JP2002135656A - 固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents
固体撮像装置及び撮像システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度、高速駆動、低消費電力、多機能な固
体撮層装置とする。 【解決手段】 複数の光電変換部１と垂直ＣＣＤ２と光
電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送するトランス
ファゲートとを備えたインタライン型ＣＣＤ構成部を有
する固体撮像装置であって、垂直ＣＣＤ２から出力され
る信号電荷を電圧変換する複数の電荷検出手段３と、複
数の電荷検出手段から出力される信号を順次読み出すた
めの走査手段４とを有する。
体撮層装置とする。 【解決手段】 複数の光電変換部１と垂直ＣＣＤ２と光
電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送するトランス
ファゲートとを備えたインタライン型ＣＣＤ構成部を有
する固体撮像装置であって、垂直ＣＣＤ２から出力され
る信号電荷を電圧変換する複数の電荷検出手段３と、複
数の電荷検出手段から出力される信号を順次読み出すた
めの走査手段４とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置及び撮
像システムに係わり、特にフレームトランファ型ＣＣＤ
の、複数の光電変換素部と該光電変換部の信号電荷を蓄
積転送する蓄積部とを備えた固体撮像装置、あるいはイ
ンタライン型ＣＣＤの、複数の光電変換部と垂直ＣＣＤ
と該光電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送するト
ランスファゲートとを備えた固体撮像装置及び撮像シス
テムに関する。
像システムに係わり、特にフレームトランファ型ＣＣＤ
の、複数の光電変換素部と該光電変換部の信号電荷を蓄
積転送する蓄積部とを備えた固体撮像装置、あるいはイ
ンタライン型ＣＣＤの、複数の光電変換部と垂直ＣＣＤ
と該光電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送するト
ランスファゲートとを備えた固体撮像装置及び撮像シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子の従来例としては主にＣＣ
Ｄ型とＣＭＯＳ型がある。ＣＣＤ型にはインタライン型
ＣＣＤ（ＩＬ−ＣＣＤ）、フレームトランスファ型ＣＣ
Ｄ（ＦＴ−ＣＣＤ）などがある。
Ｄ型とＣＭＯＳ型がある。ＣＣＤ型にはインタライン型
ＣＣＤ（ＩＬ−ＣＣＤ）、フレームトランスファ型ＣＣ
Ｄ（ＦＴ−ＣＣＤ）などがある。
【０００３】インタライン型ＣＣＤは、複数の光電変換
部と、垂直ＣＣＤと、光電変換部の信号電荷を垂直ＣＣ
Ｄに転送するトランスファゲートと、垂直ＣＣＤからの
電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、フローティングディ
フュージョンアンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）とからなる。また
フレームトランスファ型ＣＣＤは、光電変換部と、この
光電変換部の電荷が転送（フレームシフト）される蓄積
部と、この蓄積部からの電荷を水平転送する水平転送部
と、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤ−Ａ
ｍｐ）とからなる。以下、ＣＣＤ型固体撮像素子の代表
例として図１１にＩＬ−ＣＣＤを示す。
部と、垂直ＣＣＤと、光電変換部の信号電荷を垂直ＣＣ
Ｄに転送するトランスファゲートと、垂直ＣＣＤからの
電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、フローティングディ
フュージョンアンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）とからなる。また
フレームトランスファ型ＣＣＤは、光電変換部と、この
光電変換部の電荷が転送（フレームシフト）される蓄積
部と、この蓄積部からの電荷を水平転送する水平転送部
と、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤ−Ａ
ｍｐ）とからなる。以下、ＣＣＤ型固体撮像素子の代表
例として図１１にＩＬ−ＣＣＤを示す。
【０００４】図１１に示すように、ＩＬ−ＣＣＤは光電
変換部（ＰＤ）７０と光電変換部７０からの電荷を一時
的に蓄える垂直ＣＣＤ（Ｖ−ＣＣＤ）７１、垂直ＣＣＤ
７１からの電荷を受けて水平方向に電荷転送する水平Ｃ
ＣＤ（Ｈ−ＣＣＤ）７２、水平ＣＣＤ７２からの電荷を
電圧に変換する、出力アンプとなるフローティングディ
フュージョンアンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）７３から構成され
ている。
変換部（ＰＤ）７０と光電変換部７０からの電荷を一時
的に蓄える垂直ＣＣＤ（Ｖ−ＣＣＤ）７１、垂直ＣＣＤ
７１からの電荷を受けて水平方向に電荷転送する水平Ｃ
ＣＤ（Ｈ−ＣＣＤ）７２、水平ＣＣＤ７２からの電荷を
電圧に変換する、出力アンプとなるフローティングディ
フュージョンアンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）７３から構成され
ている。
【０００５】ＣＣＤは出力段のＦＤ−Ａｍｐまで信号電
荷を完全転送させるので、低ノイズであり、かつ画素構
造が簡単であることから画素サイズを小さく構成できる
特徴がある。しかし、デジタルカメラ用センサの画素数
は高画質化のために数百万画素になり、又ＨＤ用カメラ
では高速駆動が必須となった現在、水平ＣＣＤのドライ
ブ回路は高消費電力（〜ＣｆＶ2 ）であり、またＦＤ−
Ａｍｐのリセットノイズを低減するためのＣＤＳ回路は
ｎｓｅｃ単位のサンプリング精度が必要となり、量産性
上及び使用条件（温度、電圧変動）の範囲が広いことに
よりサンプリング精度が保証できないことから低ノイズ
とは言えなくなりつつある。
荷を完全転送させるので、低ノイズであり、かつ画素構
造が簡単であることから画素サイズを小さく構成できる
特徴がある。しかし、デジタルカメラ用センサの画素数
は高画質化のために数百万画素になり、又ＨＤ用カメラ
では高速駆動が必須となった現在、水平ＣＣＤのドライ
ブ回路は高消費電力（〜ＣｆＶ2 ）であり、またＦＤ−
Ａｍｐのリセットノイズを低減するためのＣＤＳ回路は
ｎｓｅｃ単位のサンプリング精度が必要となり、量産性
上及び使用条件（温度、電圧変動）の範囲が広いことに
よりサンプリング精度が保証できないことから低ノイズ
とは言えなくなりつつある。
【０００６】一方、ＣＭＯＳセンサは、図１２に示すが
ごとく、画素部８０は光電変換部ＰＤと画素アンプ等と
なるＭＯＳトランジスタからなり、この画素群はランダ
ムアクセスが可能な垂直走査回路８１及び水平走査回路
８５から選択、駆動されるため機能上有利である。ま
た、画素部８０の電荷は画素アンプで電荷電圧変換後、
垂直信号線８２を介してクランプ回路８３に出力され、
クランプ回路８３により画素部アンプのノイズを除去
し、水平信号線８４へ出力される。そして、その信号は
水平走査回路８５により順次水平信号線８４からアンプ
（Ａｍｐ）８６を介して出力される。このように、ＣＭ
ＯＳセンサは、ＣＣＤの様な電荷転送ではなく、水平走
査回路８５により画素信号毎に順次選択して出力するた
め低消費電力という特徴がある。しかし画素部を構成す
る素子数が多いため画素サイズをシュリンク化するのは
困難である。
ごとく、画素部８０は光電変換部ＰＤと画素アンプ等と
なるＭＯＳトランジスタからなり、この画素群はランダ
ムアクセスが可能な垂直走査回路８１及び水平走査回路
８５から選択、駆動されるため機能上有利である。ま
た、画素部８０の電荷は画素アンプで電荷電圧変換後、
垂直信号線８２を介してクランプ回路８３に出力され、
クランプ回路８３により画素部アンプのノイズを除去
し、水平信号線８４へ出力される。そして、その信号は
