JPS62104077A - 電荷結合素子の駆動方法 - Google Patents

電荷結合素子の駆動方法

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JPS62104077A
JPS62104077A JP60243567A JP24356785A JPS62104077A JP S62104077 A JPS62104077 A JP S62104077A JP 60243567 A JP60243567 A JP 60243567A JP 24356785 A JP24356785 A JP 24356785A JP S62104077 A JPS62104077 A JP S62104077A
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JP
Japan
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transfer
shift register
charge
horizontal
pulse
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JP60243567A
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English (en)
Inventor
Ikuo Akiyama
秋山 郁男
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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、複数の垂直シフトレジスタと複数の水平シフ
トレジスタとを有する電荷結合素子の駆動方法に関する
(従来の技術) 近年、電荷結合素子(以後CCDと略記する)は、集積
回路技術の進歩を背景に、多方面にわたって研究開発が
なされ、固体撮像素子、アナログ遅延線、フィールドメ
モリ等に応用きれるようになった。特にCCDを用いた
固体撮像素子は、小型軽量、低消費電力、高M頼性など
多くの特長があり、近年その開発が盛んである。かかる
CCD固体撮像素子の構造は様々であるが、最近の目立
った傾向は、多画素化、高密度化に適した構造のものが
出現したことにある。
たとえば、第3図は本願の発明者が発明し本願の出願人
が出願した「電荷結合素子およびその駆動方法」(特願
昭59−070433 )に記載の実施例であり、垂直
シフトレジスタと水平シフトレジスタとの接続部の平面
図が示されている。この例では、水平シフトレジスタを
2木蓮列に配置することにより水平方向素子ピッチを緩
和し、多画素化、高密度化をはかっている。同図におい
て、101〜105は垂直シフトレジスタ群の電荷転送
チャネル、111 、112は第1.第2の水平シフト
レジスタの電荷転送チャネル、121は垂直シフトレジ
スタ群の最終転送電極、131 、141は第1.第2
のトランスファゲート電極、151〜160は水平シフ
トレジスタを覆う転送電極、161〜163は第1.第
2の水平シフトレジスタを結合する電荷転送チャネル、
171〜188は例えばイオン注入によって形成される
電位障壁領域を示す。
第4図は、第3図に示したCCD固体撮像素子の駆動方
法の一例において、テレビジョン言分の水平ブランキン
グ期間中に各電極に印加される駆動パルスの波形を示す
図である。図において、φv4は前記垂直シフトレジス
タ群の最終転送電極121に印加キれるパルス、≠TO
Ib φ7..はそれぞれ前記第1g第2のトランスフ
ァゲート電極131 、141に印加されるパルス、4
M11(6&1mはそれぞれ前記水平転送電極151〜
160に印加されるパルスである。第5図は、第4図の
各時刻における第3図の一点鎖!IA−A’に沿っての
素子内部の電位分布を示す。
ここで、第4図及び第5図を用いて、第3図に示すCC
D固定撮像素子の動作について説明する。
まず、時刻T0においてパルスφHI+φ■の水平方向
への電荷転送動作は停止し、水平ブランキング期間とな
る。このときパルス≠v4はオン状態にあり、垂直シフ
