JPH0353773A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体撮像素子の駆動方法に関し、特に、イン
ターライン転送型固体撮像素子の駆動方法に関する． ［従来の技術］ インターライン転送型固体撮１象素子は、第８図（ａ）
に示すように、２次元配列されたフォトダイオード（以
下、適宜ＰＤと記す〉８１と、ＰＤに蓄積した信号電荷
を垂直ＣＣＤレジスタに読み出すためのトランスファゲ
ート８ラと、読み出された信号電荷を水平ＣＣＤレジス
タに転送する垂直Ｃ　Ｏ　Ｄレジスタ（以下、適宜ＶＣ
ＣＤと記す）８３と、ＶＣＣＤ８３から受け取った信号
電荷を出力アンプ８６へ向けて転送する水平ＣＣＤレジ
スタ８４とから構成されている． 第８図（ｂ）は、第８図（ａ＞のｘ−ｙ線断面図であっ
て、同図に示すように、フォトダイオード８ｌは、ｎ型
半導体基板８８上に設けられたｐウェル８７と該ρウェ
ル内に形成されたフォトダイオード領域８１ａとによっ
て、垂直ＣＣＤレジスタ８３は、ｐウェル８７内に設け
られた垂直ＣＣＤ領域８３ａとトランスファゲート電極
を兼ねる垂直転送電極８２とによって、また、トランス
ファゲート８５は、ｐウエル内に設けられたトランスフ
ァゲート領域８５ａと垂直転送電極８２とによって横成
されている。

なお、各フＩトダイオードには２個ずつの垂直転送電極
が割り当てられており、そして、そのうちの一方の電極
がトランスファゲート電極を兼ねた電１＋である。

次に、第９図〜第１】図を参照して従来の駆動方法につ
いて説明する。第９図（ａ）は、第１フィールドの読み
出しタイミングチャート、第１０図は、第９図（ａ）の
各時期に対応するポテンシャル図、第９図（ｂ）は、第
２フィールドの読み出しタイミングチャート、第１１図
は、第９図（ｂ）０）各時期に対応するボテ冫シャル図
である．この垂直ＣＣＤレジスタは、４相のクロックφ
ｖ１〜φＶ４によって駆動されるが、垂直転送電極を、
Ａ１〜Ａ４、８１〜Ｂ４、・・・とし、それぞれのクロ
ックφＶｎ　（ｎ＝１、２、３、４）が印加される垂直
転送電極Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎ・・・をｎ番目の転送
電極と呼ぶことにする．そして、ここでは１番目と３番
目の転送電極がトランスファゲートを兼ねた電極である
． まず、第１フィールドについて第９図（ａ＞および第１
０図を参照して説明する，ｔｏ期間において、クロック
φｖ１、φＶ４はローレベル（以下、Ｌレベルと記す）
であり、φＶ２、φＶ３はミドルレベル（以下、Ｍレベ
ルと記す）であるので、φＶ２、φｖ３の印加される２
、３番目の転送電極下に電位井戸が形成されている．期
間ｔ１の電荷読み出し期間（以下、ＴＧ期間という）に
おいて、φＶ３をハイレベル（以下、Ｈレベルと記す）
として、奇数番目のＰＤの蓄積電荷Ｑｓ　．　ＱＮ＋ａ
　、・・・をＶＣＣＤに読み出し、その後、φＶ３をＭ
レベルに戻し読み出し動作を終了する．次に，ｔ２期間
において、φＶ１をＭレベルにし、φＶ１、φＶ２、φ
Ｖ３の印加される１〜３番目の転送電極下に電位井戸を
形或し、ｔ３期間においてφｖ３をＬレベルにすること
により、電位井戸を１、２番目の転送電極下に形戒する
．続いて、ｔ４期間において、φＶ４をＭレベルにする
ことにより、電位井戸を１、２、４番目の転送電極下に
形成し、ｔ５期間においてφ■２をＬレベルにし、１、
４番目の転送電極下に電位井戸を形戒する．ここに、３
番目の転送電極で読み出された電荷Ｑｓ　．　ＱＮ＋２
　、・・・は１、４番目の転送電極下へ逆転送されたこ
とになる，ｔ６期間のＴＧ期間において、φＶ１をＨレ
ベルにすることにより、トランスファゲートより偶数番
目のＰＤの電荷ＱＮ＋！、ＱＮｏ、・・・をＶＣＣＤに
