JPH07264487A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全感光画素を同時刻に読み出すことができ、
さらに消費電力の低減を図ることが可能な固体撮像装置
を提供する。 【構成】 感光画素１０１、１０２、…が縦方向に配列
された感光画素列と、感光画素列の一方の側面に隣接し
て配置され、各感光画素に対応して２つずつ転送電極１
１１〜１１４が設けられ、信号電荷を第１の方向に転送
する第１の垂直転送ＣＣＤと、感光画素列の他方の側面
に隣接して配置され、各感光画素に対応して２つずつ転
送電極１２１〜１２４が設けられ、信号電荷を与えられ
て第２の方向に転送していく第２の垂直転送ＣＣＤと、
第１の垂直転送ＣＣＤから転送されてきた信号電荷を水
平方向に転送する第１の水平転送ＣＣＤ１４と、第２の
垂直転送ＣＣＤから転送されてきた信号電荷を水平方向
に転送する第２の水平転送ＣＣＤ１１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関わり、
特に１フィールド時間内に１フレーム分の情報の読み出
しが可能な装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＤＴＶ（extended definition televi
sion）システム等のＴＶカメラシステムでは、１フィー
ルド時間内に１フレーム分の画像情報が必要となる。こ
のようなシステムでは、従来は図５に示されるような固
体撮像装置を用いていた。

【０００３】撮像面２１において、光を照射されて信号
電荷を発生し、一時的に蓄積した後出力する感光画素３
１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、…が縦方向に配列さ
れ、この信号電荷を与えられて垂直転送に転送していく
垂直転送ＣＣＤが感光画素３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３
２ｂ、…に隣接して配置されている。このような感光画
素列と垂直転送ＣＣＤとが図中横方向に複数組配置され
ている。

【０００４】撮像面２１の図中下方には、それぞれ１フ
ィールド分の信号電荷を転送していく画像メモリ２２及
び２３が配置されており、さらにその下方には与えられ
た信号電荷を水平方向へ転送する水平転送ＣＣＤ２４が
配置されている。水平転送ＣＣＤ２４の一端には信号電
荷を電圧に変換して電圧信号として外部へ転送する電荷
電圧変換アンプ２５が設けられている。

【０００５】感光画素は、上から順に奇数番目の画素３
１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…と、偶数番目の画素３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ、…が交互に配置されており、先ず奇数
番目の画素３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…において発生し
た信号電荷が垂直転送ＣＣＤ２６へ与えられ、図中下方
へ順次転送されていく。

【０００６】垂直転送ＣＣＤ２６から出力された信号電
荷は、順に画像メモリ２２へ転送されていく。奇数番目
の画素３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…から出力された信号
電荷が全て画像メモリ２２へ与えられると、次に偶数番
目の画素３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、…から出力された信
号電荷が画像メモリ２２へ与えられていき、順に画像メ
モリ２２から２３へと転送されていく。画像メモリ２３
から出力された信号電荷は、水平方向ＣＣＤ２４へ与え
られて水平方向へ転送された後、電荷電圧変換アンプ２
５により電圧信号に変換されて出力される。

【０００７】このように、撮像面２１に隣接して２フィ
ールド分の画像情報を転送できる画像メモリ２２及び２
３を設けたことで、１フィールド時間内に２フィールド
分の信号の出力を可能にしていた。

【０００８】しかし、この従来の固体撮像装置には次の
ような問題があった。

【０００９】第１に、奇数番目の感光画素３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ、…から信号電荷を読み出した後、偶数番目
の画素３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、…から信号電荷を読み
出すため、同時刻において読み出しを行うことができな
かった。このため、奇数番目と偶数番目とで感光画素に
おける露光時間が異なっていた。この結果、奇数ライン
と偶数ラインとで露光時間の異なる画像情報が出力され
ていた。

