JP2000134546A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
- H01L27/1485—Frame transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子シャッタ動作で、不要電荷の残留を防止
する。 【解決手段】 受光部の転送電極に印加する４相の転送
クロックφv1〜φv4をフレーム転送完了の直後からすべ
てロウレベルに維持し、そのときにチャネル領域に発生
する情報電荷のほとんどを基板側へ排出させる。情報電
荷の蓄積を開始すべきタイミングの直前に、基板クロッ
クφbを一旦立ち上げ、チャネル領域にわずかに残され
た情報電荷をすべて基板側へ排出させる。基板クロック
φbを立ち下げると共に、第１相及び第２相のクロック
φv1、φv2を立ち上げて、チャネル領域にポテンシャル
井戸を形成し、情報電荷の蓄積を開始する。
する。 【解決手段】 受光部の転送電極に印加する４相の転送
クロックφv1〜φv4をフレーム転送完了の直後からすべ
てロウレベルに維持し、そのときにチャネル領域に発生
する情報電荷のほとんどを基板側へ排出させる。情報電
荷の蓄積を開始すべきタイミングの直前に、基板クロッ
クφbを一旦立ち上げ、チャネル領域にわずかに残され
た情報電荷をすべて基板側へ排出させる。基板クロック
φbを立ち下げると共に、第１相及び第２相のクロック
φv1、φv2を立ち上げて、チャネル領域にポテンシャル
井戸を形成し、情報電荷の蓄積を開始する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子シャッタ動作
を行う固体撮像素子の駆動方法に関する。
を行う固体撮像素子の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子を用いた撮像装置において
は、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制
御手段が設けられる。この露光制御手段としては、固体
撮像素子に入射する光量を被写体の輝度に応じて制御す
る機械的な絞り機構や、固体撮像素子の電荷の蓄積時間
を被写体の輝度に応じて制御する、いわゆる電子シャッ
タなどが知られている。
は、固体撮像素子の露光状態を最適に保つように露光制
御手段が設けられる。この露光制御手段としては、固体
撮像素子に入射する光量を被写体の輝度に応じて制御す
る機械的な絞り機構や、固体撮像素子の電荷の蓄積時間
を被写体の輝度に応じて制御する、いわゆる電子シャッ
タなどが知られている。
【０００３】図３は、従来の固体撮像素子の構成を示す
ブロック図で、図４は、その動作を説明するタイミング
図である。
ブロック図で、図４は、その動作を説明するタイミング
図である。
【０００４】フレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子１
は、受光部１ｉ、蓄積部１ｓ、水平転送部１ｈ及び出力
部１ｄより構成される。受光部１ｉは、垂直方向に連続
して互いに平行に配列される複数の転送レジスタからな
り、これらの転送レジスタの各ビットが複数の受光画素
を形成する。そして、各受光画素には、被写体映像に対
応して発生する情報電荷がそれぞれ蓄積される。蓄積部
１ｓは、受光部１ｉの各転送レジスタに連続する複数の
転送レジスタからなり、各転送レジスタのビット数が受
光部１ｉのシフトレジスタのビット数に合わせて設定さ
れ、受光部１ｉから転送出力される１画面分の情報電荷
を一時的に蓄積する。水平転送部１ｈは、各ビットがそ
れぞれ蓄積部１ｓの複数の転送レジスタの各出力に接続
される単一の水平転送レジスタからなり、蓄積部１ｓに
蓄積される１画面分の情報電荷を１行単位で受け取り順
次転送出力する。そして、出力部１ｄは、電気的に独立
した容量及びその容量の電位変化を取り出すアンプから
なり、水平転送部１ｈからシリアルに出力される情報電
荷を１画素単位で容量に受けて電圧値に変換し、画像信
号Ｙ(t)として出力する。
は、受光部１ｉ、蓄積部１ｓ、水平転送部１ｈ及び出力
部１ｄより構成される。受光部１ｉは、垂直方向に連続
して互いに平行に配列される複数の転送レジスタからな
り、これらの転送レジスタの各ビットが複数の受光画素
を形成する。そして、各受光画素には、被写体映像に対
応して発生する情報電荷がそれぞれ蓄積される。蓄積部
１ｓは、受光部１ｉの各転送レジスタに連続する複数の
転送レジスタからなり、各転送レジスタのビット数が受
光部１ｉのシフトレジスタのビット数に合わせて設定さ
れ、受光部１ｉから転送出力される１画面分の情報電荷
を一時的に蓄積する。水平転送部１ｈは、各ビットがそ
れぞれ蓄積部１ｓの複数の転送レジスタの各出力に接続
される単一の水平転送レジスタからなり、蓄積部１ｓに
蓄積される１画面分の情報電荷を１行単位で受け取り順
