JP2646985B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関し、特
にその信号処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２，１３，１４を参照して従来技術
について説明する。現状のＮＴＳＣ方式テレビにおい
て、インターレース動作を行う際に垂直解像度を高める
ために、周知のラインシャッタ方式、あるいは別名スー
パーＥＶＳ（Ｓｕｐｅｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｖｅｒｔ
ｉｃａｌ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）方式
が用いられる。

【０００３】図１２に、本方式を実現できるフレームイ
ンターライン転送撮像素子（以後、ＦＩＴ撮像素子と略
称する。）の構成を示す。

【０００４】光学像を光電変換する受光素子３１０、３
１１とこれらの受光部で光電変換された信号電荷をある
一定周期で読み出して垂直方向に転送を行う垂直転送レ
ジスタ３０６を持つ撮像部３０１と信号電荷蓄積部３０
２とを有している。さらに、前記信号電荷を垂直ブラン
キング期間に受光素子から垂直転送レジスタに読み出し
て撮像部から信号電荷蓄積部へ高速に転送を行い、受光
部の一行毎の信号電荷が水平方向にて転送を行うため
に、順次転送される水平転送レジスタ３０３と、水平転
送レジスタ３０３により順次に信号電荷を読みだして電
圧出力に変換する出力部３０４とを有している。さら
に、信号として出力されない不要な電荷（たとえば、暗
電流など）を垂直転送レジスタ３０６から転送され、外
部に掃き捨てるオーバーフロードレイン３０５を有して
いる。

【０００５】図１３に、ラインシャッタ方式の動作のタ
イミングチャートと、受光素子に蓄積される信号電荷量
の経時変化を示す。図１２において、水平転送レジスタ
３０３で、撮像部３０１の下端から数えて、奇数行の受
光素子を受光素子３１０、偶数行の受光素子を受光素子
３１１と示す。

【０００６】図１３を参照すると、偶数フィールド
（ａ）で、受光素子３１１から垂直転送レジスタ３０６
に信号電荷を読み出す読みだしパルスＡｅ１が印加さ
れ、以前に蓄積された信号電荷が読み出される。この
後、受光素子３１１に信号電荷が蓄積される。読みだし
パルスＡｅ１ａが印加されて、時間ｔ１間に蓄積された
信号電荷Ｓｅ３が、垂直転送レジスタ３０６に読み出さ
れる。この後、信号電荷Ｓｅ１が受光素子３１１に蓄積
され、次フィールドの読みだしパルスＡｅ２により時間
ｔ２間に蓄積された信号電荷Ｓｅ１が垂直転送レジスタ
３０６に読みだされる。ここで、読みだしパルスＡｅ１
ａで読みだされた電荷Ｓｅ３は、掃き出しパルスＢｅ２
により、垂直転送レジスタ３０６を経由して、オーバー
フロードレイン３０５に転送され、外部に掃き出され
る。また、高速転送パルスＣｅ１、Ｃｅ２により、読み
だしパルスＡｅ１、Ａｅ２で読み出された信号電荷を撮
像部３０１から、信号電荷蓄積部３０２へ高速に垂直転
送する。

【０００７】この偶数フィールド期間に、受光素子３１
０では、読みだしパルスＡｏ１が印加され、蓄積された
信号電荷が垂直転送レジスタ３０６に読みだされる。こ
の後、次の読みだしパルスＡｏ２が印加されるまでの偶
数フィールド期間に、信号電荷Ｓｏ２が蓄積される。こ
の後に、読みだしパルスＡｏ２により垂直転送レジスタ
３０６に読みだされる。また、以後、受光素子３１１と
同様の動作が行われる。

【０００８】この動作により、奇数フィールドの読みだ
しパルスＡｅ２、Ａｏ２により、受光素子３１０、３１
１で異なった蓄積時間に蓄えられた信号電荷が、垂直転
送レジスタ３０６に読みだされて、次に垂直転送レジス
タ３０６において、図１３に示すように、フィールド毎
に、あるフィールドでは上方で隣接する受光素子の信号
電荷と、次のフィールドでは下方で隣接する受光素子の
信号電荷と２画素分混合されて、出力部へと順次転送さ
れる。

【０００９】この後、インターレース関係を維持するた
めに、奇数フィールドでは、奇数行の受光素子３１０に
読みだしパルスＡｏ２ａが印加されて、前フィールドに
おける奇数行の受光素子３１０と、偶数行の受光素子３
１１の信号電荷の蓄積時間の関係が逆転する。

【００１０】図１４を参照して、上述の動作により、イ
ンターレース動作した場合に垂直解像度が改善する機構
について説明する。

【００１１】図１４（ａ）に示すような被写体パターン
５０１を撮像する場合に、黒部からの信号電荷量は０、
白部からのそれをＶｏとする。

【００１２】図１４（ｂ）に示す偶数フィールドの場合
には、偶数行の受光素子３１１の信号電荷の蓄積時間
は、フィールド時間ｔ０より短くｔ２であり、蓄積信号
電荷量は蓄積時間に比例し、信号出力として（ｔ２／ｔ
０）・ｖ０である。奇数行の受光素子３１０では被写体
の信号が０なので、出力信号は０である。この時、偶数
行の受光素子では、信号電荷が蓄積時間に比例して変化
するため、見かけ上、受光感度が変化したことに相当す
る。受光素子から垂直転送レジスタへの読みだし時に、
垂直転送レジスタ３０６内では、偶数行の受光素子３１
１に対して上方で隣あう奇数行と信号電荷を混合するた
め、この偶数フィールドの２画素混合した信号出力は
（ｔ２／ｔ０）・ｖ０となる。