【００１０】第２に、上述したように垂直転送ＣＣＤ２
６を用いて画像メモリへ信号電荷を転送する動作を１フ
ィールド時間内に２フィールド分繰り返して行う必要が
ある。このため、垂直転送ＣＣＤ２６から画像メモリ２
２及び２３へ高速クロック（一般には、２〜４ＭＨｚ）
を用いて転送しなければならず、多くの消費電力を必要
としていた。

【００１１】第３に、水平転送ＣＣＤ２４において、１
水平期間内に２水平ライン分の信号を転送する必要があ
る。このため、垂直転送ＣＣＤ２６のみならず水平転送
ＣＣＤ２４においても多大な電力を消費していた。

【００１２】次に、従来の他の固体撮像装置の構成を図
６に示す。撮像面２１の上下にそれぞれ１フィールド分
の画像メモリ４２及び４３が配置されており、それぞれ
画像メモリ４２及び４３の上下にさらに水平転送ＣＣＤ
４４及び４６が配置され、水平転送ＣＣＤ４４及び４６
の一端には電荷電圧変換アンプ４５及び４７が設けられ
ている。

【００１３】この装置では、奇数番目の感光画素３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ、…から出力された信号電荷は例え
ば下方の画像メモリ４３へ転送されていき、全ての奇数
番目の感光画素３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…からの信号
電荷が画像メモリ４３へ転送されると、次に偶数番目の
画素３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、…から出力された信号電
荷が上方の画像メモリ４８へと転送されていく。そし
て、上下の画像メモリ４２及び４３からそれぞれ水平転
送ＣＣＤ４４及び４６へ信号電荷が転送された後、電圧
信号に変換されて外部へ出力される。

【００１４】このような構成を備えた従来の装置におい
ても、次のような問題があった。

【００１５】上述した図５に示された装置と同様に、奇
数番目の感光画素３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…から信号
電荷を読み出す動作と、偶数番目の画素３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ、…から信号電荷を読み出す動作とを同時刻
に行うことができず、露光時間が異なっていた。

【００１６】また、垂直転送ＣＣＤ４８を用いて画像メ
モリへ信号電荷を転送する動作を、上下方向に１回ずつ
行う必要がある。よって、垂直転送ＣＣＤ４８において
高速クロックを用いて信号電荷を転送しなければなら
ず、多くの電力を消費していた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
固体撮像装置には奇数ラインの感光画素と偶数ラインの
感光画素とで露光時間が異なり、また消費電力も大きい
という問題があった。

【００１８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、全感光画素を同時刻に読み出すことができ、さらに
消費電力の低減を図ることが可能な固体撮像装置を提供
することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光を照射されて信号電荷を生成し出力する複数の感
光画素が縦方向に配列された感光画素列と、前記感光画
素列の一方の側面に隣接して配置され、各々の感光画素
に対応して２つずつ転送電極が設けられ、前記感光画素
列における奇数番目の前記感光画素から出力された信号
電荷を与えられて第１の方向に転送していく第１の垂直
転送ＣＣＤと、前記感光画素列の他方の側面に隣接して
配置され、各々の感光画素に対応して２つずつ転送電極
が設けられ、前記感光画素列における偶数番目の前記感
光画素から出力された信号電荷を与えられて第２の方向
に転送していく第２の垂直転送ＣＣＤとを撮像面に備
え、この撮像面の上下端のうち一方の端面に隣接して配
置され、前記第１の垂直転送ＣＣＤから転送されてきた
信号電荷を与えられて水平方向に転送する第１の水平転
送ＣＣＤと、前記撮像面の上下端のうち他方の端面に隣
接して配置され、前記第２の垂直転送ＣＣＤから転送さ
れてきた信号電荷を与えられて水平方向に転送する第２
の水平転送ＣＣＤとを備えている。