読み出し、電荷ＱＮ　，　ＱＮ＋２　、・・・に読み出
した電荷ＱＮ＋ｔ　，　ＱＮ＋ｓ　．・・・を足し合わ
せ、次いで、φｖ１をＭレベルにして読み出し動作を終
了する，ｔ７期間において、φＶ２をＭレベルにするこ
とによって、電位井戸を１、２、４番目の転送電極下に
形威させ、ｔ８期間において、φＶ４をＬレベルにして
、１、２番目の転送電極下に電位井戸を形成する．さら
に、ｔ９期間においてφＶ３をＭレベルに、ｔｌｏ期間
において、φＶ１をＬレベルにし、足し合わされた電荷
をｌ〜３番目の転送電極下の電位井戸を介して、２、３
番目の転送電極下の電位井戸に転送する．この後は、通
常の４相駆動ＣＣＤの駆動方法により、合成された信号
電荷を図の右側へ向けて水平ＣＣＤレジスタまで転送す
る． 次に、第２フィールドについて説明するに、第２フィー
ルドにおいては、第１１図に示すようにその蓄積電荷の
足し合わされるＰＤの組み合わせが異なっている．その
ため、第２フィールドにおいては、第１回目の電荷読み
出しの後、電荷を順方向に転送してから第２回目の電荷
読み出しを行い、その後、一旦電荷を逆方向に転送して
いる．その後は、第１フィールドと同様の転送方法によ
り合成電荷を右側に転送し、第１フィールドと合わせて
インターレースを完或させている．なお、これらの読み
出し動作は第９図にＨＢＬＫで示す水平ブランキング期
間内で行うのが望ましいのであるが、２回に分けて信号
電荷の読み出しを行う場合には、ブランキング期間内で
終了させることができずに３番目の転送電極による読み
出しは、ブランキング期間直前のオプテイ力ルブラック
信号期間中に行っている。

［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の駆動方法は、フォトダイ
オードから垂直ＣＣＤレシスタに蓄積電荷を読み出す場
合、読み出し期間がブランキング期間およびその直前の
オプティ力ルブラック信号期間内に限られるため、フィ
ールド蓄積読み出しに際して２つのフォトダイオードの
蓄積電荷を別々に読み出して足し合わせる場合には、フ
ォトダイオードから垂直ＣＣＤレジスタに蓄積電荷を読
み出すＴＧ期間を長くすることができず残像が大きくな
る．そして、従来の駆動方法では、オプティ力ルブラッ
ク信号期間にも信号電荷の読み出しを行っていたので、
安定した黒レベルを確保することができなかった．また
、最近では、縦型オーバーフロードレイン（ＶＯＤ）構
造を利用した高速シャッターを行わせることがあり、こ
れを使用した場合には、２つのＰＤの蓄積時間が異なる
ので、ライン段差が生じる． さらに、従来の駆動方法では、第１回目の電荷読み出し
と第２回目の電荷読み出しとの間に、Ｔｄ＝ｔ　１＋ｔ
２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５で与えられる時間差があるため、
垂直方向の解像度が下がり、特に、高速動作する被写体
に対して鮮明な画像が得られないという欠点があった．
［課題を解決するための手段］ 本発明は、水平方向および垂直方向にマトリクス状に配
列された複数の受光部と、前記受光部から信号電荷の転
送を受けこれを垂直方向に転送する複数列の垂直ＣＣＤ
レジスタと、前記複数列の垂直Ｃ　Ｃ　Ｄレジスタの一
端に結合され該複数列の垂直ＣＣＤレジスタから１ライ
ンずつ信号電荷の転送を受けこれを水平方向に転送する
水平ＣＣＤレジスタとを有する固体撮像素子の駆動方法
であって、水平ブランキング期間内に前記受光部から前
記垂直ＣＣＤレジスタに同時にすべての受光部の信号電
荷を読み出し隣接する２つの受光部毎の電荷を一つにま
とめてから垂直方向に転送するものである． ［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
