JP2703944B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

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の駆動方法に関し、特に、浮遊
拡散層によるホールド型電荷検出手段を有する固体撮像
素子の駆動方法に関する。

［従来の技術］ 従来、特に、固体撮像素子に用いられてきた浮遊拡散
層によるホールド型電荷検出手段は、例えば、固体撮像
素子の受光部で得られた信号電荷を電荷転送部において
順次転送し、電荷検出部にて電圧の形で電荷転送周期毎
に検出していた。

このような浮遊拡散層によるホールド型電荷検出手段
を有する固体撮像素子の電荷検出部の駆動方法は、従
来、第10図に示すように、例えば、信号転送パルス16と
浮遊拡散層の電位を基準電位に設定するリセットトラン
ジスタに加えるリセットパルス17とを同じ周期に設定し
たものである。この駆動方法で得られる信号出力18は信
号転送周期毎に得られる。

このような駆動方法をとる固体撮像素子の電荷検出部
の構造は、第３図の模式的断面図に示すように、例え
ば、Ｐ型シリコン基板９の表面に電荷を検出するための
浮遊拡散層10と、この浮遊拡散層10を基準電位に設定す
るリセットトランジスタのゲート電極11と、ドレインN⁺
拡散層12とを転送出力ゲート部13に隣接して設け、更
に、N⁺浮遊拡散層10はオンチップされた出力MOSトラン
ジスタ14のゲートへ接続したものとなっている。以上の
ような構造の電荷検出部を実際に駆動させるときは電荷
転送部最終電極15に電荷転送パルス16を加え且つリセッ
トトランジスタゲート電極11にリセットパルス17を加え
る。

この駆動方法における電荷検出部の動作は、先ず、固
体撮像素子の受光部で発生した信号電荷を電荷転送パル
ス16と同じ周期で電荷転送部最終電極15の直下まで転送
する。

電荷転送部最終電極15において、そこに加わるパルス
がハイレベルの状態で信号電荷は最終電極15の直下に保
持されており、次に、ローレベルになることにより、信
号電荷は転送出力ゲート部13を通って浮遊拡散層10に転
送される。この時点で浮遊拡散層10の電位は転送電荷量
に比例して変化し、この電位変化は出力トランジスタ14
によって信号出力18として外部に取り出される。その
後、電荷転送部最終電極15に加わるパルスがハイレベル
になると同時に、リセットトランジスタ電極11にリセッ
トパルス17を加え、信号電荷は転送周期毎にドレインN⁺
拡散層12に掃き出される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、近時の固体撮像素子の高画素化によ
り、受光部の密度が上昇してその開口率が低下している
ため、上述した従来の駆動方法によって取り出される信
号電荷の量がこの高画素化に伴い減少してしまうという
問題点がある。このため、そのように少ない信号電荷量
から得る出力信号のS/N比は、アンプとして使用される
オンチップされた出力MOSトランジスタの持つノイズ等
の影響により劣化してしまう。従って、外部装置におい
ても、この固体撮像素子の出力信号を増幅するアンプは
高S/Nでハイゲインなものが必要であるので、高性能の
アンプを使用しない場合には撮像装置全体のS/N比も低
下し、結果的に得られる映像の品質が劣化してしまう等
の欠点を生じている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、得られる信号電荷を従来の２倍にすることによって
感度を上げ、固体撮像素子の出力信号のS/N比を大幅に
改善し、これにより、更に一層撮像装置全体のS/N比を
高め、撮像装置としてより高品質の映像を得ることを可
能にする固体撮像素子の駆動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］ 本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、同一半導体
基板上に浮遊拡散層によるホールド型電荷検出手段を有
する固体撮像素子の駆動方法において、前記浮遊拡散層
電位を基準電位に設定するリセットトランジスタにリセ
ットパルスを加える周期を信号転送周期の２倍の周期毎
とし、更に、任意の水平走査ラインとその次の水平走査
ラインにおいて、前記リセットトランジスタにリセット
パルスを加える位相を相対的に信号転送周期の１周期分
だけ異ならせたことを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、リセットトランジスタに信号転送
周期の２倍の周期でリセットパルスを加えるから、信号
電荷を多くとることができ、感度が向上する。