【００２０】

【作用】奇数番目の感光画素から出力された信号電荷
は、第１の垂直転送ＣＣＤにより第１の方向に転送され
第１の水平転送ＣＣＤにより転送され、偶数番目の感光
画素から出力された信号電荷は、第２の垂直転送ＣＣＤ
により第２の方向に転送され第２の水平転送ＣＣＤによ
り転送される。このように、感光画素列の両側面にそれ
ぞれ配置された第１及び第２の垂直転送ＣＣＤにより奇
数番目の感光画素からの信号電荷と偶数番目の感光画素
からの信号電荷とを転送することにより、奇数ラインと
偶数ラインとで同時刻に読み出し動作を行うことができ
露光時間を同一にすることができる。また、第１及び第
２の垂直転送ＣＣＤと、第１及び第２の水平転送ＣＣＤ
における転送動作は、１フィールド時間内に１フィール
ド分の情報を読み出す通常の周波数を持つ駆動信号を用
いて行うことができ、高周波駆動信号を用いる場合より
も消費電力が低減される。さらに、垂直転送ＣＣＤと水
平転送ＣＣＤとの間に画像メモリを備える必要がないた
め、面積を縮小することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００２２】図１に、本実施例による固体撮像装置の構
成を示す。撮像面１３に、感光画素１０１、１０２、…
が偶数個縦方向に配置されている。ここで、感光画素は
最上部に配置された感光画素１０１を奇数番目とし、最
下部には偶数番目の感光画素１ｎが配置されているもの
とする。

【００２３】縦方向に配置された感光画素１０１、１０
２、１０３、１０４…を有する１列の感光画素列の左右
両側には、それぞれ垂直転送ＣＣＤが隣接して配置され
ている。左側に設けられた垂直転送ＣＣＤにおいて、感
光画素１０１の側面に２列の転送電極１１１及び１１２
が隣接して設けられ、感光画素１０２の側面に２列の転
送電極１１３及び１１４が設けられている。このよう
に、各々の感光画素毎に２つずつ転送電極が隣接して設
けられている。撮像面１３には、このような感光画素列
とその左右に配置された２列の垂直転送ＣＣＤとの組み
合わせが、横方向に複数組配置されている。また感光画
素は、例えば縦方向に４８８個、横方向に７６８個配置
してもよい。

【００２４】撮像面１３の上下端には、それぞれ水平電
極１１及び１４が配置されており、水平電極１１及び１
４の一端には電荷電圧変換アンプ１２及び１４が設けら
れている。

【００２５】このような構成を備えた本実施例による固
体撮像装置では、次のように信号電荷が転送される。図
２に、本実施例における感光画素１０１〜１０４と転送
電極１１１〜１１４及び１２１〜１２４の配置関係を拡
大したものを示す。

【００２６】各々の感光画素列において、奇数番目の感
光画素１０１、１０３、…より発生した信号電荷は、例
えば左側の垂直転送ＣＣＤに与えられた後、図中下方へ
転送されていく。この垂直転送ＣＣＤにおいて、感光画
素１０１及び１０２の左側面に第１の電極１１１、第２
の電極１１２、第３の電極１１３、及び第４の電極１１
４が１組みの転送電極として配置されており、４相の駆
動電圧がそれぞれ独立して印加される。このように、左
側の垂直転送ＣＣＤには４相の駆動電圧が印加される第
１の電極〜第４の電極が１組みとして上方から下方へ向
けて複数組配置されている。奇数番目の感光画素１０１
から出力された信号電荷は、この転送電極１１１〜１１
４に印加される４相の駆動電圧により順次下方へ転送さ
れる。

【００２７】感光画素列の右側に配置された垂直転送Ｃ
ＣＤにおいては、例えば感光画素１０２及び１０１の右
側面に隣接して第１の電極１２１、第２の電極１２２、
第３の電極１２３、及び第４の電極１２４が１組として
配置されている。偶数番目の感光画素１０２、１０４、
…から発生した信号電荷は、右側の垂直転送ＣＣＤに与
えられて、図中上方へ向けて順次転送されていく。例え
ば、感光画素１０２から発生した信号電荷は、第１の転
送電極１２１、第２の転送電極１２２、第３の転送電極
１２３、及び第４の転送電極１２４にそれぞれ独立して
印加される４相の駆動信号により上方へ転送されてい
く。

