JP2853216B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2853216B2 JP2853216B2 JP1292731A JP29273189A JP2853216B2 JP 2853216 B2 JP2853216 B2 JP 2853216B2 JP 1292731 A JP1292731 A JP 1292731A JP 29273189 A JP29273189 A JP 29273189A JP 2853216 B2 JP2853216 B2 JP 2853216B2
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に関し、特にCCD型固体撮像素
子を用いた固体撮像装置に関する。
子を用いた固体撮像装置に関する。
近年の技術の進歩により、固体撮像素子も小型化，高
解像度化が進む一方、感度S/Nについても、オンチップ
増幅器の改良や周辺回路での信号処理により、着実に進
歩がはかられてきた。しかし、より高解像度化の達成に
は光電変換素子の面積，垂直転送レジスタの幅の減少が
避けられず、出力のダイナミックレンジの低下が否めな
い。
解像度化が進む一方、感度S/Nについても、オンチップ
増幅器の改良や周辺回路での信号処理により、着実に進
歩がはかられてきた。しかし、より高解像度化の達成に
は光電変換素子の面積，垂直転送レジスタの幅の減少が
避けられず、出力のダイナミックレンジの低下が否めな
い。
従来の固体撮像装置は現行のテレビジョンフォーマッ
トに従い2:1インターレースを前提に設計されたものが
多く、垂直方向の光電変換素子２個に対して１つの独立
したポテンシャルウェルを持つように、垂直転送レジス
タの電極を構成しているが、テレビジョン放送の画質の
改善で検討されているEDTV（イクステンデッド・ディフ
ィニション・ティービー（Extended Difinition TV））
ではノンインターレース走査が提案されており、光電変
換素子１個に対して１つのポテルシャルウェルが必要と
なる。
トに従い2:1インターレースを前提に設計されたものが
多く、垂直方向の光電変換素子２個に対して１つの独立
したポテンシャルウェルを持つように、垂直転送レジス
タの電極を構成しているが、テレビジョン放送の画質の
改善で検討されているEDTV（イクステンデッド・ディフ
ィニション・ティービー（Extended Difinition TV））
ではノンインターレース走査が提案されており、光電変
換素子１個に対して１つのポテルシャルウェルが必要と
なる。
以上説明したように、垂直転送レジスタの転送電荷量
はますます減少する傾向にあり、光電変換素子の感度，
最大出力とのバランスを考慮してその幅を設計すること
になり、設計の自由度が少なくなり固体撮像素子のダイ
ナミックレンジが大きく制約されるといった欠点があ
る。
はますます減少する傾向にあり、光電変換素子の感度，
最大出力とのバランスを考慮してその幅を設計すること
になり、設計の自由度が少なくなり固体撮像素子のダイ
ナミックレンジが大きく制約されるといった欠点があ
る。
本発明の固体撮像装置は、縦方向にＮ（Ｎは３以上の
自然数）個の光電変換素子の組毎に１つ宛順次に垂直転
送レジスタへ電荷を読み出す手段を備えた固体撮像素子
と、前記光電変換素子の全素子数の少なくとも２倍の蓄
積容量を有するメモリと、前記固体撮像素子の駆動及び
前記メモリを制御する制御回路とを備え、前記光電変換
素子Ｎ個に対して１つのポテンシャルを持つように垂直
転送レジスタの電極を構成して、転送信号量を増大さ
せ、N:1インターレース動作で得られた信号電荷を、前
記制御回路により前記固体撮像素子からＮ回の読み出し
を行い前記光電変換素子全素子の出力を独立に前記メモ
リに蓄積した後、メモリからの読み出し順序を制御して
2:1インタレース方式またはノンインタレース方式のテ
レビジョンフォーマットに合致した映像信号に再構成し
て前記メモリから読出すようにし、ダイナミックレンジ
を増大したというものである。
自然数）個の光電変換素子の組毎に１つ宛順次に垂直転
送レジスタへ電荷を読み出す手段を備えた固体撮像素子
と、前記光電変換素子の全素子数の少なくとも２倍の蓄
積容量を有するメモリと、前記固体撮像素子の駆動及び
前記メモリを制御する制御回路とを備え、前記光電変換
素子Ｎ個に対して１つのポテンシャルを持つように垂直
転送レジスタの電極を構成して、転送信号量を増大さ
せ、N:1インターレース動作で得られた信号電荷を、前
記制御回路により前記固体撮像素子からＮ回の読み出し
を行い前記光電変換素子全素子の出力を独立に前記メモ
リに蓄積した後、メモリからの読み出し順序を制御して
2:1インタレース方式またはノンインタレース方式のテ
レビジョンフォーマットに合致した映像信号に再構成し
て前記メモリから読出すようにし、ダイナミックレンジ
を増大したというものである。
次に本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の構成図である。
固体撮像素子５は光電変換素子1,垂直転送レジスタ2,
水平転送レジスタ3,出力増幅器４を含むインターライン
型の電荷転送素子であり、垂直転送レジスタ３は2N本の
