JPH01179578A - 固体撮像素子およびその駆動方法 - Google Patents

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 本発明は電子シャッタ一方式電子スチルカメラのフレー
ム走査撮影に有効な固体撮像素子およびその駆動方法に
関するものである。

従来の技術 近年、電子スチルカメラの開発が盛んであり、メカシャ
ッターを排除した、電子シャッタ一方式電子スチルカメ
ラに注目が集っている。

以下第３図、第４図を用いて、従来の電子スチルカメラ
に用いる固体撮像素子の１つである、インターラインＣ
０Ｄ（以下ＩＴ−ＣＯＤ）の概要と、電子シャッター動
作撮影を行う時のＩＴ−ＣＯＤの駆動方法について述べ
る。

第３図は、ＩＴ−ＣＯＤの概要を示す図である。

１．２は撮像光を信号電荷に変換し蓄積するフォトダイ
オードであり、フォトダイオード１は第１フィールドの
信号電荷を、フォトダイオード２は第２フィールドの信
号電荷を蓄積する。５は信号電荷を垂直方向に転送する
垂直転送部であり、４段の転送レジスタ６．７，８．９
の集合で形成されている。ただし、フォトダイオード−
単位あたりに対しては２段である。１０．１０’は、フ
ォトダイオード１，２に蓄積した信号電荷を垂直転送部
５に読み出す、読み出しゲートである。１１は水平転送
部であ９２段の転送レジスタ１２．１３の集合で形成さ
れている。転送レジスタ１２．１３にはそれぞれポテン
シャルの段差がつけられており、隣りあう、転送段の信
号電荷は混合しないようにしである。１４はフローティ
ングデイフュージョンアンプと呼ばれる信号電荷取り出
し部である。φＵ１１５．φＵ２１６．φＵ３１７．φ
Ｕ４１８はそれぞれ、垂直転送部の転送レジスタ６゜７
．８．９に駆動電圧を供給する端子であり、である。２
１は、不要電荷掃き出しドレインである。

以上の如きＩ　Ｔ−ＣＯＤを電子シャッタ一方式電子ス
チルカメラに用いる時の動作方法について第４図を用い
て以下に述べる。

ここではフレーム走査撮影についてのみ言及する。

電子シャッタ一方式電子スチルカメラのレリーズスイッ
チがオンになると、イニシャルパルス３゜が発生し、カ
メラ全体のシステムが動作を始め、ＩＴ−ＣＯＤに駆動
電圧を供給する。３１，３２゜３３．３４はそれぞれ、
端子φＵ　１６．φＵ２１６゜φＵ３１７．φＵ４１８
に供給する駆動電圧の波形を示すものである。φＵ　１
６．φＵ２１６．φＵ３１７、φＵ４１８の電圧はイニ
シャルパルス３０発生以前は不定状態である。イニシャ
ルパルス３０発生後、第１の読み出しパルス３６が発生
して読み出しゲート１０が開き、フォトダイオード１に
残留していた残留電荷を垂直転送部６のレジスタ６に読
み込む。読み出しゲート１ｏは、電荷読み出し後閉じる
。読み出された残留電荷は、高速転送パルス３６により
水平転送部１１とは反対方向に高速転送され、不要電荷
掃き出しドレイン２１から放出される。フォトダイオー
ド１では、読み出しゲート１ｏが閉じられた後、第２の
読み出しパルス３７が印加されるまでの期間ｔの開信号
電荷が蓄積される。期間ｔは、被写体光量により変化し
、例えば光量が低ければ、ｔは長くなり、フォトダイオ
ードに蓄積する電荷量を適当な電荷量になるように自動
的に調整する。第２の読み出しパルス３７が印加される
と、信号電荷は垂直転送部６のレジスタ６に読み出され
た後、垂直転送パルス３８により水平転送部１１方向に
順時転送され、水平転送部１１．フローティングデイフ
ュージョンアンプ１４を通り、映像信号として外部に取
り出される。以上は第１フィールドの映像信号の読み出
しである。

引き続き、第２フィールドにおいては第３の読み出しパ
ルス３９が発生して、読み出しゲート１０′が開き、第
１フィールドの信号電荷読み出し、転送期間にフォトダ
イオード２に蓄積した不要電荷をレジスタ８に読み込み
、第１フィールドの場合と同様に高速転送パルス４ｏに
より不要電荷掃き出しドレインから放出する。フォトダ
イオード２では読み出しゲート１０′が閉じられた後、
第４の読み出しパルス４１が印加されるまでの期間（ｔ
と同じ）信号電荷が蓄積された後、読み出しゲート１０
′が開き、垂直転送部６のレジスタ８に読み出され垂直
転送パルス４２により、水平レジスタ方向に転送されて
、第１フィールドの場合と同様の経路をたどり、映像信
号として外部に取り出される。以上は第２フィールドの
映像信号の読み出しである。

