JP2978018B2 - 固体撮像装置とその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置とその駆動方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特にＣＣＤ転送型固体撮像装置に関する。
特にＣＣＤ転送型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板に、多数のホトダイオードを
集積して固体撮像装置が形成されている。ＣＣＤ転送型
固体撮像装置においては、多数のホトダイオードが行列
状に配置され、ホトダイオードの各列に隣接してトラン
スファゲートを介して垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）が配
置され、ＶＣＣＤの出力端に１本または２本の水平電荷
転送路（ＨＣＣＤ）が配置されている。
集積して固体撮像装置が形成されている。ＣＣＤ転送型
固体撮像装置においては、多数のホトダイオードが行列
状に配置され、ホトダイオードの各列に隣接してトラン
スファゲートを介して垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）が配
置され、ＶＣＣＤの出力端に１本または２本の水平電荷
転送路（ＨＣＣＤ）が配置されている。
【０００３】多くの固体撮像装置は４０万画素程度を含
み、たとえば垂直方法に５００行、水平方向に８００列
の画素が配置されている。カラー固体撮像装置は、たと
えば２枚のＣＣＤ転送型固体撮像装置を用い、一方の固
体撮像装置にはグリーン（Ｇ）のフィルタを被せ、他方
の固体撮像装置には赤（Ｒ）、青（Ｂ）の市松模様のフ
ィルタが被せられ、両固体撮像装置に同一の画像を照射
している。このような２板式カラー固体撮像装置は、２
枚の半導体基板を用いることから構造が複雑となるばか
りでなく、２枚の固体撮像装置に同一の画像を照射する
ために光学系も複雑となっている。
み、たとえば垂直方法に５００行、水平方向に８００列
の画素が配置されている。カラー固体撮像装置は、たと
えば２枚のＣＣＤ転送型固体撮像装置を用い、一方の固
体撮像装置にはグリーン（Ｇ）のフィルタを被せ、他方
の固体撮像装置には赤（Ｒ）、青（Ｂ）の市松模様のフ
ィルタが被せられ、両固体撮像装置に同一の画像を照射
している。このような２板式カラー固体撮像装置は、２
枚の半導体基板を用いることから構造が複雑となるばか
りでなく、２枚の固体撮像装置に同一の画像を照射する
ために光学系も複雑となっている。
【０００４】近年、半導体集積回路装置の進歩と共に、
固体撮像装置の集積度も向上している。たとえば、垂直
方向１０００本、水平方向８００画素程度の固体撮像装
置が開発されている。本発明者らは、このような８０万
画素程度の固体撮像装置を用い、単板カラー固体撮像装
置を提案した。
固体撮像装置の集積度も向上している。たとえば、垂直
方向１０００本、水平方向８００画素程度の固体撮像装
置が開発されている。本発明者らは、このような８０万
画素程度の固体撮像装置を用い、単板カラー固体撮像装
置を提案した。
【０００５】垂直方向１０００本のホトダイオードを１
行置きの２組に分け、一方の組には緑色Ｇのストライプ
状フィルタを組合せ、他方の組にはＲ／Ｂ点順次型フィ
ルタを配置し、２行で１本のＴＶ走査線となるようにす
ることにより、単板で２板式カメラと同様の高解像度の
カラー画像が得られる。これを用いることにより、構造
が簡単化し、光学系が簡略化される。
行置きの２組に分け、一方の組には緑色Ｇのストライプ
状フィルタを組合せ、他方の組にはＲ／Ｂ点順次型フィ
ルタを配置し、２行で１本のＴＶ走査線となるようにす
ることにより、単板で２板式カメラと同様の高解像度の
カラー画像が得られる。これを用いることにより、構造
が簡単化し、光学系が簡略化される。
【０００６】このように、垂直方向１０００行程度のホ
トダイオードを含む固体撮像装置においては、通常画素
１行当り２本の電極を有するＶＣＣＤを用いる。画素１
行当り２電極の構成では、全画素から同時に蓄積電荷を
読み出すと、そのままでは通常の４相駆動等の駆動方法
をとることができない。
トダイオードを含む固体撮像装置においては、通常画素
１行当り２本の電極を有するＶＣＣＤを用いる。画素１
行当り２電極の構成では、全画素から同時に蓄積電荷を
読み出すと、そのままでは通常の４相駆動等の駆動方法
をとることができない。
【０００７】テレビジョン（ＴＶ）走査方式に合わせ、
１フレームの画像を２フィールド（ＡフィールドとＢフ
ィールド）で構成し、Ａフィールドの画像信号とＢフィ
ールドの画像信号を交互に読み出す方式が採用されてい
る。
１フレームの画像を２フィールド（ＡフィールドとＢフ
ィールド）で構成し、Ａフィールドの画像信号とＢフィ
ールドの画像信号を交互に読み出す方式が採用されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】固体撮像装置において
は、スチルモードの撮像のみでなく、ムーヴィモードの
撮像が要求される。１フレームの画像をＡフィールドと
Ｂフィールドで構成し、ＡフィールドとＢフィールドを
交互に読み出す方式によれば、１フレームの画像読み出
しには２フィールドを読み出す時間が必要である。
は、スチルモードの撮像のみでなく、ムーヴィモードの