次転送出力する。そして、出力部１ｄは、電気的に独立
した容量及びその容量の電位変化を取り出すアンプから
なり、水平転送部１ｈからシリアルに出力される情報電
荷を１画素単位で容量に受けて電圧値に変換し、画像信
号Ｙ(t)として出力する。
【０００５】クロック発生回路２は、水平及び垂直の各
タイミング信号ＨＴ、ＶＴに応答して、多相の垂直転送
クロックφv、蓄積転送クロックφs及び垂直転送クロッ
クφhを発生する。垂直転送クロックφvは、固体撮像素
子１の受光部１ｉに供給され、受光部１ｉの各受光画素
に蓄積される１画面分の情報電荷を、垂直走査の帰線期
間に、蓄積部１ｓへ転送する。蓄積クロックφsは、垂
直転送クロックφvによって受光部１ｉから転送出力さ
れる情報電荷を蓄積部１ｓに取り込むと共に、取り込ん
だ情報電荷を水平走査の帰線期間内に１行ずつ水平転送
部１ｈへ転送する。そして、水平転送クロックφhは、
蓄積転送クロックφsによって１行ずつ水平転送部１ｈ
へ転送される情報電荷を順次出力部１ｄ側へ転送する。
また、クロック発生回路２は、排出タイミング信号ＢＴ
に応答して、所定の期間立ち上げられる基板クロックφ
bを発生する。この基板クロックφbは、固体撮像素子１
の基板側に印加され、受光部１ｉの各受光画素に蓄積さ
れる情報電荷を基板側へ排出させる。尚、垂直転送クロ
ックφvについても、基板クロックφbの立ち上がりに同
期して立ち下げられ、受光部１ｉの各受光画素の情報電
荷が基板側へ排出されやすいようにしている。これによ
り、受光部１ｉの各受光画素には、基板クロックφbに
従う情報電荷の排出動作が完了してから、垂直転送クロ
ックφvによる転送開始までの期間Ｌに情報電荷が蓄積
されることになる。この基板クロックφbのタイミング
の変更によって、情報電荷の蓄積期間、即ち、シャッタ
速度の制御が可能になる。
タイミング信号ＨＴ、ＶＴに応答して、多相の垂直転送
クロックφv、蓄積転送クロックφs及び垂直転送クロッ
クφhを発生する。垂直転送クロックφvは、固体撮像素
子１の受光部１ｉに供給され、受光部１ｉの各受光画素
に蓄積される１画面分の情報電荷を、垂直走査の帰線期
間に、蓄積部１ｓへ転送する。蓄積クロックφsは、垂
直転送クロックφvによって受光部１ｉから転送出力さ
れる情報電荷を蓄積部１ｓに取り込むと共に、取り込ん
だ情報電荷を水平走査の帰線期間内に１行ずつ水平転送
部１ｈへ転送する。そして、水平転送クロックφhは、
蓄積転送クロックφsによって１行ずつ水平転送部１ｈ
へ転送される情報電荷を順次出力部１ｄ側へ転送する。
また、クロック発生回路２は、排出タイミング信号ＢＴ
に応答して、所定の期間立ち上げられる基板クロックφ
bを発生する。この基板クロックφbは、固体撮像素子１
の基板側に印加され、受光部１ｉの各受光画素に蓄積さ
れる情報電荷を基板側へ排出させる。尚、垂直転送クロ
ックφvについても、基板クロックφbの立ち上がりに同
期して立ち下げられ、受光部１ｉの各受光画素の情報電
荷が基板側へ排出されやすいようにしている。これによ
り、受光部１ｉの各受光画素には、基板クロックφbに
従う情報電荷の排出動作が完了してから、垂直転送クロ
ックφvによる転送開始までの期間Ｌに情報電荷が蓄積
されることになる。この基板クロックφbのタイミング
の変更によって、情報電荷の蓄積期間、即ち、シャッタ
速度の制御が可能になる。
【０００６】タイミング制御回路３は、一定周期を有す
る基準クロックＣＫから垂直タイミング信号ＶＴ及び水
平タイミング信号ＨＴを生成し、クロック発生回路２に
供給する。例えば、ＮＴＳＣ方式に従う場合には、１
４．３２ＭＨｚの基準クロックＣＫを９１０カウントす
る毎にパルスを立ち上げて水平タイミング信号ＨＴを生
成し、この水平タイミング信号ＨＴを５２５／２カウン
トする毎にパルスを立ち上げて垂直タイミング信号ＶＴ
を生成するように構成される。また、タイミング制御回
路３は、固体撮像素子１の露光レベルを示す露光情報に
基づいて、垂直走査期間の途中でパルスを立ち上げる排
出タイミング信号ＢＴを発生する。例えば、画像信号Ｙ
(t)を１画面単位で積分して得られる露光情報が所定の
適正範囲にあるか否かを判定し、適正範囲を超えていた
場合には、パルスの立ち上がりのタイミングを遅らせて
情報電荷の蓄積期間Ｌを短縮する。逆に、露光情報が適
正レベルに達していない場合には、パルスの立ち上がり
のタイミングを早めて情報電荷の蓄積期間Ｌを伸長す
る。
る基準クロックＣＫから垂直タイミング信号ＶＴ及び水
平タイミング信号ＨＴを生成し、クロック発生回路２に
供給する。例えば、ＮＴＳＣ方式に従う場合には、１
４．３２ＭＨｚの基準クロックＣＫを９１０カウントす
る毎にパルスを立ち上げて水平タイミング信号ＨＴを生
成し、この水平タイミング信号ＨＴを５２５／２カウン
トする毎にパルスを立ち上げて垂直タイミング信号ＶＴ
を生成するように構成される。また、タイミング制御回
路３は、固体撮像素子１の露光レベルを示す露光情報に
