JPH08298626A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH08298626A
JPH08298626A JP7102664A JP10266495A JPH08298626A JP H08298626 A JPH08298626 A JP H08298626A JP 7102664 A JP7102664 A JP 7102664A JP 10266495 A JP10266495 A JP 10266495A JP H08298626 A JPH08298626 A JP H08298626A
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JP
Japan
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charge
signal
charge transfer
sensitivity
channels
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JP7102664A
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English (en)
Inventor
Ikuo Akiyama
郁男 秋山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 昼間および夜間を兼用する、通常感度モード
と高感度モードとを兼ね備えた固体撮像素子を提供する
ことである。 【構成】 CCD撮像領域1から読出された信号電荷を
転送するCCD水平レジスタ6が、2つの電荷転送チャ
ネル2、3に分割された出力端を備え、また、各電荷振
分ゲート4、5が各電荷転送チャネル2、3の分割部近
辺に設けられている。各電荷転送チャネル2、3の出力
端は、それぞれが相違する検出感度、通常感度および高
感度を有して信号電荷を電圧信号に変換する各電荷検出
器7、8に接続されており、感度切換回路12の指示に
より、各電荷転送チャネル2、3への信号電荷の振分転
送の切換えが制御されている。感度の切換えは、映像信
号処理回路10が外部に出力する画像信号のレベルを信
号レベル検出回路11が検出して感度切換回路12に通
知することにより実行されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送レジスタによ
り撮像領域から読出された信号電荷を電荷検出器が電圧
信号に変換し、該電圧信号を映像信号処理して映像信号
として出力する固体撮像素子に関し、特に、相違する感
度モードを備えた固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の固体撮像素子には、図2
に示されるような2次元固体撮像素子(以後CCDと呼
ぶ)があり、CCDは、CCD撮像領域1、CCD垂直
レジスタ(図示されず)、CCD水平レジスタ92、電
荷検出器93、および映像信号処理回路94により構成
されている。
【0003】CCD撮像領域1では、光電変換素子群
(図示されず)が、入射光量に応じた信号電荷を蓄積す
る。電荷転送レジスタとしてCCD垂直レジスタ(図示
されず)と水平レジスタ92とがあり、CCD垂直レジ
スタは、この蓄積された信号電荷を一定期間(フィール
ド期間またはフレーム期間)毎に読み出す。次いで、C
CD水平レジスタ92は、読出された信号電荷をCCD
垂直レジスタから受け、電荷検出器93に転送供給す
る。
【0004】電荷検出器93は転送された信号電荷を電
圧信号に変換する役割を有し、通常、CCDと同一ウェ
ーハ上にオンチップ化されている。また、変換された電
圧信号は信号電荷の量に応じて振幅変調されている。映
像信号処理回路94は、電荷検出器93から受けた電圧
信号から雑音を除去すると共に時系列映像信号に変換
し、更に、規定レベルまでの増幅およびガンマ処理等の
非線形処理を行った後、通常の映像信号として外部に出
力している。
【0005】次に、図3を参照して、図2の電荷検出器
93の一例について動作機能を説明する。図3(A)
は、CCDの出力部断面図であり、図2のCCD水平レ
ジスタ92の出力部分を示している。
【0006】従来の殆どの電荷検出器93では、フロー
ティング・ディフュージョン(以後FD)アンプが採用
されている。このFDアンプでは、図示されるように、
CCD水平レジスタ92(図2参照)の最終転送電極3
1、出力ゲート電極32、FD領域33、リセットゲー
ト電極34、およびリセットドレイン35は隣接して設
けられ、出力アンプ30がFD領域33に電気的に接続
されている。
【0007】図3(B)は、図3(A)の断面図と対応
させて示されたポテンシャル分布図である。
【0008】まず、時刻T1では、CCD水平レジスタ
92(図2)からの信号電荷36が端子ΦHLからの信号
を得て最終転送電極31の下に蓄積されているものとす
る。端子ΦR からの信号がリセットゲート電極34の状
態38を“ON”にした結果、FD領域33の電位37
は端子VRDからの信号によるリセットドレイン35の電