また、任意の水平走査ラインとその次の水平走査ライ
ンとで、前記リセットパルスを加える位相を信号転送周
期の１周期分だけ異ならせている。これにより、最大信
号出力点は撮像画面上で市松模様になり、水平解像度の
劣化が少なく、ちらつきが少ない画面が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して
具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例に係る固体撮像素子の駆動方
法を示すタイミング図である。第１図においては、１は
固体撮像素子の受光部で得られた信号電荷をその周期毎
に転送する信号転送パルス、２は浮遊拡散層の電位を基
準電位に設定するリセットトランジスタに加えるリセッ
トパルス、３は信号転送パルス１とリセットパルス２で
電荷検出部を駆動したとき得られる出力信号波形、４は
リセットパルス２と位相が１信号転送周期部だけ異なる
リセットパルス、５は信号転送パルス１とリセットパル
ス４で電荷検出部を駆動したとき得られる出力信号波形
である。

固体撮像素子の電荷検出部自体の構造は第３図に示す
ように従来方法の場合と同一である。そこで、第１図の
タイミングによる駆動方法及びそのときの信号検出の動
作を第３図も参照して説明する。信号電荷転送パルス１
は約50％のデューティを持つクロック信号であり、電荷
転送部最終電極15に加えられる。一方、リセットパルス
２は信号電荷転送パルス１の１転送周期分の1/4から1/5
のパルス幅であり、位相は信号電荷転送パルス１の立上
がりエッジに同期していて、リセットトランジスタゲー
ト電極11に加えられる。

このような駆動パルスでの出力信号波形は第１図の波
形３に示すようなものとなり、図中時刻ｔ＝t₁におい
て、リセットパルスを加えないため、浮遊拡散層10に存
在するキャパシタに信号電荷はホールドされ、信号出力
は固体撮像素子の受光部で得られた１画素分の信号出力
レベル６が維持され続ける。図中、時刻ｔ＝t₂において
は前記キャパシタにホールドされている信号電荷と次に
転送されてきた信号電荷とが混ざり合わさるので信号出
力レベル６の２倍の信号出力レベル７が得られる。ま
た、次の水平走査ラインにおいては、従前の水平走査ラ
インで発生させたリセットパルス２と１信号転送周期分
位相を変えたリセットパルス４とをリセットトランジス
タゲート電極11に加える。このときの信号出力は第１図
の波形５のようになり、従前の水平走査ラインの信号出
力波形３と１信号転送周期分だけ位相が異なることがわ
かる。

以下の水平走査ラインにおいては、リセットトランジ
スタゲート電極11に加えるリセットパルスはリセットパ
ルス２とリセットパルス４とを交互に繰返し加える。そ
のような駆動による最大信号出力点８は第２図の模式図
に示すように市松状になるため、撮像画面の水平解像度
の劣化は少なく、またちらつきも少ない。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本発
明は特に要求される解像度より十分高い解像度が得られ
る固体撮像素子を使用する場合に有効であるが、本実施
例は更に一層解像度を上げることができるものである。
第４図に示すように、外部装置27に対し、１水平走査分
のディレイライン（以下、1Hディレイライン）19を設
け、固体撮像素子26から出力されてくる信号データを１
水平走査時間遅らせる信号経路を付加する。リセットパ
ルスは第１の実施例と同様にライン毎に１信号電荷転送
周期分だけ異ならせて発生させる。このとき、第５図の
模式図に示すように、出力信号の無効な点20が市松状に
現れるが、例えば、あるラインにおいて信号出力の無効
な点のデータを1Hディレイラインを使用して前水平走査
ラインのデータで補い出力する。このときの信号出力の
模式図は第６図のようになり、図においてデータ位置を
示す番号からわかるように、出力信号の無効な点が前水
平走査ラインのデータで補われている。これにより、水
平方向、垂直方向更には斜め方向の解像度を向上させる
ことができる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。現
在、日本においてはNTSC（National Television System
Comittee）方式という撮像方式を採用しており、それ
は飛び越し走査によって映像画面のちらつきを減少させ
ている。このNTSC方式の本発明を有効に適用させるに
は、リセットパルスを、第７図に示すように与える。即
ち、先ず第１フィールドにおいて、例えば、奇数ライン
ではリセットパルス22を、偶数ラインではリセットパル
ス23を図のように発生させて固体撮像素子の電荷検出部
を駆動する。このとき得られる最大信号出力点が第８図
のような市松状になったとする。

