JPH02264579A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
- Publication number
- JPH02264579A JPH02264579A JP1086025A JP8602589A JPH02264579A JP H02264579 A JPH02264579 A JP H02264579A JP 1086025 A JP1086025 A JP 1086025A JP 8602589 A JP8602589 A JP 8602589A JP H02264579 A JPH02264579 A JP H02264579A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- period
- clock signal
- level
- area
- ccd area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
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］
この発明は、フレームトランスファ（以下「ＦＴ」と略
す）方式の固体撮像素子の駆動方法に関し、特に、スメ
ア（像のにじみ）を抑制する駆動方法に関するものであ
る。
す）方式の固体撮像素子の駆動方法に関し、特に、スメ
ア（像のにじみ）を抑制する駆動方法に関するものであ
る。
［従来の技術］
第２Ａ図はＦＴ方式固体撮像素子の断面構造の一例を示
す模式図である。この図において、たとえばｐ型半導体
基板１上に薄い誘電体膜２が形成されている。誘電体膜
２上には、受光面内で垂直方向に並んだＣＣＤ （電荷
結合デバイス）を構成するための複数のゲート電極３と
水平方向に並んだＣＣＤを構成するための複数のゲート
電極１１とが形成されている。ゲート電極１１は図の紙
面に直交する方向に並んでいるので、ただ１つのゲート
電極１１が図示されている。
す模式図である。この図において、たとえばｐ型半導体
基板１上に薄い誘電体膜２が形成されている。誘電体膜
２上には、受光面内で垂直方向に並んだＣＣＤ （電荷
結合デバイス）を構成するための複数のゲート電極３と
水平方向に並んだＣＣＤを構成するための複数のゲート
電極１１とが形成されている。ゲート電極１１は図の紙
面に直交する方向に並んでいるので、ただ１つのゲート
電極１１が図示されている。
図中の矢印Ａで示された範囲は撮像ＣＣＤ領域を示し、
矢印Ｂの範囲は蓄積ＣＣＤ領域であり、矢印Ｃの範囲は
紙面に直交する方向へ電荷を転送するための水平ＣＣＤ
領域を示している。蓄積ＣＣＤ領域Ｂと水平ＣＣＤ領域
Ｃ上には、光が入らないようにするための遮光膜４が形
成されている。
矢印Ｂの範囲は蓄積ＣＣＤ領域であり、矢印Ｃの範囲は
紙面に直交する方向へ電荷を転送するための水平ＣＣＤ
領域を示している。蓄積ＣＣＤ領域Ｂと水平ＣＣＤ領域
Ｃ上には、光が入らないようにするための遮光膜４が形
成されている。
すなわち、この固体撮像素子はゲート電極３側から入射
光を受けるものであり、ゲート電極３は光透過性のある
導電性物質、たとえばポリシリコンなどで形成されてい
る。
光を受けるものであり、ゲート電極３は光透過性のある
導電性物質、たとえばポリシリコンなどで形成されてい
る。
撮像ＣＣＤ領域Ａのゲート電極３には端子５゜６．７を
介してそれぞれクロック信号φＰ＋＋ φＰ２＋
φＰ、が与えられ、蓄積ＣＣＤ領域Ｂのゲート電極３に
は端子８． ９． １０を介してそれぞれクロック信号
φ８４．φ、２．φ８．が与えられる。すなわち、この
固体撮像素子は３相駆動型であり、垂直画素数が２段の
場合を示している。
介してそれぞれクロック信号φＰ＋＋ φＰ２＋
φＰ、が与えられ、蓄積ＣＣＤ領域Ｂのゲート電極３に
は端子８． ９． １０を介してそれぞれクロック信号
φ８４．φ、２．φ８．が与えられる。すなわち、この
