JPS63148778A - 固体撮像素子 - 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、電荷転送素子を使用した固体撮像素子に関す
る。

〔発明のｍ要〕

本発明は、電荷転送素子を使用した固体撮像素子におい
て、ｌ垂直周期期間に断続的に光電変換素子に范稍され
た′Ｒ１荷を、垂直シフトレジスタ内で加算し、これを
水平シフトレジスタに転送して出力するようにしたこと
により、ｖ３画に不連続感を生じさせることなく、Ｍ積
時間を制御して感度を制御できるようにすると共に、特
殊な装置を用いることなく高速度の物体の撮像が可能と
なるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、電荷転送素子を使用した固体撮像素子において、
蓄積時間を制御することにより、感度制御を行なうこと
が提案されている。例えば、第４図Ｂに示すように蓄積
終了時点を一定とすると共にｍ積開始時点を制御するこ
とにより感度制御を行なうように構成される。尚、第４
図Ａは棄直同期パルスＶＤを示している。

また従来、蓄積時間を１／　５００〜１／　２０００ｓ
ｅｃ程度とすることで、高速度の物体の撮像をし、物体
の動作解析等に用いることが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、蓄積時間を制御することにより感度制
御を行なうものによれば、ｆｆｉ！時間が短かくなると
、動画に不連続感が生じる問題があった。

また、上述したようにＭ積時間を短かくして高速度の物
体の撮像をするものによれば、蓄積期間が１垂直周期期
間内に１度であるため、蓄積期間には目的とする物体が
画面内からはずれてしまうおそれがあった。このような
問題がなく高速度の物体を撮像する方法として光源の発
光時間を制御する方法も用いられているが、この方法で
は特殊な光源が必要となる問題があった。

本発明は斯る点に鑑み、動画に不連続感を生じさせるこ
となく感度制御が可能となるようにすると共に、特殊な
装置を用いることなく高速度の物体を確実に撮像できる
ようにするものである。

（問題点を解決するための手段〕 本発明は、マトリクス状に配された複数の光電変換素子
（１）と、電荷を垂直方向に転送する垂直シフトレジス
タ（２）と、複数の光電変換素子（１）によって発生さ
れた電荷を垂直シフトレジスタ（２）に転送制御する転
送ゲート（３）と、複数の光電変換素子（１）によって
発生された電荷を転送ゲート（３）を介さずに吸収し得
るように構成した所定のドレイン部（４）と、電荷を水
平方向に転送する水平シフトレジスタ（９）とを有する
ものである。そして、ｌ垂直周期期間に断続的に光電変
換素子（１）にＮ積されたｔｒｉ荷。

を複数回にわたり転送ゲート（３）を介して垂直シフト
レジスタ（２）に転送し、複数回転送された電荷を垂直
シフトレジスタ（２）内で加算し、水平シフトレジスタ
（９）に転送するようにしたものである。

〔作用〕

上述構成においては、ｌ垂直周期期間に数度断続的に光
電変換素子＋１）に蓄積された電荷を垂直シフトレジス
タ（２）で加算し、これを水平シフトレジスタ（９）に
転送して出力するようにしたものであり、蓄積期間が１
垂直周期期間内に数回となるため、蓄積時間を短かくし
ても、動画に不連続感が生じなくなる。また、蓄積期間
が１垂直周期期間内に数度となるため、ＮＭｉ期間に目
的とする物体が画面内からはずれることは少なくなり、
高速度の物体が確実にＩＭｆｌされる。

〔実施例〕

以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例について
説明しよう。本例は、いわゆるハイブリッド転送方式の
ＣＯＤ固体撮像素子に通用した例である。

同図において、（１）は各画素に対応して配された光電
変換素子、（２）は列状に配置されている第１の垂直シ
フトレジスタである。光電変換素子（１）及び第１の垂
直シフトレジスタ（２）の間には、光電変換素子（１）
に蓄積された＊荷を第１の垂直シフトレジスタ（２）に
転送制御する転送ゲート（３）が配置される。

また、（４）はｍ荷扱収部を構成するオーバーフロード
レインであり、光電変換素子（１）の隣にオーバーフロ
ーコントロールゲート（５）を介して平面上に配置され
、いわゆる横型オーバーフロー構造とされる０以上の光
電変換素子（１）、第１の垂直シフトレジスタ（２）、
転送ゲート（３）、オーバーフロードレイン（４）、オ
ーバーフローコントロールゲート（５）でイメージ部（
６）が形成される。

