JPS63296574A - 固体撮像素子 - 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） 本発明は固体ｍ画素子に関し、特に光電変換部への露光
時間をある程度長くすることができるようにしたもので
ある。

（従来の技術） 従来から固体撮像素子としては第４図に示す如きＦＩＴ
（フレーム　インターライン転送）型のＣＯＤ　（電荷
結合素子）が一般的に知られている。

このＣＯＤは、被写体からの撮像光を光電変換する光電
変換部１と垂直転送部２とから成るイメージヤ部３及び
このイメージヤ部３から転送される電荷を一旦記憶〈蓄
積）する蓄積部４と水平転送部５とから構成されており
、上記光電変換部１にて得られる電荷を２相ないし４相
のクロックパルスによって順次転送して読み出すことに
より被写体の映像信号を出力するものである。

また、このようなＣＯＤにおいては、上記イメージヤ部
３にオーバフロードレイン６が設けられており、このオ
ーバフロードレイン６に過剰電荷を掃き出すことにより
スミアの発生を軽減することができるようになっている
。

さらに、このように過剰電荷を処理することができるた
め、上記光電変換部１への撮像光の露光時間を１１５０
００秒から１７６０秒まで可変することができるように
なっている。

（発明が解決すべき問題点） ところで、上述の如き従来のＣＯＤにおける１回の露光
時間は掃き出しタイミングとの関係でテレビジョン信号
の１フイ一ルド期間以下に限定されてしまう。

このため低照度な被写体を鮮明に撮影することができな
いという問題点がある。

これに対して、外部メモリを設けることにより電荷の出
力タイミングを制御することにより露光時間を長くして
低照度撮影を行うことが考えられるが、この場合には上
記外部メモリとしてフレームメモリを使用する必要があ
り大幅なコストアップの原因となるとともに、消費電力
も大きくなりてしまうという問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述の如き実情に鑑みてなされたものであり、
露光時間をある程度長くすることができる固体撮像素子
を提供することを目的とする。

そして、本発明はこの目的を達成するために第１図に示
す如く、 各画素に対応したｍ像光を光電変換する光電変換部１０
と、 これら光電変換部１０からの電荷を転送する垂直転送部
１１とを有するイメージヤ部１２と、このイメージヤ部
１２から転送される電荷を蓄積する垂直レジスタ１３と
、 この垂直レジスタ１３から掃き出される電荷を映像信号
として出力する水平転送部１４とを備えた固体撮像素子
において、 上記水平転送部１４から掃き出される電荷を所定の転送
速度で上記垂直レジスタ１３に転送する水平レジスタ１
５を設け、 上記水平転送部１４から掃き出される電荷をそのまま出
力するとともに、この電荷を上記水平レシズタ１５に一
担もどして上記垂直レジスタ１３に再度転送して電荷を
巡回させることにより、１回の露光によって蓄積される
電荷を複数回繰り返し出力するようにしたことを特徴と
する固体撮像素子を提供するものである。

（作　用） 上述の如き構成の固体撮像素子によれば、テレビジョン
信号における１フイ一ルド期間（例えば１７６０秒）よ
りも長い露光時間を設定した場合にも、電荷の巡回周期
を少なくとも１フイ一ルド周期にすることにより、特に
外部メモリを設けることなく各フィールドにおける映像
信号を欠落することなく出力することができる。

よって、低照度な被写体を撮影する場合にも鮮明な撮影
を実現することができる。

また、各巡回毎の出力タイミングを適宜ずらせることに
より、インタレース動作を実現することができる。

よって、水平レジスタ１５を設けるだけで、上述の如く
外部メモリを設けることと等価なインタレース機能を得
ることができるため、大幅なコストダウン及び低消費電
力化を図ることができる。

なお、第１図において、１６．１７はトランスファゲー
トであり、これらトランスファゲート１６．１７をゲー
ト制御パルスφｖｌ＋φＴ２にてゲート制御することに
より電荷転送経路を制御するとともに、奇数番目の光電
変換部から掃き出された電荷と偶数番目の光電変換部か
ら掃き出された電荷との出力タイミングを同期させるよ
うになっている。

（実施例） 以下、本発明に係る好適な実施例を第２図及び第３図を
用いて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、先に示し
た部材に対応する部材には同一の符号を付する。

本実施例に係るＣＯＤは全画素同時読出し型のものであ
り、このＣＯＤのイメージヤ部１２には第２図に示す如
く各画素に対応した撮像光を光電変換する光電変換部１
００．１０８が設けられ、これら光電変換部１０ｏ、１
０ｅの両側に２系統の垂直転送部１１ｏ、１１ｅが各々
設けられている。