基づいて、垂直走査期間の途中でパルスを立ち上げる排
出タイミング信号ＢＴを発生する。例えば、画像信号Ｙ
(t)を１画面単位で積分して得られる露光情報が所定の
適正範囲にあるか否かを判定し、適正範囲を超えていた
場合には、パルスの立ち上がりのタイミングを遅らせて
情報電荷の蓄積期間Ｌを短縮する。逆に、露光情報が適
正レベルに達していない場合には、パルスの立ち上がり
のタイミングを早めて情報電荷の蓄積期間Ｌを伸長す
る。
【０００７】以上の撮像装置においては、固体撮像素子
１の受光部１ｉで情報電荷を蓄積する期間Ｌが、画像信
号Ｙ(t)のレベルに応じて伸縮制御されるため、画像信
号Ｙ(t)が常に適正なレベルに維持される。
１の受光部１ｉで情報電荷を蓄積する期間Ｌが、画像信
号Ｙ(t)のレベルに応じて伸縮制御されるため、画像信
号Ｙ(t)が常に適正なレベルに維持される。
【０００８】図５は、受光画素でオーバーフローした過
剰な情報電荷を基板側に吸収させる縦型オーバーフロー
ドレイン構造の固体撮像素子１の受光部１ｉの断面図で
あり、図６は、その深さ方向のポテンシャルの変化を示
すプロファイル図である。
剰な情報電荷を基板側に吸収させる縦型オーバーフロー
ドレイン構造の固体撮像素子１の受光部１ｉの断面図で
あり、図６は、その深さ方向のポテンシャルの変化を示
すプロファイル図である。
【０００９】Ｎ型の半導体基板１１の表面領域に、Ｐ型
の拡散領域（Ｐ−Ｗｅｌｌ領域）１２が形成され、この
Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２の表面にチャネル領域となるＮ型
の拡散層（埋込層）１３が形成される。この埋込層１３
については、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２の表面で分離領域に
よって区画されて一方向に延在する。そして、絶縁膜１
４を介して第１層のゲート電極１５が一定の間隔で配置
され、さらに、第１層のゲート電極１５の間隙を被うよ
うにして第２層のゲート電極１６が配置される。各ゲー
ト電極１５、１６には、例えば、互いの位相差が９０゜
となる４相の垂直転送クロックφv1〜φv4Fが印加さ
れ、Ｎ型の導電型を示す半導体基板１１には基板クロッ
クφbが印加される。尚、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２はグラ
ンドレベルに固定され、垂直転送クロックφv1〜φv 4
及び基板クロックφbの波高値、即ち、ゲート電極１
５、１６の電位及び半導体基板１１の電位がＰ−Ｗｅｌ
ｌ領域１２を基準に設定される。
の拡散領域（Ｐ−Ｗｅｌｌ領域）１２が形成され、この
Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２の表面にチャネル領域となるＮ型
の拡散層（埋込層）１３が形成される。この埋込層１３
については、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２の表面で分離領域に
よって区画されて一方向に延在する。そして、絶縁膜１
４を介して第１層のゲート電極１５が一定の間隔で配置
され、さらに、第１層のゲート電極１５の間隙を被うよ
うにして第２層のゲート電極１６が配置される。各ゲー
ト電極１５、１６には、例えば、互いの位相差が９０゜
となる４相の垂直転送クロックφv1〜φv4Fが印加さ
れ、Ｎ型の導電型を示す半導体基板１１には基板クロッ
クφbが印加される。尚、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２はグラ
ンドレベルに固定され、垂直転送クロックφv1〜φv 4
及び基板クロックφbの波高値、即ち、ゲート電極１
５、１６の電位及び半導体基板１１の電位がＰ−Ｗｅｌ
ｌ領域１２を基準に設定される。
【００１０】このような縦型オーバーフロードレイン構
造の固体撮像素子１において、情報電荷を蓄積する際に
は、基板クロックφbを立ち下げた状態で固定しなが
ら、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4の内の１つ〜３
つを立ち上げた状態で固定し、ゲート電極１５、１６を
選択的にオンさせる。これにより、半導体基板１１内の
ゲート電極１５、１６がオンしている部分には、図６に
示すように、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２付近に障壁が形成さ
れて埋込層１３付近にポテンシャルの井戸が形成される
ため、埋込層１３からＰ−Ｗｅｌｌ領域１２付近に情報
電荷が蓄積されることになる。尚、垂直転送クロックφ
v1〜φv4が立ち下げられたままでゲート電極１５、１６
がオフしている領域には、埋込層１３付近にポテンシャ
ルの井戸は形成されず、受光画素を区画するポテンシャ
ルの障壁となる。
造の固体撮像素子１において、情報電荷を蓄積する際に