位39と同一になる。この後、時刻T2で、端子ΦR
らの信号がリセットゲート電極34の状態38を“OF
F”にした後、時刻T3では、端子OGから指示信号を
受けた出力ゲート電極32により信号電荷36がFD領
域33に注入される。
【0009】出力アンプ30は、FD領域33に注入さ
れた信号電荷36を、FDアンプの電荷検出容量CFJ
よりFD領域33の電位変化として検出している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体撮
像素子では、比較的容易に実現できるFDアンプの電荷
検出容量CFJが10fF(フェムトファラッド)程度で
あり、この検出感度は11〜13μV/エレクトロンと
なり、昼間および夜間照明下では十分な感度が得られる
が、微弱光下では感度不足が免れないという問題点があ
る。
【0011】また、感度を更に向上させるため、FDア
ンプの電荷検出容量CFJを更に小さくする場合には、電
源電圧の制限によりダイナミックレンジが狭くなるとい
う問題点が生じる。
【0012】本発明の課題は、昼間および夜間を兼用す
る通常感度モードと高感度モードとを兼ね備えた固体撮
像素子を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、電荷転送レジスタにより撮像領域から読出された
信号電荷を電荷検出器が電圧信号に変換し、該電圧信号
を映像信号処理して映像信号として出力する固体撮像素
子において、前記電荷転送レジスタが、少くとも2つの
電荷転送チャネルに分割された出力端を備え、また、該
電荷転送レジスタにおける前記電荷転送チャネルそれぞ
れの分割部近辺に設けられ、該電荷転送チャネルそれぞ
れへの信号電荷の転送を制御する電荷振分ゲートと、該
電荷転送チャネルそれぞれの出力に接続され、かつ、そ
れぞれが相違する検出感度を有する前記電荷検出器とを
備えている。
【0014】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0015】図1は本発明の一実施例を示す機能ブロッ
ク図である。図1に示された固体撮像素子は、CCD撮
像領域1、CCD垂直レジスタ(図示されず)、出力端
を2つの電荷転送チャネル2、3に分割され、これら電
荷転送チャネル2、3それぞれに電荷振分ゲート4、5
それぞれを有するCCD水平レジスタ6、電荷転送チャ
ネル2の出力を受ける通常電荷検出器7、電荷転送チャ
ネル3の出力を受ける高感度電荷検出器8、映像切替器
9、映像信号処理回路10、信号レベル検出器11、並
びに、感度切換器12により構成されている。
【0016】図1と従来との相違点としては、CCD水
平レジスタ6の出力端が電荷転送チャネル2、3に2分
割されており、このために、電荷振分ゲート4、5、並
びに、通常感度電荷検出器7、高感度電荷検出器8、映
像切替器9、信号レベル検出器11、および、感度切換
器12が備えられている。
【0017】CCD撮像領域1では、光電変換素子群
(図示されず)が、入射光量に応じた信号電荷を蓄積す
る。CCD垂直レジスタは、この蓄積された信号電荷を
一定期間(フィールド期間またはフレーム期間)毎に読
み出す。CCD水平レジスタ6では、出力端が2つの電
荷転送チャネル2、3に分割され、かつ、これら2つの
電荷転送チャネル2、3それぞれに信号電荷を分配する
電荷振分ゲート4、5が出力端の分割部近辺に設けられ
ている。
【0018】通常感度電荷検出器7は、電荷転送チャネ
ル2から出力される信号電荷を受け、電圧信号に変換し
て映像切換器9に出力している。同様に、高感度電荷検
出器8は、電荷転送チャネル3から出力される信号電荷
を受け、電圧信号に変換して映像切換器9に出力してい
る。映像切換器9は、通常感度電荷検出器7および高感
度電荷検出器8の出力の一方を、感度切換回路12の指
示を受けて選択し、映像信号処理回路10に出力してい
る。
【0019】通常感度電荷検出器7には、広く一般的に
用いられている従来のFDアンプを採用することによ
り、リニアリティがよく、ダイナミックレンジが広い撮
影が可能となる。一方、高感度電荷検出器8には、電荷
検出容量CFJが小さいFDアンプを採用することによ
り、ダイナミックレンジは多少犠牲になるが、低ノイ
ズ、かつ高感度な撮影が可能になる。
【0020】映像信号処理回路10は、通常感度電荷検
出器7または高感度電荷検出器8から受けた電圧信号か
ら雑音を除去すると共に時系列映像信号に変換し、更
に、規定レベルまでの増幅およびガンマ処理等の非線形
処理を行った後、通常の映像信号として外部に出力して
いる。
【0021】信号レベル検出回路11は、映像信号処理
回路10の出力を受け、高感度モードの場合、映像信号
レベルの低下を検出して感度切換回路12を作動させ
る。
【0022】感度切換回路12は、信号レベル検出回路
11から映像信号処理回路10の出力が通常との通知を
受けている場合、電荷振分ゲート4を“ON”、電荷振
分ゲート5を“OFF”の状態にして、CCD水平レジ
スタ6の信号電荷を電荷転送チャネル2に導くと共に、
映像切換器9に指示して通常感度電荷検出器7の出力を
