JPS6310889A - 固体撮像装置 - 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］ この発明は固体ｍｍ装置に関し、特にメカニカルシャッ
タを用いることなく静止画を得ることができるスチール
カメラ用の固体撮像装置に関するものである。

［従来の技術］ 電荷転送素子、たとえば電荷結合素子（以下、ＣＯＤと
記述する）を利用して構成された固体撮像装置が、小形
、軽量化され低消費電力化されたテレビジョンカメラを
構成するものとして実用化されつつある。また、このよ
うな素子をビデオカメラ用としてではなく、静止画を得
るためのスチールカメラ用としての応用への関心が高ま
りつつある。スチールカメラには撮像期間を制御するた
めにシャッタ機能が必要であるが、現在このシャッタと
してはメカニカルシャッタが一般に使用されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このメカニカルシャッタは、動作が機械的に行
なわれるため以下の欠点がある。

■　高速のシャッタスピードを安定性良く達成すること
は雌しい。

■　機械的寿命が存在し保修の点でコスト高になる。

この発明は上記のような欠点を解消するためになされた
もので、メカニカルシャッタを用いることなく静止画を
得ることができるスチールカメラ用の固体撮像装置を得
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る固体撮像＠置は、インターライン型置体
ＩｉＩ＆装置において、撮像を指令する１ｌｉｌ像指令
信号を発生するＩＩ（ｍ宿合信号発生器と、垂直電荷転
送素子の側部に配置されこの垂直電荷転送素子内の電荷
を排出するための第１のドレイン領域と、垂直電荷転送
素子から第１のドレイン領域への電荷の排出を制御する
ための第１のドレイン制御ゲートと、水平電荷転送素子
の側部に配置されこの水平電荷転送素子内の電荷を排出
するための第２のドレイン領域と、水平電荷転送素子か
ら第２のドレインｍ域への電荷の排出をｉｌｌ　ｌする
ための第２のドレイン制御ゲートとを備え、撮像指令信
号を受けない期間およびこの撮像指令信号を受けて感光
部が信号電荷を蓄積している期間は、垂直電荷転送素子
内の電荷を第１のドレイン領域へ排出し、かつ水平電荷
転送素子内の電荷を第２のドレイン領域へ排出し、感光
部に蓄積された信号電荷を読出す期間は、この感光部に
蓄積された信号電荷を制御ゲート、垂直電荷転送素子、
水平電荷転送素子を介して読出すようにしたものである
。

［作用］ この発明においては、撮像指令信号を受けｑい期間およ
びこの撮像指令信号を受けて感光部が信号電荷を蓄積し
ている期間は、垂直電荷転送素子内の電荷を第１のドレ
イン領域へ排出し、かつ水平電荷転送素子内の電荷をｗ
１２のドレイン領域へ排出する。この後、通常の読出方
法にＪこって、すなわち垂直電荷転送素子を信号電荷が
水平電荷転送素子へ転送されるように駆動して、感光部
に蓄積された信号電荷を制御ゲート８垂直電荷転送素子
、水平電荷転送素子を介して読出す。このような動作に
よって、固体ｍ像装置自体にシャッタ機能を持たせるこ
とができる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の実流例であるスチールカメラ用の
インターライン型固体撮像装置の構成を示す図である。

初めにこの固体ａｓｈ装置の構成について説明する。図
において、半導体基板１００上に、感光部１が２次元的
に配置されており、感光部１の垂直方向の列間に垂直転
送ＣＣＤ３が配置されている。

また、半導体基板１００上で感光部１と垂直転送Ｃ０Ｄ
３間に制御ゲート２が配置されている。感光部１は、入
射光を信号電荷に変換してこの信号電荷を蓄積するため
のものである。制御ゲート２は感光部１から垂直転送Ｃ
ＣＯ３への信＠電荷の転送を制御するためのもので、端
子１０より制御クロックφＴが印加されている。また、
半導体基板１００上で垂直転送ＣＣＤ３の側部にその長
手方向に沿ってドレイン領域７０が配置されており、垂
直転送ＣＣＤ３とドレイン領域７０間にドレイン制御ゲ
ート６０が配＠されている。また、半導体基板１００上
で感光部１．垂直転送ＣＣＤ３の側部に水平転送Ｃ０Ｄ
４．ｆｆ電荷検出部が配置されている。垂直転送ＣＣＤ
３は感光部１からの信号電荷を水平転送ＣＣＣｌ４へ転
送する。ドレイン領域７０は垂直転送ＣＣＤａ内の電荷
を排出するためのもので、端子８より所定の一定電圧で
あるドレイン電圧ＤＶが印加されている。ドレインｔ、
ｌ制御ゲート６０は垂直転送ＣＣＤ３からドレイン領域
７ｏへの電荷の排出をυＩｒＡするためのもので、端子
９より制御クロックφＧが印加されている。