【００１３】次に、図１４（ｃ）に示す奇数フィールド
の場合は、偶数行の受光素子３１１の信号電荷の蓄積時
間は、フィールド時間ｔ０であり、信号出力はｖ０であ
る。奇数行の受光素子３１０では、信号電荷蓄積時間が
ｔ２で、フィールド時間蓄積した場合に比べ、出力信号
がｔ２／ｔ０になるが、この場合には被写体の信号が０
なので、出力信号は０となる。受光素子からの垂直転送
レジスタへの読みだし時に、奇数フィールドと同様に、
垂直転送レジスタ３０６内では偶数行の受光素子３１１
に対して、下方で隣あう奇数行の受光素子３１０と信号
電荷を混合する２画素混合を行い、この偶数フィールド
では、信号出力がｖ０となる。インターレース動作を行
い、偶数フィールド、奇数フィールドの信号出力を合成
した場合の出力信号を図１４（ｄ）に示す。１画素毎に
信号出力の大きさが異なり、１画素毎の異なる信号を区
別することができる。

【００１４】以上より、２画素混合読み出しを行いイン
ターレース動作した場合にも、１画素毎に異なる信号に
対して区別することが可能であり、垂直方向に１画素間
隔の解像度が得られることが示される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
垂直分解能の改善方法では、フィールド毎に、偶数行、
あるいは奇数行の受光素子の、受光感度に相当する蓄積
した信号電荷量を変化させるため、フィールド期間内に
蓄積した電荷の一部を掃き出し、信号電荷を蓄積する電
荷蓄積時間を短くしている。このため、本来フィールド
期間に蓄積できる信号電荷に対して、少ない信号電荷を
用いるために、受光素子として感度が小さくなるという
欠点を生じる。また、一部の信号電荷を掃き出すための
読みだしパルスを垂直有効期間の途中に発生させるた
め、出力画面上にクロック雑音を発生させるという欠点
も生じる。さらに、前述した従来技術は、固体撮像素子
が撮像部以外に信号電荷を記憶する電荷蓄積部に相当す
る部分を有している、フレームインターライン転送撮像
素子（以後、“ＦＩＴ撮像素子”と略称する。）でなけ
れば実現できないという欠点も生じる。

【００１６】本発明は、このような従来技術の欠点を解
決し、蓄積した信号電荷を掃き出すことによる感度低下
を防止し、また、垂直有効期間でのクロック雑音の発生
を防止し、固体撮像素子をＦＩＴ撮像素子に限定するこ
となく、垂直方向の一画素毎の感度を変化させて、現行
のＮＴＳＣ方式に適合したインターレース動作を行う場
合にも、一画素単位の垂直解像度を実現することが可能
な固体撮像装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明の固体撮
像装置は、光電変換素子を列状に配置した受光部および
前記光電変換素子のそれぞれから信号電荷を読み出し互
いに混合することなく列方向に転送する垂直転送レジス
タを含む画素列を複数並列に配置した撮像部、前記垂直
転送レジスタの最後段から信号電荷を受け取って行方向
に転送する水平転送レジスタならびに前記水平転送レジ
スタからの信号電荷を電圧に変換する出力部を含む固体
撮像素子と、前記固体撮像素子からの出力信号を、前記
垂直転送レジスタの最終段に対応する光電変換素子から
数えて奇数行目および偶数行目の光電変換素子からの信
号電荷に対応する奇数行信号および偶数行信号とに分離
して出力する分離回路と、前記奇数行信号を偶数フィー
ルドで水平走査時間だけ遅延させ前記偶数行信号を水平
走査時間の２分の１だけ遅延させる遅延手段と、前記奇
数行信号および偶数行信号をそれぞれ前記遅延手段を通
す前または後に増幅する第１の増幅器および第２の増幅
器からなる増幅回路と、前記奇数行信号と偶数行信号を
前記遅延手段および増幅回路を通した後に加算し周波数
を２分の１にする合成回路と、フィールド毎に前記第１
の増幅器および第２の増幅器の増幅度を交互に異ならせ
る増幅度制御回路と、前記遅延手段および増幅度制御回
路にそれぞれフィールドインデックス信号を供給する手
段とを有するというものである。

【００１８】本願第２の発明の固体撮像装置は、光電変
換素子を列状に配置した受光部および前記光電変換素子
のそれぞれから信号電荷を読み出し互いに混合すること
なく列方向に転送する垂直転送レジスタを含む画素列を
複数並列に配置した撮像部、前記垂直転送レジスタの最
終段に対応する光電変換素子から数えて偶数行目および
奇数行目の光電変換素子からの信号電荷をそれぞれ前記
垂直転送レジスタから受取って行方向に転送する第１の
水平転送レジスタおよび第２の水平転送レジスタならび
に前記第１の水平転送レジスタおよび第２の水平転送レ
ジスタからの信号電荷をそれぞれ電圧に変換する第１の
出力部および第２の出力部を含む固体撮像素子と、前記
第１の出力部の出力信号である偶数行信号を水平走査時
間だけ遅延させ前記第２の出力部の出力信号である奇数
行信号を偶数フィールドで水平走査時間だけ遅延させる
遅延手段と、前記奇数行信号および偶数行信号をそれぞ
れ前記遅延手段を通す前または後に増幅する第１の増幅
器および第２の増幅器からなる増幅回路と、前記奇数行
信号と偶数行信号を前記遅延手段および増幅回路を通し
た後に加算する合成回路と、フィールド毎に前記第１の
増幅器および第２の増幅器の増幅度を交互に異ならせる
増幅度制御回路と、前記遅延手段および増幅度制御回路
にそれぞれフィールドインデックス信号を供給する手段
とを有するというものである。

【００１９】

【作用】画素間で信号電荷を混合することなく奇数行信
号と偶数行信号に分けて、増幅と時間調整を行なう。こ
の時、インターレース関係を維持するために、フィール
ド毎に奇数行と偶数行の増幅度を交互に交換する。以上
の動作により、固体撮像素子が撮像部以外に信号電荷を
記憶する電荷蓄積部に相当する部分を有している、例え
ばＦＩＴ固体撮像素子に限定しなくとも、見かけ上の受
光部の感度を垂直方向に一画素毎に交互に変化させるこ
とができ、従来の２画素混合読みだしと同様に、インタ
ーレース動作を行うことができ、垂直方向に１画素間隔
の解像度を得ることが可能となる。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例の構成を示すブ
ロック図、図２は図１における固体撮像素子の１例を示
す平面図、図３（ａ），（ｂ）は図２に示す固体撮像素
子の垂直転送パルスのタイムチャートおよび垂直転送パ
ルスと水平転送パルスとの関係を示すタイムチャートで
ある。

