JPH02274183A - 固体撮像素子の駆動方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はＣＣＤ固体撮像素子の駆動方法に係り、特に固
体撮像素子の撮像部の光電荷の排出駆動に関する。

（ロ）従来の技術 従来、ＣＣＤ固体撮像素子を用いた撮像装置に於いては
、ＣＣＤの動作原理を活用して電子的に露光制御を行う
ことが考えられている。このような露光制御方法は、例
えば特開昭６３−２４７６４号公報に開示されている如
く、垂直走査期間毎の光電変換期間の途中でそれまで撮
像部に蓄積した光電荷を転送排出し、残余の光電変換期
間に光電変換して得た光電荷を蓄積するように構成され
ており、光電荷の排出のタイミングの変更に依って光電
変換期間が伸縮されるものである。

第６図は上述の如き露光制御を実施する際のブロック図
であり、第７図はこれに用いるフレームトランスファ型
ＣＣＤの模式図である。

フレームトランスファ型のＣＣＤ固体撮像素子（１）は
、第７図に示す如く撮像部（１）、蓄積部（Ｓ）及び水
平転送部（Ｈ）からなるもので、撮像部（１）で得られ
る光電荷は、映像情報として一旦蓄積部（Ｓ）に転送蓄
積され、蓄積部（Ｓ）から水平転送部（）ｌ）を介し、
出力部（Ｆ）で電圧値に変換されて映像信号Ｘ〔、）と
して出力される。この映像信号Ｘ（１）は、信号処理回
路（２）でサンプルホールド、ガンマ補正等の処理が施
きれ、ビデオ信号Ｙ６．）として外部機器に出力される
。

一方、Ｃ０Ｄ（１）はパルス駆動されるものであり、撮
像部（Ｉ）には順方向転送りロック≠、或いは逆方向転
送りロックφ８が供給され、蓄積部（Ｓ）及び水平転送
部（１（）には、蓄積転送りロックφ、及び水平転送り
ロックφ８が夫々供給される。即ち、逆方向転送りロッ
クφ３に依って、撮像部＜１）の光電荷を蓄積部（Ｓ）
とは逆の方向（図中に破線で示す）に転送し、蓄積部（
Ｓ）と対向する側に設けられた排出ドレイン（Ｄ）に排
出した後、所定の期間撮像部（Ｉ）に光電荷を蓄積し、
この光電荷を順方向転送りロックφ、に依って蓄積部（
Ｓ）へ（図中に実線で示す）転送する。そして、蓄積転
送りロックφ、に依って蓄積部（Ｓ）から水平ライン毎
に水平転送部（Ｈ）に光電荷が転送され、さらに水平転
送りロックφ８に依って水平転送部（）１）から出力部
（Ｆ）に転送される。

上述の順方向転送りロックφ、及び逆方向転送りロック
φ、は、夫々読出クロック発生回路（３〉及び排出クロ
ック発生回路＜４）で作成されるもので、これらクロッ
ク発生回路（３バ４）には読出タイミング信号ＦＴ及び
排出タイミング信号ＢＴが読出タイミング制御回路〈５
）及び排出タイミング制御回路（６）から供給される。

また、露光量判定回路＜７）は、Ｃ０Ｄ（１）から得ら
れる映像信号Ｘ（１）の露光量を検知し、この露光量が
適正範囲以上であれば露光抑制信号ＣＬＯ３Ｅ、適正範
囲以下であれば露光促進信号０ＰＥＮを排出タイミング
制御回路（６）に与える。そして、排出タイミング制御
回路（６）は、露光抑制信号ＣＬＯ３Ｅ、ｉ光促進信号
０ＰＥＮに従って光電荷の排出タイミングを設定する。

第８図は第６図の動作を示すタイミング図である。

読出タイミング信号ＦＴは、垂直走査信号ＶＤのブラン
キング期間毎の所定のタイミングにタイミングパルス■
を有し、このタイミングパルスの入力で読出クロック発
生回路（５）がクロックパルスＯを発生する。従って、
順方向転送りロックφ２は、垂直走査信号ＶＤのブラン
キング期間中にクロックパルス＠を発生し、Ｃ０Ｄ（１
）の撮像部りＩ）の光電荷がブランキング期間中に蓄積
部（Ｓ）に転送される。

