JPH027779A - 固体撮像装置 - 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］ 本発明は電荷転送撮像索子と使用したビデオカメラ等の
固体撮像装置に関し、特に高速電子シャッター機能を有
する固体撮像装置に関する。

［従来の技術］ 近時、ビデオカメラにおいては、電荷転送撮像素子を使
用していることを活用して、動きが速い被写体を撮影し
た場きでも画像ブレがないスロー・スチル再生が可能な
“高速電子シャッター”機能が付加されている。そして
、この技術が取り込まれたフレーム・インターライン転
送方式撮像素子が報告されている（掘屑；テレビジョン
学会技術報告ＥＤ８７−９）。

第３図は従来の二次的高速シャッターを行なうフレーム
・インターライン転送方式撮像素子の精造を示す模式図
である。光電変換領域２０１は２次元のマトリクス状に
配列されており、光電変換領域垂直転送ＣＣＤ　２０３
は信号読み出しゲート２０２を介して光電変換に！、域
２０１と一対一の関係で配置されている。光電変換領域
垂直転送ＣＣＤ　２０３は転送ゲート２０４を介して夫
々メモ９部垂直転送ＣＣＤ　２０５に接続されている。

メモリ部垂直転送ＣＣＤ　２０５の最終段は水平転送Ｃ
ＣＤ　２０６に接続され、更に水平転送ＣＣＤ　２０６
は出力アンプ２０７に接続されている。電荷吸収ドレイ
ン２０９は水平転送ＣＣＤ　２０６と反対の光電変換領
域垂直転送ＣＣＤ２０３の入力側に設けられている。　
２１０ａ乃至２１０ｄは光電変換領域垂直転送ＣＣＤ　
２０３のクロックパルス印加端子、２１１は転送ゲー１
−２０４のパルス印加端子、２１２ａ乃至２１２ｄはメ
モリ部並直転送ＣＣＤ２０５のクロックパルス印加端子
、２０８は出力端子である。

次に、高速電子シャッターの動作原理を第３図と第４図
を使用して説明する。先ず、框直チ、■線期間の最初に
、信号読み出しゲー１−２０２に信号読み出しパルスＰ
＋　　（これを第１の読出しパルスとする）を印加し、
光電変換領域２０１に蓄積されている電荷を光電変換領
域垂直転送ＣＣＤ　２０３に読み出す。この動作によっ
て光電変換領域２０１はリセットされる０次に、光電変
換領域垂直転送ＣＣＤ２０３に読み出された電荷を通常
の動作とは反対の方向、つまり光電変換領域垂直転送Ｃ
ＣＤ２０３の入力側の吸収トレイン２０９の方向へ高速
垂直転送パルスによって逆転送を行ない、電荷吸収ドレ
イン２０９を介して電荷転送撮像素子の外部へ不要電荷
として排出する。更に、高速垂直転送終了後、第１の読
み出しパルスＰＬが印加された後の垂直帰線期間に、再
び信号読み出しゲート２０２に信号読み出しパルスＰ２
　　（これを第２の読み出しパルスとする）を印加し、
第１の読み出しパルスＰ１が印加されて光電変換領域２
０１がリセットされた後に、光電変換領域２０１に蓄積
された電荷を光電変換部垂直転送ＣＣＤ　２０３に転送
した後いっせいにメモリ部垂直転送ＣＣＤ　２０５に取
り込む。

そして、メモリ部垂直転送ＣＣＤ　２０５に取り込まれ
た電荷は、通常動作に基づいて、メモリ部垂直転送ＣＣ
Ｄ　２０５から順次−水平列ずつ水平転送ＣＣＤ　２０
６内を転送され、出力アンプ２０７より順次信号電圧と
して出力される。以上の動作をくり返すことにより、高
速電子シャッター動作を行っている。

［発明が解決しようとする課！］ しかしながら、上述した従来の高速電子シャッター駆動
固体撮像装置は高速シャッター駆動時、通常動作での数
１０分の１の光信号しか、受光しないために、再生画像
が不連続となる欠点がある。

このため、従来は通常動作のカメラで撮像した画像を放
映した後、別の位置で高速シャッターで駆動していたカ
メラの録画映像を録画画像（リプレイ）で放映している
。従ってカメラが２台必要であり同じ位置からの画像を
撮影できないという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
通常動作の画像信号と高速シャッター動作の画像信号を
同時に並列に出力できるようにした固体撮像装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る固体撮像装置は、光電変換領域垂直ＣＣＤ
に対して、メモリ部として第１．第２の２系列の垂直転
送ＣＣＤが設けられている。これらのメモリ部の第１及
び第２の垂直転送ＣＣＤのビット数は光′電変換領域垂
直ＣＣＤのそれと同じとする。

また、メモリ部第１の垂直転送ＣＣＤの転送電極とメモ
リ部第２の垂直転送ＣＣＤの転送電極は互いに分離され
、かつ別々に駆動できるようになっている。メモリ部第
１及び第２の垂直転送ＣＣＤに対しては、夫々別個に第
１及び第２水平転送ＣＣＤが設けられ、これら２列の水
平転送ＣＣＤは夫々別の出力アンプに接続されている。

