JPS62237871A - 二次元ｃｃｄイメ−ジセンサとその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は二次元ＣＣＤイメージセンサとその駆動方法に
関し、特にノンインタレース方式で撮像を可能ならしめ
る二次元ＣＣＤイメージセンナとその駆動方法に関する
。

（従来技術） 半導体集積回路技術の発達にともない二次元ＣＣＤを用
いたイメージセ／すは、家庭用あるいは放送用のテレビ
カメラに使用可能な水準にまで達している。近年では、
さらに高性能化をめざしたイメージセ／すの開発が盛ん
であり、特に水平方向あるいは垂直方向の解像度を向上
すべく努力が払われている。ここで水平方向の解像度に
関しては単に水平方向の画素数を増加することによって
向上が可能であるが、垂直方向の解像度に関しては、例
えば現行の標準テレビジョン方式であるＮＴＢＣ方式で
は走査線数が約５００本捏度でありそれ以上に垂直方向
の画素数を増加させることは意味がない。さらに現行の
標準テレビジョン方式では、フリッカを抑制するため目
の残像効果を利用したインタレース走査が行なわれてお
り、垂直解像度の向上には制限があった。このため、近
年ノンインタレース方式を用いることにより垂直解像度
を向上させようという提案がなされている。

この方式では垂直解像度が理論上６６％程度改善される
。しかしながら従来のＣＣＤイメージセンナは、インタ
レース方式を仮定したものであるからノンインタレース
方式には適用不可能である。

第５図は、従来の二次元ＣＣＤイメージセ／すの一例を
示す基本的な構成図である。図において１〜１５はフォ
トダイオード、１６〜１８は垂直ＣＣＤレジスタ、１９
は水平ＣＣＤＬ／ジスタ、２゜は出力アンプである。本
例では、垂直ＣＣＤレジスタは４相駆動を仮定し、φ、
〜φ４の駆動パルスが印加されるとする。また、従来の
二次元ＣＣＤイメージセンサでは、垂直方向の２個のフ
ォトダイオードに対して１段の垂直ＣＣＤレジスタ、す
なわち１個のフォトダイオードに対してイ段の垂直ＣＣ
Ｄレジスタが対応して配置されている。このイメージセ
ンナの駆動方法を以下に説明する。

まず第一フィールドでは、水平方向の奇数行のフォトダ
イオード例えば１．　６．　１１．　３．　８．１３の
信号電荷が対応する垂直ＣＣＤレジスタへと読み出され
たのち、各垂直ＣＣＤレジスタ中を垂直方向に転送され
水平の一ライン毎に水平レジスタ１９へ送られ、水平レ
ジスタ中を水平方向に転送され出力アンプ２０を介して
出力される。つぎに第二フィールドでは、水平方向の偶
数行のフォトダイオード例えば２．　７．　１２．　４
．　９．　１４の信号電荷が対応する垂直ＣＣＤレジス
タへと読み出されたのち第一フィールドの場合と同様に
して出力される。これによって一フレームすなわち、全
フォトダイオードの信号電荷が読み出されることになる
。このような信号電荷の読み出し方は、水平の奇数行と
偶数行の信号電荷を第一フィールドと第二フィールドと
に分けて交互に読み出すものであり、インタレース走査
に適合した読み出し方である。また各フィールドでは、
全フォトダイオードの信号１ＦＬ荷のうち半分しか読み
出されないから垂直ＣＣＤレジスタは２個のフォトダイ
オードに対して１段だけ配置されている。一方ノ／イ／
タレース動作を行なわせる場合には、各フィールドで全
フォトダイオードを読み出す必要があり、このため、１
個のフォトダイオードに対して１段の垂直ＣＣＤレジス
タを配置させる必要があった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこのような構成では垂直ＣＣＤレジスタを
形成する転送電極の微細化が必要であり、また垂直ＣＣ
Ｄの信号電荷量も減少するという欠点がある。

本発明の目的はこのような欠点を除去した二次元ＣＣＤ
イメージセンナとその駆動方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本願の第４の発明によれば；一個のフォトダイオードに
対して％段の垂直ＣＣＤレジスタが対応して配置される
インタライン型の二次元ＣＣＤイメージセンサにおいて
、前記垂直ＣＣＤレジスタを構成する各転送電極に接続
され、垂直シフトパルスを発生するシフトレジスタが内
蔵してあることを特徴とする二次元ＣＣＤイメージセン
サが得られる。

さらに本願の第２の発明によれば；一個のフォトダイオ
ードに対して％段の垂直ＣＣＤレジスタが対応して配置
してあり、前記垂直ＣＣＤレジスタを構成する各転送電
極に接続され垂直シフトパルスを発生するシフトレジス
タが内蔵しであるインタライン型二次元ＣＣＤイメージ
センサの駆動方法であって、垂直ブラ／キ／グ中に前記
全てのフォトダイオードの信号電荷を前記垂直ＣＣＤレ
ジスタへと読み出し、しかるのち垂直方向に隣接するフ
ォトダイオードからの信号電荷のうち水平ＣＣＤレジス
タにより近い一水平ラインの信号電荷から順次に水平ブ
ランキング期間に水平ＣＣＤレジスタ側へと転送させる
ことを特徴とする二次元ＣＣＤイメージセ／すの駆動方
法が得られる。

