JPH11346331A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその駆動方法

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JPH11346331A
JPH11346331A JP10152434A JP15243498A JPH11346331A JP H11346331 A JPH11346331 A JP H11346331A JP 10152434 A JP10152434 A JP 10152434A JP 15243498 A JP15243498 A JP 15243498A JP H11346331 A JPH11346331 A JP H11346331A
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solid
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bias voltage
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岳志 井出
Yasuhiro Ueda
康弘 上田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＳモードとＩＳモードとの両方に対応可能
な場合であっても、ＩＳモード時に対してＰＳモード時
の飽和信号量が半減してしまうのを改善する。 【解決手段】 画素単位で光電変換を行う撮像部２を有
し、一回の走査で前記撮像部２にて得られた全ての画素
信号を独立に出力するＰＳモードと、複数回にわたる飛
び越し走査を行って各走査毎に前記撮像部２で得られた
画素信号を重畳するＩＳモードとの両方に対応可能な固
体撮像装置１において、前記撮像部２の基板にバイアス
電圧を印加する基板バイアス発生回路７を備えるととも
に、この基板バイアス発生回路７はＰＳモード時のバイ
アス電圧値をＩＳモード時のバイアス電圧値よりも小さ
くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換により入
射光から電圧信号を得る固体撮像装置およびその駆動方
法に係わり、特にプログレッシブモードとインタレース
モードとの両方に対応可能な固体撮像装置およびその駆
動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像装置としては、プログレ
ッシブモード（以下、ＰＳモードと称す）による信号読
み出しとインタレースモード（以下、ＩＳモードと称
す）による信号読み出しとの両方に対応可能なものが広
く知られている。
【０００３】ＰＳモードとは、全画素読み出しと呼ばれ
る方式により信号読み出しを行うモードである。すなわ
ち、ＰＳモードによる信号読み出しを行う場合には、一
回の走査で得られた全ての画素信号を混合することなく
それぞれ独立に出力する。
【０００４】一方、ＩＳモードとは、飛越し走査と呼ば
れる方式によるもので、例えば５２５本の走査線を１本
おきに飛び越して走査をし、各走査によって得られた第
一フィールド（Even Field）と第二フィールド（Odd Fi
eld)とを重ね合わせることで１フレームの画像を構成す
るモードである。このＩＳモードによる信号読み出しと
しては、垂直方向に隣り合う画素信号を混合して出力す
ることにより、一回目に第一フィールドの走査を行いそ
の次にこれらの間を埋める第二フィールドを走査する、
いわゆるフィールド読み出しが主流となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の固体撮像装置では、ＩＳモード時にはフィールド読
み出しを行うことにより垂直方向に隣り合う二つの画素
信号を混合して出力するのに対し、ＰＳモード時には各
画素信号を混合せずに独立して出力するようになってい
る。そのため、ＰＳモード時には、それぞれ一つ分の画
素信号しか出力しないため、ＩＳモード時に比べて飽和
信号量が半減してしまうこととなる。
【０００６】飽和信号量とは、固体撮像装置が正しい信
号出力を行う最大信号量のことであり、簡単には固体撮
像装置が各画素に対応して有するフォトダイオードに蓄
積できる電荷量で決まるものである。この飽和信号量と
ノイズレベルとの比によって固体撮像装置のダイナミッ
クレンジが定義されるため、飽和信号量が減少すると結
果としてダイナミックレンジの悪化を招いてしまうこと
となる。
【０００７】そこで、本発明は、ＰＳモードとＩＳモー
ドとの両方に対応可能な場合であっても、ＩＳモード時
