JPH01268270A - 電荷転送撮像素子およびその駆動方法 - 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） 本発明はインターライン型電荷転送撮像素子およびその
駆動方法に関する。

（従来の技術） 第４図は、インターライン型電荷転送撮像素子の構成の
一例であり、光電変換領域（以降フォトダイオードと記
す）４０１、トランスファゲート４０２、垂直レジスタ
４０３、水平レジスタ４０４、電荷検出部４０５を備え
ている。

第５図は、第４図に示した撮像素子をフィールド蓄積駆
動による２：１インタ一レース動作させた例を示す。同
図の例では、隣り合う２個のフォトダイオードに対応し
て１段の電極が構成されている４相駆動の垂直レジスタ
を仮定し、また、トランスファゲート電極は垂直レジス
タの転送電極ΦＶ１およびΦｖ３が兼ねているものとす
る。同図＜、ａ＞は、φ９□〜φｖ４の各転送電極に印
加する駆動パルス波形、（ｂ）、（Ｃ）は（ａ）の駆動
パルスによる素子の動作を示す模式図である。

第１フイールドでは、垂直ブランキング期間中の期間■
にφ７□をｖ□レベルにすることによって、フォトダイ
オード５０１．５０３に蓄積された信号電荷を対応する
垂直レジスタに読み出す。次に、期間■で前記信号電荷
を１７２段垂直転送しΦｖ２、Φｖ３電極下に蓄積する
。その後、期間■でΦｖ３をｖＨレベルにしてフォトダ
イオード５０２．５０４に蓄積されている信号電荷を読
み出して、それぞれフォトダイオード５０１．５０３の
信号電荷と混合し、前記混合電荷を第１フイールドの単
位画素５０７．５０８の信号として順次出力する。また
、第２フイールドでは、期間■でフォトダイオード５０
２に蓄積されている信号電荷を読み出し、期間■で１／
２段垂直転送する。次に期間■でフォトダイオード５０
３に蓄積されている信号電荷を読み出し、前記信号電荷
と混合し、第２フイールドの単位画素５０９の信号とし
て順次出力する。以上のようにして、フィールド蓄積動
作による２：１インタ一レース動作が実現できる。

（発明が解決しようとする課題） 第５図の例では、各フォトダイオードは１フイールドの
期間に蓄積した信号電荷をフィールド毎に読み出してい
るために、高速で移動する被写体を撮像する場合には、
蓄積時間の影響による画像のぼけが発生する。ここでは
示さなかったが、フォトダイオードをフレーム毎に読み
出すフレーム蓄積動作では、このぼけがより増大する。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去した新し
い電荷転送撮像素子およびその駆動方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、半導体基板上に２次元的に配列された
複数の光電変換領域と、該光電変換領域に蓄積された信
号電荷を読み出すトランスファゲートと、前記信号電荷
を並列転送する垂直レジスタと、前記トランスファゲー
トおよび前記垂直レジスタとの間に前記光電変換領域に
対応して設けられたメモリ領域と、前記光電変換領域に
蓄積された信号電荷を掃き出すドレイン領域と、前記垂
直レジスタの信号電荷を順次転送する水平レジスタと、
前記水平レジスタの一端に設けられた電荷検出部を少な
くとも備えていることを特徴とする電荷転送撮像素子が
得られる。

さらに本発明によれば、この電荷転送撮像素子の駆動方
法であって、前記光電変換領域に蓄積された信号電荷を
非有効映像期間に対応する前記メモリ領域へ転送する動
作および前記ドレイン領域へ掃き出す動作を少なくとも
それぞれ１回行った後に、垂直ブランキング期間に前記
メモリ領域に蓄積されている前記信号電荷を垂直レジス
タへ読み出すことを特徴とする前記電荷転送撮像素子の
駆動方法が得られる。

（作用） 本発明では、フォトダイオードと垂直レジスタの間にメ
モリ領域およびフォトダイオードにＰＲ接してドレイン
領域を設けて、フォトダイオードの信号電荷の読み出し
および掃き出しをそれぞれ１回あるいは複数回行うこと
によって、高速に移動する被写体のぼけのない画像さら
にはぼけのない画像の連続した軌跡を撮像することが可
能である。