クロックパルスにより駆動可能となっており最大2N相の
クロックパルスの入力が可能である。本装置のシステム
は制御回路８により発生したドライブパルスから水平ド
ライブ回路７及び垂直ドライブ回路６を通して固体撮像
素子５にφV1〜φVN及びφH1,φH2,φＲのクロックパル
スを供給する一方増幅器９で増幅されA/Dコンバータ10
でA/D変換された固体撮像素子５の信号をメモリ11で蓄
積し、この信号のデータ変換動作を同じく、制御回路８
によりドライブパルスに同期して実行するようになって
いる。この動作を2N＝８の場合を例にとって第２図の平
面構成図及び第３図，第４図のタイミングチャートを用
いて説明する。
水平転送レジスタ3,出力増幅器４を含むインターライン
型の電荷転送素子であり、垂直転送レジスタ３は2N本の
クロックパルスにより駆動可能となっており最大2N相の
クロックパルスの入力が可能である。本装置のシステム
は制御回路８により発生したドライブパルスから水平ド
ライブ回路７及び垂直ドライブ回路６を通して固体撮像
素子５にφV1〜φVN及びφH1,φH2,φＲのクロックパル
スを供給する一方増幅器９で増幅されA/Dコンバータ10
でA/D変換された固体撮像素子５の信号をメモリ11で蓄
積し、この信号のデータ変換動作を同じく、制御回路８
によりドライブパルスに同期して実行するようになって
いる。この動作を2N＝８の場合を例にとって第２図の平
面構成図及び第３図，第４図のタイミングチャートを用
いて説明する。
第２図は本実施例に用いる固体撮像素子の平面図であ
るが、この固体撮像素子は構造上は全く一般的なインタ
ーライン型電荷転送素子と同一でチャネルストップ21に
囲まれた光電変換素子領域22−1,…と、読出しゲート領
域23−1,…と、垂直転送チャネル24と、チャネル電位の
違いを利用して３値パルスで読出しゲート電極を兼ねる
第２層の垂直転送レジスタ電極25−1,…及び第１層電極
26−1,…とから成っている。ここでは転送レジスタ上の
遮光層を記していないが実際には垂直転送チャネル24上
に遮光層が存在することは言うまでもない。第２図で特
徴的なのは第１層電極26−1,…及び第２層電極25−1,…
が通常３相もしくは４相で電荷を転送するため外部より
供給される電極の配線をそれぞれ３もしくは４本として
いるがここではこれに冗長度をもたせ８本としている点
である。このような構造とすることにより各垂直転送レ
ジスタ電極に第３図に示すような最大８相のクロックφ
V1,…，φV8を印加することができるようになる。すな
わち、この場合常に蓄積状態にある１つのポテンシャル
ウェルを作り出すための電極数は４となり、４相クロッ
クの場合と比較して２倍の垂直転送レジスタの電荷量を
得ることができる。しかしながら、垂直転送レジスタに
同時に存在しうるポテンシャルウェルの数は1/2となる
ため、１回の転送による垂直方向の解像度は1/2とな
る。従って規定の垂直解像度を得るためには１フィール
ドに２回2:1インターレース動作を行い光電変換素子か
らの電荷の読み出し全素子からの出力を１フィールド内
に実行する必要がある。またノンインターレース動作の
出力信号を得るためにはさらに２倍の読み出しが必要と
なり、4:1インターレース動作を行うことになる。すな
わち第４図のようにT1,T2,T3,T4と1/4フィールドずつ順
にφV1,φV3,φV5,φV7の電極で電荷を読み出し順次こ
の電荷を出力に転送することになる。
るが、この固体撮像素子は構造上は全く一般的なインタ
ーライン型電荷転送素子と同一でチャネルストップ21に
囲まれた光電変換素子領域22−1,…と、読出しゲート領
域23−1,…と、垂直転送チャネル24と、チャネル電位の
違いを利用して３値パルスで読出しゲート電極を兼ねる
第２層の垂直転送レジスタ電極25−1,…及び第１層電極
26−1,…とから成っている。ここでは転送レジスタ上の
遮光層を記していないが実際には垂直転送チャネル24上
に遮光層が存在することは言うまでもない。第２図で特
徴的なのは第１層電極26−1,…及び第２層電極25−1,…
が通常３相もしくは４相で電荷を転送するため外部より
供給される電極の配線をそれぞれ３もしくは４本として
いるがここではこれに冗長度をもたせ８本としている点
である。このような構造とすることにより各垂直転送レ
ジスタ電極に第３図に示すような最大８相のクロックφ
V1,…，φV8を印加することができるようになる。すな
わち、この場合常に蓄積状態にある１つのポテンシャル
ウェルを作り出すための電極数は４となり、４相クロッ
クの場合と比較して２倍の垂直転送レジスタの電荷量を
得ることができる。しかしながら、垂直転送レジスタに
同時に存在しうるポテンシャルウェルの数は1/2となる
ため、１回の転送による垂直方向の解像度は1/2とな
る。従って規定の垂直解像度を得るためには１フィール
ドに２回2:1インターレース動作を行い光電変換素子か
らの電荷の読み出し全素子からの出力を１フィールド内
に実行する必要がある。またノンインターレース動作の
出力信号を得るためにはさらに２倍の読み出しが必要と
なり、4:1インターレース動作を行うことになる。すな
わち第４図のようにT1,T2,T3,T4と1/4フィールドずつ順