撮像が要求される。１フレームの画像をＡフィールドと
Ｂフィールドで構成し、ＡフィールドとＢフィールドを
交互に読み出す方式によれば、１フレームの画像読み出
しには２フィールドを読み出す時間が必要である。
【０００９】１回の画像読み出しに必要な時間がたとえ
ば１／６０秒であるとすれば、１フレームの画像読み出
しには１／３０秒が必要とされる。このことは、各画素
について信号電荷の蓄積時間が約１／３０秒となること
を意味する。
ば１／６０秒であるとすれば、１フレームの画像読み出
しには１／３０秒が必要とされる。このことは、各画素
について信号電荷の蓄積時間が約１／３０秒となること
を意味する。
【００１０】ところで、動きの速い画像をムーヴィモー
ドで撮像する場合、なるべく高い動解像力が望まれる。
各画素についての信号蓄積時間が１／３０秒の場合、動
解像力に欠けるきらいがある。
ドで撮像する場合、なるべく高い動解像力が望まれる。
各画素についての信号蓄積時間が１／３０秒の場合、動
解像力に欠けるきらいがある。
【００１１】本発明の目的は、動解像力の高い単板式固
体撮像装置の駆動方法を提供することである。
体撮像装置の駆動方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、半導体基板上に行列状に多数個の光電変換
素子を形成し、かつ列方向の素子数がテレビ有効走査線
の２倍からなる固体撮像装置において、各光電変換素子
から各光電変換素子列に隣接して形成された電荷転送列
に蓄積電荷を読み出し、画像情報を取り出す固体撮像装
置の駆動方法であって、（４ｎ＋１）行目と（４ｎ＋
３）行目（ｎは０または正の整数）の光電変換素子から
同時に蓄積電荷を読み出す第１読み出し工程と、読み出
した（４ｎ＋１）行と（４ｎ＋３）行の電荷を混合して
第１種の電荷として（４ｎ＋１）行または（４ｎ＋３）
行に配置する第１混合配置工程と、（４ｎ＋２）行目と
（４ｎ＋４）行目の光電変換素子から同時に蓄積電荷を
読み出す第２読み出し工程と、読み出した（４ｎ＋２）
行と（４ｎ＋４）行の電荷を隣接する前記第１種の電荷
蓄積部の間にある空ポケットに混合して第２種の電荷と
し、前記隣接する第１種の電荷の中間に配置する第２混
合配置工程と、前記第１読み出し工程、第１混合配置工
程、第２読み出し工程、第２混合配置工程を２行ずらし
て行なう工程とを含む。
駆動方法は、半導体基板上に行列状に多数個の光電変換
素子を形成し、かつ列方向の素子数がテレビ有効走査線
の２倍からなる固体撮像装置において、各光電変換素子
から各光電変換素子列に隣接して形成された電荷転送列
に蓄積電荷を読み出し、画像情報を取り出す固体撮像装
置の駆動方法であって、（４ｎ＋１）行目と（４ｎ＋
３）行目（ｎは０または正の整数）の光電変換素子から
同時に蓄積電荷を読み出す第１読み出し工程と、読み出
した（４ｎ＋１）行と（４ｎ＋３）行の電荷を混合して
第１種の電荷として（４ｎ＋１）行または（４ｎ＋３）
行に配置する第１混合配置工程と、（４ｎ＋２）行目と
（４ｎ＋４）行目の光電変換素子から同時に蓄積電荷を
読み出す第２読み出し工程と、読み出した（４ｎ＋２）
行と（４ｎ＋４）行の電荷を隣接する前記第１種の電荷
蓄積部の間にある空ポケットに混合して第２種の電荷と
し、前記隣接する第１種の電荷の中間に配置する第２混
合配置工程と、前記第１読み出し工程、第１混合配置工
程、第２読み出し工程、第２混合配置工程を２行ずらし
て行なう工程とを含む。
【００１３】好ましくは、前記固体撮像装置には、１行
おきの光電変換素子上に緑色のフィルタが配置され、残
りの光電変換素子については１列毎に交互に赤と青のフ
ィルタが配置されていることを含む。
おきの光電変換素子上に緑色のフィルタが配置され、残
りの光電変換素子については１列毎に交互に赤と青のフ
ィルタが配置されていることを含む。
【００１４】
【作用】１行置きの光電変換素子から蓄積電荷を読み出
し、混合することによって信号電荷の数は光電変換素子
の数の半分になる。光電変換素子から１行置きに蓄積電
荷を読み出し、混合した後所定位置に配置し、残る１行
置きの光電変換素子からも蓄積電荷を読み出し混合すれ
ば、全画素からの蓄積電荷を読み出し、かつ１行当り２
電極しか有さない電荷転送路を転送できる状態に配置で
きる。
し、混合することによって信号電荷の数は光電変換素子
の数の半分になる。光電変換素子から１行置きに蓄積電
荷を読み出し、混合した後所定位置に配置し、残る１行
置きの光電変換素子からも蓄積電荷を読み出し混合すれ
ば、全画素からの蓄積電荷を読み出し、かつ１行当り２
電極しか有さない電荷転送路を転送できる状態に配置で
きる。
【００１５】また、読み出し位置を２行ずらして同様の
操作を行うことにより、インターレース方式の画像信号
を得ることができる。全光電変換素子の蓄積電荷が同時
に読み出されるため、ＡフィールドとＢフィールドで１
フレーム分の画像を構成しても、各画素についての電荷
蓄積時間は１フィールドの走査に必要な時間のみとな
る。従って、動解像力が向上する。
操作を行うことにより、インターレース方式の画像信号
を得ることができる。全光電変換素子の蓄積電荷が同時
に読み出されるため、ＡフィールドとＢフィールドで１
フレーム分の画像を構成しても、各画素についての電荷
蓄積時間は１フィールドの走査に必要な時間のみとな
る。従って、動解像力が向上する。
【００１６】１行置きの光電変換素子にグリーンのフィ
ルタを配置し、残る光電変換素子に関しては交互の行に