以上の第１、及び第２フィールドの映像信号をしかるべ
き信号処理回路を通し、ビデオ信号に変換して記録媒体
（例えば磁気フロッピーディスク）に記録することによ
り、フレーム走査撮影での静止画像を得ることができる
。

なお、電子スチルカメラ全体のシステムは、以上一連の
動作終了後、通常状態（オフ状態）になる。

発明が解決しようとする課題 上記で示したフレーム走査撮影では、第１フィールドの
映像信号と第２フィールドの映像信号の撮影時刻が異る
。詳しく述べると、第２フィールドの映像信号の撮影時
刻は第１フィールドの撮影時刻から１フィールド、即ち
、約１／６０　秒遅れている。これでは、動きのある被
写体を撮影し再生した時、再生画像はブレを伴った静止
画像になり、極めて見苦しいものになる。また、もし第
１゜第２フィールドの信号電荷を垂直転送部５のレジス
タ６．８に１ｍ１時に読み出しても、垂直転送部の転送
レジスタがフォトダイオード１単位に対し２没しかない
ので、第１フィールド、第２フィールドの信号電荷を混
合せずに転送する事は不可能であり、フレーム走査での
撮影はできない。

本発明は上記課題に鑑み、動きのある被写体を撮影し再
生した際、再生画像がプレることなく、明瞭な静止画像
を得ることができる固体撮像素子およびその駆動方法を
提供することを目的とする。

課題を解決するだめの手段 前記問題点を解決するために、本発明は複数の光電変換
機能を有する受光部と、この受光部の信号電荷を垂直方
向に転送する垂直転送部と、第１フィールドの信号電荷
と第２フィールドの信号電荷の転送方向を切り換えるス
イッチと、第１フィールドの信号電荷を水平方向に転送
する第１の水平転送部と、第２フィールドの信号電荷を
蓄積する電荷蓄積部と、第２フィールドの信号電荷を水
平方向に転送する第２の水平転送部とを備え、垂直転送
部は、光電変換素子１単位に対し、少なくとも３段以上
の転送段を有し、電荷蓄積部は、第１の水平転送部を隔
てて垂直転送部側の対称側に位置し、切り換えスイッチ
は、垂直転送部と第１の水平転送部の交点近傍に位置−
し、かつ、第１フィールドの信号電荷の転送方向を第１
の水平転送部側へ、第２フィールドの信号電荷の転送方
向を電荷蓄積部側へ切り換える機能を有する固体撮像素
子であり、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、この固
体撮像素子のすべての受光部に蓄積している電荷を第１
の読み出しパルスで垂直転送部に同時に読み出し、前記
垂直転送部に読み出した電荷を高速転送パルスで固体撮
像素子外部に放出し、第１の読み出しパルス発生後、す
べての受光部に蓄積した信号電荷を第２の読み出しパル
スで垂直転送部に同時に読み出し垂直転送パルスで信号
電荷を混合させる事なく垂直転送部内を第１の水平転送
部方向に転送切り換えスイッチ駆動パルスで切り換えス
イッチを駆動し第１の水平転送部駆動パルスで第１の水
平転送部を駆動し、第２の水平転送部駆動パルスで第２
の水平転送部を駆動するものである。

作　　　用 本発明は上記の構成および駆動方法により、電子シャッ
タ一方式電子スチルカメラのフレーム走査連形でも、フ
ィールド間に時間差のない映像、即ち、プレのない静止
画像を得ることができる。

実施例 第１図、第２図を用いて、本発明の一実施例１について
説明する。

第１図は、本発明の固体撮像素子の概要を示す図である
。１０１，１０２はフォトダイオードであり、フォトダ
イオード１０１は第１フィールド、フォトダイオード１
０２は第２フィールドの信号電荷を蓄積する。１０３は
垂直転送部であり、フォトダイオード−単位あたり３段
のＶラスタ１ｏ４゜１０Ｓ　、　１０Ｓの集合で形成さ
れている。１０７は読み出しゲート、１０Ｂは第１フィ
ールドの信号電荷と第２フィールドの信号電荷を区別す
る切り換えスイッチ、１０９は第１フィールドの信号電
荷を転送する水平転送部であり、２段の転送レジスタ１
１０，１１１で形成されている。１１２は第２フィール
ドの信号電荷を蓄積する電荷蓄積部であり、通常アルミ
膜で遮光しである。１１３は第２フィールドの信号電荷
を転送する水平転送部であり、２段の転送レジスタ１１
４，１１６で形成されている。１１６はフローティング
デイフュージョンアンプである。φＵ１１１７．φＵ２
１１８　。