【００２１】この実施例は光電変換素子（ホトダイオー
ドＰ１，Ｐ２等）を列状に配置した受光部およびホトダ
イオードＰ１，Ｐ２等のそれぞれから信号電荷を読み出
し互いに混合することなく列方向に転送する垂直転送レ
ジスタ１０１−２を含む画素列を複数並列に配置した撮
像部１０１、垂直転送レジスタ１０１−２の最後段から
信号電荷を受け取って行方向に転送する水平転送レジス
タ１０１−０ならびに水平転送レジスタ１０１−０から
の信号電荷を電圧に変換する出力部１０１−１を含む固
体撮像素子と、前述の固体撮像素子からの出力信号を、
垂直転送レジスタ１０１−２の最終段に対応するホトダ
イオードから数えて奇数行目および偶数行目のホトダイ
オードからの信号電荷に対応する奇数行信号および偶数
行信号とに分離して出力する分離回路（スイッチ１０
８）と、前述の奇数行信号を偶数フィールドで水平走査
時間Ｔ１だけ遅延させ前述の偶数行信号を水平走査時間
の２分の１Ｔ２だけ遅延させる遅延手段（スイッチ１０
９，１１０、遅延回路１１１，１１２，１１３を有して
いる）と、前述の奇数行信号および偶数行信号をそれぞ
れ遅延手段１０２を通した後に増幅する第１の増幅器１
０３および第２の増幅器１０４からなる増幅回路と、前
述の奇数行信号と偶数行信号を遅延手段１０２および増
幅回路を通した後に加算回路１０５−１で加算しラッチ
回路１１４を通し周波数変換回路１１５で周波数を２分
の１にする合成回路１０５と、フィールド毎に第１の増
幅器１０３および第２の増幅器１０４の増幅度を交互に
異ならせる増幅度制御回路１０７と、遅延手段１０２お
よび増幅度制御回路１０７にそれぞれフィールドインデ
ックス信号ＦＩ（図５（ａ）に示す）を供給する手段と
を有するというものである。

【００２２】この実施例に用いる固体撮像素子の水平転
送部以外は、特開平４−７２７６２号公報に開示されて
いるものと同様である。この固体撮像素子は、Ｐウェル
の表面部に選択的にｎ型領域を形成してなるホトダイオ
ードを複数（Ｐ１，Ｐ２を代表として示す）を別状に配
置した光電変換素子列と、これらのホトダイオードから
それぞれ電荷を受取って列方向に転送する垂直転送レジ
スタ１０１−２と、各ホトダイオード上に開口を有する
遮光電極とを有し、垂直転送レジスタ１０１−２は、一
画素あたり３つの垂直転送電極（第１，第２，第３垂直
転送電極）を有するとともに、そのうちの第２垂直転送
電極は例えばアルミニウム膜からなる遮光電極を兼ね
る。もちろん第２垂直転送電極は遮光電極を兼ねる必要
はない。第１転送電極は第１層ポリシリコン膜で形成
し、第３遮光転送電極は第２層ポリシリコン膜で形成
し、第２転送電極は第３層ポリシリコン膜で形成するこ
ともできる。

【００２３】また、前述の垂直転送レジスタ１０１−２
からの電荷を受け取り、各々の垂直転送レジスタからの
信号を行方向に転送するために、各垂直転送レジスタに
対して、第１水平転送電極と、第２水平転送電極を２組
もつ水平転送部１０１−０を有する。

【００２４】垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３は
それぞれ各画素列の第１垂直転送電極ＶＧ１１，ＶＧ２
１，…，第２垂直転送電極ＶＧ１２，ＶＧ２２，…，第
３転送電極ＶＧ１３，ＶＧ２３，…に印加される。

【００２５】水平転送パルスφＨ１，φＨ２は、図２に
示すように、それぞれ各垂直転送レジスタの第１水平転
送電極と第２水平転送電極の第１の組（ＨＧ１１とＨＧ
１２，ＨＧ３１とＨＧ３２，…）と、第１水平転送電極
と第２水平転送電極の第２の組（ＨＧ２１とＨＧ２２，
ＨＧ４１とＨＧ４２，…）とにそれぞれ印加される。

【００２６】タイミングｔａ１では、第１垂直転送電極
ＶＧ１１，ＶＧ２１，…と、第２垂直転送電極ＶＧ１
２，ＶＧ２２，…のみがオンとなる。以下、ｔａ２から
ｔａ４となる。タイミングｔａ４では、第３垂直転送電
極ＶＧ１３，ＶＧ２３…に読出しパルスが印加されてト
ランスファゲート領域ＴＧ１，ＴＧ２，…がオンとな
り、それぞれの画素のホトダイオードＰ１，Ｐ２，等…
から電荷が読み出される。以下、ｔａ５〜ｔａ１２を経
て、ｔａ１３でｔａ１と同様のポテンシャル分布とな
る。以後は、水平転送部１０１−０から最も離れたホト
ダイオードより読み出された電荷が、該水平転送部１０
１−０へ転送を完了するまでｔａ７〜ｔａ１３と同様の
動作を繰り返す。ｔａ７〜ｔａ１３までの動作は、従
来、水平帰線期間内に行われ、水平走査時間（以後、
“１Ｈ時間”と略称する。）毎に繰り返されている。し
かし、本実施例では、水平走査時間の１／２の時間であ
る１／２Ｈ毎に繰り返す。

