JPH04178083A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH04178083A JPH04178083A JP2307472A JP30747290A JPH04178083A JP H04178083 A JPH04178083 A JP H04178083A JP 2307472 A JP2307472 A JP 2307472A JP 30747290 A JP30747290 A JP 30747290A JP H04178083 A JPH04178083 A JP H04178083A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- 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
本発明は、固体撮像素子に蓄えられた信号電荷を転送し
てデータを読み出す固体撮像装置に関する。
てデータを読み出す固体撮像装置に関する。
従来の技術
近年、半導体技術の発展とともに固体撮像素子も研究開
発が進められ、現在は電子の眼として本格的普及期をむ
かえている。また、固体撮像素子の技術改良の急速な展
開に伴い、より高画質、小型化、使いやすさ、コストダ
ウンが求められるようになってきた。その中で固体撮像
素子の駆動方法は、固体撮像素子の性能を引き出す上で
、もっとも重要な役割を占めている。
発が進められ、現在は電子の眼として本格的普及期をむ
かえている。また、固体撮像素子の技術改良の急速な展
開に伴い、より高画質、小型化、使いやすさ、コストダ
ウンが求められるようになってきた。その中で固体撮像
素子の駆動方法は、固体撮像素子の性能を引き出す上で
、もっとも重要な役割を占めている。
以下に従来の固体撮像装置における固体撮像素子の駆動
方法について説明する。
方法について説明する。
第２図は固体撮像素子のフォトダイオード付近の構成を
示す図である。この固体撮像素子は、図に示すように、
光電変換素子（以下フォトダイオードと称す）２０１、
水平方向電荷転送素子（以下Ｈ−ＣＣＤと称す）２０２
、垂直方向電荷転送素子（以下Ｖ−ＣＣＤと称す）２０
３により構成される。Ｈ−ＣＣＤ２０２は、パルスφＨ
＋、φＨ２からなる２相転送パルスにより電荷転送が行
われ、Ｖ−ＣＣＤ２０３は、パルスφＶ１〜φｖ４から
なる４相転送パルスにより電荷転送が行われる。
示す図である。この固体撮像素子は、図に示すように、
光電変換素子（以下フォトダイオードと称す）２０１、
水平方向電荷転送素子（以下Ｈ−ＣＣＤと称す）２０２
、垂直方向電荷転送素子（以下Ｖ−ＣＣＤと称す）２０
３により構成される。Ｈ−ＣＣＤ２０２は、パルスφＨ
＋、φＨ２からなる２相転送パルスにより電荷転送が行
われ、Ｖ−ＣＣＤ２０３は、パルスφＶ１〜φｖ４から
なる４相転送パルスにより電荷転送が行われる。
また、第３図（ａ）はフォトダイオード付近の拡大平面
図で、フォトダイオード３０１． Ｖ−ＣＣＤ５０２゜
トランスファゲート（以下ゲートと称す）３０３で構成
されている。第３図（ｂ）はＶ−ＣＣＤの断面方向の構
造を示す概念図であり、ゲート電極３０４． ｔｆＪ転
送チャネル３０５で構成されている。
図で、フォトダイオード３０１． Ｖ−ＣＣＤ５０２゜
トランスファゲート（以下ゲートと称す）３０３で構成
されている。第３図（ｂ）はＶ−ＣＣＤの断面方向の構
造を示す概念図であり、ゲート電極３０４． ｔｆＪ転
送チャネル３０５で構成されている。
以上のように構成された固体撮像素子で、従来のフィー
ルド蓄積モードにおけるフォトダイオードからの電荷読
み出し時の電荷結合方法についての動作を説明する。
ルド蓄積モードにおけるフォトダイオードからの電荷読
み出し時の電荷結合方法についての動作を説明する。
フィールド蓄積モードについて、第４図の概念図に示す
。
。
テレビジョン画面４０１には、垂直方向フォトダイオー
ド画素列４０２から読み出されたデータにもとづいた走
査線４０３．４０４による画像が表示されている。
ド画素列４０２から読み出されたデータにもとづいた走
査線４０３．４０４による画像が表示されている。
画素結合方向すなわちフォトダイオード画素列４０２の
どの画素同士を結合するのかを符号４０５．４０６で示
している。まず、テレビジョン画面４０１中に、あるフ
