとき生じた２つの空き領域にｔｚｔ２で第４番目と第
５番目の画素信号をそれぞれ転送すると共に、第３番目
の画素信号を水平転送レジスタ側へ移す。そしてこのと
き生じた３つの空き領域に第４番目、第５番目、第６番
目の画素信号をｔ　＝　ｔ　ｓで転送する。これによシ
３つの空き領域はそれぞれ１段ずつ上側へ移動するが、
この空き領域にｔ　＝ｔ　４で第５番目、第６番目、第
７番目の画素信号を転送するとともに、第４番目の画素
信号を水平転送レジスタ側へ移す。このように４回の操
作により、２つの画素信号が水平転送レジスタ側へ移さ
れたことになシ、第２水平期間内にこれらの信号は他の
垂直列の画素信号とともに水平転送レジスタより読み出
される。

以上のよりな１水平期間で４回の操作を行えば、ｎが偶
数の場合には第１水平帰線期間のｔ”ｔ４では、垂直転
送レジスタに残る画素信号は第ｎ＋１番目から第２ｎ番
目までの計ｎ個となシ、これらは２ｎ個の電極に対して
空き領域をひとつずつはさんで蓄積された状態となる。

この状態はまさに通常の２相駆動力式の信号電荷の蓄積
状態と全く同一であシ、第（２＋１　）水平帰線期間か
らは、通常の２相駆動と同様の方法で１水平帰線期間に
２つの画素信号を読み出して行けば良いことになる。そ
して第ｎ番目の水平帰線期間のｔｚｔ４ではすべての画
素信号が垂直転送レジスタから読み出されて、２ｎ個の
電極はすべて空き領域となる。

これらの空き領域には次のフィールドで再び全画素信号
が画素よシ送シ込まれることになる。

以上のように本発明の信号読出方式を適用すれば、垂直
転送レジスタ１２の電極を増やすことなく、全画素信号
を各フィールドで読み出すことが可能となシ、また１水
平帰線期間に要する転送回数は、通常の２相駆動の場合
と同じ４回で済むことになる。

次に本発明の信号読出方式を適用した他の実施例を第２
図と共に説明する。

上記した第１図゛の場合には、電極が転送の方向付けの
ための電位障壁を備えていたが、第２図に示す実施例で
はひとつの画素に対して２電極が配置され、これらの電
極には別のパルスが印加される。第２図は画素の１垂直
列２１と対応する垂直転送レジスタ２２のみを示したも
のであり、画素数は２ｎ個で、垂直転送レジスタ２２の
電極数は４ｎ個で構成されている０これらの電極はｎチ
ャネルＣＯＤの場合には高レベルパルスを印加すること
によシ信号電荷の蓄積可能な領域となシ、低レベルパル
スを印加することによシミ位障壁となる。第２図におい
ては電位障壁部分を斜線によシ示している。

以下に第２図に示した実施例の信号読出の動作原理を説
明する。

まず、ｔ”ｔｘでは４ｎ個の電極のひとつ置きに電位障
壁を形成し、全画素信号を垂直転送レジスタ２２に転送
すると、これらの信号は相互に電位障壁により分離され
ていることになる。次に、ｔ＝ｔ２で第１番目の画素信
号を水平転送レジスタ側へ移すとともにこの部分Ｒ１を
電位障壁とする０次に、ｔ＝ｔａ＋ｔ４で第２番目の画
素信号を垂直転送レジスタ２２の最下部へ移す０続いて
ｔ　＝ｔ　ｓで第３番目画素信号の蓄積領域を１電極分
拡大する。

ｔ＝ｔｇで第２番目の画素信号を水平転送レジスタ側へ
移すとともに、第３番目の画素信号を１電極分下側へ移
動させる。次にｔ＝ｔ７で第３番目の画素信号を１電極
分下側へ移動させると同時に、第４番目の画素信号の蓄
積領域を１電極分拡大する。

最後にｔ＝ｔｓで第３番目と第４番目の画素信号をそれ
ぞれ１電極分下側へ移動させると、垂直転送レジスタの
最下部２電極には第３番目の画素信号が蓄積され、電位
障壁２電極を介して次の２電極には第４番目の画素信号
が蓄積され、更にその上部２電極には電位障壁が形成さ
れた状態となる。

以上のように第４水平帰線期間で８回の転送操作を行う
ことによシ２つの画素信号を水平転送レジスタに送り込
み、かつ次の第２水平帰線期間に水平転送レジスタへ送
シ込むべき第３番目と第４番目の画素信号を垂直転送レ
ジスタ下部に蓄積した状態とすることができる。同様の
操作を各水平帰線期間に行うことにより、２画素の信号
を順次水平転送レジスタに送シ込むことが可能となる。

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、撮像部の集積度を低下さ
せ−ることなく、かつ少ない転送操作により、１水平期
間に２水平列の画素信号を得ることができる。したがっ
てこれにより単板カラー化時に解像度１色再現性の向上
を図ることが出来、また偽信号の抑圧も行うことが容易
となる。更にＢ／ｗ撮像時においても千鳥配列を用いて
水平解像度の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を適用したインターライン転送方式〇〇
Ｄ撮像装置の信号転送状態を示す図、第２図は本発明の
他の実施例の信号転送状態を示す図、第３図はインター
ライン転送方式〇ＣＤ撮像装置の構成を示す図、第４図
は従来のＥ／Ｂ法の信号転送の状態を示す図であるＯ １・・・光電変換部、２・・・垂直転送レジスタ、３・
・・水平転送レジスタ、４・・・トランスファゲート、
１１゜２１・・・画素１垂直列、１２．２２・・・垂直
転送レジスタ。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定ピッチで配列された光電変換部と、該光電変換
   部の垂直列に対応して設けられた電荷転送型垂直転送レ
   ジスタと、該垂直転送レジスタの信号を直列に出力する
   ための電荷転送型水平転送レジスタとを備えてなる固体
   撮像装置において、 上記垂直転送レジスタの信号のうち、上記水平転送レジ
   スタに近接するものより順次上記水平転送レジスタの方
   向に信号を転送し、 上記垂直転送レジスタ内の空き領域を順次拡大して行く
   ことにより、 各フィールドで全光電変換部の信号を独立して読み出す
   ようになしたことを特徴とする固体撮像装置の信号読出
   方式。