水平転送ＣＣＤ４は垂直転送ＣＣＤ３からの信号電荷を
並列に受けてこの信り電荷を直列に電荷検出部５へ転送
する。電荷検出部５は信号電荷を電気信号に変換し、こ
の電気信号は端子１１から外部に出力される。さらに、
半導体基板１００上で水平転送Ｃ０Ｄ４の側部にその長
手方向に沿ってドレイン電圧域７１が配置されており、
水平転送ＣＣＯ４とドレイン領域７１間にドレイン制御
ゲート６１が配置されている。ドレイン領域７１は水平
転送ＣＣＤＪ内の１荷を排出するためのもので、上記端
子８より上記ドレイン電圧Ｄｖが印加されている。ドレ
イン制御ゲート６１は水平転送ＣＣＤ４からドレイン領
域７１への電荷の排出を制御するためのもので、上記端
子９より上記制御りＯツクφＧが印加されている。

また、この固体撮像装置は撮像を指令するｌ１ｉｌ像指
令信号を発生するｉｆｉ像指令信＠ｎ生器（図示せず）
を備えている。

第２図は、この固体撮像装置においてシャッタ機能を実
現するための各部の動作を示したタイミングチャートで
ある。

次にこの固体ｗｅ装置の動作を第２図を用いて説明する
。期１ｉＪｔ＋では、制御ゲート２に制御クロックφＴ
により高レベル（Ｈレベル）の電圧が印加されて制御ゲ
ート２は開いており、感光部１で光電変換により生じた
信号電荷はすべて垂直転送ＣＣＤ３に転送される。この
期間（、では垂直転送ＣＣＤ３．水平転送ＣＣＤ４は停
止しており、またドレイン制御ゲート６０．６１に制御
クロックφＧによりＨレベルの電圧が印加されてドレイ
ン制御ゲート６０．６１−は開いており、垂直転送ＣＣ
Ｄ３．水平転送ＣＣＤＪ内の信号電荷および不要電荷は
すべてドレイン領ｔｉｉ２７０．７１へ排出される。こ
の不要電荷は、迷光成分などにより感光部１以外で発生
した電荷および熱励起などにより発生した電荷などが垂
直転送ＣＣＤ３．水平転送ＣＣＤ４に漏れ込んだもので
ある。よってｗＪ間【、では感光部１から信号電荷は読
出されずシャッタは閉じていることに相当する。次に１
ｆｉ像指令信号発生器から撮像指令信号が来ると、制御
クロックφ丁は低レベル（Ｌレベル）の電圧になって制
御ゲート２は閉じ、感光部１は光電変換により生じた信
号電荷の蓄積を開始する。期間【２は感光部１における
信号電荷蓄積期間でありシャッタが開いている時間に相
当する。このときも垂直転送ＣＣＤ３．水平転送ＣＣＤ
４は停止しており、またドレインυＩＩＤゲート６０．
６１は開いており垂直転送ＣＣＤ３．水平転送ＣＣＯ４
に漏れ込んだ不要電荷はドレイン領域７０．７１へ排出
される。所定のシャッタ開放期間【２が経過すると、制
御クロックφＧはＬレベルの電圧となってドレイン制御
ゲート６０．６１は閉じ、不要電荷の排出を終える。そ
れとともに、制御クロックφＴはＨレベルの電圧となっ
て！（３部ゲート２が開き、感光部１に蓄積された信号
電荷は垂直転送ＣＣＤ３へ転送される（期間ｔｓ）。こ
の期間ｔ、が経過すると、制御ゲート２に印加されるＩ
Ｉ、す御クロックφＴはＬレベルの電圧になって制御ゲ
ート２が閉じる６期間ｔ、は感光部１に蓄積された信号
電荷を読出す期間であり、今まで停止していた垂直転送
ＣＣＤ３．水平転送ＣＣＤ４は信号電荷の転送を開始す
る。すなわち、感光部１から垂直転送ＣＣＤ３に転送さ
れた信号電荷はこの垂直転送ＣＣＤ３により１行ごとに
水平転送ＣＣＤ４へ転送され、水平転送ＣＣＤ４は垂直
転送ＣＣＤ３からの信号ｉ！荷を並列に受けてこの信号
電荷を直列に電荷検出部５へ転送する。電荷検出部５は
水平転送ＣＣＤ４からの信号電荷を電気信号に変換し、
この電気信号は端子１１から外部に読出される。期間【
４は通常のビデオフォーマットで読出すと１／　３０　
ｓｅｃとなる。この期間【４では、感光部１は信号電荷
の蓄積状態となっており、感光部１に強い光が入射する
と感光部１の信号電荷が転送を行なっている垂直転送Ｃ
ＣＤ３に溢れ出す可能性があるが、これを除くには感光
部１に固体ｍ像装置に一般に設けられているオーバフロ
ードレイン（５！！１示せず）を備えておけばよい。期
間ｔ、が過ぎると、制御クロックφＴ、φＧはＨレベル
の電圧となって再び制御ゲート２．ドレインＩＩＩ　’
５１１ゲート６０．６１は開き、垂直転送ＣＣＤ３．水
平転送ＣＣＤ４は停止し、待機状態となる。なお、期間
ｔ２は眞述したようにシャッタ開放時間に相当するから
、これを変化させることはシャッタスピードを変えるこ
