JPH11266401A

JPH11266401A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH11266401A
Application number: JP10082413A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Akiyama; 郁男秋山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大す
る。【解決手段】通常露光によって蓄積された標準信号電
荷２３と、短時間露光によって蓄積された高輝度信号電
荷２８は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０により転送さ
れ、トランスファゲート電極４により、標準信号電荷２
３は、第２の水平ＣＣＤシフトレジスタ３に振り分けら
れ、電荷クリップ部５に転送され、飽和ムラに対応する
電荷が破棄された信号電荷３７とされた後、電荷合成部
６に転送される。高輝度信号電荷２８は、第１の水平Ｃ
ＣＤシフトレジスタ２に振り分けられ、電荷合成部６に
転送される。電荷合成部６において、信号電荷３７と高
輝度信号電荷２８が加算合成され、電荷検出部７により
信号電圧に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、特に、被写体のコントラスト差が大きい撮像状態に
おいても、暗い部分から明るい部分まで撮像可能なダイ
ナミックレンジを広くした固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、１９９７年映像情報メディア
学会年次大会予稿集の２，３頁に記載の「２Ｖ駆動１／
３インチ４１万画素ハイパーダイナミックレンジＣＣ
Ｄ」を使ったＣＣＤカメラの構成例であり、ＣＣＤ撮像
素子１０１は、全画素読み出しが可能な撮像領域１０２
と、倍速駆動が可能な水平ＣＣＤシフトレジスタ１０３
と、電荷検出部１０４とを有している。ＣＣＤ撮像素子
１０１からは、標準信号と高輝度信号が１水平周期（１
Ｈ）毎に交互に、かつ通常の２倍の周波数で出力され
る。

【０００３】ＣＣＤ撮像素子１０１からの出力信号は、
飽和ムラを除去するためにクリップ回路１０５に印加さ
れた後、Ａ／Ｄ変換器１０６によりデジタル信号に変換
される。Ａ／Ｄ変換器１０６からの出力信号は、切替器
１０７で１Ｈ毎に切り替えられ、標準信号は１Ｈメモリ
１０８に、また高輝度信号は１Ｈメモリ１０９にそれぞ
れ書き込まれる。１Ｈメモリ１０８から出力される標準
信号と１Ｈメモリ１０９から出力される高輝度信号は、
周波数が半減すると同時に出力タイミングが同期化され
るため、加算器１１０で両者を合成することにより、ダ
イナミックレンジを広くすることができる。加算器１１
０からの出力はＤ／Ａ変換器１１１でアナログ信号に変
換され、通常の映像信号として外部に出力される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のＣＣＤ撮
像素子を使って、被写体のコントラスト差が大きい撮像
状態においても、暗い部分から明るい部分まで撮像可能
なダイナミックレンジの広いＣＣＤカメラを実現するこ
とができるが、図１１に示したように、煩雑な周辺回路
を必要とするため、製品価格が上がったり、調整工数が
増加する等の課題があった。