［作用］ このような構成として、通常動作時の撮像信号電荷をメ
モリ部第１の垂直転送ＣＣＤに転送蓄積し、次いで高速
シャッター動作の信号電荷をメモリ部第２の垂直転送Ｃ
ＣＤに転送蓄積して、これら二系統の信唖電荷を夫々第
１及び第２の水平転送ＣＣＤにより同時に出方信号とし
て得ることができる。即ち１台のカメラから通常動作時
の画像信号と高速シャッター動作時の画像信号が同時に
得られるから、その一方を放映し、他方を録画しておき
、後にその録画画像を放映することが可能となる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。第１図は本発明の実施例のフレーム・インター
ライン転送方式〇ＣＤ撮像装置を示す模式図である。

光電変換領域１０１は例えばフォトダイオードであって
、２次元のマトリクス状に配列されており、光電変換領
域垂直転送ＣＣＤ　１０３は信号読み出しゲート１０２
を介して光電変換領域１０１と一対一の関係で複数本配
置されている。光電変換領域垂直転送ｃ　ＣＤ　１０３
は夫々第１の転送ゲート１０４ａを介してメモリ部第１
の垂直転送ＣＣＤ　１０５ａに、また第２の転送ゲート
１０４ｂを介してメモリ部第２の垂直転送ＣＣＤ　１０
５ｂに接続されている。メモリ部第１の垂直転送ＣＣＤ
　１０５ａの転送電極と、メモリ部第２の垂直転送ＣＣ
Ｄ　１０５ｂの転送電極とは分離形成され、かつ別々に
駆動することができるようになっている。またメモリ部
第１の垂直転送ＣＣＤ１０５ａ及びメモリ部第２の垂直
転送ＣＣＤ　１０５ｂのビット数（段数）は光電変換領
域１０１の列の数、即ち光電変換領域垂直転送ＣＣＤ　
１０３のビット数と同数である。

メモリ部第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ　１０５ａ。

１０５ｂの最終段は夫々第１及び第２の水平転送ＣＣＤ
　１０６ａ、　１０６ｂに接続され、更に２列の水平転
送ＣＣＤ　１０６ａ、　１０６ｂは夫々出力アンプ１０
７ａ、　１０７ｂに接続されている。このアンプ１０７
ａ、　１０７ｂがら個々に２系列の出力信号が得られる
。

１１０ａ乃至１１０ｄは光−Ｅ変換領域垂直ＣＣＤ　１
０３のクロックパルス端子、１ｌｌａ及び１１１ｂは夫
々第１及び第２の転送ゲート１０４ａ、　１０５ａのパ
ルス端子、１１２ａ乃至１１２ｄ、　１１３ａ乃至１１
３ｄは夫々メモリ部第１第２の垂直転送ＣＣＤ　１０５
ａ及び１０５ｂのクロックパルス端子である。

次に、上述の如く構成されるＣＣＤ撮像装置の動作原理
について第１図及び第２図を使用して説明する。

先ず、垂直帰線期間の最初に、信号読み出しゲート１０
２に第１の読み出しパルスを印加し、光電変換領域１０
１に蓄積されている第１の信号電荷（通常動作の画像信
号）を光電変換領域垂直転送ＣＣＤ１０３に読み出す。

この動作によって光電変換領域１０１はリセットされる
。次に、光電変換領域垂直転送ＣＣＤ　１０３に読み出
された電荷は第１の転送ゲート１ｌｌａとメモリ部第１
の垂直転送ＣＣＤ１０５ａのＴＬ極とにパルスを印加し
て高速転送し、メモリ部第１の垂直転送ＣＣＤ　１０５
ａに蓄積する。

次に、この高速垂直転送終了後、垂直帰線期間に信号読
み出しゲート１０２に第２の読み出しパルスを印加し、
第１の読み出しパルスが印加された後に光電変換領域１
０１に蓄積された第２の信号電荷（高速シャッター動作
の画像信号）を光電変換部垂直転送ＣＣＤ　１０３に転
送した後、これを第２の転送ゲー）　１１１ｂとメモリ
部第２の垂直転送ｃｃＤ　１０５ｂの転送電極とにパル
スを印加して高速転送し、メモリ部第２の垂直転送ＣＣ
Ｄ　１０５ｂに蓄積する。

次に通常の動作に従って、メモリ部第１及び第２の垂直
転送ＣＣＤ　１０５ａ、　１０５ｂの信号電荷は同期し
て一水平列ずつ順次水平転送ＣＣＤ　１０６ａ　　１０
６ｂに転送され、更に同時に２つの出力アンプ１０７ａ
。

１０７ｂから２系列の出力信号として取り出される。

以上のようにしてこの実施例によれば、メモリ部に、光
電変換領域垂直転送ＣＣＤ　１０３と同じビット数の二
系統の垂直転送ＣＣＤ　１０５ａ、　１０５ｂを設“け
、且つ夫々に水平転送ＣＣＤ　１０６ａ、　１０６ｂを
設けることによって、通常動作時と高速シャッター動作
時の画像信号を並列的に同時に出力することができる。