とに相当する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、インターライン型固体
撮像装置において、撮像指令信号を発生するｍ象指令信
号発生器と、垂直電荷転送素子の側部に配置されこの垂
直電荷転送素子内の電荷を排出するための第１のドレイ
ン領域と、垂直電荷転送素子から第１のドレイン領域へ
の電荷の排出な１ｉｌＪ　ｍするための第１のドレイン
制御ゲートと、垂直電荷転送素子内の電荷を排出するた
めの第２のドレイン領域と、水平電荷転送素子から第２
のドレイン領域への電荷の排出を制御するための第２の
ドレイン制御ゲート電極とを備え、ｌｌｉ像指令信号を
受けない期間およびこの撮像指令信号を受けて感光部が
信号電荷を蓄積している期間は、垂直電荷転送素子内の
電荷を第１のドレイン領域へ排出し、かつ水平電荷転送
素子内の電荷を第２のドレイン領域へ排出し、感光部に
蓄積された信号電荷を読出す期間は、この感光部に蓄積
された信号電荷を制御ゲート、垂直電荷転送素子、水平
電荷転送素子を介して読出すので、固体撮像装置自体に
、高速のシャッタスピードを安定性良く達成し半永久的
に使用できるシャッタ機能を持たせることができ、この
ため、メカニカルシャッタを用いることなく静止画を得
ることができる安価で安定性の良いスチールカメラ用の
固体撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例であるスチールカメラ用の
インターライン型固体Ｉｌ像装置の構成を示す図である
。 第２図は、第１図の固体ｍｓ装置においてシャッタ機能
を実現するための各部の動作を示したタイミングチャー
トである。 図において、１は感光部、２は制御ゲート、３は垂直転
送ＣＯＤ、４は水平転送ＣＯＤ、５は電荷検出部、６０
．６１はドレイン制御ゲート、７０．７１はドレイン領
域、１００は半導体基板である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　　大　　岩　　増　　雄 １　Ｉ　　　　　　　　１１ 手続補正書（自発） ２、発明の名称 固体撮像装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第１２頁第１５行の「垂直電荷転送素子」を「水
平電荷転送素子」に訂正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板と、 前記半導体基板上に２次元的に配置され、光を信号電荷
   に変換して該信号電荷を蓄積するための感光部と、 前記半導体基板上で前記感光部の垂直方向の列間に配置
   され、信号電荷を転送するための垂直電荷転送素子と、 前記半導体基板上に配置され、前記感光部から前記垂直
   電荷転送素子への信号電荷の転送を制御するための制御
   ゲートと、 前記半導体基板上に配置され、前記垂直電荷転送素子か
   らの信号電荷を並列に受け直列に転送するための水平電
   荷転送素子とを備えたインターライン型固体撮像装置に
   おいて、 撮像を指令する撮像指令信号を発生する撮像指令信号発
   生器と、 前記半導体基板上で前記垂直電荷転送素子の側部にその
   長手方向に沿って配置され、該垂直電荷転送素子内の電
   荷を排出するための第１のドレイン領域と、 前記半導体基板上で前記垂直電荷転送素子と前記第１の
   ドレイン領域間に配置され、該垂直電荷転送素子から該
   第１のドレイン領域への電荷の排出を制御するための第
   １のドレイン制御ゲートと、前記半導体基板上で前記水
   平電荷転送素子の側部にその長手方向に沿って配置され
   、該水平電荷転送素子内の電荷を排出するための第２の
   ドレイン領域と、 前記半導体基板上で前記水平電荷転送素子と前記第２の
   ドレイン領域間に配置され、該水平転送素子から該第２
   のドレイン領域への電荷の排出を制御するための第２の
   ドレイン制御ゲートとを備え、 前記撮像指令信号を受けない期間および該撮像指令信号
   を受けて前記感光部が信号電荷を蓄積している期間は、
   前記垂直電荷転送素子内の電荷を前記第１のドレイン領
   域へ排出し、かつ前記水平電荷転送素子内の電荷を前記
   第２のドレイン領域へ排出し、 前記感光部に蓄積された信号電荷を読出す期間は、該感
   光部に蓄積された信号電荷を前記制御ゲート、前記垂直
   電荷転送素子、前記水平電荷転送素子を介して読出すこ
   とを特徴とする固体撮像装置。