JP2944251B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2944251B2 JP2944251B2 JP3110314A JP11031491A JP2944251B2 JP 2944251 B2 JP2944251 B2 JP 2944251B2 JP 3110314 A JP3110314 A JP 3110314A JP 11031491 A JP11031491 A JP 11031491A JP 2944251 B2 JP2944251 B2 JP 2944251B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素
子）を用いた固体撮像装置に係わり、特に画素部に蓄積
された信号電荷の加算画素数を変化させて感度調整を可
能とした固体撮像装置に関する。
子）を用いた固体撮像装置に係わり、特に画素部に蓄積
された信号電荷の加算画素数を変化させて感度調整を可
能とした固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、撮像管に代わるものとしてＣＣＤ
を用いた各種の固体撮像装置が開発されている。この固
体撮像装置においては、解像度と共に感度が非常に重要
な特性である。特に、暗い場面を撮像する場合は高感度
撮像装置の必要性が高い。
を用いた各種の固体撮像装置が開発されている。この固
体撮像装置においては、解像度と共に感度が非常に重要
な特性である。特に、暗い場面を撮像する場合は高感度
撮像装置の必要性が高い。
【０００３】ところで、固体撮像装置の駆動方式として
は、１画素毎の信号電荷を読出す方式、垂直方向の２画
素の信号電荷を加算して読出す方式、さらに垂直と共に
水平方向の４画素の信号電荷を加算して読出す方式（特
開平1-309579号公報）等がある。一般に、加算画素数の
多いものほど感度が高くなる。従って、暗い場面を撮像
する場合、垂直方向の２画素の信号電荷を加算する通常
の駆動方式よりも、垂直及び水平の４画素の信号電荷を
加算する高感度駆動方式の方が望ましい。
は、１画素毎の信号電荷を読出す方式、垂直方向の２画
素の信号電荷を加算して読出す方式、さらに垂直と共に
水平方向の４画素の信号電荷を加算して読出す方式（特
開平1-309579号公報）等がある。一般に、加算画素数の
多いものほど感度が高くなる。従って、暗い場面を撮像
する場合、垂直方向の２画素の信号電荷を加算する通常
の駆動方式よりも、垂直及び水平の４画素の信号電荷を
加算する高感度駆動方式の方が望ましい。
【０００４】しかしながら、４画素の信号電荷を加算す
る高感度駆動方式では、撮像信号をクロマキーに用いる
場合や、信号処理を加える場合など、多いサンプリング
ポイントのみを要求される場合には、水平方向の信号電
荷の加算が逆に欠点となってしまう。また、必要以上に
感度が高いと、ブルーミングの発生要因となってしまう
問題があった。
る高感度駆動方式では、撮像信号をクロマキーに用いる
場合や、信号処理を加える場合など、多いサンプリング
ポイントのみを要求される場合には、水平方向の信号電
荷の加算が逆に欠点となってしまう。また、必要以上に
感度が高いと、ブルーミングの発生要因となってしまう
問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、感度
を高めるには加算画素数の多い高感度駆動方式が望まし
いが、必要以上に感度が高いとブルーミングの発生要因
となり、またクロマキーに用いる場合や、信号処理を加
える場合など、多いサンプリングポイントのみを要求さ
れる場合には欠点を生じる問題があった。
を高めるには加算画素数の多い高感度駆動方式が望まし
いが、必要以上に感度が高いとブルーミングの発生要因
となり、またクロマキーに用いる場合や、信号処理を加
える場合など、多いサンプリングポイントのみを要求さ
れる場合には欠点を生じる問題があった。
【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、撮像場面に応じて通常
駆動方式と高感度駆動方式とを切換えることができ、常
に最適な撮像を行い得る固体撮像装置を提供することに
ある。
ので、その目的とするところは、撮像場面に応じて通常
駆動方式と高感度駆動方式とを切換えることができ、常
に最適な撮像を行い得る固体撮像装置を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、通常の
明るさの場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で行
い、暗い場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で行
うことにある。
明るさの場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で行
い、暗い場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で行
うことにある。
【０００８】
【０００９】即ち本発明は、２次元状に配置された画素
部と、これらの画素部に隣接して縦列方向に配置された
