JPS62166662A - Ｃｃｄ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】 〔発明の背景〕 第１図はＣ８Ｄとして知られた電荷結合装置（以後ＣＣ
Ｄと呼ぶ）型の固体撮像器（ソリッドステート拳イメー
ジヤ）を示す。このような装置は１９８５年のＩＥＥＥ
国際固体回路会議技術報告書ＣＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ　５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｃ１ｒｃｕｉ
ｔｓ　ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＤｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ　）第１００−１０１頁
掲載のキマタ（Ｍ、Ｋｉｍａ　ｔ　ａ　）等の論文ｒ　
Ｃ８Ｄを持っ４８０　Ｘ　４００素子画像感知器（Ａ　
４８０　ｘ　４００ＥＩｅｍｅｎｔＩｍａｇｅ　５ｅｎ
ｓｏｒ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｓｗｅｅｐ　Ｄ
ｅｖｉｃｅ）　Ｊに記載されている。

略言すれば、ＣＣＤ撮像器は例えば半導体基板１１の主
面に電極を被着することによシ形成された複数個の光応
答電荷収集領域（画素）１０を含む・その電荷収集領域
１０は水平垂直の行列に配列されている。その電荷収集
領域１０の各列の間には複数個のＣＣＤシフトレジスタ
１２が半導体基板１１に埋設され（従って、ＩＥＩ図で
は破線で示す）、各ＣＣＤシフトレジスタ１２が電荷収
集領域１０の各列に沿うようになっている。各行に沿う
ＣＣＤシフトレジスタ１２の各段は同じ行の各隣接電荷
収集領域１０から生成された光応答電荷パケットを選択
的に受は入れる。

この電荷パケットの行は、クロック信号に応じてシフト
レジスタ１２の各段の終端まで転送（掃引）され、ＣＣ
Ｄ出力線レジスタ１４の各別の段に供給される。すると
ＣＣＤ出力線レジスタ１４がクロッキングされて、その
電荷パケットの列を順次電荷感知段１已に供給する。そ
の電荷感知段１６は例えば相関二重サンプリングのよう
な公知の電荷感知技法の一つによってその光応答電荷パ
ケットを映像サンプルに変換する。

ＣＣＤシフトレジスタ１２は公知の標準線間転送装置型
の撮像器の垂直ＣＣＤシフトレジスタに比して細い。こ
のようにＣ８Ｄ型撮像器のシフトレジスタはその面積が
比較的狭いため、光応答電荷を収集する面積が広くなっ
て、標準の線間転送型撮像器に比して感度および／また
は画像解像度が改善される。しかし小面積のＣＣＤシフ
トレジスタは電荷処理容量が低いため、その対応段に転
送された光応答電荷パケットが隣接する幾つかのＣＣＤ
シフトレジスタ段に溢れる。従って、前述のように、第
１図のＣ８Ｄ撮像器は光応答電荷パケットの行を一つず
つＣＣＤシフトレジスタ１２に転送するように操作され
る。

評言すれば、第１図において、Ｃ８Ｄ撮像器は、ＣＣＤ
シフトレジスタ１２の電荷転送チャンネルと交差するゲ
ート電極の各列にそれぞれ接続された線ａ、ｂ、・・・
・・・ｎに順次行通釈パルスを供給する転送ゲート（Ｔ
Ｇ）スキャナ１８ヲ含む。この行選択パルスは各帰線期
間中に光応答電荷パケットの列を一つずつ収集領域１０
からＣＣＤシフトレジスタ１２に転送する。第７図の波
形１は映像信号の線掃引期間と帰線期間を示す。第７図
の波形２は第１の帰線期間中に線ａに印加される行選択
パルスａの発生を示す。残シの行選択パルスｂ、・・・
・・・ｎは以後の各帰線期間中に発生して残りの各線ｂ
、・・・・・・ｎに印加される。ゲート電極２０はまた
＃ａ、ｂ、・・・・・・ｎによってＣ８Ｄスキヤナ２２
に接続され、そのスキャナは掃引期間中にクロック信号
をすべての線ａ、ｂ、・・・・・・ｎに供給してその期
間中ＣＣＤシフトレジスタ１２のクロッキングを制御す
る。第７図の波形３はある線掃引期間中にＣ８Ｄスキヤ
ナ２２によって線ａ、ｂ、・・・・・・ｎに印加される
クロックパルスを示す。このクロック信号は多相クロッ
ク信号でよく、公知のように電荷パケットの行をシフト
レジスタ１２を介して転送し、これをそのシフトレジス
タ１２の端部と交差する記憶ゲート電極の下に累積する
。スキャナ１８．２２はそれぞれ各ゲート電極の分配が
可能なように３状態出力駆動回路により動作なれる。こ
の期間Ｃ線掃引期間）中、記憶制御ゲート電極２６が記
憶ゲート電極２４とＣＣＤ出力線レジスタ１４の間に電
位障壁を維持すると共に、そのレジスタ１４がクロッキ
ングされて前に受は入れた電荷パケットの行を読み取っ
て電荷感知段に供給する。帰線期間中において、電荷収
集領域１０からＣＣＤシフトレジスタ１２に光応答電荷
パケットの次の行が転送される直前に、記憶制御ゲート
電極２６にパルスが印加されて記憶ゲート電極２４とＣ
ＣＤ出力線レジスタ１４の間の障壁を引き下げる。