固体撮像素子は３相駆動型であり、垂直画素数が２段の
場合を示している。
水平ＣＣＤ領域Ｃのゲート電極１１には、端子１２を介
してクロック信号φＨが与えられる。
してクロック信号φＨが与えられる。
第３図は従来のクロック信号φＰ、〜φＰ３＋φ６．〜
φ３．を示すタイミングチャートである。
φ３．を示すタイミングチャートである。
第２Ｂ図は第３図中の時刻ｔ１における半導体基板１内
のポテンシャル分布を第２Ａ図に対応して示している。
のポテンシャル分布を第２Ａ図に対応して示している。
第３図中の矢印Ｔ、τで示された範囲は電荷蓄積期間を
表わし、矢印ＴＦＴの期間はフレームトランスファ（Ｆ
Ｔ）期間を表わしている。
表わし、矢印ＴＦＴの期間はフレームトランスファ（Ｆ
Ｔ）期間を表わしている。
電荷蓄積期間ＴＳＴ中は、撮像ＣＣＤ領域Ａにおいてク
ロック信号φＰ、がＨ（高）レベルにされ、クロック信
号φＰ２＋ φＰ、がＬ（低）レベルにされている。
ロック信号φＰ、がＨ（高）レベルにされ、クロック信
号φＰ２＋ φＰ、がＬ（低）レベルにされている。
したがって、第２Ｂ図に見られるように、クロック信号
φＰｌが印加されているゲート１１極３下の半導体基板
１中の位置Ｗ１．Ｗ２において空乏層が広がり、ポテン
シャルウェルが形成されている。入射光によって発生さ
せられた電子は、これらのポテンシャルウェルに蓄えら
れて信号電荷となる。この信号電荷ｆｆ１Ｑｓ＋ｃ＋は
、光強度Ｉ、蓄積時間Ｔ、 Ｔ 、および空乏層の広さ
Ｗに比例し、次式（１）で表わされる。
φＰｌが印加されているゲート１１極３下の半導体基板
１中の位置Ｗ１．Ｗ２において空乏層が広がり、ポテン
シャルウェルが形成されている。入射光によって発生さ
せられた電子は、これらのポテンシャルウェルに蓄えら
れて信号電荷となる。この信号電荷ｆｆ１Ｑｓ＋ｃ＋は
、光強度Ｉ、蓄積時間Ｔ、 Ｔ 、および空乏層の広さ
Ｗに比例し、次式（１）で表わされる。
Ｑｓ＋ Ｇ−ｋｌＴ５ｖＷ ＝（１
）ここで、ｋはゲート電極３の光透過率などによって決
まる比例定数である。
）ここで、ｋはゲート電極３の光透過率などによって決
まる比例定数である。
蓄積期間ＴＳＴが終了してＦＴ期間ＴＦＴになれば、撮
像ＣＣＤ領域Ａおよび蓄積ＣＣＤ領域Ｂに印加されるク
ロック信号は転送波形となり、撮像ＣＣＤ領域Ａに蓄え
られた信号電荷は遮光された蓄積ＣＣＤ領域Ｂ中を高速
で転送される。このＦＴ期間ＴＦＴにおいては第２Ａ図
と第２Ｂ図の右方向にポテンシャルウェルが移動するの
で、たとえば第２Ｂ図の位置Ｗ２にのみ光が入射してい
ても、位置Ｗ１にあったポテンシャルウェルが位置Ｗ２
を通過するときに光照射を受ける。したがって、正しく
は信号電荷が存在しないはずのポテンシャルウェル内に
偽信号電荷Ｑｓｎが発生する。
像ＣＣＤ領域Ａおよび蓄積ＣＣＤ領域Ｂに印加されるク
ロック信号は転送波形となり、撮像ＣＣＤ領域Ａに蓄え
られた信号電荷は遮光された蓄積ＣＣＤ領域Ｂ中を高速
で転送される。このＦＴ期間ＴＦＴにおいては第２Ａ図
と第２Ｂ図の右方向にポテンシャルウェルが移動するの
で、たとえば第２Ｂ図の位置Ｗ２にのみ光が入射してい
ても、位置Ｗ１にあったポテンシャルウェルが位置Ｗ２
を通過するときに光照射を受ける。したがって、正しく
は信号電荷が存在しないはずのポテンシャルウェル内に
偽信号電荷Ｑｓｎが発生する。
この現象がスメアと呼ばれるものであり、再生画面上で
見れば光照射部の上下に白い筋が発生しているように見
え、画質を著しく劣化させるものである。この偽信号電
荷ＱＳＭは式（１）と同様に次式（２）で表わされる。
見れば光照射部の上下に白い筋が発生しているように見
え、画質を著しく劣化させるものである。この偽信号電
荷ＱＳＭは式（１）と同様に次式（２）で表わされる。
Ｑｓ Ｍ −ｋ Ｉ ＴＦ ｔ Ｗ ・・・（２
）信号電荷Ｑｓ ｒ ａに対する偽信号電荷Ｑｓｒ＋の
割合はスメア比Ｒ８Ｍと呼ばれ、次式（３）で表わされ
る。