水平走査回路８５により順次水平信号線８４からアンプ
（Ａｍｐ）８６を介して出力される。このように、ＣＭ
ＯＳセンサは、ＣＣＤの様な電荷転送ではなく、水平走
査回路８５により画素信号毎に順次選択して出力するた
め低消費電力という特徴がある。しかし画素部を構成す
る素子数が多いため画素サイズをシュリンク化するのは
困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＣＣ
Ｄは高画素数化に有利ではあるが、高速駆動、消費電力
が不利であり、ＣＭＯＳセンサは逆に高画素数化に不利
ではあるが、高速駆動、消費電力に有利である。
Ｄは高画素数化に有利ではあるが、高速駆動、消費電力
が不利であり、ＣＭＯＳセンサは逆に高画素数化に不利
ではあるが、高速駆動、消費電力に有利である。
【０００８】（本発明の目的）本発明の目的は高画素数
化に適し、かつ高機能、低消費電力、高速駆動が可能な
固体撮像装置とそれを用いた撮像システムを提供するこ
とにある。
化に適し、かつ高機能、低消費電力、高速駆動が可能な
固体撮像装置とそれを用いた撮像システムを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、２次元状に配列した複数の光電変換素部と、該光電
変換部の信号電荷を蓄積転送する蓄積部とを備えたフレ
ームトランファ型ＣＣＤ構成部、あるいは複数の光電変
換部と垂直ＣＣＤと該光電変換部の信号電荷を該垂直Ｃ
ＣＤに転送するトランスファゲートとを備えたインタラ
イン型ＣＣＤ構成部と、前記フレームトランファ型ＣＣ
Ｄ構成部の前記蓄積部から出力される信号電荷又は前記
インタライン型ＣＣＤ構成部の前記垂直ＣＣＤから出力
される信号電荷を電圧変換する複数の電荷検出手段と、
該複数の電荷検出手段から出力される信号を順次読み出
すための走査手段と、を同一半導体チップ上に形成した
固体撮像装置である。
は、２次元状に配列した複数の光電変換素部と、該光電
変換部の信号電荷を蓄積転送する蓄積部とを備えたフレ
ームトランファ型ＣＣＤ構成部、あるいは複数の光電変
換部と垂直ＣＣＤと該光電変換部の信号電荷を該垂直Ｃ
ＣＤに転送するトランスファゲートとを備えたインタラ
イン型ＣＣＤ構成部と、前記フレームトランファ型ＣＣ
Ｄ構成部の前記蓄積部から出力される信号電荷又は前記
インタライン型ＣＣＤ構成部の前記垂直ＣＣＤから出力
される信号電荷を電圧変換する複数の電荷検出手段と、
該複数の電荷検出手段から出力される信号を順次読み出
すための走査手段と、を同一半導体チップ上に形成した
固体撮像装置である。
【００１０】また本発明の固体撮像装置は、２次元状に
配列された複数の光電変換素部と、該光電変換部の信号
電荷を蓄積転送する蓄積部とを備えたフレームトランフ
ァ型ＣＣＤ構成部、あるいは複数の光電変換部と垂直Ｃ
ＣＤと該光電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送す
るトランスファゲートとを備えたインタライン型ＣＣＤ
構成部と、前記フレームトランファ型ＣＣＤ構成部の前
記蓄積部から出力される信号電荷又は前記インタライン
型ＣＣＤ構成部の前記垂直ＣＣＤから出力される信号電
荷を電圧変換する複数の電荷検出手段と、該複数の電荷
検出手段からの出力信号を信号処理する信号処理手段
と、該信号処理手段から出力される信号を順次読み出す
ための走査手段と、を同一半導体チップ上に形成した固
体撮像装置である。
配列された複数の光電変換素部と、該光電変換部の信号
電荷を蓄積転送する蓄積部とを備えたフレームトランフ
ァ型ＣＣＤ構成部、あるいは複数の光電変換部と垂直Ｃ
ＣＤと該光電変換部の信号電荷を該垂直ＣＣＤに転送す
るトランスファゲートとを備えたインタライン型ＣＣＤ
構成部と、前記フレームトランファ型ＣＣＤ構成部の前
記蓄積部から出力される信号電荷又は前記インタライン
型ＣＣＤ構成部の前記垂直ＣＣＤから出力される信号電
荷を電圧変換する複数の電荷検出手段と、該複数の電荷
検出手段からの出力信号を信号処理する信号処理手段
と、該信号処理手段から出力される信号を順次読み出す
ための走査手段と、を同一半導体チップ上に形成した固
体撮像装置である。
【００１１】また本発明の固体撮像装置は、２次元状に
配列された光電変換部と、前記２次元状に配列された光
電変換部からの信号電荷を転送する電荷転送部と、前記
電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電荷検
出手段と、前記複数の電荷検出手段からの信号が読み出
される共通信号線と、前記複数の電荷検出手段からの信
号を前記共通出力線に転送するための複数の転送用トラ
ンジスタと、前記複数の転送用トランジスタを制御する
ことによって、前記複数の電荷検出手段からの信号を順
次前記共通信号線に読み出すための走査手段と、を同一
半導体チップ上に形成したことを特徴とする固体撮像装
置である。
配列された光電変換部と、前記２次元状に配列された光
電変換部からの信号電荷を転送する電荷転送部と、前記
電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電荷検
出手段と、前記複数の電荷検出手段からの信号が読み出
される共通信号線と、前記複数の電荷検出手段からの信
号を前記共通出力線に転送するための複数の転送用トラ
ンジスタと、前記複数の転送用トランジスタを制御する
ことによって、前記複数の電荷検出手段からの信号を順
次前記共通信号線に読み出すための走査手段と、を同一
半導体チップ上に形成したことを特徴とする固体撮像装
置である。
【００１２】また本発明の固体撮像装置は、２次元状に
配列された光電変換部と、前記２次元状に配列された光
電変換部からの信号電荷を転送する電荷転送部と、前記
電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電荷検
出手段と、前記複数の電荷検出手段からの信号を処理す
る複数の信号処理手段と、前記複数の信号処理手段から
の信号が読み出される共通信号線と、前記複数の信号処
理手段からの信号を前記共通出力線に転送するための複
数の転送用トランジスタと、前記複数の転送用トランジ
スタを制御することによって、前記複数の信号処理手段
からの信号を順次前記共通信号線に読み出すための走査
手段と、を同一半導体チップ上に形成したことを特徴と
する固体撮像装置である。
配列された光電変換部と、前記２次元状に配列された光
電変換部からの信号電荷を転送する電荷転送部と、前記
電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電荷検
出手段と、前記複数の電荷検出手段からの信号を処理す
る複数の信号処理手段と、前記複数の信号処理手段から
の信号が読み出される共通信号線と、前記複数の信号処
理手段からの信号を前記共通出力線に転送するための複
数の転送用トランジスタと、前記複数の転送用トランジ
スタを制御することによって、前記複数の信号処理手段
からの信号を順次前記共通信号線に読み出すための走査
手段と、を同一半導体チップ上に形成したことを特徴と
する固体撮像装置である。
【００１３】本発明の撮像システムは上記本発明の固体
撮像装置を用いたものである。
撮像装置を用いたものである。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。ここでは、インタライン型ＣＣＤ（Ｉ
Ｌ−ＣＣＤ）の構成を用いた場合について説明する。な
お、フレームトランスファ型ＣＣＤの構成にも本発明を
適用できることは勿論である。その場合には、蓄積部か
らの電荷が電荷検出回路に出力される。
詳細に説明する。ここでは、インタライン型ＣＣＤ（Ｉ
Ｌ−ＣＣＤ）の構成を用いた場合について説明する。な
お、フレームトランスファ型ＣＣＤの構成にも本発明を
適用できることは勿論である。その場合には、蓄積部か
らの電荷が電荷検出回路に出力される。
【００１５】本発明の固体撮像装置の一実施例の概略的
構成図を図１に示す。被写体光は光電変換部となるフォ
トダイオード（ＰＤ）１で光電変換される。なお、フォ
