JPH05206439A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH05206439A
JPH05206439A JP4159292A JP15929292A JPH05206439A JP H05206439 A JPH05206439 A JP H05206439A JP 4159292 A JP4159292 A JP 4159292A JP 15929292 A JP15929292 A JP 15929292A JP H05206439 A JPH05206439 A JP H05206439A
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JP
Japan
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solid
state image
channel
ccd channel
pickup device
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JP4159292A
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English (en)
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Jung H Nam
ジュン−ヒュン ナム、
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、垂直CCDの面積効率を高め
て、水平CCDと出力増幅器の駆動周波数を高めること
なく水平解像度を増加させて、高解像度を得ることので
きる固体撮像素子を提供することを目的とする。 【構成】 この発明は、CCD形固体撮像素子におい
て、光ダイオード11a,11bが2列に配列されて構
成された感光部と、感光部から発生した電荷を垂直CC
Dチャンネル17に伝送する伝達ゲート15a,15b
と、伝達ゲート15a,15bを介して伝送された電荷
を駆動パルスにより水平CCDチャンネル19へ伝送す
る垂直CCDチャンネル17と、垂直CCDチャンネル
17から伝送された電荷を出力部へ伝送する水平CCD
チャンネル19と、水平CCDチャンネル19により順
次伝送された電荷量を変換して出力する出力増幅器21
を備えられて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子に関
し、特にインタライン伝送(Inter Line Transfer )方
式のCCD形固体撮像素子における光ダイオードと垂直
CCDチャンネルの構造及び配列を変えて構成すること
により水平解像度を増加させて高解像度を得ることので
きる固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像素子は、光ダイオードに入射す
る光により発生された信号が、伝送電荷結合素子を介し
て検出領域へ伝送されて映像を構成する素子である。現
在の一般的であるビデオ信号処理は、飛越走査(Interl
aced Scanning )方式を使用している。即ち、初め奇数
フィールドでは上から1、3、5…の順で走査し、次に
偶数フィールドでは2、4、6…の順で走査して、1フ
レームが完成されるようになっている。従って、固体撮
像素子は、この規格に合うように上下の光ダイオードの
信号を合わせて出力し、この時偶数フィールドと奇数フ
ィールドで上下の光ダイオード信号を組み合せて出力す
ることにより飛越走査方式を実現するものが一般的であ
る。
【0003】このような電荷伝送結合素子(Charge Cou
pled Device ;以下CCDという)形固体撮像素子にお
いて、1988年11月号のIEEE Transactions on El
ectron Devices(Vol.35,No.11)に発表された“Generati
on Mechanism and Elimination of Fixed Pattern Nois
e in Dual-Channel Horizontal-CCD Register ImageSen
sor”と、1991年のIEEE International Solid Stat
e Circuits Conference,PP.208 〜209 に発表された
“A 1/3−inch 410,000−Pixel CCD Imag
e Sensor with Feedback Field-Plate Amplifier”で提
案された方式によれば、高解像度を得るために多画素化
することにより水平伝送CCDの駆動周波数が高められ
て、駆動回路の能力が不足して伝送効率が低下するよう
になるので、水平CCDの周波数を下げるために2個の
水平CCDを利用して水平CCDを2段にした構成を採
用していた。
【0004】上記参考文献に示すごとく、CCDの電荷
を取り扱う能力の向上と電荷伝送能力の向上及び出力増
幅器の最適化によって多画素化を解決しているが、定め
られた面積内で達成しなければならないという問題点が
あった。また、水平CCDを2段とする場合において
も、2個の水平CCDの特性差異と出力増幅器の特性差
異により、固定パターンの雑音が発生される問題点があ
った。
【0005】図4は、従来の固体撮像素子のインタライ
ン伝送アレーを示す構成図である。
【0006】図4(A)は光ダイオード1の配列と垂直
電荷伝送手段である垂直CCDチャンネル3の位置を示
す配置図である。