【００２７】このようにして信号電荷は、図３（ｂ）に
示すタイミングｔｂ１〜ｔｂ５まで垂直転送されてく
る。ｔｂ５では、水平転送レジスタ１０１−０の水平転
送パルスφＨ１の印加されるＨＧ１１とＨＧ１２，ＨＧ
３１とＨＧ３２，…がオンとなる。一方、φＨ２の印加
されるＨＧ２１とＨＧ２２，ＨＧ４１とＨＧ４４，…
は、オフとなる。ｔｂ６で水平転送レジスタ１０１−０
に最も近い位置にある第３垂直転送電極ＶＧ２３がオフ
となり、ｔｂ５で保持していた電荷が水平転送電極ＨＧ
１２，３２，…の電極下に転送される。ｔｂ８では、水
平転送レジスタのφＨ１の印加されるＨＧ１１と１２，
ＨＧ３１と３２…がオフとなりφＨ２の印加されるＨＧ
２１と２２，ＨＧ４１と４２，…がオンとなり、電荷は
水平転送レジスタ１０１−０を図１における矢印方向
（以下左方向という）に水平転送する。この時、ＨＧ１
１，ＨＧ３１，…は常にＨＧ１２，３２，…より、電極
下のポテンシャルが高く、電荷が矢印と反対方向（以下
右方向という）に水平転送することを防止する。ｔｂ９
ではｔｂ８とは逆に、φＨ１の印加されるＨＧ１１と１
２，ＨＧ３１と３２，…がオン，φＨ２の印加されるＨ
Ｇ２１と２２，ＨＧ４１と４２，…がオフとなりｔｂ８
同様に左方向に水平転送を行う。この時、ＨＧ２１，４
１，…は前述と同様に、電荷が右方向に水平転送するこ
とを防止する。以後は、水平転送レジスタ１０１−０に
接続する電荷検出部１０１−１へ、全ての電荷が水平転
送を完了するまで、ｔｂ８〜ｔｂ９と同様の動作を繰り
返す。垂直転送が、水平走査時間の１／２の時間（１／
２Ｈ）で行われるため、水平転送も１／２Ｈ時間内に行
う。このため、ｔｂ８からｔｂ９への時間は従来の１／
２であり、水平転送周波数は従来の２倍である。

【００２８】図４は、固体撮像素子の各行方向のホトダ
イオードの信号電荷群を模式的に示している。Ａ１，Ａ
２，…は垂直転送レジスタ１０１−２の最終段から数え
て奇数行目のホトダイオードからの信号電荷群、Ｂ１，
Ｂ２，…は偶数行目からの信号電荷群である。

【００２９】図５は図１のスイッチ１０８の動作を説明
するためのタイムチャートであり、図５（ａ）は、フィ
ールドインデックス信号（以後、“ＦＩ信号”と略称す
る。）のタイムチャートである。ＦＩ信号は、水平走査
時間を１Ｈ（＝Ｔ１）とすると、５２５Ｈ（＝１／３０
秒）からなる１フレームを構成する、２６２．５Ｈ（＝
１／６０秒）の偶数フィールドを示すＨレベルと、２６
２．５Ｈの奇数フィールドを示すＬレベルの信号からな
る連続信号である。

【００３０】図５（ｂ）は、偶数フィールドにおけるＦ
Ｉ信号と、スイッチ１０８の切替信号ＳＷのタイムチャ
ートである。

【００３１】切替信号ＳＷのＨレベル，Ｌレベルにより
スイッチ１０８の接続が切替る。ここでは、切替信号Ｓ
ＷのＨレベル、Ｌレベルは奇数行信号（Ａ０，Ａ１，
…）がスイッチ１０８の端子Ｅに伝達し、偶数行信号
（Ｂ０，Ｂ１，…が）スイッチ１０８の端子０に伝達す
るように決められている。切替信号ＳＷは、例えば図３
（ｂ）のｔｂ７のタイミングでＨレベル，Ｌレベルが切
替り１／２ＨＴ２時間毎に切替る。

【００３２】図５（ｂ）は、奇数フィールドにおける、
ＦＩ信号と、スイッチ１０８の切替信号ＳＷのタイムチ
ャートである。切替信号ＳＷとスイッチ１０８の関係，
及び、切替信号ＳＷのタイミングは前述の偶数フィール
ドと同様である。

【００３３】なお、図５（ａ），（ｂ）において、偶数
フィールドと奇数フィールドが変化した直後に、切替信
号ＳＷが、１Ｈ時間Ｌレベルが連続するのは、偶数フィ
ールド、奇数フィールドともに同じタイミングでＳＷが
Ｈ，Ｌ切替るようにするためである。このため、奇数行
信号と、偶数行信号は、各々、常にフィールドに依らず
スイッチ１０８により所定の端子に伝達され処理され
る。

【００３４】図６（ａ）は偶数フィールド，図６（ｂ）
は奇数フィールドにおける図１の固体撮像装置の各位置
での信号を模式的に示したものである。

【００３５】初めに、偶数フィールドの動作について説
明する。固体撮像素子の出力信号（ａ）は、図６（ａ）
に示すように、ホトダイオードの各行の信号が、水平走
査時間の１／２である１／２Ｈ時間Ｔ２間隔で、Ａ１，
Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，…と出力される。スイッチ１０８
は、各行の信号毎に切替り、信号Ａ１，Ａ２，…は、ス
イッチ１０８の端子Ｅに伝わり、信号Ｂ１，Ｂ２，…は
端子０に伝わる。スイッチ１０９はＦＩ信号１０６によ
り切替り、偶数フィールドでは、端子Ｅに接続する。遅
延回路１１１は、水平走査時間である１Ｈ時間Ｔ１だけ
遅延し、出力信号（ｂ）を得る。スイッチ１１０もＦＩ
信号により切替り、偶数フィールドでは端子Ｅに接続す
る。遅延回路１１２では、１／２Ｈ時間Ｔ２だけ遅延
し、出力信号（ｂ）を得る。第１の増幅器１０３の出力
は、図６（ａ）のｄのようになる。図６（ａ）のｄで
は、増幅度を２とした場合を示している。同様に、増幅
度を１とした場合の、第２の増幅器１０４の出力を図６
（ａ）のｅに示す。合成回路１０５において、増幅器１
０３，１０４の出力信号は合成され、図６（ａ）のｆの
信号を得る。次に、ラッチ回路１１４を通り、周波数変
換回路１１５に入力する。周波数変換回路１１５では、
１／２Ｈ時間であるＴ２にだけ信号があり、この信号の
１画素毎の信号周波数が通常の２倍である信号ｆを、水
平走査時間１Ｈである時間Ｔ１に信号があり、１画素毎
の信号周波数を１／２にすることで、通常の信号周波数
に変換する。この動作により、周波数変換回路１１５の
出力として図６（ａ）のｇを得る。

