JP2939997B2

JP2939997B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2939997B2
Application number: JP1124502A
Authority: JP
Inventors: 功廣田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH02305186A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電荷転送素子を用いて構成された固体撮像装
置及び固体撮像装置の駆動方法に関し、不要電荷の掃き
出し転送が行われる固体撮像装置及び固体撮像装置の駆
動方法の改良に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、複数の受光部と、複数の受光部からの信号
電荷が転送され、信号電荷を出力するための第１の転送
信号が信号電荷を転送する第１のレベルであって、第１
の転送信号と逆相の信号電荷を出力するための第２の転
送信号が信号電荷を蓄積する第２のレベルであるとき
に、信号電荷を出力する電荷転送部と、不要電荷の掃き
出し時と通常の信号電荷読み出し時とでそれぞれ同じ周
波数のクロックを基準にする交流パルスからなる制御信
号によって、電荷転送部の出力をリセットするリセット
手段とを備える固体撮像装置及びこの駆動方法におい
て、不要電荷の掃き出しは、垂直ブランキング期間にお
いて、制御信号が、第１の転送信号が第１のレベルのと
き、電荷転送部に存在する不要電荷を信号電荷の転送方
向と同一の方向に掃き出し転送するリセットレベルに設
定されて行われるものである。

〔従来の技術〕

CCD型の固体撮像装置は、受光部で発生した信号電荷
を電荷転送部により転送し、順次信号電荷に対応した出
力をする装置である。一般に、電荷転送部には、複数相
の駆動パルスで駆動される転送電極が形成され、その電
荷転送部の終端部に出力バッファが形成される。出力バ
ッファへの信号電荷の取り出しは例えばフローティング
ディフュージョンから行われ、このフローティングディ
フュージョンは駆動パルスと同様のリセットパルスでリ
セットされる。

ところで、この固体撮像装置には、正規の画像信号と
なる信号電荷の他に、スメア等の偽信号である不要電荷
が発生する。そこで、従来より、そのような不要電荷を
掃き出す技術の開発が行われており、オーバーフロード
レイン構造や、インターライン型のCCDにおける垂直レ
ジスタの水平レジスタ側の反対側にドレインを設け、そ
のドレインに転送を行って不要電荷を掃き出す技術等が
知られている。

また、不要電荷の掃き出し技術として、信号電荷の転
送方向と同一の方向に不要電荷を掃き出す技術も知られ
ている（例えば、特開昭58−10977号公報参照。）。こ
のような掃き出し転送を正転送方向に行うことにより、
転送電極の構造や駆動信号系を簡易化することが可能と
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、信号電荷の転送方向と同一の方向に不
要電荷を掃き出す場合には、その転送の途中に不要電荷
を吸収するための電荷吸収部を設ける必要がある。この
ため装置の面積が増大し、また、そのための特別のゲー
トも必要となる。これに対して、仮にドレインを設けず
に、出力バッファ等の出力部まで不要電荷を掃き出す場
合では、電荷吸収部を設けることが不要となる。しか
し、出力部まで不要電荷を転送する場合では、通常の画
像信号電荷の数倍に達する不要電荷の信号が出力部より
出力されることになる。このため、周辺の信号処理回路
が飽和したり、誤動作したりし、或いはシェーディング
等が発生することになる。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、周辺の
信号処理回路の飽和や誤動作等を防止しながら、不要電
荷を掃き出すような固体撮像装置及び固体撮像装置の駆
動方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子
は、複数の受光部と、複数の受光部からの信号電荷が転
送され、信号電荷を出力するための第１の転送信号が信
号電荷を転送する第１のレベルであって、第１の転送信
号と逆相の信号電荷を出力するための第２の転送信号が
信号電荷を蓄積する第２のレベルであるときに、信号電
荷を出力する電荷転送部と、不要電荷の掃き出し時と通
常の信号電荷読み出し時とでそれぞれ同じ周波数のクロ
ックを基準にする交流パルスからなる制御信号によっ
て、電荷転送部の出力をリセットするリセット手段とを
備える。そして、不要電荷の掃き出しは、垂直ブランキ
ング期間において、制御信号が、第１の転送信号が第１
のレベルのとき、電荷転送部に存在する不要電荷を信号
電荷の転送方向と同一の方向に掃き出し転送するリセッ
トレベルに設定されて行われる。