赤と青のフィルタを配置すれば、各色を分離した状態で
画素混合を行うことができる。
ルタを配置し、残る光電変換素子に関しては交互の行に
赤と青のフィルタを配置すれば、各色を分離した状態で
画素混合を行うことができる。
【００１７】
【実施例】図１は、本発明の実施例による単板式カラー
固体撮像装置を示す。図１（Ａ）は、ホトダイオード上
に配置されるフィルタ配列を概略的に示す。図に示すよ
うに、１行置きに緑色フィルタＧがストライプ状に配置
され、残る行には青色フィルタＢと赤色フィルタＲが交
互に配置されている。
固体撮像装置を示す。図１（Ａ）は、ホトダイオード上
に配置されるフィルタ配列を概略的に示す。図に示すよ
うに、１行置きに緑色フィルタＧがストライプ状に配置
され、残る行には青色フィルタＢと赤色フィルタＲが交
互に配置されている。
【００１８】さらに、各列方向で見ると、ある列に関し
ては緑色フィルタＧと青色フィルタＢが交互に配置さ
れ、隣の列に関しては緑色フィルタＧと赤色フィルタＲ
が交互に配置される。従って、各列については２色のフ
ィルタが配置されていることになる。
ては緑色フィルタＧと青色フィルタＢが交互に配置さ
れ、隣の列に関しては緑色フィルタＧと赤色フィルタＲ
が交互に配置される。従って、各列については２色のフ
ィルタが配置されていることになる。
【００１９】スチルモードの撮像においては、隣接する
２行の光電変換素子が１テレビジョン（ＴＶ）走査線を
構成する。また、ＡフィールドとＢフィールドが交互に
配置される。
２行の光電変換素子が１テレビジョン（ＴＶ）走査線を
構成する。また、ＡフィールドとＢフィールドが交互に
配置される。
【００２０】図１（Ｂ）は、固体撮像装置のデバイス構
造を概略的に示す平面図である。たとえば、８０万画素
を構成するホトダイオードＰＤが水平方向に８００、垂
直方向に１０００、行列状に配置されている。ホトダイ
オードＰＤの各列に隣接して、電荷転送を行なう垂直電
荷転送路ＶＣＣＤが配置されている。
造を概略的に示す平面図である。たとえば、８０万画素
を構成するホトダイオードＰＤが水平方向に８００、垂
直方向に１０００、行列状に配置されている。ホトダイ
オードＰＤの各列に隣接して、電荷転送を行なう垂直電
荷転送路ＶＣＣＤが配置されている。
【００２１】なお、図示しないが、各ホトダイオードＰ
Ｄと隣接するＶＣＣＤの間には、蓄積電荷転送を制御す
るトランスファゲートが配置される。なお、各ホトダイ
オードＰＤの上に配置されるフィルタの色をＧ、Ｒ、Ｂ
で示した。
Ｄと隣接するＶＣＣＤの間には、蓄積電荷転送を制御す
るトランスファゲートが配置される。なお、各ホトダイ
オードＰＤの上に配置されるフィルタの色をＧ、Ｒ、Ｂ
で示した。
【００２２】各垂直電荷転送路ＶＣＣＤに共通に、図中
下側に２列の水平電荷転送路ＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２が
配置されている。ＨＣＣＤ１とＨＣＣＤ２の間には電荷
転送を制御できるシフトゲートＳＧが配置されている。
下側に２列の水平電荷転送路ＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２が
配置されている。ＨＣＣＤ１とＨＣＣＤ２の間には電荷
転送を制御できるシフトゲートＳＧが配置されている。
【００２３】なお、ＶＣＣＤはホトダイオード１行当り
２つの電極を含み、８電極を１組として駆動信号φＶ１
〜φＶ８を印加されている。また、水平電荷転送路ＨＣ
ＣＤ１とＨＣＣＤ２には２相の駆動信号φＨ１〜φＨ２
が印加されている。また、シフトゲートＳＧには駆動信
号φＳＧが印加されている。各水平電荷転送路ＨＣＣＤ
１、ＨＣＣＤ２の出力端には、アンプが接続され、出力
Ｖｏ１、Ｖｏ２を供給する。
２つの電極を含み、８電極を１組として駆動信号φＶ１
〜φＶ８を印加されている。また、水平電荷転送路ＨＣ
ＣＤ１とＨＣＣＤ２には２相の駆動信号φＨ１〜φＨ２
が印加されている。また、シフトゲートＳＧには駆動信
号φＳＧが印加されている。各水平電荷転送路ＨＣＣＤ
１、ＨＣＣＤ２の出力端には、アンプが接続され、出力
Ｖｏ１、Ｖｏ２を供給する。
【００２４】図１（Ｃ）は、スチルモードの電荷読み出
しを示す。スチルモードにおいては、図１（Ａ）に示す
Ａフィールド分の電荷を読み出し、緑色フィルタＧ下の
ホトダイオードＰＤから読み出した蓄積電荷は水平電荷
転送路ＨＣＣＤ１に転送し、青色フィルタ（Ｂ）および
赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオードから読み出した
信号電荷は水平電荷転送路ＨＣＣＤ２に転送する。この
ようにして、ＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２は各列当り２つの
電荷信号を同時に読み出し、水平方向に転送する。
しを示す。スチルモードにおいては、図１（Ａ）に示す
Ａフィールド分の電荷を読み出し、緑色フィルタＧ下の
ホトダイオードＰＤから読み出した蓄積電荷は水平電荷
転送路ＨＣＣＤ１に転送し、青色フィルタ（Ｂ）および
赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオードから読み出した
信号電荷は水平電荷転送路ＨＣＣＤ２に転送する。この