ィールドで走査線４０３の走査をするとき、符号４０５
で示す画素結合方向、すなわち画素■と同■。
どの画素同士を結合するのかを符号４０５．４０６で示
している。まず、テレビジョン画面４０１中に、あるフ
ィールドで走査線４０３の走査をするとき、符号４０５
で示す画素結合方向、すなわち画素■と同■。
画素■と同■１画素■と同■という方向で電荷の結合を
行う。つぎに隣り合う次のフィールドでは走査線４０４
の走査が行われ、そのときの電荷の結合は、符号４０６
で示す画素■と同■１画素■と同■。
行う。つぎに隣り合う次のフィールドでは走査線４０４
の走査が行われ、そのときの電荷の結合は、符号４０６
で示す画素■と同■１画素■と同■。
画素■と同■という方向で結合される。
このようにフィールド蓄積モードが行われる際の、電荷
結合時にＶ−ＣＣＤ中の電荷移動経過について、第５図
を参照して説明する。
結合時にＶ−ＣＣＤ中の電荷移動経過について、第５図
を参照して説明する。
第５図は、垂直方向に配列されたフォトダイオード５０
１、その蓄積電荷を垂直方向に転送するＶ−ＣＣＤ５０
２を示す。なお、Ｖ−ＣＣＤｌｉゲ−ＩＶ＋〜Ｖ４で表
示し、電荷結合方向５０３については、結合させるべき
電荷を有するフォトダイオード同士を両矢印を付したマ
ークで示している。
１、その蓄積電荷を垂直方向に転送するＶ−ＣＣＤ５０
２を示す。なお、Ｖ−ＣＣＤｌｉゲ−ＩＶ＋〜Ｖ４で表
示し、電荷結合方向５０３については、結合させるべき
電荷を有するフォトダイオード同士を両矢印を付したマ
ークで示している。
第５図（Ｂ）は、フォトダイオードＰＤ＾とフォトダイ
オードＰＤａに蓄積された電荷の結合が行われる過程を
示す。
オードＰＤａに蓄積された電荷の結合が行われる過程を
示す。
まず、４相転送パルスのうちφＶＩにより、Ｖ−ＣＣＤ
中のゲートｖｌ、ｖ２の下にフォトダイオードＰＤＢの
電荷を読み出す。その状態を第５図（ａ）の斜線部分５
０４で示す。なお、この斜線部分５０４は電荷の位置を
示している。読み出された電荷は、４相転送パルスφｖ
１〜φｖ４によりＶ−ＣＣＤのフォトダイオードＰＤ＾
の隣り合うゲートｖ３．Ｖ４の下に移動する。この電荷
の移動経過を斜線部分５０４と同様の斜線部分で示す。
中のゲートｖｌ、ｖ２の下にフォトダイオードＰＤＢの
電荷を読み出す。その状態を第５図（ａ）の斜線部分５
０４で示す。なお、この斜線部分５０４は電荷の位置を
示している。読み出された電荷は、４相転送パルスφｖ
１〜φｖ４によりＶ−ＣＣＤのフォトダイオードＰＤ＾
の隣り合うゲートｖ３．Ｖ４の下に移動する。この電荷
の移動経過を斜線部分５０４と同様の斜線部分で示す。
フォトダイオードＰＤ、の電荷がゲートＶｘ、Ｖ４の下
に移動し終えた状態はクロスハツチ部分５０５で示して
あり、ここに４相転送パルスのφＶ３によりフォトダイ
オードＰＤ＾の電荷がゲートＶ３．Ｖ、の下へ読み出さ
れる。ここで、あらかじめ転送が行われていたフォトダ
イオードＰＤｅの電荷と、読み出されたフォトダイオー
ドＰＤ＾の電荷とが結合される（クロスハツチ部分５０
５）。そして、電荷の結合が完了すると、フォトダイオ
ードＰＤａの隣り合うゲートＶ、、Ｖ、、の４相転送パ
ルスφｖｌ〜φＶ４により電荷が移動される（クロスハ
ツチ部分５０６）。つぎにフォトダイオードＰＤＣ，Ｐ
ＤＢの電荷の結合は、第５図（ｂ）に示すように、上記
のフォトダイオードＰＤ＾、ＰＤＨの電荷結合と同様に
電荷が斜線部分５０７、クロスハツチ部分５０８．５０
９という移動経過で行われる。
に移動し終えた状態はクロスハツチ部分５０５で示して
あり、ここに４相転送パルスのφＶ３によりフォトダイ
オードＰＤ＾の電荷がゲートＶ３．Ｖ、の下へ読み出さ
れる。ここで、あらかじめ転送が行われていたフォトダ
イオードＰＤｅの電荷と、読み出されたフォトダイオー
ドＰＤ＾の電荷とが結合される（クロスハツチ部分５０
５）。そして、電荷の結合が完了すると、フォトダイオ
ードＰＤａの隣り合うゲートＶ、、Ｖ、、の４相転送パ
ルスφｖｌ〜φＶ４により電荷が移動される（クロスハ
ツチ部分５０６）。つぎにフォトダイオードＰＤＣ，Ｐ
ＤＢの電荷の結合は、第５図（ｂ）に示すように、上記
のフォトダイオードＰＤ＾、ＰＤＨの電荷結合と同様に
電荷が斜線部分５０７、クロスハツチ部分５０８．５０
９という移動経過で行われる。
ここで具体的に４相転送パルスφｖ１〜φＶ４の波形の
