JPH01125074A

JPH01125074A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH01125074A
Application number: JP62281991A
Authority: JP
Inventors: Hideki Muto; 秀樹武藤
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1989-05-17
Also published as: US4860326A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、更に詳述すれば高速電子
シャッタ機能を備えたインターライン形ＣＣＤの固体撮
像装置に関する。

（従来技術）最近注目されている固体撮像デバイスの機能のひとつに
電子シャッタがある。これは垂直ブランキング期間に一
度デバイス内の蓄積電荷を揄で、正規の読出しタイミン
グまでの間に再び受光することにより、高速で動いてい
や被写体を正確にとらえることを可能にした機能である
。

一方、固体撮像装置として、マトリクス状に配置された
光電変換素子、垂直転送路、水平転′送路および転送制
御部からなるデバイスは周知である。

このような撮像デバイスは、例えばインターライントラ
ンスファ形ＣＯＤとして構成できる。その場合垂直およ
び水平転送路は、ＣＯＤ転送電極に転送パルスを供給す
るシフトレジスタからなる。

（発明が解決しようとする問題点）処で、このようなインターライントランスファ形の撮像
デバイスに前述の電子シャッタ機能を付加し、特に高速
シャッタ動作を行わせようとすると、高速シャッタによ
る極めて短い露光期間により、光電変換される信号量が
デバイスに生じるスミア量に対して相対的に小さくなり
、その結果、実用画像が得られなかった。

また、別の問題点として、従来のインターライントラス
ファ形のデバイスは、周知のように、信号電荷をフレー
ム蓄積でき、インターレース方式でフレーム画像を読出
すことができるが、電子シャッタ機能が付加されると、
フレーム画像の読出しが出来なくなった。　即ち、従来
デバイスにおいて、インターレース方式で読出す場合、
Ａフィールドの信号を垂直ＣＯＤに転送しかつ垂直ＣＣ
Ｄ内を転送している間にも、Ｂフィールドに割当てられ
た光電変換素子は継続的に受光し、電荷の蓄積を行って
いる。そのため光電変換素子は、垂直ＣＯＤに電荷を転
送する期間を除けば、常に光電変換と電荷蓄積を行って
いる。従って、このようなインターレース方式で信号が
読出されるインターライン形の撮像デバイスに、電子シ
ャッタ機能を付加して特定の露光期間を設定すると、Ａ
フィールドの画像とＢフィールドの画像の間に１７６０
秒だけずれが生じ、動く被写体に対しシャッタ時間を短
くした場合、望ましいフレーム画像が得られなかった。

。云々換えれば、インターライン形のＣＯＤ撮像デバイ
スに電子シャッタ機能を付加した場合、フレーム画像の
読出しが不可能であった。　このため、特に電子スチル
カメラに上記の電子シャッタ機能が付加された固体撮像
装置を適用した場合、フィールド画像しか得られないこ
ととなり、垂直解像度が低下する欠点を有した。

な詔、信号電荷を垂直方向に高速転送してスミアを低減
し、高速シャッタ動作を可能にしたデバイスのひとつに
フレーム・インターライン（ＦＩＴ）形ＣＣＤがある。

しかしながら、このデバイスでは受光部の他に電荷蓄積
部が必要とされ、チップ面積を増大するという欠点があ
った。また、このＦＩＴ形デバイスでも、電子シャッタ
モードではフレーム画像が得られなかった。

本発明の目的は、上記事情に基づいてなされたもので、
電子シャッタ機能を付加したインターライン形ＣＣＤ撮
像デバイスで、高速シャッタが切れる固体撮像装置を提
供することにある。

また本発明の他の目的は、電子シャッタモードでフレー
ム画像を得ることを可能にすることにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）すなわち、本
発明の上記目的は、マトリクス状に配蓋された光電変換
素子、垂直転送路及び水平ｉ送路を含む固体撮像装置に
ふいて、光電変換素子に生じた信号電荷を一斉に垂直転
送路に移すと共に、前記垂直転送路の水平方向に沿った
１行分の信号を水平転送路に移動した後に次の１行分の
信号を択一的に選択して垂直転送する垂直転送制御部を
有することを特徴とする固体撮像装置により達成される
。

