JP2804578B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2804578B2 JP2804578B2 JP2018640A JP1864090A JP2804578B2 JP 2804578 B2 JP2804578 B2 JP 2804578B2 JP 2018640 A JP2018640 A JP 2018640A JP 1864090 A JP1864090 A JP 1864090A JP 2804578 B2 JP2804578 B2 JP 2804578B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、チャネル領域中の情報電荷をチャネル領域
外に排出することでCCD固体撮像素子の有効露光期間を
伸縮制御する固体撮像装置に関する。
外に排出することでCCD固体撮像素子の有効露光期間を
伸縮制御する固体撮像装置に関する。
（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号公報に開示され
ている如く、垂直走査期間毎の露光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、残余の露光
期間に光電変換して得た情報電荷を蓄積するように構成
されている。即ち、情報電荷の排出タイミングの変更に
依って有効露光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から得られる映像信号のレベルに従
って設定される。
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号公報に開示され
ている如く、垂直走査期間毎の露光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、残余の露光
期間に光電変換して得た情報電荷を蓄積するように構成
されている。即ち、情報電荷の排出タイミングの変更に
依って有効露光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から得られる映像信号のレベルに従
って設定される。
このようなCCDの駆動方法では、撮像部の不要な情報
電荷を読出転送方向とは逆の方向に転送することに依り
排出を行っているが、このような情報電荷の排出は、読
出転送時と同様にスミアが発生するため、スミア成分を
増大させるという問題がある。そこで、スミアの発生を
伴うことなく情報電荷を排出する方法が種々考えられて
いる。例えば、本願出願人既提案の特願平1-157369号で
は、撮像部の蓄積転送チャネルに並設されたオーバーフ
ロードレインの電位を高くすることで、蓄積転送チャネ
ルとオーバーフロードレインとの間のポテンシャルの障
壁を消滅させて蓄積転送チャネルからオーバーフロード
レインに情報電荷を排出させている。
電荷を読出転送方向とは逆の方向に転送することに依り
排出を行っているが、このような情報電荷の排出は、読
出転送時と同様にスミアが発生するため、スミア成分を
増大させるという問題がある。そこで、スミアの発生を
伴うことなく情報電荷を排出する方法が種々考えられて
いる。例えば、本願出願人既提案の特願平1-157369号で
は、撮像部の蓄積転送チャネルに並設されたオーバーフ
ロードレインの電位を高くすることで、蓄積転送チャネ
ルとオーバーフロードレインとの間のポテンシャルの障
壁を消滅させて蓄積転送チャネルからオーバーフロード
レインに情報電荷を排出させている。
第３図（ａ）は、フレームトランスファ型CCD固体撮
像素子の撮像部の断面図であり、同図（ｂ）はその内部
のポテンシャル状態を示す図である。
像素子の撮像部の断面図であり、同図（ｂ）はその内部
のポテンシャル状態を示す図である。
Ｐ型のSi基板（１）の一面には、LOCOSに依る複数の
チャネルストップ領域（２）が互いに平行に配列形成さ
れており、このチャネルストップ領域（２）の下にＰ＋
のオーバーフロードレイン（OFD）（３）が形成されて
いる。各チャネルストップ領域（３）の間にはＮ型の転
送チャネル領域（４）が形成され、この転送チャネル領
域（４）上に転送チャネル領域（４）と直交する転送電
極（５）が形成されている。この転送電極（５）は、転
送チャネル領域（４）に沿って複数が互いに平行に配列
されると共に、隣接する転送電極（５）の端部が重なり
合う２層構造を有しており、例えば４相の転送クロック
φF1〜φF4が順に印加される。
チャネルストップ領域（２）が互いに平行に配列形成さ
れており、このチャネルストップ領域（２）の下にＰ＋
のオーバーフロードレイン（OFD）（３）が形成されて
いる。各チャネルストップ領域（３）の間にはＮ型の転
送チャネル領域（４）が形成され、この転送チャネル領
域（４）上に転送チャネル領域（４）と直交する転送電
極（５）が形成されている。この転送電極（５）は、転
送チャネル領域（４）に沿って複数が互いに平行に配列
されると共に、隣接する転送電極（５）の端部が重なり