（実施例） 第１図は、本発明による電荷転送撮像素子の構成図を示
す。１０１はフォトダイオード、１０２はトランスファ
ゲート、１０４は垂直レジスタ、１０７は水平レジスタ
、１０８は電荷検出部である。本図が第４図と異なる点
は、トランスファゲートと垂直レジスタとの間にそれぞ
れのフォトダイオードに対応するメモリ領域１０３を配
置していること、ならびにフォトダイオードに隣接して
信号電荷を掃き出すためのコントロールゲート１０５お
よびドレイン領域１０６を備えていることである。第２
図（ａ）は第１図に示した電荷転送撮像素子の単位画素
の平面図、また同図（ｂ）は同図（ａ）に示したＡ−Ａ
’に沿った断面図である。２０１はフォトダイオード、
２０２はトランスファゲート領域、２０３はチャネルス
トップ、２０４は垂直レジスタ、２０５はバリヤ領域、
２０６は基板と逆導電型の不純物拡散層からなるメモリ
領域、２０７はコントロールゲート領域、２０８はドレ
イン領域、２０９はメモリゲート電極、２１０はコント
ロールゲート電極、２１１〜２１４は垂直レジスタの転
送電極である。本実施例においても第５図と同様に隣り
合う２個のフォトダイオードに対応して１段の電極が構
成されている４相駆動の垂直レジスタとしている。また
、メモリゲート電極２０９はトランスファゲート領域２
０２を覆っており、フォトダイオード２０１に蓄積され
た信号電荷をメモリ領域２０６へ読み出すトランスファ
ゲート電極の機能を兼ねている。

第３図は、本発明による第１図、第２図に示した電荷転
送撮像素子の駆動方法の一実施例を示しておりフィール
ド蓄積駆動の例である。同図（ａ）は垂直レジスタの転
送電極Φ９□〜Φｖ４、メモリゲート電極４’ＭＧおよ
びコントロールゲート電極Φ。０にそれぞれ印加される
駆動パルス波形を示す。また同図（ｂ）、（Ｃ）は同図
（ａ）の駆動パルスによる素子の動作を示す模式図であ
る。

以下に第２図および第３図を用いて本実施例を説明する
。

第２フイールドの時間Ｔ０の間にフォトダイオード３０
１〜３０４に蓄積された信号電荷Ｑ（Ｔ、）は、水平ブ
ランキング期間中の期間■においてコントロールゲート
電極をΦ。０のｖＨレベルにすることによっである電位
にバイアスされたドレイン領域３１２へ掃き出される。

続く時間Ｔ２の間にフォトダイオードに茶漬された信号
電荷Ｑ（Ｔ２）は、水平ブランキング期間中の期間■に
おいてメモリゲート電極ＩＭＧをｖ−）らｖＨレベルに
することによって、それぞれ対応するメモリ領域３０６
〜３０９へ読み出される。このとき垂直レジスタ３１０
を転送中の信号電荷は、垂直転送電極が■１の状態であ
っても、メモリ領域２０６と垂直レジスタ２０４との間
にバリヤ領域２０５が設けであるためにメモリ領域へ入
り込むことはない。その後、軸。を７Ｍレベルに戻すこ
とによってふたたびフォトダイオードに信号が蓄積され
る。４’ＭＧが７Ｍレベルのときは、トランスファゲー
ト領域２０２はカットオフしており、フォトダイオード
に蓄積中の信号電荷がメモリ領域へ読み出されることは
ない。次の時間Ｔ３の間にフォトダイオードに蓄積され
た信号電荷Ｑ（Ｔ３）は、水平ブランキング期間中の期
間■において期間■と同様にドレイン領域３１２へ掃き
出される。その後の時間Ｔ４の間にフォトダイオードに
蓄積された信号電荷Ｑ（Ｔ４）は、垂直ブランキング期
間中の期間■において期間■と同様にメモリ領域に読み
出され、先に読み出された信号電荷Ｑ（Ｔ２）と混合さ
れる。続いて、同じ垂直ブランキング期間中の期間■に
４’ＭＧをｖＬレベルにすることによってメモリ領域３
０７の信号電荷をｖＨレベルになっている垂直レジスタ
の動２、Φｖ３電極下に読み出し、ふたたび軸Ｇを７Ｍ
レベルに戻す。次に期間■で前記信号電荷を１７２段垂
直転送しΦｖ４、動□電極下に蓄積する。その後、期間
■で４’ＭＧをＶ、レベルにしメモリ領域３０８の信号
電荷をｖ□レベルになっている垂直レジスタのΦｖ４、
Φ７、電極下に読み出して、メモリ領域３０７の信号電
荷と混合し、前記混合電荷を第２フイールドの単位画素
３１５の信号として出力する。