ようにして、ＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２は各列当り２つの
電荷信号を同時に読み出し、水平方向に転送する。
【００２５】Ａフィールドの電荷読み出しが終了した
後、電荷読み出しを行わなかったＢフィールドのホトダ
イオードからの電荷読み出しを行なう。Ｂフィールドの
電荷読み出しを行った後は、再びＡフィールドの電荷読
み出しを行なう。各フィールドの電荷読み出しに必要な
時間をＴとすれば、１フレームの画像読み出しに必要な
時間は２Ｔとなる。
後、電荷読み出しを行わなかったＢフィールドのホトダ
イオードからの電荷読み出しを行なう。Ｂフィールドの
電荷読み出しを行った後は、再びＡフィールドの電荷読
み出しを行なう。各フィールドの電荷読み出しに必要な
時間をＴとすれば、１フレームの画像読み出しに必要な
時間は２Ｔとなる。
【００２６】また、各画素についての電荷蓄積時間を考
えると、Ａフィールドのホトダイオードについても、Ｂ
フィールドのホトダイオードについても電荷蓄積時間は
等しく２Ｔとなる。このようにスチルモードの撮像動作
は、分解能は高いが、各画素についての信号電荷蓄積時
間が２Ｔと長い。
えると、Ａフィールドのホトダイオードについても、Ｂ
フィールドのホトダイオードについても電荷蓄積時間は
等しく２Ｔとなる。このようにスチルモードの撮像動作
は、分解能は高いが、各画素についての信号電荷蓄積時
間が２Ｔと長い。
【００２７】図１（Ｄ）は、ムーヴィモードの電荷読み
出しを概略的に示す。ムーヴィモードにおいては、全ホ
トダイオードの蓄積電荷をほぼ同時に読み出す。ただ
し、完全に同時に読み出すと、各色を分離した状態で電
荷混合ができないため、タイミングをずらして同一色の
信号電荷を混合できるようにする。
出しを概略的に示す。ムーヴィモードにおいては、全ホ
トダイオードの蓄積電荷をほぼ同時に読み出す。ただ
し、完全に同時に読み出すと、各色を分離した状態で電
荷混合ができないため、タイミングをずらして同一色の
信号電荷を混合できるようにする。
【００２８】たとえば、まず１行置きの緑色フィルタＧ
の下のホトダイオードから蓄積電荷を読み出し、混合し
た後一方の緑色フィルタ下の位置に配置する。この状態
においては、各ＶＣＣＤにおいて、画素４行当り１つの
電荷がＶＣＣＤに配置されている。続いて、残りの行の
ホトダイオードＰＤから蓄積電荷を読み出し、緑色の電
荷に挟まれた２つの電荷の電荷混合を行なう。各列に関
しては、青色フィルタか赤色フィルタの同一色のフィル
タが配置されているため、同一色の信号電荷を混合する
ことができる。従って、１列毎に交互に変化する青色信
号と赤色信号が得られる。このようにして、画素４行当
り、すなわちＶＣＣＤの電極８つ当り２個の信号電荷が
配置されるため、これらの電荷は同時にＶＣＣＤ内を転
送することができる。このようにして、全ホトダイオー
ドの蓄積電荷を時間Ｔで読み出すことができる。
の下のホトダイオードから蓄積電荷を読み出し、混合し
た後一方の緑色フィルタ下の位置に配置する。この状態
においては、各ＶＣＣＤにおいて、画素４行当り１つの
電荷がＶＣＣＤに配置されている。続いて、残りの行の
ホトダイオードＰＤから蓄積電荷を読み出し、緑色の電
荷に挟まれた２つの電荷の電荷混合を行なう。各列に関
しては、青色フィルタか赤色フィルタの同一色のフィル
タが配置されているため、同一色の信号電荷を混合する
ことができる。従って、１列毎に交互に変化する青色信
号と赤色信号が得られる。このようにして、画素４行当
り、すなわちＶＣＣＤの電極８つ当り２個の信号電荷が
配置されるため、これらの電荷は同時にＶＣＣＤ内を転
送することができる。このようにして、全ホトダイオー
ドの蓄積電荷を時間Ｔで読み出すことができる。
【００２９】次に、電荷混合するホトダイオードの組合
せを２行変えて同様の電荷読み出し、転送を行なう。す
なわち、緑色フィルタ下のホトダイオードに関してはＧ
１＋Ｇ２に変え、Ｇ２＋Ｇ３の電荷を混合し転送する。
同様に青色フィルタ、赤色フィルタ下のホトダイオード
から読み出した電荷信号に関しては、Ｂ２＋Ｂ３および
Ｒ２＋Ｒ３の電荷を混合する。
せを２行変えて同様の電荷読み出し、転送を行なう。す
なわち、緑色フィルタ下のホトダイオードに関してはＧ
１＋Ｇ２に変え、Ｇ２＋Ｇ３の電荷を混合し転送する。
同様に青色フィルタ、赤色フィルタ下のホトダイオード
から読み出した電荷信号に関しては、Ｂ２＋Ｂ３および
Ｒ２＋Ｒ３の電荷を混合する。
【００３０】このように、混合すべき電荷を２行分ずら
すことにより、インターレース方式の電荷信号を得るこ
とができる。各電荷読み出しにおいて、全ホトダイオー
ドの蓄積電荷が読み出されるため、各ホトダイオードに
ついての電荷蓄積時間はＴとなり、スチルモードの時の
半分になる。従って、動解像力が向上する。
すことにより、インターレース方式の電荷信号を得るこ
とができる。各電荷読み出しにおいて、全ホトダイオー
ドの蓄積電荷が読み出されるため、各ホトダイオードに
ついての電荷蓄積時間はＴとなり、スチルモードの時の
半分になる。従って、動解像力が向上する。
【００３１】以下、図２〜図５を参照し、スチルモード
の電荷読み出しとムーヴィモードの電荷読み出しをより
詳細に説明する。図２を参照してスチルモード動作を説
明する。図２（Ａ）は、ＶＣＣＤ電極の構造を概略的に
示す。ＶＣＣＤの電極は、ホトダイオード４行を１単位
とし、各ホトダイオード上に２本の電極が配置される。