即ち、本発明の固体撮像装置では、光電変換素子の信号
が垂直転送路に一斉にフィールドシフトされた後、出力
端に近い側から水平方向に沿った１行分の信号が水平転
送路から読出されるまで、次段以後の信号はそのままの
位置に留っていて垂直転送されない。１行分の信号が水
平転送路から読出された後、択一的に選択された次の１
行分の信号が垂直方向に高速転送されて水平転送路へ読
出される。これにより、垂直転゛送路に一斉にフィール
ドシフトされた各信号電荷は、フィールドシフト直後に
垂直転送路に留っている期間を除けば、実質的に垂直転
送路での滞留時間が短くされてスミアの発生が低減され
る。一方、フィールドシフト直後に垂直転送路に留って
いる期間において、光電変換素子からの光電荷の混入は
対応する画素からだけであり、仮に元の信号量の大きい
画素に強い光が入射してもスミア量としては目立たない
。

一方、スミアとして目立つのは、垂直転送路に移された
小さい信号量の転送セルに、転送中に他画素から大きい
光電荷が混入された場合である。しかし本発明のように
構成すると、前述したように垂直転送が高速で行われる
ため、転送中に他の画素からの影響が回避され、これに
よりスミアの発生が阻止される。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳説する。

第１図の１実施例は、本発明による固体撮像装置の一部
を概略的に示している。図中、２点鎮ｉで囲んだ枠内に
は、マトリクス状に配置された光電変換素子に、この光
電変換素子１の垂直１列毎に付属して該素子の信号電荷
を垂直転送する垂直ＣＣＤ２が示されている。

前記垂直ＣＣＤ２のひとつの端部にはゲート３を介して
信号電荷を水平方向に転送する水平転送路としての水平
ＣＣＤ４が配置されており、前記水平ＣＣＤ４に移され
た水平１行毎の信号電荷は転送電極４１．４２により２
相駆動され、バッファアンプ５を介して読出される。一
方、前記水平ＣＣＤ４と対向する前記垂直ＣＣＤ２の端
部には、水平方向に渚って伸びる排出ドレイン７がゲー
ト６を介して配置されている。

な右、前記光電変換素子になるフォトダイオードＰｄ、
、、ｐｄ、、、・・・Ｐ　ｄ２＋、　　Ｐ　ｄａａ、・
・・は半導体基板の表面部分にｐｎ接合により形成され
ている。夫々のフォトダイオードの間には、垂直方向に
信号電荷を転送するための複数の垂直転送路り、、Ｌ２
・・・・・・が形成され、フォトダイオード群と垂直転
換路Ｌ１．Ｌ２・・・・・・を除く部分（同図中、点線
で囲まれた斜線部分）はチャネルストップ領域となって
いる。

垂直転送路Ｌｌ、Ｌ２・・・・・・の上面には、水平方
向に延びるポリシリコン層から成る腹鼓の転送電極Ｇ　
ｒ、　Ｇ　２．　Ｇ　ｓ、　Ｇ　４．・・・・・・が並
設されて垂直ＣＣＤを形成しており、前記転送電極Ｇ　
１．　Ｇ　２．　Ｇ　ｓ、　Ｇ　４．・・・は垂直転送
制御部８と接続されて後述する所定タイミングに基づく
クロック信号φＡＩ＋　　φｌｌ＊　　φ＾２゜φ。、
・・・φＡ１１　　φｌが印加されるようになっている
。即ち、フォトダイオードＰｄ＋□、Ｐｄ＋□・・・が
並ぶ行に対して２本の転送電極Ｇ、＋、Ｇ＊が対応して
形成され、フォトダイオードＰ　ｄａｄ、　　Ｐ　ｄ２
□。

・・・が並ぶ行に対して２本の転送電極Ｇ３．Ｇ４が対
応して、形成され、以＝下他のフォトダイオード及び転
送電極についても同様の構成となっている。そして、ク
ロック信号φＡ＋＋　　φＢ□、、φＡ２＋　　φ日２
．・・・φａｉ＋　　φｉｔの電圧変化に応じてポテン
シャル井戸を垂直転送路Ｌｌ、Ｌ２・・・に形成させる
ことにより、夫々のフォトダイオードに発生した信号電
荷を出力方向へ転送するようになっている。なお、フォ
トダイオードと垂直転送路Ｌｌ、Ｌ２・・・は夫々トラ
ンスファゲート’ｒ、、、、　Ｔ、、□、・・・Ｔ　、
２１１　’　Ｔ　Ｇ　２２　ｔ　　・・・を介して接続
されている。