【０００５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、簡単な構成で、コントラスト差の大きい撮
像状態において、暗い部分から明るい部分まで撮像可能
なダイナミックレンジの広い固体撮像素子を提供するこ
とができるようにするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の固体撮
像素子は、受光した光に対応する電荷を蓄積するマトリ
ックス状に配置された光電変換手段と、光電変換手段に
蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段と、
垂直転送手段の一端に隣接して配置され、垂直転送手段
によって転送されてきた電荷を水平方向に転送する第１
および第２の水平転送手段と、垂直転送手段によって転
送されてきた電荷を第１および第２の水平転送手段に交
互に振り分ける振り分け手段と、第１の水平転送手段の
出力端に配置され、所定の基準レベル以上の電荷を選択
的に廃棄する電荷廃棄手段と、第１の水平転送手段から
電荷廃棄手段を介して転送されてきた電荷と、第２の水
平転送手段から転送されてきた電荷を加算し、合成する
電荷合成手段と、合成手段から出力される電荷を電圧に
変換する変換手段とを備え、垂直転送手段は、光電変換
手段に第１の時間だけ蓄積された電荷と、第１の時間よ
り長い第２の時間だけ蓄積された電荷とを転送し、振り
分け手段は、電荷を蓄積時間に応じて、第１および第２
の水平転送手段に振り分けることを特徴とする。また、
光電変換手段は、フォトダイオードにより構成されるよ
うにすることができる。また、垂直転送手段は垂直ＣＣ
Ｄシフトレジスタにより構成され、光電変換手段に対し
て、３つの垂直ＣＣＤシフトレジスタが配置され、３相
駆動されるようにすることができる。また、垂直転送手
段による光電変換手段からの電荷の読み出しは、２種類
の異なる時間間隔を置いて行われるようにすることがで
きる。また、２つの光電変換手段により、最小ユニット
が構成され、垂直転送手段は、一方の光電変換手段から
読み出した第１の時間だけ蓄積された電荷と、他方の光
電変換手段から読み出した第１の時間だけ蓄積された電
荷を加算したものを垂直転送し、一方の光電変換手段か
ら読み出した第２の時間だけ蓄積された電荷と、他方の
光電変換手段から読み出した第２の時間だけ蓄積された
電荷を加算したものを垂直転送するようにすることがで
きる。また、電荷廃棄手段は、飽和ムラに対応する電荷
を廃棄し、残りの電荷を電荷合成手段に供給するように
することができる。請求項１に記載の固体撮像素子にお
いては、垂直転送手段が、受光した光に対応する電荷を
蓄積するマトリックス状に配置された光電変換手段に蓄
積された電荷を垂直方向に転送し、第１および第２の水
平転送手段が、垂直転送手段の一端に隣接して配置さ
れ、垂直転送手段によって転送されてきた電荷を水平方
向に転送し、振り分け手段が、垂直転送手段によって転
送されてきた電荷を第１および第２の水平転送手段に交
互に振り分け、電荷廃棄手段が、第１の水平転送手段の
出力端に配置され、所定の基準レベル以上の電荷を選択
的に廃棄し、電荷合成手段が、第１の水平転送手段から
電荷廃棄手段を介して転送されてきた電荷と、第２の水
平転送手段から転送されてきた電荷を加算し、合成し、
変換手段が、合成手段から出力される電荷を電圧に変換
する。このとき、垂直転送手段は、光電変換手段に第１
の時間だけ蓄積された電荷と、第１の時間より長い第２
の時間だけ蓄積された電荷とを転送し、振り分け手段
は、電荷を蓄積時間に応じて、第１および第２の水平転
送手段に振り分ける。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像素子を応
用したＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖ
ｉｃｅ）撮像素子について説明する。ＣＣＤ撮像素子
は、マトリックス状に配置された光電変換素子群と、こ
れら光電変換素子群に蓄積された信号電荷を独立に読み
出し、かつ垂直方向に独立に転送する能力を有する電荷
結合素子による垂直シフトレジスタ群とを備えている。

【０００８】また、ＣＣＤ撮像素子は、全画素読み出し
が可能な撮像領域１と、撮像領域１を構成する垂直シフ
トレジスタ群の一端に隣接して配置され、これら垂直シ
フトレジスタ群の各ラインから転送される信号電荷を交
互に振り分けて水平方向に転送する電荷結合素子より構
成される第１の水平ＣＣＤシフトレジスタ２、および第
２の水平ＣＣＤシフトレジスタ３と、第１と第２の水平
ＣＣＤシフトレジスタ２，３の間に配置され，信号電荷
を交互に振り分けるためのトランスファゲート電極４
と、第２の水平ＣＣＤシフトレジスタ３の出力端近くに
設けられ，所定のレベル以上の信号電荷を電荷レベルで
選択破棄するための電荷クリップ部５と、第１の水平Ｃ
ＣＤシフトレジスタ２からの信号電荷と電荷クリップ部
５からの信号電荷を電荷レベルで加算合成する電荷合成
部６と、この電荷合成部６の出力端に設けられ電荷―電
圧変換を行う電荷検出部７とから構成されている。

【０００９】次に、その動作について説明する。図２乃
至図４は、全画素読み出しが可能な撮像領域１の最小ユ
ニットを示す詳細図であり、垂直ＣＣＤシフトレジスタ
として、３相駆動の場合が示されている。同図に示すよ
うに、撮像領域１の最小ユニットは、フォトダイオード
８，９、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０より構成されて
いる。

