JPH0417475A

JPH0417475A - Ｃｃｄイメージセンサ

Info

Publication number: JPH0417475A
Application number: JP2119976A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Sekiguchi; 正関口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-22

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は１例えば電子内視鏡等に採用されるフィール
ド・インターライン　トランスファー型のＣＣＤイメー
ジセンサにおける、電子シャッタ動作による静止画像（
フレームフリース像）の撮像時に生じ易い、時間ズレに
よるブレ等の減少のための改良に関する。

（従来の技術）従来、ＣＣＤイメージセンサの電子シャ・ツタモートは
オートライトコントロール（ＡＬＣ）の代用として用い
られている。例えはＣＣＤイメージセンサを用いた電子
内視鏡装置においては、電子ンヤ・ツタを利用する二と
により、その光源部に絞りやヂョッパ等の機械的なｙｌ
ｆｌｌｌか不要になる等の利点が生しる。

電子シャッタの動牛概要を、連続した２フイールドで１
フレームの画像が構成されるフィールドインターライン
・トランスファー型のＣＣＤイメージセンサについて第
１２図に示す。また電子シャ・ツタの動作タイミンクを
第１３図に示す。

通常モートでは、１フイールド（Ｔｎ　）間に感光部１
に蓄積された電荷か、フィールドの切れ目に第１２図（
Ｃ）に示すように垂直転送ＣＣＤ３に転送される（続出
される）。そして、次の１フイールドの第１３図のＶＢ
Ｌか高位の間に、順次。

第１２図（（１）、（ｅ）の動作を繰返し、水平転送Ｃ
ＣＤ２０から出力部２１に転送される。

電子シャッタモードでは、第１３図のＶＦＩのタイミン
グで第１２図（ａ）の動作により、それすてに感光部１
に蓄積された不用電荷を垂直転送ＣＣＤ３に転送し、Ｖ
ＦｌからＶＦ２の間（７３間）に、動作（ｂ）により、
垂直転送ＣＣＤ３から高速て上端トレイン２２に逆転送
され排出される。

そして、このｖ「１〜ＶＦ２間（７３間）に感光部１に
蓄積された電荷が、電子シャッタにより撮像された画像
信号として、次のフィールドの第１３図のＶＢＬが高位
の間に、動作（ｄｌ、　（ｅ）の繰返しにより出力部２
１に転送される。

ところが、垂直転送ＣＣＤ３に前のフィールドの画像信
号が残っているときには、不要電荷の排出は出来ない、
そのため、電子シャッタはフィールドの後部でしか使用
できないことになる。

不用電荷を垂直転送ＣＣＤで逆転送して排出する代わり
に、逆バイアスされた基板にさらに高電圧をかけること
により、基板に排出してしまう、縦型オーバーフロー　
トレインというタイプもあ従来の、このタイプのフィー
ルド　インターライン　トランスファー型ＣＣＤイメー
ジセンサの横断面図を第８図に、また平面図を第１１図
に示す。

素子表面の先シールド９に設けられた穴１０から入射し
た光は、感光部のフォトタイオート１において光電変換
され画像信号電荷として蓄積される。そしてこの蓄積さ
れた電荷が、読出し電極５の電位変化に応じ、垂直転送
ＣＣＤ３に転送される。なお、符号７は素子分離層、８
はＳｉ０２層である。

そして垂直転送ＣＣＤＢから順次、水平転送ＣＣＤ２０
を介し、出力部２１に転送される。

第９図は、第８図のＣＣＤイメージセンサの電荷読出し
の過程を示す電位図であり、第８図の断面ＡＡ〜ＢＢへ
ＣＣに対応じている。

また第１０図は、同じく第８図のＣＣＤイメージセンサ
の電荷読出しの過程を示す読出しパルスの電位図である
。

第８図に示す読出し電極５のタイミングｔ　ｔ　１　。

ｔ、ｔ、２．ｔ、ｔ３における電位変化に応じ、第９図
の動作（ａ）　（ｂ）　（ｃｌに示すように、フォトダ
イオード１に蓄積されていた信号電荷が垂直転送ＣＣＤ
３に転送される。

また、電子シャ・ツタによる短時間撮影を行う時には、
その開始時に、第９図（ｄ）のように、逆バイアスされ
た基板にさらに高電圧をかけることにより、電荷を基板
に排出してしまう。従って、このタイプでは電子シャッ
タの有効期間、即ちシャッタスピードを自由にコントロ
ーｌして゛きるという利点がある。しかし、やはりフィ
ールドの後部でしか使用できない。