は、基板クロックφbを立ち下げた状態で固定しなが
ら、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4の内の１つ〜３
つを立ち上げた状態で固定し、ゲート電極１５、１６を
選択的にオンさせる。これにより、半導体基板１１内の
ゲート電極１５、１６がオンしている部分には、図６に
示すように、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２付近に障壁が形成さ
れて埋込層１３付近にポテンシャルの井戸が形成される
ため、埋込層１３からＰ−Ｗｅｌｌ領域１２付近に情報
電荷が蓄積されることになる。尚、垂直転送クロックφ
v1〜φv4が立ち下げられたままでゲート電極１５、１６
がオフしている領域には、埋込層１３付近にポテンシャ
ルの井戸は形成されず、受光画素を区画するポテンシャ
ルの障壁となる。
【００１１】一方、各受光画素の情報電荷を同時に排出
させるシャッタ動作をさせるときには、ゲート電極１
５、１６の電位及び半導体基板１１の電位の制御によっ
てポテンシャル障壁を消滅させる。即ち、縦型オーバー
フロードレイン構造のＣＣＤ固体撮像素子１において
は、ゲート電極１５、１６に印加する垂直転送クロック
φv1〜φv4を全て立ち下げて埋込層１３のポテンシャル
を浅くしながら、基板クロックφbを立ち上げて半導体
基板１１側のポテンシャルを深くすると、図６に破線で
示すように、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２内のポテンシャルの
障壁が消滅する。従って、埋込層１３付近のポテンシャ
ルの井戸内に蓄積された情報電荷は、ポテンシャルの勾
配に沿って半導体基板１１側に流れて排出されることに
なる。
させるシャッタ動作をさせるときには、ゲート電極１
５、１６の電位及び半導体基板１１の電位の制御によっ
てポテンシャル障壁を消滅させる。即ち、縦型オーバー
フロードレイン構造のＣＣＤ固体撮像素子１において
は、ゲート電極１５、１６に印加する垂直転送クロック
φv1〜φv4を全て立ち下げて埋込層１３のポテンシャル
を浅くしながら、基板クロックφbを立ち上げて半導体
基板１１側のポテンシャルを深くすると、図６に破線で
示すように、Ｐ−Ｗｅｌｌ領域１２内のポテンシャルの
障壁が消滅する。従って、埋込層１３付近のポテンシャ
ルの井戸内に蓄積された情報電荷は、ポテンシャルの勾
配に沿って半導体基板１１側に流れて排出されることに
なる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】縦型オーバーフロード
レイン構造の固体撮像素子１において、受光部１ｉに蓄
積された情報電荷を排出させる、いわゆるシャッタ動作
を行うとき、同一基板上に形成される出力部１ｄにも基
板クロックφbの影響が及ぶ。このため、基板クロック
φbの立ち上げのタイミングを水平走査の帰線期間内に
設定し、出力部１ｄから取り出される画像信号Ｙ(t)に
ノイズを重畳させないようにしている。しかしながら、
水平走査の帰線期間は、数μｓｅｃと短いため、受光画
素に多量の電荷が蓄積されているような場合には、受光
画素内の不要電荷を完全に排出することができない。こ
のような残留電荷は、続いて蓄積される情報電荷に混入
し、再生画面上に色むらとなって表れる。
レイン構造の固体撮像素子１において、受光部１ｉに蓄
積された情報電荷を排出させる、いわゆるシャッタ動作
を行うとき、同一基板上に形成される出力部１ｄにも基
板クロックφbの影響が及ぶ。このため、基板クロック
φbの立ち上げのタイミングを水平走査の帰線期間内に
設定し、出力部１ｄから取り出される画像信号Ｙ(t)に
ノイズを重畳させないようにしている。しかしながら、
水平走査の帰線期間は、数μｓｅｃと短いため、受光画
素に多量の電荷が蓄積されているような場合には、受光
画素内の不要電荷を完全に排出することができない。こ
のような残留電荷は、続いて蓄積される情報電荷に混入
し、再生画面上に色むらとなって表れる。
【００１３】そこで本発明は、シャッタ動作における不
要電荷の排出を確実に行うようにすることを目的とす
る。
要電荷の排出を確実に行うようにすることを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の半導体
層が形成され、上記半導体層内に複数のチャネル領域が
互いに平行に配列され、上記複数のチャネル領域と交差
して上記半導体基板上に複数の転送電極が配列され、上
記複数の転送電極を選択的にオンして複数のチャネル領
域内に複数の受光画素を形成する固体撮像素子を連続動
作させて画面単位で連続する画像信号を得る駆動方法に
おいて、垂直走査の帰線期間中に、垂直走査期間中の特
定のタイミングで上記複数の転送電極を選択的にオンし
て上記複数の受光画素を形成し、各受光画素に情報電荷
を蓄積する第１のステップと、上記複数の受光画素に蓄
