JPH0191579A - 固体撮像素子 - 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） 本発明は固体撮像素子に関し、更に詳述すれば電子シャ
ッタ機能を付加したＣＣＯ型固体撮像素子に関する。

（従来技術） 近年、固体撮像素子の開発は高解像度化だけでなくカメ
ラ機能も付加されるようになってきており、例えば電子
シャッタ機能付き固体撮像素子が試作されている。

電子シャッタは、周知のとおり、受光素子（フォトダイ
オード）の蓄積電荷を一度掃き捨て（クリア）、所定時
間（シャッタが開いている時間）経過した後に信号を読
み出す動作である。

処で、前記電子シャッタと等価な機能を有するために、
感光部外に信号蓄積部を設け、感光部で発生した信号を
高速で信号蓄積部に移すことにより、感光面の継続的な
露光による信号の混入を防ぐものとして、フレーム転送
形固体撮像素子（ＦＴ−ＣＣＤ）がある。

また、他の方法として、インターライン転送形固体撮像
素子（ＩＬ−ＣＯＤ）の感光部外に別途蓄積部を設けて
ＩＬ方式とＦＴ方式を組み合わせたフレーム・インクラ
イン転送（ＦＩＴ）方式ＣＣＤと呼ばれている方法があ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した方法のうち前者では、強い光の
入射に対して転送時にどうしても信号の混入を防ぎきれ
ないという欠点がある。また、逆に極めて短期間の転送
期間に対して充分に長い露光期間がとれない場合、転送
期間中の露光が画質に悪影響を及ぼすという事態も生じ
る。一方、後者の方法では、スミャ、ブルーミングに対
して優れた方式であるが感光部外に蓄積部が必要であり
、チップ面積が大きくなり製造コスト高になるという欠
点を有している。

本発明の目的は、上記事情に鑑みなされたもので、電子
的手段により固体撮像素子に入射する光量を制御し、安
価で信顛度の高いシャッタ機能を有する固体撮像素子を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段および作用）すなわち１
２本発明の上記目的は、マトリクス状に配置されたフォ
トダイオードを水平方向に順次選択し、水平行毎の信号
を垂直転送路及び水平転送路を用いて読出す固体撮像素
子において、互いに所定間隔の時間差でスタートする第
１及び第２の駆動信号により垂直転送路にフィールドシ
フトされた水平１行の信号を少なくとも１水平期間内に
２段以上転送する垂直転送制御部を存し、最初にスター
トする第１の駆動信号により垂直転送路内の信号を水平
転送路とフォトダイオード群に対して反対側に設けられ
た排出ドレインに供給し、第２の駆動信号により垂直転
送路内の信号を読出し方向に転送して蓄積ゲートを介し
て水平転送路より読出すことを特徴とする固体撮像素子
により達成される。

第１及び第２の駆動信号の時間差がシャッタ時間に対応
する。

第１の駆動信号によって、既に、水平行毎に順次選択し
て読出されたフォトダイオードの信号電荷は、１水平期
間内に垂直転送路内を排出ドレイン側電極に掃きよせら
れ、続く水平帰線期間に排出ドレインから排出される。

一方、第１の駆動信号に対して位相のずれた第２の駆動
信号は、既に電荷の掃き捨でか行われ、前記所定時間だ
け電荷の蓄積を行ったフォトダイオードの信号を垂直転
送路に水平１行毎にフィールドシフトし、前記排出ドレ
イン側電極と反対方向の出力側電極に掃きよせ、１水平
期間内に蓄積ゲートに集める。そして、この水平行毎の
信号は続く水平帰線期間に蓄積ゲートから水平転送路へ
転送され、バッファアンプから読出される。

このように、互いに所定時間だけ位相のずれた２つの駆
動信号によりフォトダイオードの水平行を順次選択して
走査することにより、各水平行は所定の限定された期間
だけ光を受けたように動作する。この動作は、いわばフ
ォーカルプレンシャッタを設けた固体撮像素子の動作と
等価である。

（実施例） 本発明の実施例を以下図面により説明する。

第１図は、本発明による固体撮像素子の１実施例を示す
ブロック図である。

図において、固体撮像素子１００は、１つのブロックで
示した感光部１０と、該感光部１ｏの出力端に蓄積ゲー
ト２を介して水平方向に沿って配列された水平転送路３
及びバッファアンプ４と、前記水平転送路３と感光部１
０に対して反対側に設けた排出ドレイン５と、感光部１
０に発生した信号電荷の転送を制御する垂直転送制御部
６と、がら成っている。

