JPH1032758A

JPH1032758A - 固体撮像装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JPH1032758A
Application number: JP8188987A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Nakajima; 和敏中島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的な切り換えのみで種々の読み出し方式
に対応すること。【解決手段】本発明は、複数の受光素子Ｓがマトリク
ス状に配置されて成る受光部と、受光部で得た電荷を垂
直方向へ転送する垂直転送部２と、電荷を水平方向へ転
送する水平転送部とを備えており、垂直転送部２には電
荷を順次転送する電圧を印加する第１層目配線１０、第
２層目配線２０、第３層目配線３０が順に設けられてい
るとともに、そのうちの第２層目配線２０の垂直方向の
並びに沿って順に４つの駆動電圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ
２’’、Ｖ２’’’を印加する配線を接続した固体撮像
装置１であり、これらの配線のうち必要なものを選択し
て駆動電圧を印加することで、種々の読み出し方式に対
応する駆動方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の受光素子が
マトリクス状に並ぶ固体撮像装置およびその駆動方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体撮像装置には複数の受光素子
がマトリクス状に並ぶ受光部と、受光部で得た電荷を垂
直方向へ転送する垂直転送部と、電荷を水平方向へ転送
する水平転送部とが設けられている。

【０００３】この受光素子で得た全ての電荷を垂直転送
部へ読み出す全画素読み出し方式では、通常１／３０秒
間電荷を蓄積し、各受光素子の電荷を垂直転送部へ読み
出した後、垂直転送部に設けられた例えば３層の配線へ
の３相の駆動電圧印加によって順次水平転送部へ渡して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような全画素読み
出しの固体撮像装置では、インターレース方式の出力信
号を発生させるため１／６０秒間の電荷の蓄積を行うも
のと比べて垂直解像度の低下を防止できることから、電
子スチルカメラ等の静止画を取り扱う場合に適してい
る。

【０００５】しかし、静止画を取り扱う場合であって
も、その画像を液晶モニタ等で確認する場合もある。通
常のＮＴＳＣ方式のモニタでは１／６０秒のインターレ
ース方式を採用しており、このモニタに対して１／３０
秒周期の撮像信号をそのまま供給すると表示画像に歪み
が生じるという問題がある。

【０００６】また、この歪みを解消するためには、固体
撮像装置から出力される撮像信号を一端フレームメモリ
に取り込み、フレームレートを変換してモニタへ供給す
る必要があったり、水平転送部の駆動周波数を２倍にす
る必要がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された固体撮像装置およびその駆動
方法である。すなわち、本発明の固体撮像装置は、複数
の受光素子がマトリクス状に配置されて成る受光部と、
受光部で得た電荷を垂直方向へ転送する垂直転送部と、
電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えており、
垂直転送部には電荷を順次転送する電圧を印加する第１
層目配線、第２層目配線、第３層目配線が順に設けられ
ているとともに、そのうちのいずれか１層の配線の垂直
方向の並びに沿って順に４つの駆動電圧印加用配線が接
続されているものである。

【０００８】また、本発明の固体撮像装置の駆動方法
は、複数の受光素子がマトリクス状に配置されて成る受
光部と、受光部で得た電荷を垂直方向へ転送する垂直転
送部と、電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、垂直
転送部に設けられ電荷を順次転送する電圧を印加する第
１層目配線、第２層目配線、第３層目配線と、これら３
層の配線のうちいずれか１層の配線の垂直方向の並びに
沿ってＶ、Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’の順で接続された４
つの駆動電圧印加用配線とを備えている固体撮像装置の
駆動方法であって、複数の受光素子のうち水平方向に沿
った必要なライン単位の電荷のみを読み出すため、Ｖ、
Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’から成る４つの駆動電圧印加用
配線への電圧印加を選択して使用するものである。

【０００９】本発明の固体撮像装置では、垂直転送部に
設けられた３層の配線のうちいずれか１層の配線の垂直
方向の並びに沿って順に４つの駆動電圧印加用配線が設
けられているため、この４つの駆動電圧印加用配線を必
要に応じて選択することで、全ての受光素子の電荷を読
み出す場合や、必要なライン単位での電荷を読み出す場
合などの読み出し方式に合わせた切り換えを行うことが
できるようになる。