また、イメージ部（６）の第１の垂直シフトレジスタ（
２）の一端には、この第１の垂直シフトレジスタ（２）
と電気的に結合された第２の垂直シフトレジスタ（７）
が配置される。この第２の垂直シフトレジスタ（７）の
電荷転送段数は、第１の垂直シフトレジスタ（２）の段
数と等しいか、それより少し多くされる。

この第２の垂直シフトレジスタ（７）でストレージ部（
８）が形成される。

また、ストレージ部（８）の第２の垂直シフトレジスタ
（７）の他の一端には、この第２の垂直シフトレジスタ
（７）と電気的に結合された水平シフトレジスタ（９）
が配置される。また、この水平シフトレジスタ（９）の
一端には電荷検出部（１０）が配置され、これから外部
に信号が出力される。

上述の構成は従来周知のものであるが、本例ではさらに
以下のように構成される。

即ち本例においては、オーバーフローコントロールゲー
ト（５）に、第２図Ｂに示すように１垂直周期期間内に
３度高レベル“１”となるゲートパルスＰｏｅが供給さ
れる。尚、第２図Ａは垂直同期パルスＶＤを示している
。また、転送ゲート（３）に、第２図Ｃに示すようにゲ
ートパルスＰｏｏの高レベル期間の終り間際に対応して
高レベル“１”となるゲートパルスＰＲＧが供給される
。この場合、ゲートパルスＰｏＧが高レベル“１１で、
かつゲートパルスＰＲＧが低レベル１０′であるときの
各部の電位関係は第３図Ａに示すようになり、光電変換
ベル″ｌ″となるときの電位関係は第３図Ｂに示すよう
になり、垂直シフトレジスタ（２）の電位の弁片が深く
なり、光電変換素子（１）にＷ＄Ａされた電荷は垂直シ
フトレジスタ（２）に転送される。さらに、ゲートパル
スＰｏＧが低レベル“Ｏ”で、かつゲートパルスＰＲＧ
が低レベル′０″となるときの各部の電位関係は第３図
Ｃに示すようになり、オーバーフロードレイン（４）に
対応する電位の井戸が深くなり、光電変換素子（１）に
Ｎ積された電荷はオーバーフロードレイン（４）に転送
されて基板中に吸いとられる。

また本例においては、１！ｔ！直周期期間内の３度の期
間に光電変換素子（１）にＮ積された電荷をゲートパル
スＰＲＧによって３度にわたり第１のＵ直シフトレジス
タ（２）に転送した後、第１の垂直シフトレジスタ（２
）より第２の垂直シフトレジスタ（７）に電荷が高速で
転送される。例えば、第２図りに示すように光電変換素
子（１）より第１の垂直シフトレジスタ（２）に３度目
の電荷転送がなされた直後のＴ。

の期間で転送される。この場合、転送は、例えば２相、
３相、４相等の駆動方式とされる。

また、ストレージ部（８）の第２の垂直シフトレジスタ
（７）に転送された電荷は、続く１垂直周期期間の間に
１ライン分ずつ水平シフトレジスタ（９）に転送され、
電荷検出部（１０）より外部に信号が出力される。

本例は、以上のように構成され、オーバーフローコント
ロールゲート（５）には、第２図Ｂに示すようなゲート
パルスＰｏｅが供給され、このゲートパルスＰｏｃが高
レベル′″ｌ”である期間τのみ光電変換素子（１）に
電荷がＭ＃ｉＩされるので、光電変換素子には１！ｔ！
直周期期間内に３度断続的に電荷が蓄積される。また、
転送ゲート（３）には、第２図Ｃに示すようなゲートパ
ルスＰＲＧが供給され、このゲートパルスＰＲＧが高レ
ベル“１”である期間、光電変換素子＜１）にＭＭｉさ
れた電荷が第１の垂直シフトレジスタ（２）に転送され
ると共に、ゲートパルスＰＲＧはゲートパルスＰｏｅＯ
高レベル期間の終り間際に対応して高レベル“１”とな
るので、光電変換素子＋１）に断続的に蓄積された電荷
は順次第１の垂直シフトレジスタ（２）に転送され、加
算される。