積された情報電荷を転送出力する第２のステップと、上
記第２のステップの後、上記複数の転送電極をそれぞれ
継続してオフ状態に保つと共に、上記半導体基板の電位
を高くして上記チャネル領域内の情報電荷を上記半導体
基板側へ排出させる第３のステップと、を含み、上記第
１乃至第３のステップを繰り返して上記画像信号を得る
ことにある。
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、一導電型の半導体基板の一主面に逆導電型の半導体
層が形成され、上記半導体層内に複数のチャネル領域が
互いに平行に配列され、上記複数のチャネル領域と交差
して上記半導体基板上に複数の転送電極が配列され、上
記複数の転送電極を選択的にオンして複数のチャネル領
域内に複数の受光画素を形成する固体撮像素子を連続動
作させて画面単位で連続する画像信号を得る駆動方法に
おいて、垂直走査の帰線期間中に、垂直走査期間中の特
定のタイミングで上記複数の転送電極を選択的にオンし
て上記複数の受光画素を形成し、各受光画素に情報電荷
を蓄積する第１のステップと、上記複数の受光画素に蓄
積された情報電荷を転送出力する第２のステップと、上
記第２のステップの後、上記複数の転送電極をそれぞれ
継続してオフ状態に保つと共に、上記半導体基板の電位
を高くして上記チャネル領域内の情報電荷を上記半導体
基板側へ排出させる第３のステップと、を含み、上記第
１乃至第３のステップを繰り返して上記画像信号を得る
ことにある。
【００１５】本発明によれば、受光画素に蓄積される情
報電荷を排出するまでの間、複数の転送電極を全てオフ
状態に維持することで、各チャネル領域内には受光画素
となるポテンシャル井戸が形成されなくなる。このた
め、チャネル領域に入射する光の強度には関係なく、チ
ャネル領域内には、ほとんど電荷が蓄積されなくなり、
半導体基板の電位を高くしたときには、チャネル領域内
の全ての電荷が半導体基板側へ容易に排出される。
報電荷を排出するまでの間、複数の転送電極を全てオフ
状態に維持することで、各チャネル領域内には受光画素
となるポテンシャル井戸が形成されなくなる。このた
め、チャネル領域に入射する光の強度には関係なく、チ
ャネル領域内には、ほとんど電荷が蓄積されなくなり、
半導体基板の電位を高くしたときには、チャネル領域内
の全ての電荷が半導体基板側へ容易に排出される。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体撮像装置の
駆動方法の実施形態を説明するタイミング図であり、図
２は、その動作に対応する固体撮像素子内部のポテンシ
ャル図である。
駆動方法の実施形態を説明するタイミング図であり、図
２は、その動作に対応する固体撮像素子内部のポテンシ
ャル図である。
【００１７】本発明の特徴とするところは、フレーム転
送方式の固体撮像素子において、受光画素を形成する転
送電極を最初はオフ状態に保ち、電子シャッタ動作によ
って情報電荷を排出した後にオン状態とすることにあ
る。即ち、フレーム転送方式の固体撮像素子において
は、転送電極をオンしたとき、その下のチャネル領域に
ポテンシャル井戸が形成されて受光画素としての機能が
有効になるため、情報電荷を蓄積すべき期間にのみ受光
画素を有効に機能させるように構成している。
送方式の固体撮像素子において、受光画素を形成する転
送電極を最初はオフ状態に保ち、電子シャッタ動作によ
って情報電荷を排出した後にオン状態とすることにあ
る。即ち、フレーム転送方式の固体撮像素子において
は、転送電極をオンしたとき、その下のチャネル領域に
ポテンシャル井戸が形成されて受光画素としての機能が
有効になるため、情報電荷を蓄積すべき期間にのみ受光
画素を有効に機能させるように構成している。
【００１８】受光部から蓄積部への情報電荷の転送出
力、即ち、フレーム転送は、垂直同期信号ＶＤのブラン
キング期間に設定される。このフレーム転送が完了した
後に、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4をすべてロウ
レベルとし、すべての転送電極をオフ状態とする。この
とき、基板クロックφbは、ロウレベルに固定する。こ
の状態は、シャッタトリガＳＴが立ち下げられるまで維
持される。尚、シャッタトリガＳＴのタイミングについ
ては、図４に示す固体撮像素子と同様に、撮像素子の露
光レベル、即ち、撮像素子から出力される画像信号の平
均レベルを示す露光情報に基づいて設定される。
力、即ち、フレーム転送は、垂直同期信号ＶＤのブラン
キング期間に設定される。このフレーム転送が完了した
後に、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4をすべてロウ
レベルとし、すべての転送電極をオフ状態とする。この
とき、基板クロックφbは、ロウレベルに固定する。こ
の状態は、シャッタトリガＳＴが立ち下げられるまで維