φＵ３１１９はそれぞれ、垂直転送部のレジスタ１０４
　、１０５　、１０６に駆動電圧を供給する端子であり
、φＨ１１２０，φＨ２１２１，φＨ３１２２゜φＨ４
１２３は、それぞれ第１フィールド、第２フィールドの
水平転送部の転送レジスタ１１ｏ。

１１１．１１４，１１５に駆動電圧を供給する端子であ
る。１２４は、切り換えスイッチ１０８を駆動する駆動
電圧供給端子である。１２６は不要電荷掃き出しドレイ
ンである。

以上の如き構成の固体撮像素子を、電子シャッタ一方式
電子スチルカメラに用いる時の駆動方法について、第２
図を用いて説明する。

電子スチルカメラのレリーズスイッチがオンになるとイ
ニシャルパルス１３０が発生し、カメラ全体のシステム
が動作を始め、本発明の固体撮像素子に駆動電圧を供給
する。１３１，１３２゜１３３はそれぞれ、端子φＵ１
１１７　、φＵ２１１８１φＵ３１１９に供給する駆動
電圧の波形を示すものである。φＵ１１１７．φＵ２１
１８．φＵ３１１９　の電圧は、イニシャルパルス１３
０発生以前は不定状態である。イニシャルパルス１３０
発生後、第１の読み出しパルス１３５が発生して読み出
しゲート１０７が開きフォトダイオード１０１，１０２
に残留していた残留電荷を、垂直転送部１０３のレジス
タ１０４に読み込む。読み出しゲート１ｏ７は、電荷読
み出し後、閉じる。読み出された残留電荷は高速転送パ
ルス１３６により、水平転送部１０９．１１３とは反対
方向に高速転送され、不要電荷掃き出しドレイン１２６
から放出される。

フォトダイオード１０１，１０２では、読み出しゲート
１ｏ７が閉じられた後、第２の読み出しパルス１３７が
印加されるまでの期間ｔの開信号電荷が蓄積される。期
間ｔは被写体光量により変化し、例えば光量が低ければ
先は長くなり、フォトダイオードに蓄積する電荷量を自
動的に調整する。

第２の読み出しパルス１３７が印加されると信号′電荷
は垂直転送部１０３のレジスタ１０４にすべて、同時に
読み出された後、垂直転送パルス１３８によシ各信号電
荷は混合される事なく水平転送部方向に転送される。垂
直転送部１０３を転送されている信号電荷は、第１フィ
ールドの信号電荷と第２フィールドの信号電荷が１Ｈご
とに交互に配列している。この信号列を、切り換えスイ
ッチ１０８で１Ｈごとに切り換えて、第１フィールドの
信号電荷の列と第２フィールドの信号電荷の列に分離す
る。１３４は切り換えスイッチの切り換え信号を示す。

第１フィールドの信号電荷は第１７、イールド用の水平
転送レジスタ１０９内で第１の水平転送部駆動パルス１
３５によシ転送され、フローティングデイフュージョン
アンプ１１６方向に送られた後外部に取シ出され、しか
るべき信号処理回路でビデオ信号に変換され、記録媒体
に記録される。切り換えスイッチ１０８で選択された第
２フィールドの信号電荷列は、第１フィールドの信号電
荷列がすべて外部に取シ出される期間、即ち、１フイ一
ルド期間、電荷蓄積部１１２に読み込まれ、蓄積される
。第１フィールドの信号電荷列がすべて外部に取り出さ
れたら、蓄積されていた第２フィールドの信号列は、第
２フィールド用の水平転送部１１３を第２の水平転送パ
ルス１３６により、フローティングデイフュージョンア
ンプ１１６方向に送られた後、外部に取り出され、信号
処理回路でビデオ信号に変換されて記録媒体に記録され
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、各フ゛オドダイオードか
ら信号電荷をすべて同時に読み出し、垂直転送部では各
信号電荷は混合されることなく転送され、かつ第１フィ
ールドの信号電荷が信号処理されている期間は第２フィ
ールドの信号電荷は１フイ一ルド間、蓄積されていたの
で、その結果、第１フィールドと第２フィールドの映像
の撮像時刻に差のない、１フレームの映像信号の取シ出
しが可能になり、プレのない電子シャ、タ一方式電子ス
チルカメラのフレーム走査撮影が可能になる。