トダイオード１は行列状に、画素Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13，
…、Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23，…、Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33，…、…
として配置される。フォトダイオード１で光電変換され
た電荷はトランスファゲートを経て垂直ＣＣＤ２へ転送
される。垂直ＣＣＤ２へ転送された電荷は１水平期間毎
に一括して電荷検出手段となる電荷検出回路３へ転送さ
れ電圧へ変換される。なお、インタライン型ＣＣＤ構成
部は、フォトダイオード１、垂直ＣＣＤ２から構成さ
れ、図１１に示した従来のインタライン型ＣＣＤと異な
り、垂直ＣＣＤからの信号電荷は（水平ＣＣＤではな
く）電荷検出回路３へ転送される。
構成図を図１に示す。被写体光は光電変換部となるフォ
トダイオード（ＰＤ）１で光電変換される。なお、フォ
トダイオード１は行列状に、画素Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13，
…、Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23，…、Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33，…、…
として配置される。フォトダイオード１で光電変換され
た電荷はトランスファゲートを経て垂直ＣＣＤ２へ転送
される。垂直ＣＣＤ２へ転送された電荷は１水平期間毎
に一括して電荷検出手段となる電荷検出回路３へ転送さ
れ電圧へ変換される。なお、インタライン型ＣＣＤ構成
部は、フォトダイオード１、垂直ＣＣＤ２から構成さ
れ、図１１に示した従来のインタライン型ＣＣＤと異な
り、垂直ＣＣＤからの信号電荷は（水平ＣＣＤではな
く）電荷検出回路３へ転送される。
【００１６】信号電圧は走査手段となる水平走査回路４
からのパルスにより水平信号線５へ出力され、出力アン
プ６を経て、不図示の後段の画像信号処理回路へ導かれ
る。
からのパルスにより水平信号線５へ出力され、出力アン
プ６を経て、不図示の後段の画像信号処理回路へ導かれ
る。
【００１７】なお、電荷検出回路３からの出力信号を直
接読み出してもよいが、電荷検出回路３の出力側に、ノ
イズ除去、ＡＤ変換等の信号処理を行う信号処理手段を
さらに設けて水平走査回路４により出力することもでき
る。
接読み出してもよいが、電荷検出回路３の出力側に、ノ
イズ除去、ＡＤ変換等の信号処理を行う信号処理手段を
さらに設けて水平走査回路４により出力することもでき
る。
【００１８】なお、図１の固体撮像装置は、同一半導体
チップ上に形成されている。
チップ上に形成されている。
【００１９】図２は図１の電荷検出回路及び信号処理手
段の概略的構成図である。電荷検出回路は垂直ＣＣＤか
らの信号電荷がゲートに転送される電荷検出アンプ（Ｆ
Ｄ−Ａｍｐ；フローティングディフュージョンアン
プ）、電荷検出アンプのゲートをリセットするリセット
トランジスタＴＲから構成される。信号処理手段はノイ
ズを除去するためのクランプコンデンサＣｐ、トランジ
スタＴＰ、ノイズを除去した信号を蓄積する蓄積容量Ｃ
S1，ＣS2、クランプコンデンサＣｐと蓄積容量ＣS1，Ｃ
S2とを接続するための転送用トランジスタＴS1，ＴS2、
蓄積容量ＣS1，ＣS2からの信号を水平信号線５1，５2に
出力するトランジスタＴC1，ＴC2から構成される。１０
０は電荷検出・信号処理回路ブロックを示す。
段の概略的構成図である。電荷検出回路は垂直ＣＣＤか
らの信号電荷がゲートに転送される電荷検出アンプ（Ｆ
Ｄ−Ａｍｐ；フローティングディフュージョンアン
プ）、電荷検出アンプのゲートをリセットするリセット
トランジスタＴＲから構成される。信号処理手段はノイ
ズを除去するためのクランプコンデンサＣｐ、トランジ
スタＴＰ、ノイズを除去した信号を蓄積する蓄積容量Ｃ
S1，ＣS2、クランプコンデンサＣｐと蓄積容量ＣS1，Ｃ
S2とを接続するための転送用トランジスタＴS1，ＴS2、
蓄積容量ＣS1，ＣS2からの信号を水平信号線５1，５2に
出力するトランジスタＴC1，ＴC2から構成される。１０
０は電荷検出・信号処理回路ブロックを示す。
【００２０】垂直ＣＣＤ２は駆動パルスφＶｎ により
１水平期間毎にトランスファーゲートＴＧを介して電荷
検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ；フローティングディフュー
ジョンアンプ）へ電荷転送する。電荷検出アンプ（ＦＤ
−Ａｍｐ）ではゲート部の残留電圧（電荷）を除去する
ためのリセットトランジスタＴＲと寄生容量によりリセ
ットノイズが発生する。また電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａ
ｍｐ）毎のオフセット電圧のバラツキもある。これらの
ノイズを除去するため、垂直ＣＣＤ２の電荷を電荷検出
アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）へ転送する前にクランプコンデ
ンサＣｐでノイズをクランプする。
１水平期間毎にトランスファーゲートＴＧを介して電荷
検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ；フローティングディフュー
ジョンアンプ）へ電荷転送する。電荷検出アンプ（ＦＤ
−Ａｍｐ）ではゲート部の残留電圧（電荷）を除去する
ためのリセットトランジスタＴＲと寄生容量によりリセ
ットノイズが発生する。また電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａ
ｍｐ）毎のオフセット電圧のバラツキもある。これらの
ノイズを除去するため、垂直ＣＣＤ２の電荷を電荷検出
アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）へ転送する前にクランプコンデ
ンサＣｐでノイズをクランプする。
【００２１】このクランプ後、トランスファゲートＴＧ
をＯＮすることにより垂直ＣＣＤ２の電荷（画素Ｐ11，
Ｐ12，Ｐ13，…からの信号電荷）は電荷検出アンプ（Ｆ
Ｄ−Ａｍｐ）のゲート部へ転送され、その寄生容量によ
り電圧変換される。電荷検出アンプの出力信号電圧に
は、先に述べたリセットノイズとオフセット電圧が重畳
されるが、クランプコンデンサＣｐにはノイズ成分がク
ランプされているため、クランプコンデンサＣｐの出力
端では該ノイズが結果的に除去され、信号電圧のみが蓄
積容量ＣS1にメモリされる。
をＯＮすることにより垂直ＣＣＤ２の電荷（画素Ｐ11，
Ｐ12，Ｐ13，…からの信号電荷）は電荷検出アンプ（Ｆ
Ｄ−Ａｍｐ）のゲート部へ転送され、その寄生容量によ
り電圧変換される。電荷検出アンプの出力信号電圧に
は、先に述べたリセットノイズとオフセット電圧が重畳
されるが、クランプコンデンサＣｐにはノイズ成分がク
ランプされているため、クランプコンデンサＣｐの出力
端では該ノイズが結果的に除去され、信号電圧のみが蓄
積容量ＣS1にメモリされる。
【００２２】同様な動作により次の垂直ＣＣＤ２の電荷
（画素Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23，…からの信号電荷）は電圧変
換され、ノイズ除去後蓄積容量ＣS2にメモリされる。蓄
積容量ＣS1，ＣS2にメモリされた２行分の画素信号
Ｓ01，Ｓ02は水平走査回路４からの走査パルスにより順
次水平信号線５1，５2に転送される。
（画素Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23，…からの信号電荷）は電圧変
換され、ノイズ除去後蓄積容量ＣS2にメモリされる。蓄
積容量ＣS1，ＣS2にメモリされた２行分の画素信号
Ｓ01，Ｓ02は水平走査回路４からの走査パルスにより順
次水平信号線５1，５2に転送される。
【００２３】図３は図２の電荷検出回路及び信号処理手
段の動作タイミング図である。
段の動作タイミング図である。
【００２４】図３に示すように、まずＴ1 期間に駆動パ