複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、これらの垂直ＣＣＤレ
ジスタの端部に配置された２本の水平ＣＣＤレジスタと
を具備し、画素部の各信号電荷又は垂直方向に連続した
２個の画素部の加算信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジス
タで読出す動作と、隣接した４個の画素部の加算信号電
荷を２本の水平ＣＣＤレジスタの一方で読出す動作とを
行う固体撮像装置において、４画素加算動作では、信号
電荷を転送する第１の水平ＣＣＤレジスタと残りの第２
の水平ＣＣＤレジスタとの間のチャネル電位を、第１の
水平ＣＣＤレジスタに転送された４画素加算信号電荷量
の所定量以上の過剰電荷が第２の水平ＣＣＤレジスタに
転送されるように設定したことを特徴としている。
部と、これらの画素部に隣接して縦列方向に配置された
複数本の垂直ＣＣＤレジスタと、これらの垂直ＣＣＤレ
ジスタの端部に配置された２本の水平ＣＣＤレジスタと
を具備し、画素部の各信号電荷又は垂直方向に連続した
２個の画素部の加算信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジス
タで読出す動作と、隣接した４個の画素部の加算信号電
荷を２本の水平ＣＣＤレジスタの一方で読出す動作とを
行う固体撮像装置において、４画素加算動作では、信号
電荷を転送する第１の水平ＣＣＤレジスタと残りの第２
の水平ＣＣＤレジスタとの間のチャネル電位を、第１の
水平ＣＣＤレジスタに転送された４画素加算信号電荷量
の所定量以上の過剰電荷が第２の水平ＣＣＤレジスタに
転送されるように設定したことを特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明によれば、画素部の各信号電荷又は垂直
方向に連続した２個の画素部の加算信号電荷を２本の水
平ＣＣＤレジスタで読出す動作により、通常の駆動を行
うことができる。また、隣接した４個の画素信号電荷を
加算して、該加算信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジスタ
の内の１本のＣＣＤレジスタより読出す動作により、高
感度駆動を行うことができる。従って、通常の明るさの
場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で行い、暗い
場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で行うことに
より、場面の明るさに応じて常に最適な撮像を行うこと
が可能となる。
方向に連続した２個の画素部の加算信号電荷を２本の水
平ＣＣＤレジスタで読出す動作により、通常の駆動を行
うことができる。また、隣接した４個の画素信号電荷を
加算して、該加算信号電荷を２本の水平ＣＣＤレジスタ
の内の１本のＣＣＤレジスタより読出す動作により、高
感度駆動を行うことができる。従って、通常の明るさの
場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で行い、暗い
場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で行うことに
より、場面の明るさに応じて常に最適な撮像を行うこと
が可能となる。
【００１１】しかも、４画素信号電荷加算動作におい
て、第１の水平ＣＣＤレジスタでオーバーフローする分
を、第２の水平ＣＣＤレジスタに転送しているので、第
１の水平ＣＣＤレジスタの最大転送電荷量を４画素信号
電荷加算動作に合わせる必要がなくなり、駆動消費電力
の増大を招くことなく高感度動作が可能になる。これ
は、負荷容量増加の防止につながり、特にハイビジョン
用素子のように多画素で駆動周波数が高いものに有効で
ある。
て、第１の水平ＣＣＤレジスタでオーバーフローする分
を、第２の水平ＣＣＤレジスタに転送しているので、第
１の水平ＣＣＤレジスタの最大転送電荷量を４画素信号
電荷加算動作に合わせる必要がなくなり、駆動消費電力
の増大を招くことなく高感度動作が可能になる。これ
は、負荷容量増加の防止につながり、特にハイビジョン
用素子のように多画素で駆動周波数が高いものに有効で
ある。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施例に係わる固
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。図中１０は
２次元状に配置された画素部であり、これらの画素部１
０には光電変換及び信号電荷蓄積を行うためのフォトダ
イオードＰ1-1 ，Ｐ1-2 ，Ｐ1-3 ，〜，ＰM-N がそれぞ
れ設けられている。
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。図中１０は
２次元状に配置された画素部であり、これらの画素部１
０には光電変換及び信号電荷蓄積を行うためのフォトダ
イオードＰ1-1 ，Ｐ1-2 ，Ｐ1-3 ，〜，ＰM-N がそれぞ
れ設けられている。
【００１４】画素部１０に隣接して縦列方向に、垂直Ｃ
ＣＤレジスタ２０（201 ，202 ，203 ，〜，20N ）が設
けられている。これらの垂直ＣＣＤレジスタ２０は、画