（作用） 各フォトダイオードから読み出された信号電荷は、垂直
ＣＣＤレジスタの３４段毎に蓄積されている。従来の駆
動法においてはこれら信号電荷は垂直転送時に混合され
てしまい、その位置情報を失うが、本発明においては、
周辺に内蔵された垂直シフトレジスタによって発生する
垂直シフトパルスにより、水平レジスタにより近い信号
電荷から順次水平レジスタへと転送されるから、信号電
荷は互いに混合されることなく、隣接し合う水平ライン
の信号電荷がｇ４番に出力されノンインタレース動作を
達成する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本願の第１の発明による二次元ＣＣＤイメー
ジセンサの一実施例の構成を示す図である。

図において、３１〜４５はフォトダイオード、４６〜４
８は垂直ＣＣＤレジスタ、４９は水平ＣＣＤレジスタ、
５０は出力アンプ、５１．５２は垂直シフトパルスを発
生するためのシフトレジスタである。本実施例において
も、垂直ＣＣＤレジスタは２個のフォトダイオードに対
して１段、すなわち、１個のフォトダイオードに対して
％段が対応して配置されている。しかしながら、本実施
例は、周辺に垂直シフトパルスを発生するためのシフト
レジスタ５１．５２が内蔵されており、このシフトレジ
スタからの出力パルスが、垂直ＣＣＤレジスタを構成す
る転送電極へと供給されるべく構成されていることに特
徴がある。ここで、説明の便宜上、垂直ＣＣＤレジスタ
の１段は、４つの転送電極で構成されているものとする
。また、シフトレジスタ５１．５２は互いに同一のもの
であり、垂直ＣＣＤレジスタの転送電極の配線抵抗を考
慮して、素子の両側に配置されている。

第２図は、第１図実施例におけるシフトレジスタ一段当
りの具体的な構成例について示している。

基本的な構成は、ＣＭＯＳＭＯＳ−タロ１とゲートスイ
ッチトラ／ジスタロ２との縦続接続である。

図において６３〜６６はＰチャネルのトランジスタ、６
７〜７０はＮチャネルのトランジスタでそれぞれＣＭＯ
Ｂのインバータを構成する。７１〜７４はＮチャネルの
トランジスタでゲートスイッチトランジスタを構成する
。各インバータあるいはゲートスイッチトランジスタの
入出力端子は■〜■として示されている。また端子■に
は入力パルスｖ１が印加され、端子■には一定期間遅延
されたパルスＶ。が出力される。各ゲートスイッチトラ
ンジスタのゲート端子ＶＣハスイッチパルスφＩＩＴ　
　φ８．が印加される。さらに各インバータの出力端子
Ｏ９■、■、■は垂直ＣＣＤレジスタの一段分の転送′
電極に接続され、垂直シフトパルスを供給する。また、
本図に示す一段のシフトレジスタは縦続接続され、全体
のシフトレジスタ一段成し、各インバータの出力端子が
垂直ＣＣＤレジスタの転送電極へと接続されている。

第３図は前述の実施例におけるシフトレジスタからの出
力波形の一例を示す。図において■はシフトレジスタの
入力端子に印加されるパルスＶ！に相当し、垂直ブラン
キング中に印加する。φ１．。

φ、はゲートスイッチトランジスタのゲート端子に印加
される２相のクロックパルスであり、水平ブランキング
期間に印加される。■〜［相］はシフトレジスタ各点で
の波形を示し、第２図に示す端子記号と同一記号はその
端子点での波形に対応する。

第４図はこれらのシフトパルスによって駆動される垂直
ＣＣＤレジスタ内部での電荷の移動の様子を示す。図に
おいて、横軸は、時間的経過を示し、縦軸は垂直ＣＣＤ
レジスタ内部での電荷の移動を示す。・・ツチの部分に
電荷が蓄積されているものとする。図では水平の３ライ
ン分のフォトダイオードからの信号電荷が垂直ＣＣＤレ
ジスタ中で読み出される場合について示している。図中
０〜■は転送電極に対応した記号であり、？Ｒ３図の同
一記号に相当するシフトパルスが印加される。

つぎに図を用いて本素子の動作について説明する。

まず垂直ブランキング期間の時刻１＝１０において、各
フォトダイオードからの信号電荷が対応するイ段の垂直
ＣＣＤレジスタへ読み出される。このとき信号電荷を蓄
積するための蓄積電極■、○■はオン状態であり、シフ
トパルス波形もハイレベルとなっている。一方、各蓄積
電極間に設けられるバリヤ電極■、■、［相］はオフ状
態となっており、各信号電荷を位置的に分離している。