トレジスタ群101〜105を下方に転送されてきた@
Ji3−電荷は、垂直シフトレジスタの最終伝送電極1
21下に蓄積される。つぎに時刻T、でパルス−v4が
オン、パルスφTGIがオン状態に遷移すると、前記信
号電荷は第1のトランスファゲート電極131下へと転
送され、時刻T、においてトランスファゲート電極13
1下に蓄積される6時刻T sでパルスφ7゜1がオフ
、水平シフトレジスタの一転送電極に印加されるパルス
−1がオン状態となり、時刻T4となると、前記信号電
荷のうち、φ8□に対応する垂直シフl−レジスタ10
1 、103 。
105中でトランスファゲート電極131下に蓄積され
ていた信号電荷191は、第1の水平シフトレジスタ1
11のφMlに対応する水平転送電極152 、156
 。
160下へと転送・蓄積される(第4図、時刻T、)。
このとき、トランスファゲート電極131に印加きれる
パルスφ?GIはオフ状態であるにもかかわらず、パル
ス’i681がオフ状態でかつ電位障壁領域171が存
在するために、−〇に対応する垂直シフトレジスタ10
2,104からの信号電荷、たとえば192は、トラン
スファゲート電極131下に留まっている。つぎに時刻
Ta、Lでパルス≠8□がオフ、パルスφTG2がオン
状態になると、前記信号電荷191は、≠□が印加され
ている水平転送電極から第2のトランスファゲート電極 蓄積きれる。このとき、前記信号電荷192はそのまま
第1のトランスファゲート電極131下に蓄積されてい
る。つぎに時刻Ty 、 TaでパルスφアG8がオフ
、パルス−工、がオン状態になると、前記信号電荷19
1は、第2のトランスファゲート電極141下から第2
の水平シフトレジスタ112のφ□、に対応する水平転
送電極154 、158下へと転送される。これと同時
に、φ。に対応する垂直シフトシ・ジスタ102.10
4からの前記信号電荷192は、第1のトランスファゲ
ート電極131下からの第1の水平シフトレジスタ11
1のφ工、に対応する水平転送電極154.158下へ
と転送される。このようにして垂直シフトレジスタ群の
2列毎の信号電荷が、2木の水平シフトレジスタに振り
分けられたことになる。この振り分けののち、時刻T、
では、水平ブランキング期間が終了し、パルスφ旧、φ
H2が水平方向への電荷転送動作を開始するため、各信
号電荷は水平方向へと転送される。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、上述したCCD固体撮像素子の駆動方法を試
験したところ、再生画像に不規則な縦じま妨害が発生す
ることが判明した。これは垂直シフトレジスタ群から水
平シフトレジスタ群への信号電荷の振り分けが転送効率
よく行なわれないことに起因している。すなわち、CC
D固体撮像素子は、一般に水平シフトレジスタの最大転
送電荷量が垂直シフトレジスタの最大転送電荷量に比べ
て2〜5倍程度大きくなるように設計される。また水平
シフトレジスタのチャネル長は、第3図からも明らかな
ように、水平方向の素子ピッチによって制限きれ、実際
問題として、信号電荷を垂直シフトレジスタの数百倍も
の駆動周波数で効率良く転送するためには、上記チャネ
ル長は短い方が良い。よって、必要とされる電極面積を
確保するために、水平シフトレジスタのチャネル幅は必
然的に大きくとられる。このため、第3図に示す第1の
水平シフトレジスタ111の転送電極152 、156
 。
160下から第2のトランスファゲート電極141下へ
の電荷の転送は、行路長が長いために不完全転送となり
易く、その結果として、第1の水平シフトレジスタ11
1の転送電極152 、156 、160下に取り残し
電荷が存在することになる。この取り残し電荷は、第4
図の時刻T、で第1の水平シフトレジスタ111の隣接
する信号電荷と混じり合うため、再生画像に縦じまとな
って現れる。
本発明の目的は上述した従来の欠点を除去したもので、
その目的とするところは縦じま妨害の発生しないCCD
固体撮像素子の新しい駆動方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 前述の問題点を清快するために本発明が提供する手段は
、電荷結合素子による複数列の垂直シフトレジスタ群と