一方、排出タイミング信号ＢＴは、Ｃ０Ｄ（１）の露光
量に応じたタイミングにタイミングパルス○を有し、こ
のタイミングパルスに従って排出駆動のためのクロック
パルスＯが発生する。即ち、排出タイミング信号ＢＴの
タイミングパルスは、露光量判定回路（７）の出力する
露光抑制信号ＣＬＯ８Ｅに依ってタイミングが遅らせら
れ、露光促進信号０ＰＥＮに依って単められるように構
成されており、排出駆動が完了してから読出駆動の始ま
るまでの期間に設定される光電変換期間Ｅは、Ｃ０Ｄ（
１）の露光量に応じて伸縮制御きれる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述のＣＣＤ（１）に於いては、撮像部（Ｉ）の光電荷
を排出している期間中にも蓄積部（Ｓ）の光電荷を順次
転送出力しているため、逆方向転送りロックφ８のクロ
ックパルスに依るノイズが蓄積部（Ｓ）から転送出力さ
れる光電荷に重畳する問題がある。そこで、そのクロッ
クパルスを水平走査信号ＨＤのブランキング期間内に収
めればノイズの重畳を防止できるが、垂直方向の画素数
の多いＣＣＤに於いては、撮像部〈１）の光電荷を全て
排出せしめるために少なくとも数Ｈ期間（ＩＨは１水平
走査期間）必要であり排出駆動のクロックパルスを水平
走査信号ＨＤのブランキング期間内に収めることは不可
能である。

また、撮像部（Ｉ）の光電荷を排出する場合には、読出
す場合と同様に全画素の光電荷を同時に排出できないた
めにスミアが発生することになる。この排出駆動時に発
生するスミアは、読出駆動時のスミアに重畳されるため
、Ｃ０Ｄ（１）から得られる映像信号Ｘ　（ｌ）のスミ
ア成分が増大することになる。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためのもので、光電変換
に依り発生する光電荷を蓄積する複数のチャネル領域が
チャネルストップ領域で互いに分離されて配列きれると
共に上記チャネル領域上に転送電極が設けられ、上記チ
ャネル領域中の過剰な光電荷を上記チャネルストップ領
域内に設けたオーバーフロードレインに受けるＣＣＤ固
体撮像素子の駆動方法に於いて、上記チャネル領域と上
記オーバーフロードレインとの間に電位障壁が形成され
る際に上記転送電極に印加される第１の１位及び上記オ
ーバーフロードレインに印加される第２の電位に対し、
上記転送電極の電位を上記第１の電位より低電位とする
と共に上記オーバーフロードレインの電位を上記第２の
電位より高電位とすることで上記チャネル領域と上記オ
ーバーフロードレインとの間の電位障壁を消滅させ、上
記チャネル領域中の不要な光電荷を上記オーバーフロー
ドレインに排出せしめることを特徴とする。

（本）作用 本発明にイ衣れば、オーバーフロードレインの電位を高
くしてチャネルストップ領域も含めてオーバーフロート
しインのポテンシャルを深くすると共に、転送電極の電
位を低くしてチャネル領域のポテンシャルを浅くするこ
とで、オーバーフロードレインとチャネル領域との間の
ポテンシャル障壁（を位障壁）がなくなり、チャネル領
域にある光電荷がオーバーフロードレイン中に流れる。

このような光電荷の排出方法に依るとＣＣＤ固体撮像素
子の各チャネル領域中の光電荷が同時に且つ短期間で排
出されることになる。

（へ）実施例 本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は、本発明駆動方法を採用するＣＣＤ固体撮像素
子の要部平面図であり、第２図は第１図ｘ−ｘ’線断面
図である。ここでは、クロスゲート構造のフレームトラ
ンスファ型ＣＣＤの撮像部が示しである。

Ｐ型の基板り１０）の−面には、複数のチャネルストッ
プ領域（１１〉がＬＯＣＯ３に依って平行に形成されて
おり、このチャネルストップ領域（１１）の下にオーバ
ーフロードレイン＜１２）が形成されていると共に、各
チャネルストップ領域（１１）の間にＮ型のチャネル領
域（１３）が拡散に依って形成されている。そして、チ
ャネルストップ領域（１１）と直交する方向に複数の下
層電極（１４）が等間隔で平行に配列され、さらにチャ
ネルストップ領域（１１）に沿って複数の上層電極（１
５〉が形成きれている。この上層電極（１５）には、下
ｍ電極（１４）の間隙を覆うような突出部が隣りの上層
電極（１５）と互い違いになるように形成されている。

また、上層及び下層電極（１４）（１５）で囲まれた開
口部（１６）には、Ｐ−型の受光領域（１７）が形成さ
れている。このようなりロスゲート構造のＣＣＤ自体は
、本願出願人に依る特公明６３−８６２５号公報に記載
のものと同一である。両電極（１４）（１５）は４相の
転送りロックφ、Ｉ〜φ、４でパルス駆動されるもので
、上層電極〈１５）ニ！−１：　転送りロックφＦｌ　
＋　ＣＡＦｊが交互に印加され、下層電極（１４）には
転送りロックφ１２．φ１．が印加される。きらにオー
バーフロードレイン（１２）には、オーバーフロードレ
イン（１２）の電位を制御する制御クロックφ。ＦＤが
印加される。