前記感光部１０はマトリクス状に配列されたフォトダイ
オード１１と、該フォトダイオード１１の縦１列毎に並
設された垂直転送路１２とからなっている。

なお、図においては、縦１列のフォトダイオード１１と
これに付属の垂直転送路１２だけを簡略的に示している
。

第２図は、本発明の固体撮像素子の要部を拡大した図で
ある。

感光部１０の垂直転送路１２には水平方向に延設された
複数本のポリシリコン製転送電極２１，２２，２３゜２
４が設けられており、前記転送電極は後述するスイッチ
部６ａを含む垂直転送制御部６と接続され、４相駆動さ
れる。

一方、フォトダイオード１１表面は開口されて転送電極
２１〜２４は設けられておらず、また、隣接チャネルと
はチャネル・ストッパ１３により分離されている。

前記スイッチ部６ａは各転送電極毎にドレインを共通に
した２つのスイッチ素子６１．６２が接続されたスイッ
チ群から成っており、各スイッチ素子は垂直シフトレジ
スタ６ｂ又はトランスファゲート走査回路６ｃにより制
御される。

すなわち、例えば第に番目の転送電極２３に接続したス
イッチ素子６１．６２を構成する２つのＭＯＳ　ＦＥＴ
は、１つのＦＥＴのゲートが垂直シフトレジスタ６ｂと
、他方のＦＥＴのゲートがトランスファゲート走査回路
６ｃとそれぞれ接続されている。そして、それぞれのソ
ースには駆動パルス電圧ｖ３及び駆動用電圧より大きな
振幅の転送ゲートパルスＰｃが印加されている。従って
、この第に番目の転送電極２３は垂直シフトレジスタ６
ｂ及びトランスファゲート走査回路Ｂｃからの走査によ
り、スイッチ素子６１゜６２の導通状態が切替わり、転
送電極及び転送ゲートとして作用する０次に、第に一１
番目の転送電極２４には２つのスイッチ素子６１．６２
がドレインを共通にして接続されており、それぞれのゲ
ートは垂直シフトレジスタ６ｂと、ソースは駆動パルス
電圧Ｖ、、　Ｖ、と接続されている。又、第に一２番目
の転送電極２１は先の第に番目の転送電極２３と同様に
転送電極及び転送ゲートとして作用し、１つのスイッチ
素子６１のゲートは垂直シフトレジスタ６ｂと、他方は
トランスファゲート走査回路６ｃに接続されている。

感光部１０の出力側には蓄積ゲート２を介して水平転送
回路３を構成する水平ＣＣＤが設けられている。又水平
転送路３の出力端にはバッファアンプ４が設けられてい
る。また、前記水平転送路３と感光部１０に対して反対
側には図示しない排出ドレインが設けられている。

次に動作について説明する。

１つの水平行に付属したフォトダイオードの電荷、例え
ば第に番、第に一１番目の転送電極２３．２４間に配置
されたフォトダイオード１１に蓄積した電荷は、トラン
ファゲート走査回路６Ｃの走査により、ゲートパルス電
圧ＰＧが第に番目の転送電極２３に供給されて垂直転送
路１２へ読出される。次いで、垂直シフトレジスタ６ｂ
から出力される第１の駆動信号によって、垂直転送路内
の電荷は、Ｉ水平期間内にに＋１番目、に＋２番番目−
＋３番目、・・・・・・・・・の順に転送電極が順次駆
動されて排出ドレイン（図示せず）側電極に掃きよせら
れ、続く水平帰線期間に排出ドレインから読出される。

一方、前記第１の駆動信号に対して位相がずれた第２の
駆動信号は、所定時間が経過して、第１の駆動信号が第
に＋ｒ番目の転送電極に付属のフォトダイオードを走査
した時点で初めて発せられ、まず、読出し側に一番近い
フォトダイオードの信号電荷を垂直転送路１２に移した
後、前記排出ドレインと反対方向の出力側電極に掃きよ
せ、１水平期間内に蓄積ゲート２に集める。そして、信
号電荷は、続く水平帰線期間に蓄積ゲート２から、ＣＣ
Ｏシフトレジスタにより構成される水平転送路３へ供給
され、水平方向に並設された転送電極３１．３２により
、順次付属のバッファアンプ４へ出力される。更に次の
水平期間内に、第１の駆動信号によ第に＋ｒ＋２番目の
転送電極に付属のフォトダイオードの電荷が排出ドレイ
ン側に掃きよセられると共に、所定時間だけ位相が遅れ
た第２の駆動信号により、読出し側に一番近い行の次の
行の信号電荷が垂直転送路に移された後、出力側電極に
掃きよせられて、読出される。このようにして、第１の
駆動信号と第２の駆動信号によって走査される行は、常
時所定間隔を隔てて感光部の全域を出力側から排出ドレ
イン側に向かって走査され、第１の駆動信号によって走
査された行の電荷は排出ドレインに、第２の駆動信号に
よって走査された行の電荷は水平転送路３を介してバッ
ファアンプ４から取り出される。