従って、８電極が１組となって配置されている。これら
の８電極に制御信号φＶ１〜φＶ８が印加される。
の電荷読み出しとムーヴィモードの電荷読み出しをより
詳細に説明する。図２を参照してスチルモード動作を説
明する。図２（Ａ）は、ＶＣＣＤ電極の構造を概略的に
示す。ＶＣＣＤの電極は、ホトダイオード４行を１単位
とし、各ホトダイオード上に２本の電極が配置される。
従って、８電極が１組となって配置されている。これら
の８電極に制御信号φＶ１〜φＶ８が印加される。
【００３２】ホトダイオードＰＤからの電荷読み出し
は、ＶＣＣＤの奇数番目の電極に印加される制御信号φ
Ｖ１、φＶ３、φＶ５、φＶ７によって制御される。φ
Ｖ１とφＶ５は緑色フィルタ（Ｇ）下に配置されたホト
ダイオードＰＤからの電荷読み出しを制御し、φＶ３と
φＶ７は赤色フィルタ（Ｒ）および青色フィルタ（Ｂ）
下のホトダイオードＰＤからの電荷読み出しを制御す
る。
は、ＶＣＣＤの奇数番目の電極に印加される制御信号φ
Ｖ１、φＶ３、φＶ５、φＶ７によって制御される。φ
Ｖ１とφＶ５は緑色フィルタ（Ｇ）下に配置されたホト
ダイオードＰＤからの電荷読み出しを制御し、φＶ３と
φＶ７は赤色フィルタ（Ｒ）および青色フィルタ（Ｂ）
下のホトダイオードＰＤからの電荷読み出しを制御す
る。
【００３３】また、一旦電荷を読み出した後はこれら８
本の電極が１組となり、所定パターンの電圧を印加する
ことにより、読み出した信号電荷ＶＣＣＤ下方に転送す
る。図２（Ｂ）は、スチルモードの電荷読み出しを概略
的に示す。Ａフィールドにおいては、タイミングＴ１Ａ
において電極φＶ３に読み出し信号が印加され、青色フ
ィルタ（Ｂ）および赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオ
ードＰＤからＶＣＣＤに電荷を読み出す。
本の電極が１組となり、所定パターンの電圧を印加する
ことにより、読み出した信号電荷ＶＣＣＤ下方に転送す
る。図２（Ｂ）は、スチルモードの電荷読み出しを概略
的に示す。Ａフィールドにおいては、タイミングＴ１Ａ
において電極φＶ３に読み出し信号が印加され、青色フ
ィルタ（Ｂ）および赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオ
ードＰＤからＶＣＣＤに電荷を読み出す。
【００３４】読み出した電荷を電極φＶ４とφＶ５下に
移動させた後、電極φＶ１に読み出し電圧を印加し、緑
色フィルタ（Ｇ）下のホトダイオードＰＤから蓄積電荷
をＶＣＣＤに読み出す。
移動させた後、電極φＶ１に読み出し電圧を印加し、緑
色フィルタ（Ｇ）下のホトダイオードＰＤから蓄積電荷
をＶＣＣＤに読み出す。
【００３５】このようにして、ＶＣＣＤに交互に緑色信
号電荷（Ｇ）と青色信号電荷（Ｂ）または赤色信号電荷
（Ｒ）が読み出される。これらの信号電荷はＶＣＣＤを
下方に転送され、緑色信号電荷（Ｇ）はＨＣＣＤ１に、
赤色信号電荷（Ｒ）および青色信号電荷（Ｂ）はＨＣＣ
Ｄ２に転送される。
号電荷（Ｇ）と青色信号電荷（Ｂ）または赤色信号電荷
（Ｒ）が読み出される。これらの信号電荷はＶＣＣＤを
下方に転送され、緑色信号電荷（Ｇ）はＨＣＣＤ１に、
赤色信号電荷（Ｒ）および青色信号電荷（Ｂ）はＨＣＣ
Ｄ２に転送される。
【００３６】Ｂフィールドにおいては、タイミングＴ１
Ｂにおいて、電極φＶ７に読み出し電圧が印加され、青
色フィルタ（Ｂ）および赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダ
イオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出す。読み
出した電荷を電極φＶ８とφＶ１下に転送した後、電極
φＶ５に読み出し電圧を印加し、緑色フィルタ（Ｇ）下
のホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出
す。
Ｂにおいて、電極φＶ７に読み出し電圧が印加され、青
色フィルタ（Ｂ）および赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダ
イオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出す。読み
出した電荷を電極φＶ８とφＶ１下に転送した後、電極
φＶ５に読み出し電圧を印加し、緑色フィルタ（Ｇ）下
のホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出
す。
【００３７】このようにして、Ｂフィールドについても
同様に、緑色信号電荷（Ｇ）と青色信号電荷（Ｂ）また
は赤色信号電荷（Ｒ）を交互に読み出し、ＶＣＣＤを下
方に転送し、ＨＣＣＤ１およびＨＣＣＤ２に転送する。
同様に、緑色信号電荷（Ｇ）と青色信号電荷（Ｂ）また
は赤色信号電荷（Ｒ）を交互に読み出し、ＶＣＣＤを下
方に転送し、ＨＣＣＤ１およびＨＣＣＤ２に転送する。
【００３８】図３は、スチルモードにおいてＶＣＣＤお
よびＨＣＣＤに印加される制御信号のタイミングチャー
トを示す。図３（Ａ）は、Ａフィールドの制御信号を示
し、図３（Ｂ）は、Ｂフィールドの制御信号を示す。な
お、電極φＶ２とφＶ６には同一の制御信号が印加さ
れ、φＶ４とφＶ８にも同一の制御信号が印加される。
よびＨＣＣＤに印加される制御信号のタイミングチャー
トを示す。図３（Ａ）は、Ａフィールドの制御信号を示