合う２層構造を有しており、例えば４相の転送クロック
φF1〜φF4が順に印加される。
このようなCCDに於いて、情報電荷を蓄積する期間に
は、転送電極（５）の電位を高くし、OFD（３）の電位
を低くして第３図（ｂ）の実線で示すように転送チャネ
ル領域（４）とOFD（３）との間にポテンシャルの障壁
を形成し、この障壁に挟まれた領域に光電変換に依り発
生する情報電荷を蓄積する。そして、転送チャネル領域
（４）とOFD（３）との間のポテンシャルの障壁が一定
の高さを維持する範囲で転送電極（５）をパルス駆動
し、蓄積された情報電荷を読出転送する。
は、転送電極（５）の電位を高くし、OFD（３）の電位
を低くして第３図（ｂ）の実線で示すように転送チャネ
ル領域（４）とOFD（３）との間にポテンシャルの障壁
を形成し、この障壁に挟まれた領域に光電変換に依り発
生する情報電荷を蓄積する。そして、転送チャネル領域
（４）とOFD（３）との間のポテンシャルの障壁が一定
の高さを維持する範囲で転送電極（５）をパルス駆動
し、蓄積された情報電荷を読出転送する。
一方、不要な情報電荷を排出する期間には、OFD
（３）の電位を高くすると共に転送電極（４）の電位を
低くして第３図（ｂ）の破線で示すように転送チャネル
領域（４）とOFD（３）との間のポテンシャルの障壁を
消滅させ、転送チャネル領域（４）の情報電荷をOFD
（３）に排出する。このような情報電荷の排出方法に依
れば、CCDの撮像部の情報電荷を同時にしかも極めて短
い期間で排出できるため、スミアの発生が殆んどなくな
る。
（３）の電位を高くすると共に転送電極（４）の電位を
低くして第３図（ｂ）の破線で示すように転送チャネル
領域（４）とOFD（３）との間のポテンシャルの障壁を
消滅させ、転送チャネル領域（４）の情報電荷をOFD
（３）に排出する。このような情報電荷の排出方法に依
れば、CCDの撮像部の情報電荷を同時にしかも極めて短
い期間で排出できるため、スミアの発生が殆んどなくな
る。
第４図は上述のようなCCDの駆動方法を採用した固体
撮像装置の構成を示すブロック図であり、第５図はその
動作タイミング図である。
撮像装置の構成を示すブロック図であり、第５図はその
動作タイミング図である。
垂直走査信号VD及び水平走査信号HDに従って走査され
るCCD固体撮像素子（10）は、受光した画面を垂直走査
期間（1V）毎に光電変換し、画面単位で連続する映像信
号Ｙ（ｔ）を出力する。即ち、フレームトランスファ方
式のCCD（10）は、映像を受ける撮像部と撮像部に対応
付けられた蓄積部と蓄積部の出力側に設けられた水平転
送部とからなり、撮像部に発生する情報電荷を一旦蓄積
部に転送蓄積し、この蓄積部から情報電荷を水平ライン
毎に水平転送部を介して出力するように構成されてお
り、水平転送部の出力側で電荷量を電圧値に変換し映像
信号Ｙ（ｔ）として出力する。
るCCD固体撮像素子（10）は、受光した画面を垂直走査
期間（1V）毎に光電変換し、画面単位で連続する映像信
号Ｙ（ｔ）を出力する。即ち、フレームトランスファ方
式のCCD（10）は、映像を受ける撮像部と撮像部に対応
付けられた蓄積部と蓄積部の出力側に設けられた水平転
送部とからなり、撮像部に発生する情報電荷を一旦蓄積
部に転送蓄積し、この蓄積部から情報電荷を水平ライン
毎に水平転送部を介して出力するように構成されてお
り、水平転送部の出力側で電荷量を電圧値に変換し映像
信号Ｙ（ｔ）として出力する。
このCCD（10）は、駆動回路（11）に依りパルス駆動
されるもので、CCD（10）の各部の転送電極に各種転送
クロックが供給されると共に、CCD（10）のOFDには、電
位制御クロックφOFDが印加される。ここでは、CCD（1
0）の撮像部に供給される転送クロックφＦ及び電位制
御クロックφOFDを示している。駆動回路（11）は、垂
直走査のブランキング期間にCCD（10）の撮像部に順方
向の転送クロックを供給して情報電荷を撮像部から蓄積
部に転送し、後述する露光制御回路（14）からの排出タ
イミング信号RTに応じたタイミングでOFDの電位を高く
すると共に、撮像部に逆方向の転送クロックを供給して
情報電荷を蓄積部とは反対の方向に適数ビットだけ転送
する。このように、情報電荷の排出の際には、転送チャ
ネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障壁を消滅させ
てさらに情報電荷を逆方向に転送することに依り情報電
荷の残留防止が図られている。即ち、OFDに所定の電位
を与えた場合、転送チャネル領域のポテンシャルのばら
つき等に依り、部分的に転送チャネル領域とOFDとの間
のポテンシャルの障壁が完全に消滅しない虞れがあるた
め、情報電荷を適数ビット逆方向に転送し、その転送過
程で情報電荷がOFDに排出されるように構成している。
されるもので、CCD（10）の各部の転送電極に各種転送
クロックが供給されると共に、CCD（10）のOFDには、電
位制御クロックφOFDが印加される。ここでは、CCD（1
0）の撮像部に供給される転送クロックφＦ及び電位制