持される。尚、シャッタトリガＳＴのタイミングについ
ては、図４に示す固体撮像素子と同様に、撮像素子の露
光レベル、即ち、撮像素子から出力される画像信号の平
均レベルを示す露光情報に基づいて設定される。
【００１９】垂直走査期間の途中でシャッタトリガＳＴ
が立ち下げられると、まず、基板クロックφbを立ち上
げ、転送電極の下のチャネル領域の情報電荷を基板側へ
排出させる。所定の期間を経過して不要な情報電荷の排
出が完了した後、基板クロックφbの立ち下げと同時
に、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4の内、例えば、
第１相及び第２相のクロックφv1、φv2を立ち上げてハ
イレベルとし、第３相及び第４相のクロックφv3、φv4
をロウレベルのまま維持する。これらのクロック立ち上
げ及び立ち下げのタイミングは、映像信号にノイズを重
畳させる原因となるため、それぞれ水平走査の帰線期間
内に設定される。これにより、図２に示すように、垂直
転送クロックφv3、φv4が印加される転送電極の下には
ポテンシャル障壁が形成され、垂直転送クロックφv1、
φv2が印加される転送電極の下にはポテンシャル井戸が
形成される。光電変換によってチャネル領域に発生する
情報電荷は、このポテンシャル井戸内に蓄積される。こ
の状態は、垂直同期信号ＶＤのブランキング期間内にお
いてフレーム転送が開始されるまで維持される。従っ
て、第１相及び第２相のクロックφv1、φv2の立ち上が
りのタイミングからフレーム転送の開始までの期間Ｌに
おいて、チャネル領域に発生する情報電荷が蓄積される
ことになる。
が立ち下げられると、まず、基板クロックφbを立ち上
げ、転送電極の下のチャネル領域の情報電荷を基板側へ
排出させる。所定の期間を経過して不要な情報電荷の排
出が完了した後、基板クロックφbの立ち下げと同時
に、４相の垂直転送クロックφv1〜φv4の内、例えば、
第１相及び第２相のクロックφv1、φv2を立ち上げてハ
イレベルとし、第３相及び第４相のクロックφv3、φv4
をロウレベルのまま維持する。これらのクロック立ち上
げ及び立ち下げのタイミングは、映像信号にノイズを重
畳させる原因となるため、それぞれ水平走査の帰線期間
内に設定される。これにより、図２に示すように、垂直
転送クロックφv3、φv4が印加される転送電極の下には
ポテンシャル障壁が形成され、垂直転送クロックφv1、
φv2が印加される転送電極の下にはポテンシャル井戸が
形成される。光電変換によってチャネル領域に発生する
情報電荷は、このポテンシャル井戸内に蓄積される。こ
の状態は、垂直同期信号ＶＤのブランキング期間内にお
いてフレーム転送が開始されるまで維持される。従っ
て、第１相及び第２相のクロックφv1、φv2の立ち上が
りのタイミングからフレーム転送の開始までの期間Ｌに
おいて、チャネル領域に発生する情報電荷が蓄積される
ことになる。
【００２０】以上の駆動方法においては、フレーム転送
が完了してから情報電荷の蓄積が開始されるまでの間、
図２に示すように、チャネル領域にはポテンシャル井戸
がほとんど形成されることはない。このため、チャネル
領域に光が入射して情報電荷が発生したとしても、それ
らの電荷のほとんどは、基板側へ排出されることにな
る。従って、基板クロックφbを立ち上げてシャッタ動
作を開始する時点では、チャネル領域にわずかに残され
た情報電荷を基板側へ排出するだけでよいため、短時間
のシャッタ動作でもチャネル領域内に不要な電荷が残留
するのを防止できる。また、シャッタ動作において排出
すべき電荷の量が少なくなるため、基板クロックφbの
電位を低く設定した場合でも、十分に電荷の排出を行う
ことができるようになる。
が完了してから情報電荷の蓄積が開始されるまでの間、
図２に示すように、チャネル領域にはポテンシャル井戸
がほとんど形成されることはない。このため、チャネル
領域に光が入射して情報電荷が発生したとしても、それ
らの電荷のほとんどは、基板側へ排出されることにな
る。従って、基板クロックφbを立ち上げてシャッタ動
作を開始する時点では、チャネル領域にわずかに残され
た情報電荷を基板側へ排出するだけでよいため、短時間
のシャッタ動作でもチャネル領域内に不要な電荷が残留
するのを防止できる。また、シャッタ動作において排出
すべき電荷の量が少なくなるため、基板クロックφbの
電位を低く設定した場合でも、十分に電荷の排出を行う
ことができるようになる。
【００２１】以上の実施形態においては、垂直転送クロ
ックを４相とした場合を例示したが、転送クロックは、
３相または５相以上の場合でも適用可能である。
ックを４相とした場合を例示したが、転送クロックは、
３相または５相以上の場合でも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、縦型オーバーフロード
レイン構造の固体撮像素子において、電子シャッタ動作