し、図３（Ｂ）は、Ｂフィールドの制御信号を示す。な
お、電極φＶ２とφＶ６には同一の制御信号が印加さ
れ、φＶ４とφＶ８にも同一の制御信号が印加される。
【００３９】制御信号は３つのレベルＨ、Ｍ、Ｌを取
り、ＨのレベルはホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに電
荷を読み出す。Ｍの電位はＶＣＣＤ内において電位井戸
を形成し、Ｌの電位はＶＣＣＤ内において電位障壁を形
成する。
り、ＨのレベルはホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに電
荷を読み出す。Ｍの電位はＶＣＣＤ内において電位井戸
を形成し、Ｌの電位はＶＣＣＤ内において電位障壁を形
成する。
【００４０】Ａフィールドの読み出しにおいては、タイ
ミングＴ１Ａにおいて制御信号φＶ３がレベルＨとな
り、図２（Ｂ）に示すように、青色フィルタ（Ｂ）およ
び赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオードＰＤからＶＣ
ＣＤに電荷を読み出す。この時、制御信号φＶ４もＭレ
ベルにあり、読み出された電荷信号は電極φＶ４下にも
分布する。次のタイミングにおいては、制御信号φＶ３
がＭレベルとなり、電極φＶ５もＭレベルとなるため、
読み出された電荷は電極φＶ３、φＶ４、φＶ５の下に
ほぼ均一に分布する。
ミングＴ１Ａにおいて制御信号φＶ３がレベルＨとな
り、図２（Ｂ）に示すように、青色フィルタ（Ｂ）およ
び赤色フィルタ（Ｒ）下のホトダイオードＰＤからＶＣ
ＣＤに電荷を読み出す。この時、制御信号φＶ４もＭレ
ベルにあり、読み出された電荷信号は電極φＶ４下にも
分布する。次のタイミングにおいては、制御信号φＶ３
がＭレベルとなり、電極φＶ５もＭレベルとなるため、
読み出された電荷は電極φＶ３、φＶ４、φＶ５の下に
ほぼ均一に分布する。
【００４１】次のタイミングＴ２Ａにおいては、制御信
号φＶ１がＨレベルとなり、下のホトダイオードＰＤか
らＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出す。すなわち、図２
（Ｂ）に示すように、緑色フィルタ（Ｇ）下の緑色信号
がＶＣＣＤに読み出される。この時、制御信号φＶ３は
Ｌレベルに変化するため、既に読み出されていた青色信
号（Ｂ）および赤色信号（Ｒ）は電極φＶ４とφＶ５の
下に分布する。
号φＶ１がＨレベルとなり、下のホトダイオードＰＤか
らＶＣＣＤに蓄積電荷を読み出す。すなわち、図２
（Ｂ）に示すように、緑色フィルタ（Ｇ）下の緑色信号
がＶＣＣＤに読み出される。この時、制御信号φＶ３は
Ｌレベルに変化するため、既に読み出されていた青色信
号（Ｂ）および赤色信号（Ｒ）は電極φＶ４とφＶ５の
下に分布する。
【００４２】このように、Ａフィールドの電荷を読み出
した後は、各ＶＣＣＤにおいて信号電荷を２つづつＨＣ
ＣＤ１、ＨＣＣＤ２に転送し、ＨＣＣＤ駆動用信号φＨ
１〜φＨ４によってＨＣＣＤ内を水平方向に転送する。
この動作により、パラレル／シリアル変換が行われる。
図３（Ｂ）に示すＢフィールドにおいては、タイミン
グＴ１Ｂにおいて制御信号φＶ７がＨレベルとなり、図
２（Ｂ）に示すように青色フィルタ（Ｂ）、赤色フィル
タ（Ｒ）下のホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電
荷を読み出す。また、タイミングＴ２Ｂにおいては制御
信号φＶ５がＨレベルとなり、緑フィルタ（Ｇ）下のホ
トダイオードから信号電荷をＶＣＣＤに読み出す。ＶＣ
ＣＤ内およびＨＣＣＤ内の電荷転送はＡフィールドの場
合と同様である。
した後は、各ＶＣＣＤにおいて信号電荷を２つづつＨＣ
ＣＤ１、ＨＣＣＤ２に転送し、ＨＣＣＤ駆動用信号φＨ
１〜φＨ４によってＨＣＣＤ内を水平方向に転送する。
この動作により、パラレル／シリアル変換が行われる。
図３（Ｂ）に示すＢフィールドにおいては、タイミン
グＴ１Ｂにおいて制御信号φＶ７がＨレベルとなり、図
２（Ｂ）に示すように青色フィルタ（Ｂ）、赤色フィル
タ（Ｒ）下のホトダイオードＰＤからＶＣＣＤに蓄積電
荷を読み出す。また、タイミングＴ２Ｂにおいては制御
信号φＶ５がＨレベルとなり、緑フィルタ（Ｇ）下のホ
トダイオードから信号電荷をＶＣＣＤに読み出す。ＶＣ
ＣＤ内およびＨＣＣＤ内の電荷転送はＡフィールドの場
合と同様である。
【００４３】次に、図４および図５を参照して、ムーヴ
ィモードの動作を説明する。図４は、緑色フィルタ
（Ｇ）と赤色フィルタ（Ｒ）を含む列を例に取り、この
列内での電荷読み出しおよび電荷転送を時間の経過に沿
って示す模式図である。図５は、図４に示すような動作
をさせるための制御信号のタイミングチャートである。
なお、両図において、ｔはタイミングを示す。
ィモードの動作を説明する。図４は、緑色フィルタ
（Ｇ）と赤色フィルタ（Ｒ）を含む列を例に取り、この
列内での電荷読み出しおよび電荷転送を時間の経過に沿
って示す模式図である。図５は、図４に示すような動作
をさせるための制御信号のタイミングチャートである。
なお、両図において、ｔはタイミングを示す。
【００４４】タイミングｔ１においては、図５に示すよ
うに制御信号φＶ３とφＶ７がＨレベルとなり、図４に
示すように１行おきに配置された赤色フィルタ（Ｒ）下
のホトダイオードから蓄積電荷ＶＣＣＤに読み出す。
うに制御信号φＶ３とφＶ７がＨレベルとなり、図４に