チャネル領域（１３〉に光電荷を蓄積する際には、例え
ば転送りロックφ２１を正電位の高レベルに固定し、制
御クロックφ。ＦＤを低レベルに固定する。上層電極（
１５）の電位を高くすると共にオーバーフロードレイン
（１２）の電位を低くすることで、チャネル領域（１３
）のポテンシャルは、第３図に実線で示す如くチャネル
領域（１３）のポテンシャルが深くなり、受光領域（１
７）とチャネルスト・ｙプ領域（１１）とのポテンシャ
ルが浅くなってポテンシャル障壁を形成する。従って、
開口部（１６）に入射された光に依り発生する光電荷は
、ポテンシャルの勾配に沿って受光領域（１７）から電
極（１５）の下のチャネル領域（１３）内に流れ、チャ
ネル領域（１３）中に蓄積される。そして、両電極（１
４）（１５）がパルス駆動されることで、光電荷は両電
極（１４）（１５）に沿ってチャネルストップ領域（１
１）の間を蛇行しながら転送される。

一方、チャネル領域（１３）内の不要な光電荷を排出さ
せる際には、例えば転送りロックφＦ１を負電位にする
と共に、制御クロックφ。１を高レベル（正電位）にす
る。上層電極（１５）を負電位にすることで第３図に破
線で示す如く、上層電極（１５）の下のチャネル領域（
１３）のポテンシャルはチャネルストップ領域（１１）
のポテンシャルより浅くなり、チャネル領域（１３）と
チャネルストップ領域（１１）との間のポテンシャル障
壁はなくなる。従って、受光領域（１７〉の光電荷は、
チャネル領域＜１３）及びチャネルストップ領域（１１
）を通過してオーバーフロードレイン（１２）に流れる
。このとき、オーバーフロートしインク１２〉のポテン
シャルが十分に深くなければ、受光領域（１７）からの
光電荷を十分に受けることができないため、オーバーフ
ロードレインク１２）の電位を高くしてポテンシャルを
深くしている。また、オーバーフロードレイン（１２）
の電位を高くすることに依り、これに隣接するチャネル
ストップｆｆ１（１１）のポテンシャルがチャネル領域
（１３）のポテンシャルと共に浅くなるのを防止してい
る。

以上のような光電荷の排出方法に依れば、第７図の如き
逆転送を用いた光電荷の排出方法に比して、光電荷の排
出経路が極めて短くなるために、短期間で排出動作を完
了すると共に、何れのチャネル領域（１３）でも同一の
タイミングで光電荷を排出できる。

第４図は、上述の駆動方法を採用してＣＯＤ固体撮像素
子の露光制御を行う際のブロック図である。この図に於
いて、ＣＣＤ（１）、信号処理回路（２）及び露光制御
回路（７〉は第６図と同一であり、同一部分には同一符
号が付しである。

Ｃ０Ｄ（１）の撮像部には順方向転送りロックφ。

が読出クロック発生回路（２１）から供給され、オーバ
ーフロードレイン（１２）には制御クロックφ。、０が
制御クロック発生回路（２２）から供給される。これら
クロック発生回路（２１）（２２）には、動作タイミン
グ及び動作期間を設定する読出タイミング信号ＦＴ及び
排出期間設定信号ＤＴが夫々読出タイミング発生回路（
２３）及び排出期間設定回路（２４）から供給される。

排出期間設定回路（２４）は、第６図の読出タイミング
発生回路（６）と同様に動作するものであり、露光量判
定回路〈７）からの露光抑制信号ＣＬＯ８Ｅ及び露光促
進信号０ＰＥＮに従って排出期間を設定する。

第５図は、第４図の動作を示すタイミング図である。読
出タイミング信号ＦＴは、第８図と同様に垂直走査信号
ＶＤのブランキング期間の所定のタイミングにタイミン
グパルス○を有しており、このタイミングパルスの入力
で読出クロック発生回路（２１）はクロックパルスのを
発生する。

排出期間設定信号ＤＴは、垂直走査信号ＶＤの立上りの
タイミングで低レベルとなり、垂直走査期間の特定のタ
イミングで高レベルとなるもので、低レベルの期間に於
いて排出期間を設定する。即ち、排出期間設定信号ＤＴ
が低レベルの場合、水平走査信号ＨＤのブランキング期
間に転送りロックφ、が負電位、制御クロックφ。、０
が高レベルとなるように構成されており、排出期間設定
信号ＤＴが低レベルの期間には、ＣＣＤ（１）の撮像部
の光電荷がオーバーフロードレインに排出される。