御クロックφOFDを示している。駆動回路（11）は、垂
直走査のブランキング期間にCCD（10）の撮像部に順方
向の転送クロックを供給して情報電荷を撮像部から蓄積
部に転送し、後述する露光制御回路（14）からの排出タ
イミング信号RTに応じたタイミングでOFDの電位を高く
すると共に、撮像部に逆方向の転送クロックを供給して
情報電荷を蓄積部とは反対の方向に適数ビットだけ転送
する。このように、情報電荷の排出の際には、転送チャ
ネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障壁を消滅させ
てさらに情報電荷を逆方向に転送することに依り情報電
荷の残留防止が図られている。即ち、OFDに所定の電位
を与えた場合、転送チャネル領域のポテンシャルのばら
つき等に依り、部分的に転送チャネル領域とOFDとの間
のポテンシャルの障壁が完全に消滅しない虞れがあるた
め、情報電荷を適数ビット逆方向に転送し、その転送過
程で情報電荷がOFDに排出されるように構成している。
一方、CCD（10）から出力される映像信号Ｙ（ｔ）
は、比較回路（12）に入力されてCCD（10）の適正露光
範囲を示す上限値及び下限値と比較され、その比較結果
がデコーダ（13）に入力される。この比較回路（12）に
於いては、映像信号Ｙ（ｔ）を一画面単位で積分し、そ
の積分値或いは平均値を上限値及び下限値と比較する。
またデコーダ（13）は、映像信号Ｙ（ｔ）が上限値より
大きければ過剰露光であると判断して露光抑圧信号CLS
を出力し、逆に下限値より小さければ露光不足であると
判断して露光促進信号OPNを出力する。そして、デコー
ダ（13）の出力を受ける露光制御回路（14）は、露光抑
圧信号CLS及び露光促進信号OPNに応じて排出タイミング
信号RTを発生し、駆動回路（11）がCCD（10）の情報電
荷を排出するタイミングを設定する。即ち、情報電荷の
排出タイミングは、露光抑圧信号CLSに依り水平走査期
間（1H）を１ステップとして遅らせられ、露光促進信号
OPNに依り1Hを１ステップとして早められる。従って、
情報電荷の排出タイミングから読出タイミングまでの期
間に設定される有効露光期間Ｌは、情報電荷の排出タイ
ミングがCCD（10）の出力する映像信号Ｙ（ｔ）のレベ
ルに応じて設定されることに依り伸縮制御される。
は、比較回路（12）に入力されてCCD（10）の適正露光
範囲を示す上限値及び下限値と比較され、その比較結果
がデコーダ（13）に入力される。この比較回路（12）に
於いては、映像信号Ｙ（ｔ）を一画面単位で積分し、そ
の積分値或いは平均値を上限値及び下限値と比較する。
またデコーダ（13）は、映像信号Ｙ（ｔ）が上限値より
大きければ過剰露光であると判断して露光抑圧信号CLS
を出力し、逆に下限値より小さければ露光不足であると
判断して露光促進信号OPNを出力する。そして、デコー
ダ（13）の出力を受ける露光制御回路（14）は、露光抑
圧信号CLS及び露光促進信号OPNに応じて排出タイミング
信号RTを発生し、駆動回路（11）がCCD（10）の情報電
荷を排出するタイミングを設定する。即ち、情報電荷の
排出タイミングは、露光抑圧信号CLSに依り水平走査期
間（1H）を１ステップとして遅らせられ、露光促進信号
OPNに依り1Hを１ステップとして早められる。従って、
情報電荷の排出タイミングから読出タイミングまでの期
間に設定される有効露光期間Ｌは、情報電荷の排出タイ
ミングがCCD（10）の出力する映像信号Ｙ（ｔ）のレベ
ルに応じて設定されることに依り伸縮制御される。
ところで、CCD（10）は転送クロックφＦで15V程度、
電位制御クロックφOFDで20〜30V程度の高い電圧で駆動
されるため、通常のCMOSレベル（5V）の波高値を有する
クロックパルスを昇圧するか、そのクロックパルスに従
うタイミングで一定の電位を発生させることで所望の波
高値のクロックを得ている。
電位制御クロックφOFDで20〜30V程度の高い電圧で駆動
されるため、通常のCMOSレベル（5V）の波高値を有する
クロックパルスを昇圧するか、そのクロックパルスに従
うタイミングで一定の電位を発生させることで所望の波
高値のクロックを得ている。
第６図は、駆動回路（11）の構成を示すブロックであ
る。
る。
クロック発生回路（15）は、垂直走査信号VD及び水平
走査信号HDに従って０〜5Vの範囲で動作し、転送クロッ
クφＦに対応するクロックφ１と電位制御クロックφ
OFDに対応するクロックφ２とを発生する。これらのク
ロックφ１，φ２は、転送クロックφＦ及び電位制御ク
ロックφOFDの立上り、立下りのタイミングを決定する
もので、CMOSレベルの波高値を有しており、夫々クロッ
クドライバ（16）及び昇圧回路（17）に入力されて所定
の波高値が与えられる。クロックドライバ（16）は、15
Vの電線VDDに依り駆動され、クロックφ１に従って15V
の波高値を有する転送クロックφＦを出力する。また、
昇圧回路（17）はクランプ回路の組合せ等に依ってクロ
ックφ２を昇圧し、20〜30V程度の波高値を有する電位