また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、複数の受
光部と、複数の受光部からの信号電荷が転送され、信号
電荷を出力するための第１の転送信号が信号電荷を転送
する第１のレベルであって、第１の転送信号と逆相の信
号電荷を出力するための第２の転送信号が信号電荷を蓄
積する第２のレベルであるときに、信号電荷を出力する
電荷転送部と、不要電荷の掃き出し時と通常の信号電荷
読み出し時とでそれぞれ同じ周波数のクロックを基準に
する交流パルスからなる制御信号によって、電荷転送部
の出力をリセットするリセット手段とを備える。そし
て、不要電荷の掃き出しは、垂直ブランキング期間にお
いて、制御信号が、第１の転送信号が第１のレベルのと
き、電荷転送部に存在する不要電荷を信号電荷の転送方
向と同一の方向に掃き出し転送するリセットレベルに設
定されて行われる。

ここで、受光部は、一列或いはマトリクス状に配列さ
れ、入射した光を信号電荷に変換する。電荷転送部は、
その転送型に異なるが、例えばフレームインターライン
転送型では、撮像部の垂直レジスタと蓄積部の垂直レジ
スタ及び水平レジスタからなり、インターライン転送型
では、垂直レジスタ及び水平レジスタからなる。出力
は、フローティングディフュージョン、或いはフローテ
ィングゲート等の信号取り出し部に接続しソースホロウ
等の構成とされる出力バッファを主たる構成とする。リ
セット手段は、出力の作動状態をリセット状態にする機
能を有し、一例として、リセットゲート（プリチャージ
ゲート）やリセットドレイン（プリチャージドレイン）
を有する構造にできる。

〔作用〕

本発明は、垂直ブランキング期間において、交流パル
スよりなる制御信号が、第１の転送信号が信号電荷を転
送する第１のレベルのとき、電荷転送部に存在する不要
電荷を信号電荷の転送方向と同一の方向に掃き出し転送
するリセットレベルとなり、不要電荷の掃き出しを行
う。また、制御信号の交流パルスは、不要電荷の掃き出
し時と通常の信号電荷読み出し時とでそれぞれ同じ周波
数のクロックを基準にする。

〔実施例〕

以下、本発明に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の
駆動方法の実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、フレームインターライン転送型のCCDで
あり、不要電荷がリセットのためのプリチャージドレイ
ンに掃き出される例である。

まず、CCD全体の構造について、第４図を参照して説
明する。

第４図に示すように、本実施例のCCD1は、撮像部２を
構成するように、マトリクス状に配列されフォトセンサ
ーからなる複数の受光部４と、垂直転送部である第１の
垂直レジスタ部５を有している。受光部４は例えば電荷
を基板に掃き出すことの可能な縦型オーバーフロードレ
イン構造を有する。第１の垂直レジスタ部５は受光部４
の各垂直列に沿って形成される。各受光部４と第１の垂
直レジスタ部５の間には信号電荷の読み出しのための転
送ゲートが設けられる。これら第１の垂直レジスタ部５
には、それぞれ転送信号IMΦ１〜IMΦ４が供給され、こ
れら４相の転送信号IMΦ１〜IMΦ４のパルスによって第
１の垂直レジスタ部５の電荷が転送される。

本実施例のCCD1には、それら第１の垂直レジスタ部５
に連続して蓄積部３が形成される。この蓄積部３は、各
垂直列毎に設けられた第１の垂直レジスタ部５に対応し
て各垂直列毎に設けられる第２の垂直レジスタ部６から
なる。これら第２の垂直レジスタ部６に第１の垂直レジ
スタ部５から信号電荷が高速転送され、一時的にその信
号電荷が蓄積される。これら第２の垂直レジスタ部６に
は、４相の転送信号STΦ１〜STΦ４が供給され、これら
４相の転送信号STΦ１〜STΦ４によって第２の垂直レジ
スタ部６の電荷が転送される。

その第２の垂直レジスタ部６の第１の垂直レジスタ部
５と反対側には、水平レジスタ部７が配設される。この
水平レジスタ部７は、蓄積部３の各第２の垂直レジスタ
部６に蓄積された電荷を１水平ライン毎に読み出すため
のレジスタである。この水平レジスタ部７には、全部の
第２の垂直レジスタ部６から１水平ライン分の電荷が転
送され、その電荷が出力回路８に対して出力される。こ
の水平レジスタ部７の転送電極には、２相の水平転送信
号ＨΦ1,HΦ２が供給され、転送は水平転送信号ＨΦ1,H
Φ２によって行われる。