、該垂直シフトレジスタ群の電荷転送方向と直角方向に
配!きれた電荷結合素子によるM行の水平シフトレジス
タ群と、前記垂直シフトレジスタ群と前記水平シフトレ
ジスタ群の第1の水平シフトレジスタとの間および前記
M行の水平シフトレジスタ群の間に該水平シフトレジス
タ群の電荷転送方向と平行に配置きれたM個のトランス
ファゲート電極とを有し、前記垂直シフトレジスタ群か
らのM列毎の信号電荷を前記M行の水平シフトレジスタ
群のそれぞれに振り分ける電荷結合素子の駆動方法であ
って、前記水平シフトレジスタ群および前記M個のトラ
ンスファゲート電極に印加する転送パルス群の前記信号
電荷の振り分け期、間における立ち下がり特性を1通常
の電荷転送時に比べて緩やかにしたことを特徴とする。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
が、本発明を適用する素子の構成は従来例と同一で差支
えないから、ここでは第3図に示すCCDCD固体素像
素子用する実施例を挙げて説明する。
第1図は本発明の一実施例により第3図のCCD固体撮
像素子を駆動するのに用いる駆動パルスの波形図であり
、テレビジョン6号の水平ブランキング期間中に各電極
に印加される駆動パルスの波形が示されている。同図に
おいて、φv4は垂直シ′り1・l・ジスタ群の最終転
送電極121に印加されるパルス、φ16I、φTG2
はそれぞれ第1、第2のトランスファゲート電極131
 、141に印加されるパルス、φ□、、φ。はそれぞ
れ水平転送電極151〜160に印加されるパルスであ
る。また図中の時刻T、〜T、は従来例の第4図と全く
同一にとられている。
本発明による駆動方法の特徴は、時刻T1におけるパル
スφv4の立ち下がり、時刻T、におけるパルスφTG
Iの立ち下がり、時刻T、におけるパルスφ81の立ち
下がりおよび時刻T7におけるパルスφ7G!の立ち下
がりが通常の電荷転送時に比べてはるかに緩やかにとら
れている点であり、他は従来例の第4図と同一である。
これはいわゆるブツシュクロックと呼ばれる電荷転送の
方法で、転送効率の改善に効果がある。−例として、時
刻Igにおけるパルスd Mlの緩やかな立ち下がりの
効果をみると、同時刻において第1の水平レジスタ11
1のφ□に対応する水平転送電極152 、156 、
160下に蓄積されていた信号電荷は、パルス6丁、が
オン状態になるから、徐々に第2のトランスファゲート
電極141下に転送・蓄積きれる。このとき、水平転送
電極152 、156 、160下の行路長が長いから
、通常の転送では不完全転送となりがちであるが、立ち
下がりを緩やかにしたブツシュクロック法では完全転送
され、取り残し電荷は存在しない。このため、再生画像
に縦じま妨害が現れることになる。
ところで、時刻T、からT、までの水平ブランキング期
間が通常のNTSC方式でも約10μと長くとれるから
、たとえば1μ8と相当大きく設定することができる。
これに反し、垂直転送パルスφV4、水平転送パルスφ
□等は、通常の電荷転送時には数十KHz〜数MHzの
高速動作となるから、その立ち下がり時間も短くする必
要がある。特に水平転送パルスφM1の立ち下がりは、
例えば水平転送周波数14.3MHzで駆動時には、1
0ns以下に押さえる必要がある。上記相反する2つの
事項を同時に満足させるためには、通常の電荷転送時に
は急峻に立ち下がり、垂直シフトレジスタから水平シフ
トレジスタへの信号電荷の振り分けを行なう水平ブラン
キング期間中には緩やかに立ち下がるような転送パルス
が必要である。第2図(a)はかかる立ち下がり時間の
異なる転送パルスを発生ずる駆動回路の一例である。
同図はいわゆる飽和形スイッチング回路であり、PNP
 トランジスタ11とNPN )−ランジスタ12、ア
ナログスイッチ13、エミッタ抵抗14.2木のグイオ
ード15 、16.2個のフンデンサ17 、18及び
2本のベース抵抗19.20とで構成きれている。本駆
動回路の動作を第2図(b)に示す入出力波形を使って
説明する。このとき端子21には電源電圧vDDが印加
されているものとする。まず、入力端子22に印加され
る入力パルス31が時刻T6°で低レベルとなると、P