素部１０からの信号電荷を読出して転送するものであ
る。また、垂直ＣＣＤレジスタ２０の端部には、横列方
向に２本の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２が設けられて
いる。そして、垂直ＣＣＤレジスタ２０の信号電荷は２
本の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２に移されて、これら
水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の中を転送した後に、出
力部３１，３２より読出されるものとなっている。
ＣＤレジスタ２０（201 ，202 ，203 ，〜，20N ）が設
けられている。これらの垂直ＣＣＤレジスタ２０は、画
素部１０からの信号電荷を読出して転送するものであ
る。また、垂直ＣＣＤレジスタ２０の端部には、横列方
向に２本の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２が設けられて
いる。そして、垂直ＣＣＤレジスタ２０の信号電荷は２
本の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２に移されて、これら
水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の中を転送した後に、出
力部３１，３２より読出されるものとなっている。
【００１５】また、図には示さないが、水平ＣＣＤレジ
スタ２１，２２間のチャネル部上には、水平ＣＣＤレジ
スタ２１，２２間を電気的に繋げたり分離するための水
平ゲートが設けられている。
スタ２１，２２間のチャネル部上には、水平ＣＣＤレジ
スタ２１，２２間を電気的に繋げたり分離するための水
平ゲートが設けられている。
【００１６】このような構成において、通常は、図２に
示すように奇数フィールドにおいて垂直方向の隣り合っ
た２つの画素の信号電荷を加算して読出し、次の偶数フ
ィールドでは相手を違えた２つの画素の信号電荷の加算
を行う。これにより、図中○，●印で示したサンプリン
グ中心を生じる。これが、２画素加算による通常駆動で
ある。
示すように奇数フィールドにおいて垂直方向の隣り合っ
た２つの画素の信号電荷を加算して読出し、次の偶数フ
ィールドでは相手を違えた２つの画素の信号電荷の加算
を行う。これにより、図中○，●印で示したサンプリン
グ中心を生じる。これが、２画素加算による通常駆動で
ある。
【００１７】図３は、高感度駆動での画素の配列と加算
すべき画素の組合わせ例を示している。垂直，水平方向
に配列された各画素（Ｐ1-1 ，Ｐ1-2 ，〜，Ｐ1-N ，Ｐ
2-1 ，Ｐ2-2 ，〜，Ｐ2-N ，〜，ＰM-1 ，ＰM-2 ，〜，
ＰM-N ）と、これらの画素から得られる信号電荷を垂
直，水平の各２画素づつ加算して、そのサンプリング中
心点を第１フィールド○印（ＳA1-1，ＳA1-2，〜，Ｓ
A2-1，…）、第２フィールド●印（ＳB1-1，ＳB1-2，
〜，ＳB2-1，…）で示す。再生画像上の走査線を、第１
フィールドをＮ，Ｎ＋１，Ｎ＋２，…で示し、第２フィ
ールドをＮ′，（Ｎ＋１）′，…で示す。各画素の信号
電荷の加算組み換え順番を説明する。ここでは、４画素
加算の場合について説明する。
すべき画素の組合わせ例を示している。垂直，水平方向
に配列された各画素（Ｐ1-1 ，Ｐ1-2 ，〜，Ｐ1-N ，Ｐ
2-1 ，Ｐ2-2 ，〜，Ｐ2-N ，〜，ＰM-1 ，ＰM-2 ，〜，
ＰM-N ）と、これらの画素から得られる信号電荷を垂
直，水平の各２画素づつ加算して、そのサンプリング中
心点を第１フィールド○印（ＳA1-1，ＳA1-2，〜，Ｓ
A2-1，…）、第２フィールド●印（ＳB1-1，ＳB1-2，
〜，ＳB2-1，…）で示す。再生画像上の走査線を、第１
フィールドをＮ，Ｎ＋１，Ｎ＋２，…で示し、第２フィ
ールドをＮ′，（Ｎ＋１）′，…で示す。各画素の信号
電荷の加算組み換え順番を説明する。ここでは、４画素
加算の場合について説明する。
【００１８】第１，第２フィールドで１フレームを構成
する撮像方式において、第１フィールドのＮ走査線に相
当する画素サンプリング中心点は、ＳA1-1，ＳA1-2，…
となる。このとき、サンプリング中心点ＳA1-1に対する
検出は、画素Ｐ1-1 ，Ｐ1-2 ，Ｐ2-1 ，Ｐ2-2 の信号電
荷を加算して行う。そして、次のサンプリング中心点Ｓ
A1-2のときは、画素Ｐ1-3 ，Ｐ1-4 ，Ｐ2-3 ，Ｐ2-4 の
信号電荷を加算して行う。同様に、Ｎ＋１走査線に相当
する画素サンプリング中心点ＳA2-1，ＳA2-2は、それぞ
れ画素Ｐ3-1 ，Ｐ3-2 ，Ｐ4-1 ，Ｐ4-2 及び画素
Ｐ3-3 ，Ｐ3-4 ，Ｐ4-3 ，Ｐ4-4 を加算して行う。
する撮像方式において、第１フィールドのＮ走査線に相
当する画素サンプリング中心点は、ＳA1-1，ＳA1-2，…
となる。このとき、サンプリング中心点ＳA1-1に対する
検出は、画素Ｐ1-1 ，Ｐ1-2 ，Ｐ2-1 ，Ｐ2-2 の信号電
荷を加算して行う。そして、次のサンプリング中心点Ｓ
A1-2のときは、画素Ｐ1-3 ，Ｐ1-4 ，Ｐ2-3 ，Ｐ2-4 の
信号電荷を加算して行う。同様に、Ｎ＋１走査線に相当
する画素サンプリング中心点ＳA2-1，ＳA2-2は、それぞ