【0007】固体撮像素子は、感光部である光ダイオー
ド1に入射された光により各画素に発生された電荷が、
隣に設けられた伝送部である各垂直CCDチャンネル3
へ同時に移動される。伝送部である垂直CCDチャンネ
ル3では2個の電極が設けられ、各電極に所定のパルス
電圧を印加することにより移動電荷を下方向へ矢印のよ
うに伝送させる。この時、下方側へ移動される電荷は、
各垂直CCDチャンネル3から並行して移動するように
なる。この間に、光ダイオード1は次の信号を蓄積する
状態になる。
【0008】垂直CCDチャンネル3の下方側には水平
CCDチャンネル5が設けられてあって、下方側へ移動
された電荷が水平CCDチャンネル5へ伝送された後、
出力アンプ7を介して順次出力される。
【0009】図4(B),同図(C)は、同図(A)に
図示したように構成されてなる固体撮像素子の信号出力
時における画面上の位置と光ダイオード出力との関係を
示す図である。
【0010】光電変換部である光ダイオード1に蓄積さ
れた電荷は、2画素ずつ混合されて奇数フィールド及び
偶数フィールド毎に組み合せが異なるようにして出力さ
れる。例えば、奇数フィールドで52+55、58+6
1の信号を出力すると、偶数フィールドでは55+58
の信号を出力する。これは、フィールド毎に一度ずつ光
ダイオード1の信号が出力されて上下の信号が加えられ
るので、水平方向の解像度を増加させるためには、一定
なチップ面積内に多数の光ダイオードの集積化が要求さ
れるので、光ダイオード1の個数を2倍にしなければな
らない。
【0011】このようにすると、垂直CCDチャンネル
3と光ダイオード1の面積が制限されるという問題点が
あった。また、水平CCDチャンネルの駆動周波数が高
められて、出力時に高周波動作が要求されるという問題
点があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題点を解決するために、光ダイオードと垂直CCDチャ
ンネルの構造及び配列を異なるように構成することによ
り垂直CCDの面積効率を高めて、水平CCDと出力増
幅器の駆動周波数を高めることなく水平解像度を増加さ
せて、高解像度を得ることのできる固体撮像素子を提供
することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、CCD形固体撮像素子において、光
ダイオードが2列に配列されて構成された感光部と、感
光部から発生した電荷を垂直CCDチャンネルに伝送す
る伝達ゲートと、伝達ゲートを介して伝送された電荷を
駆動パルスにより水平CCDチャンネルへ伝送する垂直
CCDチャンネルと、垂直CCDチャンネルから伝送さ
れた電荷を出力部へ伝送する水平CCDチャンネルと、
水平CCDチャンネルにより順次伝送された電荷量を変
換して出力する出力増幅器を備えて構成される。
【0014】
【実施例】以下、この発明を添付の図面を参照して詳細
に説明する。
【0015】図1はこの発明による固体撮像素子の単位
画素の構造を示す図である。
【0016】図1に示す固体撮像素子は、画素と画素間
を分けるためのチャンネルストップ領域13と、チャン
ネルストップ領域13により取り囲まれた光ダイオード
11a、11bと、光ダイオード11a、11bから発
生した電荷を隣に設けられた伝送部である各垂直CCD
チャンネル17へ移動させる伝達ゲート15a、15b
及び伝送部である垂直CCDチャンネル17とで構成さ
れている。
【0017】上記から、光ダイオード11a、11bは
チャンネルストップ領域13により水平方向に分けられ
ており、各々分けられた伝達ゲート15a、15bによ
り両側に隣接するように形成された垂直伝送部である垂
直CCDチャンネル17と結合されている。上記のよう
に、一つの光ダイオード11a、11bを水平方向に分
けて2列に配列し、上記光ダイオード11a、11bか
ら発生された電荷を、両側に各々分けられて形成された
伝達ゲート15a、15bを介して垂直CCDチャンネ
ル17へ伝送する。上記から、領域30、40は互いに
分けられたゲート構造領域を示すもので、上記伝達ゲー
ト15aはゲート構造領域30に含まれ、伝達ゲート1
5bはゲート構造領域40に含まれる。
【0018】図2は、上記図1に示す固体撮像素子の単
位画素の回路図である。
【0019】図2において、感光部である光ダイオード
11a、11bは光の強さに比例する電荷量を発生する
機能を持ち、上記発生された電荷は両側に形成された伝
達ゲート15a、15bを介して両側に形成された垂直
CCDチャンネル17に伝達される。上記垂直CCDチ
ャンネル17は駆動パルスにより光ダイオード11a、
11bから発生された電荷を水平電荷伝送CCDチャン
ネル19へ伝送する役割をする。
【0020】上記伝送部である垂直CCDチャンネル1
7に設けられている電極に所定のパルス電圧を印加する
ことにより、駆動パルスにより垂直CCDチャンネル1
7に移動された電荷を水平CCDチャンネル19へ伝送
させる。この時、移動された電荷は各垂直CCDチャン
ネル17から並行して移動するようになる。この間に、
光ダイオード11a、11bは次の信号を蓄積する状態
となる。上記水平CCDチャンネル19は駆動パルスに
より垂直CCDチャンネル17から伝送された電荷を出
力部21へ伝送する。水平CCDチャンネル19により
順次伝送された電荷量は出力部21により信号電荷量に
比例する電圧に変換されて出力される。
【0021】上記において、伝達ゲート15aはゲート
構造領域30に含まれ、かつ伝達ゲート15bはゲート
構造領域40に含まれているので、上記光ダイオード1
