JP2951672B2 - インターライン型固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、CCDなどの電荷転送素子を用いたインタ
ーライン転送型固体撮像装置に関する。

「従来の技術」 CCDなどの電荷転送素子を用いた固体撮像装置に於い
て、受光部に蓄積された電荷を転送する手法のなかに、
インターライン転送型がある。

このインターライン転送型固体撮像装置は、周知のよ
うに、 （１）絵素に対応する複数の光電変換素子を有する受光
部と、 （２）受光部から信号電荷を転送する垂直の絵素列の一
方の片側に設けられた垂直転送レジスタ部と、 （３）垂直転送レジスタ部の一方の終端部に設けられた
水平転送レジスタ部 とで構成されている。

そして、受光部の光電変換素子により受光量に応じて
生じた全電荷を対応する垂直レジスタ部に読み出し、そ
の信号電荷を垂直転送レジスタ部に印加された転送パル
スによって水平ブランキング期間に１絵素（１ビット）
ずつ水平転送レジスタ部に転送する。そして、水平転送
レジスタ部を使用して１水平ラインごとに高速で出力部
に転送して、１水平ラインの映像信号（撮像信号）を得
るようにしている。

また、この電荷読み出しにおいて、インターレースを
行う場合は、垂直１つおきの水平ラインの絵素の電荷を
１フィールドで垂直転送レジスタ部に読み出し、同様に
して電荷転送を行って所定の撮像信号を得る。そして、
次の１フィールドでその間の残りの水平ラインの絵素の
電荷を読み出し、同様に転送して残りのフィールドにお
ける撮像信号を得るようにしている。

このようなインターレース走査によると、絵素での受
光蓄積時間は２フィールドの期間となり、信号電荷は１
フィールドずつ重なり合ったものとなるから、残像が発
生する。

「発明が解決しようとする課題」 インターレースによる残像を解決する一つの方法とし
て、１フィールドの受光蓄積時間後に受光部の全電荷を
垂直転送レジスタ部に読み出し、しかる後に、その垂直
転送レジスタ部において、奇数フィールドでは一方の、
偶数フィールドでは他方の隣接する絵素に対応する電荷
同志を加算し信号電荷とする方法（特公昭62−40910号
公報など）がある。

この方法によると、受光部の全信号電荷を読み出す際
の垂直転送レジスタ部の状態は、各絵素に対応して設け
られた垂直転送レジスタ部の各ゲート領域のみしか制御
できないため、読み出し電荷量に制限を受ける。

特に、垂直転送レジスタ部での電荷転送方式として４
相駆動方式を採用している場合には、各絵素に対する垂
直転送レジスタ部の電荷受け入れ許容量（直下に形成さ
れるポテンシャルウエルの深さなどによって決まる）
は、絵素の誘起電荷量より少なくならざるを得ない。

これは、絵素の誘起電荷量を、対応する垂直転送レジ
スタ部でのポテンシャルによって形成されたポテンシャ
ルウエルのみによって蓄積するのでは、垂直転送レジス
タ部への移送電荷量がオーバーフローとなってしまう場
合が発生するからである。

そこで、この発明はこのような課題を解決したもので
あって、電荷読み出し時の電荷量の制限を緩和し、残像
のない画像が得られるようにした固体撮像装置を提案す
るものである。

「課題を解決するための手段」 上述の問題点を解決するため、この発明においては、
各受光部の信号電荷を、それぞれ対応する電荷移送ゲー
ト部を介して、対応する垂直転送レジスタ部の各領域に
読み出し、奇数フィールドと偶数フィールドとで加算の
組み合わせを変えて、上記垂直転送レジスタ部の隣接領
域間の信号電荷の加算を行い、その後、水平転送レジス
タ部方向への電荷転送を行うようにしたインターライン
型固体撮像装置に於いて、上記各受光部より上記垂直転
送レジスタ部への信号電荷読み出し時に於いて、上記電
荷移送ゲート部のポテンシャルを深くすると同時に、上
記垂直転送レジスタ部の加算を行うべき２つの領域間の
領域のポテンシャルを、加算を行わない２つの領域間の
領域のポテンシャルよりも深く設定する構成としたこと
を特徴とするものである。

第２図、第４図、第６図及び第８図のタイミングにお
いては、時点t3の直前の時点t2で、垂直転送レジスタ部
１に形成された転送電極φ１〜φ３若しくはφ3,φ4,φ
１直下に形成されるポテンシャルウエルの深さが同一と
なるようにクロックパルスが制御される。

そうすると、奇数フィールドでは一方の、偶数フィー
ルドでは他方の隣接する絵素同志の電荷が加算される。
第２図及び第４図の例では、時点t4で、第６図及び第８
図の例では、時点t3で電荷の加算が行われる。