ルスφＶｎがＨレベルとなって、トランスファゲートＴ
Ｇの入力段の垂直ＣＣＤ２に電荷が転送される。Ｔ2 期
間になると電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）の電源電圧
ＶCCが印加され、信号φC がＨレベルとなって電荷検出
アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）のゲートがリセットされ、また
信号φｐがＨレベルとなってトランジスタＴｐがＯＮ
し、クランプコンデンサＣｐの出力端が基準電圧にクラ
ンプされるとともに、信号φS1，φS2がＨレベルとなっ
て、蓄積容量ＣS1，ＣS2の残留電荷がリセットされる。
ここで、リセットノイズとオフセット電圧成分がクラン
プコンデンサＣｐにクランプされる。
ルスφＶｎがＨレベルとなって、トランスファゲートＴ
Ｇの入力段の垂直ＣＣＤ２に電荷が転送される。Ｔ2 期
間になると電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）の電源電圧
ＶCCが印加され、信号φC がＨレベルとなって電荷検出
アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）のゲートがリセットされ、また
信号φｐがＨレベルとなってトランジスタＴｐがＯＮ
し、クランプコンデンサＣｐの出力端が基準電圧にクラ
ンプされるとともに、信号φS1，φS2がＨレベルとなっ
て、蓄積容量ＣS1，ＣS2の残留電荷がリセットされる。
ここで、リセットノイズとオフセット電圧成分がクラン
プコンデンサＣｐにクランプされる。
【００２５】次にＴ3 期間に、信号φTがＨレベルとな
って、トランスファゲートＴＧがＯＮされ、電荷検出ア
ンプのゲート部に信号電荷が転送される。電荷検出アン
プの出力信号電圧には、先に述べたリセットノイズとオ
フセット電圧が重畳されるが、クランプコンデンサＣｐ
の出力端ではノイズが結果的に除去され、信号φS1がＨ
レベルとなり、ノイズが除去されたＶ1 行の画素信号が
蓄積容量ＣS1にメモリされる。
って、トランスファゲートＴＧがＯＮされ、電荷検出ア
ンプのゲート部に信号電荷が転送される。電荷検出アン
プの出力信号電圧には、先に述べたリセットノイズとオ
フセット電圧が重畳されるが、クランプコンデンサＣｐ
の出力端ではノイズが結果的に除去され、信号φS1がＨ
レベルとなり、ノイズが除去されたＶ1 行の画素信号が
蓄積容量ＣS1にメモリされる。
【００２６】次にＴ4 ，Ｔ5 期間に、Ｔ2 ，Ｔ3 期間と
同様な動作により、垂直ＣＣＤ２の電荷が次のセルへ転
送され、電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）の電源電圧Ｖ
CCが印加された状態で、信号φC がＨレベルとなって電
荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）のゲートがリセットさ
れ、信号φｐがＨレベルとなってクランプコンデンサＣ
ｐの出力端が基準電圧にクランプされる。そして、信号
φTがＨレベル、信号φS 2がＨレベルとなり、ノイズが
除去されたＶ2 行の画素信号が蓄積容量ＣS2にメモリさ
れる。
同様な動作により、垂直ＣＣＤ２の電荷が次のセルへ転
送され、電荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）の電源電圧Ｖ
CCが印加された状態で、信号φC がＨレベルとなって電
荷検出アンプ（ＦＤ−Ａｍｐ）のゲートがリセットさ
れ、信号φｐがＨレベルとなってクランプコンデンサＣ
ｐの出力端が基準電圧にクランプされる。そして、信号
φTがＨレベル、信号φS 2がＨレベルとなり、ノイズが
除去されたＶ2 行の画素信号が蓄積容量ＣS2にメモリさ
れる。
【００２７】Ｔ5 期間終了後、電荷検出アンプの電源電
圧ＶCCはＯＦＦとなり、消費電力の消耗を防ぐ。
圧ＶCCはＯＦＦとなり、消費電力の消耗を防ぐ。
【００２８】上述の様に電荷検出アンプは１水平走査期
間という低速動作であるため、周波数帯域幅は狭いので
アンプのノイズ発生は、一般のＣＣＤの出力アンプより
も非常に小さい。また低周波駆動であるのでノイズ除去
動作（ＣＤＳ）、即ちクランプ動作に問題は発生しな
い。ＦＤ−Ａｍｐのリセット動作と垂直ＣＣＤからの電
荷転送はＦＤ−Ａｍｐの１／ｆノイズの低減効果を大き
くするには短かい方が望ましい。
間という低速動作であるため、周波数帯域幅は狭いので
アンプのノイズ発生は、一般のＣＣＤの出力アンプより
も非常に小さい。また低周波駆動であるのでノイズ除去
動作（ＣＤＳ）、即ちクランプ動作に問題は発生しな
い。ＦＤ−Ａｍｐのリセット動作と垂直ＣＣＤからの電
荷転送はＦＤ−Ａｍｐの１／ｆノイズの低減効果を大き
くするには短かい方が望ましい。
【００２９】蓄積容量ＣS1，ＣS2にメモリされた信号
は、次のＴ6 期間に水平走査回路４からの走査パルスφ
Ｈｍｎ（φＨ01，φＨ02，φＨ03，…）により順次出力
される。即ち画素信号毎に選択されて出力されるため、
水平走査回路の消費電力は小さい。また２行分の画素信
号を同時出力出来るので結果的に高速駆動が可能とな
る。さらに高速駆動が必要であれば、メモリ（蓄積容
量）を増やしさらに多線出力にすれば良い。
は、次のＴ6 期間に水平走査回路４からの走査パルスφ
Ｈｍｎ（φＨ01，φＨ02，φＨ03，…）により順次出力
される。即ち画素信号毎に選択されて出力されるため、
水平走査回路の消費電力は小さい。また２行分の画素信
号を同時出力出来るので結果的に高速駆動が可能とな
る。さらに高速駆動が必要であれば、メモリ（蓄積容
量）を増やしさらに多線出力にすれば良い。
【００３０】本発明の固体撮像装置の他の実施例を図４
に示す。図４において、図２と同じ電荷検出・信号処理
回路ブロック１００内の回路は省略した。
に示す。図４において、図２と同じ電荷検出・信号処理
回路ブロック１００内の回路は省略した。
【００３１】本実施例は複数の垂直ＣＣＤ２の電荷を共
通の電荷検出アンプを順次利用して出力する場合であ
る。信号φT1，φT2を順次Ｈレベルとして、トランスフ
ァゲートＴG1、ＴG2をＯＮし、２列の垂直ＣＣＤから電
荷検出アンプのゲート部への電荷転送制御を順次に行う
ことにより、２列分の画素信号を蓄積容量ＣS1,ＣS2に
メモリし出力する。本実施例では２画素分の幅に電荷検
出回路、信号処理手段を設けることが出来るのでその分
チップ面積を小さく出来る。
通の電荷検出アンプを順次利用して出力する場合であ
る。信号φT1，φT2を順次Ｈレベルとして、トランスフ
ァゲートＴG1、ＴG2をＯＮし、２列の垂直ＣＣＤから電
荷検出アンプのゲート部への電荷転送制御を順次に行う
ことにより、２列分の画素信号を蓄積容量ＣS1,ＣS2に
メモリし出力する。本実施例では２画素分の幅に電荷検
出回路、信号処理手段を設けることが出来るのでその分
チップ面積を小さく出来る。
【００３２】信号処理手段にはプログラマブルゲインア
ンプ、アナログ−デジタル変換回路、カラーセンサの場
合はホワイトバランス回路等設けることが可能である。
ンプ、アナログ−デジタル変換回路、カラーセンサの場
合はホワイトバランス回路等設けることが可能である。
【００３３】ランダムアクセス駆動の実施例の説明図を
図５に示す。図５（Ａ）は撮像画面のイメージ図であ
る。撮像領域Ａの画像を読み出すタイミング例が図５
（Ｂ）である。
図５に示す。図５（Ａ）は撮像画面のイメージ図であ
る。撮像領域Ａの画像を読み出すタイミング例が図５
（Ｂ）である。
【００３４】撮像領域Ａと撮像領域Ｂとで撮像領域を構
成する。従来例では垂直走査、水平走査の全期間ほぼ同
じ周波数で駆動される。本来は読出したい撮像領域Ａだ
けを読出せば高速駆動が可能となる。従来のＣＣＤで
は、読出したい撮像領域Ａを高速で読み出すのは困難で
あった。本発明の実施例では、垂直方向の不要撮像期間
ＶA （ＶC ）は垂直ＣＣＤを高速駆動して不要電荷を電
荷検出アンプのリセットトランジスタＴＲで除去する。
次に水平方向の不要撮像期間ＨA （ＨC ）は水平走査回
路のランダムアクセスによりＨB期間だけ信号を出力す
るように走査する。その結果、撮像領域Ａの画像信号の