タイミングチャートを第６図に示す。４相転送パルスφ
ｖ１〜φＶ４は３値の電位をとり“Ｈ”レベルのときの
みフォトダイオードとＶ−ＣＣＤのトランスファーゲー
トがオンになり、電荷が読み出される。また、Ｖ−ＣＣ
Ｄ内の電荷転送は“Ｍ”レベルと“Ｌ”レベルと間で行
われる。
タイミングチャートを第６図に示す。４相転送パルスφ
ｖ１〜φＶ４は３値の電位をとり“Ｈ”レベルのときの
みフォトダイオードとＶ−ＣＣＤのトランスファーゲー
トがオンになり、電荷が読み出される。また、Ｖ−ＣＣ
Ｄ内の電荷転送は“Ｍ”レベルと“Ｌ”レベルと間で行
われる。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上記従来の構成では、フォトダイオード
より読み出された電荷が、隣り合うフォトダイオードの
電荷を結合する際に、たとえば、第５図（ａ）のクロス
ハツチ部分５０５から同５０６への転送のように、本来
Ｖ−ＣＣＤの電荷転送が行われる方向とは逆の方向へ電
荷転送が行われる。そのため、Ｖ−ＣＣＤのゲート間に
発生するポテンシャルのこぶによって電荷の取り残しが
起こり、これにより出力画像中に傷状に雑音となって現
れ、固体撮像素子の歩留り低下という問題があった。
より読み出された電荷が、隣り合うフォトダイオードの
電荷を結合する際に、たとえば、第５図（ａ）のクロス
ハツチ部分５０５から同５０６への転送のように、本来
Ｖ−ＣＣＤの電荷転送が行われる方向とは逆の方向へ電
荷転送が行われる。そのため、Ｖ−ＣＣＤのゲート間に
発生するポテンシャルのこぶによって電荷の取り残しが
起こり、これにより出力画像中に傷状に雑音となって現
れ、固体撮像素子の歩留り低下という問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、固体撮像
素子の出力画像に見られる傷状の雑音成分を低減できる
固体撮像素子駆動の方法を提供することを目的とする。
素子の出力画像に見られる傷状の雑音成分を低減できる
固体撮像素子駆動の方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するために、マトリックス状に
配置された複数の光電変換素子と、水平転送部、垂直転
送部を有する固体撮像装置において、隣り合う光電変換
素子に蓄えられた電荷を結合する際に、垂直転送部が一
方向へのみ電荷転送を行うように構成したものである。
配置された複数の光電変換素子と、水平転送部、垂直転
送部を有する固体撮像装置において、隣り合う光電変換
素子に蓄えられた電荷を結合する際に、垂直転送部が一
方向へのみ電荷転送を行うように構成したものである。
作用
上記構成の本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素
子に蓄えられた電荷を結合させて読み出す際に、その読
み出す順序を変え、垂直転送部により転送をつねに一方
向としたものである。
子に蓄えられた電荷を結合させて読み出す際に、その読
み出す順序を変え、垂直転送部により転送をつねに一方
向としたものである。
実施例
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
明する。
第１図は本実施例の電荷移動の過程過程を示す電荷転送
パターン図である。
パターン図である。
フォトダイオード１０１は複数のフォトダイオードＰＤ
Ａ−ＰＤＢからなる。Ｖ−ＣＯＤ１０２については、ゲ
ート■１〜Ｖ４でその構成を示している。電荷結合方向
については、マーク１０３で結合相手を示している。ま
た、４相転送パルスによる電荷の結合。
Ａ−ＰＤＢからなる。Ｖ−ＣＯＤ１０２については、ゲ
ート■１〜Ｖ４でその構成を示している。電荷結合方向
については、マーク１０３で結合相手を示している。ま
た、４相転送パルスによる電荷の結合。
転送については、図中の斜線部分１０４．１０７、クロ
スハツチ部分１０５〜１０９で、電荷のＶ−ＣＣＤ１０
２中の移動を示している。固体撮像素子のフィールド蓄
積モードに関しては第２図〜第４図に示す従来のものと
同等である。
スハツチ部分１０５〜１０９で、電荷のＶ−ＣＣＤ１０
２中の移動を示している。固体撮像素子のフィールド蓄
積モードに関しては第２図〜第４図に示す従来のものと
同等である。
以上のように構成された本実施例の固体撮像装置につい
て、以下その動作を説明する。