． 第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施例の駆動方
法を示すタイミングチャートであり、第１図（ａ）は第
１フィールド、第１図（ｂ）は第２フィールドの読み出
し時の各クロックのタイミングを示したものである．ま
た、第２図、第３図は、それぞれ第１図（ａ〉、第１図
（ｂ）のタイミングにおける各転送電極下のポテンシャ
ルを示す図である． まず、第１フィールドにおいて、１０期間ではクロツク
φｖ１、φ■４がＬレベル、φＶ２、φＶ３はＭレベル
になっており、φＶ２、φＶ３が印加される２、３番目
の転送電極下に電位井戸が形成されている，ｔｌ期間に
おいて、φＶ２をＬレベルにし、電位井戸を３番目の転
送電極下に形成し、ｔ２期間において、φ■１をＭレベ
ルにして電位井戸を１、３番目の転送電極下に、すなわ
ち、トランスファゲート電極を兼ねる転送電極の電極下
に形成させ、次に、ｔ３期間におけるＴＧ期間にφＶ１
、φｖ３をＨレベルにすることにより、トランスファゲ
ートより奇数番目、偶数番目のＰＤの電荷をそれぞれの
電位井戸に読み出し、φＶ１、φｖ３をＭレベルにする
ことにより、読み出しを完了する，ｔ４期間において、
φｖ２をＭレベルにすることにより、２つの電荷を足し
合わせ、ｔ５期間においてφ■１をＬレベルにし、２、
３番目の転送電極下に電位井戸を形戒する。

この後は、通常の４相駆動ＣＣＤの転送方式によ゜り合
戒電荷を図の右側へ向けて水平ＣＣＤレジスタまで転送
する． 次に、第１図（ｂ）および第３図により、第２フィール
ドにおける電荷読み出しについて説明する．ｔＯ〜ｔ３
期間までは第１フィールドの場合と同じである，ｔ４期
間において、φＶ４をＭレベルにし、２つの電荷を足し
合わせ、ｔ５期間において、φｖ１をＬレベルにして電
位井戸を３、４番目の転送電極下に形威させる．続いて
、ｔ６期間においてφＶ２をＭレベルにして、２〜４番
目の転送電極下に電位井戸を形成した後、ｔ７期間にお
いてφｖ４をＬレベルにすることにより、電荷を２、３
番目の！極下に形成される電位井戸へ転送する．この後
、この合戒電荷も、図の右方向へ転送され、先の第１フ
ィールドと合わせて、インターレースを完戒させること
ができる．以上の読み出し動作は、第１図に示すように
、第１、第２フィールドとも第１図においてＨＢＬＫで
示す水平ブランキング期間に行われる．そして、第１回
の読み出し動作によって全てのＰＤ蓄積電荷を読み出し
ているので、読み出しを水平ブランキング期間内に限定
してもＴＯ期間を長くすることができ、残像を軽減する
ことができる．また同時に読み出すことにより、奇数番
目と偶数番目のＰＤの蓄積電荷量を同等にすることがで
き、ライン段差を防止することができる．特に、ＶＯＤ
構造を利用した高速電子シャッタ竺動作を行わせる場合
には、ＰＤの蓄積時間に差があればその影響が出やすい
ので、本発明の上記構成は極めて有効である． 第４図（ａ）、第４図（ｂ’）は、それぞれ、第１フィ
ールド、第２フィールドに関する本発明の第２実施例の
駆動方法を示すタイミングチャートであり、第５図、第
６図は、それぞれ第４図（ａ）、第４図（ｂ）に示した
時期における各転送電極下のポテンシャルを示す図であ
る．この実施例の第１実施例と異なるところは、ｔ１期
間において電位井戸をφＶ３が印加されている３番目の
転送電極下に形戒する〈第１実施例冫か１〜３番目の転
送ｔ８ｉｉ下に形成する（本実施例〉かの違いである．
第１実施例においては電位井戸を３番目の転送電極下に
形成しておき、電位井戸を１番目の転送電極下にも形戒
した後、続けてそれらの電位井戸に電荷を読み出してい
るので、同じ１番目の転送電極に続けて２回同方向の電
位をかけることになり、ｐウエルがゆれる可能性がある