みを読み出すことが出来るので、高速化を達成でき、ま
た不要撮像領域を駆動しないので低消費電力となる。
成する。従来例では垂直走査、水平走査の全期間ほぼ同
じ周波数で駆動される。本来は読出したい撮像領域Ａだ
けを読出せば高速駆動が可能となる。従来のＣＣＤで
は、読出したい撮像領域Ａを高速で読み出すのは困難で
あった。本発明の実施例では、垂直方向の不要撮像期間
ＶA （ＶC ）は垂直ＣＣＤを高速駆動して不要電荷を電
荷検出アンプのリセットトランジスタＴＲで除去する。
次に水平方向の不要撮像期間ＨA （ＨC ）は水平走査回
路のランダムアクセスによりＨB期間だけ信号を出力す
るように走査する。その結果、撮像領域Ａの画像信号の
みを読み出すことが出来るので、高速化を達成でき、ま
た不要撮像領域を駆動しないので低消費電力となる。
【００３５】さらにランダムアクセスを発展させるに
は、画素行の選択が可能なＣＣＤにより実現できる。そ
の公知例としてテレビジョン学会技術ＴＥＢＳ １０１
−６ ＥＤ８４１に開示された素子がある。この公知例
はCharge Sweep Deviceと呼ばれ、画素行の選択は垂直
ＴＧ−ＳＣＡＮＮＥＲで駆動される。この様なCharge S
weep Deviceと本発明による電荷検出アンプ、信号処理
回路とを組み合わせれば、本発明の効果を期待できる。
は、画素行の選択が可能なＣＣＤにより実現できる。そ
の公知例としてテレビジョン学会技術ＴＥＢＳ １０１
−６ ＥＤ８４１に開示された素子がある。この公知例
はCharge Sweep Deviceと呼ばれ、画素行の選択は垂直
ＴＧ−ＳＣＡＮＮＥＲで駆動される。この様なCharge S
weep Deviceと本発明による電荷検出アンプ、信号処理
回路とを組み合わせれば、本発明の効果を期待できる。
【００３６】図６は電荷検出回路とアナログデジタル変
換回路部を有する場合の等価回路ブロック図である。Ｄ
Ａ変換器にはランプ状基準電圧の範囲を切換えるＤＡ出
力レンジ切換情報が入力される。
換回路部を有する場合の等価回路ブロック図である。Ｄ
Ａ変換器にはランプ状基準電圧の範囲を切換えるＤＡ出
力レンジ切換情報が入力される。
【００３７】図６において、２は垂直ＣＣＤ、４２は垂
直ＣＣＤ２の信号電荷をＦＤ−Ａｍｐ（フローティング
ディフュージョンアンプ）４３のゲートに転送する転送
制御スイッチとなるトランスファーゲート、４４は選択
トランジスタ、４５はリセットトランジスタ、４６はＦ
Ｄ−Ａｍｐ４３の出力電流をスイッチ４７と保存用コン
デンサー４８によって電圧として保存し、その電圧を電
流に変換しながら出力する電流源用トランジスタ、５１
は電流源トランジスタ４６の出力電流と、選択トランジ
スタ４４を介して出力されるＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電
流との差分を検出するコンパレータ、５０はコンパレー
ター５１の出力をカウントするカウンター、４９はカウ
ンター５０から出力されるデジタル信号により電圧をＦ
Ｄ−Ａｍｐ４３のソース（主電極）端子へ出力するＤＡ
変換器である。ＤＡ変換器４９にはＤＡ出力レンジ切換
情報が入力され、ＤＡ変換器から出力されるランプ状基
準電圧の範囲を切換えて、画素信号がＡＤ入力電圧範囲
の最適値になるよう制御される。
直ＣＣＤ２の信号電荷をＦＤ−Ａｍｐ（フローティング
ディフュージョンアンプ）４３のゲートに転送する転送
制御スイッチとなるトランスファーゲート、４４は選択
トランジスタ、４５はリセットトランジスタ、４６はＦ
Ｄ−Ａｍｐ４３の出力電流をスイッチ４７と保存用コン
デンサー４８によって電圧として保存し、その電圧を電
流に変換しながら出力する電流源用トランジスタ、５１
は電流源トランジスタ４６の出力電流と、選択トランジ
スタ４４を介して出力されるＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電
流との差分を検出するコンパレータ、５０はコンパレー
ター５１の出力をカウントするカウンター、４９はカウ
ンター５０から出力されるデジタル信号により電圧をＦ
Ｄ−Ａｍｐ４３のソース（主電極）端子へ出力するＤＡ
変換器である。ＤＡ変換器４９にはＤＡ出力レンジ切換
情報が入力され、ＤＡ変換器から出力されるランプ状基
準電圧の範囲を切換えて、画素信号がＡＤ入力電圧範囲
の最適値になるよう制御される。
【００３８】上記の構成で、例としてＦＤ−Ａｍｐがリ
セットされた後、垂直ＣＣＤからの信号電荷による信号
電圧を得る方法を図７のタイミングチャートを交えて説
明する。ここで図６の各トランジスタ４２，４３，４
４，４５はＰＭＯＳトランジスタとして、トランジスタ
４６はＮＭＯＳトランジスタとして以降説明する。ＤＡ
変換器４９はある高電位（ＶHD）を出力するように設定
する。カウンター５０はリセットされ、カウント動作は
していないものとする。信号φCを“Ｌ”レベルとして
（パルス２０１）リセットトランジスタ４５をＯＮさ
せ、ＦＤ−Ａｍｐ４３のゲート端子を所定の電位にリセ
ットする。その時、同時に信号φXを“Ｌ”レベル（パ
ルス２０２）にして選択トランジスタ４４をＯＮさせ、
またスイッチ４７もＯＮさせる。ＦＤ−Ａｍｐ４３のリ
セット時の出力電流は、トランジスタ４６がゲート−ド
レインが短絡することで発生するゲート電圧の形で保存
用コンデンサ４８に保存される（比較基準電圧が保存さ
れる。）。その後、トランジスタ４５，４４、スイッチ
４７はＯＦＦし、垂直ＣＣＤからの信号電荷を、信号φ
T を“Ｌ”レベルにする（パルス２０３）ことでトラン
スファゲート４２がＯＮしＦＤ−Ａｍｐ４３のゲート端
子に転送する。この時のゲート電位はリセット時よりも
低い電圧であったとするとＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電流
はそれに応じてリセット時よりも大きい値となる。一
方、トランジスタ４６は保存用コンデンサ４８の電圧を
受け、ＦＤ−Ａｍｐ４３がリセットされた時の電流を出
力している。信号φX を“Ｌ”レベルにし（パルス２０
４）再びトランジスタ４４をＯＮさせるとコンパレータ
ー５１の入力電位はある高電位（ＶH ）に上昇する。こ
の後カウンター５０を動作し、そのデジタル出力を増幅
させ、それを受けるＤＡ変換器４９の出力電圧は徐々に
減少（ＤＡ変換器４９はデジタル入力信号に対し負極性
のアナログ出力電圧を発生すると仮定する。）する。あ
る時点で、ＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電流とトランジスタ
４６の出力電流が等しくなり、コンパレーター５１の入
力電圧は急速に減少するので、その変化を検出し、カウ
ンター５０のカウント動作を停止させる。
セットされた後、垂直ＣＣＤからの信号電荷による信号
電圧を得る方法を図７のタイミングチャートを交えて説
明する。ここで図６の各トランジスタ４２，４３，４
４，４５はＰＭＯＳトランジスタとして、トランジスタ
４６はＮＭＯＳトランジスタとして以降説明する。ＤＡ
変換器４９はある高電位（ＶHD）を出力するように設定
する。カウンター５０はリセットされ、カウント動作は
していないものとする。信号φCを“Ｌ”レベルとして
（パルス２０１）リセットトランジスタ４５をＯＮさ
せ、ＦＤ−Ａｍｐ４３のゲート端子を所定の電位にリセ
ットする。その時、同時に信号φXを“Ｌ”レベル（パ
ルス２０２）にして選択トランジスタ４４をＯＮさせ、
またスイッチ４７もＯＮさせる。ＦＤ−Ａｍｐ４３のリ
セット時の出力電流は、トランジスタ４６がゲート−ド
レインが短絡することで発生するゲート電圧の形で保存
用コンデンサ４８に保存される（比較基準電圧が保存さ
れる。）。その後、トランジスタ４５，４４、スイッチ
４７はＯＦＦし、垂直ＣＣＤからの信号電荷を、信号φ
T を“Ｌ”レベルにする（パルス２０３）ことでトラン
スファゲート４２がＯＮしＦＤ−Ａｍｐ４３のゲート端
子に転送する。この時のゲート電位はリセット時よりも
低い電圧であったとするとＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電流
はそれに応じてリセット時よりも大きい値となる。一