に対してＰＳモード時の飽和信号量が半減してしまうの
を改善することのできる固体撮像装置およびその駆動方
法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出された固体撮像装置で、画素単位で光
電変換を行う撮像部を有し、一回の走査で前記撮像部に
て得られた全ての画素信号を独立に出力するＰＳモード
と、複数回にわたる飛び越し走査を行って各走査毎に前
記撮像部で得られた画素信号を重畳するＩＳモードとの
両方に対応可能なものにおいて、前記撮像部の基板にバ
イアス電圧を印加する基板バイアス発生回路を備えると
ともに、前記基板バイアス発生回路は、前記ＰＳモード
時のバイアス電圧値を前記ＩＳモード時のバイアス電圧
値よりも小さくするものであることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、上記目的を達成するため
に案出された固体撮像装置の駆動方法で、その固体撮像
装置が有する撮像部の基板にバイアス電圧を印加するの
にあたって、ＰＳモード時には、前記バイアス電圧の値
をＩＳモード時のバイアス電圧値よりも小さくすること
を特徴とする。
【００１０】上記構成による固体撮像装置または上記手
順による固体撮像装置の駆動方法によれば、ＰＳモード
時のバイアス電圧の値をＩＳモード時に比べて小さくす
るので、ＰＳモード時には撮像部の各画素毎に蓄積する
電荷量がＩＳモード時よりも大きくなる。そのため、こ
れに伴ってＰＳモード時の飽和信号量もＩＳモード時と
同等またはそれに近づくようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係わ
る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
図１は、本発明に係わる固体撮像装置の一例の概略構成
図である。
【００１２】図例のように、本実施の形態における固体
撮像装置１は、画素単位で光電変換を行う撮像部２を有
している。この撮像部２は、入射光を画素単位で信号電
荷に変換して蓄積すべくマトリクス状に二次元配列され
た複数個のフォトダイオード３と、これらフォトダイオ
ード３から垂直列毎に読み出された信号電荷を垂直方向
に転送する垂直転送部（Ｖ−ＣＣＤ）４とから構成され
ている。このうち、Ｖ−ＣＣＤ４は、垂直走査に相当す
る動作を受け持っており、垂直転送クロックφＶ１〜φ
Ｖ４によって四相駆動されるようになっている。
【００１３】Ｖ−ＣＣＤ４の出力側には、このＶ−ＣＣ
Ｄ４から移された信号電荷を各々水平方向に転送する水
平転送部（Ｈ−ＣＣＤ）５が設けられている。このＨ−
ＣＣＤ５は、水平方向に相当する動作を受け持ってお
り、水平転送クロックφＨ１，φＨ２により二相駆動さ
れるようになっている。
【００１４】なお、この固体撮像装置１では、垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ
１，φＨ２の発生タイミングの制御により、ＰＳモード
による信号読み出しとＩＳモードによる信号読み出しと
の両方に対応できるようになっている。
【００１５】詳しくは、ＰＳモード時には、図２（ａ）
に示すように、一回の走査で各フォトダイオード３に蓄
積された全ての信号電荷を、Ｖ−ＣＣＤ４またはＨ−Ｃ
ＣＤ５内で混合することなくそれぞれ順に独立して出力
する。一方、ＩＳモード時には、図２（ｂ）に示すよう
に、垂直方向に隣り合うフォトダイオード３から得られ
た信号電荷をＶ−ＣＣＤ４内で混合して出力するフィー
ルド読み出しを行うことにより、第一フィールド（Even
Field）と第二フィールド（Odd Field)とでの飛越し走
査を実現する。
【００１６】また、図１において、Ｈ−ＣＣＤ５の出力
側には、転送されてきた信号電荷を検出して電圧信号に
変換するもので、例えばフローティングディフュージョ
ンアンプからなる出力部６が設けられている。なお、出
力部６は、フローティングディフュージョン構造ではな
く、フローティングゲート構造等であってもよい。
【００１７】さらに、この固体撮像装置１は、撮像部２
の基板にバイアス電圧（以下、Ｖsub.と称す）を印加す
るための基板バイアス発生回路７を備えている。ただ
し、この基板バイアス発生回路７では、予め設定された
電圧値のＶsub.を印加するようになっており、しかも詳
細を後述するように、ＰＳモード時のＶsub.設定値をＩ
Ｓモード時のＶsub.設定値よりも小さくするようになっ
ている。
【００１８】ここで、基板バイアス発生回路７からのＶ
sub.が印加される撮像部２について、図３を参照しなが
らさらに詳しく説明する。