この水平レジスタ部７からは、水平レジスタ部７の終
端部に位置する信号取り出し部としてのフローティング
ディフュージョン10fを介し、例えばソースホロワ等の
構成を有する出力回路８へ信号が取り出される。リセッ
トは、リセットトランジスタ10により行われ、そのリセ
ットトランジスタのゲートに供給される交流パルスであ
るプリチャージゲート制御信号ΦPGによって、上記フロ
ーティングディフュージョン10fとリセット用のプリチ
ャージ電圧V_PDが供給されるリセットドレイン10dの間の
オン・オフが制御される。そして、出力回路８の出力端
子９より、このCCD1の画像信号V_OUTが出力される。

このような構造を有する本実施例のCCD1は、そのブラ
ンキング期間の掃き出し転送期間にプリチャージゲート
制御信号ΦPGの位相がシフトして、リセットトランジス
タ10がリセット状態にされる。

このCCD1の動作について、第１図〜第３図及び第５図
を参照しながら説明する。

まず、第５図は掃き出し転送が行われるタイミングに
ついて説明しており、信号（ａ）が低レベルにされた時
が垂直ブランキング期間t_BLKであり、高レベルにされた
時が画像信号を出力する映像期間である。上記垂直ブラ
ンキング期間t_BLKが始まると、垂直駆動信号（ｂ）の期
間t₁の不要電荷の掃き出し転送が行われる。この不要電
荷の掃き出し転送は信号電荷の転送と同一の方向を転送
方向である。すなわち、第４図に示した第１の垂直レジ
スタ部５から第２の垂直レジスタ６へ不要電荷が転送さ
れ、その不要電荷は第２の垂直レジスタ部６から水平レ
ジスタ部７に転送され、最終的には水平レジスタ部７の
フローティングディフュージョン10fまで転送される。
このとき、プリチャージゲート制御信号（ｃ）は、後述
するようなパルスのタイミングからなるフローティング
ディフュージョン10fに電荷を蓄積しないリセット状態
にさせる信号T_Aのモードになる。このような不要電荷の
掃き出し転送を行うことで、読み出される画像信号の偽
信号の成分が低減されることになる。

次に、上記期間t₁が経過した後、パルスΦ_ROにより受
光部４と第１の垂直レジスタ部５の間の転送ゲートがオ
ンになり、第１の垂直レジスタ部５に信号電荷が転送さ
れる。また、期間t₁が経過した後、プリチャージゲート
制御信号（ｃ）も、各クロック毎にフローティングディ
フュージョン10fに電荷を蓄積させて出力させ且つ各ク
ロック毎にリセットを行うような状態にさせる信号T_Nの
モードに戻る。そして、その信号電荷の第１の垂直レジ
スタ部５への読み出し後、同じ垂直ブランキング期間t
_BLK内の期間t₂で第１の垂直レジスタ部５から第２の垂
直レジスタ部６への信号電荷の高速転送が行われる。そ
して、垂直ブランキング期間t_BLK後の映像期間では、第
２の垂直レジスタ部６から１水平ライン毎に水平レジス
タ部７へ信号電荷が送られ、出力回路８より信号が出力
される。

このように本実施例のCCDでは、不要電荷の掃き出し
転送が行われる期間t₁に、プリチャージゲート制御信号
が通常の信号T_Nから、フローティングディフュージョン
10fに電荷を蓄積させずにリセットするような信号T_Aに
変化する。このために出力回路８に不要電荷による信号
を現さずに、不要電荷をリセットドレイン10dに吸収さ
せることが行われる。