【００１０】また、本発明の固体撮像装置の駆動方法で
は、垂直転送部に設けられた３層の配線のうちいずれか
１層の配線の垂直方向の並びに沿って順にＶ、Ｖ’、
Ｖ’’、Ｖ’’’から成る４つの駆動電圧印加用配線が
設けられ、これらの駆動電圧印加用配線を選択して使用
することによって、配線の接続を変更することなく駆動
電圧の供給を電気的に切り換えるだけで種々の読み出し
方式に対応できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置お
よびその駆動方法における実施の形態を図に基づいて説
明する。図１は本実施形態の固体撮像装置を説明する模
式図で、図２は受光部の拡大模式図である。

【００１２】すなわち、本実施形態における固体撮像装
置１は、複数の受光素子Ｓがマトリクス状に配置されて
成る受光部と、受光素子Ｓで得た電荷を垂直方向へ転送
する垂直転送部２と、この電荷を水平方向へ転送する水
平転送部（図示せず）とを備えているものであり、この
垂直転送部２に電荷を順次転送するための第１層目配線
１０、第２層目配線２０、第３層目配線３０が順に設け
られている。

【００１３】特に本実施形態の固体撮像装置１では、こ
の３層の配線のうち第２層目配線２０の垂直方向の並び
に沿って順に４つの駆動電圧印加配線が接続されている
点に特徴がある。

【００１４】すなわち、この固体撮像装置１の垂直転送
駆動用として、第１層目配線１０には電圧Ｖ１を印加す
るための配線が接続され、第３層目配線３０には電圧Ｖ
３を印加するための配線が接続され、第２層目配線２０
には、その垂直方向の並びに沿ってＶ２、Ｖ２’、Ｖ
２’’、Ｖ２’’’の４つの電圧を印加するための配線
が順次接続されている。

【００１５】図２に示すように、第１層目配線１０、第
２層目配線２０、第３層目配線３０は各々オーバラップ
する型で積層されており、この例では第２層目配線２０
に対して３値のうちの最も高いレベルの電圧を印加する
ことで、受光素子Ｓ部分に蓄積された電荷を第２層目配
線２０下の垂直転送部２へ読み出している。

【００１６】また、第２層目配線２０下の垂直転送部２
へ読み出された電荷は、第１層目配線１０、第２層目配
線２０、第３層目配線３０への適当なタイミングでの電
圧印加によって順次垂直方向へ転送されていくことにな
る。

【００１７】図３は電荷の蓄積状態を説明する模式図で
ある。受光部の各受光素子Ｓには所定の露光時間に応じ
た電荷が蓄積される（図中ドット○印参照）。本実施形
態における固体撮像装置１の駆動方法としては、この電
荷が蓄積された状態から種々の読み出し形態を切り換え
られる点に特徴がある。

【００１８】本実施形態では、図３に示す電荷の蓄積状
態から、図４に示す第１のモード、図５に示す第２のモ
ード、図６に示す第３のモードの３つの読み出しモード
を切り換えられるようになっている。

【００１９】図４に示す第１のモードはいわゆる全画素
読み出しモードである。このモードによって電荷を読み
出す場合には、図３に示す電荷の蓄積状態から、図４に
示す第２層目配線２０へ印加する電圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ
２’’、Ｖ２’’’の全てをｈｉｇｈレベル（３値のう
ちの最も高いレベル）にする。

【００２０】これによって各受光素子Ｓの電荷は全て第
２層目配線２０下の垂直転送部２へ読み出されることに
なる。図７〜図９は第１のモードのタイミングチャート
であり、図７は読み出しの際のタイミング、図８は水平
同期のタイミング、図９は垂直同期のタイミングを示し
ている。

【００２１】図７に示すように、電荷の読み出しを行う
場合には、読み出しパルスＳＧがｈｉｇｈレベルとなっ
た段階で第１層目配線１０に印加される電圧Ｖ１をｌｏ
ｗレベルとし、第２層目配線２０に印加される４つの電
圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ２’’、Ｖ２’’’の全てをｈｉｇ
ｈレベル（図中破線参照）にする。

【００２２】この第２層目配線２０への４つの電圧Ｖ
２、Ｖ２’、Ｖ２’’、Ｖ２’’’の印加によって受光
素子Ｓの電荷は第２層目配線２０下の垂直転送部２へ読
み出される。また、図８に示すように、水平同期信号Ｈ
Ｄがｌｏｗレベルとなっている間に第１層目配線１０に
印加される電圧Ｖ１、第２層目配線２０に印加される電
圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ２’’、Ｖ２’’’、第３層目配線
３０に印加される電圧Ｖ３のレベルを順に切り換えるこ
とで、電荷を垂直方向へ転送していく。