方、トランジスタ４６は保存用コンデンサ４８の電圧を
受け、ＦＤ−Ａｍｐ４３がリセットされた時の電流を出
力している。信号φX を“Ｌ”レベルにし（パルス２０
４）再びトランジスタ４４をＯＮさせるとコンパレータ
ー５１の入力電位はある高電位（ＶH ）に上昇する。こ
の後カウンター５０を動作し、そのデジタル出力を増幅
させ、それを受けるＤＡ変換器４９の出力電圧は徐々に
減少（ＤＡ変換器４９はデジタル入力信号に対し負極性
のアナログ出力電圧を発生すると仮定する。）する。あ
る時点で、ＦＤ−Ａｍｐ４３の出力電流とトランジスタ
４６の出力電流が等しくなり、コンパレーター５１の入
力電圧は急速に減少するので、その変化を検出し、カウ
ンター５０のカウント動作を停止させる。
【００３９】このカウンター５０のカウント開始から停
止までに変化したデジタル値はＦＤ−Ａｍｐ４３のゲー
ト電位の、リセットされた時の電位と信号電荷が転送さ
れた時の電位の差分に等しい値となる。このようにして
差分に対応するＡＤ変換が行われたことになる。
止までに変化したデジタル値はＦＤ−Ａｍｐ４３のゲー
ト電位の、リセットされた時の電位と信号電荷が転送さ
れた時の電位の差分に等しい値となる。このようにして
差分に対応するＡＤ変換が行われたことになる。
【００４０】図８は垂直ＣＣＤと電荷検出回路、ＡＤ変
換回路との接続を示す概略的回路構成図である。図８に
おいて図６に示した構成部材と同一構成部材については
図６と同一符号を付する。
換回路との接続を示す概略的回路構成図である。図８に
おいて図６に示した構成部材と同一構成部材については
図６と同一符号を付する。
【００４１】垂直ＣＣＤ２からの各信号電荷は、ＦＤ−
Ａｍｐ４３のゲートに入力され、カウンタ５０によりデ
ジタルデータに変換され、データセレクタ５２で順次選
択され、ＡＤ変換データとして出力される。
Ａｍｐ４３のゲートに入力され、カウンタ５０によりデ
ジタルデータに変換され、データセレクタ５２で順次選
択され、ＡＤ変換データとして出力される。
【００４２】図９に本発明の固体撮像装置の構造図を示
す。図９（Ａ）はインタライン型ＣＣＤ構成部となる、
光電変換部、垂直ＣＣＤ、チャネルストップの構成を示
すための断面図である。図９（Ｂ）は信号処理手段の一
部であるインバータ部の構成を示すための断面図であ
る。
す。図９（Ａ）はインタライン型ＣＣＤ構成部となる、
光電変換部、垂直ＣＣＤ、チャネルストップの構成を示
すための断面図である。図９（Ｂ）は信号処理手段の一
部であるインバータ部の構成を示すための断面図であ
る。
【００４３】図９（Ａ）に示すように、単位画素は光電
変換部であるＰＤ領域、電荷を転送するトランスファゲ
ート領域、垂直ＣＣＤ領域、チャネルストップ領域から
構成されている。これらはｎ型基板６０上に構成された
ｐウェル６５内に形成され、ＰＤ領域では表面のｐ+ 層
６７により暗電流を低減する構造となっている。垂直Ｃ
ＣＤ領域ではｎ層６９の下にｐ層６８を設け転送電荷量
のアップとスミアを減少させる。トランスファゲート領
域ではＰＤから垂直ＣＣＤへの光電荷を転送するための
制御を行う。６１はＰＤ領域に光を集めるマイクロレン
ズ、６２は遮光層、６３はポリシリコンからなるゲート
電極、６４はＳｉＯ2層である。
変換部であるＰＤ領域、電荷を転送するトランスファゲ
ート領域、垂直ＣＣＤ領域、チャネルストップ領域から
構成されている。これらはｎ型基板６０上に構成された
ｐウェル６５内に形成され、ＰＤ領域では表面のｐ+ 層
６７により暗電流を低減する構造となっている。垂直Ｃ
ＣＤ領域ではｎ層６９の下にｐ層６８を設け転送電荷量
のアップとスミアを減少させる。トランスファゲート領
域ではＰＤから垂直ＣＣＤへの光電荷を転送するための
制御を行う。６１はＰＤ領域に光を集めるマイクロレン
ズ、６２は遮光層、６３はポリシリコンからなるゲート
電極、６４はＳｉＯ2層である。
【００４４】図９（Ｂ）に示すように、信号処理回路の
一部であるインバータ部はｎ型基板６０上にｐウエルと
ｎウエルを形成してｎ−ＭＯＳトランジスタとｐ−ＭＯ
Ｓトランジスタを設けている。
一部であるインバータ部はｎ型基板６０上にｐウエルと
ｎウエルを形成してｎ−ＭＯＳトランジスタとｐ−ＭＯ
Ｓトランジスタを設けている。
【００４５】ＣＣＤ部と信号処理回路部のウエル分離は
電荷検出部から行うことが望ましい。信号処理回路部か
らは信号の高速転送やロジック回路からのパルスノイズ
が発生するためである。このノイズの発生源からＣＣＤ
部にノイズが伝搬しないようにウエルで分離する。用途
によっては電荷検出部はＣＣＤウエル内であっても良
い。基本的に電荷検出部は１水平期間毎に信号電荷を電
圧変換する機能なので、低速動作であり、この場合ノイ
ズ発生は少ないことによる。図１３はインバータ部をde
ep wellで分離した構造である。完全にセンサー部と分
離する事により、インバータ部のノイズを遮断する効果
が高くなる。
電荷検出部から行うことが望ましい。信号処理回路部か
らは信号の高速転送やロジック回路からのパルスノイズ
が発生するためである。このノイズの発生源からＣＣＤ
部にノイズが伝搬しないようにウエルで分離する。用途
によっては電荷検出部はＣＣＤウエル内であっても良
い。基本的に電荷検出部は１水平期間毎に信号電荷を電
圧変換する機能なので、低速動作であり、この場合ノイ
ズ発生は少ないことによる。図１３はインバータ部をde
ep wellで分離した構造である。完全にセンサー部と分
離する事により、インバータ部のノイズを遮断する効果
が高くなる。
【００４６】図１０に基づいて、本発明の固体撮像装置
をスチルカメラに適用した場合の一実施例について詳述
する。図１０は、本発明の固体撮像装置を「スチルビデ
オカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。
をスチルカメラに適用した場合の一実施例について詳述
する。図１０は、本発明の固体撮像装置を「スチルビデ
オカメラ」に適用した場合を示すブロック図である。
【００４７】図１０において、１１１はレンズのプロテ
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、１１２は被写体
の光学像を固体撮像素子４に結像させるレンズ、１１３
はレンズ１１２を通った光量を可変するための絞り、１
１４はレンズ１１２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための固体撮像素子、１１５は撮像信号処理
回路、１１６は撮像信号処理回路１１５より出力される
画像信号のアナログーデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換
器、１１７はＡ／Ｄ変換器１１６より出力された画像デ
ータに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理
部、１１８は固体撮像素子１１４、撮像信号処理回路１
１５、Ａ／Ｄ変換器１１６、信号処理部１１７に、各種
タイミング信号を出力するタイミング発生部、１１９は
各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御
・演算部、１２０は画像データを一時的に記憶する為の
メモリ部、１２１は記録媒体に記録または読み出しを行
うためのインターフェース部、１２２は画像データの記
録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能
な記録媒体、１２３は外部コンピュータ等と通信する為
のインターフェース部である。
クトとメインスイッチを兼ねるバリア、１１２は被写体
の光学像を固体撮像素子４に結像させるレンズ、１１３
はレンズ１１２を通った光量を可変するための絞り、１
１４はレンズ１１２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための固体撮像素子、１１５は撮像信号処理
回路、１１６は撮像信号処理回路１１５より出力される
画像信号のアナログーデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換