）信号電荷Ｑｓ ｒ ａに対する偽信号電荷Ｑｓｒ＋の
割合はスメア比Ｒ８Ｍと呼ばれ、次式（３）で表わされ
る。
Ｒｇ門″Ｑｓ閂／Ｑｓ＋Ｇ
ｍｋ ＩＴＦ ｔ Ｗ／ｋ Ｉ Ｔ５７ Ｗ”＝Ｔｐｖ
／Ｔｇ７ ・・・（３）蓄積ＣＣＤ領域
Ｂに移された信号電荷は、撮像ＣＣＤ領域Ａが次の蓄積
期間Ｔ、Ｔに入っている間に垂直画素として１段ずつ水
平ＣＣＤ領域Ｃに移される。１段分の信号電荷を受取っ
た水平ＣＣＤ領域Ｃは、次段の信号電荷が転送されてく
るまでに第２Ａ図の紙面と直交する方向に延びた端に設
けられた出力部（図示せず）へそれらの電荷を転送すす
る。水平ＣＣＤ領域Ｃに与えられるクロック信号φ８は
周知であって本発明の特徴に直接関係しないので、その
説明は省略する。
／Ｔｇ７ ・・・（３）蓄積ＣＣＤ領域
Ｂに移された信号電荷は、撮像ＣＣＤ領域Ａが次の蓄積
期間Ｔ、Ｔに入っている間に垂直画素として１段ずつ水
平ＣＣＤ領域Ｃに移される。１段分の信号電荷を受取っ
た水平ＣＣＤ領域Ｃは、次段の信号電荷が転送されてく
るまでに第２Ａ図の紙面と直交する方向に延びた端に設
けられた出力部（図示せず）へそれらの電荷を転送すす
る。水平ＣＣＤ領域Ｃに与えられるクロック信号φ８は
周知であって本発明の特徴に直接関係しないので、その
説明は省略する。
［発明が解決しようとする課題］
ＦＴ方式固体撮像素子の従来の駆動方法においては、式
（３）に示されるスメア比Ｒ５Ｍを小さくするためにＦ
Ｔ期間ＴＦＴを蓄積期間ＴｓＴに比べて短くすることが
知られている。そのためには、このＦＴ期間ＴＦＴにお
いて垂直ＣＣＤ領域Ａ、Ｂを高速で駆動しなければなら
ない。しかし、一般に垂直ＣＣＤ領域Ａ、 Ｂのゲー
ト電極容量は数千ｐＦ以上あり、クロック信号波形の鈍
りによる転送効率や電荷転送容量の低下などの問題から
、ＦＴ期間ＴＰＴにおけるタロツク信号の周波数（ＦＴ
周波数）を高めるには限度があった。
（３）に示されるスメア比Ｒ５Ｍを小さくするためにＦ
Ｔ期間ＴＦＴを蓄積期間ＴｓＴに比べて短くすることが
知られている。そのためには、このＦＴ期間ＴＦＴにお
いて垂直ＣＣＤ領域Ａ、Ｂを高速で駆動しなければなら
ない。しかし、一般に垂直ＣＣＤ領域Ａ、 Ｂのゲー
ト電極容量は数千ｐＦ以上あり、クロック信号波形の鈍
りによる転送効率や電荷転送容量の低下などの問題から
、ＦＴ期間ＴＰＴにおけるタロツク信号の周波数（ＦＴ
周波数）を高めるには限度があった。
このような先行技術における課題に鑑み、この発明の目
的は、従来と同じＦＴ周波数を用（１てもスメア比Ｒ５
Ｍを改善することができるＦＴ方式固体撮像素子の駆動
方法を提供することである。
的は、従来と同じＦＴ周波数を用（１てもスメア比Ｒ５
Ｍを改善することができるＦＴ方式固体撮像素子の駆動
方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］
本発明による固体撮像素子の駆動方法は、所定期間の光
入射によって発生する信号電荷を蓄積するための撮像Ｃ
ＣＤ領域と、それに隣接して設けられかつ遮光されてい
る蓄積ＣＣＤ領域とを含むいわゆるフレームトランスフ
ァ方式の固体撮像素子において、撮像ＣＣＤ領域が信号
電荷を蓄積している期間に印加されるクロ・ツク信号レ
ベルの絶対値の最も大きいものが、撮像ＣＣＤ領域から
蓄積ＣＣＤ領域へ電荷を転送するいわゆるフレームトラ
ンスファ期間に印加されるクロ・ツク信号レベルの絶対
値の最も大きなものより大きく設定されることを特徴と
している。
入射によって発生する信号電荷を蓄積するための撮像Ｃ
ＣＤ領域と、それに隣接して設けられかつ遮光されてい
る蓄積ＣＣＤ領域とを含むいわゆるフレームトランスフ
ァ方式の固体撮像素子において、撮像ＣＣＤ領域が信号
電荷を蓄積している期間に印加されるクロ・ツク信号レ
ベルの絶対値の最も大きいものが、撮像ＣＣＤ領域から
蓄積ＣＣＤ領域へ電荷を転送するいわゆるフレームトラ
ンスファ期間に印加されるクロ・ツク信号レベルの絶対