映像信号処理回路10に接続させている。
【0023】一方、映像信号レベルの低下を検出した信
号レベル検出回路11により駆動された感度切換回路1
2は、電荷振分ゲート4を“OFF”、かつ、電荷振分
ゲート5を“ON”の状態にして、CCD水平レジスタ
6の信号電荷を電荷転送チャネル3に導くと共に、映像
切換器9に指示して高感度電荷検出器8の出力を映像信
号処理回路10に接続させる。この結果、上述のような
高感度電荷検出器8の採用により、ダイナミックレンジ
は多少犠牲になるが、低ノイズ、かつ高感度な撮影が可
能になる。
【0024】更に、高感度電荷検出器8に、電荷検出感
度が高く、かつ、低ノイズのフローティングウェルアン
プおよびフローティングサーフェスアンプ(いずれも、
1989年12月発行、テレビジョン学会技術報告13巻64号ペ
ージ21〜24に記載)、または、フィードバックフィール
ドプレートアンプ(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRC
UITS,VOL.26,NO.12,DECEMBER 1991 に記載)等を採用し
て、電荷蓄積時間を延ばす高感度手法、または、隣接画
素を加算する高感度手法とを組合わせることにより、リ
ニアリティおよびダイナミックレンジは多少犠牲になる
が、低ノイズかつ高感度の撮影が可能になる。
【0025】上記説明では、CCD水平レジスタの出力
端を2つの電荷転送チャネルに分割しているが、更に多
くの複数の段階に分割してもよい。
【0026】また、上記説明では、通常感度電荷検出器
としてFDアンプ、また、高感度電荷検出器として電荷
検出容量CFJを小さくしたFDアンプ、または、フロー
ティングウェルアンプ、フローティングサーフェスアン
プ、フィードバックフィールドプレートアンプを採用す
るとのみ説明したが、他のタイプの感度電荷検出器であ
っても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、自由な変形
実施が可能である。
【0027】このように、上記説明が本発明を限定する
ものではない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体撮像素子の電荷−電圧変換は、CCD水平レジスタの
出力端での電荷転送を電荷レベルで切換えることによ
り、通常感度モードでは、通常感度電荷検出器を介して
行い、また、高感度モードでは、高感度電荷検出器を介
して行っている。この構成によって、通常感度モード時
には、一般の固体撮像素子と同等に使用しながら、高感
度モード時には、リニアリティおよびダイナミックレン
ジは多少犠牲になるが、低ノイズかつ高感度の撮影が可
能になる、1つで、昼間用および夜間用を兼ね備えた固
体撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す機能ブロック図であ
る。
【図2】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【図3】電荷検出部分の構成の一例を示す動作機能説明
図である。
【符号の説明】
1 CCD撮像領域 2、3 電荷転送チャネル 4、5 電荷振分ゲート 6 CCD水平レジスタ 7 通常感度電荷検出器 8 高感度電荷検出器 9 映像切換器 10 映像信号処理回路 11 信号レベル検出回路 12 感度切換回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電荷転送レジスタにより撮像領域から読
    出された信号電荷を電荷検出器が電圧信号に変換し、該
    電圧信号を映像信号処理して映像信号として出力する固
    体撮像素子において、少くとも2つの電荷転送チャネル
    に分割された出力端を有する前記電荷転送レジスタと、
    該電荷転送レジスタにおける前記電荷転送チャネルそれ
    ぞれの分割部近辺に設けられ、該電荷転送チャネルそれ
    ぞれへの信号電荷の転送を制御する電荷振分ゲートと、
    該電荷転送チャネルそれぞれの出力に接続され、かつ、
    それぞれが相違する検出感度を有する前記電荷検出器と
    を備えることを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 少くとも2つの電荷転送チャネルに分割
    された出力端を有する電荷転送レジスタと、該電荷転送
    チャネル毎に設けられ、該電荷転送チャネルへの信号電
    荷の転送を制御する電荷振分ゲートと、前記電荷転送チ
    ャネル毎に設けられ、前記電荷転送チャネルそれぞれか
    ら出力される信号電荷を入力し、かつ、それぞれが相違
    する検出感度を有する前記電荷検出器と、該電荷検出器
    から入力する電圧信号の1つを選択して出力する映像切
    換器と、選択された該電圧信号を入力して映像信号を出
    力する映像信号処理回路と、出力された該映像信号の信
    号レベルを検出する信号レベル検出回路と、検出された
    該信号レベルを受け、前記電荷振分ゲートの1つを駆動
