JPS63306782A - 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） 本発明は部分読出しが可能な固体撮像素子に関する。

（従来技術） 近頃、ｃａｎ固体撮像素子では、解像度を高めるために
多画素化の傾向にあり、１２０万画素乃至１４０万画素
のものが提案されて来ている。

（発明が解決しようとする問題点） 処で、多画素化した際の欠点の１つに、画素の読出し時
間がある。従来の４０万画素程度までは、ＭＴ８０等の
ＴＶ規格に対応できて、１画面読出し時間が１／６０〜
１／ＳＯ秒に設定されていた。しかしながら、１２０万
画素クラスになると、例えば前記ＴＶ規格等に適応する
ためｒｃＩＩｉ従来の２倍程度の高速動作が求められる
が構造上難しく、従って、１画面の読出し時間が長くな
って来ている。

一方、システム・サイドからの要求として、全１面を読
出す代りに、画面の１部分だけで良ｉから短時間で読出
した−と云う場合がある１例えば、フォーカシングや最
適露光状態を設定するために、全画面の読出しに先立っ
て、２０万画素程度の画面中央等の部分情報だけを予め
短時間に読出したいような場合である。

しかし、従来のＣＣＤ固体撮像素子の構成では、上述の
要求を満たすような部分読出しは不可能であった。

本発明の目的は、上記事情に基づいて行われたもので、
画面の１部分だけを短時間に読出すことができる固体撮
像素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明によれ
ばこの課題は次のようにして解決される。すなわちマト
リクス状に配置された受光素子の信号を垂直００Ｄおよ
び水平ＣＣＤを用いて順次読出す固体撮像素子において
、水平００Ｄの途中に少なくとも１つ以上の第２の出力
部が設けられており、垂直ＣＣＤおよび水平ＯＣＤの信
号が、前記第２の出力部を通して択一的に読出されるよ
うにした。

第２の出力部は、全画面のうち部分読出し行う垂直００
Ｄ列に対応した位置に続けられており、水平〇ＣＤに転
送された信号電荷は直ちにこの出力部から読出される。

なお、出力部は出力機構が従来公知の何れの方法でもよ
く、例えば、カレント・アウト・プツト法、７０−ティ
ング・デフニージョン・アンブリファイア法、７０−テ
ィング−ゲート−アンプリファイア法等を用ｉることが
出来る。０！つて、本発明に何れの方法を適用させるか
は、本発明の対象でないので、ここで詳細に説明するこ
とはしない。

（実施９１） 本発明の実施列を以下図面によって説明する。

第１図は、本発明による固体撮像素子の１実施例の全体
を示すブロック図であり、第２図は水平ＣＣＤ４に設け
られた第２の出力部５の接続部分を示す構成図である。

第１図において、受光部１は、マ）９クス状に配置され
九複数の受光素子から成る。受光素子の垂直列に対応し
て垂直００Ｄ２が配置されており、この垂直００Ｄ２の
出力側には水平ＣＣＤ４が接続されている。水平ＣＣＤ
４の出力端には、従来と同様、垂直ＣＣＤの１走査線分
の信号を順次読出すための出力部５−１が設けられてい
る。この出力部５−１は従来と同一構造から成っており
、出力ゲート、出力アンプおよびリセットゲートにより
設けられている。本発明の固体撮像素子社、前記出力部
５−１と同一構造の出力部が更に水平００’Ｄ　４の途
中に配置されている６本実施列では更に２つの出力部５
−２゜５−３が設けられてｉる。これら出力部５−２゜
５−３は、部分読出しを実行しようとする受光部わち、
第５図により更に説明すると、第５図は受光部の分割の
様子を示している。

図において、垂直方向に沼って設けた２本の点線により
、受光部が水平方向に３分割されており、前記２本の点
線に沿って配置される垂直００Ｄ２と対応した位置に、
前記水平００Ｄ４の出力部５−２．５−５が設けられて
いる。

第２図は、前記水平（ＩＣＤ４の途中に設けられる出力
部５−２の光枠６で示す接続部分を示している。

前記水平００Ｄ４により形成される転送チャネル１１は
、前記接続部分で枝分かれし走路丁字形に設けられてい
る。水平ＣＣＤ４は水平方向に並設された転送電極１２
，１３．１４により構成されており、接続部分において
、前記転送電極の１つの電極１３ｆ′ｉこれに対応して
配置された出力ゲート１５および出力ダイオード１６ｔ
−介して図示しなめ出力アンプと接続されている。