制御クロックφOFDを発生する。この昇圧回路（17）
は、クランプ電位の設定変更に依って昇圧の割合が変更
できるように構成されており、CCD（10）の内部ポテン
シャルの状態に応じて電位制御クロックφOFDの波高値
が設定される。
走査信号HDに従って０〜5Vの範囲で動作し、転送クロッ
クφＦに対応するクロックφ１と電位制御クロックφ
OFDに対応するクロックφ２とを発生する。これらのク
ロックφ１，φ２は、転送クロックφＦ及び電位制御ク
ロックφOFDの立上り、立下りのタイミングを決定する
もので、CMOSレベルの波高値を有しており、夫々クロッ
クドライバ（16）及び昇圧回路（17）に入力されて所定
の波高値が与えられる。クロックドライバ（16）は、15
Vの電線VDDに依り駆動され、クロックφ１に従って15V
の波高値を有する転送クロックφＦを出力する。また、
昇圧回路（17）はクランプ回路の組合せ等に依ってクロ
ックφ２を昇圧し、20〜30V程度の波高値を有する電位
制御クロックφOFDを発生する。この昇圧回路（17）
は、クランプ電位の設定変更に依って昇圧の割合が変更
できるように構成されており、CCD（10）の内部ポテン
シャルの状態に応じて電位制御クロックφOFDの波高値
が設定される。
（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の如き昇圧回路（17）は、30V以
上の極めて高い電圧を得るために複数のクランプ回路が
組合されて、複雑な回路構成を有している。従って、回
路規模が大きくコスト高となる問題がある。また、CCD
（10）自体についても、製造時のばらつき等に依り転送
チャネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障壁を完全
に消滅させることができないような場合も生じる。即
ち、転送チャネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障
壁を完全に消滅させうるOFDの電位がOFDの耐圧より高く
なるような場合、ポテンシャルの障壁を消滅させるより
先に素子が破壊されることになるため、そのような素子
に於いては転送チャネル領域の情報電荷をOFDに完全に
排出させることはできない。
上の極めて高い電圧を得るために複数のクランプ回路が
組合されて、複雑な回路構成を有している。従って、回
路規模が大きくコスト高となる問題がある。また、CCD
（10）自体についても、製造時のばらつき等に依り転送
チャネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障壁を完全
に消滅させることができないような場合も生じる。即
ち、転送チャネル領域とOFDとの間のポテンシャルの障
壁を完全に消滅させうるOFDの電位がOFDの耐圧より高く
なるような場合、ポテンシャルの障壁を消滅させるより
先に素子が破壊されることになるため、そのような素子
に於いては転送チャネル領域の情報電荷をOFDに完全に
排出させることはできない。
そこで本発明は、転送チャネル領域とOFDとの間のポ
テンシャルの障壁を完全に消滅できるOFDの電位を低下
させ、OFDに電位を与えるための駆動回路の回路規模を
縮小することを目的とする。
テンシャルの障壁を完全に消滅できるOFDの電位を低下
させ、OFDに電位を与えるための駆動回路の回路規模を
縮小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のもので、第１の
特徴とするところは、光電変換に依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ストップ
領域で互いに分離されて配列形成され、上記チャネルス
トップ領域内に設けられたオーバーフロードレインに上
記チャネル領域中の過剰な情報電荷を受けるCCD固体撮
像素子、上記チャネル領域と上記オーバーフロードレイ
ンとの間に電位障壁を形成しうる上記オーバーフロード
レインの電位に対して上記オーバーフロードレインを高
電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上記チャ
ネル領域上に配設された転送電極の多相のクロックパル
スを供給して上記固体撮像素子をパルス駆動する駆動手
段、を備えた固体撮像装置であって、上記駆動手段は、
情報電荷の読出期間に上記電位障壁を保持しながら第１
の波高値のクロックパルスで上記情報電荷を順方向に転
送すると共に、情報電荷の排出期間に上記電位障壁を消
滅し上記第１の波高値より低い第２の波高値のクロック
パルスで上記情報電荷を逆方向に転送することにある。
特徴とするところは、光電変換に依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ストップ
領域で互いに分離されて配列形成され、上記チャネルス
トップ領域内に設けられたオーバーフロードレインに上
記チャネル領域中の過剰な情報電荷を受けるCCD固体撮