値の最も大きなものより大きく設定されることを特徴と
している。
［作用コ
本発明による固体撮像素子の駆動方法にお（島では、電
荷蓄積期間中のクロック信号レベルの絶対値の最も大き
なものがＦＴ期間中のそれより大きいので、電荷蓄積期
間中の空乏層の広さｗｓＴがＦＴ期間中の空乏層の広さ
ＷＦ□より大きくなる。
荷蓄積期間中のクロック信号レベルの絶対値の最も大き
なものがＦＴ期間中のそれより大きいので、電荷蓄積期
間中の空乏層の広さｗｓＴがＦＴ期間中の空乏層の広さ
ＷＦ□より大きくなる。
すなわち、式（３）で表わされたスメア比Ｒ。
。は次式（４）のようになり、ＷＦＴ／ＷｓＴで示され
る比率だけ小さくなる。
る比率だけ小さくなる。
ＲｓｒＩ−ｋＩＴＦＴＷＦ ７ ／ｋ ＩＴＳ ７ＷＢ
ｙ＝ ＴＦ Ｔ ＷＦ ｖ ／ Ｔ ｓ ｔ Ｗｓ
Ｔ ・・・（４）［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例による固体撮像素子の駆動
方法に用いられるクロック信号を示すタイミングチャー
トである。第１図は第３図と類似しているが、電荷蓄積
期間Ｔ、Ｔ中に端子５に印加されるクロック信号φＰ、
のレベルが従来のＨレベルより大きなＨＨレベルにされ
ている。
ｙ＝ ＴＦ Ｔ ＷＦ ｖ ／ Ｔ ｓ ｔ Ｗｓ
Ｔ ・・・（４）［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例による固体撮像素子の駆動
方法に用いられるクロック信号を示すタイミングチャー
トである。第１図は第３図と類似しているが、電荷蓄積
期間Ｔ、Ｔ中に端子５に印加されるクロック信号φＰ、
のレベルが従来のＨレベルより大きなＨＨレベルにされ
ている。
半導体基板１中に広がる空乏層の幅は、階段接合近似の
もとでは印加電圧の１／２乗に比例する。
もとでは印加電圧の１／２乗に比例する。
したがって、たとえばＨレベルが５ｖでＨＨレベルが１
５Ｖの場合、式（４）に従ってスメア比ＲＳＭを計算す
れば、次式（５）のようになる。
５Ｖの場合、式（４）に従ってスメア比ＲＳＭを計算す
れば、次式（５）のようになる。
Ｒｓ Ｍ −ＴＦ Ｔ Ｊ ５／Ｔｓ Ｔ Ｊ １５−
〇、 ５８ＴＦ Ｔ ／Ｔｓ Ｔ ・・・（５
）すなわち、本実施例のスメア比Ｒ８゜は、同じＦＴ周
波数を用いる従来方法におけるスメア比Ｒ８、のわずか
５８％に減少する。
〇、 ５８ＴＦ Ｔ ／Ｔｓ Ｔ ・・・（５
）すなわち、本実施例のスメア比Ｒ８゜は、同じＦＴ周
波数を用いる従来方法におけるスメア比Ｒ８、のわずか
５８％に減少する。
ところで、ＦＴ期間ＴＦＴ中のクロック信号φＰ、〜φ
Ｐ、のレベルや、スメア比ＲｓＭに関係しない蓄積ＣＣ
Ｄ領域Ｂのクロック信号φｓ１〜φ５．のレベルは従来
と全く同じであるので、転送効率の劣化などの問題を生
じることはない。
Ｐ、のレベルや、スメア比ＲｓＭに関係しない蓄積ＣＣ
Ｄ領域Ｂのクロック信号φｓ１〜φ５．のレベルは従来
と全く同じであるので、転送効率の劣化などの問題を生
じることはない。
なお、以上の実施例では電子が信号電荷となる場合を説
明したが、本発明は正孔を信号電荷として利用する場合
にも適用し得ることが理解されよう。この場合、ゲート
電極に印加される電圧の極性を反転させればよい。
明したが、本発明は正孔を信号電荷として利用する場合
にも適用し得ることが理解されよう。この場合、ゲート
電極に印加される電圧の極性を反転させればよい。
また、ＣＣＤの駆動方法として３相駆動を例にとって説
明したが、２相駆動や４相駆動を用いることもできるこ
とが明らかであろう。
明したが、２相駆動や４相駆動を用いることもできるこ
とが明らかであろう。
さらに、ＦＴ方式固体撮像素子として表面から光が入射
する型を用いて説明したが、本発明は基板背面から受光
する型固体撮像素子にも適用し得ることが明らかであろ
う。
する型を用いて説明したが、本発明は基板背面から受光
する型固体撮像素子にも適用し得ることが明らかであろ