そして、垂直方向（図中縦方向）に整列した各光電変換
部のうち、図中上段から奇数番目の光電変換部１００に
て得られる電荷は図中左側の垂直転送部１１０に掃き出
され、図中上段から偶数番目の光電変換部１０ｅにて得
られる電荷は図中右側の垂直転送部１１ｅに掃き出され
るようになっている。

また、上記イメージヤ部１２の各垂直転送部１１０．１
１６から掃き出される電荷は垂直レジスタ１３０．１３
０に各々転送され、さらにこれら垂直レジスタ１３０．
１３８から掃き出された電荷は２系統の水平転送部１４
０．１４８を介して映像信号として出力端子１８．１９
から順次出力されるようになっている。

一方、上記イメージヤ部１２と垂直レジスタ１３ｏ、１
３ｅとの間には２系統の水平レジスタ１５０．１５８が
設けられており、これら水平レジスタ１５０．１５８に
は上記水平転送部１４　ｏ、１４ｅから掃き出された電
荷がスイッチ２０．２１を介して各々転送されるように
なっている。

そして、これら水平レジスタ１５’０．１５８から掃き
出された電荷は再度上記垂直レジスタ１３０゜１３８及
び水平転送部１４０，１４８を介して出力されるように
なっている。

なお、イメージヤ部１２と水平レジスタ１５０゜１５０
との間、及び水平レジスタ１５ｏ、１５ｅと垂直レジス
タｉ３０，１３ｅとの間にはトランスファゲート１６．
１７をゲート制御パルスφＴｌ。

φＴ２にて各々ゲート制御することによって電荷転送経
路及び水平レジスタ１５０．１５８からの掃き出しタイ
ミングを制御するようになっている。

また、上記垂直転送部１１０，１１８、垂直レジスタ、
１３０．１３８１水平転送部１４ｏ、１４ｅ及び水平レ
ジスタ１５ｏ、１５ｅは所定のタイミングで供給され所
定周波数の４相のクロックパルスφい。

φ日、φＣ１φＯにて各々駆動されるようになっている
。

上述の如きＣＯＤにおいて、１フイ一ルド期間よりも短
い露光時間を設定して通常のフレームインターライン転
送を行う場合には上記トランスファゲート１６がオンさ
れるとともに、スイッチ２０．２１が開成（オフ）され
る。

これにより、光電変換部ｉｏｏ、ｉｏｅにて得られた電
荷は２系統の垂直転送部１１０，１１ｆ３からトランス
ファゲート１６を介して垂直レジスタ１３ｏ、１３ｅに
各々転送され、さらにこれら垂直レジスタ１３ｏ、１３
ｅから掃き出された電荷は水平転送部１４０．１４８か
ら１フイ一ルド期間（１／６０秒）毎に映像信号として
順次出力される。

一方、例えば１フイ一ルド期間よりも長い１／１５秒の
露光時間を設定した場合には、第３図に示す如＜　１７
１５秒の露光時間で蓄積された電荷を次の１／１５秒の
間に４回繰り返し出力する。

すなわち、上記イメージヤ部１２から転送されてくる電
荷は約１／６０秒の転送時間で上記出力端子１８．１９
を介して出力されるとともに、上記スイッチ２０．２１
を閉成（オン）することによって上記電荷が水平転送部
１４ｏ、１４ｅ　Ｅより水平レジスタ１５ｏ、１５ｅに
も転送される。

そして、この水平レジスタ１５ｏ、１５ｅから掃き出さ
れた電荷は次の１／６０秒の間に再度垂直レジスタ１３
ｏ、１３ｅ及び水平転送部１’４ｏ、１４ｅを介して出
力端子１８．１９から出力されるとともに上記スイッチ
２０．２１を介して水平レジスタ１５０．１５０に転送
される。

以後、これを繰り返すことによって１／１５秒の間に１
／６０秒周期で４回同じ映像信号（信号電荷）が出力さ
れる。

よって、本実施例によれば、テレビジョン信号における
１フイ一ルド期間よりも長い露光時間を設定した場合に
も、この１フイ一ルド期間毎に映像信号を得ることがで
きる。

これにより、低照度な被写体を撮影する場合におけるシ
ャッタスピードを長くすることができ、ビデオカメラ等
における最低感度を大幅に向上することができる。

また、新たに水平レジスタ１５ｏ、１５ｅを設けて１回
の露光によって得られた電荷を複数回巡回させて、１巡
毎に出力することにより外部メモリを設けたことと等価
な機能を得ることができ、外部メモリを設けた場合に比
して大幅なコストダウン及び低消費電力化を図ることが
できる。