を行う際、短時間で不要電荷の排出を完了させることが
でき、チャネル領域内に不要電荷が残留するのを防止で
きる。また、シャッタ動作に必要な電圧を低く設定する
ことができるため、結果的に、消費電力の低減が可能で
ある。
レイン構造の固体撮像素子において、電子シャッタ動作
を行う際、短時間で不要電荷の排出を完了させることが
でき、チャネル領域内に不要電荷が残留するのを防止で
きる。また、シャッタ動作に必要な電圧を低く設定する
ことができるため、結果的に、消費電力の低減が可能で
ある。
【図１】本発明の固体撮像素子の駆動方法を説明するタ
イミング図である。
イミング図である。
【図２】本発明の固体撮像素子の駆動方法を実行したと
きのポテンシャル図である。
きのポテンシャル図である。
【図３】固体撮像素子を用いる撮像装置の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図４】図３の撮像装置の動作を説明するタイミング図
である。
である。
【図５】縦型オーバーフロードレイン構造の固体撮像素
子の受光部の構造を示す断面図である。
子の受光部の構造を示す断面図である。
【図６】図５の固体撮像素子の深さ方向のポテンシャル
の状態を示すプロファイル図である。
の状態を示すプロファイル図である。
１ ＣＣＤ固体撮像素子 １ａ 受光部 １ｂ 蓄積部 １ｃ 水平転送部 １ｄ 出力部 ２ クロック発生回路 ３ タイミング制御回路 １１ 半導体基板 １２ Ｐ−Ｗｅｌｌ領域 １３ 埋込層 １４ 絶縁膜 １５、１６ ゲート電極
Claims (2)
- 【請求項１】 一導電型の半導体基板の一主面に逆導電
型の半導体層が形成され、上記半導体層内に複数のチャ
ネル領域が互いに平行に配列され、上記複数のチャネル
領域と交差して上記半導体基板上に複数の転送電極が配
列され、上記複数の転送電極を選択的にオンして複数の
チャネル領域内に複数の受光画素を形成する固体撮像素
子を連続動作させて画面単位で連続する画像信号を得る
駆動方法において、垂直走査の帰線期間中に、垂直走査
期間中の特定のタイミングで上記複数の転送電極を選択
的にオンして上記複数の受光画素を形成し、各受光画素
に情報電荷を蓄積する第１のステップと、上記複数の受
光画素に蓄積された情報電荷を転送出力する第２のステ
ップと、上記第２のステップの後、上記複数の転送電極
をそれぞれ継続してオフ状態に保つと共に、上記半導体
基板の電位を高くして上記チャネル領域内の情報電荷を
上記半導体基板側へ排出させる第３のステップと、を含
み、上記第１乃至第３のステップを繰り返して上記画像
信号を得ることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 【請求項２】 上記半導体基板の電位を、上記第３のス
テップの少なくとも終了時点を含む所定の期間に高く設
定することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子
の駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10305820A JP2000134546A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 固体撮像素子の駆動方法 |
| US09/426,991 US6999123B1 (en) | 1998-10-27 | 1999-10-26 | Method and apparatus for driving solid state image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10305820A JP2000134546A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000134546A true JP2000134546A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17949773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10305820A Pending JP2000134546A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6999123B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000134546A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345441C (zh) * | 2004-03-16 | 2007-10-24 | 三洋电机株式会社 | 摄像装置及摄像装置驱动方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050212936A1 (en) * | 2004-03-25 | 2005-09-29 | Eastman Kodak Company | Extended dynamic range image sensor with fixed pattern noise reduction |