〈発明が解決しようとする課題）この様に、連続した２フイールドで１フレームの画像が
構成されるフィールド・インターライン・トランスファ
ー型ＣＣＤイメージ゛センサにおいては、従来、各フィ
ールドの後部でしか電子シャッタモートが使用できなか
った。このため、連続した２フイールドの画像間には、
最大１フィールド近い時間差か生しる。

二の時間差は、動画の連続観察時には問題ないか、静止
画像（フリース（ＩＡ）をフレーム画像で得たい場合に
は、動きの早い被写体だとフレを生じてしまうという問
題かあった。

この発明は、この様な従来の事情に鑑み成されたもので
、連続した２つのフィールドの、先行するフィールドの
後部と、続行するフィールドの前部とて電子シャ・ｌり
を動作させ、フレームフリース像を得ることが可能なＣ
ＣＤイメージセンサを提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この様な目的を達成するために、この発明に係るＣＣＤ
イメージセンサでは、感光部にて光電変換され蓄積された電荷が、読出し電極
（Ｂ）の電位変化により垂直転送ＣＣＤに転送されるＣ
ＣＤイメージセンサにおいて、前記感光部と前記読出し
電極Ｂとの間に、第２の読出し電極（Ａ）と、この第２
の読出し電ＭＡの電位変化に応じ前記感光部の蓄積電荷
が転送保持される読出し用ＣＣＤとを設けて構成してい
る。

（作用）この様な構成を備えたＣＣＤイメージセンサてあれば、
連続した２つのフィールドの、先行するフィールドの後
部で撮像した画像信号の電荷を感光部から第２の読出し
電極Ａの電位変化により読出し用ＣＣＤに転送し、さら
に読出し電１ｉＢにより垂直転送ＣＣＤに転送する。そ
して、続行するフィールドの前部で撮像した信号電荷を
感光部から第２の読出し電極Ａの電位変化により読出し
用ＣＣＤに転送して、前記垂直転送ＣＣＤ内の信号電荷
の転送出力が終了するまで保持することができるように
なる。

こうして、連続した２つのフィールドの、先行するフィ
ールドの後部と、続行するフィールドの前部とで電子シ
ャッタを動（１させ、フレームフリース像を得ることが
可能になる。

従って、フレームを構成する２つのフィールドの画像間
の時間差が少なくなり、フレームフリース時のブしが減
少して高解像度のフリーズ画像が得られるようになる。

そのためフリーズ画像撮影時の失敗等も少なくなる。

（実施例）第１図は、この発明に係る一実施例のフィールド　イン
ターライン　トランスファー型ＣＣＤイメージセンサの
横断面図、また第２図は、同ＣＣＤイメージセンサの立
体図、第７図は、同ＣＣＤイメージセンサの平面図であ
る。

素子表面の光シールド９に設けられた穴１０がら入射し
た光は、感光部のフォトタイオード１において光電変換
され画像信号電荷として蓄積される。そしてこの蓄積さ
れた電荷が、第２の読出し電極（続出し電極Ａ＞４の電
位変化に応じ、読出し用ＣＣＤ２に転送される。さらに
、この読出し用ＣＣＤ２から、読出し電極Ｂ５の電位変
化に応じ、垂直転送ＣＣＤ３に転送される。なお、第１
図及び第２図の符号７は素子分離層、８は５ｉ０２層、
第７図の符号２０は水平転送部、２１は出力部て′ある
。

このように、感光部のフォトタイオート１に蓄積された
信号電荷を読出すＣＣＤが、２段に構成されている。こ
の２段めのＣＣＤは垂直転送ＣＣＤも兼ねるように成さ
ｔしている６また第３図は、この発明に係る一実施例のＣＣＤイメー
ジセンサの電荷読出しの過程を示す電位図、第４図は同
じく電荷読出しの過程を示す読出しパルスの電位図であ
る。

第３図は、第１図中の断面Ａ〜Ｂ〜Ｃの箇所でのポテン
シャルの変化であり、第４図は２つの読出し電極Ａ４、
及びＢ５に加えられる電圧φ１、及びφ２の変化を示す
図である。

これらの図で明らかなように、第３図（ａ）で感光部の
フォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、読出し電
極Ａ４の電位変化により読出し用ＣＣＤ２に転送され〈
第３図の（１））Ｌ、保持される（第３図（ｃｌ）、さ
らに、読出し電極Ｂ５の電位変化に応じて垂直転送ＣＣ
Ｄ３に転送される（第３図の（ｄ）及び（ｅ））。

