JPH0385071A - 電荷転送撮像装置の駆動方法 - Google Patents

電荷転送撮像装置の駆動方法

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JPH0385071A
JPH0385071A JP1222049A JP22204989A JPH0385071A JP H0385071 A JPH0385071 A JP H0385071A JP 1222049 A JP1222049 A JP 1222049A JP 22204989 A JP22204989 A JP 22204989A JP H0385071 A JPH0385071 A JP H0385071A
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Kazuo Konuma
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(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〕 本発明は電荷転送撮像装置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装置の単位画素
の一例を模式的に示したものである。光電変換素子(以
降フォトダイオードと記す)101、トランスファゲー
ト102、垂直レジスタ103より構成されている。前
記垂直レジスタは単位画素当り2電極で構成されている
。前記垂直レジスタは4層駆動されるのが一般的であり
、垂直方向に隣接した2つの単位画素の計4電極で一組
の電極群を構成する。ここで、前記トランスファゲート
の役割をかねる電極10をφV2電極とする。φV2電
極の下方の電極をφV3電極、φV3電極の下方の電極
をφV4電極とする。第5図に、第4図の単位画素を有
する電荷撮像装置の従来の駆動方法の一例を示す。
第5図(a)は各電極に印加するクロック波形を示し、
第5図(b)、(C)はクロック波形の各タイミング■
′〜■′における各部(各電極下)のポテンシャルを模
式的に表しである。第5図(b)で、A−A’は第4図
における垂直レジスタ103部分の、縦方向の電極部分
の断面模式図であり、第7図(c)のB−B’はフォト
ダイオード101、トランスファゲート102、垂直レ
ジスタ103部分の水平方向の電極部分の断面模式図で
ある。ここで、フォトダイオード101として、ショッ
トキダイオードを描いである。第5図(a)において、
φV1電極の電位をVHレベルにすると、前記トランス
ファゲートが開き、フォトダイオードに蓄積されていた
信号電荷が垂直レジスタに読み出される。読み出された
信号電荷は、φV1、φV2、φV3およびφV4電極
に印加されるクロック波形にしたがって、転送される。
この動作を順をおって説明する。■′のタイミングでは
、トランスファ電極をかねているφV1電極が、VMレ
ベルであり、フォトダイオードに蓄積された信号電荷Q
は、転送されない。
■′のタイミングでは、φV1電極がVHレベルとなり
、前記信号電荷は垂直レジスタへ読み出される。読み出
された信号電荷はVLレベルのφV3、φV4電極によ
り形成されたポテンシャルバリアに囲まれた、VMレベ
ルのφV2およびVHレベルのφV1電極下の低ポテン
シヤル領域に蓄えられる。■′のタイミングで、φV1
電極がVMレベルになり、トランスファゲート領域のポ
テンシャルが高くなることで、フォトダイオードと垂直
レジスタとが電気的に分離される。■′のタイミングで
は、φV2、φV3電極下が低ポテンシヤルで、φV1
、φV4下がポテンシャルバリアとなり、前記信号電荷
は、φV2、φV3電極下に蓄えられる。■′から■′
にかけて、信号電荷が、第5図(b)において、右方向
に、第4図の単位画素において、下方向に一電極分転送
されたことになる。第5図(a)のクロック波形により
、第5図(b)では右方向に第4図では下方向に順次信
号電荷が転送されていく、実際のインターライン型電荷
転送撮像装置においては、並行して下方に転送された各
フォトダイオードの信号電荷は、水平レジスタにより順
次電荷検出部へ転送される。従来のインターライン型電
荷転送撮像装置では、フレーム蓄積駆動または、フィー
ルド蓄積駆動による2:1インタ一レース動作や、垂直
方向に隣接する2画素の信号電荷を足し合わせるノンイ
ンターレース動作等の駆動方法があるが、フォトダイオ
ードからの信号電荷読み出しおよび垂直レジスタにおけ
る転送は、第5図を用いて説明した動作で行っている。
第2図は、FIT型電荷転送撮像装置である。
フォトダイオード101.)ランスファゲート102、
垂直レジスタ103.メモリ領域104゜水平レジスタ
105.上部ゲート106. ドレイン107.中部ゲ
ート108.下部ゲート109、電荷検出部110で構
成されている。前記FIT型電荷転送撮像装置の場合も
、フォトダイオード101で蓄積された信号電荷の読み
出し動作は第5図で説明した方法と同じである。FIT
型電荷転送撮像装置の場合には、シャッタ動作により駆
動することもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
インターレース型およびFIT型電荷転送撮像装置にお
いて、フォトダイオードの蓄積信号電荷量が垂直レジス
タ転送可能電荷量を越えてしまうと、フォトダイオード
の信号電荷読み出し動作の際レジスタブルーミングが生
じて、映像が劣化する。このため、従来は第4図で示す
単位画素の、フォトダイオードと垂直レジスタの面積比