示すように１行おきに配置された赤色フィルタ（Ｒ）下
のホトダイオードから蓄積電荷ＶＣＣＤに読み出す。
【００４５】引続くタイミングｔ２〜ｔ７においては、
読み出した赤色電荷を２つづつ組にして電荷混合し、タ
イミングｔ１において偶数番目の電荷が配置されていた
位置に配置する。
読み出した赤色電荷を２つづつ組にして電荷混合し、タ
イミングｔ１において偶数番目の電荷が配置されていた
位置に配置する。
【００４６】次のタイミングｔ８においては、制御信号
φＶ１とφＶ５がＨレベルとなり、緑色フィルタ（Ｇ）
下に配置されたホトダイオードＰＤから蓄積電荷をＶＣ
ＣＤに読み出す。この状態においては、たとえば電荷Ｇ
３とＧ４で示すように、既に混合された赤色電荷Ｒ１＋
Ｒ２、Ｒ３＋Ｒ４の間に２つの緑色電荷Ｇ３、Ｇ４が読
み出されている。
φＶ１とφＶ５がＨレベルとなり、緑色フィルタ（Ｇ）
下に配置されたホトダイオードＰＤから蓄積電荷をＶＣ
ＣＤに読み出す。この状態においては、たとえば電荷Ｇ
３とＧ４で示すように、既に混合された赤色電荷Ｒ１＋
Ｒ２、Ｒ３＋Ｒ４の間に２つの緑色電荷Ｇ３、Ｇ４が読
み出されている。
【００４７】引く続くタイミングｔ９〜ｔ１２において
は、隣接する２つの緑色電荷Ｇ１＋Ｇ２、Ｇ３＋Ｇ４、
Ｇ５＋Ｇ６．．．を電荷混合し、赤色電荷と共に等間隔
に配置する。このようにして、緑色電荷と赤色電荷が交
互に等間隔に配置される。
は、隣接する２つの緑色電荷Ｇ１＋Ｇ２、Ｇ３＋Ｇ４、
Ｇ５＋Ｇ６．．．を電荷混合し、赤色電荷と共に等間隔
に配置する。このようにして、緑色電荷と赤色電荷が交
互に等間隔に配置される。
【００４８】引続くタイミングｔ１３〜ｔ２６において
は、電荷分布を図中左側に引延ばし、右側を縮め、この
動作を繰り返して尺取虫方式で電荷を図中左方向に転送
する。各水平走査期間において、各ＶＣＣＤから２個の
電荷がＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２に転送され、１ＴＶ走査
線を構成する。ＮＴＳＣ方式の場合、約１／６０秒毎に
全ホトダイオードＰＤからの電荷が読み出され、１フィ
ールド分の画像を構成する。
は、電荷分布を図中左側に引延ばし、右側を縮め、この
動作を繰り返して尺取虫方式で電荷を図中左方向に転送
する。各水平走査期間において、各ＶＣＣＤから２個の
電荷がＨＣＣＤ１、ＨＣＣＤ２に転送され、１ＴＶ走査
線を構成する。ＮＴＳＣ方式の場合、約１／６０秒毎に
全ホトダイオードＰＤからの電荷が読み出され、１フィ
ールド分の画像を構成する。
【００４９】なお、緑色フィルタＧと赤色フィルタＲと
を含む列の電荷読み出し、転送を説明したが、隣接する
列上は緑色フィルタＧと青色フィルタＢが配置されてい
る。これらの列の動作に関しては、以上の説明における
赤色を青色と読み替えればよい。
を含む列の電荷読み出し、転送を説明したが、隣接する
列上は緑色フィルタＧと青色フィルタＢが配置されてい
る。これらの列の動作に関しては、以上の説明における
赤色を青色と読み替えればよい。
【００５０】次の１フィールドにおいても、再び全ホト
ダイオードＰＤからの電荷が読み出され、電荷混合の組
合せを２行分ずれして、インターレース方式の信号電荷
を構成する。
ダイオードＰＤからの電荷が読み出され、電荷混合の組
合せを２行分ずれして、インターレース方式の信号電荷
を構成する。
【００５１】ＨＤＴＶ方式のように、１画面における画
素数が多い場合、全画素からの信号電荷を独立に読み出
そうとすると、電荷読み出し、転送に時間がかかるた
め、ムーヴィモードにおける動解像力が低下してしま
う。このような場合、以上説明した実施例のように、全
ホトダイオードからの電荷を読み出し、電荷混合を利用
して電荷転送を行えば、動解像力を向上させることがで
きる。
素数が多い場合、全画素からの信号電荷を独立に読み出
そうとすると、電荷読み出し、転送に時間がかかるた
め、ムーヴィモードにおける動解像力が低下してしま
う。このような場合、以上説明した実施例のように、全
ホトダイオードからの電荷を読み出し、電荷混合を利用
して電荷転送を行えば、動解像力を向上させることがで
きる。
【００５２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自
明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自
明であろう。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ムーヴィモードにおいて各画素についての信号電荷蓄積
時間を短縮し、動解像力を向上させることができる。
ムーヴィモードにおいて各画素についての信号電荷蓄積
時間を短縮し、動解像力を向上させることができる。
【図１】本発明の実施例による単板式カラー固体撮像装
置を示す。図１（Ａ）はフィルタ配列を示す概略平面
図、図１（Ｂ）はデバイス構造を示す概略平面図、図１
（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれスチルモード、モーヴィモー
ドを説明するための概念図である。
置を示す。図１（Ａ）はフィルタ配列を示す概略平面
図、図１（Ｂ）はデバイス構造を示す概略平面図、図１
（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれスチルモード、モーヴィモー