以上のように構成された固体撮像素子は、信号電荷の読
出しが次のようにして行われる。

全画面の読出しは従来と同様に行われ、受光部に蓄積さ
れた信号電荷は垂直ブランキング期間の１部で全画素一
つせ埴に垂直ｃａｎに転送される。

垂直ｃａｎに移動された電荷は、列えばテレビジョンの
標準走査の速度で、垂直方向に１走査線分−の信号が並
列に１列分転送され、水平〇０Ｄに送り込まれる。水平
００Ｄに転送された１走査線分の信号電荷は水平方向に
転送され、従来から配置されてｉる出力部５−１から検
出される。この際、前記枝分かれして設けられた出力部
５−２．５−３は前記出力ゲート１５がそれぞれ一レベ
ルに設けられて高い障壁を形成しており、電荷が読出さ
れない。

次に部分読出しを行う場合について述べる１例えば第５
図におｉて、水平方向に分割された各行に対応する受光
領域ｆ：　ｌｌ”ｉ　＊　　Ｎ”雪、　　ＮＸ３　　と
して、Ｎｌ冨に蓄積された信号電荷を読出す場合につい
て説明する。

受光部１から水平０ＣＤ４への電荷の移送は、全画面読
出しの場合と同じ動作により行われる。

次いで、前記水平（：！ＯＤ４の途中に設けた出力部５
−２．５−５１−それぞれ開くことにより、水平方向に
順次転送される電荷のうち、前記受光領域ＮＸ３に対応
する部分の電荷は従来の出力部５−１から、Ｎ勾に対応
する部分の電荷は枝分かれした出力部５−２から、Ｎｌ
：ｌの部分の電荷は同じく枝分かれした出力部５−３か
らそれぞれ読出される。

そして、読出し不用の信号電荷はそれぞれの出力部５−
１．５−５から読出された後に排出される。

なお、前記出力部からの読出しは対応する出力ゲート１
５にパルスを印加してＥＶペルに設け、障壁を低くする
ことにより、水平ＣＣＤの転送電極に送られて来た信号
電荷が出力ダイオード１６に流れ込み、これにより生じ
る電位変化が図示しない出力アンプに読出される。

このように構成したことにより、部分読出ししたい画面
の電荷は直ちに読出されることになり、時間は短縮され
ろ。

第５図乃至第４図は本発明の他の実施ｆＲｔ−示して勝
る。

本実施列は、先の実施例に加えて受光部の垂直方向に関
しても部分読出しを実行しようとするものである。従っ
て、水平方向の部分読出しは先の実施例と同じであり、
図中同一符号を用いて説明を省略する。

第３図において、受光素子と垂直ＣＣＤとの間に配置さ
れる読出し用ゲート（図示せず）は各行毎に共通のゲー
ト線にまとめられており、各ゲート線はスイッチ部３を
介して垂直シフトパルス電極接続部７と接続されている
。

第４図は前記スイッチ部３の詳細な実施９１Ｊを示して
ｉる。各ゲート線はそれぞれ１つのＭＯＢトランジスタ
スイッチ９を介して前記垂直シフトパルス電極接続部７
と接続されている。

受光部１は、所望の部分読出しに応じて垂直方向に飼え
ば３分割されており、第５図の水平方向に引いた２本の
点線で示すように、各垂直画素列の受光領域が１ｉ７ｔ
　ｅ　　）１７冨ｔ　　’７ｍ　　に分割されている。

そして、前記各行のゲート線社この分割に対応して前記
ＭＯ８）ランジスタスイッチ９が異なるゲートにより制
御される２つの組に分けられている。すなわち、前記Ｎ
７ｔ　ｔ　　Ｎ７ｓ　　に対応する行の読出しゲート線
は共通ゲー）ＣＩ　　により制御されるＭＯＳ）ランジ
スタスイツチ９−１と接続されており、前記Ｎ７ｔに対
応する行の読出しゲート線は共通ゲートＣ：により制御
されるＭＯＳ）ランジスタスイツチ９−２と接続されて
いる。

次に動作について説明する。

第５図において、水平方向にＮｘ！により規制され、か
つ垂直方向にＭｙ鵞で規制される受光領域の部分読出し
を行う場合につめて述べる。

前記スイッチ部３はＭ０８トランジスタスイッチ９の共
通ゲートＣＩ　がオフに設けられ、ＯＲがオンに設けら
れてフィールドシフトパルスが印加される。これにより
、垂直画素列のうち１１７ＲＫ対応し曳行の信号電荷が
垂直Ｃ０Ｄ２に移される。