は、フォトダイオードの最大蓄積電荷量が、垂直レジス
タの転送可能電荷量を越えないように決められてきた。
フォトダイオードの最大蓄積電荷量は、フオドダイオー
ドの単位面積当、りの蓄積容量と、面積と、印加電圧の
積で決まる。単位画素当りのフォトダイオードの割合が
小さくなると不感領域が増えてしまい、かつ、感度が低
下する問題が生じ、一方、フォトダイオードの感度は逆
バイアス印加電圧異存性があり、印加電圧を下げると感
度も低下してしまい、また、トランスファゲートのしき
い値のバラツキによる感度ムラの問題も増大する。従来
のインターライン型およびFIT型電荷転送撮像装置の
駆動方法においては、上述したフォトダイオードと垂直
レジスタとの面積比率およびフォトダイオードの面積と
印加電圧値の制約条件をすべて満足させなければならず
、フォトダイオードの面積比率および感度が低くなって
しまう問題を抱えていた。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去した電荷
転送撮像装置の新しい駆動方法を提供する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、半導体基板上に二次元的に配列された
複数の光電変換素子と前記各光電変換素子に蓄積された
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、信号電荷を掃き出す
ドレイン領域と、前記光電変換素子に対応して、垂直レ
ジスタ下部に設けられたメモリ領域と、前記メモリ領域
下部に設けられた前記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た電荷電送撮像装置の駆動方法にお
いて、前記光電変換素子に蓄積されまた信号電荷の一部
のみを前記トランスファゲートおよび前記垂直レジスタ
を介して前記メモリ領域に転送した後、前記光電変換素
子に残された残留信号電荷を前記トランスファゲートお
よび前記垂直レジスタを介して、前記ドレイン領域に掃
き出す一連の動作を垂直ブランキング期間に行った後、
前記メモリ領域に蓄えられていた前記信号電荷を前記水
平レジスタを介して順次、前記電荷検出部へ転送するこ
とを特徴とする電荷転送撮像装置の駆動方法が得られる
。
〔作用〕
本発明では、トランスファゲートに読み出しとリセット
の2通りのクロック電圧を印加することで、前者の読み
出しクロック電圧をフォトダイオードから読み出される
信号電荷量が垂直レジスタ転送可能電荷量を越えないよ
うに印加することと、後者のリセットクロック電圧を高
電圧にすることで、感度を向上させることが独立に行な
える。このため、フォトダイオードの面積比率を大きく
確保することと、フォトダイオード印加電圧を高くする
ことで感度を向上させることを同時に行うことができる
。
〔実施例〕
第4図はインターライン型電荷転送撮像装置の単位画素
の一例を模式的に示したものである。フォトダイオード
101.hランスフアゲ−)102、垂直レジスタ10
3より構成されている。前記垂直レジスタは単位画素当
り2電極で構成されている。前記垂直レジスタは4相駆
動されるので、垂直方向に隣接した2つの単位画素の計
4電極で一組の電極群を構成する。ここで、前記トラン
スファゲートの役割をかねる電極10をφV1電極、そ
の下方の電極11をφV2電極とする。
φVX2を極の下方の電極をφV3電極、φV3電極の
下方の電極をφV4電極とする。第4図で示した単位画
素は、第2図で示したFIT型と呼ばれる電荷転送撮像
装置の単位画素の構成と同じである。FIT型電荷転送
撮像装置は第4図で示した単位画素の下方にメモリ領域
104.上方にドレイン領域107および、付属のゲー
トを有した構成となっており、詳しくは、従来の技術の
章で説明した。
第1図は第2図で示したFIT型電荷転送撮像装置の本
発明による駆動方法の一実施例を示した図で、第1図(
a)は各電極に印加されるクロック波形を示し、第1図
(b)、(c)は第1図(a)の各タイミング■〜■に
おける各電極下のポテンシャルおよび信号電荷を模式的
に示している。各電極に印加されるクロックレベルにつ
いての説明は従来の技術の章で詳しく説明した。■のタ
イミングでは、第1図(b)、(c)の■に示したよう
に、フォトダイオード101に信号電荷Qが蓄積されて
いる。■のタイミングでφV1電極にVHIレベルの電
圧が印加されると第1図(b)、(C)の■に示すよう
に、フォトダイオードに蓄積されていた信号電荷Qの一
部qがトランスファゲートを介して、垂直レジスタに読
み出される。読み出される信号電荷が、φV3およびφ
V4電極下のバリアポテンシャルで囲まれた、φV、φ
V2電極下の蓄積領域の容量を越えないように、読み出
しのためのクロック電圧レベルVH1を調節しておく、
■のタイミングでは、第1図(b)、(C)■に示すよ
うに、トランスファゲート領域のバリアポテンシャルに
よって、垂直レジスタとフォトダイオードが電気的に分
離される。■のタイミングから■のタイミングまでの期
間に、φV3電極下のポテンシャルが下げられ、φV1
電極下のポテンシャルが上げられることにより、第1図
(b)で右方向に1電極分、第2図に示す電荷転送撮像
装置では下方向に1電極分転送される。第1図(a)の
■のタイミング以降に示すクロック波形により、フォト
ダイオードから読み出された前記信号電荷は、対応する
メモリ領域104に一時蓄積され、水平レジスタ105
により順次、電荷検出部110に転送される。第1図(
a)の■のタイミングでは、全ての前記信号電荷がメモ