さらに、全画素に対応する充電変換部の電荷を一度に掃
き出した後に、電荷の転送速度を可変することにより、
各巡回毎の映像信号の出力タイミングを適宜ずらすこと
により、外部メモリを設けることなくインタレース動作
を実現することもできる。

なお、上述の如き実施例においては、電荷を巡回させる
回数が増えるほど、転送経路上での電荷の損失が大きく
なるが、例えば上記水平転送部１４ｏ、１４ｅとスイッ
チ２０．２１との間に増幅器２２．２３を設けて電荷の
損失分を補償すればよい。

また、上記イメージヤ部１２における垂直転送効率は、
転送速度（周波数）を１〜２　［ＭＨｚ　］程度にする
ことによって約１００％にすることができ、ｎ光時間を
十分に長くすることができる。

さらに、上記水平レジスタ１５ｏ、１５ｅは水平転送部
１４０．１４８と同じ働きをするため電荷を垂直レジス
タ１３ｏ、１３ｅに水平転送部１４０゜１４ｅから転送
した場合と、水平レジスタ１５ｏ。

１５ｅから転送した場合とでは等価である。よって、上
記トランスファゲート１７を各水平レジスタ１５ｏ、１
５ｅの間に設けることによって、各垂直レジスタ１３ｏ
、１３ｅの入力側と出力側の構造を同じにしてもよい。

ところで、上述の実施例におけるＣＯＤのイメージヤ部
１２は２系統の垂直転送部１１０．１１ｅを有したもの
であるが、この垂直転送部を１系統として垂直レジスタ
に奇数番目の電荷と偶数番目の電荷を交互に分配するよ
うなもの等に本発明を適用しても上述のような効果を得
ることができる。

また、奇数番目の光電変換部１０ｏと偶数番目の光電変
換部１０ｅとから各々掃き出される電荷を一旦混合して
から出力するようなＣＯＤに本発明を適用した場合にも
、外部メモリを設けることなく感度を向上することがで
きる。

さらに、上述の実施例では１回の露光によって蓄積され
た電荷を１回の露光時間の間に複数回繰り返し出力する
ようにしたが、本発明としては１回の露光時間を短かく
するとともにこの露光によって得られた電荷に基づく映
像信号を１フイ一ルド期間周期で出力してもよく、この
場合には動きの速い被写体のブレのない鮮明なフレーム
スチル再生を可能とする。

そして、このフレームスチル再生を継続して行ない、静
止画を間欠的に再生することによりストロボ再生も可能
となる。

なお、この際に不要電荷はオーバフロードレインに捨て
ればよい。

（発明の効果） 上述の説明から明らかなように、本発明によれば長い露
光時間を設定した場合にも外部メモリを設けることなく
１フイ一ルド期間毎に映像信号を得ることができる。

よって、特に低照度が被写体を撮影する場合に最低照度
を大幅に向上することができる。

また、上記映像信号の出力タイミングを可変することに
より、インクレース動作を実現することができる。

さらに、外部メモリが不要となるためこの種固体撮像素
子のコストダウン及び低消費電力化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示す図、第２図は本発明
に係る実施例を模式的に示す図、第３図は同じく露光時
間と巡回周期との関係を示す図、第４図は従来例を模式
的に示す図である。 １０　、１０ｏ、１０ｅ　−・・光電変換部、１１．１
１ｏ、１１ｅ・・・垂直転送部、１２・・・イメージヤ
部、 １３、１３ｏ、１３ｅ・・・垂直レジスタ、１４　、１
４ｏ、１４ｅ　・・・水平転送部、１５、１５ｏ、１５
．ｅ・・・水平レジスタ。 第１図 ｔｏｏ　　ｌｏｅ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 各画素に対応した撮像光を光電変換する光電変換部とこ
   れら光電変換部からの電荷を転送する垂直転送部とを有
   するイメージャ部と、 このイメージャ部から転送される電荷を蓄積する垂直レ
   ジスタと、 この垂直レジスタから掃き出される電荷を映像信号とし
   て出力する水平転送部とを備えた固体撮像素子において
   、 上記水平転送部から掃き出される電荷を所定の転送速度
   で上記垂直レジスタに転送する水平レジスタを設け、 上記水平転送部から掃き出される電荷をそのまま出力す
   るとともに、この電荷を上記水平レジスタに一旦もどし
   て上記垂直レジスタに再度転送して電荷を巡回させるこ
   とにより、１回の露光によって蓄積される電荷を複数回
   繰り返し出力するようにしたことを特徴とする固体撮像
   素子。