像素子、上記チャネル領域と上記オーバーフロードレイ
ンとの間に電位障壁を形成しうる上記オーバーフロード
レインの電位に対して上記オーバーフロードレインを高
電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上記チャ
ネル領域上に配設された転送電極の多相のクロックパル
スを供給して上記固体撮像素子をパルス駆動する駆動手
段、を備えた固体撮像装置であって、上記駆動手段は、
情報電荷の読出期間に上記電位障壁を保持しながら第１
の波高値のクロックパルスで上記情報電荷を順方向に転
送すると共に、情報電荷の排出期間に上記電位障壁を消
滅し上記第１の波高値より低い第２の波高値のクロック
パルスで上記情報電荷を逆方向に転送することにある。
そして第２の特徴とするところは、半導体基板の一主
面に設けられた基板とは逆導電型の拡散領域内に光電変
換に依り発生する情報電荷を蓄積転送する複数のチャネ
ル領域が配列形成され、上記チャネル領域中の過剰な情
報電荷を上記半導体基板に受けるCCD固体撮像素子、上
記チャネル領域と上記半導体基板との間に電位障壁を形
成しうる上記半導体基板の電位に対して上記半導体基板
を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上記
チャネル領域上に配設された転送電極に多相のクロック
パルスを供給して上記固体撮像素子をパルス駆動する駆
動手段、を備えた固体撮像装置であって、上記駆動手段
は、情報電荷の読出期間に上記電位障壁を保持しながら
第１の波高値のクロックパルスで上記情報電荷を順方向
に転送すると共に、情報電荷の排出期間に上記電位障壁
を消滅し上記第１の波高値より低い第２の波高値のクロ
ックパルスで上記情報電荷を逆方向に転送することにあ
る。
面に設けられた基板とは逆導電型の拡散領域内に光電変
換に依り発生する情報電荷を蓄積転送する複数のチャネ
ル領域が配列形成され、上記チャネル領域中の過剰な情
報電荷を上記半導体基板に受けるCCD固体撮像素子、上
記チャネル領域と上記半導体基板との間に電位障壁を形
成しうる上記半導体基板の電位に対して上記半導体基板
を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上記
チャネル領域上に配設された転送電極に多相のクロック
パルスを供給して上記固体撮像素子をパルス駆動する駆
動手段、を備えた固体撮像装置であって、上記駆動手段
は、情報電荷の読出期間に上記電位障壁を保持しながら
第１の波高値のクロックパルスで上記情報電荷を順方向
に転送すると共に、情報電荷の排出期間に上記電位障壁
を消滅し上記第１の波高値より低い第２の波高値のクロ
ックパルスで上記情報電荷を逆方向に転送することにあ
る。
（ホ）作用 本発明に依れば、チャネル領域の情報電荷を排出する
際に、情報電荷を読出駆動する場合より波高値の低いク
ロックパルスで読出駆動とは逆の方向に転送すること
で、情報電荷の排出期間中チャネル領域のポテンシャル
が情報電荷の読出期間中よりも浅くなり、この排出期間
中に限ってチャネル領域とオーバーフロードレインとの
間、或いはチャネル領域と半導体基板との間のポテンシ
ャルの障壁が消滅し易くなる。従って、チャネル領域の
情報電荷を排出させるために必要なオーバーフロードレ
イン或いは半導体基板の電位が低下する。
際に、情報電荷を読出駆動する場合より波高値の低いク
ロックパルスで読出駆動とは逆の方向に転送すること
で、情報電荷の排出期間中チャネル領域のポテンシャル
が情報電荷の読出期間中よりも浅くなり、この排出期間
中に限ってチャネル領域とオーバーフロードレインとの
間、或いはチャネル領域と半導体基板との間のポテンシ
ャルの障壁が消滅し易くなる。従って、チャネル領域の
情報電荷を排出させるために必要なオーバーフロードレ
イン或いは半導体基板の電位が低下する。
（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図は本発明固体撮像装置の構成を示すブロック図
で、第２図はその主要クロックの波形図である。
で、第２図はその主要クロックの波形図である。
この図に於いて、CCD（10）、比較回路（12）、デコ
ーダ（13）及び露光制御回路（14）は第４図と同一であ
り、同一部分には同一符号を付してある。本発明の特徴
とするところは、駆動回路（20）が情報電荷の排出期間
に読出期間よりも波高値の低くなる転送クロックφＦを
CCD（10）に供給することにある。即ち駆動回路（20）
は、０〜5Vの範囲で動作し、クロックφ１，φ２を発生
するクロック発生回路（21）、クロックφ１に基づいて
転送クロックφＦを発生するクロックドライバ（22）、
クロックφ２を昇圧して電位制御クロックφOFDを発生
する昇圧回路（23）及びクロックφ２の反転信号に応じ
てクロックドライバ（22）に電源を供給する反転回路
（24）からなり、クロックドライバ（22）の電源電位が
クロックφ２に応じて情報電荷の排出期間に低下するよ
うに構成されている。クロック発生回路（21）は、第６
