JPS6151465B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はCCD（電荷結合素子）型の固体撮像
素子に関する。

一般のCCD型固体撮像素子は、入射光量に応
じた電荷量が励起される一導電型の半導体基板に
絶縁膜を介して複数の電荷群を２次元的に配列し
ており、この各電極に印加されるクロツクパルス
に依つて、上記半導体基板に生じる電荷像の蓄積
および走査がなされるものである。

第１図は斯様な一般の固体撮像素子の模式的な
平面図であり、一導電型のシリコン等の半導体基
板上に透明な二酸化シリコン等の絶縁膜を介して
設けられた電極の配列状態を小規模化して示して
いる。同図に於て、Ａは光透過性のポリシリコン
等からなる第１電極１…と、アルミニウム等から
なる第２電極２…と、が配列された撮像部であ
り、該第１電極１…に依り行列配置して構成され
た受光部ａ…で光電変換がなされ入射光に対応す
る電荷像が得られる。Ｂは該撮像部Ａと連続して
第３電極３…と第４電極４…とが配列された蓄積
部であり、上記撮像部Ａから転送されて来る電荷
像が一時的に貯えられる。Ｃは該蓄積部Ｂと連続
して第５電極５…と第６電極６…とが一列に交互
に配列された出力レジスタであり、上記蓄積部Ｂ
から転送されて来る電荷像が一行分ずつダイオー
ド構成の出力部７に転送され、該出力部７から画
像信号が直列信号の形で得られる。

この固体撮像素子は２相駆動のCCDを用いた
ものであつて、上記第１電極１…〜第６電極６…
に印加されるクロツクパルスφ１〜φ６は第２図
に示す如き波形を有しており、この転送動作のフ
レーム周期Ｔは上記撮像部Ａに於ける各受光部ａ
…の光電変換期間Ｔ１と上記蓄積部Ｂへの高速の
垂直転送期間Ｔ２との和になつている。この光電
変換期間１は蓄積部Ｂから出力レジスタＣへの低
速の垂直転送期間でもあり、その１パルス期間が
出力レジスタＣから出力部７への水平転送期間Ｔ
３となつている。

上述の如く従来のCCD型の固体撮像素子に於
ては２相駆動のものを採用したとしても６種類の
クロツクパルスを必要とし、夫々のクロツクパル
スは、撮像部Ａに於ける光電変換期間Ｔ１、撮像
部Ａから蓄積部Ｂへの高速の垂直転送期間Ｔ２及
び出力レジスタの水平転送期間Ｔ３に特徴付けら
れている。これら期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、撮像
部Ａに配列された受光部ａ…の水平、垂直ビツト
数に合わせた制御手段に依つて定められており、
従来はこの制御手段としてカウンタ回路等の外部
装置を用いていた。しかしながら斯様な外部装置
は、その構成が複雑となる上に、ノイズの混入や
電源電圧の変動等に依る誤動作を引き起こす事故
が発生し、夫々のクロツクパルスの同期がとれな
くなつて電荷の転送ミスを引き起こす原因となつ
ていた。

本発明は斯様な現状に鑑み為されたものであ
り、上述の如き外部装置を必要とせずクロツクパ
ルスに対するタイミング信号発生の為の手段を内
部に備えた固体撮像素子を提供するものである。

第２図に本発明の固定撮像素子の構成を模式的
に示す。同図に於てＡ，Ｂ，Ｃは、夫々第１図に
示した従来例と同様の撮像部、蓄積部、出力レジ
スタであつて、この固体撮像素子が従来のものと
異なる所は、連結した撮像部Ａと蓄積部Ｂの電荷
転送方向に沿つ側端に同一半導体基板を用いて
CCD型のシフトレジスタＤを構成した点にあ
る。

このシフトレジスタＤには半導体基板上に絶縁
膜を介して一列の電極列が設けられており、電極
１′…は隣接する受光電極１…と、電極２′…は同
じく電極２′…と、電極３′…は同じく電極３…
と、電極４′…は同じく電極４…と、夫々電気的
に結合されている。更に８は該シフトレジスタＤ
に１ビツト分の単位電荷を抽入する為の入力ゲー
ト、９は上記蓄積部Ｂの最初の電極３と結合した
シフトレジスタＣの電極３′が位置する箇所にこ
れを絶縁して設けられ第１出力ゲート、１０はこ
のシフトレジスタＤの出力端の電極３′が位置す
る箇所に設けられた第２出力ゲートである。

上述の如く構成された本発明固体撮像素子に於
て、上記撮像部Ａでの光電変換期間Ｔ１中に上記
シフトレジスタＤの入力ゲート８から先頭電極
１′下に１ビツト分の単位電荷を先ず抽入して置
く。