この結果、電荷パケットの行がＣＣＤ出力線レジスタ１
４の各段に並列に転送される。ＣＣＤ出力線レジスタ１
４のクロッキングは帰線期間中中止されるが、線掃引期
間中再開されて受は入れた電荷パケットの行を電荷感知
段１６に直列的に転送するようになっている。

残念ながら、撮像器は光応答電荷パケットがＣＣＤシフ
トレジスタ１２を介して転送されて記憶ゲートの下に蓄
積されている間照射されたままであるから、この転送期
間中に余分の光応答電荷がＣＣＤシフトレジスタ１２に
人って、これも記憶ゲート電極２４の下に蓄積される。

この余分の光応答電荷は収集領域から取シ出された電荷
パケットと結合して、従ってそれを汚染する。

〔発明の概要〕

この発明の原理によるＣ８Ｄ撮像器は、収集領域で発生
した電荷パケットを帰線期間中だけ出力線レジスタに転
送して蓄積する。この帰線期間中の転送蓄積時間は従来
法の線掃引期間中のそれよシ短いため、転送スミアが著
しく少ない。

この発明の他の特徴として、撮像器を帰線期間中入射光
から遮シ、線掃引期間中はそれを遮蔽ないようにするた
めシャッタが設けられている。

〔推奨実施例の説明〕

この発明によれば、第２図の構成において、収集領域１
０に対する電荷転送が帰線期間の時間に限られる。従っ
て、電荷パケットの選ばれた行は第１図において第７図
の波形２につき説明したような列選択パルスによりＣＣ
Ｄシフトレジスタ１２に転送され、次に第７図の波形２
に示す５または６のようなタロツク信号によ、９　ＣＣ
Ｄ出力線レジスタ１４の対応する段に直接掃引される。

この転送と掃引の動作は共に各帰線期間内に行われる。

次の掃引期間内には、第７図の波形３で示されるような
りロック信号によるレジスタ１４の順方向クロッキング
によシ、その電荷パケットの行が電荷感知段に直列的に
転送される。従って、従来法のＣＣＤ撮像器の記憶ゲー
ト電極２４と記憶制御ゲート電極２６は不要で、これに
よりＣ８Ｄの構造とクロック信号の接続が簡単になる上
、ＣＣＤシフトレジスタ１２ヲ介する電荷転送時間が短
縮されるため、・これに対応して転送スミアも減少する
。

この発明の他の特徴によると、転送時間が帰線期間に限
られているから、転送期ｒＪｊ中入射光から撮像器を遮
って転送スミアの発生を更に減じる手段を備えることが
できる。第１図の従来法の撮像器では線掃引期間中にＣ
ＣＤシフトレジスタ１２が電荷パケットの各行を転送す
るため、線周波数の遮光手段は実際に使用することがで
きなかった。線掃引期間中撮像器を遮光すると転送スミ
アの発生が防がれるが、また収集領域１０による光応答
電荷の収集もすべて実質的に防がれる。普通の撮像器の
遮光手段は例えば透明な開口部を持つ回転遮光シャッタ
を有する。第３図は第２図の撮像器を帰線期間中遮光す
るように配置したシャッタを示す。