図と同様に垂直走査信号VD、水平走査信号HD及び排出タ
イミング信号RTに従って動作し、垂直走査のブランキン
グ期間にCCD（10）の情報電荷を順方向に転送するクロ
ックパルスと排出タイミング信号RTに従うタイミングに
CCD（10）の情報電荷を逆方向に転送するクロックパル
スとを有するクロックφ１、及び排出タイミング信号RT
に従うタイミングで立上り、所定期間の後に立下るクロ
ックφ２を発生する。また、このクロック発生回路（2
1）は、CMOSレベルの電源、例えば5Vで駆動され、各ク
ロックφ１，φ２は０〜5Vの間で変動する。
ーダ（13）及び露光制御回路（14）は第４図と同一であ
り、同一部分には同一符号を付してある。本発明の特徴
とするところは、駆動回路（20）が情報電荷の排出期間
に読出期間よりも波高値の低くなる転送クロックφＦを
CCD（10）に供給することにある。即ち駆動回路（20）
は、０〜5Vの範囲で動作し、クロックφ１，φ２を発生
するクロック発生回路（21）、クロックφ１に基づいて
転送クロックφＦを発生するクロックドライバ（22）、
クロックφ２を昇圧して電位制御クロックφOFDを発生
する昇圧回路（23）及びクロックφ２の反転信号に応じ
てクロックドライバ（22）に電源を供給する反転回路
（24）からなり、クロックドライバ（22）の電源電位が
クロックφ２に応じて情報電荷の排出期間に低下するよ
うに構成されている。クロック発生回路（21）は、第６
図と同様に垂直走査信号VD、水平走査信号HD及び排出タ
イミング信号RTに従って動作し、垂直走査のブランキン
グ期間にCCD（10）の情報電荷を順方向に転送するクロ
ックパルスと排出タイミング信号RTに従うタイミングに
CCD（10）の情報電荷を逆方向に転送するクロックパル
スとを有するクロックφ１、及び排出タイミング信号RT
に従うタイミングで立上り、所定期間の後に立下るクロ
ックφ２を発生する。また、このクロック発生回路（2
1）は、CMOSレベルの電源、例えば5Vで駆動され、各ク
ロックφ１，φ２は０〜5Vの間で変動する。
クロックドライバ（22）は、クロックφ１に応じて電
源レベルの転送クロックφＦを発生するように構成され
ており、その電源にはクロックφ２が反転回路（24）に
於いて反転され且つ10〜15Vに昇圧されたクロックφ３
が供給される。従って、転送クロックφＦの波高値は、
クロックφ３に従って変動し、CCD（10）の情報電荷を
読出駆動する期間に15V、排出駆動する期間に10Vとな
る。
源レベルの転送クロックφＦを発生するように構成され
ており、その電源にはクロックφ２が反転回路（24）に
於いて反転され且つ10〜15Vに昇圧されたクロックφ３
が供給される。従って、転送クロックφＦの波高値は、
クロックφ３に従って変動し、CCD（10）の情報電荷を
読出駆動する期間に15V、排出駆動する期間に10Vとな
る。
一方、昇圧回路（23）はクランプ回路の組合せ等に依
りクロックφ２を20〜30V程度に昇圧し、電位制御クロ
ックφOFDとしてCCD（10）のOFDに印加する。この昇圧
回路（23）は、クロックφ２をCCD（10）の転送チャネ
ル領域の情報電荷がOFDに完全に排出されるような値に
まで昇圧するように構成されているが、情報電荷の排出
期間中に転送クロックφＦの波高値が低くなるため電位
制御クロックφOFDの波高値は第６図に示す場合より低
くなる。従って、昇圧回路（23）は、昇圧能力が第６図
の昇圧回路（17）よりも小さくて良くなり、回路規模を
縮小できる。また、クロックドライバ（22）の電源電位
を直接変動させることで転送クロックφＦの波高値を情
報電荷の読出期間と排出期間とで変化させているため、
波高値の変動に依って生じる転動クロックφＦのクロッ
クφ１に対する遅れはない。
りクロックφ２を20〜30V程度に昇圧し、電位制御クロ
ックφOFDとしてCCD（10）のOFDに印加する。この昇圧
回路（23）は、クロックφ２をCCD（10）の転送チャネ
ル領域の情報電荷がOFDに完全に排出されるような値に
まで昇圧するように構成されているが、情報電荷の排出
期間中に転送クロックφＦの波高値が低くなるため電位
制御クロックφOFDの波高値は第６図に示す場合より低
くなる。従って、昇圧回路（23）は、昇圧能力が第６図
の昇圧回路（17）よりも小さくて良くなり、回路規模を
縮小できる。また、クロックドライバ（22）の電源電位
を直接変動させることで転送クロックφＦの波高値を情
報電荷の読出期間と排出期間とで変化させているため、
波高値の変動に依って生じる転動クロックφＦのクロッ
クφ１に対する遅れはない。
以上のような駆動回路（20）に於いては、情報電荷の
読出タイミングが垂直走査信号VDに従って設定されると
共に排出タイミングが露光制御回路（14）からの排出タ
イミング信号RTに従って設定され、排出タイミングから
次の読出タイミングまでの間の有効露光期間Ｌが伸縮制
御される。この有効露光期間Ｌの伸縮制御については、
第５図と同様にCCD（10）の出力する映像信号Ｙ（ｔ）
のレベルに従って情報電荷の排出タイミングが可変設定