NP トランジスタ11がオン状態、NPN )−ラン
ジスタ12がオフ状態となり、出力端子23からの出力
パルス32は電源電圧V。とほぼ等しい電圧に変化する
。次に、入力パルス31が時刻T1°で高レベルとなる
と、PNPトランジスタがオフ状態、NPNトランジス
タ12がオン状態に変移するため、出力パルス32は接
地レベルにほぼ等しい電圧にまで変化する。このとき、
この変化の割合、すなわち出力パルスの立ち下がり時間
は、NPN トランジスタ12のエミッタ端子に接続き
れた抵抗の大き茜に左右される。例えば、アナログスイ
ッチ13がエミッタ抵抗14の側に切り換わっていると
きの立ち下がり特性は、32の実線で示すごとく緩やか
になる。これとは反対に、アナログスイッチ13が接地
側に切り換わっているときの立ち下がり特性は、32の
破線で示すごとく急峻になる。よって、アナログスイッ
チ13の切換を水平ブランキングパルスで制御すること
により、電荷転送時には急峻に立ち下がり、水平ブラン
キング期間中には緩やかに立ち下がるような転送パルス
の発生が可能となる。
(発明の効果) 以上延べたように、本発明にょるCCDの駆動方法を用
いれば、複数行の水平シフトレジスタを有するCCD固
体撮像素子を縦じま妨害なく駆動することができる。な
お、実施例ではCCD固体撮像素子に限定して説明した
が、本発明はCCDアナログ遅延線、CCDフィールド
メモリ等の駆動にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例により第3図のCCD固体撮
像素子を駆動するのに用いる駆動パルスの波形図、第2
E(a)は立ち下がり特性の異なる転送パルスを発生す
る駆動回路の一例を示す回路図、同15D(b)は本図
(a)の回路の入出力パルスの波形図、第3図は2行の
水平シフトレジスタを有するCCD固体撮像素子の主要
部の平面図、第4図はCCD固体撮像素子の従来の駆動
方法で用いる駆動パルスの波形図、第5図は第3図の一
点鎖線A−A’に沿った素子内部の電位分布と信号電荷
の流れを示す図である。 図において、101〜105は垂直シフトレジスタの電
荷転送チャネル、111 、112は水平シフトレジス
タの電荷転送チャネル、121は垂直シフトレジスタの
最終転送電極、131 、141はトランスファゲート
電極、151〜160は水平転送電極、161〜163
は水平シフトレジスタを結合する電荷転送チャネル、1
71〜188は電位障壁領域である。 第3図 Δ に 101〜+05 4)j−シフトレジスタ    −5
1−160  木!−私憑(し吻111 、112  
&+ ; )) L−ジス9     ’6’=63 
51/j;nt−4−千qキル+z1416嚇處Th 
   171〜188電位嘩吹領滅131.141  
)ランスフは一ト噛(射i第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電荷結合素子による複数列の垂直シフトレジスタ群と、
    該垂直シフトレジスタ群の電荷転送方向と直角方向に配
    置された電荷結合素子によるM行の水平シフトレジスタ
    群と、前記垂直シフトレジスタ群と前記水平シフトレジ
    スタ群の第1の水平シフトレジスタとの間および前記M
    行の水平シフトレジスタ群の間に該水平シフトレジスタ
    群の電荷転送方向と平行に配置されたM個のトランスフ
    ァゲート電極とを有し、前記垂直シフトレジスタ群から
    のM列毎の信号電荷を前記M行の水平シフトレジスタ群
    のそれぞれに振り分ける電荷結合素子の駆動方法におい
    て、前記水平シフトレジスタ群および前記M個のトラン
    スファゲート電極に印加する転送パルス群の前記信号電
    荷の振り分け期間における立ち下がり特性を、通常の電
    荷転送時に比べて緩やかにしたことを特徴とする電荷結
    合素子の駆動方法。
JP60243567A 1985-10-30 1985-10-30 電荷結合素子の駆動方法 Pending JPS62104077A (ja)

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