器、１１７はＡ／Ｄ変換器１１６より出力された画像デ
ータに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理
部、１１８は固体撮像素子１１４、撮像信号処理回路１
１５、Ａ／Ｄ変換器１１６、信号処理部１１７に、各種
タイミング信号を出力するタイミング発生部、１１９は
各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御
・演算部、１２０は画像データを一時的に記憶する為の
メモリ部、１２１は記録媒体に記録または読み出しを行
うためのインターフェース部、１２２は画像データの記
録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能
な記録媒体、１２３は外部コンピュータ等と通信する為
のインターフェース部である。
【００４８】次に、前述の構成における撮影時のスチル
ビデオカメラの動作について説明する。バリア１１１が
オープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロ
ール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器１１６などの
撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制
御する為に、全体制御・演算部１１９は絞り１１３を開
放にし、固体撮像素子１１４から出力された信号はＡ／
Ｄ変換器１１６で変換された後、信号処理部１１７に入
力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演
算部１１９で行う。この測光を行った結果により明るさ
を判断し、その結果に応じて全体制御・演算部１１９は
絞りを制御する。
ビデオカメラの動作について説明する。バリア１１１が
オープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロ
ール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器１１６などの
撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制
御する為に、全体制御・演算部１１９は絞り１１３を開
放にし、固体撮像素子１１４から出力された信号はＡ／
Ｄ変換器１１６で変換された後、信号処理部１１７に入
力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演
算部１１９で行う。この測光を行った結果により明るさ
を判断し、その結果に応じて全体制御・演算部１１９は
絞りを制御する。
【００４９】次に、固体撮像素子１１４から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１１９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、
合焦が確認された後に本露光が始まる。
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１１９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、
合焦が確認された後に本露光が始まる。
【００５０】露光が終了すると、固体撮像素子１１４か
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１１６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部１１７を通り全体制御・演算部１１
９によりメモリ部に書き込まれる。
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１１６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部１１７を通り全体制御・演算部１１
９によりメモリ部に書き込まれる。
【００５１】その後、メモリ部１２０に蓄積されたデー
タは、全体制御・演算部１１９の制御により記録媒体制
御Ｉ／Ｆ部１２１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体１２２に記録される。また、外部Ｉ／Ｆ部１２３
を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行っ
てもよい。
タは、全体制御・演算部１１９の制御により記録媒体制
御Ｉ／Ｆ部１２１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記
録媒体１２２に記録される。また、外部Ｉ／Ｆ部１２３
を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行っ
てもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、高感度、高速駆動、低消費電力、多機能な固体撮
層装置とその撮像システムを提供出来る。
れば、高感度、高速駆動、低消費電力、多機能な固体撮
層装置とその撮像システムを提供出来る。
【図１】本発明の固体撮像装置の一実施例を示す概略的
構成図である。
構成図である。
【図２】図１の電荷検出回路及び信号処理手段の概略的
構成図である。
構成図である。
【図３】図２の電荷検出回路及び信号処理手段の動作タ
イミング図である。
イミング図である。
【図４】本発明の固体撮像装置の他の実施例を示す構成
図である。
図である。
【図５】ランダムアクセス駆動の実施例の説明図であ
る。
る。
【図６】電荷検出回路とアナログデジタル変換回路部を
有する場合の等価回路ブロック図である。
有する場合の等価回路ブロック図である。
【図７】図６の動作を説明するためのタイミングチャー
トである。
トである。
【図８】垂直ＣＣＤと電荷検出回路、ＡＤ変換回路との
接続を示す概略的回路構成図である。
接続を示す概略的回路構成図である。
【図９】固体撮像装置の構造の一例を示す構成図であ
る。
る。
【図１０】本発明の固体撮像装置を「スチルビデオカメ
ラ」に適用した場合を示すブロック図である。
ラ」に適用した場合を示すブロック図である。
【図１１】ＩＬ−ＣＣＤの概略的構成図である。
【図１２】ＣＭＯＳセンサの概略的構成図である。
【図１３】インバータ部をdeep wellで分離した構造図
である。
である。
１ フォトダイオード（ＰＤ） ２ 垂直ＣＣＤ ３ 電荷検出回路 ４ 水平走査回路 ５ 水平信号線 ６ 出力アンプ
Claims (17)
- 【請求項１】 ２次元状に配列した複数の光電変換素部
と、該光電変換部の信号電荷を蓄積転送する蓄積部とを
備えたフレームトランファ型ＣＣＤ構成部、あるいは複
数の光電変換部と垂直ＣＣＤと該光電変換部の信号電荷
を該垂直ＣＣＤに転送するトランスファゲートとを備え
たインタライン型ＣＣＤ構成部と、 前記フレームトランファ型ＣＣＤ構成部の前記蓄積部か
ら出力される信号電荷又は前記インタライン型ＣＣＤ構
成部の前記垂直ＣＣＤから出力される信号電荷を電圧変
換する複数の電荷検出手段と、 該複数の電荷検出手段から出力される信号を順次読み出
すための走査手段と、を同一半導体チップ上に形成した
固体撮像装置。 - 【請求項２】 ２次元状に配列された複数の光電変換素
部と、該光電変換部の信号電荷を蓄積転送する蓄積部と
を備えたフレームトランファ型ＣＣＤ構成部、あるいは
複数の光電変換部と垂直ＣＣＤと該光電変換部の信号電
荷を該垂直ＣＣＤに転送するトランスファゲートとを備
えたインタライン型ＣＣＤ構成部と、前記フレームトラ
ンファ型ＣＣＤ構成部の前記蓄積部から出力される信号
電荷又は前記インタライン型ＣＣＤ構成部の前記垂直Ｃ
ＣＤから出力される信号電荷を電圧変換する複数の電荷
検出手段と、 該複数の電荷検出手段からの出力信号を信号処理する信
号処理手段と、 該信号処理手段から出力される信号を順次読み出すため
の走査手段と、 を同一半導体チップ上に形成した固体撮像装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の固体撮像装置におい