【００１９】撮像部２は、図３（ａ）に示すようなＨＡ
Ｄ（Hole Accumulated Diode）センサと呼ばれる画素構
造によって形成されている。すなわち、撮像部２には、
図中の左側からチャネルストップ２ａ、Ｖ−ＣＣＤ４、
読み出しゲート２ｂおよびフォトダイオード３が順に配
列されており、これらがSi基板の表面付近に連続的に形
成されている。
【００２０】Ｖ−ＣＣＤ４と読み出しゲート２ｂは、Po
ly-Si で作られた共通の電極２ｃによりそのポテンシャ
ルが制御され、その制御に従ってフォトダイオード３か
らＶ−ＣＣＤ４への信号電荷の転送およびその後の垂直
転送を行うようになっている。この電極２ｃの上部には
Al遮光膜２ｄが設けられており、Ｖ−ＣＣＤ４に光が入
射して転送中の信号電荷にスミアと呼ばれるノイズが発
生することを防止している。
【００２１】また、フォトダイオード３の上部では、Al
遮光膜２ｄがカットされて入射光がフォトダイオード３
に入るように窓が開いている。この窓から入射した光は
フォトダイオード３で光電変換され、フォトダイオード
３のP-Wellよりも浅いところで発生した電子だけがフォ
トダイオード３のＮ型領域に集まるようになっている。
【００２２】ところで、撮像部２がＨＡＤセンサと呼ば
れる画素構造である場合には、その基板にＶsub.を印加
する必要がある。そのために、撮像部２の下面には、そ
の基板にＶsub.を印加するためのＳＵＢ端子２ｅが設け
られている。
【００２３】このＳＵＢ端子２ｅに基板バイアス発生回
路７からのＶsub.が供給されているとき、すなわち基板
にＶsub.が印加されているとき、フォトダイオード３で
は、図３（ｂ）のポテンシャル図に示すように、Ｎ型領
域とP-Wellとの間でポテンシャル差ΔΦＳが発生するこ
ととなり、そのポテンシャル差ΔΦＳに対応する分だけ
信号電荷を蓄積できるようになる。
【００２４】ＳＵＢ端子２ｅには、通常、固体撮像装置
１毎に固有に決められた１２Ｖ程度のＶsub.が与えられ
る。ただし、そのＶsub.の供給元となる基板バイアス発
生回路７では、ＰＳモード時のＶsub.設定値をＩＳモー
ド時のＶsub.設定値よりも小さくするようになってい
る。例えば、ＩＳモード時に１２Ｖ程度のＶsub.を供給
している場合には、ＰＳモード時のＶsub.設定値を１２
Ｖよりも小さいものとする。
【００２５】そのため、フォトダイオード３において
は、図中に示すように、ＰＳモード時におけるポテンシ
ャル差ΔΦＳ′が、ＩＳモード時におけるポテンシャル
差ΔΦＳよりも大きくなる。ポテンシャル差ΔΦＳ′が
大きくなると、これに伴って蓄積可能な信号電荷の量も
増加する。つまり、ＰＳモード時には、Ｖsub.値を小さ
くすることにより、ＩＳモード時よりも多くの量の信号
電荷がフォトダイオード３に蓄積されることとなる。
【００２６】したがって、その信号電荷を読み出しゲー
ト２ｂを介した後にＶ−ＣＣＤ４で垂直方向に転送する
ようにすれば、そのときの飽和信号量、すなわちＰＳモ
ード時の飽和信号量がＩＳモード時と同等またはそれに
近づくようになり、結果としてＰＳモード時の飽和信号
量がＩＳモード時に比べて半減してしまうのを改善する
ことができるようになる。
【００２７】ＩＳモード時よりＰＳモード時のＶsub.設
定値を小さくする量については、ＰＳモード時の飽和信
号量がＩＳモード時の飽和信号量と同等またはそれに近
づく値となるように予め設定しておけばよい。また、そ
の切替えタイミングについては、ＰＳモードとＩＳモー
ドとの切り替え、すなわち垂直転送クロックφＶ１〜φ
Ｖ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２の発生タイ
ミングの切り替えに合わせて、例えば固体撮像装置１の
上位回路（ただし不図示）からの指示に従って基板バイ
アス発生回路７が行うようにすればよい。
【００２８】以上のように、本実施の形態の固体撮像装
置１によれば、基板バイアス発生回路７がＰＳモード時
のＶsub.の値をＩＳモード時に比べて小さくするので、
ＰＳモード時には撮像部２の各画素毎に蓄積する電荷量
がＩＳモード時よりも大きくなり、これに伴ってＰＳモ
ード時の飽和信号量もＩＳモード時と同等またはそれに
近づくようになる。したがって、この固体撮像装置１で
は、ＰＳモードとＩＳモードとの両方に対応可能であっ
ても、ＩＳモード時に対してＰＳモード時の飽和信号量
が半減してしまうのを改善することができ、結果として
ＰＳモード時におけるダイナミックレンジの悪化を防げ
るようになる。
【００２９】ただし、Ｖ−ＣＣＤ４における信号取り扱
い電荷量（Ｑｖ）は通常ＩＳモード時の飽和信号量以上