されるように構成されており、詳しい説明は省略する。
従って、有効露光期間Ｌは、映像信号Ｙ（ｔ）のレベル
に従って伸縮制御され、CCD（10）に蓄積される情報電
荷の量が常に適正範囲に納められる。
読出タイミングが垂直走査信号VDに従って設定されると
共に排出タイミングが露光制御回路（14）からの排出タ
イミング信号RTに従って設定され、排出タイミングから
次の読出タイミングまでの間の有効露光期間Ｌが伸縮制
御される。この有効露光期間Ｌの伸縮制御については、
第５図と同様にCCD（10）の出力する映像信号Ｙ（ｔ）
のレベルに従って情報電荷の排出タイミングが可変設定
されるように構成されており、詳しい説明は省略する。
従って、有効露光期間Ｌは、映像信号Ｙ（ｔ）のレベル
に従って伸縮制御され、CCD（10）に蓄積される情報電
荷の量が常に適正範囲に納められる。
本実施例では、転送チャネルを区画するチャネルスト
ップ領域内にOFDが設けられたCCD（10）を用いた場合を
例示しているが、半導体基板の一面に形成された基板と
逆導電型の拡散領域内に転送チャネルを配列形成し、転
送チャネル内の過剰な情報電荷を半導体基板側へ排出す
る所謂縦型OFD構造のCCDにも採用することができる。こ
の場合、CCD（10）のOFDに印加していた電位制御クロッ
クφOFDを半導体基板に印加すれば良く、回路構成自体
の変更は必要ない。
ップ領域内にOFDが設けられたCCD（10）を用いた場合を
例示しているが、半導体基板の一面に形成された基板と
逆導電型の拡散領域内に転送チャネルを配列形成し、転
送チャネル内の過剰な情報電荷を半導体基板側へ排出す
る所謂縦型OFD構造のCCDにも採用することができる。こ
の場合、CCD（10）のOFDに印加していた電位制御クロッ
クφOFDを半導体基板に印加すれば良く、回路構成自体
の変更は必要ない。
また、情報電荷の排出タイミングをCCD（10）の出力
レベルに対応付けた自動露光制御の他に、情報電荷の排
出タイミングを任意に設定した静止画面を得る電子シャ
ッタの実現も可能である。
レベルに対応付けた自動露光制御の他に、情報電荷の排
出タイミングを任意に設定した静止画面を得る電子シャ
ッタの実現も可能である。
（ト）発明の効果 本発明に依れば、転送チャネル領域の情報電荷をOFD
或いは基板側に排出させるのに必要なOFD或いは基板の
電位を低下させることができるため、OFD或いは基板に
所望の電位を与えるための昇圧回路の昇圧能力を抑えて
回路規模を縮小することができる。
或いは基板側に排出させるのに必要なOFD或いは基板の
電位を低下させることができるため、OFD或いは基板に
所望の電位を与えるための昇圧回路の昇圧能力を抑えて
回路規模を縮小することができる。
また、従来CCDの耐圧を超えるような高い電位をOFD或
いは基板に与えても転送チャネル内の情報電荷が十分に
排出されず、撮像装置への搭載が不可能であったCCDで
も、転送チャネル領域の情報電荷を排出するのに必要な
OFD或いは基板の電位を低下させることで、撮像装置へ
の搭載が可能となる。このため、製造時のばらつき等に
依り転送チャネル領域とOFD或いは基板との間のポテン
シャルの障壁が消滅し難いようなCCDでも不良品となる
ことなく用いることができるため、製造歩留りが向上
し、低コスト化が望める。
いは基板に与えても転送チャネル内の情報電荷が十分に
排出されず、撮像装置への搭載が不可能であったCCDで
も、転送チャネル領域の情報電荷を排出するのに必要な
OFD或いは基板の電位を低下させることで、撮像装置へ
の搭載が可能となる。このため、製造時のばらつき等に
依り転送チャネル領域とOFD或いは基板との間のポテン
シャルの障壁が消滅し難いようなCCDでも不良品となる
ことなく用いることができるため、製造歩留りが向上
し、低コスト化が望める。
さらには、転送クロックの波高値の変動を転送クロッ
クを発生するクロックドライバの電源電位の変動に依り
実現しているため、駆動回路の回路構成が複雑になるこ
とはなく、信号の遅延に依る転送クロックのタイミング
のずれを防止でき、動作の信頼性を高めることができ
る。
クを発生するクロックドライバの電源電位の変動に依り
実現しているため、駆動回路の回路構成が複雑になるこ
とはなく、信号の遅延に依る転送クロックのタイミング
のずれを防止でき、動作の信頼性を高めることができ
る。
第１図は本発明固体撮像装置の構成を示すブロック図、
第２図は第１図の主要クロックの波形図、第３図は固体
撮像素子の断面図及びそのポテンシャル図、第４図は従
来の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図は駆動回路の構成を示
すブロック図である。 （１）……Si基板、（２）……チャネルストップ領域、
（３）……オーバーフロードレイン（OFD）、（４）転
送チャネル領域、（５）……転送チャネル、（10）……
CCD固体撮像素子、（11）（20）……駆動回路、（12）
……比較回路、（13）……デコーダ、（14）……露光制