【００２８】このように、奇数番目の感光画素１０１、
１０３、…から発生した信号電荷は左側の垂直転送ＣＣ
Ｄにより下方へ向けて転送されていく。そして、水平転
送ＣＣＤ１４に信号電荷が順次与えられて図中左方向へ
転送されていき、電荷電圧変換アンプ１５により電圧信
号に変換された後、外部へ出力される。

【００２９】同時刻において、偶数番目の感光画素１０
２、１０４、…から発生した信号電荷は右側の垂直転送
ＣＣＤによって上方へ転送された後、水平転送ＣＣＤ１
１により右方向へ転送され、電荷電圧変換アンプ１２に
より電圧信号に変換されて外部へ出力される。

【００３０】図３に、転送電極に接続される配線のうち
１層目に形成される配線領域を示し、図４に２層目に形
成される配線領域を示す。

【００３１】奇数番目の感光画素６０１の左側に、この
感光画素６０１から発生した信号電荷を転送する第１の
転送電極の配線領域４０１と第３の転送電極の配線領域
４０３とが１層目に形成される。さらに、この感光画素
６０１から発生した信号電荷を転送する第２の転送電極
の配線領域４０２と第４の転送電極の配線領域４０４と
が２層目に形成される。

【００３２】同様に、偶数番目の感光画素６０２の右側
に、感光画素６０２から発生した信号電荷を転送する第
１の転送電極の配線領域５０１と、第３の転送電極の配
線領域５０３とが１層目に形成される。また感光画素６
０２から発生した信号電荷を転送する第２の転送電極の
配線領域５０２と、第４の転送電極の配線領域５０４と
が２層目に形成される。

【００３３】ここで、奇数番目の感光画素６０１用の配
線領域４０１〜４０４のうちの第３の転送電極の配線領
域４０３と、偶数番目の感光画素６０２用の配線領域５
０１〜５０４のうちの第３の転送電極の配線領域５０３
との位置関係を見ると、感光画素６０１を中心として点
対称に配置されている。同様に、奇数番目の感光画素６
０１用の配線領域４０１〜４０４のうちの第２の転送電
極の配線領域４０２と、偶数番目の感光画素６０２用の
配線領域５０１〜５０４のうちの第２の転送電極の配線
領域５０２とは、感光画素６０１を中心に点対称の関係
にある。このように配線層を配置することで、面積効率
を高めることができる。

【００３４】本実施例によれば、１フィールド時間内に
１フレーム分の画像信号を読み出す際に、奇数番目の感
光画素から信号電荷を読み出す時刻と偶数番目の感光画
素から信号を読み出す時刻とを完全に同一にすることが
できる。このため、奇数ラインにおける露光時間と偶数
ラインにおける露光時間とを全く同一にすることがで
き、画像品質を保つことができる。

【００３５】また、従来の装置では上述したように１フ
ィールド時間内に１フレーム分の画像上方を読み出すた
めには垂直転送ＣＣＤにおいて高速クロックを用いて転
送しなければならなかった。また図５に示された装置で
は、垂直転送ＣＣＤのみならず水平転送ＣＣＤにおいて
も高速転送が必要であり、多大な消費電力を要してい
た。これに対し、本実施例では垂直転送ＣＣＤ及び水平
転送ＣＣＤにおいて高速転送は不要であり、消費電力を
低減することができる。

【００３６】奇数番目の感光画素からの情報を読み出す
のに用いる転送電極に印加する４相の駆動電圧波形は、
偶数番目の感光画素からの情報を読み出すのに用いる転
送電極に印加する駆動電圧波形と全く同一にすることが
できる、このため、駆動信号を生成する回路を奇数ライ
ンと偶数ラインとで共用することができ、システムの小
型化及びコスト低減を図ることができる。