にφV1,φV3,φV5,φV7の電極で電荷を読み出し順次こ
の電荷を出力に転送することになる。
このようにして出力された信号は第１図の増幅器９を
通り、A/Dコンバータ10を通り、制御回路８によりメモ
リ11の所定の番地に格納される。そして次のフィールド
期間に同じく制御回路８によりメモリ11よりの読み出し
順序を制御することによって、所望のインターレース動
作もしくはノンインターレース動作による映像信号出力
を得ることができる。
通り、A/Dコンバータ10を通り、制御回路８によりメモ
リ11の所定の番地に格納される。そして次のフィールド
期間に同じく制御回路８によりメモリ11よりの読み出し
順序を制御することによって、所望のインターレース動
作もしくはノンインターレース動作による映像信号出力
を得ることができる。
すなわち、固体撮像素子の垂直転送レジスタのポテン
シャルウェルの形成状態を変え転送信号量を増大させつ
いで外部メモリを用いてインターレース変換を実行する
ことにより、固体撮像装置のダイナミックレンジを改善
することができ、また垂直転送レジスタの幅を狭める設
計も可能となり感度向上等にも寄与しバランスのよいシ
ステムが実現できることになる。さらに第３図では４電
極が蓄積状態にあるものを例にとったが、ポテンシャル
ウェルを分離する障壁は、２電極で実現できるので蓄積
可能な電極数の最大は６（＝８−２）であり、そのよう
にすると垂直転送レジスタの容量を最大３倍とすること
ができる。また本実施例においてφV1とφV5,φV2とφV
6,φV3とφV7,φV4とφV8を外部で共通に接続すれば全
く従来の固体撮像素子と共通な構造とすることができ大
変汎用性の高いものとなっている。
シャルウェルの形成状態を変え転送信号量を増大させつ
いで外部メモリを用いてインターレース変換を実行する
ことにより、固体撮像装置のダイナミックレンジを改善
することができ、また垂直転送レジスタの幅を狭める設
計も可能となり感度向上等にも寄与しバランスのよいシ
ステムが実現できることになる。さらに第３図では４電
極が蓄積状態にあるものを例にとったが、ポテンシャル
ウェルを分離する障壁は、２電極で実現できるので蓄積
可能な電極数の最大は６（＝８−２）であり、そのよう
にすると垂直転送レジスタの容量を最大３倍とすること
ができる。また本実施例においてφV1とφV5,φV2とφV
6,φV3とφV7,φV4とφV8を外部で共通に接続すれば全
く従来の固体撮像素子と共通な構造とすることができ大
変汎用性の高いものとなっている。
第５図に本発明の他の実施例の平面構成図を示す。
本実施例では、固体撮像素子を光電変換素子１つにつ
き垂直転送レジスタの転送電極を１つのみ対応させ、N:
1インターレース動作を前提として外部電極数を低減さ
せ４本とする構造にしてある。第６図にタイミングチャ
ートを示すようにノンインターレース動作の画像を得る
ためには一実施例と同じく１フィールド期間内に４回の
読み出し，転送動作が必要となる。この例では同時に蓄
積状態にあるポテンシャルウェルの面積は最大２倍であ
り一実施例より小さくなるが、構造が簡単であり高密度
化に適している他、電極数が少ないためクロック位相マ
ージンの他、パッケージングの面でも有利である。
き垂直転送レジスタの転送電極を１つのみ対応させ、N:
1インターレース動作を前提として外部電極数を低減さ
せ４本とする構造にしてある。第６図にタイミングチャ
ートを示すようにノンインターレース動作の画像を得る
ためには一実施例と同じく１フィールド期間内に４回の
読み出し，転送動作が必要となる。この例では同時に蓄
積状態にあるポテンシャルウェルの面積は最大２倍であ
り一実施例より小さくなるが、構造が簡単であり高密度
化に適している他、電極数が少ないためクロック位相マ
ージンの他、パッケージングの面でも有利である。
以上説明したように本発明は、固体撮像素子の光電変
換素子Ｎ個に対して１つのポテンシャルウェルを持つよ
うに垂直転送レジスタの電極構成を変更し、かつメモリ
を用いてN:1インターレース動作で得られた信号電荷を
テレビジョンフォーマットに合致した信号に再構成する
ことにより、固体撮像素子の垂直転送レジスタの１つの
ポテンシャルウェルを形成する面積を増大させ、高解像
度固体撮像装置のダイナミックレンジを飛躍的に増大さ
せることができるという効果がある。
換素子Ｎ個に対して１つのポテンシャルウェルを持つよ
うに垂直転送レジスタの電極構成を変更し、かつメモリ
を用いてN:1インターレース動作で得られた信号電荷を
テレビジョンフォーマットに合致した信号に再構成する
ことにより、固体撮像素子の垂直転送レジスタの１つの
ポテンシャルウェルを形成する面積を増大させ、高解像
度固体撮像装置のダイナミックレンジを飛躍的に増大さ
せることができるという効果がある。
第１図は本発明の構成図、第２図は第１図の固体撮像素
子の部分平面構造図、第３図は第２図の構造の場合の垂
直転送レジスタ駆動のタイミングチャート、第４図は第
３図の転送動作１段分のタイミングチャート、第５図は
第１図の固体撮像素子の別構造の部分平面構成図、第６
図は第５図の構造の場合の垂直転送レジスタ駆動のタイ
ミングチャート、第７図は第６図の転送動作の１段分の