れ画素Ｐ3-1 ，Ｐ3-2 ，Ｐ4-1 ，Ｐ4-2 及び画素
Ｐ3-3 ，Ｐ3-4 ，Ｐ4-3 ，Ｐ4-4 を加算して行う。
【００１９】この動作を各走査に応じて行い、次の第２
フィールドのＮ′走査線に相当する画素サンプリング中
心点ＳB1-1，ＳB1-2は、それぞれ画素Ｐ2-2 ，Ｐ2-3 ，
Ｐ3-2 ，Ｐ3-3 及び画素Ｐ2-4 ，Ｐ2-5 ，Ｐ3-4 ，Ｐ
3-5 を加算して行う。このとき、第１フィールドと第２
フィールドの水平方向と垂直方向の画素加算は１画素ず
つずらして行う。この結果、各フィールドにおけるサン
プリング中心点は図に示すように○，●印で表示した位
置になる。
フィールドのＮ′走査線に相当する画素サンプリング中
心点ＳB1-1，ＳB1-2は、それぞれ画素Ｐ2-2 ，Ｐ2-3 ，
Ｐ3-2 ，Ｐ3-3 及び画素Ｐ2-4 ，Ｐ2-5 ，Ｐ3-4 ，Ｐ
3-5 を加算して行う。このとき、第１フィールドと第２
フィールドの水平方向と垂直方向の画素加算は１画素ず
つずらして行う。この結果、各フィールドにおけるサン
プリング中心点は図に示すように○，●印で表示した位
置になる。
【００２０】上記の動作を行うことにより、各画素より
構成される画素ピッチより大きな開口が得られ、且つ第
１フィールドと第２フィールド間で開口が重なる効果が
生じる。これにより、モアレ等の偽信号が減少できる。
第１フィールドと第２フィールドのサンプリング中心点
は１８０°位相がずれているので、再生画像上での解像
度は素子の水平画素数で決まる値と同じ高解像度が得ら
れる。また、この動作では、フィールド内で全画素の信
号電荷を読出すので残像の少ない再生画像が得られる。
さらに、画素信号電荷を４画素分加算して読出すので、
垂直方向の２画素分加算に対して２倍の信号電荷にな
る。
構成される画素ピッチより大きな開口が得られ、且つ第
１フィールドと第２フィールド間で開口が重なる効果が
生じる。これにより、モアレ等の偽信号が減少できる。
第１フィールドと第２フィールドのサンプリング中心点
は１８０°位相がずれているので、再生画像上での解像
度は素子の水平画素数で決まる値と同じ高解像度が得ら
れる。また、この動作では、フィールド内で全画素の信
号電荷を読出すので残像の少ない再生画像が得られる。
さらに、画素信号電荷を４画素分加算して読出すので、
垂直方向の２画素分加算に対して２倍の信号電荷にな
る。
【００２１】従って、素子出力部で混入するノイズの影
響を小さくでき、Ｓ／Ｎの向上をはかることができる。
また、本動作では水平転送電極段数を従来の１／２にで
き、且つこの転送周波数も１／２にできる。このため、
従来水平転送電極構成で水平画素ピッチが決まっていた
のが、この分作り方が容易になるので、より高解像度の
固体撮像素子が実現可能になる。つまり、本動作では水
平転送電極段数が１／２となるため、２本の水平ＣＣＤ
レジスタ２１，２２より構成されているものでは、その
内の第１のＣＣＤレジスタ２１だけで信号電荷転送を行
えばよい。このように本実施例では、図２及び図３の駆
動方式を適宜切替えることによって、その感度を変える
ことができる。従って、通常の明るい場面の撮像では図
２に示す通常駆動を行い、暗い場面の撮像では図３に示
す高感度駆動を行うことにより、常に最適な撮像を行う
ことができる。
響を小さくでき、Ｓ／Ｎの向上をはかることができる。
また、本動作では水平転送電極段数を従来の１／２にで
き、且つこの転送周波数も１／２にできる。このため、
従来水平転送電極構成で水平画素ピッチが決まっていた
のが、この分作り方が容易になるので、より高解像度の
固体撮像素子が実現可能になる。つまり、本動作では水
平転送電極段数が１／２となるため、２本の水平ＣＣＤ
レジスタ２１，２２より構成されているものでは、その
内の第１のＣＣＤレジスタ２１だけで信号電荷転送を行
えばよい。このように本実施例では、図２及び図３の駆
動方式を適宜切替えることによって、その感度を変える
ことができる。従って、通常の明るい場面の撮像では図
２に示す通常駆動を行い、暗い場面の撮像では図３に示
す高感度駆動を行うことにより、常に最適な撮像を行う
ことができる。
【００２２】ところで、第１の実施例においては、図３
の高感度駆動方式は加算される画素信号電荷が図２の動
作の場合と比べて２倍になるために、第１の水平ＣＣＤ
レジスタ２１で転送し得る最大転送電荷量が２倍必要と
なる。即ち、本感度切り替え動作ができる固体撮像装置
では水平ＣＣＤレジスタ２１の最大転送電荷量を従来の
図２だけの駆動の場合の２倍以上になるように素子設計
しなければならない。これは、必然的に水平ＣＣＤレジ
スタ２１の負荷容量の増加になり、これにより駆動消費
電力の増加となる。これを解決したのが、以下に示す第
２の実施例である。
の高感度駆動方式は加算される画素信号電荷が図２の動
作の場合と比べて２倍になるために、第１の水平ＣＣＤ
レジスタ２１で転送し得る最大転送電荷量が２倍必要と
なる。即ち、本感度切り替え動作ができる固体撮像装置
では水平ＣＣＤレジスタ２１の最大転送電荷量を従来の
図２だけの駆動の場合の２倍以上になるように素子設計
しなければならない。これは、必然的に水平ＣＣＤレジ
スタ２１の負荷容量の増加になり、これにより駆動消費
電力の増加となる。これを解決したのが、以下に示す第