従って、明瞭な静止画像を得ることができ、その効果は
極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固体撮像素子を示す模式図
、第２図は同素子の動作状態を示す信号波形図、第３図
は従来の固体撮像素子を示す模式図、第４図は同素子の
動作状態を示す信号波形図である。 １０１・・・・−・第１フィールド用フオトダイオード
、１０２・・・・・・第２フィールド用フオトダイオー
ド、１０３・・・−・・垂直転送部、１０４　、１０５
　、１０６・・・・・・垂直転送部レジスタ、１０７・
・・・・・読み出しゲート、１０８・・・・・・切り換
えスイッチ、１０９・・・・・・第１フィールド用水平
転送部、１１２・・・・・・第２フィールド信号電荷蓄
積部、１１３・・・・・・第２フィールド用水平転送部
、１１６・・・・・・７０−テイングデ、イアニージョ
ンアンプ、１３０・・・・・・イニシャルパルス、１３
１．１３２，１３３・・・・・・垂直転送部駆動電圧波
形、１３４・・・・・・第１フィールド、第２フィール
ド信号電荷転送方向切り換え信号、１３５・・・・・・
第１の読み出しパルス、１３６・・・・・・高速転送パ
ルス、１３７・・・・・第２の読み出しパルス、１３８
・・・・・・垂直転送部転送パルス。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｌ５
−一−φい １６−−−φＶ２ ／７−−−φＶ３ ２０−ｍ＝φＨｚ （＼　　　　〜　　　　　　　づ　　　　〉区　　　〜
　　）））　　　　づ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換機能を有する複数の受光部と、前記受光
   部の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、第１
   フィールドの信号電荷と第２フィールドの信号電荷を区
   別する切り換えスイッチと、前記第１フィールドの信号
   電荷を水平方向に転送する第１の水平転送部と、前記第
   ２フィールドの信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記
   第２フィールドの信号電荷を水平方向に転送する第２の
   水平転送部とを備え、前記垂直転送部は、前記光電変換
   素子１単位に対し、少なくとも３段以上の転送段を有し
   、前記電荷蓄積部は前記第１の水平転送部を隔てて前記
   垂直転送部側の対称側に位置し、前記切り換えスイッチ
   は、前記垂直転送部と前記第１の水平転送部の交点近傍
   に位置し、かつ、前記第１フィールドの信号電荷の転送
   方向を前記第１の水平転送部側へ、前記第２フィールド
   の信号電荷の転送方向を電荷蓄積部側へ区別する事を特
   徴とする固体撮像素子。
2. （２）光電変換機能を有する複数の受光部と、前記受光
   部の信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、第１
   フィールドの信号電荷と第２フィールドの信号電荷を区
   別する切り換えスイッチと、前記第１フィールドの信号
   電荷を水平方向に転送する第１の水平転送部と、前記第
   ２フィールドの信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記
   第２フィールドの信号電荷を水平方向に転送する第２の
   水平転送部とを備え、前記垂直転送部は、前記光電変換
   素子１単位に対し、少なくとも３段以上の転送段を有し
   、前記電荷蓄積部は前記第１の水平転送部を隔てて前記
   垂直転送部側の対称側に位置し、前記切り換えスイッチ
   は、前記垂直転送部と前記第１の水平転送部の交点近傍
   に位置し、かつ、前記第１フィールドの信号電荷の転送
   方向を前記第１の水平転送部側へ、前記第２フィールド
   の信号電荷の転送方向を電荷蓄積部側へ区別する固体撮
   像素子のすべての受光部に蓄積している電荷を第１の読
   み出しパルスで前記垂直転送部に同時に読み出し、前記
   垂直転送部に読み出した電荷を高速転送パルスで前記固
   体撮像素子外部に放出し、前記第１の読み出しパルス発
   生後、すべての前記受光部に蓄積した信号電荷を第２の
   読み出しパルスで前記垂直転送部に同時に読み出し、垂
   直転送パルスで、前記信号電荷を混合させることなく前
   記垂直転送部内を、前記第１の水平転送部方向に転送し
   、前記切り換えスイッチ駆動パルスで切り換えスイッチ
   を駆動し、前記第１の水平転送部駆動パルスで第１の水
   平転送部を駆動し、第２の水平転送部駆動パルスで第２
   の水平転送部を駆動することを特徴とする固体撮像素子
   の駆動方法。