    して開くと共に、駆動された1つの該電荷振分ゲートに
    対応する電荷検出器から出力された電圧信号の選択を前
    記映像切換器に指示する感度切換回路とを備えることを
    特徴とする固体撮像素子。
JP7102664A 1995-04-26 1995-04-26 固体撮像素子 Pending JPH08298626A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100367594B1 (ko) * 2000-07-06 2003-01-10 엘지전자 주식회사 씨씨디 카메라의 제어 방법
WO2006108927A1 (en) 2005-04-12 2006-10-19 Planmeca Oy Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
EP1905087A1 (en) * 2005-04-12 2008-04-02 Planmeca Oy Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
US7855742B2 (en) 2006-03-30 2010-12-21 Fujifilm Corporation Solid state imaging device with horizontal transfer paths and a driving method therefor
US8279315B2 (en) 2005-04-12 2012-10-02 Planmeca Oy CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor
US8289425B2 (en) 2008-09-29 2012-10-16 Sony Corporation Solid-state image pickup device with an improved output amplifier circuitry

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04256292A (ja) * 1991-02-08 1992-09-10 Sharp Corp 固体撮像装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04256292A (ja) * 1991-02-08 1992-09-10 Sharp Corp 固体撮像装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100367594B1 (ko) * 2000-07-06 2003-01-10 엘지전자 주식회사 씨씨디 카메라의 제어 방법
WO2006108927A1 (en) 2005-04-12 2006-10-19 Planmeca Oy Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
EP1905087A1 (en) * 2005-04-12 2008-04-02 Planmeca Oy Ccd sensor and method for expanding dynamic range of ccd sensor
JP2008536422A (ja) * 2005-04-12 2008-09-04 プランメカ オイ Ccdセンサ及びccdセンサのダイナミックレンジを拡大する方法
JP2008536421A (ja) * 2005-04-12 2008-09-04 プランメカ オイ Ccdセンサおよびccdセンサのダイナミック・レンジを拡大する方法
JP4799610B2 (ja) * 2005-04-12 2011-10-26 プランメカ オイ Ccdセンサおよびccdセンサのダイナミック・レンジを拡大する方法
EP1905087A4 (en) * 2005-04-12 2012-03-21 Planmeca Oy CCD SENSOR AND METHOD FOR INCREASING THE DYNAMIC RANGE OF A CCD SENSOR
US8279315B2 (en) 2005-04-12 2012-10-02 Planmeca Oy CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor
US7855742B2 (en) 2006-03-30 2010-12-21 Fujifilm Corporation Solid state imaging device with horizontal transfer paths and a driving method therefor
US8289425B2 (en) 2008-09-29 2012-10-16 Sony Corporation Solid-state image pickup device with an improved output amplifier circuitry

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19980415