２の実施例である。
【００２３】図４は、本発明の第２の実施例に係わる固
体撮像装置の要部構成（水平ＣＣＤレジスタ領域）を示
す平面図、図５は図４の矢視Ｘ−Ｘ′断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。
体撮像装置の要部構成（水平ＣＣＤレジスタ領域）を示
す平面図、図５は図４の矢視Ｘ−Ｘ′断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。
【００２４】図４において、４１（411 ，412 ，4
13 ），４２（421 ，422 ，423 ），４３（431 ，4
32 ，433 ）は、図１における２本の水平ＣＣＤレジス
タ２１，２２の転送電極である。水平ＣＣＤレジスタ２
１，２２間のチャネル上には、該チャネルを電気的に繋
げたり、分離することを制御するための水平ゲート５０
が設けられている。
13 ），４２（421 ，422 ，423 ），４３（431 ，4
32 ，433 ）は、図１における２本の水平ＣＣＤレジス
タ２１，２２の転送電極である。水平ＣＣＤレジスタ２
１，２２間のチャネル上には、該チャネルを電気的に繋
げたり、分離することを制御するための水平ゲート５０
が設けられている。
【００２５】このような構成においては、複数本の垂直
ＣＣＤレジスタ２０から、信号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，
〜，Ａ21，Ａ22，Ａ23，…が水平ＣＣＤレジスタ２１に
転送される。ここで、図２に示す通常の駆動方式におい
ては、信号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，…が水平ゲート５０
下の転送チャネル２３1 ，２３2 ，２３3 ，…を通って
第２の水平ＣＣＤレジスタ２２へ転送される。
ＣＣＤレジスタ２０から、信号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，
〜，Ａ21，Ａ22，Ａ23，…が水平ＣＣＤレジスタ２１に
転送される。ここで、図２に示す通常の駆動方式におい
ては、信号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，…が水平ゲート５０
下の転送チャネル２３1 ，２３2 ，２３3 ，…を通って
第２の水平ＣＣＤレジスタ２２へ転送される。
【００２６】一方、図３に示す高感度駆動方式では、信
号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，…が第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１内に止まるようにする。この場合、第１の水平Ｃ
ＣＤレジスタ２１内において、信号電荷Ａ11とＡ21、Ａ
12とＡ22、Ａ13とＡ23、…が加算され信号電荷Ｂ1 ，Ｂ
2 ，Ｂ3 ，…となる。
号電荷Ａ11，Ａ12，Ａ13，…が第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１内に止まるようにする。この場合、第１の水平Ｃ
ＣＤレジスタ２１内において、信号電荷Ａ11とＡ21、Ａ
12とＡ22、Ａ13とＡ23、…が加算され信号電荷Ｂ1 ，Ｂ
2 ，Ｂ3 ，…となる。
【００２７】これに加えて本実施例では、水平ゲート５
０に印加する電圧ＨＧを制御して、転送チャネル２
３1 ，２３2 ，２３3 ，…の電位を、図５に示すように
ある決められた量以上の信号電荷のみが第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ２１よりオーバーフローして第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ２２に転送されるように設定する。このと
き、上記設定した信号電荷量は、第１の水平ＣＣＤレジ
スタ２１の最大転送電荷量よりも少なくする。
０に印加する電圧ＨＧを制御して、転送チャネル２
３1 ，２３2 ，２３3 ，…の電位を、図５に示すように
ある決められた量以上の信号電荷のみが第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ２１よりオーバーフローして第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ２２に転送されるように設定する。このと
き、上記設定した信号電荷量は、第１の水平ＣＣＤレジ
スタ２１の最大転送電荷量よりも少なくする。
【００２８】図５には、転送電極４１1 領域の断面構造
と電位分布を示している。信号電荷Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，
…の内、前述のオーバーフローしない信号電荷Ｃ1 が第
１の水平ＣＣＤレジスタ２１に残り、水平ゲート５０下
の転送チャネル２３1 の電位バリヤをオーバーフローし
た電荷Ｃ2 が第２の水平ＣＣＤレジスタ２２へ移る。第
１の水平ＣＣＤレジスタ２１にあってオーバーフローし
ない場合は、信号電荷はそのまま第１の水平ＣＣＤレジ
スタ２１に残存する。