第３図は、上記の動作を示したタイミング図である。な
お、図では１行当り２本の転送電極が割り当てられて電
荷の転送を行う様子が示しである。

第４図は本発明の他の実施例を示すブロック図で、２つ
の垂直シフトレジスタ１５．１６を設け、１つ１５は従
来どおりの信号読出し走査をし、もう１つ１６は不要電
荷を掃き捨てるための走査をする。

このとき、先きの第１図〜第３図で述べた実施例と同じ
く、電荷の掃き捨て走査してから読出し走査するまでの
時間がシャッタ時間であり、電荷蓄積時間（感度）にな
る。従って、この掃き捨て走査のタイミング（シフトレ
ジスタの動作開始位相）を変える、即ちシャッタ速度を
変えることで感度が調整できる。

（発明の効果） 以上記載したとおり、本発明の固体撮像素子によれば、
所定時間差でスタートする２つの駆動信号により感光部
が走査される構成を有し、第１の駆動信号でフォトダイ
オードの電荷が掃き捨てられ、第２の駆動信号でフォト
ダイオードの信号電荷が読み出されるように設けている
ので、従来チップサイズと略し大きさで電子シャッタ機
能を有する固体撮像素子が得られる。また、垂直転送路
の電荷比少なくとも２段以上の転送レイトで掃き捨て側
或は読出し側に掃き寄せられるため、転送路内に留まる
期間が短かく、スミャ等の発生が少ない固体撮像素子が
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素子のブロ
ック図、第２図は第１図の要部を示した回路構成図、第
３図は第１図の素子の動作を示すタイミング図、第４図
は他の実施例を示す素子のブロック図である。 ２・・・蓄積ゲート、３・・・水平転送路、４・・・バ
ッファアンプ、５・・・排出ドレイン、６・・・垂直転
送制御部、６ａ・・・スイッチ部、６ｂ・・・垂直シフ
トレジスタ、６ｃ・・・トランスファゲート走査回路、
１０・・・感光部、１１・・・フォトダイオード。 第１図 １０ｏ゛Ｉ体糧腺１与 １０　　蟲°′１．軒 １１゛フオトタ゛イオード １２−！−ｉＬ’Ｊλ°慝）ト ２゛　％　＠　＆ｒ−ｙ ３、＋平ｌム゛医Ｈト ４冒′ＩＩ″ツフアアンフ１ ５゛　セ庄蔦ト”レイン ６号＠転医粘嘲鼾 筒４図 弓 第　　３ 手続補正書 １．　事ｒ１の表示 昭和６２年特許願第２４８１３６号 ２、　発明の名称 固体躍像素子 ３、　補正をづる者 事件との関係：　特許出願人 名称＋　（５２０）富士写真フィルム株式会社４、代理
人 住所：〒１００　　東京都千代田区霞が関３丁目２Ｗｒ
５号　霞が関ビル２９階霞が関ヒル内郵便局私円箱第４
９号 栄光特訂’−ｈａ’′。８５乃ｉ ６、　補正の対象：　明細書の「発明の詳細な説明」の
欄７゜　補正の内容：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マトリクス状に配置されたフォトダイオードを水平方
   向に順次選択し、水平行毎の信号を垂直転送路及び水平
   転送路を用いて読出す固体撮像素子において、互いに所
   定間隔の時間差でスタートする第１及び第２の駆動信号
   により垂直転送路にフィールドシフトされた水平１行の
   信号を少なくとも１水平期間内に２段以上転送する垂直
   転送制御部を有し、最初にスタートする第１の駆動信号
   により垂直転送路内の信号を水平転送路とフォトダイオ
   ード群に対して反対側に設けられた排出ドレインに供給
   し、第２の駆動信号により垂直転送路内の信号を読出し
   方向に転送して蓄積ゲートを介して水平転送路より読出
   すことを特徴とする固体撮像素子。