【００３６】次に、奇数フィールドの動作について説明
する。固体撮像素子１０１の出力は、偶数フィールドと
同様にスイッチ１０８を通る。スイッチ１０９では、Ｆ
Ｉ信号１０６により端子０に接続し、図６（ｂ）のｂの
出力を得る。スイッチ１１０でも端子０に接続し、遅延
回路１１３により１／２Ｈ時間Ｔ２だけ遅延し、図６
（ｂ）のＣの出力を得る。第１の増幅器１０３では、増
幅度制御回路１０７により、偶数フィールド時の第２の
増幅器１０４の増幅度である増幅度１の増幅動作を行う
ように制御される。第１の増幅器１０３では、図６
（ｂ）のｄの出力を得る。第２の増幅器１０４では、増
幅度制御回路１０７により、偶数フィールド時の第１の
増幅器１０３と同じ増幅度である増幅度２となるように
制御される。第２の増幅度１０４では、図６（ｂ）のｅ
の出力を得る。このため、増幅回路１０３，１０４では
増幅度がフィールド毎に交互に交換する。合成回路１０
５において、偶数フィールドと同様に図６（ｂ）のｆ，
ｇの出力を得る。

【００３７】以上の動作により、固体撮像素子の撮像部
内においてホトダイオードを垂直方向に数えたときに、
奇数行目のホトダイオードと、偶数行目のホトダイオー
ドとからの出力信号が、それぞれ異なった所定の増幅度
で増幅されるため、見かけ上、奇数行目と、偶数行目で
感度の異なる信号になり、また、合成回路１０５の出力
は、通常の水平走査時間１Ｈと同じ時間で通常の水平転
送周波数と同じ信号周波数となるため、正常なインター
レース動作が可能な信号となる。

【００３８】このため、図１４に示した従来技術と同様
に、ＮＴＳＣ方式において垂直解像度を１画素単位に高
めることが可能となる。

【００３９】なお、本実施例において、上述のスイッチ
１０８で分離された出力信号に対し所定の遅延を行う処
理を増幅回路を通す前に行なったが、これは増幅回路を
通した後に遅延処理を行なってもよい。

【００４０】さらに、増幅器１０３，１０４の増幅度を
フィールドにかかわらず、それぞれ所定の増幅度に固定
し、かつ、上述のスイッチ１０８の切替えをフィールド
により異なる端子と接続させ遅延時間を所定の値にする
ことで、分離回路１０２から増幅器１０３，１０４への
入力信号を、フィールド毎に交換することで、上述の増
幅器１０３，１０４の増幅度を、フィールド毎に交換し
た場合と同様の効果を出すこともできる。

【００４１】図７は本発明の第２の実施例の構成を示す
ブロック図、図８は図７における固体撮像素子の１例を
示す平面図、図９（ａ），（ｂ）は図８に示す固体撮像
素子の垂直転送パルスのタイムチャートおよび垂直転送
パルスと水平転送パルスとの関係を示すタイムチャート
である。

【００４２】この実施例は、光電変換素子（ホトダイオ
ードＰ１，Ｐ２等）を列状に配置した受光部およびホト
ダイオードＰ１，Ｐ２等のそれぞれから信号電荷を読み
出し互いに混合することなく列方向に転送する垂直転送
レジスタ２０１−２を含む画素列を複数並列に配置した
撮像部２０１、垂直レジスタ２０１−２の最終段に対応
するホトダイオードから数えて偶数行目および奇数行目
のホトダイオードからの信号電荷をそれぞれ垂直転送レ
ジスタ２０１−２から受取って行方向に転送する第１の
水平転送レジスタ２０１−０１および第２の水平転送レ
ジスタ２０１−０２ならびに第１の水平転送レジスタ２
０１−０１および第２の水平転送レジスタ２０１−０２
からの信号電荷をそれぞれ電圧に変換する第１の出力部
２０１−１ａおよび第２の出力部２０１−ｂを含む固体
撮像素子と、第１の出力部２０１−１ａの出力信号であ
る偶数行信号を水平走査時間Ｔ１だけ遅延させ第２の出
力部２０１−１ｂの出力信号である奇数行信号を偶数フ
ィールドで水平走査期間Ｔ１だけ遅延させる遅延手段２
０２と、前述の奇数行信号および偶数行信号をそれぞれ
遅延手段２０２を通す前に増幅する第１の増幅器２０３
および第２の増幅器２０４からなる増幅回路と、前述の
奇数行信号と偶数行信号を遅延手段２０２および増幅回
路を通した後に加算する合成回路２０５（加算回路２０
５−１）と、フィールド毎に第１の増幅器２０３および
第２の増幅器２０４の増幅度を交互に異ならせる増幅度
制御回路２０７と、遅延手段２０２および増幅度制御回
路２０７にそれぞれフィールドインデックス信号ＦＩを
供給する手段とを有するというものである。