また、を子シャッタは、通常、逆バイアスされたφ３に
さらに高電圧をかけることにより、フォトダイオード１
に蓄積された電荷を基板に排出することにより行われる
。

第５図は１通常観察時の電子シャッタ、及び２つの読出
し電極Ａ（φ１）４とＢ（φ２）５の動作を示す図であ
る。

電子シャ・ツタは各フィールドの後部で動作し、各フィ
ールドで同様のタイミングでフォトダイオードからｔＲ
が読出され、転送される。

第６図は、フし−ムラリース時の電子シャッタ、及び２
つの読出し電ＴｈＡ（φ１）４とＢ（φ２）５の動作を
示す図である。

第１段目読出し電極Ａ（φ１）４の電位変化により動作
する読出しＣＣＤ２は、電荷を一時保持する働きをし、
電子シャッタは、先行するフィールドの後部と、続行す
るフィールドの前部とで連続して動作する。

即ち、連続した２つのフィールドの、先行するフィール
ドの後部で撮像した画像信号の電荷は、感光部１から第
２の読出しｔ極Ａ４の電位変化により読出し用ＣＣＤ２
に転送され、さらに読出しｔ極Ｂ５により垂直転送ＣＣ
Ｄ３に転送される。

そして、続行するフィールドの前部で撮像した信号！荷
は、感光部１から第２の読出し電極Ａ４の電位変化によ
り読出し用ＣＣＤ２に転送され、前記垂直転送ＣＣＤＢ
内の信号電荷の転送出力が終了するまで保持される。

また、電子シャッタの開口時間は、１６．６７ｍ５ｅｃ
以下で任意に選ぶことが可能である。

［発明の効果コ以上詳細に説明したように、この発明に係るＣＣＤイメ
ージセンサによれば、連続するフィールドの後部と前部
とで電子シャッタを動作させるので、フレームを構成す
る２つのフィールドの画像間の時間差が極度に少なくな
り、動きの早い被写体でもブし等が生じ難くなる。こう
して、フレームフリーズ像の分解能、解像度か向上し、
フリーズ画像撮影での失敗も少なくなる。

従って、この種のＣＣＤイメージセンサを適用した、例
えば電子内視鏡では検査の時間が短くなり、患者や操作
者の負担等が減少するという効果か得られる。さらに、
電子内視鏡の光源部では、絞り、ヂョッペ等が不要にな
るので、ｎ４成が簡素化する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る一実施例のフィールドインター
ライン　トランスファー型ＣＣＤイメージセンサの横断
面図、第２図は同ＣＣＤイメージセンサの立体図、第３
図は同ＣＣＤイメージセンサの電荷読出しの過程を示す
電位図、第４図は同ＣＣＤイメージセンサの電荷読出し
の過程を示す読出しパルスの電位図、第５図は同ＣＣＤ
イメージセンサの通常観察時の電子シャッタの動作を示
す図、第６図は同しくフレームフリーズ時の電子ンヤッ
タの動作を示す図、第７図は同ＣＣＤイメージセンサの
平面図、第８図は従来の縦型オーバーフロー・トレイン
タイプのフィールド　インターライン　トランスファー
型のＣＣＤイメージセンサの横断面図、第９図は第８図
のＣＣＤイメージセンサの電荷読出しの過程を示す電位
図、第１０図は第８図のＣＣＤイメージセンサの電荷読
出しの過程を示す読出しパルスの電位図、第１１図は第
８図のＣＣＤイメージセンサの平面図、第１２図は従来
の高速道転送による電子シャッタを有する同型ＣＣＤイ
メージセンサの電子ンヤッタの動作概要を示す図、第１
３図は第１２図の電子シャッタのタイミングを示す図で
ある。１−・・感光部（フォトダイオード（ｎ））２・・・読
出し用ＣＣＤ　（ｎ＋）３・・・垂直転送ＣＣＤ　（ｎ＋）４・・・読出し電極Ａ　　　５・・・読出し電極Ｂ６・
・・転送電極　　　　　７・・・素子分離層（ｐ＋）８
−・・５ｉ０２　　９・・光シールド　１ｏ・穴２０・
・・水平転送ＣＣＤ　　２１　　・出力部２２・・・上
端ドレイン φ。 φ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）感光部にて光電変換され蓄積された電荷が、読出
し電極の電位変化により垂直転送ＣＣＤに転送されるＣ
ＣＤイメージセンサにおいて、前記感光部と前記読出し電極との間に、第２の読出し電
極と、この第２の読出し電極の電位変化に応じ前記感光
部の蓄積電荷が転送・保持される読出し用ＣＣＤとを設
けたことを特徴とするＣＣＤイメージセンサ。