いま水平ブランキング期間の時刻ｔ、において水平レジ
スタ８２に最も近い垂直レジスタの電極Ｏに印加される
シフトパルスがオフとなるとこの電極下の信号電荷は水
平レジスタ８２へと転送される。時刻ｔ、において電極
■に印加されるパルスがオンになると電極■直下の信号
電荷は電極■、■両方にわたって分布蓄積される。つぎ
に時刻ｔ、において電極■がオン、電極■がオフすると
この電荷は電極■、■両方にわたって蓄積する。つぎに
電極のがオン、１！極■がオフするとこの電荷は電極■
直下にのみ蓄積され、つぎの水平ブランキング期間に水
平レジスタへ読み出されるための待機状態となる。同時
にこの信号電荷に隣接するフォトダイオードからの信号
電荷でもともと電極■直下にあった信号電荷は電極■、
■両方にまたがって蓄積される。つぎに水平の有効期間
ｔ１１１においては、すでに水平レジスタへ読み出され
ていた信号電荷が水平レジスタ中を転送され出力される
。以後同様にしてシフトレジスタからのシフトパルスが
垂直ＣＣＤレジスタの転送電極に印加されることにより
、信号電荷が垂直ＣＣＤレジスタ中で混じり合うことな
く順次水平レジスタ側へと転送され出力される。シフト
パルスはブランキング期間のみにおいてオン、オフの状
態が変化するから、有効期間での映像に妨害を与えるこ
とはない。以上の動作により全フォトダイオードからの
信号電荷が一フィールド期間中に一水平ライン毎に混じ
り合うことなく出力され、ノンインタレース動作が達成
される。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によると垂直ＣＣＤレジ
スタは１個のフォトダイオードに対してイ段のみ配置す
ればよいから垂直ＣＣＤレジスタの転送電極の形成が容
易になる。また取り扱い得る信号電荷の量も大幅に減少
させずに、垂直方向の解像度を向上せしめたノンインタ
レース方式の二次元ＣＣＤイメージセンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の第１の発明による二次元ＣＣＤイメージ
セ／すの一実施例を示す構成図、ｖＩ２図はその実施例
におけるシフトレジスタの回路図、第３図は第１図の素
子を駆動するシフトレジスタの出力波形図、第４図は第
１図の素子内部における電荷の移動の様子を示す図、第
５図は従来のインタライ／型二次元ＣＣＤイメージセン
サを示す構成図である。 図において１〜１５．３１〜４５はフォトダイオード、
１６〜１８．４６〜４８．８１は垂直ＣＣＤレジスタ、
ｌ’Ｌ　　４９．８２は水平ＣＣＤレジスタ、２０．５
０は出力アンプ、５１．５２はシフトレジスタである。 代理人　　弁理士　　本　庄　伸　介 ３１−４５−−−フｒトダイオード ４６〜４８−−−奇亘ｃｃｏ　ｂジ゛スタ４９・−−一
水−ＰＣＣＤじ°スフ ５０−−−−ぬカアンフ。 ５１．５２−−−シプトレジスク ６１−−−−ＣＭＯ５Ａンバ、−タ ロ２−−一−ケートスイ、、干トランジ゛スク６３−６
６・−２千ヤＪ、しＹランリスク６フ−７４−Ｎチャ＾
ルトランジスタ 第２図 φ、２ ’Ｉｓ＋−ｂ＋ｉ−−木手兵効期聞 φ１１．φ１２−−−打−トスＡ１オバルス第３図 、８２ ８１−−　傘ＪＬ　ＣＣＤ　Ｌ−！；ｚｆ８２−　水手
ＣＣＤ１／ジ゛スタ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一個のフォトダイオードに対して１／２段の垂直
   ＣＣＤレジスタが対応して配置されるインタライン型の
   二次元ＣＣＤイメージセンサにおいて、前記垂直ＣＣＤ
   レジスタを構成する各転送電極に接続され、垂直シフト
   パルスを発生するシフトレジスタが内蔵してあることを
   特徴とする二次元ＣＣＤイメージセンサ。
2. （２）一個のフォトダイオードに対して１／２段の垂直
   ＣＣＤレジスタが対応して配置してあり、前記垂直ＣＣ
   Ｄレジスタを構成する各転送電極に接続され垂直シフト
   パルスを発生するシフトレジスタが内蔵してあるインタ
   ライン型二次元ＣＣＤイメージセンサの駆動方法におい
   て、垂直ブランキング中に前記全てのフォトダイオード
   の信号電荷を前記垂直ＣＣＤレジスタへと読み出し、し
   かるのち垂直方向に隣接するフォトダイオードからの信
   号電荷のうち水平ＣＣＤレジスタにより近い一水平ライ
   ンの信号電荷から順次に水平ブランキング期間に水平Ｃ
   ＣＤレジスタ側へと転送させることを特徴とする二次元
   ＣＣＤイメージセンサの駆動方法。