【００２３】さらに、垂直方向へ転送された電荷は、図
９に示す垂直同期信号がｈｉｇｈレベルとなっている間
に水平転送部から順に出力されることになる。

【００２４】この第１のモードはいわゆる全画素読み出
しモードであるため、主として高い垂直解像度が要求さ
れる静止画像を取り扱う場合に利用することになる。

【００２５】また、図５に示す第２のモードはいわゆる
２ライン間引き読み出しモードである。このモードは主
としてカラーの動画像をＮＴＳＣ方式のモニタへ出力す
る際に使用されるものであり、後述する２ライン間引き
読み出しでカラー画像を再現するため、受光素子Ｓに設
けられるカラーフィルタの配列を、Ｇ（緑）のフィルタ
を市松状に配置し、Ｒ（赤）Ｂ（青）のフィルタを線順
次に配置しておく。

【００２６】第２のモードによって電荷を読み出す場合
には、図３に示す電荷の蓄積状態から、図５に示す第２
層目配線２０に対して電圧Ｖ２と電圧Ｖ２’とだけを選
択してこれらをｈｉｇｈレベル（３値のうちの最も高い
レベル）とする。

【００２７】これにより、図５に示すラインＬ１の各電
荷とラインＬ２の各電荷、ラインＬ１’の各電荷とライ
ンＬ２’の各電荷…というように、２ライン間引いた状
態で２ラインずつ電荷を読み出すことができるようにな
る。また、これらの読み出された電荷は、先に説明した
ようなカラーフィルタの配列に基づくものであるため、
２ライン間引いたものであっても的確にＲＧＢ各信号を
得ることができるようになる。

【００２８】図１０〜図１１は第２のモードのタイミン
グチャートであり、図１０は読み出しの際のタイミン
グ、図１１は水平同期のタイミング、図１２は垂直同期
のタイミングを示している。

【００２９】図１０に示すように、電荷の読み出しを行
う場合には、読み出しパルスＳＧがｈｉｇｈレベルとな
った段階で第１層目配線１０に印加される電圧Ｖ１をｌ
ｏｗレベルとし、第２層目配線２０のうちの電圧Ｖ２、
Ｖ２’をｈｉｇｈレベル（図中破線参照）にする。

【００３０】この第２層目配線２０へ電圧Ｖ２、Ｖ２’
を印加することにより受光素子Ｓの電荷が第２層目配線
２０下の垂直転送部２へ読み出される。すなわち、図５
に示すラインＬ１、Ｌ２の２ライン、ラインＬ１’、Ｌ
２’の２ライン…というように２ライン間引いた２ライ
ン分の電荷が読み出されることになる。

【００３１】また、第２のモードでは、図１１に示すよ
うに、水平同期信号ＨＤがｌｏｗレベルとなっている間
に第１層目配線１０に印加される電圧Ｖ１、第２層目配
線２０に印加される電圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ２’’、Ｖ
２’’’、第３層目配線３０に印加される電圧Ｖ３のレ
ベルを順に切り換えることで、電荷を垂直方向へ転送し
ていく。この際、水平同期信号ＨＤがｌｏｗレベルとな
っている間に、これらの電圧の切り換えによって電荷を
垂直方向へ２ライン分転送するようにする。

【００３２】さらに、垂直方向へ転送された電荷は、図
１２に示す垂直同期信号がｈｉｇｈレベルとなっている
間に水平転送部から順に出力されることになる。

【００３３】この第２のモードでは、主としてカラー動
画像を取り扱う場合に利用される。つまり、２ライン間
引いて２ライン読み出すことで、全画素読み出し時の２
倍のフレームレートにて読み出しを行うことができるた
め、ＮＴＳＣ方式のモニタへ信号を出力する際、固体撮
像装置とモニタとの間にフレームメモリを設けることな
く、そのまま画像を出力できるようになる。

【００３４】また、図６に示す第３のモードはいわゆる
フレーム読み出しモードである。このモードで電荷を読
み出す場合には、図３に示す電荷の蓄積状態から、図６
に示す第２層目配線２０に対して電圧Ｖ２と電圧Ｖ
２’’とだけを選択してこれらをｈｉｇｈレベル（３値
のうちの最も高いレベル）とする。