このようなプリチャージゲート制御信号ΦPGの信号T_N
のモードから信号T_Aのモードへの変化について、さらに
第１図〜第３図を参照して説明する。

まず、ブランキング信号V_BLKが高レベルの時は、映像
期間内であり、プリチャージゲート制御信号ΦPGは前記
通常の信号T_Nのモードとされる。その信号T_Nのモードで
は、第１図に示すように、水平レジスタ部７への転送信
号であって最終段の電位を与える水平転送信号ＨΦ１
と、同じく転送信号であって最終段の１つ前の段の電位
を与える水平転送信号ＨΦ２とが互いに逆相のクロック
信号として供給される。そして、このブランキング信号
V_BLKが高レベルの時では、プリチャージゲート制御信号
ΦPGは、水平転送信号ＨΦ１が高レベルになる時に同期
して高レベルにされる。このように水平転送信号ＨΦ１
が高レベルになる時は、最終段の転送電極の領域が蓄積
状態にされ、読み出しゲートを越えてフローティングデ
ィフュージョン10fに電荷が流入することはない。そし
て、プリチャージゲート制御信号ΦPGが高レベルとなる
ことから、リセットトランジスタ10がリセット状態とな
り、フローティングディフュージョン10fがプリチャー
ジされることになる。

そして、同じ前記通常の信号T_Nのモードの時でも、次
のクロックの水平転送信号ＨΦ２が高レベルとなる時
は、水平転送信号ＨΦ２にかかる領域が蓄積状態とな
り、水平転送信号ＨΦ１にかかる領域は転送状態とな
る。すると、前のクロックで信号ＨΦ１にかかる転送電
極の領域に存在した電荷は、読み出しゲートを越え、既
に前のクロックでリセットされたフローティングディフ
ュージョン10fに転送される。このときプリチャージゲ
ート制御信号ΦPGは低レベルであって、リセット状態で
はないことから、フローティングディフュージョン10f
に転送された電荷は、ソースホロワ等の構成を有した出
力回路８に入力し、その電荷量に応じた画像信号V_OUTが
出力端子９より出力されることになる。

以上の動作が、通常の映像期間に対応した通常の信号
T_Nモード時の動作であるが、掃き出し転送時には、プリ
チャージゲート制御信号ΦPGは次のような信号T_Aの状態
になり、プリチャージドレイン10dへの不要電荷の掃き
出しが行われる。

ブランキング信号V_BLKが低レベルに遷移したブランキ
ング期間中では、プリチャージゲート制御信号ΦPGはフ
ローティングディフュージョン10fをリセットする信号T
_Aのモードとされる。すなわち、上記水平転送信号ＨΦ
１及び上記水平転送信号ＨΦ２は、そのまま信号T_Nのモ
ードの時と変わらず、互いに逆相とされて第１及び第２
の垂直レジスタ部5,6から掃き出されてきた不要電荷
を、信号電荷の転送方向と同一の方向で水平転送させる
ように水平レジスタ部７に供給される。この時、仮に信
号T_Nのモードの場合のように、水平転送信号ＨΦ２が高
レベルの時に、プリチャージゲート制御信号ΦPGが低レ
ベルとなれば、フローティングディフュージョン10fを
介して出力回路８の方に電荷が転送されることになる
が、この信号T_Aのモードの時は、水平転送信号ＨΦ２が
高レベルで水平転送信号ＨΦ１が低レベルの時に、プリ
チャージ制御信号ΦPGは高レベルとなる。

ここで、第２図を参照して第１図の時刻T₁のフローテ
ィングディフュージョン10fの付近の状態を説明する
と、水平転送信号ＨΦ２が高レベルとされ、水平転送信
号ＨΦ２にかかる領域は蓄積状態とされる。また、水平
転送信号ＨΦ１が低レベルとされ、水平転送信号ＨΦ１
にかかる領域は転送状態とされる。このため、最終段の
転送電極にかかる領域からは、不要電荷e₁が読み出しゲ
ートを越えてフローティングディフュージョン10fに流
れこむ。ところが、プリチャージゲート制御信号ΦPGが
高レベルとなっているために、フローティングディフュ
ージョン10fはリセット状態であり、結局不要電荷e₁は
プリチャージドレイン10dに吸収されることになる。

第３図は第１図の時刻T₂の状態を示している。この時
刻T₂では、水平転送信号ＨΦ２が低レベルとされ、水平
転送信号ＨΦ２にかかる領域は転送状態とされる。ま
た、水平転送信号ＨΦ１が高レベルとされ、水平転送信
号ＨΦ１にかかる領域は蓄積状態とされる。そして、そ
の最終段の水平転送信号ＨΦ１にかかる領域に蓄積され
た不要電荷e₁が、各転送信号ＨΦ1,HΦ２の次のクロッ
クの時に、フローティングディフュージョン10fに転送
され、同様にプリチャージドレイン10dに吸収されるこ
とになる。