【００１０】そして、１つのフォトダイオードに対し
て、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０の１転送段分の転送
電極が対応するように配置されている。すなわち、転送
電極１１（垂直転送パルスΦV1印加）、１２（垂直転送
パルスΦV2印加）、１３（垂直転送パルスΦV3印加）は
フォトダイオード８に対応し、転送電極１４（垂直転送
パルスΦV1´印加）、１５（垂直転送パルスΦV2印
加）、１６（垂直転送パルスΦV3印加）はフォトダイオ
ード９に対応している。

【００１１】また、転送電極１１の電極下には、フォト
ダイオード８からの信号電荷を読み出すためのセンサゲ
ート１７が設けられ、転送電荷１４の電極下には、フォ
トダイオード９からの信号電荷を読み出すためのセンサ
ゲート１８が設けられている。

【００１２】図５は、垂直転送パルスΦV1、ΦV2、ΦV
3、ΦV1´の動作波形図であり、垂直ブランキング期間
内の波形が示されている。また、図６は、フォトダイオ
ード８，９での信号電荷蓄積の時間的経過をそれぞれ模
式的に示した図である。縦軸が蓄積された電荷量を表わ
し、横軸が時刻を表わしている。

【００１３】次に、図２乃至図６を参照して、全画素読
み出しが可能な撮像領域１の動作について説明する。ま
ず、垂直ブランキング期間内の時刻ｔ21において、図５
に示したように、垂直転送パルスΦV1にセンサゲートパ
ルス１９が重畳されると、フォトダイオード８に約１フ
ィールド期間前の時刻ｔ12（図６）から通常露光されて
いた信号電荷２０（図中では、黒丸の上半分の記号で表
す）が、転送電極１１下に読み出される。引き続き、信
号電荷２０は、時刻ｔ21乃至時刻ｔ22の間に、転送電極
１２と１３を介して転送電極１４下まで転送される。

【００１４】次に、時刻ｔ22において、垂直転送パルス
ΦV1´にセンサゲートパルス２１（図５）が重畳される
と、フォトダイオード９に約１フィールド期間前の時刻
ｔ1３（図６）から通常露光されていた信号電荷２２
（図中では、黒丸の下半分の記号で表す）が、転送電極
１４下に読み出され、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０の
上方から転送されてきた信号電荷２０と加算合成され、
信号電荷２３（図中では、黒丸の記号で表す）となる。

【００１５】また、時刻ｔ22では、垂直転送パルスΦV1
にもセンサゲートパルス２４（図５）が重畳されるた
め、フォトダイオード８に時刻ｔ21から短時間露光され
ていた信号電荷２５（図中では、三角形の記号で表す）
が、転送電極１１下に読み出される。引き続き、信号電
荷２５は、時刻ｔ22乃至時刻ｔ23の間に、転送電極１２
と１３を介して転送電極１４下まで転送される。

【００１６】さらに、時刻ｔ23において、垂直転送パル
スΦV1´にセンサゲートパルス２６（図５）が重畳され
ると、フォトダイオード９に時刻ｔ22から短時間露光さ
れていた信号電荷２７（図中では、逆三角形の記号で表
す）が、転送電極１４下に読み出され、垂直ＣＣＤシフ
トレジスタ１０の上方から転送されてきた信号電荷２５
と加算合成され、信号電荷２８（図中では、菱形の記号
で表す）となる。

【００１７】以上のように、信号電荷２０と信号電荷２
２は、通常のＣＣＤの場合と同様に、約１フィールド期
間（ＮＴＳＣ（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏ
ｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ）テレビジョン方
式では約１５．４ｍＳ（ミリ秒））に渡って通常露光さ
れた標準信号であるのに対し、信号電荷２５と信号電荷
２７は、垂直ブランキング期間の約半分の期間（ＮＴＳ
Ｃテレビジョン方式では約０．６ｍＳ）に渡って短時間
露光された高輝度信号である。このため、非常に強い光
が入射して、信号電荷２０と信号電荷２２が、図６の折
れ線２９に示す如く、飽和した場合においても、信号電
荷２５と信号電荷２７は、図６の折れ線３０に示す如
く、飽和することは比較的少ない。