て、以下その動作を説明する。
まず、第１図（ａ）に示す、あるフィールドにおけるフ
ォトダイオードＰＤ＾と同ＰＤＢの電荷の結合について
説明する。
ォトダイオードＰＤ＾と同ＰＤＢの電荷の結合について
説明する。
４相転送パルスφＶ＋によりフォトダイオードＰＤａの
電荷を隣り合うＶ−ＣＣＤＩＯＩ内のゲートｖ、、Ｖ２
の下第１図（ａ）の斜線部分１０４に読み出す。
電荷を隣り合うＶ−ＣＣＤＩＯＩ内のゲートｖ、、Ｖ２
の下第１図（ａ）の斜線部分１０４に読み出す。
ゲートＶ、、Ｖ２の間に読み出された電荷は、４相転送
パルスφＶ、〜φｖ４により、フォトダイオードＰＤ＾
の隣り合うゲートｖ３．ｖ４の下第１図（ａ）のクロス
ハツチ部分１０５へ移動する。そこで４相転送パルスφ
ｖ３によりフォトダイオードＰＤ＾の電荷を読み出し、
あらかじめ転送が行われていたフォトダイオードＰＤＢ
の電荷と結合される（第１１１（ａ）のクロスハツチ部
分１０５）。
パルスφＶ、〜φｖ４により、フォトダイオードＰＤ＾
の隣り合うゲートｖ３．ｖ４の下第１図（ａ）のクロス
ハツチ部分１０５へ移動する。そこで４相転送パルスφ
ｖ３によりフォトダイオードＰＤ＾の電荷を読み出し、
あらかじめ転送が行われていたフォトダイオードＰＤＢ
の電荷と結合される（第１１１（ａ）のクロスハツチ部
分１０５）。
つぎに、第１図（ｂ）に示す、隣り合う次のフィールド
における電荷結合過程を説明する。第１図（ａ）に示し
た結合方向に対して、フィールド蓄積モードをとるため
、次のフィールドは、フォトダイオードＰＤａとフォト
ダイオードＰＤｃとの電荷の結合を行う。初めに４相転
送パルスφＶ３によりゲートＶ、、Ｖ４の下にフォトダ
イオードＰＤｃの電荷を読み出すく第１図（ｂ）の斜線
部分１０７）。つぎに４相転送パルスφＶ＋〜φｖ４に
より、フォトダイオードＰＤｃの電荷をフォトダイオー
ドＰＤＢに隣り合うゲートＶ、、Ｖ２の下へ電荷を移動
するく第１図（ｂ）のクロスハツチ部分１０８）。そこ
で４相転送パルスφＶ１によりフォトダイオードＰＤｓ
の電荷をこのゲートＶ、、Ｖ＝の下へ読み出す。あらか
じめ転送が行われていたフォトダイオードＰＤｃの電荷
を読み出しが行われたフォトダイオードＰＤｅの電荷と
結合が行われる（第１図（ｂ）のクロスハツチ部分１０
８）。そこで、前後のフィールドとの電荷の位置を合わ
せるために、結合された電荷をフォトダイオードＰＤＡ
の隣り合うゲートｖ３をゲートｖ４の下まで移動させる
（第１図（ｂ）のクロハツチ部分１０９）。
における電荷結合過程を説明する。第１図（ａ）に示し
た結合方向に対して、フィールド蓄積モードをとるため
、次のフィールドは、フォトダイオードＰＤａとフォト
ダイオードＰＤｃとの電荷の結合を行う。初めに４相転
送パルスφＶ３によりゲートＶ、、Ｖ４の下にフォトダ
イオードＰＤｃの電荷を読み出すく第１図（ｂ）の斜線
部分１０７）。つぎに４相転送パルスφＶ＋〜φｖ４に
より、フォトダイオードＰＤｃの電荷をフォトダイオー
ドＰＤＢに隣り合うゲートＶ、、Ｖ２の下へ電荷を移動
するく第１図（ｂ）のクロスハツチ部分１０８）。そこ
で４相転送パルスφＶ１によりフォトダイオードＰＤｓ
の電荷をこのゲートＶ、、Ｖ＝の下へ読み出す。あらか
じめ転送が行われていたフォトダイオードＰＤｃの電荷
を読み出しが行われたフォトダイオードＰＤｅの電荷と
結合が行われる（第１図（ｂ）のクロスハツチ部分１０
８）。そこで、前後のフィールドとの電荷の位置を合わ
せるために、結合された電荷をフォトダイオードＰＤＡ
の隣り合うゲートｖ３をゲートｖ４の下まで移動させる
（第１図（ｂ）のクロハツチ部分１０９）。
以上のように本実施例によれば、フィールドごとフォト
ダイオードより読み出す順序を変えることで、つねに一
定方向の電荷転送を行うことができる。
ダイオードより読み出す順序を変えることで、つねに一
定方向の電荷転送を行うことができる。
なお、この実施例では、フォトダイオードからの読み出
し直後の電荷結合時であるが、その他どのような場合に
おいても、Ｖ−ＣＣＤＩＯＩ内で一定方向の電荷の転送
を行うと、同様の効果が得られることは言うまでもない
。
し直後の電荷結合時であるが、その他どのような場合に
おいても、Ｖ−ＣＣＤＩＯＩ内で一定方向の電荷の転送
を行うと、同様の効果が得られることは言うまでもない
。
発明の効果
以上の説明より明らかなように本発明は、Ｖ−ＣＣＤ中