1a、11bの信号、電荷を個別に出力することができ
るようになる。従って、奇数フィールドと偶数フィール
ド伝送時に、一方の光ダイオードの電荷だけを読出して
出力することができる。
【0022】図3(A)は感光部である光ダイオード3
1の配列と垂直電荷伝送部である垂直CCDチャンネル
33の位置を示す配置図である。
【0023】各画素から発生した電荷は、図3(A)に
図示したように、上下の光ダイオード31の信号を組み
合わせて出力し、この時、偶数フィールドと奇数フィー
ルドが読められるように光ダイオード31が分けられて
固定される。即ち、従来の構造では、光ダイオードの信
号が各フィールド毎に一度ずつ出力されて上下の光ダイ
オード信号と加えられるのに対して、この発明によって
改善された構造では、フィールド毎に異なる光ダイオー
ド信号が同時に復調出力することができるので、1フレ
ーム毎に一度ずつ読むことができる。この時、偶数フィ
ールドと奇数フィールドの光ダイオードは各々水平方向
で位置が異なって形成されているので、出力信号は図3
(B)に図示したように出力画面が得られる。
【0024】上述のごとく、この発明は、既存のインタ
ラインCCD形固体撮像素子の構造が光ダイオードと各
光ダイオードに対応する垂直電荷伝送チャンネルの一定
な方向に位置した伝達ゲートにより結合することによっ
て、一つの光ダイオードを水平方向に二つに分けて光ダ
イオードを2列に配列し、2列に配列されて形成された
感光部を垂直CCDチャンネルの両側に配置して、奇数
フィールド信号と偶数フィールド信号の伝送時に、一方
の光ダイオードだけの信号を読めるように光ダイオード
の位置を異なって配置して構成することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、既存の構造で一つの光ダイオードを二つに分けて2
列に配列形成した感光部と、上記光ダイオードを垂直C
CDチャンネルの両側に位置して光ダイオードと垂直C
CDチャンネルの配置を異なって構成することにより、
垂直電荷伝送装置から出力部に到達するまで駆動パルス
の周波数や容量をほとんど変えることなく水平方向の解
像度を増加させて高解像度を得ることができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による固体撮像素子の単位画素の構造
図である。
【図2】図1に示す固体撮像素子の単位画素構造の回路
図である。
【図3】この発明によるインタライン伝送方式構造で光
ダイオードの配列と出力信号が画面上に表現される位置
との関係を示す図である。
【図4】従来のインタライン伝送方式構造の光ダイオー
ドの配列と出力信号が画面上に表現される位置との関係
を示す図である。
【符号の説明】
11a,11b 光ダイオード 13 チャンネルストップ領域 15a,15b 伝達ゲート 17 垂直CCDチャンネル 19 水平CCDチャンネル 30 ゲート構造領域 40 ゲート構造領域

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CCD形固体撮像素子において、 光ダイオードが2列に配列されて構成された感光部と、 感光部から発生した電荷を垂直CCDチャンネルで伝送
    する伝達ゲートと、 伝達ゲートを介して伝送された電荷を駆動パルスにより
    水平CCDチャンネルへ伝送する垂直CCDチャンネル
    と、 垂直CCDチャンネルから伝送された電荷を出力部へ伝
    送する水平CCDチャンネルと水平CCDチャンネルに
    より順次伝送された電荷量を変換して出力する出力増幅
    器とを有することを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 上記感光部は、チャンネルストップ領域
    により分けられてなることを特徴とする請求項1記載の
    固体撮像素子。
  3. 【請求項3】 上記光ダイオードは、垂直CCDチャン
    ネルの両側に位置してなることを特徴とする請求項1記
    載の固体撮像素子。
  4. 【請求項4】 上記光ダイオードと隣接した垂直CCD
    チャンネルは、各々分けられて両側に形成された伝達ゲ
    ートにより結合されてなることを特徴とする請求項1記
    載の固体撮像素子。
  5. 【請求項5】 上記固体撮像素子は、奇数フィールドの
    画素信号と偶数フィールドの画素信号を個別に読み出し
    出力してなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像
    素子。
  6. 【請求項6】 上記固体撮像素子は、偶数フィールドと
    奇数フィールドの画素信号の伝送時において一方の光ダ
    イオードの信号だけを読み出してなることを特徴とする
    請求項1記載の固体撮像素子。
  7. 【請求項7】 上記固体撮像素子は、駆動パルスの周波
    数や容量をほとんど変えることなく水平解像度を増加さ
    せて高解像度を得ることを特徴とする請求項1記載の固
    体撮像素子。
JP4159292A 1991-10-04 1992-06-18 固体撮像素子 Pending JPH05206439A (ja)

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KR1991-17403 1991-10-04
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