【００３７】さらに、本実施例では画像メモリが不要で
あり、縦方向の面積を大幅に縮小することができる。横
方向の寸法は１つの感光画素列毎に左右に垂直転送ＣＣ
Ｄを必要とするため、図５及び６に示された装置よりは
大きくなる。しかし、ＥＤＴＶシステム等においては横
方向の寸法比率が長い画面が用いられるため、縦方向の
寸法を小さくすることがより重要な課題となっている。
このため、本実施例の装置によれば従来のものよりチッ
プ面積を縮小することができ、コスト低減に寄与するこ
とができる。

【００３８】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、本実施例では上から奇数
番目に位置する感光画素から発生した信号電荷を左側の
垂直転送ＣＣＤで下方向に転送し、偶数番目の感光画素
の信号電荷を右側の垂直転送ＣＣＤで上方向に転送して
いる。しかし、奇数番目の感光画素の信号電荷を右側の
垂直転送ＣＣＤへ与えて転送してもよく、また垂直転送
ＣＣＤにおける上下の転送方向はいずれであってもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置は、奇数番目と偶数番目の感光画素から出力された信
号電荷を、それぞれ第１及び第２の垂直転送ＣＣＤと第
１及び第２の水平転送ＣＣＤにより転送することで、奇
数ラインと偶数ラインの画像情報を同時刻に読み出すこ
とできるため、露光時間を同一にすることができ、画像
品質が向上する。また、第１及び第２の垂直転送ＣＣＤ
と第１及び第２の水平転送ＣＣＤにおける転送動作は、
１フィールド時間内に１フィールド分の情報を読み出す
ときに用いられる通常の周波数を持つ駆動信号で行うこ
とができ、高周波駆動信号を用いる場合よりも消費電力
を低減することができる。さらに、垂直転送ＣＣＤと水
平転送ＣＣＤとの間に画像メモリを備える必要がないた
め、面積の縮小及びコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による固体撮像装置の構成を
示した平面図。

【図２】同固体撮像装置における感光画素と転送電極と
の配置関係を拡大して示した平面図。

【図３】同固体撮像装置における感光画素と、転送電極
の配線領域のうち１層目に形成されるものとの配置関係
を示した説明図。

【図４】同固体撮像装置における感光画素と、転送電極
の配線領域のうち２層目に形成されるものとの配置関係
を示した説明図。

【図５】従来の固体撮像装置の構成を示した平面図。

【図６】従来の他の固体撮像装置の構成を示した平面
図。

【符号の説明】

１１，１４ 水平転送ＣＣＤ １２，１５ 電荷電圧変換アンプ １３ 撮像面 １０１〜１０４ 感光画素 １１１，１２１ 第１の転送電極 １１２，１２２ 第２の転送電極 １１３，１２３ 第３の転送電極 １１４，１２４ 第４の転送電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を照射されて信号電荷を生成し出力する
   複数の感光画素が縦方向に配列された感光画素列と、 前記感光画素列の一方の側面に隣接して配置され、各々
   の感光画素に対応して２つずつ転送電極が設けられ、前
   記感光画素列における奇数番目の前記感光画素から出力
   された信号電荷を与えられて第１の方向に転送していく
   第１の垂直転送ＣＣＤと、 前記感光画素列の他方の側面に隣接して配置され、各々
   の感光画素に対応して２つずつ転送電極が設けられ、前
   記感光画素列における偶数番目の前記感光画素から出力
   された信号電荷を与えられて第２の方向に転送していく
   第２の垂直転送ＣＣＤとを撮像面に備え、 この撮像面の上下端のうち一方の端面に隣接して配置さ
   れ、前記第１の垂直転送ＣＣＤから転送されてきた信号
   電荷を与えられて水平方向に転送する第１の水平転送Ｃ
   ＣＤと、 前記撮像面の上下端のうち他方の端面に隣接して配置さ
   れ、前記第２の垂直転送ＣＣＤから転送されてきた信号
   電荷を与えられて水平方向に転送する第２の水平転送Ｃ
   ＣＤとを備えたことを特徴とする固体撮像装置。