【００３５】これにより、図６に示すライン単位の電荷
を１ラインおきに読み出すことができるようになる。図
１３〜図１６は第３のモードのタイミングチャートであ
り、図１３は読み出しの際のタイミング、図１４は水平
同期のタイミング、図１５は垂直同期のタイミング、図
１６は図１３でのタイミングで読み出されるラインと反
対のラインを読み出す際のタイミングを示している。

【００３６】図１３に示すように、電荷の読み出しを行
う場合には、読み出しパルスＳＧがｈｉｇｈレベルとな
った段階で第１層目配線１０に印加される電圧Ｖ１をｌ
ｏｗレベルとし、第２層目配線２０のうちの電圧Ｖ２、
Ｖ２’’をｈｉｇｈレベル（図中破線参照）にする。

【００３７】この第２層目配線２０へ電圧Ｖ２、Ｖ
２’’を印加することにより受光素子Ｓの電荷が第２層
目配線２０下の垂直転送部２へ読み出される。すなわ
ち、図６に示すライン単位の電荷を１ラインおきに読み
出すことができるようになる。

【００３８】また、第３のモードでは、図１４に示すよ
うに、水平同期信号ＨＤがｌｏｗレベルとなっている間
に第１層目配線１０に印加される電圧Ｖ１、第２層目配
線２０に印加される電圧Ｖ２、Ｖ２’、Ｖ２’’、Ｖ
２’’’、第３層目配線３０に印加される電圧Ｖ３のレ
ベルを順に切り換えることで、電荷を垂直方向へ転送し
ていく。この際、水平同期信号ＨＤがｌｏｗレベルとな
っている間に、これらの電圧の切り換えによって電荷を
垂直方向へ２ライン分転送するようにする。

【００３９】さらに、垂直方向へ転送された電荷は、図
１５に示す垂直同期信号がｈｉｇｈレベルとなっている
間に水平転送部から順に出力されることになる。

【００４０】このように、第３のモードでは、第２層目
配線２０への電圧Ｖ２、Ｖ２’’を選択してライン単位
の電荷を１ラインおきに読み出し転送することができ
る。つまり、この読み出しをＮＴＳＣ方式の奇数フィー
ルド（または偶数フィールド）に対応させことができ
る。

【００４１】また、第３のモードにおいて、ＮＴＳＣ方
式の偶数フィールド（または奇数フィールド）に対応さ
せるには、第２層目配線２０への電圧Ｖ２’、Ｖ
２’’’を選択してこれらをｈｉｇｈレベル（３値のう
ちの最も高いレベル）とする。

【００４２】図１６は、この電圧Ｖ２’、Ｖ２’’’を
選択した場合の読み出しのタイミングを示しており、こ
の場合には、読み出しパルスＳＧ’がｈｉｇｈレベルと
なった段階で第２層目配線２０に印加される電圧Ｖ
２’、Ｖ２’’’をｈｉｇｈレベル（図中破線参照）に
する。

【００４３】これによって、図６に示す読み出しライン
とは反対のラインの電荷が１ラインおきに読み出される
状態となる。これらの電荷を図１３〜図１５に示すタイ
ミングで転送することで、ＮＴＳＣ方式の偶数フィール
ド（または奇数フィールド）に対応させることができ
る。

【００４４】このように、第３のモードにおいては、読
み出しパルスＳＧとＳＧ’とを交互に発生させるととも
に、読み出しパルスＳＧに対しては第２層目配線２０へ
の電圧Ｖ２、Ｖ２’’を選択し、読み出しパルスＳＧ’
に対しては第２層目配線２０への電圧Ｖ２’、Ｖ
２’’’を選択し、これを交互に行うことで、奇数フィ
ールド（または偶数フィールド）に対応した信号と偶数
フィールド（または奇数フィールド）に対応した信号と
を交互に出力できるようになる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置およびその駆動方法によれば次のような効果があ
る。すなわち、本発明の固体撮像装置では、３層の配線
のうちいずれか１層の配線に接続された４つの駆動電圧
印加用配線を必要に応じて選択することで、電荷の読み
出し方式に合わせた切り換えを行うことができ、例えば
動画を扱う場合でも、静止画を扱う場合であっても対応
できるようになる。