排出期間設定信号ＤＴの立上りのタイミングは、第８図
に示す排出タイミング信号ＢＴと同様に露光量判定回路
（７）からの露光抑制信号ＣＬＯ８Ｅで遅らせられ、露
光促進信号０ＰＥＮで早められる。このような構成は、
例えば水平走査信号ＨＤでカウントアツプされるステッ
プカウンタと、立上りのタイミングを水平走査線数で記
憶し、露光抑制信号ＣＬＯ８Ｅでカウントアツプ、露光
促進信号０ＰＥＮでカウントダウンきれるアップダウン
カウンタを用い、両カウンタの出力の一致をコンパレー
タで検知する。そして、そのコンパレータの出力をブリ
ップフロップのセット入力とし、垂直走査信号ＶＤの立
上りをリセット入力として、そのフリップフロップの出
力を排出期間設定信号ＤＴとすることで実現できる。従
って、Ｃ０Ｄ（１）の撮像部の光電荷は、垂直走査信号
ＶＤの立上りのタイミングから、露光量に応じて決まる
タイミングまでの期間にオーバーフロードレインへ排出
されることになり、この排出動作を終了してから読出駆
動の始まるまでの期間が光電変換期間Ｅとして設定され
る。この光電変換期間Ｅは、読出駆動タイミングが固定
されていることから、排出期間の伸縮に依って決定され
る。ここで、転送りロックφ、と制御クロックφ。、ｔ
、とを排出期間中に水平走査信号ＨＤのブランキング期
間に同期して変動しているのは、Ｃ０Ｄ（１）から順次
出力される映像情報Ｘ０．）に排出駆動のノイズが重畳
するのを防止するためであり、何れか一方を固定しても
差支えない。

尚、本実施例に於いては、垂直走査信号ＶＤの立上りか
ら露光量に応じて決まるタイミングまでの期間に排出期
間を設定しているが、排出駆動の終了時点が同じであれ
ば排出駆動の始まりは垂直走査信号ＶＤの立上りタイミ
ングに一致させる必要はない。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、ＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の不要な
光電荷を極めて短い時間で且つ全画素の光電荷を同時に
排出することが可能になるため、水平走査信号のブラン
キング期間内で光電荷を排出でき、スミアの低減された
極めて有効な電子シャッタを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明駆動方法を採用するＣＣＤ固体撮像素
子の要部平面図、第２図は第１図のＸ　−Ｘ′線断面図
、第３図はポテンシャル図、第４図は本発明駆動方法を
採用した露光制御方法のブロック図、第５図はそのタイ
ミング図、第６図は従来の露光制御回路のブロック図、
第７図はフレームトランスファ型ＣＣＤ固体撮像素子の
模式的平面図、第８図は第６図のタイミング図である。 （１）・・・ＣＣＤ固体撮像素子、　（３）（２１）・
・・読出クロック発生回路、　（４）・・・排出クロッ
ク発生回路、　　（５）（２３）・・・読出タイミング
発生回路、　（７）・・・露光量判定回路、　（１１〉
・・・チャネルストップ、（１２）・・・オーバーフロ
ードレイン、　　（１３）・・・チャネル領域、　（１
４）・・・上層電極、　（１５）・・・上層電極、〈２
２）・・・制御クロック発生回路、　（２４）・・・排
出期間設定回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換に依り発生する光電荷を蓄積する複数の
   チャネル領域がチャネルストップ領域で互いに分離され
   て配列されると共に、 上記チャネル領域上に転送電極が設けられ、上記チャネ
   ル領域中の過剰な光電荷を上記チャネルストップ領域内
   に設けたオーバーフロードレインに受けるＣＣＤ固体撮
   像素子の駆動方法に於いて、 上記チャネル領域と上記オーバーフロードレインとの間
   に電位障壁が形成される際に上記転送電極に印加される
   第１の電位及び上記オーバーフロードレインに印加され
   る第２の電位に対し、 上記転送電極の電位を上記第１の電位より低電位とする
   と共に上記オーバーフロードレインの電位を上記第２の
   電位より高電位とすることで上記チャネル領域と上記オ
   ーバーフロードレインとの間の電位障壁を消滅させ、 上記チャネル領域中の不要な光電荷を上記オーバーフロ
   ードレインに排出せしめることを特徴とする固体撮像素
   子の駆動方法。
2. （２）請求項第１項記載の固体撮像素子の駆動方法に於
   いて、 水平及び垂直方向に走査される固体撮像素子の垂直走査
   期間中、 第１の期間に上記チャネル領域の光電荷を上記オーバー
   フロードレインに排出せしめた後、残余の第２の期間に
   上記チャネル領域と上記オーバーフロードレインとの間
   に電位障壁を形成して上記チャネル領域に光電荷を蓄積
   し、 この第２の期間に蓄積した光電荷を一画面分の映像情報
   として得ることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
3. （３）請求項第２項記載の固体撮像素子の駆動方法に於
   いて、 上記チャネル領域中の光電荷を水平走査線の帰線期間内
   に限って上記オーバーフロードレインに排出せしめるこ
   とを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。