【００４３】本実施例で用いる固体撮像素子は、水平転
送部以外は、第１の実施例の図２に示したものと同じで
ある。

【００４４】この固体撮像素子は、前述の垂直転送レジ
スタ２０１−２からの電荷を受けとり、水平転送部に最
も近い行のホトダイオードおよびさらに１行おきの全て
のホトダイオードからの電荷（奇数行目信号）を、水平
走査期間に行方向にそれぞれ転送するために、各列の垂
直転送レジスタに対して、第１水平転送電極および第２
水平転送電極１組（例えばＨＧ１１ａとＨＧ１２ａ）も
つ第２水平転送レジスタ２０１−０２と、水平転送部に
二番目い近い行のホトダイオードおよびさらに１行おき
の全てのホトダイオードからの電荷（偶数行目信号）を
第２水平転送レジスタ２０１−０２と同様に転送し、同
様の転送電極を１組（例えばＨＧ１１ｂとＨＧ１２ｂ）
もつ第１水平転送レジスタ２０１−０１と、さらに、第
１水平転送レジスタ２０１−０１から第２水平転送レジ
スタ２０１−０２に電荷を垂直に転送し、振り分ける振
り分け転送電極ＴＨＧとを有する。

【００４５】垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３は
それぞれ各画素の第１垂直転送電極ＶＧ１１，ＶＧ２
１，…，第２垂直転送電極ＶＧ１２，２２，…，第３垂
直転送電極ＶＧ１３，２３，…に印加される。

【００４６】水平転送パルスφＨ１は第１水平転送レジ
スタのＨＧ１１ａとＨＧ１２ａ，ＨＧ３１ａとＨＧ３２
ａ，…と、第２水平転送レジスタのＨＧ２１ｂとＨＧ２
２ｂ，ＨＧ４１ｂとＨＧ４２ｂ，…に印加される。水平
転送パルスφＨ２は、第１水平転送レジスタのＨＧ２１
ａと２２ａ，ＨＧ４１ａと４２ａ，…と、第２水平転送
レジスタのＨＧ１１ｂとＨＧ１２ｂ，ＨＧ３１ｂとＨＧ
３２ｂ，…に印加される。また、振り分けパルスφＴＨ
は、振り分け転送電極ＴＨＧに印加される。

【００４７】図９（ａ）は、垂直転送パルスのタイミン
グチャートである。タイミングｔａ１では、第１垂直転
送電極ＶＧ１１，ＶＧ２１，…と、第２垂直転送電極Ｖ
Ｇ１２，ＶＧ２２，…のみがオンとなる。以下、ｔａ２
からｔａ４となる。タイミングｔａ４では、第３垂直転
送電極ＶＧ１３，ＶＧ２３，…に読出しパルスが印加さ
れ、トランスファーゲート領域ＴＧ１，ＴＧ２，…がオ
ンとなり、それぞれの画素のホトダイオードＰ１，Ｐ
２，…から電荷が読み出される。以下、ｔａ５〜Ｔａ１
３を経て、ｔａ１４でｔａ１と同様のポテンシャル分布
となる。さらに、ｔａ１４〜ｔａ１９を経てｔａ２０で
ｔａ１と同様のポテンシャル分布となる。ｔａ７〜ｔａ
１４では、垂直転送レジスタにある電荷が、１画素分だ
け垂直転送を行う。このため、ｔａ７〜ｔａ２０では、
２画素だけ垂直転送を行う。以後は、水平転送部から最
も離れたホトダイオードより読み出された電荷が、水平
転送部へ転送が完了するまで、ｔａ７〜ｔａ２０と同様
の動作を繰り返す。ｔａ７〜ｔａ２０と同様の動作は、
水平帰線期間内に行われ、２画素分だけ垂直転送を行
う。

【００４８】図９（ｂ）は、垂直転送パルスと、水平転
送パルスのタイムチャートである。タイミングｔｂ１〜
ｔｂ５では、垂直転送レジスタでの垂直転送である。ｔ
ｂ５では、水平転送パルスが印加する第１水平転送レジ
スタのＨＧ１１ａとＨＧ１２ａ，ＨＧ３１ａとＨＧ３２
ａ，…と、第２水平転送レジスタのＨＧ２１ｂとＨＧ２
２ｂ，ＨＧ４１ｂとＨＧ４２ｂ，…がオンとなる。一
方、他の水平転送電極はオフとなる。ｔｂ６で第１水平
転送レジスタに最も近い位置にある第３垂直転送電極Ｖ
Ｇ２３がオフとなり、ｔｂ５で保持していた電荷が、第
１水平転送レジスタのＨＧ１２ａ，ＨＧ３２ａ，…の電
極下に転送される。ｔｂ８では、φＨ１に接続するＨＧ
１２ａ，ＨＧ３２ａ，…がオフ，φＴＨに接続するＴＨ
Ｇがオンとなり、電荷がＴＨＧに転送される。ｔｂ１０
では、φＴＨに接続するＴＨＧがオフ，φＨ２に接続す
る第２水平転送レジスタのＨＧ１１ｂとＨＧ１２ｂ、Ｈ
Ｇ３１ｂとＨＧ３２ｂ，…がオンとなり、ＨＧ１２ｂ，
ＨＧ３２ｂ，…の電極下にＴＨＧ下から電荷が転送され
る。ｔｂ８〜ｔｂ１２までは、垂直転送レジスタで垂直
転送し、再びｔｂ１３でφＨ１に接続するＨＧ１２ａ，
ＨＧ３２ａ，…の電極下に電荷が転送される。φＴＨに
接続するＴＨＧは、ｔｂ１１から、オフであり、第１水
平転送レジスタの電荷が、第２水平転送レジスタに転送
することを防止している。ｔｂ１３で、φＨ２に接続す
る第２水平転送レジスタに接続するＨＧ１１ｂとＨＧ１
２ｂ，ＨＧ３１ｂとＨＧ３２，…，がオフとなり、ｔｂ
１０で転送した電荷は、φＨ１に接続するＨＧ２２ｂ，
ＨＧ４２ｂ，…に水平転送する。ｔｂ１３では、ｔｂ１
の時に、垂直転送レジスタで水平転送部に最も近い位置
の行に存在した電荷が第２水平転送レジスタ２１２のＨ
Ｇ２２ｂ，ＨＧ４２ｂ，…に、またｔｂ１の時に、水平
転送部に二番目に近い位置の行に存在した電荷が第１水
平転送レジスタのＨＧ１２ａ，ＨＧ３２ａ，…に転送さ
れる。ｔｂ１５では、第１水平転送レジスタにおいて
は、ＨＧ１１ａとＨＧ１２ａ，ＨＧ３１ａとＨＧ３２
ａ，…がオフ，ＨＧ２１ａとＨＧ２２ａ，ＨＧ４１ａと
ＨＧ４２ａ，…がオンとなり左方向（図７の矢印方向）
に水平転送する。また、ｔｂ１５で第２水平転送レジス
タにおいては、ＨＧ２１ｂとＨＧ２１ｂ，ＨＧ４１ｂと
ＨＧ４２ｂ，…がオフ，ＨＧ１１ｂとＨＧ１２ｂ，ＨＧ
３１ｂとＨＧ３２ｂ，…がオンとなり、第１水平転送レ
ジスタと同様、左方向に水平転送する。この時、ＨＧ１
１ａ，２１ａ，３１ａ，…及びＨＧ１１ｂ，２１ｂ，３
１ｂ，…は常にＨＧ１２ａ，２２ａ，３２ａ，…，及び
ＨＧ１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，…より電極下のポテンシ
ャルが高く、電荷が右方向に水平転送することを防止す
る。以後は、水平転送レジスタに接続する出力部へ、全
ての電荷が水平転送を完了するまでｔｂ１５〜ｔｂ１６
と同様の動作を繰り返す。なお、第１水平転送レジスタ
と第２水平転送レジスタから同じタイミングで出力部に
入力するために、第２水平転送レジスタには、第１転送
電極に比べ、第１と第２水平転送電極を１組多く設けて
いる。以上の動作タイミングにより、水平帰線期間に２
画素分の垂直転送を行うことで、水平走査時間（１Ｈ）
に、通常の水平転送周波数により、全画素独立読み出し
が可能となる。