帰線期間の割合で撮像器を遮光する手段が望ましくなけ
れば、転送スミア電荷を含む光応答電荷パケットを、転
送スミアだけの電荷パケットと差動的に組み合わせて、
転送スミアを減じることもできる。この差動的組み合わ
せを行う種々の方法を第４図、第５図および第６図に示
す。

第４図は第２図の撮像器の変形を用いて電荷サンプルの
差動的組み合わせを行うところを示す。

ＣＣＤ出力線レジスタ１４はＣＣＤシフトレジスタ１２
の２倍もの段を有し、各ＣＣＤシフトレジスタ１２はＣ
ＣＤ出力線レジスタ１４０１つおきに電荷パケットを供
給するように配置されている。各線掃引期間の始めに、
行選択パルスによって光応答電荷パケットが第２図にお
いて第７図の波形２につｈて説明したように収集領域１
０からシフトレジスタ１２に転送される。この電荷パケ
ットは第７図の波形７の８．９で示すようなりロック信
号により、各帰線期間の半部中にレジスタ１２を通って
出力線レジスタの各段に転送される。光応答電荷パケッ
トの１列（転送スミア電荷成分を含む）が出力線レジス
タ１４に送シ込まれた後、そのレジスタ１４は１サイク
ルだけ順方向にクロッキングされる。各帰線期間の後半
に、第９図の波形７の１３．１５で示すようなタロツク
信号がＣ８Ｄスキヤナ２２からシフトレジスタ１２に印
加されるが、転送ゲートスキャナ１８は画像表示光応答
電荷パケットを電荷収集領域１０からＣＣＤシフトレジ
スタ１２に転送するための行選択パルスを転送ゲート２
０に供給しない。このため転送スミア電荷だけがＣＣＤ
シフトレジスタ１２ノ順方向クロツキングによシ累積さ
れ、ＣＣＤ出力、線レジスタ１４の一つお、きの段に収
集される。電荷感知段１６の次に直流回復回路２８があ
る。次の線掃引期間中ＣＣＤ出カ線レジスタ１４１は正
規の線周波数の２倍で順方向にクロッキングさ九、電荷
感知段１６は転送スミアを含む画像応答を表す電荷パケ
ットと転送スミアだけを表す電荷パケットとを、交互に
供給する。直流回復回路２８は画素周波数のクランプパ
ルス（図示せず）に応じて転送スミアだけの電荷パケッ
トを基準直流電位てクランプする働きをする。直流回復
回路２８は非クランプ動作のとき転送スミアを含む画像
表示電荷パケットを受入れ、これによって転送スミアを
含む画像表示電荷パケットから転送スミア電荷パケット
を引き去る。従って、直流回復回路２８から供給される
映像サンプルは転送スミアを実質的に含まない。電荷感
知段１６からの連続するサンプルの各対の差動的組み合
わせを行う他の方法はその対の各電荷パケットを差動増
幅器の各差動入力に供給する等が知られてお多、直流回
復技法の代わシに使用することができる。