このとき、少なくとも隣接する２つの絵素に対応した
垂直転送レジスタ部１のポテンシャルウエル（転送電極
φ１〜φ３若しくはφ3,φ4,φ１直下に形成されるポテ
ンシャルウエル）は同一の深さになっており、次の電荷
読み出しタイミングではそのうちの何れかのポテンシャ
ルウエルがさらに深くなるから、電荷蓄積のためのポテ
ンシャルウエルが大幅に拡張される。

これによって、読み出し電荷量の制限が緩和される。

「実施例」 続いて、この発明に係るインターライン型固体撮像装
置の一例を、CCDを例にとって詳細に説明する。

第１図は、この発明が適用されるインターライン転送
型CCD固体撮像装置の要部平面図を示す。

こり固体撮像装置も、従来と同じく受光部Ｓ、垂直転
送レジスタ部１、電荷移送ゲート部２及び水平転送レジ
スタ部（図示はしない）によって構成される。

ここで、垂直転送レジスタ部１での電荷転送は４相駆
動方式による転送方式を例示する。

Ｓ（S11〜S14,S21〜S24,S31〜S34,・・・）は、絵素
となる光電変換素子を有する受光部で、その垂直列の一
方の片側に垂直転送レジスタ部１が設けられる。

垂直転送レジスタ部１と各絵素Ｓとの間には、電荷移
送ゲート部２が各絵素Ｓに対応する垂直転送レジスタ部
１のゲートの一方を延在させて形成される。したがっ
て、矢印が電荷の読み出し方向となる。φ１〜φ４は垂
直転送レジスタ部１に設けられた転送電極である。

続いて、このように構成された固体撮像装置に対して
印加するクロックパルスの一例を次に説明する。

第２図及び第４図はその一例であって、第２図は、垂
直転送レジスタ部１に印加する偶数フィールドでのクロ
ックパルス（転送パルス）（第２図では、便宜的に転送
電極と同一符号で示す。以下同様）を示し、第４図は偶
数フィールドでのクロックパルスを示す。

そして、第３図は第２図のクロックパルスを印加した
時の第１図Ａ−Ａ′線上における垂直転送レジスタ部１
内のポテンシャルウエルと電荷移動状態を示し、第５図
は第４図のクロックパルスを印加したときにおける同様
なポテンシャルウエルと電荷移動状態を示す。

ここでS11〜S14,S21〜S24,S31〜S34の各受光部Ｓに対
応する各垂直転送レジスタ部１及び各電荷移送ゲート部
２は同様の動作を行うため、S11〜S14の受光部Ｓとそれ
に対応する垂直転送レジスタ部１および電荷移送ゲート
部２の動作を例にとって詳細に説明を行う。

さて、受光蓄積期間中で、前フィールドの信号電荷が
全て水平転送レジスタ部に転送され、既に垂直転送レジ
スタ部１には電荷が全くない状態（垂直ブランキング期
間）のとき、垂直転送レジスタ部１に印加されるクロッ
クパルスが以下のように制御される。

例えば奇数フィールドでは、第２図の時点t2（電荷を
読み出す直前のタイミング）で、電荷φ1,φ2,φ３が
“VM"、φ４が“VL"状態にし、垂直転送レジスタのφ1,
φ2,φ３のポテンシャルウエル及び電極φ1,φ３の電荷
移送ゲート部２のポテンシャルウエルが、“VM"に対応
する受光部Ｓのポテンシャルウエルよりも浅い“PM"の
深さに制御される。

そして、そのままで電極φ１のクロックパルスが“V
H"（第２図の時点t3）の状態に制御され、垂直転送レジ
スタ部１の電極φ１と電荷移送ゲート部２のポテンシャ
ルウエルが、“VH"に対応する受光部Ｓのポテンシャル
ウエルよりも深い“PH"の深さとなるように制御され
る。

そうすると、絵素S12及びS14に受光蓄積されていた電
荷e12及びe14がそれぞれ対応する電荷移送ゲート部２を
介し、垂直転送レジスタ部１の電極φ１の直下のポテン
シャルウエルに読み出される（第３図の時点t3）。

次に、電極φ１への印加クロックパルスを“VH"に制
御した直後に電極φ３に印加されるクロックパルスを
“VH"にする。（第２図の時点t4）。

そうすると、絵素S11及びS13に受光蓄積されていた電
荷e11及びe13がそれぞれ対応する電荷移送ゲート部２を
介し、垂直転送レジスタ部１の電極φ３直下のポテンシ
ャルウエルに蓄積される。と同時に、それぞれ絵素S12
とS13の電荷e12とe13が加算され（第３図の時点t4）、e
12＋e13の電荷となる（第３図時点t5）。

次のタイミングでは、加算された信号電荷が電極φ１
〜φ４に印加されるクロックパルスによって水平転送レ
ジスタ部側に１水平ラインずつ転送される。

偶数フィールドの関係を第４図及び第５図を参照して
説明する。

この偶数フィールドでは、同様に電極φ1,φ3,φ４に
印加されるクロックパルスが“VM"で、電極φ２のクロ
ックパルスが“VL"（第４図の時点t2;時点t2は電荷読み
出し直前の時点）の状態にしたまま、電極φ１とφ３の
クロックパルスが所定のタイミングをおいて“VH"に制
御される（第４図時点t3,t4）。