リ領域に転送された後であり、第1図(b)、(C)■
に示すように、垂直レジスタには、信号電荷が残されて
いない、■のタイミングで、トランスファゲートをかね
たφV1電極にVHルベルよりも高いVH2レベルの電
圧が印加される。この時、第1図(b)、(C)■に示
すように、フォトダイオードに残留していた電荷は全て
、トランスファゲートを介して、垂直レジスタに転送さ
れる。VH2レベルを高くすることにより、フォトダイ
オードの感度が向上する。■のタイミングでは、トラン
スファゲート下のバリアポテンシャルにより、フォトダ
イオードと垂直レジスタとは電気的に分離される。■の
タイミングから■のタイミングまでの期間で、垂直レジ
スタに転送された前記残留電荷は、第1図(b)で左方
向、第2図で上方向に1電極分転送される。タイミング
■以降のクロック波形により、前記残留電荷は、第2図
ドレイン107に掃き出される。
第2図の構成の電荷転送撮像装置で行った本発明の駆動
方法は、第3図の構成の電荷転送撮像装置でも同様に実
現できる。この場合には、第1図の■、■のタイミング
と■以降のクロック波形で、第1図(b)で左方向に転
送していたのを、右方向に転送するようなりロック波形
に変更すれば良い。
本発明の駆動方法は内部メモリ領域を有さないインター
レース型電荷転送撮像装置の場合にも実現できる。この
場合には、垂直レジスタで転送されてきた一段ごとの信
号電荷に対応して水平レジスタで順次転送すればよい。
本発明の駆動方法は、第1図では赤外線受光のためのシ
ョットキ型ダイオードをフォトダイオードに用いた実施
例について説明したが、PN接合型ダイオード、MIS
型ダイオードをフォトダイオードに用いた場合にも同様
に実現できる0本発明は狭バンドギヤツプ半導体である
水銀カドミニウムテルルやインジウムアーンチモンとバ
ンプ電極等によりハイブリッドに組み合わせた電荷転送
撮像装置を駆動した場合にも同じ効果がある。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、トランスファゲートに
読み出しとリセットの2通りのクロック電圧を印加する
ので、フォトダイオードの面積比率を大きく確保できる
と同時に、フォトダイオードに高い印加電圧を与えるこ
とによる感度向上をすることができ、不感領域の少ない
電荷転送撮像装置で、高い感度の撮像を行える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電荷転送撮像装置駆動方法を示す図、
第2図および第3図は、本発明の駆動方捗を実施する電
荷転送撮像装置の一構成例を示す図、第4図は第2図、
第3図に示した装置およびインターレース型電荷転送撮
像装置の単位画素の平面図、第5図は、電荷転送撮像装
置の従来の駆動方法を示した模式図である。 図において、10はφV1電極、11はφV2t8i、
101はフォトダイオード、102はトランスファゲー
ト、103は垂直レジスタ、104はメモリ領域、10
5は水平レジスタ、106は上部ゲート、107はドレ
イン、108は中部ゲート、109は下部ゲート、11
0は電荷検出部を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に二次元的に配列された複数の光電変換素
    子と、前記各光電変換素子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、信号電化を掃き出すドレインと、前
    記光電変換素子に対応して、垂直レジスタ下端に接続し
    て設けられたメモリ領域と、前記メモリ領域下端に接続
    して設けられた前記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
    を少なくとも備えた電荷転送撮像装置の駆動方法におい
    て、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷の一部を前
    記トランスファゲートおよび前記垂直レジスタを介して
    前記メモリ領域に転送した後、前記光電変換素子に残さ
    れた残留信号電荷を前記トランスファゲートおよび前記
    垂直レジスタを介して、前記ドレイン領域に掃き出す一
    連の動作を垂直ブランキング期間に行った後、前記メモ
    リ領域に蓄えられていた前記信号電荷を前記水平レジス
    タを介して順次、前記電荷検出部へ転送することを特徴
    とする電荷転送撮像装置の駆動方法。
JP1222049A 1989-08-28 1989-08-28 電荷転送撮像装置の駆動方法 Expired - Lifetime JPH0779445B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100503691B1 (ko) * 1994-05-27 2005-10-06 소니 가부시끼 가이샤 고체촬상장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59214258A (ja) * 1983-05-20 1984-12-04 Fujitsu Ltd 半導体装置
JPS63102478A (ja) * 1986-10-17 1988-05-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置の駆動方法

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