ドを説明するための概念図である。
【図２】スチルモード説明する図である。図２（Ａ）は
ＶＣＣＤ上の電極構造を示す概略平面図、図２（Ｂ）は
スチルモードの電荷読み出しを示す概念図である。
ＶＣＣＤ上の電極構造を示す概略平面図、図２（Ｂ）は
スチルモードの電荷読み出しを示す概念図である。
【図３】スチルモードにおける制御信号のタイミングチ
ャートである。
ャートである。
【図４】ムーヴィモードの電荷読み出し、転送を示す概
念図である。
念図である。
【図５】ムーヴィモードにおける制御信号のタイミング
チャートである。
チャートである。
Ｇ 緑色フィルタ Ｂ 青色フィルタ Ｒ 赤色フィルタ ＰＤ ホトダイオード ＶＣＣＤ 垂直電荷転送路 ＨＣＣＤ 水平電荷転送路 φＶ 制御信号
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に行列状に多数個の光電変
換素子を形成し、かつ列方向の素子数がテレビ有効走査
線の２倍からなる固体撮像装置において、各光電変換素
子から各光電変換素子列に隣接して形成された電荷転送
列に蓄積電荷を読み出し、画像情報を取り出す固体撮像
装置の駆動方法であって、 （４ｎ＋１）行目と（４ｎ＋３）行目（ｎは０または正
の整数）の光電変換素子から同時に蓄積電荷を読み出す
第１読み出し工程と、 読み出した（４ｎ＋１）行と（４ｎ＋３）行の電荷を混
合して第１種の電荷として（４ｎ＋１）行または（４ｎ
＋３）行に配置する第１混合配置工程と、 （４ｎ＋２）行目と（４ｎ＋４）行目の光電変換素子か
ら同時に蓄積電荷を読み出す第２読み出し工程と、 読み出した（４ｎ＋２）行と（４ｎ＋４）行の電荷を隣
接する前記第１種の電荷蓄積部の間にある空ポケットに
混合して第２種の電荷とし、前記隣接する第１種の電荷
の中間に配置する第２混合配置工程と、 前記第１読み出し工程、第１混合配置工程、第２読み出
し工程、第２混合配置工程を２行ずらして行なう工程と
を含む固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項２】 前記固体撮像装置には、１行おきの光電
変換素子上に緑色のフィルタが配置され、残りの光電変
換素子については１列毎に交互に赤と青のフィルタが配
置されている請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項３】 半導体基板と、 半導体基板上に形成され、行列状に配置された多数個の
光電変換素子と、 前記光電変換素子の各列に隣接して前記半導体基板上に
形成され、各行当り２本の電極を有する電荷転送路手段
と、 前記電極を８本１単位として駆動し、任意の１行置きの
光電変換素子の蓄積電荷を読み出し、混合することので
きる駆動回路と、 前記多数個の光電変換素子の上に配置され、１行置きに
行方向に並んで配列された緑色フィルタと残りの光電変
換素子上に１列毎に交互に配置された青色フィルタと赤
色フィルタとを含む固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4299410A JP2978018B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 固体撮像装置とその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4299410A JP2978018B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 固体撮像装置とその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06153083A JPH06153083A (ja) | 1994-05-31 |
| JP2978018B2 true JP2978018B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=17872205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4299410A Expired - Fee Related JP2978018B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 固体撮像装置とその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978018B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0856312A (ja) * | 1994-08-11 | 1996-02-27 | Nec Corp | 固体撮像素子及びその駆動方法 |
| JP4183635B2 (ja) * | 2004-02-16 | 2008-11-19 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1992
- 1992-11-10 JP JP4299410A patent/JP2978018B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06153083A (ja) | 1994-05-31 |
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