そうすると、第５図の時点t3,t4で示すように、夫々
対応する絵素の電荷が読み出されると共に、時点t4では
絵素S11とS12の電荷e11とe12が加算され、また絵素S13
とS14の電荷e13とe14が加算され、それぞれe11＋e12,e1
3＋e14の電荷となる（第５図時点t5）。この加算後の電
荷が信号電荷となる。その後は奇数フィールドと同様な
動作となり、１フィールド完結型のインターレース走査
が実現される。

そして、このように、垂直転送レジスタ部１に印加す
るクロックパルスを制御し、加算すべき隣接する絵素に
対応する垂直転送レジスタ部１の電極相互間のポテンシ
ャルウエルを予め深くすることで、少なくとも隣接する
２つの絵素に対応した垂直転送レジスタ部１のポテンシ
ャルウエル（転送電極φ１〜φ３若しくはφ3,φ4,φ１
直下に形成されるポテンシャルウエル）は全て同一の深
さになっており、次の電荷読み出しタイミングではその
うちの何れかのポテンシャルウエルがさらに深くなるか
ら、電荷蓄積のためのポテンシャルウエルが大幅に拡張
される。

これによって、読み出し電荷量の制限が大幅に緩和さ
れる。

上述したインターレース走査では、時点t3で隣接する
一方の絵素から電荷を読み出し、次の時点t4で隣接する
他方の絵素から電荷を読み出すようにクロックパルスを
制御して、垂直転送直前に両電荷を加算するようにして
いる。

第６図〜第９図は、同時点で信号電荷の加算処理を行
うようにクロックパルスを制御した場合である。

第６図及び第７図は奇数フィールドでのクロックパル
スと電荷移動状態を示す。時点t3で隣接する絵素の双方
から電荷を読み出せば、夫々の絵素の電荷を同時に加算
できる。

同じく、偶数フィールドでは第８図のようにクロック
パルスを制御すると、第９図のように時点t3で隣接する
絵素の双方から電荷を読み出すことができるため、電荷
の加算を同タイミングで処理できて、しかもインターレ
ース走査となる。

「発明の効果」 以上のように、この発明に係るインターライン型固体
撮像装置では、各受光部の信号電荷を、それぞれ対応す
る電荷移送ゲート部を介して、対応する垂直転送レジス
タ部の各領域に読み出し、奇数フィールドと偶数フィー
ルドとで加算の組み合わせを変えて、上記垂直転送レジ
スタ部の隣接領域間の信号電荷の加算を行い、その後、
水平転送レジスタ部方向への電荷転送を行うようにした
インターライン型固体撮像装置において、上記各受光部
より上記垂直転送レジスタ部への信号電荷読み出し時に
おいて、上記電荷移送ゲート部のポテンシャルを深くす
ると同時に、上記垂直転送レジスタ部の加算を行うべき
２つの領域間の領域のポテンシャルを、加算を行わない
２つの領域間の領域のポテンシャルよりも深く設定する
構成としたことを特徴とするものである。

これにより、電荷蓄積のためのポテンシャルウエルが
大幅に拡張される。

その結果、従来よりも読み出し電荷量の制限が大幅に
緩和される特徴を有する。

したがって、低残像で高輝度特性の固体撮像装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る固体撮像装置の一例を示す平面
図、第２図及び第６図は奇数フィールドに於けるクロッ
クパルスの波形図、第３図及び第７図はそのときの電荷
の移動状態を示す図、第４図及び第８図は偶数フィール
ドにおけるクロックパルスの波形図、第５図及び第９図
はそのときの電荷の移動状態を示す図である。 Ｓ……受光部 １……垂直転送レジスタ部 ２……電荷移送ゲート部 φ１〜φ４……転送電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各受光部の信号電荷を、それぞれ対応する
   電荷移送ゲート部を介して、対応する垂直転送レジスタ
   部の各領域に読み出し、奇数フィールドと偶数フィール
   ドとで加算の組み合わせを変えて、上記垂直転送レジス
   タ部の隣接領域間の信号電荷の加算を行い、その後、水
   平転送レジスタ部方向への電荷転送を行うようにしたイ
   ンターライン型固体撮像装置に於いて、 上記各受光部より上記垂直転送レジスタ部への信号電荷
   読み出し時に於いて、上記電荷移送ゲート部のポテンシ
   ャルを深くすると同時に、上記垂直転送レジスタ部の加
   算を行うべき２つの領域間の領域のポテンシャルを、加
   算を行わない２つの領域間の領域のポテンシャルよりも
   深く設定する構成としたことを特徴とするインターライ
   ン型固体撮像装置。