【００１８】上述したＮＴＳＣテレビジョン方式の場合
を例に取ると、信号電荷２５と信号電荷２７は通常露光
で飽和するレベルの２０〜３０倍の光量に対しても飽和
することはない。このため、信号電荷２０と信号電荷２
２を加算合成した信号電荷２３と、信号電荷２５と信号
電荷２７を加算合成した信号電荷２８とを何らかの手段
により加算することにより、被写体のコントラスト差が
大きい被写体に対しても、暗い部分から明るい部分まで
撮像可能なダイナミックレンジの広いＣＣＤ撮像素子を
実現することができる可能性がある。

【００１９】しかしながら、ＣＣＤ撮像素子には、図６
に示す如く、飽和時において、フォトダイオード毎に飽
和レベルの差、いわゆる「飽和ムラ」が生じるため、上
記の如く標準信号と高輝度信号を単純に加算すると、素
地ムラや色付きの原因となり、好ましくない。

【００２０】本発明では、かかる飽和ムラの問題を解決
するため、ＣＣＤ撮像素子と同一チップ内に、飽和ムラ
を電荷レベルで除去するための電荷クリップ部５が設け
られている。

【００２１】図７は、図１に示したＣＣＤ撮像素子の全
体構成の一部を拡大した模式図であり、図１および図２
と同一の構成要素には同一の番号を付している。同図に
おいて、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１０の端部まで転送
されてきた信号電荷２３（標準信号）と信号電荷２８
（高輝度信号）は、トランスファゲート電極４の働きに
より、信号電荷２３は第２の水平ＣＣＤシフトレジスタ
３に、また信号電荷２８は第１の水平ＣＣＤシフトレジ
スタ２にそれぞれ振り分けて転送される。その後、水平
方向に並列して転送される。次に、水平ＣＣＤシフトレ
ジスタ２及び３の出力端部まで転送されてきた信号電荷
２３，２８のうち、信号電荷２３だけが電荷クリップ部
５に入力される。

【００２２】図８は、電荷クリップ部５の構造例を示す
図であり、第２の水平ＣＣＤシフトレジスタ３の一部を
構成する転送電極３１，３２，３３と共に示されてい
る。同図において、電荷クリップ部５は、計量電極３
４、クリップレベルコントロールゲート３５、及びドレ
イン３６とで構成されている。また、図９は、電荷クリ
ップ部５の動作を説明するための図であり、図８のＡ−
Ａ´線の断面図と、それぞれの電極下のポテンシャル図
が模式的に示されている。

【００２３】図８及び図９を参照して、電荷クリップ部
５の動作を説明する。まず、第２の水平ＣＣＤシフトレ
ジスタ３を転送されてきた信号電荷２３は所定の直流バ
イアス電圧ＶＧが印加されている計量電極３４下に転送
される。ここでクリップレベルコントロールゲート３５
に適切な電圧ＶＣＬＩＰを印加することにより、飽和ム
ラ以上の不要電荷をドレイン３６へ掃き捨てることがで
きる。

【００２４】クリップレベルコントロール電圧ＶＣＬＩ
Ｐの設定方法は、ＣＣＤ撮像素子の出荷検査時に、デ
バイス固有の値として個別に測定しても良いし、また、
カメラに組み込んだ後からでも明るい被写体さえあれば
簡単に設定することができる。

【００２５】電荷クリップ部５にて飽和ムラが除去され
た信号電荷３７は、電荷合成部６において信号電荷２８
（高輝度信号）と加算合成され、電荷検出部７で信号電
圧に変換された後、外部に出力される。

【００２６】以上の動作に従えば、本発明の固体撮像素
子を応用したＣＣＤ撮像素子の入出力特性は、飽和ムラ
の除去された信号電荷３７（標準信号）と高輝度信号で
ある信号電荷２８が電荷レベルで加算合成されるため、
図１０の折れ線３８に示す如く、ニーの掛かった特性と
なる。このため、被写体のコントラスト差が大きい撮像
状態においても、暗い部分から明るい部分まで撮像可能
なダイナミックレンジの広いＣＣＤ撮像素子を実現する
ことができる。