御回路、（15）（21）……クロック発生回路、（16）
（22）……クロックドライバ、（17）（23）……昇圧回
路、（24）……反転回路。
第２図は第１図の主要クロックの波形図、第３図は固体
撮像素子の断面図及びそのポテンシャル図、第４図は従
来の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図は駆動回路の構成を示
すブロック図である。 （１）……Si基板、（２）……チャネルストップ領域、
（３）……オーバーフロードレイン（OFD）、（４）転
送チャネル領域、（５）……転送チャネル、（10）……
CCD固体撮像素子、（11）（20）……駆動回路、（12）
……比較回路、（13）……デコーダ、（14）……露光制
御回路、（15）（21）……クロック発生回路、（16）
（22）……クロックドライバ、（17）（23）……昇圧回
路、（24）……反転回路。
Claims (3)
- 【請求項１】光電変換に依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ストップ領域で互
いに分離されて配列形成され、上記チャネルストップ領
域内に設けられたオーバーフロードレインに上記チャネ
ル領域中の過剰な情報電荷を受けるCCD固体撮像素子、 上記チャネル領域と上記オーバーフロードレインとの間
に電位障壁を形成しうる上記オーバーフロードレインの
電位に対して上記オーバーフロードレインを高電位とし
て上記電位障壁を消滅させると共に、上記チャネル領域
上に配設された転送電極に多相のクロックパルスを供給
して上記固体撮像素子をパルス駆動する駆動手段、 を備えた固体撮像装置であって、 上記駆動手段は、情報電荷の読出期間に上記電位障壁を
保持しながら第１の波高値のクロックパルスで上記情報
電荷を順方向に転送すると共に、情報電荷の排出期間に
上記電位障壁を消滅し上記第１の波高値より低い第２の
波高値のクロックパルスで上記情報電荷を逆方向に転送
することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】半導体基板の一主面に設けられた基板とは
逆導電型の拡散領域内に光電変換に依り発生する情報電
荷を蓄積転送する複数のチャネル領域が配列形成され、
上記チャネル領域中の過剰な情報電荷を上記半導体基板
に受けるCCD固体撮像素子、 上記チャネル領域と上記半導体基板との間に電位障壁を
形成しうる上記半導体基板の電位に対して上記半導体基
板を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上
記チャネル領域上に配設された転送電極に多相のクロッ
クパルスを供給して上記固体撮像素子をパルス駆動する
駆動手段、 を備えた固体撮像装置であって、 上記駆動手段は、情報電荷の読出期間に上記電位障壁を
保持しながら第１の波高値のクロックパルスで上記情報
電荷を順方向に転送すると共に、情報電荷の排出期間に
上記電位障壁を消滅し上記第１の波高値より低い第２の
波高値のクロックパルスで上記情報電荷を逆方向に転送
することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】請求項第１項或いは第２項記載の固体撮像
装置に於いて、 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の期間に上記チャネル領域中の情報電
荷を排出した後、残余の第２の期間に得た情報電荷を読
出して一画面の映像情報とすることを特徴とする固体撮
像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018640A JP2804578B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018640A JP2804578B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222589A JPH03222589A (ja) | 1991-10-01 |
| JP2804578B2 true JP2804578B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=11977199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018640A Expired - Fee Related JP2804578B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804578B2 (ja) |
-
1990
- 1990-01-29 JP JP2018640A patent/JP2804578B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03222589A (ja) | 1991-10-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |