JP2771691B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

固体撮像素子の駆動方法

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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、CCD固体撮像素子のチャネル領域中に蓄積
される情報電荷をチャネル領域外に排出する固体撮像素
子の駆動方法に関する。
(ロ)従来の技術 従来、CCD固体撮像素子を用いたテレビカメラの如き
撮像装置に於いては、CCDの動作原理を活用して電子的
に露光制御を行うことが考えられている。このような露
光制御方法は、例えば特開昭63−24764号公報に示され
ているように、垂直走査期間毎の電荷蓄積期間の途中で
それまで撮像部に蓄積した情報電荷を転送排出し、残余
の電荷蓄積期間に得られる情報電荷を蓄積するように構
成される。即ち、情報電荷を排出するタイミングの変更
により情報電荷の蓄積期間が伸縮されるもので、情報電
荷の排出タイミングがCCDの出力する映像信号のレベル
に従って設定される。この駆動方法に於いては、撮像部
の不要な情報電荷を読み出し方向とは反対の方向に転送
して排出しているが、そのような逆方向転送による情報
電荷の排出は、排出を完了するまでに一定の期間が必要
なことからスミアの発生を招くと共に、水平走査の帰線
期間内で排出が完了しない場合には映像信号にノイズが
重畳するという問題を有している。
そこで、上述の問題を解消する情報電荷の排出方法と
して、本願出願人は、特願平1−157369号及び特願平1
−183976号を提案している。これらの駆動方法は、オー
バーフロードレイン領域の電位を高くすると共に転送電
極を所定の期間パルス駆動することにより、チャネル領
域内の情報電荷を一定区間転送しながらオーバーフロー
ドレイン領域に排出するように構成される。
第4図は、上述の駆動方法を採用する固体撮像装置の
構成を示すブロック図で、第5図は、その動作を示すタ
イミング図である。
フレーム転送方式のCCD固体撮像素子(1)は、照射
された映像パターンに応じた情報電荷を得る撮像部(1
I)、撮像部(1I)の情報電荷を一旦蓄積する蓄積部(1
S)及び蓄積部(1S)の情報電荷を水平ライン毎に出力
させる水平転送部(1H)からなり、駆動回路(2)によ
りパルス駆動されて映像信号X(t)を出力する。この映像
信号X(t)は、信号処理回路(3)でサンプルホールド、
ガンマ補正等の処理が施された後にビデオ信号Y(t)とし
て次段の回路に出力される。
駆動回路(2)は、OFDクロックφOFDをCCD(1)の
オーバーフロードレイン領域に与えるOFDクロック発生
回路(2N)、排出転送クロックφ及び読出転送クロッ
クφを撮像部(1I)に与える排出クロック発生回路
(2R)及び読出クロック発生回路(2F)、そして蓄積転
送クロックφ及び水平転送クロックφを夫々蓄積部
(1S)及び水平転送部(1H)に与える蓄積クロック発生
回路(2S)及び水平クロック発生回路(2H)からなり、
夫々排出タイミング設定回路(4)からの排出タイミン
グ信号RT、読出タイミング設定回路(5)からの読出タ
イミング信号FTに従って動作タイミングが決定される。
また映像信号X(t)は、一画面単位で積分回路(6)に
より積分され、この積分値I(t)が露光判定回路(7)に
与えられる。そして、露光判定回路(7)では、積分値
I(t)がCCD(1)の適正露光範囲内であるか否かが判定
され、露光促進信号OPEN或いは露光抑制信号CLOSEが出
力される。即ち、露光判定回路(7)に於いては、積分
値I(t)が適正露光範囲の最大値に対応する第1の基準値
及び最小値に対応する第2の基準値と比較され、その結
果積分値I(t)が第1の基準値より大きければ露光抑制信
号CLOSE、第2の基準値より小さければ露光促進信号OPE
Nが出力される。
排出タイミング設定回路(4)は、露光判定回路
(7)の出力に従って情報電荷の排出タイミングを設定
するように構成されており、露光抑制信号CLOSEの入力
で排出タイミングを遅らせて情報電荷の蓄積期間を短縮
し、露光促進信号OPENの入力で排出タイミングを早めて
情報電荷の蓄積期間を伸長する。即ち、情報電荷の読出
タイミングは、垂直走査信号VDのブランキング期間内の
所定のタイミングに固定されており、情報電荷の排出が
完了してから次の読出タイミング迄の期間Lが情報電荷
の蓄積期間として設定されるため、情報電荷の排出タイ
ミングの変更により蓄積期間が設定される。
情報電荷の排出は、映像信号X(t)へのノイズの重量を
防止するために水平走査信号HDのブランキング期間内に
限って行われ、排出タイミングの設定が水平走査期間単
位で行われる。そこで、OFDクロックφOFDが、積分値I
(t)に対応するタイミングの水平走査信号HDのブランキ
ング期間に高レベルとなると共に、そのブランキング期
間に限って排出転送クロックφが撮像部(1I)に与え
られる。従って、撮像部(1I)のチャネル領域に蓄積さ
れた情報電荷は、露光判定回路(7)の判定に従うタイ
ミングで排出転送クロックφにより逆方向に転送され
ると共にOFDクロックφOFDによりオーバーフロードレイ
ン領域に排出される。
第6図は、情報電荷を排出駆動する際の排出転送クロ
ックφの波形図で、4相駆動の場合を示し、第7図
は、各タイミングでのポテンシャルの状態を示す図であ
る。
CCD(1)の転送電極(11)〜(14)は、2層構造を
有しており、4相の排出転送クロックφ〜φが印加
される。情報電荷を排出駆動する迄は、タイミングT0
如くクロックφのみが高レベル、他のクロックφ
φ、φが低レベルに固定され、転送電極(12)の下
に第7図に示すようなポテンシャル井戸(15)が形成さ
れて情報電荷eが蓄積される。この情報電荷eを排出す
る際、先ずクロックφが高レベルとなり、タイミング
T1には転送電極(12)の下の情報電荷eが矢印の如く転
送電極(11)の下に転送される。この転送方向は、読み
出し方向とは反対の方向、即ち蓄積部(1S)とは反対の
方向となる。そして、タイミングT2では各クロックφ
〜φが夫々反転し、転送電極(11)の下の情報電荷e
はさらに転送される。続くタイミングT3では、各クロッ
クφ〜φがタイミングT1に一致し、以後タイミング
T1、T2の状態が繰り返されることで、チャネル領域内の
情報電荷eは、読み出し方向とは反対の方向に転送され
る。このように、情報電荷eが読み出し方向とは反対方
向に転送されている期間には、チャネル領域に隣接する
オーバーフロードレイン領域に高い電圧が印加されてお
り、情報電荷eが転送される過程に於いてチャネル領域
からオーバーフロードレイン領域に排出され、情報電荷
eの量は次第に減少する。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の如き固体撮像装置に於いては、
CCD(1)のオーバーフロードレイン領域に極めて高い
電位を与える必要があるために駆動回路(2)の駆動能
力を高くする必要が生じ、回路構成が複雑になると共に
消費電力が増大することになる。
また、CCD(1)の高解像度化に伴って撮像部(1I)
の画素数が増大すると、情報電荷eの排出を完了するま
での期間が長くなり、水平走査信号HDのブランキング期
間内に収まり切らなくなる虞れが生じる。
そこで本発明は、情報電荷を排出する際の駆動電位を
低下させ、且つ情報電荷の排出動作に要する期間を短縮
することを目的とする。
(ニ)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、光電変換により発生する
情報電荷を蓄積転送する複数のチャネル領域がチャネル
分離領域で互いに分離されて配列形成されると共に上記
チャネル領域のポテンシャルの状態を制御する複数の転
送電極が上記チャネル領域上に配列形成され、上記チャ
ネル領域中の過剰な情報電荷をオーバーフロードレイン
領域に受ける固体撮像素子に於いて、上記オーバーフロ
ードレイン領域の電位を上記チャネル領域と上記オーバ
ーフロードレイン領域との間にポテンシャル障壁を形成
し得る電位より高くし、上記チャネル領域の出力側端部
にポテンシャル障壁を形成する電位を上記転送電極に与
えた後に、上記チャネル領域内にピンニング或いはピン
ニングに近い状態のポテンシャルを形成する電位を上記
各転送電極に同時に与える期間が設定された多相の転送
クロックを与え、上記チャネル領域内の情報電荷を上記
オーバーフロードレイン領域に排出することにある。
(ホ)作 用 本発明によれば、転送電極のパルス駆動の際に設定さ
れるチャネル領域のポテンシャルがピンニング状態とな
る期間に情報電荷がチャネル領域からオーバーフロード
レイン領域に排出されると共に、パルス駆動によりチャ
ネル領域内を特定の範囲内で不規則に移動する不要な情
報電荷がチャネル領域の出力側端部に形成されるポテン
シャル障壁に阻まれてチャネル領域の出力側に漏れ出す
ことなくチャネル領域からオーバーフロードレイン領域
に排出される。
(ヘ)実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図は、本発明の駆動方法を示すポテンシャル図
で、CCD(1)の撮像部(1I)から蓄積部(1S)の部分
を示し、第2図は、排出転送クロックの波形図である。
この図で、実線はチャネル領域、破線はチャネル分離領
域のポテンシャルを示す。
先ずタイミングT0は、情報電荷eの蓄積を行う状態、
即ち排出動作前の状態であり、クロックφ、φが高
レベル、クロックφ、φが低レベルに固定され、転
送電極(13)(14)の下に形成されたポテンシャル井戸
に情報電荷eが蓄積される。
情報電荷eの排出動作を開始する際、始めにタイミン
グT1の如くクロックφを低レベルとして撮像部(1I)
の出力側の端部に対応する転送電極(14)の下のポテン
シャルを浅くし、撮像部(1I)と蓄積部(1S)との間の
ポテンシャル障壁を確定する。続いて、タイミングT2
示すように各クロックφ〜φを低レベルとすると、
チャネル領域のポテンシャルは、ピンニング状態(転送
電極の電位を下げてもポテンシャルがそれ以上浅くなら
ない状態)或いはピンニングに近い状態となる。従っ
て、チャネル領域のポテンシャルが全体的に浅くなり、
チャネル領域から情報電荷eがオーバーフロードレイン
領域に流れ易くなる。
そして、タイミングT3に示すようにクロックφを高
レベルとしてタイミングT2で残された情報電荷eを転送
電極(11)の下に集め、続いてタイミングT4に示すよう
に各クロックφ〜φを低レベルとしてチャネル領域
のポテンシャルを再びピンニング状態或いはそれに近い
状態とすることで、チャネル領域の情報電荷eをオーバ
ーフロードレイン領域に排出させる。以後同様にして、
タイミングT1〜T4の状態を適数回繰り返してチャネル領
域の情報電荷eをオーバーフロードレイン領域に完全に
排出させる。
ここで、撮像部(1I)のチャネル領域の出力側端部に
配置される転送電極(14)に与えられるクロックφ
クロックφに対して遅れたタイミングで低レベルとな
ると、第3図に示すように転送電極(14)の下に蓄積さ
れる情報電荷eが蓄積部(1S)側に漏れ出すため、タイ
ミングT0からタイミングT1に示すように、クロックφ
はクロックφに先行して低レベルに立ち下がるように
設定されている。
以上の固体撮像素子の駆動方法によれば、情報電荷e
の排出動作の際に、撮像部(1I)と蓄積部(1S)との間
に形成されるポテンシャル障壁により、撮像部(1I)の
出力側で不規則に移動する不要な情報電荷eが蓄積部
(1S)側に漏れ出すのを阻止することができる。従っ
て、蓄積部(1S)側に蓄積される前フィールドの情報電
荷に不要な情報電荷が混入することがなくなる。
(ト)発明の効果 本発明によれば、オーバーフロードレイン領域の電位
を極端に高くすることなく、極めて短い時間にチャネル
領域の情報電荷をオーバーフロードレイン領域に効率よ
く排出させることができるため、駆動回路の簡略化が図
れると共に消費電力の定価が図れる。そして、チャネル
領域の出力側に不要な情報電荷が漏れ出すことがなくな
るため、出力側外部に蓄積される情報電荷に混入するノ
イズを低減でき、安定した動作が望める。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の駆動方法を示すポテンシャル図、第2
図はその排出転送クロックの波形図、第3図は撮像部か
ら蓄積部への情報電荷の漏れを説明するポテンシャル
図、第4図は固体撮像装置の構成を示すブロック図、第
5図は第4図の動作タイミング図、第6図は従来の駆動
方法を示す排出転送クロックの波形図、第7図はそのポ
テンシャル図である。 (1)……CCD、(2)……駆動回路、(3)……信号
処理回路、(4)……排出タイミング設定回路、(5)
……読出タイミング設定回路、(6)……積分回路、
(7)……露光判定回路、(11)〜(14)……転送電
極、(15)〜(17)……ポテンシャル井戸。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換により発生する情報電荷を蓄積転
    送する複数のチャネル領域がチャネル分離領域で互いに
    分離されて配列形成されると共に上記チャネル領域のポ
    テンシャルの状態を制御する複数の転送電極が上記チャ
    ネル領域上に配列形成され、上記チャネル領域中の過剰
    な情報電荷をオーバーフロードレイン領域に受ける固体
    撮像素子に於いて、 上記オーバーフロードレイン領域の電位を上記チャネル
    領域と上記オーバーフロードレイン領域との間にポテン
    シャル障壁を形成し得る電位より高くし、 上記チャネル領域の出力側端部にポテンシャル障壁を形
    成する電位を上記転送電極に与えた後に、上記チャネル
    領域内にピンニング或いはピンニングに近い状態のポテ
    ンシャルを形成する電位を上記各転送電極に同時に与え
    る期間が設定された多相の転送クロックを与え、 上記チャネル領域内の情報電荷を上記オーバーフロード
    レイン領域に排出することを特徴とする固体撮像素子の
    駆動方法。
  2. 【請求項2】水平及び垂直方向に走査される上記固体撮
    像素子の垂直走査期間中、 第1の期間に発生する情報電荷を上記チャネル領域から
    上記オーバーフロードレイン領域に排出した後に、 残余の第2の期間に発生する情報電荷を上記チャネル領
    域に蓄積し、 この第2の期間に得られる情報電荷を一画面の映像情報
    として出力することを特徴とする請求項第1項記載の固
    体撮像素子の駆動方法。
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