タイミングチャートを示す。 １……光電変換素子、２……垂直転送レジスタ、３……
水平転送レジスタ、４……出力部、５……固体撮像素
子、６……垂直ドライブ回路、７……水平ドライブ回
路、８……制御回路、９……増幅器、10……A/Dコンバ
ータ、11……メモリ、12……D/Aコンバータ、13……映
像信号出力、21……チャネルストッパ、22−1,22−2,
…，……光電変換素子領域、23−1,23−2,…，……読出
しゲート領域、24……垂直転送チャネル、25−1,25−2,
…，……第２層電極、26−1,26−2,…，……第１層電
極。
子の部分平面構造図、第３図は第２図の構造の場合の垂
直転送レジスタ駆動のタイミングチャート、第４図は第
３図の転送動作１段分のタイミングチャート、第５図は
第１図の固体撮像素子の別構造の部分平面構成図、第６
図は第５図の構造の場合の垂直転送レジスタ駆動のタイ
ミングチャート、第７図は第６図の転送動作の１段分の
タイミングチャートを示す。 １……光電変換素子、２……垂直転送レジスタ、３……
水平転送レジスタ、４……出力部、５……固体撮像素
子、６……垂直ドライブ回路、７……水平ドライブ回
路、８……制御回路、９……増幅器、10……A/Dコンバ
ータ、11……メモリ、12……D/Aコンバータ、13……映
像信号出力、21……チャネルストッパ、22−1,22−2,
…，……光電変換素子領域、23−1,23−2,…，……読出
しゲート領域、24……垂直転送チャネル、25−1,25−2,
…，……第２層電極、26−1,26−2,…，……第１層電
極。
Claims (1)
- 【請求項１】縦方向にＮ（Ｎは３以上の自然数）個の光
電変換素子の組毎に１つ宛順次に垂直転送レジスタへ電
荷を読み出す手段を備えた固体撮像素子と、前記光電変
換素子の全素子数の少なくとも２倍の蓄積容量を有する
メモリと、前記固体撮像素子の駆動及び前記メモリを制
御する制御回路とを備え、前記光電変換素子Ｎ個に対し
て１つのポテンシャルを持つように垂直転送レジスタの
電極を構成して、転送信号量を増大させ、N:1インター
レース動作で得られた信号電荷を、前記制御回路により
前記固体撮像素子からＮ回の読み出しを行い前記光電変
換素子全素子の出力を独立に前記メモリに蓄積した後、
メモリからの読み出し順序を制御して2:1インタレース
方式またはノンインタレース方式のテレビジョンフォー
マットに合致した映像信号に再構成して前記メモリから
読出すようにし、ダイナミックレンジを増大したことを
特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292731A JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
| US07/612,266 US5229857A (en) | 1989-11-09 | 1990-11-09 | Solid state imaging apparatus with large electric charge amount in vertical transfer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292731A JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03153176A JPH03153176A (ja) | 1991-07-01 |
| JP2853216B2 true JP2853216B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=17785595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1292731A Expired - Fee Related JP2853216B2 (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229857A (ja) |
| JP (1) | JP2853216B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100763085B1 (ko) * | 1998-12-25 | 2007-10-04 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고체 촬상 센서 및 그 구동 방법 |
Families Citing this family (13)
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| USH1740H (en) * | 1992-07-01 | 1998-07-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Synchronized rotating prism and CCD electrical readout color camera |
| EP0876053B1 (en) * | 1992-11-20 | 2001-08-01 | Matsushita Electronics Corporation | Method for driving a solid state image sensor |