このＴ１が終了して該撮像部Ａから蓄積部Ｂへ
の電荷像の垂直転送が開始されると、上記シフト
レジスタＤに抽入された単位電荷もこの電荷像と
同期して移動する事になる。その結果、この電荷
像の蓄積部Ｂへの垂直転送が完了した時点で、シ
フトレジスタＤ中の単位電荷は第１出力ゲート９
下に位置する事になり、この時の第１出力ゲート
９に誘起される電荷量の変化が検出される。更に
該蓄積部Ｂに移つた電荷像が出力レジスタＣに順
次転送され、この転送が終了して出力レジスタＣ
からの水平転送が完了した時点でシフトレジスタ
Ｄ内の単位電荷は第２出力ゲート１０から外部に
取り出される。この第２出力ゲート１０からの出
力は、入力ゲート８に帰還され、該シフトレジス
タＤに再び単位電荷を抽入する事になる。

第４図は上述の本発明固体撮像素子に用いられ
るシフトレジスタＤの第１出力レジスタ９から得
られるｕ信号と第２出力レジスタ１０から得られ
るｖ信号を示している。これらの信号に現われる
パルスの周期は該固体撮像素子に於ける電荷転送
動作のフレーム周期Ｔを表わし、ｕ信号のパルス
発生時点ｔ_uからｖ信号のパルス発生時点ｔ_vまで
の期間が撮像部Ａでの光電変換期間Ｔ１と同期し
ており、逆にｔ_vからｔ_uまでの期間が撮像部Ａか
ら蓄積部Ｂへの垂直転送期間Ｔ２と同期してい
る。

上述の如き本発明固体撮像素子はシフトレジス
タＤからのｕ信号とｖ信号とを上記クロツクパル
スφ１〜φ６を制御するタイミング信号として用
いている。その結果、クロツクパルスφ１とφ２
はｕ信号パルスに依つて一定電圧を維持し、ｙ信
号パルスに依つて高速の方形波パルスに切り換わ
り、一方クロツクパルスφ３とφ４はｕ信号パル
スに依つて低速の方形波パルスに切り換わり、ｖ
信号パルスに依つてもφ１とφ２と同様の高速の
方形波パルスに切り換わる。又、クロツクパルス
φ５とφ６に於ては一定電圧区間と高速の方形波
パルス区間が交互して出現するものであるが、ｔ
_vからｔ_u迄の一定電圧区間だけが他の一定電圧区
間に無関係にｖ信号パルスとｕ信号パルスに依つ
て制限されている。

本発明固体撮像素子は、以上の説明から明らか
な如く、撮像部と蓄積部とに亘つてシフトレジス
タ部を隣接して構成し、該シフトレジスタ部に入
力される単位電荷を撮像部並びに蓄積部での電荷
転送速度で転送し、該シフトレジスタ部の単位電
荷の位置ゆ検出する事に依つて上記撮像部及び蓄
積部を移動しつつある電荷像の位置を検知するも
のであるので、実際の電荷像の位置を正確に知る
事が出来、この検知情報を用いる事に依つて撮像
部並びに蓄積部に配列されている各電極に印加す
るクロツクパルスの形状を最適に制御し得る。従
つて、カウンタ回路等の外部装置を用いる事なく
転送ミスのないパルス駆動が可能となり、良質の
再生画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の固体撮像素子を示す模式的な平
面図、第２図は一般の固体撮像素子に用いられる
クロツクパルスの波形図、第３図は本発明の固体
撮像素子を示す模式的平面図、第４図は本発明の
固体撮像素子用いたシフトレジスタから得られる
信号の波形図、であつてＡは撮像部、Ｂは蓄積
部、Ｃは出力レジスタ、Ｄはシフトレジスタ部、
ａ…は受光部、８は入力ゲート、９は第１出力ゲ
ート、１０は第２出力ゲートを夫々示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基上に絶縁膜を介して複数の電極を配
   置したCCD型の固定撮像素子に於て、受光部を
   行列配置して構成した撮像部と、該撮像部に結合
   してこの撮像部から転送される電荷像を一時的に
   貯える蓄積部と、上記撮像部と蓄積部とに亘つて
   隣接して構成されたシフトレジスタ部と、からな
   り、該シフトレジスタ部の撮像部側の一端には単
   位電荷を入力する為の入力ゲートが設けられ、さ
   らに該シフトレジスタ部の中央部には蓄積部の最
   初の電極に対応した第１の出力ゲートを備えると
   共に、該シフトレジスタ部の終端部には第２の出
   力ゲートを備え、上記入力ゲートに依つて該シフ
   トレジスタ部の一端から入力された単位電荷を撮
   像部並びに蓄積部での電荷転送速度で転送し、上
   記第１の出力ゲートでの単位電荷の検出タイミン
   グと、上記第２の出力ゲートでの単位電荷の検出
   タイミングとの両者によつて、撮像部並びに蓄積
   部に供給すべきクロツクパルスを制御する事を特
   徴とした固体撮像素子。