このように本実施例のCCDは、信号電荷の転送方向と
同一の方向の不要電荷の掃き出し転送が行われる時に、
フローティングディフュージョン10fに不要電荷が掃き
出されるタイミングで、プリチャージゲート制御信号Φ
PGが高レベルとなる。このためフローティングディフュ
ージョン10fはリセット状態となり、不要電荷が出力回
路８に送られて余分な信号が出力されるような問題は生
じない。

また、このように出力部をリセットしておくためのプ
リチャージゲート制御信号ΦPGは、信号T_Nのモードの時
と信号T_Aのモードの時で、それぞれ同じ周波数のクロッ
クを基準に得ることができ、回路構成上の負担を減らす
ことが可能である。

なお、上述の実施例では、フレームインターライン転
送型のCCDについて説明したが、本発明の固体撮像装置
は、インターライン転送型のCCDや、ラインイメージャ
等でも良い。

〔発明の効果〕

本発明は、垂直ブランキング期間において、交流パル
スよりなる制御信号が、第１の転送信号が信号電荷を転
送する第１のレベルのとき、電荷転送部に存在する不要
電荷を信号電荷の転送方向と同一の方向に掃き出し転送
するリセットレベルに設定されることにより、不要電荷
の掃き出しを行う。これにより、不要電荷による信号が
出力されることが防止され、周辺回路の飽和や誤動作を
防止したり、シェーディング等の発生を防止することが
できる。また、制御信号の交流パルスは、不要電荷の掃
き出し時と通常の信号電荷読み出し時とでそれぞれ同じ
周波数のクロックを基準にすることで、回路構成上の負
担を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の一例を動作を説明する
ためのタイミングチャート、第２図はその一例の時刻T₁
の時点における出力部付近のポテンシャルの状態を説明
する模式図、第３図は上記一例の時刻T₂の時点における
出力部付近のポテンシャルの状態を説明する模式図、第
４図は上記固体撮像装置の一例の構成を示すブロック
図、第５図は上記固体撮像装置の一例の不要電荷の掃き
出し転送のタイミングを説明するためのタイミングチャ
ートである。１……CCD、４……受光部、５……第１の垂直レジスタ
部、６……第２の垂直レジスタ部、７……水平レジスタ
部、８……出力回路、10……リセットトランジスタ、10
f……フローティングディフュージョン、10d……リセッ
トドレイン、ΦPG……プリチャージゲート制御信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の受光部と、上記複数の受光部からの信号電荷が転送され、該信号電
荷を出力するための第１の転送信号が該信号電荷を転送
する第１のレベルであって、該第１の転送信号と逆相の
該信号電荷を出力するための第２の転送信号が該信号電
荷を蓄積する第２のレベルであるときに、該信号電荷を
出力する電荷転送部と、不要電荷の掃き出し時と通常の信号電荷読み出し時とで
それぞれ同じ周波数のクロックを基準にする交流パルス
からなる制御信号によって、上記電荷転送部の出力をリ
セットするリセット手段とを備え、上記不要電荷の掃き出しは、垂直ブランキング期間にお
いて、上記制御信号が、上記第１の転送信号が上記第１
のレベルのとき、上記電荷転送部に存在する不要電荷を
上記信号電荷の転送方向と同一の方向に掃き出し転送す
るリセットレベルに設定されて行われることを特徴とす
る固体撮像装置。
【請求項２】複数の受光部と、上記複数の受光部からの信号電荷が転送され、該信号電
荷を出力するための第１の転送信号が該信号電荷を転送
する第１のレベルであって、該第１の転送信号と逆相の
該信号電荷を出力するための第２の転送信号が該信号電
荷を蓄積する第２のレベルであるときに、該信号電荷を
出力する電荷転送部と、上記不要電荷の掃き出し時と通常の信号電荷読み出し時
とでそれぞれ同じ周波数のクロックを基準にする交流パ
ルスからなる制御信号によって、上記電荷転送部の出力
をリセットするリセット手段とを備え、不要電荷の掃き出しは、垂直ブランキング期間におい
て、上記制御信号が、上記第１の転送信号が上記第１の
レベルのとき、上記電荷転送部に存在する不要電荷を上
記信号電荷の転送方向と同一の方向に掃き出し転送する
リセットレベルに設定されて行われることを特徴とする
固体撮像装置の駆動方法。