| JP3088591B2 (ja) | 1993-06-17 | 2000-09-18 | 松下電器産業株式会社 | 固体撮像装置および駆動方法 |
| JP3687124B2 (ja) * | 1995-02-23 | 2005-08-24 | 三菱電機株式会社 | 固体撮像素子及びその駆動方法 |
| JP2865019B2 (ja) * | 1995-05-31 | 1999-03-08 | 日本電気株式会社 | 電荷転送固体撮像装置の駆動方法 |
| JP3854662B2 (ja) * | 1996-06-12 | 2006-12-06 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
| US6087685A (en) * | 1996-12-12 | 2000-07-11 | Sony Corporation | Solid-state imaging device |
| JP3262216B2 (ja) | 1997-10-15 | 2002-03-04 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
| JP4305970B2 (ja) * | 1998-06-05 | 2009-07-29 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子の駆動方法 |
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| JP3302927B2 (ja) * | 1998-07-03 | 2002-07-15 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| US6784929B1 (en) * | 1999-08-20 | 2004-08-31 | Infineon Technologies North America Corp. | Universal two dimensional (frame and line) timing generator |
| JP3747845B2 (ja) * | 2000-12-25 | 2006-02-22 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57702B2 (ja) * | 1971-10-15 | 1982-01-07 | ||
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| NL8602091A (nl) * | 1986-08-18 | 1988-03-16 | Philips Nv | Beeldopneeminrichting uitgevoerd met een vaste-stof beeldopnemer en een elektronische sluiter. |
| JPS63205778A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ビデオ信号デイジタル化回路 |
| EP0286123B1 (en) * | 1987-04-10 | 1992-12-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state imaging device having high-speed shutter function and method of realizing high-speed function in solid-state imaging device |
| US5051832A (en) * | 1990-02-12 | 1991-09-24 | Eastman Kodak Company | Selective operation in interlaced and non-interlaced modes of interline transfer CCD image sensing device |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP1292731A patent/JP2853216B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-11-09 US US07/612,266 patent/US5229857A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100763085B1 (ko) * | 1998-12-25 | 2007-10-04 | 소니 가부시끼 가이샤 | 고체 촬상 센서 및 그 구동 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03153176A (ja) | 1991-07-01 |
| US5229857A (en) | 1993-07-20 |
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