第１フイールドにおいても第２フイールドと同様に、時
間Ｔ５およびＴ７の間にフォトダイオードに蓄、積され
た信号電荷Ｑ（Ｔ５）、Ｑ（Ｔ７）をドレイン領域に掃
き出した後に、それぞれ続く時間Ｔ６およびＴ８の間に
フォトダイオードに蓄積された信号電荷Ｑ（Ｔ６）、Ｑ
（Ｔ８）をメモリ領域に読み出して混合し、さらにメモ
リ領域３０６と３０７および３０８と３０９の信号電荷
を垂直レジスタで混合して、第１フイールドの単位画素
３１３．３１４の信号として出力する。

以上のようにして、第５図と同様にフィールド蓄積駆動
による２：１インタ一レース動作が実現できる。

本実施例が第５図の従来例と異なるのは、第５図の例で
は１フイ一ルド期間中に連続的に蓄積された信号電荷が
出力されるのに対して、本実施例では１フイ一ルド期間
中の断続する２つの期間に蓄積された信号電荷の和が出
力される点である。これは、１フイールドの画像が２つ
の画像の重ね合わせになっていることを示している。す
なわち、本実施例では高速で移動する被写体が連続する
分解写真のように１フイールドで２つの軌跡として撮像
される。

本実施例では、ｌフィールド期間中の断続する２つの期
間に蓄積された信号電荷の和を出力する例を示したが、
３回以上の信号電荷の和を出力することも可能である。

また、１フイ一ルド期間中のある期間に蓄積された信号
電荷のみをメモリ領域に読み出し、その他の期間に蓄積
された信号電荷をドレイン領域に掃き出すことによって
、高速で移動する被写体を１つの静止画像として撮像す
ることも可能である。

なお、本実施例ではフィールド蓄積駆動の例について述
べた力飄フレーム蓄積駆動にも適用できることは明らか
である。

さらに、本実施例ではフォトダイオードに平面的に隣接
してドレイン領域を設けた例を示したが、縦型オーバー
フロードレイン構造によって基板に信号電荷を掃き出す
ことも可能である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明では、フォトダイオードと垂直
レジスタの間にメモリ領域およびフォトダイオードに隣
接してドレイン領域を設けて、フォトダイオードの信号
電荷の読み出しおよび掃き出しをそれぞれ１回あるいは
複数回行うことによって、高速に移動する被写体のぼけ
のない画像さらにはぼけのない画像の連続した軌跡を撮
像することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電荷転送撮像素子の構成図、第２
図は第１図に示した素子の単位画素の平面図および断面
図、第３図は本発明による第１図、第２図の素子をフィ
ールド蓄積駆動する駆動パルス波形および素子の動作を
示す模式図、第４図は従来のインターライン型電荷転送
撮像素子の構成図、第５図は第４図の素子をフィールド
蓄積駆動する駆動パルス波形および素子の動作を示す模
式図である。 図において、１０１．２０１．３０１〜３０４．４０１
．５０１〜５０４はフォトダイオード、１０２．３０５
．４０２．５０５はトランスファゲート、２０２はトラ
ンスファゲート領域、１０３゜２０６、３０６〜３０９
はメモリ領域１．２０９はメモリゲート電極、１０４．
２０４．３１０．４０３．５０６は垂直レジスタ、１０
５゜３１１はコントロールゲート、２１０はコントロー
ルゲート電極、１０６．２０８．３１２はドレイン領域
、１０７゜４０４は水平レジスタ、１０８．４０５は電
荷検出部、２０５はバリヤ領域、２１１〜２１４は垂直
転送電極、３ｉ３．３１４゜５０７、５０８は第１フイ
ールドの単位画素、３１５．５０９は第２フイールドの
単位画素をそれぞれ表耗す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に２次元的に配列された複数の光電
   変換領域と、該光電変換領域に蓄積された信号電荷を読
   み出すトランスファゲートと、前記信号電荷を並列転送
   する垂直レジスタと、前記トランスファゲートおよび前
   記垂直レジスタとの間に前記光電変換領域に対応して設
   けられたメモリ領域と、前記光電変換領域に蓄積された
   信号電荷を掃き出すドレイン領域と、前記垂直レジスタ
   の信号電荷を順次転送する水平レジスタと、前記水平レ
   ジスタの一端に設けられた電荷検出部を少なくとも備え
   ていることを特徴とする電荷転送撮像素子。
2. （２）請求項１の電荷転送撮像素子の駆動方法であって
   、前記光電変換領域に蓄積された信号電荷を非有効映像
   期間に対応する前記メモリ領域へ転送する動作および前
   記ドレイン領域へ掃き出す動作を少なくともそれぞれ１
   回行った後に、垂直ブランキング期間に前記メモリ領域
   に蓄積されている前記信号電荷を垂直レジスタへ読み出
   すことを特徴とする前記電荷転送撮像素子の駆動方法。