次に、本発明の固体撮像装置の動作を第２図のタイミン
グ図と併せて説明する。

電子シャッタが切られると、まずトランスファゲートＴ
ｃ＋　ＩＩ　ＴＧ１２１・・・Ｔａ２ｒ＊　’ｒｃａ２
．・・・を形成する転送電極Ｇ２．Ｇ４．Ｇ６・・・・
・・が転送時よりも高い電圧を印加され、これにより各
フォトダイオードＰｄ＋＋、Ｐｄ＋２．　　・・・Ｐ　
（Ｌ＋、　　Ｐ　ｄ２２．　　・・・の蓄積電荷が垂直
転送路り、、Ｌ２・・・に移される。この蓄積電荷は転
送電極Ｇ　Ｉｓ’　Ｇ　２１　Ｇ　ｓ＊・・・Ｇｔの駆
動により通常のイメージ出力と逆方向、本実施例では上
方向に高速転送されて、所定の電荷掃出期間内に一斉に
排出ドレイン７から掃き捨てられる。一方、前記フォト
ダイオードの正規の信号電荷の蓄積は、前記不要電荷の
掃出−間が終了した時点から始まる。シャッタの開放時
開に・応じて前記信号電荷の蓄積期間は設定され、所定
時間経過後に柊了すや。

そして、この信号電荷は、先きの不要電荷の場合と同様
にトラスファゲートＴＧＩＩＩ　ＴＧＩ２１・・・ＴＧ
２□。

ＴＧ２２．・・・を形成する転送電極Ｇ２．Ｇ、、Ｇ、
・・・に嵩い電圧が印加されて垂直転送路り、、Ｌ、に
移される。前記垂直転送路Ｌ　Ｉｓ　Ｌ’２＊・・・に
移された信号電荷は先きの不要電荷の場合とは異なり、
今度は下方向に高速転送される。この際、本発明の固体
撮像装置では先ず水平ＣＣＤ４に近い出力端の水平方向
に沿った１行分の信号が転送電極Ｇ１の駆動により水平
ＣＣＤ４へ転送される。この間、他の信号電荷は垂直転
送されない。この第１行目の信号電荷が水平ＣＣＤ４か
ら読出された時点で、次段の行が転送電極Ｇ１−２．Ｇ
ｌ−＋、Ｇｌの駆動により垂直転送される。同様にして
３行目以後は前段の行が水平ＣＣＤ４から読出された時
点でｎ相駆動により垂直転送され、全フォトダイオード
の信号電荷が読出される。

第３図は、上述したプロセスのポテンシャル・プロファ
イビレを示している。即ち、垂直ＣＣＤ２の各転送セル
にフィールドシフトされた信号電荷はシ水平ＣＣＤ４に
近い井戸の電荷から水平ＣＣＤ４に読出される。読出し
が実行されている膜量外の転送セルの電荷はそのままの
状態に維持されて転送が行われない。

（発明の効果）以上記載したとおり、本発明の固体撮像装置は、フォト
ダイオードに蓄積された信号電荷が水平ＣＣＤから１行
毎に読出される度に新たな行の垂直転送を行いかつ高速
転送を行っているので、電荷蓄積部が無くても、転送中
に他画素からの光信号の混入が阻止できてスミアの発生
が低減できる。

また、スミアの低減と排出ドレインの設置により、高速
シャッタ動作が可能となる。更に、上述したように１行
毎に垂直転送を行っているので、電子シャッタモードで
もフレーム蓄積によるフレーム画像が得られて、特に電
子スチルカメラに適用されて高解像度の画像が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例による固体撮像装置の構成−
図、第２図は動作を示すタイミング図、第３図はポテン
シャルプロファイルである。１・・・光電変換素子、２・・・垂直ＣＣＤ、３・・・
ゲート、４・・・水平ＣＣＤ、５・・・バッファアンプ
、６・・・ゲート、７・・・排出ドレイン、８・・・垂
直転送制御部。第　　１　　図第　　２　　図ｔ−ｊＳ：１３図

Claims

【特許請求の範囲】１）マトリクス状に配置された光電変換素子、垂直転送
路及び水平転送路を含む固体撮像装置において、光電変
換素子に生じた信号電荷を一斉に垂直転送路に移すと共
に、前記垂直転送路の水平方向に沿った１行分の信号を
水平転送路に移動した後に次の１行分の信号を択一的に
選択して垂直転送する垂直転送制御部を有することを特
徴とする固体撮像装置。２）水平転送路と対向する垂直転送路の端部にゲートを
介して排出ドレインを設けていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置。３）不要電荷が排出ドレインを介して排出され、信号電
荷が水平転送路を介して読出されることを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項に記載の固体撮像装置
。４）垂直転送路は垂直ＣＣＤにより、また水平転送路は
水平ＣＣＤにより設けられていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置。