【００４９】図１０に撮像部２０１の各行方向のホトダ
イオードの信号電荷群を模式的に示している。Ａ１，Ａ
２，…は垂直転送レジスタ１０１〜２の最終段から数え
て奇数行目のホトダイオードからの信号電荷群、Ｂ１，
Ｂ２，…は偶数行目からの信号電荷群である。

【００５０】図１１（ａ）は偶数フィールド，図１１
（ｂ）は奇数フィールドにおける図７の固体撮像装置の
各位置での信号を模式的に示している。

【００５１】初めに偶数フィールドの動作について説明
する。図７の固体撮像素子の第１水平転送レジスタ２０
１−０１，第２水平転送レジスタ２０１−０２の出力
は、それぞれ図１１（ａ）のａ，ｂのように、水平走査
時間Ｈを同じ時間Ｔ１で、それぞれ、Ｂ１，Ｂ２，…及
び、Ａ１，Ａ２，…と出力される。増幅器２０３，２０
４の出力は図１１（ａ）のｃ，ｄのようになる。図１１
（ａ）では、増幅器２０３，２０４の増幅度を、それぞ
れ、２と１としている。スイッチ２０９ではＦＩ信号に
より切替り、偶数フィールドでは端子Ｅに接続する。遅
延回路２１１では、Ｈ時間であるＴ１だけ遅延し、図１
１（ａ）のｅの出力となる。スイッチ２１０は、端子Ｅ
と接続し、さらに遅延回路２１３でＴ１だけ遅延し、図
１１（ａ）のｆの出力を得る。さらに信号ｅと信号ｆが
加算されて図１１（ａ）のｇの信号を得る。

【００５２】次に、奇数フィールドの動作について説明
する。固体撮像素子の２つの出力はそれぞれ増幅器２０
３，２０４に入力する。増幅器２０３，２０４ではＦＩ
信号２０６に制御される増幅度制御回路２０７により、
偶数フィールド時の増幅度を、それぞれ交換するように
増幅度が制御される。このため、増幅器２０３，２０４
の増幅度は、それぞれ、１と２である。スイッチ２０９
は端子０と接続し、時間Ｔ１だけ遅延し、図１１（ｂ）
のｅの出力となる。スイッチ２１０も端子０と接続し、
遅延なしで図１１（ｂ）のｆの出力となる。さらに、信
号ｅと信号ｆが加算されて図１１（ｂ）のｇの信号を得
る。

【００５３】以上の動作により固体撮像素子の撮像部内
において、ホトダイオードを垂直方向と逆向きに数えた
時に、奇数行目と、偶数行目のホトダイオードからの出
力信号が、それぞれ異なった所定の増幅度で増幅される
ため、見かけ上、奇数行目と、偶数行目で感度の異なる
信号となり、また、合成回路２０５からの出力は正常な
インターレース動作が可能な信号となる。

【００５４】このため、図１４に示した従来技術と同様
に、ＮＴＳＣ方式において垂直解像度を１画素単位に高
めることが可能となる。

【００５５】なお、本実施例において、スイッチ２０９
をなくし第１の増幅器２０３を時間Ｔ１の遅延回路に接
続しても上述と同様の効果を示す。

【００５６】本実施例は、奇数行信号と偶数行信号を分
離する機能を固体撮像素子がもっているので信号分離後
の信号処理が簡単になる利点がある。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の撮像装置に
よれば、固体撮像素子が撮像部以外に信号電荷を記憶す
る電荷蓄積部に相当する部分を有している、例えばＦＩ
Ｔ固体撮像素子に限定せずに、見かけ上の受光部の感度
を垂直方向に数えて一画素毎に交互に変化させることが
でき、従来の２画素混合読みだしと同様にインターレー
ス動作を行うことが可能であり、さらに、信号電荷蓄積
時間がフィールド期間と等しいため感度の低下がなく、
動解像度もよい。以上よりインターレース動作を行うＮ
ＴＳＣ方式において、一画素間隔の垂直解像度を有する
固体撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】図１における固体撮像素子の１例を示す平面図
である。