そして、この第１の垂直シフトレジスタ（２）で加算さ
れた電荷は、３度目の電荷転送がなされた直後のＴ　ｏ
の期間（第２図り参照）で、第２の垂直シフトレジスタ
（７）に高速転送され、この第２の垂直シフトレジスタ
（７）に転送された電荷は、続く１垂直周期期間の間に
１ライン分ずつ水平シフトレジスタ（９）に転送される
。そして、電荷検出部（１０）より外部に信号が出力さ
れる。

ここで、第２の垂直シフトレジスタ（７）に転送された
′ＫＸ荷が順次出力されている１！ｉ！直周期期間の間
に、次のＬ垂直周期期間の間に出力すべき電荷が上述し
たと同様に光電変換素子＋１＞より第１の垂直シフトレ
ジスタ（２）に転送され加算されるので、ｍ荷検出部（
１０）より外部に信号が連続して出力される。

尚、ゲートパルスＰｏｅの高レベル期間τを変えること
により、８８時間が制御され、感度が制御される。

このように本例によれば、１垂直周期期間に３度１ｔｌ
ｒ続的に光電変換素子＋１）に苺積された電荷を第１の
垂直シフトレジスタ（２）で加算して出力するので、蓄
積時間を短かくしても動画に不連続感が生じなくなる。

したがって本例によれば、動画に不連続感を生じさせる
ことなくＭ積時間を制御して感度を制御することができ
る。また、本例によれば苺積期間が１垂直周期期間内に
数度となるため、蓄積期間に目的とする物体が画面内か
らはずれることが少なくなるので、特殊な装置を用いる
ことなく高速度の物体を確実に撮像することができる。

したがって、高速度の物体の動作解析に使用して好適と
なる。

尚、上述実施例においては、ｌＴ！！直周期期間内に３
度断続的に光ｉｔｔ変換素子（１）に蓄積された？ｌ荷
を第１の垂直シフトレジスタ（２）で加算して出力する
ものであるが、３度に限定されるものでなく、その他の
回数とすることもできる。

また上述実施例においては、ストレージ部（８）を有す
る、いわゆるハイブリッド転送方式の例を示したもので
あるが、このストレージ部（８）のないインターライン
転送方式のものにも本発明を同様に適用することができ
る。しかしその場合には、ストレージ部（８）がないこ
とから、信号を連続して出力することはできず、断続的
にｔｉ直周期期間分の信号を出力できるだけである。

また、上述実施例においては、横型オーバーフロー構造
のものを示したが、縦型オーバーフロー構造のものであ
っても同様に構成することができる。要は、光電変換素
子（１）によって発生された電荷を転送ゲート（３）を
介さずに例えば基板に吸収し得るように構成してあれば
よい。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、１垂直周期期間に断続的に
光電変換素子に蓄積された電荷を、垂直シフトレジスタ
内で加算し、これを水平シフトレジスタに転送して出力
するので、動画に不連続感を生じさせることなく蓄積時
間を制御して感度制御を行なうことができる。また、特
殊な装置を用いることなく高速度の物体を確実に撮像す
ることができ、高速度の物体の動作解析に使用して好適
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図及び第
３図はその説明のための図、第４図は従来例の説明のた
めの図である。 （１）は光電変換素子、（２）は第１の垂直シフトレジ
スタ、（３）は転送ゲート、（４）はオーバーフロード
レイン、（５）はオーバーフローコントロールゲート、
（６）はイメージ部、（７）は第２の垂直シフトレジス
タ、（８）はストレージ部、（９）は水平シフトレジス
タ、（１０）は電荷検出部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリクス状に配された複数の光電変換素子と、電荷を
   垂直方向に転送する垂直シフトレジスタと、上記複数の
   光電変換素子によって発生された電荷を上記垂直シフト
   レジスタに転送制御する転送ゲートと、上記複数の光電
   変換素子によって発生された電荷を上記転送ゲートを介
   さずに吸収し得るように構成した所定のドレイン部と、
   電荷を水平方向に転送する水平シフトレジスタとを有し
   、１垂直周期期間に断続的に上記光電変換素子に蓄積さ
   れた電荷を複数回にわたり上記転送ゲートを介して上記
   垂直シフトレジスタに転送し、複数回転送された電荷を
   上記垂直シフトレジスタ内で加算し、上記水平シフトレ
   ジスタに転送するようにしたことを特徴とする固体撮像
   素子。