．これに対して第２実施例では、１〜３番目の転送電極
下に電位井戸を形成した後、φＶ２をＬレベルにして１
〜３番目の転送電極下に電位井戸を形成し、そこに電荷
を読み出しているのでｐウヱルのゆれが少ない． 第７図《ａ〉、第７図（ｂ）は、それぞれ本発明の第３
実施例の第１フィールド、第２フィールドに関する駆動
方法を示すタイミングチャートである．この実施例の他
の実施例と異なる点は、トランスファゲート電極を兼ね
る１、３番目の転送電極よりＰＤの電荷を読み出す際に
、その読み出し動作の途中において、φＶ２乃至φＶ４
をＭレベルとする点である．このように横或することに
より、１、３番目の電極下に形或される電位井戸の深さ
にばらつきがあってもその影響を軽減することができる
． なお、以上の実施例では、電荷転送領域がｎ型の埋込み
チャネル型ＣＣＤをシフトレジスタとして用いるものに
ついて説明したが５本発明は、これに限定されるもので
はなく、ｐ型のＴ４Ｒ転送領域を用いるものについても
あるいは表面チャネル型ＣＣＤを用いるものに対しても
同様に適用することができる． ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、水平ブランキング期間
中に全てのＰＤの信号電荷を同時にＶＣＣＤに読み出し
、隣接する２つのＰＤ毎の電荷を一つにまとめて転送す
るものであるので、本発明によれば、ＴＧ期間を長くす
ることができ、残像を少なくすることができる．この場
合、ＴＧｗＩ間を長くしても読み出し動作を完全にブラ
ンキング期間内に収めることができるので、本発明によ
れば、安定した黒レベル信号を得ることができる．また
、本発明によれば、隣接する２つのＰＤの読み出しによ
る時刻差がなくなるので、垂直解像度が改善される．さ
らに、ＶＯＤによる高速電子シャッターを使用した場合
においても２つのＰＤの蓄積時間を同一にすることがで
きるため、ライン段差を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第７図は、それぞれ、本発明の第１〜
第３実施例の駆動方法を示すタイミングチャート、第２
図、第３図は、第１実施例を説明するためのポテンシャ
ル図、第５図、第６図は、第２実施例を説明するための
ポテンシャル図、第８図（ａ）は、固体撮像素子の平面
図、第８図（ｂ〉は、そのＸ−Ｙ線断面図、第９図は、
従来の駆動方法を示すタイミングチャート、第１０図、
第１１図は、従来例を説明するためのポテンシャル図で
ある． ８１・・・フォトダイオード、　　８　１　ａ・・・フ
ォトダイオード領域、　　８２・・・垂直転送電極、８
３・・・垂直ＣＣＤレジスタ、　　８３ａ・・・垂直Ｃ
ＣＤ領域、　　８４・・・水平ＣＣＤレジスタ、８５・
・・トランスファゲート、　　８５ＦＬ・・・トランス
ファゲート領域、　　８６・・・出力アンプ、８７・・
・ｐウェル、　　８８・・・ｎ型半導体基板、８９・・
・チャネルストッパ．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水平方向および垂直方向にマトリクス状に配列された
   複数の受光部と、前記受光部から信号電荷の転送を受け
   これを垂直方向に転送する複数列の垂直ＣＣＤレジスタ
   と、前記垂直ＣＣＤレジスタの一端に配置され該垂直Ｃ
   ＣＤレジスタから電荷の転送を受けこれを出力部へ向け
   て転送する水平ＣＣＤレジスタとを具備する固体撮像素
   子の駆動方法であって、水平ブランキング期間内に前記
   受光部から前記垂直ＣＣＤレジスタに同時にすべての受
   光部の電荷を読み出し隣接する２つの受光部毎の電荷を
   一つにまとめて垂直方向へ転送することを特徴とする固
   体撮像素子の駆動方法。