【００４６】また、本発明の固体撮像装置の駆動方法で
は、４つの駆動電圧印加用配線への電圧の供給を電気的
に切り換えるだけで、全画素読み出しや２ライン間引き
読み出し、フレーム読み出し等の種々の読み出し方式に
対応できるようになる。特に２ライン間引きでは通常の
２倍のフレームレートにて出力することが可能となるこ
とから、フレームメモリなしで動画像を出力できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における固体撮像装置を説明する模
式図である。

【図２】受光部の拡大模式図である。

【図３】電荷の蓄積状態を説明する模式図である。

【図４】第１の読み出しモードを説明する模式図であ
る。

【図５】第２の読み出しモードを説明する模式図であ
る。

【図６】第３の読み出しモードを説明する模式図であ
る。

【図７】第１のモードのタイミングチャート（その１）
である。

【図８】第１のモードのタイミングチャート（その２）
である。

【図９】第１のモードのタイミングチャート（その３）
である。

【図１０】第２のモードのタイミングチャート（その
１）である。

【図１１】第２のモードのタイミングチャート（その
２）である。

【図１２】第２のモードのタイミングチャート（その
３）である。

【図１３】第３のモードのタイミングチャート（その
１）である。

【図１４】第３のモードのタイミングチャート（その
２）である。

【図１５】第３のモードのタイミングチャート（その
３）である。

【図１６】第３のモードのタイミングチャート（その
４）である。

【符号の説明】

１固体撮像装置２垂直転送部１０第１層
目配線２０第２層目配線３０第３層目配線Ｓ受
光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の受光素子がマトリクス状に配置さ
れて成る受光部と、該受光部で得た電荷を垂直方向へ転
送する垂直転送部と、該電荷を水平方向へ転送する水平
転送部とを備えている固体撮像装置であって、前記垂直転送部には前記電荷を順次転送する電圧を印加
する第１層目配線、第２層目配線、第３層目配線が順に
設けられているとともに、そのうちのいずれか１層の配
線の垂直方向の並びに沿って順に４つの駆動電圧印加用
配線が接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】複数の受光素子がマトリクス状に配置さ
れて成る受光部と、該受光部で得た電荷を垂直方向へ転
送する垂直転送部と、該電荷を水平方向へ転送する水平
転送部と、該垂直転送部に設けられ前記電荷を順次転送
する電圧を印加する第１層目配線、第２層目配線、第３
層目配線と、これら３層の配線のうちいずれか１層の配
線の垂直方向の並びに沿ってＶ、Ｖ’、Ｖ’’、
Ｖ’’’の順で接続された４つの駆動電圧印加用配線と
を備えている固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の受光素子のうち水平方向に沿った必要なライ
ン単位の電荷のみを読み出すため、前記Ｖ、Ｖ’、
Ｖ’’、Ｖ’’’から成る４つの駆動電圧印加用配線へ
の電圧印加を選択して使用することを特徴とする固体撮
像装置の駆動方法。
【請求項３】前記Ｖ、Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’から成
る４つの駆動電圧印加用配線の全てを選択し、該Ｖ、
Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’に対して順次所定の電圧を印加
することを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の駆
動方法。
【請求項４】前記Ｖ、Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’から成
る４つの駆動電圧印加用配線のうち、ＶとＶ’とを選択
して所定の電圧を印加し、該ＶとＶ’とに対応するライ
ン単位の電荷を水平ブランキング期間内で垂直方向へ２
ライン分転送することを特徴とする請求項２記載の固体
撮像装置の駆動方法。
【請求項５】前記Ｖ、Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’から成
る４つの駆動電圧印加用配線のうち、ＶとＶ’’とを選
択して所定の電圧を印加し、該ＶとＶ’’とに対応する
ライン単位の電荷を水平ブランキング期間内で垂直方向
へ２ライン分転送することを特徴とする請求項２記載の
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】前記Ｖ、Ｖ’、Ｖ’’、Ｖ’’’から成
る４つの駆動電圧印加用配線のうち、Ｖ’とＶ’’’と
を選択して所定の電圧を印加し、該Ｖ’とＶ’’’とに
対応するライン単位の電荷を水平ブランキング期間内で
垂直方向へ２ライン分転送することを特徴とする請求項
２記載の固体撮像装置の駆動方法。