【００２７】以上のように、上記実施の形態において
は、ＣＣＤ撮像素子と同一チップ内に、通常露光時にし
ばしば現れる飽和ムラを電荷レベルで除去するための電
荷クリップ部５が設けられている。また、飽和ムラが除
去された標準信号電荷と短時間露光によって得られた高
輝度信号電荷が、水平ＣＣＤレジスタ２，３の端部にお
いて電荷合成部６により電荷レベルで加算合成される。
このため、上記実施の形態においては、従来のように、
煩雑な周辺回路を一切必要とせず、通常のＣＣＤ撮像素
子と全く同様に取り扱うことができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像素子によれば、振
り分け手段が、垂直転送手段によって転送されてきた電
荷を第１および第２の水平転送手段に交互に振り分け、
電荷廃棄手段が、第１の水平転送手段の出力端に配置さ
れ、所定の基準レベル以上の電荷を選択的に廃棄し、電
荷合成手段が、第１の水平転送手段から電荷廃棄手段を
介して転送されてきた電荷と、第２の水平転送手段から
転送されてきた電荷を加算し、合成し、変換手段が、合
成手段から出力される電荷を電圧に変換する。このと
き、垂直転送手段は、光電変換手段に第１の時間だけ蓄
積された電荷と、第１の時間より長い第２の時間だけ蓄
積された電荷とを転送し、振り分け手段は、電荷を蓄積
時間に応じて、第１および第２の水平転送手段に振り分
けるようにしたので、簡単な構造で、ダイナミックレン
ジの広い固体撮像素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子を応用したＣＣＤ撮像素
子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【図２】図１の撮像領域の最小ユニットの詳細な構成例
を示す図である。

【図３】図１の撮像領域の最小ユニットの詳細な構成例
を示す図である。

【図４】図１の撮像領域の最小ユニットの詳細な構成例
を示す図である。

【図５】図２乃至図３の最小ユニットの各部の動作を説
明するタイミングチャートである。

【図６】図２乃至図４のフォトダイオード８，９におけ
る信号電荷蓄積の時間経過を示すグラフである。

【図７】図１の動作を説明するための模式図である。

【図８】図７の電荷クリップ部５の構造例を示す図であ
る。

【図９】図８のＡ−Ａ’線断面図である。

【図１０】図１のＣＣＤ撮像素子の特性を示すグラフで
ある。

【図１１】従来のＣＣＤ撮像素子の一例の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１撮像領域２第１の水平ＣＣＤシフトレジスタ３第２の水平ＣＣＤシフトレジスタ４トランスファゲート電極５電荷クリップ部６電荷合成部７電荷検出部８フォトダイオード９フォトダイオード１０垂直シフトレジスタ１１，１２，１３，１４，１５，１６転送電極１７，１８センサゲート３１，３２，３３転送電極３４計量電極３５クリップレベルコントロールゲート３６ドレイン