第５図は第２図のＣ８Ｄ撮像器の変形で、連続するサン
プルの各線の差動的組み合わせを行う他の方法を示す。

第５図では、第２図のＣＣＤシフトレジスタ１２の端部
とＣＣＤ出力線レジスタ１４との間に第１図の構体のそ
れと同様の記憶ゲート電極２４と記憶ゲート制御側電極
２６が含まれる。第５図のＣ８Ｄ撮像器は第４図におい
て第７図の波形２．７につめて前述したように動作し、
ＣＣＤシフトレジスタ１２が帰線期間中に正規の転送速
度の２倍で動作する。各帰線期間の前半に電荷収集領域
１０から引き出された転送スミア電荷を持つ電荷パケッ
トの行が記憶ゲート電極２４の下に形成された連続する
記憶ウェルに累積される。次に、記憶ゲート制’ｕ１８
Ｎ極２６がパルス駆動されて、これらの電荷をＣＣＤ出
力線レジスタ１４の各段に転送する帰線期間の後半にハ
ＣＣＤシフトレジスタ１２が再びスキャナにより順方向
にクロッキングされて、第４図について説明したように
、転送ゲートスキャナ１８が、収集領域１００行からＣ
ＣＤシフトレジスタ１２に画像表示電荷パケットを転送
するための行選択パルスを供給しない。このため帰線期
間の後半中は記憶ゲート電極２４の下の連続する記憶ウ
ェルに転送スミア電荷の行が累積される。次の線掃引期
間の前半中に、ＣＣＤ線レジスタ１４が正規の画素周波
数の２倍で順方向にクロッキングされて、その転送スミ
アを含む光応答電荷パケットの線を電荷感知段１６に供
給する・この次の線掃引期間の後半中に、記憶ゲート制
御電極２６がパルス駆動されてその転送スミア電荷の線
をＣＣＤ出力線レジスタ１４に転送すると共に、そのレ
ジスタ１４が正規の画素周波数の２倍で順方向にクロッ
キングされて電荷感知段１６に転送スミア映像サンプル
の行を供給される。このようにして、各線掃引期間中に
、Ｃ８Ｄ撮像器は転送スミアを含む映像サンプルの線と
これに附随する転送スミアだけを表す映像サンプルの線
を順次供給する。これらの連続する各線の差動的組み合
わせは第６図に示すようにアナログまたはデジタル式％
式％ 第６図では、マルチプレクサ３０が、半融掃引期間の一
つおきに、第５図のＣ８Ｄ撮像器から供給される画像情
報と転送スミアの双方を表す信号サンプルの行を線記憶
器３２．３４の一方だけに書き込むと共に、転送スミア
を表す信号サンプルの行を線記憶器３６．３８の一方だ
けに書き込む。同じ線掃引期間中に、前の線掃引期間に
線記憶６対３２．３６と３４．３８の他方て記憶された
信号サンプルが差動結合器４０．４４のそれぞれに正規
の画素走査周波数で並列的に読み出される。マルチプレ
クサ４２は選ばれた差動結合器の出力を選択して映像出
力信号を供給する。このようにして、各線掃引期間中に
、線記憶６対３２．３６と３４．３８の一方に記憶され
た情報が書き込まれると同時に、他方の対に記憶された
情報が読み出され、組み合わされて出力信号を形成する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法のＣ８Ｄ撮像器の構成を示すブロック図
、第２図はこの発明によるＣ８Ｄ撮像器の構成を示すブ
ロック図、第３図は第２図の撮像器に用りられる線周波
数遮光用光学シャッタを示す図、第４図および第５図は
この発明の池の特徴によシ転送スミア抑制のため第２図
のＣ８Ｄ撮像器に適用し得る出力レジスタの変形を示す
図、第６図は転送スミア抑制のために第５図の撮像器に
用いられる装置のブロック図、第７図は第１図ないし第
５図の理解に有用な波形図である。 ｌＯ・・・光応答電荷収集領域、１１・・・半導体基板
、１２・・・ＣＣＤ電荷転送チャンネル、１４・・・出
力手段、１８．２２・・・タロツク信号発生手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、その基板の主表面に形成されたＣ
   ＣＤ電荷転送チャンネルの平列配列と、上記基板上に形
   成され、上記ＣＣＤ電荷転送チャンネルと交差して、上
   記各ＣＣＤ電荷転送チャンネル内に連続する電荷転送段
   を画定すると共に、上記各ＣＣＤ電荷転送チヤンネルへ
   の電荷パケットの転送を制御する転送ゲート電極を画定
   する複数群のゲート電極と、上記基板上に形成され、そ
   れぞれ上記各ＣＣＤ電荷転送チャンネルに関連する複数
   個の光応答電荷収集領域と、上記各ＣＣＤ電荷転送チャ
   ンネルの一端に結合され、そのＣＣＤ電荷転送チャンネ
   ルから転送される電荷パケットを収集すると共に、線掃
   引期間と帰線期間を持つ映像信号のサンプルを順次供給
   する出力手段と、上記転送ゲート電極に印加されて帰線
   期間中上記電荷収集領域の配列の選ばれた行から上記Ｃ
   ＣＤ電荷転送チャンネルに光応答電荷パケットを転送さ
   せる転送信号を発生すると共に、上記ＣＣＤ電荷転送チ
   ャンネルと交差する上記複数群のゲート電極に印加され
   て上記帰線期間中上記光応答電荷パケットの選ばれた行
   を上記ＣＣＤ電荷転送チャンネルを介して転送し、これ
   を上記出力手段に蓄積するクロック信号を発生するクロ
   ック信号発生手段とを含むＣＣＤ撮像装置。