て、前記信号処理手段は電荷検出手段のノイズを除去す
るノイズ除去手段を含むことを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項４】 請求項２に記載の固体撮像装置におい
て、前記信号処理手段は信号増幅可変手段、信号レベル
調整手段及びアナログ−デジタル変換手段の少なくとも
一つを有することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の固体撮像
装置において、前記走査手段は、前記電荷検出手段又は
前記信号処理手段の出力を共通の信号線へ転送する手段
と、該信号線に接続される出力アンプとを有することを
特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項６】 請求項２に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部は二次元状に配列され、複数行の前
記光電変換部からの信号電荷を列毎の共通の前記電荷検
出手段を経て前記信号処理手段へ転送することを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項７】 請求項２に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換部は二次元状に配列され、複数列の前
記光電変換部からの信号電荷を共通の前記電荷検出手段
を経て前記信号処理手段へ転送することを特徴とする固
体撮像装置。 - 【請求項８】 請求項１又は請求項２に記載の固体撮像
装置において、前記蓄積部又は前記垂直ＣＣＤから出力
される信号電荷を前記電荷検出手段のリセット手段で一
括リセットすることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項９】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
て、任意の前記電荷検出手段の出力信号をランダムアク
セスすることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１０】 請求項２に記載の固体撮像装置におい
て、任意の前記電荷検出手段あるいは信号処理手段の出
力信号をランダムアクセスすることを特徴とする固体撮
像装置。 - 【請求項１１】 請求項１又は請求項２に記載の固体撮
像装置において、電荷検出手段は入力部のリセットと信
号電荷の電圧変換時に電源電圧が供給されることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項１２】 ２次元状に配列された光電変換部と、 前記２次元状に配列された光電変換部からの信号電荷を
転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電
荷検出手段と、 前記複数の電荷検出手段からの信号が読み出される共通
信号線と、 前記複数の電荷検出手段からの信号を前記共通出力線に
転送するための複数の転送用トランジスタと、 前記複数の転送用トランジスタを制御することによっ
て、前記複数の電荷検出手段からの信号を順次前記共通
信号線に読み出すための走査手段と、 を同一半導体チップ上に形成したことを特徴とする固体
撮像装置。 - 【請求項１３】 ２次元状に配列された光電変換部と、 前記２次元状に配列された光電変換部からの信号電荷を
転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部からの信号電荷を電圧変換する複数の電
荷検出手段と、 前記複数の電荷検出手段からの信号を処理する複数の信
号処理手段と、 前記複数の信号処理手段からの信号が読み出される共通
信号線と、 前記複数の信号処理手段からの信号を前記共通出力線に
転送するための複数の転送用トランジスタと、 前記複数の転送用トランジスタを制御することによっ
て、前記複数の信号処理手段からの信号を順次前記共通
信号線に読み出すための走査手段と、 を同一半導体チップ上に形成したことを特徴とする固体
撮像装置。 - 【請求項１４】 請求項１２又は請求項１３に記載の固
体撮像装置において、前記電荷転送部は、ＣＣＤ構造を
含むことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１５】 請求項１２〜１４のいずれか１項に記
載の固体撮像装置において、前記複数の電荷検出手段
は、一ラインの光電変換部からの信号のうち、所定の領
域からの信号を読み出し、前期所定の領域以外からの信
号をリセットによって読み出さないようにすることを特
徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１６】 請求項１２〜１５に記載の固体撮像装
置において、前記電荷転送部と前記電荷検出部は、ウエ
ルで分離されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれかの請求項に
記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置へ光を結像する
光学系と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する信
号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000324451A JP3937716B2 (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 固体撮像装置及び撮像システム |
| US09/982,886 US7145600B2 (en) | 2000-10-24 | 2001-10-22 | Image pickup apparatus having a plurality of CCDs, charge detecting circuits, and A/D conversion circuits |
| EP01308976A EP1206127A3 (en) | 2000-10-24 | 2001-10-23 | Image pickup apparatus |
| US11/555,027 US7636116B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-10-31 | Solid state image pickup apparatus having floating diffusion amplifiers for CCD charges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000324451A JP3937716B2 (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 固体撮像装置及び撮像システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002135656A true JP2002135656A (ja) | 2002-05-10 |
| JP3937716B2 JP3937716B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=18801984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000324451A Expired - Fee Related JP3937716B2 (ja) | 2000-10-24 | 2000-10-24 | 固体撮像装置及び撮像システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7145600B2 (ja) |
| EP (1) | EP1206127A3 (ja) |
| JP (1) | JP3937716B2 (ja) |
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