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の固体撮
像素子は、受光した光に対応する電荷を蓄積するマトリ
ックス状に配置された複数の光電変換手段と、複数の光
電変換手段のうち、奇数番目および偶数番目のいずれか
の行を構成する複数の光電変換手段を第１の受光部と定
義し、第１の受光部を構成する複数の光電変換手段に隣
接する複数の光電変換手段を第２の受光部と定義したと
き、第１の受光部を構成する各光電変換手段から第１の
タイミングで読み出された１フィールド期間だけ蓄積さ
れた電荷と、第２の受光部を構成する各光電変換手段か
ら第１のタイミングより垂直ブランキング期間の半分の
時間だけ後の第２のタイミングで読み出された１フィー
ルド期間だけ蓄積された電荷とを垂直方向に隣接する２
つの光電変換手段同士で加算合成した複数の第１の電荷
と、第１の受光部を構成する各光電変換手段から第２の
タイミングで読み出された垂直ブランキング期間の半分
の時間だけ蓄積された電荷と、第２の受光部を構成する
各光電変換手段から第２のタイミングより垂直ブランキ
ング期間の半分の時間だけ後の第３のタイミングで読み
出された、垂直ブランキング期間の半分の時間だけ蓄積
された電荷とを、垂直方向に隣接する２つの光電変換手
段同士で加算合成した複数の第２の電荷とを、所定の垂
直転送パルスに同期して垂直方向に転送する、光電変換
手段の各列に対応して配置された複数の垂直転送手段
と、各垂直転送手段によって転送されてきた各第２の電
荷を水平方向に転送する第１の水平転送手段と、各垂直
転送手段によって転送されてきた各第１の電荷を水平方
向に転送する第２の水平転送手段と、各垂直転送手段に
よって転送されてきた第１の電荷および第２の電荷のう
ち、第１の電荷を第２の水平転送手段に振り分け、第２
の電荷を第１の水平転送手段に振り分ける振り分け手段
と、第２の水平転送手段の出力端に配置され、第１の電
荷から所定の基準レベル以上に対応する電荷を廃棄し、
所定の基準レベルより低いレベルの第３の電荷を出力す
る電荷廃棄手段と、第１の水平転送手段から転送されて
きた第２の電荷と、第２の水平転送手段から電荷廃棄手
段を介して転送されてきた所定の基準レベルより低いレ
ベルの第３の電荷とを加算し、合成する電荷合成手段
と、電荷合成手段から出力された、第２の電荷と第３の
電荷とが加算、合成された電荷を電圧に変換する変換手
段とを備えることを特徴とする。本発明に係る固体撮像
素子においては、マトリックス状に配置された複数の光
電変換手段が、受光した光に対応する電荷を蓄積し、複
数の光電変換手段のうち、奇数番目および偶数番目のい
ずれかの行を構成する複数の光電変換手段を第１の受光
部と定義し、第１の受光部を構成する複数の光電変換手
段に隣接する複数の光電変換手段を第２の受光部と定義
したとき、光電変換手段の各列に対応して配置された複
数の垂直転送手段が、第１の受光部を構成する各光電変
換手段から第１のタイミングで読み出された１フィール
ド期間だけ蓄積された電荷と、第２の受光部を構成する
各光電変換手段から第１のタイミングより垂直ブランキ
ング期間の半分の時間だけ後の第２のタイミングで読み
出された１フィールド期間だけ蓄積された電荷とを垂直
方向に隣接する２つの光電変換手段同士で加算合成した
複数の第１の電荷と、第１の受光部を構成する各光電変
換手段から第２のタイミングで読み出された垂直ブラン
キング期間の半分の時間だけ蓄積された電荷と、第２の
受光部を構成する各光電変換手段から第２のタイミング
より垂直ブランキング期間の半分の時間だけ後の第３の
タイミングで読み出された、垂直ブランキング期間の半
分の時間だけ蓄積された電荷とを、垂直方向に隣接する
２つの光電変換手段同士で加算合成した複数の第２の電
荷とを、所定の垂直転送パルスに同期して垂直方向に転
送し、第１の水平転送手段が、各垂直転送手段によって
転送されてきた各第２の電荷を水平方向に転送し、第２
の水平転送手段が、各垂直転送手段によって転送されて
きた各第１の電荷を水平方向に転送し、振り分け手段
が、各垂直転送手段によって転送されてきた第１の電荷
および第２の電荷のうち、第１の電荷を第２の水平転送
手段に振り分け、第２の電荷を第１の水平転送手段に振
り分け、電荷廃棄手段が、第２の水平転送手段の出力端
に配置され、第１の電荷から所定の基準レベル以上に対
応する電荷を廃棄し、所定の基準レベルより低いレベル
の第３の電荷を出力し、電荷合成手段が、第１の水平転
送手段から転送されてきた第２の電荷と、第２の水平転
送手段から電荷廃棄手段を介して転送されてきた所定の
基準レベルより低いレベルの第３の電荷とを加算し、合
成し、変換手段が、電荷合成手段から出力された、第２
の電荷と第３の電荷とが加算、合成された電荷を電圧に
変換する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像素子によれば、マ
トリックス状に配置された複数の光電変換手段が、受光
した光に対応する電荷を蓄積し、複数の光電変換手段の