【図３】図２に示す固体撮像素子の垂直転送パルスのタ
イムチャート（図３（ａ））、垂直転送パルスおよび水
平転送パルスのタイムチャート（図３（ｂ））である。

【図４】第１の実施例における固体撮像素子の各行方向
のホトダイオードの信号電荷群を模式的に示す図であ
る。

【図５】ＦＩ信号のタイムチャート（図５（ａ））、偶
数フィールドにおけるＦＩ信号とスイッチ１０８の切替
信号ＳＷのタイムチャート（図５（ｂ））、奇数フィー
ルドにおけるＦＩ信号とＳＷのタイムチャート（図５
（ｃ））である。

【図６】第１の実施例における偶数フィールドでの信号
を模式的に示す図（図６（ａ））、奇数フィールドでの
信号を模式的に示す図（図６（ｂ））である。

【図７】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図８】図７における固体撮像素子の１例を示す平面図
である。

【図９】図８に示す固体撮像素子の垂直転送パルスのタ
イムチャート（図９（ａ））、垂直転送パルスおよび水
平転送パルスのタイムチャート（図９（ｂ））である。

【図１０】第２の実施例における固体撮像素子の各行方
向のホトダイオードの信号電荷群を模式的に示す図であ
る。

【図１１】第２の実施例における偶数フィールドでの信
号を模式的に示す図（図１１（ａ））、奇数フィールド
での信号を模式的に示す図（図１２（ｂ））である。

【図１２】ラインシャッタ方式で動作可能な固体撮像素
子の構成を示すブロック図である。

【図１３】ラインシャッタ方式動作における偶数行信号
電荷と奇数行信号電荷の変化を模式的に示す図である。

【図１４】従来例の動作について説明するための被写体
パターンとホトダイオードとの位置関係を示す図（図１
４（ａ））、偶数フィールドでの信号電荷を示す図（図
１４（ｂ））、奇数フィールドでの信号電荷を示す図
（図１４（ｃ））、インターレース出力信号を示す図
（図１４（ｄ））である。

【符号の説明】

１ ｎ型埋込チャネル ２ チャネルストップ領域 １０１，２０１ 固体撮像素子の撮像部 １０１−０ 水平転送レジスタ ２０１−０１ 第１の水平転送レジスタ ２０１−０２ 第２の水平転送レジスタ １０１−１ 出力部 ２０１−１ａ 第１の出力部 ２０１−１ｂ 第２の出力部 １０１−２，２０１−０２ 垂直転送レジスタ １０２，２０２ 遅延手段 １０３，２０３ 第１の増幅器 １０４，２０４ 第２の増幅器 １０５，２０５ 合成回路 １０５−１，２０５−１ 加算回路 １０６，２０６ フィールドインデックス信号発生回
路 １０７，２０７ 増幅度制御回路 １０８，１０９，２０９，１１０，２１０ スイッチ １１１，２１１，１１２，２１２，１１３，２１３
遅延回路 １１４ ラッチ回路 １１５ 周波数変換回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換素子を列状に配置した受光部お
   よび前記光電変換素子のそれぞれから信号電荷を読み出
   し互いに混合することなく列方向に転送する垂直転送レ
   ジスタを含む画素列を複数並列に配置した撮像部、前記
   垂直転送レジスタの最後段から信号電荷を受け取って行
   方向に転送する水平転送レジスタならびに前記水平転送
   レジスタからの信号電荷を電圧に変換する出力部を含む
   固体撮像素子と、 前記固体撮像素子からの出力信号を、前記垂直転送レジ
   スタの最終段に対応する光電変換素子から数えて奇数行
   目および偶数行目の光電変換素子からの信号電荷に対応
   する奇数行信号および偶数行信号とに分離して出力する
   分離回路と、 前記奇数行信号を偶数フィールドで水平走査時間だけ遅
   延させ前記偶数行信号を水平走査時間の２分の１だけ遅
   延させる遅延手段と、 前記奇数行信号および偶数行信号をそれぞれ前記遅延手
   段を通す前または後に増幅する第１の増幅器および第２
   の増幅器からなる増幅回路と、 前記奇数行信号と偶数行信号を前記遅延手段および増幅
   回路を通した後に加算し周波数を２分の１にする合成回
   路と、 フィールド毎に前記第１の増幅器および第２の増幅器の
   増幅度を交互に異ならせる増幅度制御回路と、 前記遅延手段および増幅度制御回路にそれぞれフィール
   ドインデックス信号を供給する手段とを有することを特
   徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】光電変換素子を列状に配置した受光部およ
   び前記光電変換素子のそれぞれから信号電荷を読み出し
   互いに混合することなく列方向に転送する垂直転送レジ
   スタを含む画素列を複数並列に配置した撮像部、前記垂
   直転送レジスタの最終段に対応する光電変換素子から数
   えて偶数行目および奇数行目の光電変換素子からの信号
   電荷をそれぞれ前記垂直転送レジスタから受取って行方
   向に転送する第１の水平転送レジスタおよび第２の水平
   転送レジスタならびに前記第１の水平転送レジスタおよ
   び第２の水平転送レジスタからの信号電荷をそれぞれ電
   圧に変換する第１の出力部および第２の出力部を含む固
   体撮像素子と、 前記第１の出力部の出力信号である偶数行信号を水平走
   査時間だけ遅延させ前記第２の出力部の出力信号である
   奇数行信号を偶数フィールドで水平走査時間だけ遅延さ
   せる遅延手段と、 前記奇数行信号および偶数行信号をそれぞれ前記遅延手
   段を通す前または後に増幅する第１の増幅器および第２
   の増幅器からなる増幅回路と、 前記奇数行信号と偶数行信号を前記遅延手段および増幅
   回路を通した後に加算する合成回路と、 フィールド毎に前記第１の増幅器および第２の増幅器の
   増幅度を交互に異ならせる増幅度制御回路と、 前記遅延手段および増幅度制御回路にそれぞれフィール
   ドインデックス信号を供給する手段とを有することを特
   徴とする固体撮像装置。