なお、メモリ部垂直転送ＣＣＤを二系統設ける点で一見
本発明のものに類似する素子が既に提案されている（掘
屑；　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＤｅｖｉｃｅｓ　Ｖｏｌ、　ＥＤ−３１，Ｎａ７，１
９８４．ｐｐ９０４−９０９）　。

しかしこの素子は、以下の点で本発明のものと明白に異
なる。第１に、この素子はメモリ部の第１、第２の垂直
転送ＣＣＤは光電変換領域垂直転送ＣＣＤのビット数の
半分である。第２に、この素子では光電変換領域垂直転
送ＣＣＤの信号電荷が、奇数行のものはメモリ部第１の
垂直転送ＣＣＤに転送され、偶数行のものはメモリ部第
２の垂直転送ＣＣＤに転送されるという振分は転送が行
われる。そして、これらの振分は転送された信号電荷は
、最終的には合成されて１フレームの画像信号となる。

即ち、この素子は、メモリ部の高密度化技術として提案
されたものであり、動作原理が本発明のものとは全く異
なり、また本発明のように通常動作時と高速シャッター
動作時の信号を並列に出力するという目的はないし、更
にそのような動作もできない。

なお、上述の本発明の実施例はフレーム・インターライ
ン転送方式で説明を行ったが、本発明は光電変換領域と
光電変換領域垂直転送ＣＣＤとが同じ素子であるフレー
ム転送方式にも適用できることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、通常動作の信号と高速電
子シャッター動作の信号を並列に同時に出力することを
可能とした固体撮像装置か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式図、第２図はその動
作を説明するためのタイミングチャート図、第３図は従
来の高速シャッターを行うフレーム・インターライン転
送方式の撮（’Ａ素子を示す模式図、第４図はその動作
を説明するためのタイミングチャート図である。 １０１；光電変換領域、１０２：信号読み出しゲート、
１０３；光電変換領域垂直転送ＣＣＤ、１０４ａ　；第
１の転送ゲート、１０４ｂ　、第２の転送ゲート、１０
５ａ　；メモリ部第１の垂直転送ＣＣＤ、１０５ｂ　、
メモリ部第２の垂直転送ＣＣＤ、１０６ａ　；第１の水
平転送ＣＣＤ、１０６ａ　；第２の水平転送ＣＣＤ、１
０７ａ；第１の出力アンプ、１０７ｂ　、第２の出力ア
ンプ、１０８ａ　；第１の出力端子、１０８ｂ　、第２
の出力端子、１１０ａ、　１１０ｂ、　１１０ｃ、　１
１０ｄ　；光電変換領域垂直転送ＣＣＤパルス印加端子
、１ｌｌａ　；第１の転送ゲートパルス印加端子、１１
１ｂ；第２の転送ゲート、１１２ａ。 １１２ｂ、　１１２ｃ、　１１２ｄ；メモリ部第１の垂
直転送ＣＣＤパルス印加端子、１１３ａ、　１１３ｂ、
　Ｌ１３ｃ、　１１３ｄ　；メモリ部第２の垂直転送Ｃ
ＣＤパルス印加端子１０１　光を変秩砿ハ １０２°信４Ｉ克と出し升ト １０４Ｑ：第１の軟式ゲート １０４ｂ　　第２の軒Ｕ！γ−ト １０６ｂ：′Ｍ２の水平に迄ＣＣＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元のマトリクス状に配列された光電変換領域
   と、この光電変換領域の各列に対応して配置されている
   複数本の光電変換領域垂直転送ＣＣＤと、各光電変換領
   域垂直転送ＣＣＤの最終段に第１及び第２の転送ゲート
   を介して夫々接続され互いに独立に駆動できるように転
   送電極が分離形成され前記光電変換領域垂直転送ＣＣＤ
   と同じ転送段数のメモリ部第１の垂直ＣＣＤ及びメモリ
   部第２の垂直ＣＣＤと、これらのメモリ部第１及び第２
   の垂直転送ＣＣＤを転送された信号電荷を読出すべく第
   １及び第２の垂直転送ＣＣＤの最終段に２列に並列に配
   置された第１及び第２の水平転送ＣＣＤと、これらの水
   平転送ＣＣＤの夫々の最終段に別々に設けられた出力ア
   ンプとを具備し、垂直帰線期間内で第１の読み出しパル
   スを印加して前記光電変換領域に蓄積されている第１の
   信号電荷を読み出して前記メモリ部第１の垂直転送ＣＣ
   Ｄ部に蓄積し、第２の読み出しパルスを印加して前記第
   １の読み出しパルスが印加されてから前記光電変換領域
   に蓄積された第２の信号電荷を読出して前記メモリ部第
   ２の垂直転送ＣＣＤに蓄積し、その後前記メモリ部第１
   の垂直転送ＣＣＤに蓄積された信号電荷と前記メモリ部
   第２の垂直転送ＣＣＤに蓄積された信号電荷を夫々前記
   第１及び第２の水平転送ＣＣＤにより並列に読出し同時
   に２系列の出力信号を得るようにしたことを特徴とする
   固体撮像装置。