と電位分布を示している。信号電荷Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，
…の内、前述のオーバーフローしない信号電荷Ｃ1 が第
１の水平ＣＣＤレジスタ２１に残り、水平ゲート５０下
の転送チャネル２３1 の電位バリヤをオーバーフローし
た電荷Ｃ2 が第２の水平ＣＣＤレジスタ２２へ移る。第
１の水平ＣＣＤレジスタ２１にあってオーバーフローし
ない場合は、信号電荷はそのまま第１の水平ＣＣＤレジ
スタ２１に残存する。
【００２９】そして、この第１の水平ＣＣＤレジスタ２
１の信号電荷を出力することにより画像信号が得られ
る。なお、第２の水平ＣＣＤレジスタ２２にオーバーフ
ローした電荷は、このＣＣＤレジスタ２１のチャネルに
ドレインを設けて除去すればよい。この場合、第１の水
平ＣＣＤレジスタ２１から出力される信号は、オーバー
フローした分だけ実際の撮像信号とは異っているが、一
般にオーバーフローする電荷量は少ないものであり、ま
た高輝度の信号では多少の電荷の減少は殆ど問題となら
ない。
１の信号電荷を出力することにより画像信号が得られ
る。なお、第２の水平ＣＣＤレジスタ２２にオーバーフ
ローした電荷は、このＣＣＤレジスタ２１のチャネルに
ドレインを設けて除去すればよい。この場合、第１の水
平ＣＣＤレジスタ２１から出力される信号は、オーバー
フローした分だけ実際の撮像信号とは異っているが、一
般にオーバーフローする電荷量は少ないものであり、ま
た高輝度の信号では多少の電荷の減少は殆ど問題となら
ない。
【００３０】従って本実施例では、通常駆動方式におけ
る最大信号電荷量を転送し得る第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１を用いて、前述の高感度駆動を同じく行うことが
できる。このため、水平ＣＣＤレジスタ２１の負荷容量
を増加することなく、通常動作と高感度動作を同時に達
成できる固体撮像装置を実現することができる。
る最大信号電荷量を転送し得る第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１を用いて、前述の高感度駆動を同じく行うことが
できる。このため、水平ＣＣＤレジスタ２１の負荷容量
を増加することなく、通常動作と高感度動作を同時に達
成できる固体撮像装置を実現することができる。
【００３１】図６は、本発明の第３の実施例に係わる固
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。この実施例が先の第２の実施例と異なる点は、
水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力を加算部３３にて
加算することにある。
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。この実施例が先の第２の実施例と異なる点は、
水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力を加算部３３にて
加算することにある。
【００３２】図７は同実施例におけるＣＣＤ駆動信号を
示す信号波形図である。ＶA は第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１からの出力波形、ＶB は第２の水平ＣＣＤレジス
タ２２からの出力波形である。本実施例においては第１
と第２の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力部の外部
回路で、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの出力を加算
しＶA+B の出力を得る。これにより、高感度動作におい
ては更にダイナミックレンジの広い信号出力が得られ
る。
示す信号波形図である。ＶA は第１の水平ＣＣＤレジス
タ２１からの出力波形、ＶB は第２の水平ＣＣＤレジス
タ２２からの出力波形である。本実施例においては第１
と第２の水平ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力部の外部
回路で、第１と第２の水平ＣＣＤレジスタの出力を加算
しＶA+B の出力を得る。これにより、高感度動作におい
ては更にダイナミックレンジの広い信号出力が得られ
る。
【００３３】図８は、本発明の第４の実施例に係わる固
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。この実施例は、第１及び第２の水平ＣＣＤレジ
スタ２１，２２の出力を外部回路により加算するのでは
なく、水平ＣＣＤレジスタ２１，２２に接続したチャネ
ル部により加算したものである。
体撮像装置の概略構成を示す平面図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。この実施例は、第１及び第２の水平ＣＣＤレジ
スタ２１，２２の出力を外部回路により加算するのでは
なく、水平ＣＣＤレジスタ２１，２２に接続したチャネ
ル部により加算したものである。
【００３４】図中に示すように、第１の水平ＣＣＤレジ
スタ２１と第２の水平ＣＣＤレジスタ２２の各チャネル
が、それぞれの出力部に隣接した単一のチャネル部３４
にて合体されている。このような構成においては、水平
ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力加算を、チャネル部３
４での電荷加算によって行うことができる。具体的に
は、２画素加算の場合は、チャネル部３４への読出し周
期は水平ＣＣＤのクロックの２倍の周波数とし、４画素
加算の場合は、水平ＣＣＤのクロックと同じ周波数とす
ればよい。
スタ２１と第２の水平ＣＣＤレジスタ２２の各チャネル
が、それぞれの出力部に隣接した単一のチャネル部３４
にて合体されている。このような構成においては、水平
ＣＣＤレジスタ２１，２２の出力加算を、チャネル部３
４での電荷加算によって行うことができる。具体的に
は、２画素加算の場合は、チャネル部３４への読出し周
期は水平ＣＣＤのクロックの２倍の周波数とし、４画素
加算の場合は、水平ＣＣＤのクロックと同じ周波数とす
ればよい。
【００３５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、２本の水平ＣＣＤレジ
スタを設けた構成で説明したが、２本以上の水平ＣＣＤ
レジスタを設けた撮像装置においても本発明を適用する
ことができる。また、本発明の高感度動作においては画
像として再生するのは、第１の水平ＣＣＤレジスタにあ
る信号電荷である。従って、素子設計においては第１の
水平ＣＣＤの転送し得る最大電荷量を第２の水平ＣＣＤ
レジスタのそれよりも大きくとってもよい。また、本発
明は通常のインターライン転送ＣＣＤ撮像素子を用いて
説明したが、ラインアドレス型，Ｘ−Ｙアドレス型であ
っても、水平ＣＣＤレジスタに信号を電荷として転送す
るものであれば同様に適用することが可能である。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
れるものではない。実施例では、２本の水平ＣＣＤレジ
スタを設けた構成で説明したが、２本以上の水平ＣＣＤ
レジスタを設けた撮像装置においても本発明を適用する
ことができる。また、本発明の高感度動作においては画
像として再生するのは、第１の水平ＣＣＤレジスタにあ
る信号電荷である。従って、素子設計においては第１の
水平ＣＣＤの転送し得る最大電荷量を第２の水平ＣＣＤ
レジスタのそれよりも大きくとってもよい。また、本発
明は通常のインターライン転送ＣＣＤ撮像素子を用いて
説明したが、ラインアドレス型，Ｘ−Ｙアドレス型であ
っても、水平ＣＣＤレジスタに信号を電荷として転送す
るものであれば同様に適用することが可能である。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、通常
の明るさの場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で
行い、暗い場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で
行うことができ、これにより明るさに応じた最適な撮像
を行うことができる。また、４画素信号電荷加算動作に
おいて、第１の水平ＣＣＤレジスタでオーバーフローす
る分を、第２の水平ＣＣＤレジスタに転送することによ
り、駆動消費電力の増大を招くことなく高感度動作を達
成することが可能になる。
の明るさの場面の撮像は加算画素数の少ない通常駆動で
行い、暗い場面の撮像を加算画素数の多い高感度駆動で
行うことができ、これにより明るさに応じた最適な撮像
を行うことができる。また、４画素信号電荷加算動作に
おいて、第１の水平ＣＣＤレジスタでオーバーフローす
る分を、第２の水平ＣＣＤレジスタに転送することによ
り、駆動消費電力の増大を招くことなく高感度動作を達
成することが可能になる。
【図１】本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図、
概略構成を示す平面図、
【図２】２画素加算の様子を示す模式図、
【図３】４画素加算の様子を示す模式図、
【図４】本発明の第２の実施例の要部構成を示す平面
図、
図、
【図５】図４の矢視Ｘ−Ｘ′断面図、
【図６】本発明の第３の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図、
概略構成を示す平面図、
【図７】第３の実施例を説明するための信号波形図、
【図８】本発明の第４の実施例に係わる固体撮像装置の
概略構成を示す平面図。
概略構成を示す平面図。
１０…画素部、 ２０（201 ，202 ，〜，20N ）…垂直ＣＣＤレジスタ、 ２１，２２…水平ＣＣＤレジスタ、 ３１，３２…出力部、 ３３…加算部、 ３４…チャネル部、 ４１，４２，４３…転送電極、 ５０…水平ゲート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大竹 浩 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 原田 望 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 真鍋 宗平 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 松長 誠之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 遠藤 幸雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−309579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−99681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−71381（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74991（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335 H01L 27/148