うち、奇数番目および偶数番目のいずれかの行を構成す
る複数の光電変換手段を第１の受光部と定義し、第１の
受光部を構成する複数の光電変換手段に隣接する複数の
光電変換手段を第２の受光部と定義したとき、光電変換
手段の各列に対応して配置された複数の垂直転送手段
が、第１の受光部を構成する各光電変換手段から第１の
タイミングで読み出された１フィールド期間だけ蓄積さ
れた電荷と、第２の受光部を構成する各光電変換手段か
ら第１のタイミングより垂直ブランキング期間の半分の
時間だけ後の第２のタイミングで読み出された１フィー
ルド期間だけ蓄積された電荷とを垂直方向に隣接する２
つの光電変換手段同士で加算合成した複数の第１の電荷
と、第１の受光部を構成する各光電変換手段から第２の
タイミングで読み出された垂直ブランキング期間の半分
の時間だけ蓄積された電荷と、第２の受光部を構成する
各光電変換手段から第２のタイミングより垂直ブランキ
ング期間の半分の時間だけ後の第３のタイミングで読み
出された、垂直ブランキング期間の半分の時間だけ蓄積
された電荷とを、垂直方向に隣接する２つの光電変換手
段同士で加算合成した複数の第２の電荷とを、所定の垂
直転送パルスに同期して垂直方向に転送し、第１の水平
転送手段が、各垂直転送手段によって転送されてきた各
第２の電荷を水平方向に転送し、第２の水平転送手段
が、各垂直転送手段によって転送されてきた各第１の電
荷を水平方向に転送し、振り分け手段が、各垂直転送手
段によって転送されてきた第１の電荷および第２の電荷
のうち、第１の電荷を第２の水平転送手段に振り分け、
第２の電荷を第１の水平転送手段に振り分け、電荷廃棄
手段が、第２の水平転送手段の出力端に配置され、第１
の電荷から所定の基準レベル以上に対応する電荷を廃棄
し、所定の基準レベルより低いレベルの第３の電荷を出
力し、電荷合成手段が、第１の水平転送手段から転送さ
れてきた第２の電荷と、第２の水平転送手段から電荷廃
棄手段を介して転送されてきた所定の基準レベルより低
いレベルの第３の電荷とを加算し、合成し、変換手段
が、電荷合成手段から出力された、第２の電荷と第３の
電荷とが加算、合成された電荷を電圧に変換するように
したので、簡単な構造で、ダイナミックレンジの広い固
体撮像素子を実現することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光した光に対応する電荷を蓄積するマ
トリックス状に配置された光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷を垂直方向に転送す
る垂直転送手段と、前記垂直転送手段の一端に隣接して配置され、前記垂直
転送手段によって転送されてきた電荷を水平方向に転送
する第１および第２の水平転送手段と、前記垂直転送手段によって転送されてきた電荷を前記第
１および第２の水平転送手段に交互に振り分ける振り分
け手段と、前記第１の水平転送手段の出力端に配置され、所定の基
準レベル以上の電荷を選択的に廃棄する電荷廃棄手段
と、前記第１の水平転送手段から前記電荷廃棄手段を介して
転送されてきた電荷と、前記第２の水平転送手段から転
送されてきた電荷を加算し、合成する電荷合成手段と、前記合成手段から出力される電荷を電圧に変換する変換
手段とを備え、前記垂直転送手段は、前記光電変換手段に第１の時間だ
け蓄積された電荷と、前記第１の時間より長い第２の時
間だけ蓄積された電荷とを転送し、前記振り分け手段
は、前記電荷を蓄積時間に応じて、前記第１および第２
の水平転送手段に振り分けることを特徴とする固体撮像
素子。
【請求項２】前記光電変換手段は、フォトダイオード
により構成されることを特徴とする請求項１に記載の固
体撮像素子。
【請求項３】前記垂直転送手段は垂直ＣＣＤシフトレ
ジスタにより構成され、前記光電変換手段に対して、３
つの垂直ＣＣＤシフトレジスタが配置され、３相駆動さ
れることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記垂直転送手段による前記光電変換手
段からの電荷の読み出しは、２種類の異なる時間間隔を
置いて行われることを特徴とする請求項１に記載の固体
撮像素子。
【請求項５】２つの前記光電変換手段により、最小ユ
ニットが構成され、前記垂直転送手段は、一方の光電変
換手段から読み出した第１の時間だけ蓄積された電荷
と、他方の光電変換手段から読み出した第１の時間だけ
蓄積された電荷を加算したものを垂直転送し、一方の光
電変換手段から読み出した第２の時間だけ蓄積された電
荷と、他方の光電変換手段から読み出した第２の時間だ
け蓄積された電荷を加算したものを垂直転送することを
特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】前記電荷廃棄手段は、飽和ムラに対応す
る電荷を廃棄し、残りの電荷を前記電荷合成手段に供給
することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。