う。
［発明の効果］
以上のように、本発明によれば、撮像ＣＣＤ領域のクロ
ック信号の振幅がＦＴ切期間おけるよりも電荷蓄積期間
における方が大きくなっているので、従来と同じＦＴ周
波数を用いてもスメア比を小さくすることができる。す
なわち、スメアによる画質劣化の少ない固体撮像素子の
駆動方法を提供し得るのである。
ック信号の振幅がＦＴ切期間おけるよりも電荷蓄積期間
における方が大きくなっているので、従来と同じＦＴ周
波数を用いてもスメア比を小さくすることができる。す
なわち、スメアによる画質劣化の少ない固体撮像素子の
駆動方法を提供し得るのである。
第１図は、本発明の一実施例による固体撮像素子の駆動
方法に用いられるクロック信号を示すタイミングチャー
トである。 第２Ａ図は、ＦＴ方式固体撮像素子の断面構造を示す模
式図である。 第２Ｂ図は、第２Ａ図に対応したポテンシャルの分布を
示す図である。 第３図は従来の固体撮像素子の駆動方法に用いられるク
ロック信号を示すタイミングチャートである。 図において、φ−７〜φＰ、は撮像ＣＣＤ領域Ａに印加
されるクロック信号、φ３．〜φ、３は蓄積ＣＣＤ領域
Ｂに印加されるクロック信号、Ｔ、工は蓄積期間、そし
てＴＦＴはフレームトランスファ期間を示す。 なお、各図において同一符号は同一内容または相当部分
を示す。
方法に用いられるクロック信号を示すタイミングチャー
トである。 第２Ａ図は、ＦＴ方式固体撮像素子の断面構造を示す模
式図である。 第２Ｂ図は、第２Ａ図に対応したポテンシャルの分布を
示す図である。 第３図は従来の固体撮像素子の駆動方法に用いられるク
ロック信号を示すタイミングチャートである。 図において、φ−７〜φＰ、は撮像ＣＣＤ領域Ａに印加
されるクロック信号、φ３．〜φ、３は蓄積ＣＣＤ領域
Ｂに印加されるクロック信号、Ｔ、工は蓄積期間、そし
てＴＦＴはフレームトランスファ期間を示す。 なお、各図において同一符号は同一内容または相当部分
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 所定期間の光入射によって発生する信号電荷を蓄積する
ための撮像ＣＣＤ領域と、前記撮像ＣＣＤ領域に隣接し
て設けられかつ遮光されている蓄積ＣＣＤ領域とを含む
いわゆるフレームトランスファ方式の固体撮像素子にお
いて、 前記撮像ＣＣＤ領域が信号電荷を蓄積している期間に印
加されるクロック信号レベルの絶対値の最も大きいもの
は、前記撮像ＣＣＤ領域から前記蓄積ＣＣＤ領域へ電荷
を転送するいわゆるフレームトランスファ期間に印加さ
れるクロック信号レベルの絶対値の最も大きなものより
大きく設定されることを特徴とする固体撮像素子の駆動
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086025A JPH02264579A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1086025A JPH02264579A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02264579A true JPH02264579A (ja) | 1990-10-29 |
Family
ID=13875119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1086025A Pending JPH02264579A (ja) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02264579A (ja) |
-
1989
- 1989-04-04 JP JP1086025A patent/JPH02264579A/ja active Pending
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