この際、Ｎ７ｓおよびＮ７ｓに対応する信号電荷は垂直
００Ｄ２に移されていない。従って、垂直００Ｄ２は各
行の電荷を順次水平〇０Ｄ４へ読出す際、ｃｌ　、ＯＲ
をオンにして出力側に近い前記Ｎ７ｔに対応する行の読
出しを高速に行い、通常の画素続出しの場合の駆動周期
ｆ！より速ｉ周期で！で駆動する０次いで、垂直ＣＣＤ
２はｌｉ７＊に対応する′行の電荷を通常の駆動周期で
１により、１行毎に水平ｃａｎへ移送する。水平ｃｅｎ
４は通常の駆動周期ｒＨで信号電荷を水平方向に転送す
る。この際、前記第１の実施例で述べたように、水平方
向に分割された受光領域１１ｚ寓に対応する画素の電荷
は、枝分かれした１つの出力部５−２から読出される。

なお、このとき他の出力部５−１．５−３も駆動されて
リセット状態に設けられている、１行ＯＭｘｚ個分の情
報が読出された後、水平帰線期間ｔｂが停止する。また
、この間垂直Ｃ０ＤＺは次の行を水平００Ｄ４に移送す
る。このようにして、受光領域Ｎｙ雪に対応する行をす
べて水平ＣＣＤ４に移送し、前記出力部５−２から読出
すことにより、１回の部分続出しが行われる。

なお、全画素読出しの場合の１画面読出し時間は、ノン
インターレースとして、 ｔａｌｌ、　＝　（（ＮＸｌ＋　ＨＸｔ＋　ＮＸＩ）Ｘ
　ｆｌｌ＋　ｔｌ））Ｘ　（Ｎｙｓ＋　１ｉ７ｓ　＋　
１ｉｙｓ）で表わされる。また、上記実施列で行った部
分読出しにかかる時間は、同様にして、 ｔｐａｒｔ　＝　　ＣＭｘ鵞Ｘ　ｆＢ＋　ｔｌ））Ｘ　
１１７ｍ　＋　１７１　　Ｘ　　ｆｔで表わされる。

この際、ＭＸｔ　’；、　ＮＸｓの場合には上記動作が
行えるが、ＭＸ冨）　ＮＸＩの場合はそのままではＮｌ
Ｃｌが１つの出力部から読出され終っても、Ｈｚ意の電
荷はまだ水平ＣＣＤに残っていて読出されないことにな
る。そこでこのような場合は、水平帰線期間ｔ１．をｔ
ｌ）　＋　（Ｎｘｌ　　ＭＸｌ）　Ｘ　ｆＴｌ　　とし
て水平転送を（１１１ＮＸＩ　）段分だけ余分に行う必
要がある。

なお、前記実施例において、前記スイッチ部３および前
記垂直シフトパルス電極接続部７が受光部１０両側に分
かれて２つ設けられているのは、部分読出しを行う領域
が複数パターンに選択できるように、各行を振り分けて
いるためである。

（発明の効果） 以上記載したとおり、本発明の固体撮像素子によれば、
画面の１部だけを読出すことができる。

また、全画素読出しより短い時間で読出せるため、蓄積
時間を変えながら読出してダイナミックレンジを広げら
れる。更に、Ｄ　Ｂ　Ｐ　（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎ
ａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ　）と接続しての画儂処理に有
効になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例による固体撮像素子のブロ
ック図、第２図は第１図の実施例の要部を説明する図、
第５図は本発明の他の実施列によるブロック図、第４図
は第３図に示した実施例の要部を説明する回路構成図、
第５図は本発明の各実施例における受光領域の分割を示
す図である。 １・・・受光部、２・・・垂直００Ｄ、３・・・スイッ
チ部、４・・・水平００Ｄ、５・・・出力部、７・・・
垂直シフトパルス電極接続部、１１，１２．１５・・・
転送電極、１５・・・出力ゲート、１６・・・出力ダイ
オード第　　１　　図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マトリクス状に配置された受光素子の信号を垂直ＣＣ
   Ｄおよび水平ＣＣＤを用いて順次読出す固体撮像素子に
   おいて、水平ＣＣＤの途中に少なくとも１つ以上の第２
   の出力部が設けられており、垂直ＣＣＤおよび水平ＣＣ
   Ｄの信号が、前記第２の出力部を通して択一的に読出さ
   れるようにしたことを特徴とする固体撮像素子。