次に、第２フィールドにおいては、奇数ラインではリ
セットパルス23と同位相のリセットパルス24を、偶数ラ
インではリセットパルス22と同位相のリセットパルス25
を発生させて駆動する。このときに得られる最大信号出
力点は第９図のように第８図とは正反対の市松状になる
ので、第１フィールドと同位相のリセットパルスを第２
フィールドにおいても発生させた場合に比してよりちら
つきを減少でき、撮像画面の解像度を向上させることが
できる。更に、第２の実施例の水平走査ライン毎の補間
と本実施例のフィールド毎の補間との双方を実施するこ
とにより、本発明の駆動方法による解像度の劣化及び撮
像画面のちらつきを極めて小さいものに抑制することが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明による駆動方法によれば、
同一半導体基板上に浮遊拡散層によるホールド型電荷検
出手段を有する固体撮像素子の駆動において、前記浮遊
拡散層の電位を基準電位に設定するリセットトランジス
タにリセットパルスを加える周期を信号転送周期の２周
期毎にすることにより、従来の信号転送周期毎にリセッ
トパルスを加える方法に比して信号電を多くとることが
でき、撮像素子としての感度を向上し、出力信号のS/N
比を向上させることができる。

また、任意の水平走査ラインとその次の水平走査ライ
ンにおいて前記リセットトランジスタにリセットパルス
を加える位相を相対的に信号転送周期の１周期分だけ異
ならせ、それをライン毎に交互に行うことにより、従来
の信号転送周期毎にリセットパルスを加える方法に比し
て水平解像度の劣化が少なく、しかも画面のちらつきも
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における電荷検出部の駆動パル
スタイミング図、第２図は得られる最大信号出力点を二
次元的に表した模式図、第３図は浮遊拡散層によるホー
ルド型電荷検出部の構造を示すと共に駆動時の各部のチ
ャネル電位の様子を示す模式図、第４図は1Hディレイラ
インを使用してデータ補間を行う回路の構成図、第５図
は得られる出力信号に番号付けをして二次元的に表した
模式図、第６図は1Hディレイラインを使用してデータ補
間を行ったときに得られる出力信号に番号付けして二次
元的に表した模式図、第７図はフィールド毎にリセット
パルスの位相を変えたときのパルスタイミング図、第８
図は第７図のパルスタイミングによる駆動における第１
フィールドの出力信号の例を二次元的に表した模式図、
第９図は第７図のパルスタイミングによる駆動における
第２フィールドの出力信号の例を二次元的に表した模式
図、第10図は従来方法における電荷検出部の駆動パルス
タイミング図である。 1;信号電荷転送パルス、2;リセットパルス、3;出力信号
波形、4;リセットパルス、5;出力信号波形、6;受光部１
画素分の出力信号レベル、7;受光部２画素分の出力信号
レベル、8;最大信号出力点、9;P型シリコン基板、10;N⁺
浮遊拡散層、11;リセットトランジスタゲート電極、12;
ドレインN⁺拡散層、13;転送出力ゲート、14;出力MOSト
ランジスタ、15;電荷転送部最終電極、16;電荷転送パル
ス、17;リセットパルス、18;出力信号波形、19;1Hディ
レイライン、20;出力信号の無効な点、21;信号電荷転送
パルス、22,23,24,25;リセットパルス

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一半導体基板上に浮遊拡散層によるホー
   ルド型電荷検出手段を有する固体撮像素子の駆動方法に
   おいて、前記浮遊拡散層電位を基準電位に設定するリセ
   ットトランジスタにリセットパルスを加える周期を信号
   転送周期の２倍の周期毎とし、更に、任意の水平走査ラ
   インとその次の水平走査ラインにおいて、前記リセット
   トランジスタにリセットパルスを加える位相を相対的に
   信号転送周期の１周期分だけ異ならせたことを特徴とす
   る固体撮像素子の駆動方法。