Claims (3)
- 【請求項１】２次元状に配置された画素部と、これらの
画素部に隣接して縦列方向に配置された複数本の垂直Ｃ
ＣＤレジスタと、これらの垂直ＣＣＤレジスタの端部に
配置された２本の水平ＣＣＤレジスタとを具備し、 前記画素部の各信号電荷又は垂直方向に連続した２個の
画素部の加算信号電荷を前記２本の水平ＣＣＤレジスタ
で読出す動作と、隣接した４個の画素部の加算信号電荷
を前記２本の水平ＣＣＤレジスタの一方で読出す動作と
を行う固体撮像装置において、 前記４画素加算動作では、信号電荷を転送する第１の水
平ＣＣＤレジスタと残りの第２の水平ＣＣＤレジスタと
の間のチャネル電位を、第１の水平ＣＣＤレジスタに転
送された４画素加算信号電荷量の所定量以上の過剰電荷
が第２の水平ＣＣＤレジスタに転送されるように設定し
たことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】前記２本の水平ＣＣＤレジスタの出力を、
外部回路にて加算することを特徴とする請求項１記載の
固体撮像装置。 - 【請求項３】前記２本の水平ＣＣＤレジスタのチャネル
を出力部近くで１本のチャネルに繋げ、該１本のチャネ
ルの転送最大電荷量を前記４画素加算動作での最大蓄積
電荷量以上に設定したことを特徴とする請求項１記載の
固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110314A JP2944251B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110314A JP2944251B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337983A JPH04337983A (ja) | 1992-11-25 |
| JP2944251B2 true JP2944251B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=14532577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3110314A Expired - Lifetime JP2944251B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2944251B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2555986B2 (ja) * | 1994-06-23 | 1996-11-20 | 日本電気株式会社 | 高感度テレビカメラ装置 |
| JPH08307774A (ja) * | 1995-05-12 | 1996-11-22 | Nec Corp | カラーカメラ |
| JP3548410B2 (ja) | 1997-12-25 | 2004-07-28 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置および固体撮像装置の信号読み出し方法 |
| JP2894341B1 (ja) * | 1998-03-12 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置の駆動方法 |
| JP2001008108A (ja) * | 1999-06-23 | 2001-01-12 | Nec Corp | 画像撮像方法および装置、情報記憶媒体 |
| JP4678583B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2011-04-27 | 日本ビクター株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP5141273B2 (ja) * | 2008-02-04 | 2013-02-13 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置、その駆動方法、及びデジタルカメラ |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP3110314A patent/JP2944251B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337983A (ja) | 1992-11-25 |
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