| JP2007036861A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像素子の駆動装置及び駆動方法 |
| JP2009239788A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Nec Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JP5629134B2 (ja) * | 2010-06-14 | 2014-11-19 | パナソニック株式会社 | 電荷結合素子の駆動装置、空間情報検出装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158818A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-15 | Nec Corp | Color solid-state pickup unit |
| NL8602091A (nl) | 1986-08-18 | 1988-03-16 | Philips Nv | Beeldopneeminrichting uitgevoerd met een vaste-stof beeldopnemer en een elektronische sluiter. |
| US5144445A (en) * | 1989-12-26 | 1992-09-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Solid-state image pickup apparatus having a plurality of photoelectric transducers arranged in a matrix |
| DE69419064T2 (de) * | 1993-04-20 | 1999-12-16 | Sony Corp | Verfahren und Gerät für eine Festkörper-Bildaufnahme-Vorrichtung |
| US5625414A (en) * | 1995-01-30 | 1997-04-29 | Eastman Kodak Company | Imaging device using asymmetrical timing for pixel summing |
| US5745808A (en) * | 1995-08-21 | 1998-04-28 | Eastman Kodak Company | Camera exposure control system using variable-length exposure tables |
| JPH0997894A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像素子の駆動方法 |
| JPH09168118A (ja) * | 1995-12-15 | 1997-06-24 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JP3561596B2 (ja) | 1996-11-27 | 2004-09-02 | 三洋電機株式会社 | 撮像装置 |
| KR100226787B1 (en) * | 1996-12-16 | 1999-10-15 | Hyundai Micro Electronics Co | Ccd device |
| TW364265B (en) * | 1997-01-31 | 1999-07-11 | Sanyo Electric Co | Solid image sensor device |
-
1998
- 1998-10-27 JP JP10305820A patent/JP2000134546A/ja active Pending
-
1999
- 1999-10-26 US US09/426,991 patent/US6999123B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345441C (zh) * | 2004-03-16 | 2007-10-24 | 三洋电机株式会社 | 摄像装置及摄像装置驱动方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6999123B1 (en) | 2006-02-14 |
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