の電荷を取り扱えるように設計されているので、ＰＳモ
ード時にＶsub.値を下げるとフォトダイオード３で発生
した過剰な信号電荷により光の強いところで上下に白い
筋が生じるブルーミングが発生してしまうおそれがあ
る。そこで、本実施の形態における固体撮像装置１で
は、ＰＳモード時にＶsub.値を下げたときであっても、
ブルーミングマージンを確保できるように撮像部２の各
種条件（Ｖ−ＣＣＤ４の信号取り扱い電荷量等）が設定
されているものとする。
【００３０】なお、本実施の形態では、固体撮像装置１
の備える基板バイアス発生回路７によってＶsub.の値が
可変される場合について説明したが、このような基板バ
イアス発生回路７を備えていない場合であっても、ＳＵ
Ｂ端子２ｅに与えるＶsub.の値をＰＳモード時に小さく
するようにすれば、ＰＳモード時に飽和信号量が半減し
てしまうのを改善することが可能になる。つまり、本発
明に係る駆動方法によって固体撮像装置を駆動すれば、
従来のものと同様に構成された固体撮像装置であって
も、上述した場合と同様に、ＰＳモード時における飽和
信号量の半減を改善することができ、結果としてＰＳモ
ード時におけるダイナミックレンジの悪化を防げるよう
になる。
【００３１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の固体撮
像装置およびその駆動方法によれば、ＰＳモード時のＶ
sub.の値をＩＳモード時に比べて小さくするので、ＰＳ
モード時には撮像部の各画素毎に蓄積する電荷量がＩＳ
モード時よりも大きくなり、これに伴ってＰＳモード時
の飽和信号量もＩＳモード時と同等またはそれに近づく
ようになる。したがって、固体撮像装置がＰＳモードと
ＩＳモードとの両方に対応可能であっても、ＩＳモード
時に対してＰＳモード時の飽和信号量が半減してしまう
のを改善することができ、結果としてＰＳモード時にお
けるダイナミックレンジの悪化を防げるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる固体撮像装置の実施の形態の一
例の全体の概略構成図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置における信号電荷の読
み出し状態を説明する図であり、（ａ）はＰＳモード時
における読み出し状態の説明図、（ｂ）はＩＳモード時
における読み出し状態の説明図である。
【図３】図１に示す固体撮像装置の要部の概要を示す図
であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はそのポテンシャ
ル図である。
【符号の説明】
１…固体撮像装置、２…撮像部、７…基板バイアス発生
回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画素単位で光電変換を行う撮像部を有
    し、一回の走査で前記撮像部にて得られた全ての画素信
    号を独立に出力するプログレッシブモードと、複数回に
    わたる飛び越し走査を行って各走査毎に前記撮像部で得
    られた画素信号を重畳するインタレースモードとの両方
    に対応可能な固体撮像装置において、 前記撮像部の基板にバイアス電圧を印加する基板バイア
    ス発生回路を備えるとともに、 前記基板バイアス発生回路は、前記プログレッシブモー
    ド時のバイアス電圧値を前記インタレースモード時のバ
    イアス電圧値よりも小さくするものであることを特徴と
    する固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 画素単位で光電変換を行う撮像部を有
    し、一回の走査で前記撮像部にて得られた全ての画素信
    号を独立に出力するプログレッシブモードと、複数回に
    わたる飛び越し走査を行って各走査毎に前記撮像部で得
    られた画素信号を重畳するインタレースモードとの両方
    に対応可能な固体撮像装置の駆動方法であって、 前記撮像部の基板にバイアス電圧を印加するのにあたっ
    て、前記プログレッシブモード時には、前記バイアス電
    圧の値を前記インタレースモード時のバイアス電圧値よ
    りも小さくすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方
    法。
JP10152434A 1998-06-02 1998-06-02 固体撮像装置およびその駆動方法 Pending JPH11346331A (ja)

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