でつねに一定方向に電荷転送を行うことによりＶ−ＣＣ
Ｄのゲート間に発生するポテンシャルのこぶの影響がな
くなり、固体撮像素子の傷などの欠陥を低減することが
できる優れた固体撮像装置が実現できるものである。
でつねに一定方向に電荷転送を行うことによりＶ−ＣＣ
Ｄのゲート間に発生するポテンシャルのこぶの影響がな
くなり、固体撮像素子の傷などの欠陥を低減することが
できる優れた固体撮像装置が実現できるものである。
第１図は本発明の一実施例における固体撮像装置の電荷
移動経過を示したパターン図、第２図は固体撮像素子の
概念図、第３図は固体撮像素子のフォトダイオード付近
の構成図、第４図はフィールド蓄積モードの概念図、第
５図は従来の固体撮像装置による電荷移動経過を示した
パターン図、第６図は従来例の垂直転送パルスタイミン
グチャートである。 １０１・・・・・・フォトダイオード（光電変換部）
、１０２・・・・・・Ｖ−ＣＣＤ （第１の電荷転送部
）。 第２図 第３図 ＠荷転逆方句 第４図 ４０５稠 ＼＼ 伏ｌ
究４第５図 第６図 噌
移動経過を示したパターン図、第２図は固体撮像素子の
概念図、第３図は固体撮像素子のフォトダイオード付近
の構成図、第４図はフィールド蓄積モードの概念図、第
５図は従来の固体撮像装置による電荷移動経過を示した
パターン図、第６図は従来例の垂直転送パルスタイミン
グチャートである。 １０１・・・・・・フォトダイオード（光電変換部）
、１０２・・・・・・Ｖ−ＣＣＤ （第１の電荷転送部
）。 第２図 第３図 ＠荷転逆方句 第４図 ４０５稠 ＼＼ 伏ｌ
究４第５図 第６図 噌
Claims (2)
- （１）マトリックス状に配置された複数の光電変換素子
を有する光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた電
荷を垂直方向へ転送する第１の電荷転送部と、前記第１
の電荷転送部により転送された電荷を水平方向へ転送す
る第２の電荷転送部とを具備し、前記第１の電荷転送部
により前記複数の光電変換素子のうち隣り合う前記光電
変換素子に蓄えられた電荷を結合させる際に、一定方向
へのみ電荷転送が行われるようにしてなる固体撮像装置
。 - （２）第１の電荷転送部が、インターレース方式の画像
表示システムへの画像信号として、光電変換部からの電
荷を読み出す際に、第１のフィールドのための電荷の結
合には電荷転送をせず、第２のフィールドのための電荷
の結合には電荷転送を行うようにしてなる請求項１記載
の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307472A JPH04178083A (ja) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2307472A JPH04178083A (ja) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04178083A true JPH04178083A (ja) | 1992-06-25 |
Family
ID=17969491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2307472A Pending JPH04178083A (ja) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04178083A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS604381A (ja) * | 1983-06-22 | 1985-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
-
1990
- 1990-11-13 JP JP2307472A patent/JPH04178083A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS604381A (ja) * | 1983-06-22 | 1985-01-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
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