JP4269701B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置の駆動方法に関し、特に垂直レジスタからの信号電荷を水平レジスタおよび浮遊拡散層型の電荷検出部を介して出力する固体撮像装置の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4はインターライン転送型固体撮像装置の構成を示す図である。図において101はフォトダイオード(受光部)、102は読み出しゲート、103は垂直レジスタ、104は水平レジスタ、105は電荷検出部である。この装置の動作を簡単に説明する。所定の期間、入射光量に応じてフォトダイオード101で光電変換後蓄積された信号電荷を、垂直ブランキング期間に読み出しゲート102をオン状態にして対応する垂直レジスタ103に読み出す。次に、駆動パルスφV1〜φV4によって水平ブランキング期間に垂直レジスタ中を1段転送すると同時に、垂直レジスタの最終段の信号電荷は水平レジスタ104に転送される。
【0003】
有効期間中に駆動パルスφH1およびφH2によって信号電荷は水平レジスタ104中を転送され、浮遊拡散層型電荷検出部105によって電圧に変換されて外部に信号として出力される。
【0004】
図5は垂直レジスタと水平レジスタとの結合部の構成を示す平面図である。図において、201は垂直レジスタの転送チャネル、202〜205は垂直レジスタの転送電極、206は水平レジスタの転送チャネル、207〜210は水平レジスタの転送電極である。垂直レジスタは4相駆動の例を示しており、転送電極202〜205にはそれぞれ駆動パルスφV1〜φV4が印加される。また、水平レジスタは2相駆動の例を示しており、転送電極207および209の下には電位障壁が形成されている。転送電極207と208、および209と210はそれぞれ共通に接続されており、駆動パルスφH1およびφH2が印加される。
【0005】
図6は水平ブランキング期間に水平レジスタの転送電極に印加される駆動パルスφH1、φH2波形の一例を示している。駆動パルスφH1、φH2はお互いに逆位相のパルスであり、通常そのローレベルは0V、ハイレベルは3〜5Vの振幅が用いられる。水平ブランキング期間中の水平停止期間(水平レジスタの電荷転送が停止している期間)では、図5の転送電極207および208に印加されている駆動パルスφH1はハイレベル、転送電極209および210に印加される駆動パルスφH2はローレベルの状態で停止しており、この期間に図5の垂直レジスタ201中の信号電荷が水平レジスタの転送電極208下に転送される。水平停止期間の後に、互いに逆位相の駆動パルスφH1、φH2によって信号電荷は水平レジスタ中を転送された後に、電荷検出部を介して外部に信号電圧として出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
水平レジスタの転送電極は、特に電荷検出部近傍において電荷検出部を構成する浮遊拡散層と容量カップリングしており、駆動パルスφH1、φH2は出力信号波形に影響を及ぼす。これに対して、図6に示した水平ブランキング期間中の水平停止期間では、駆動パルスφH1、φH2が停止しているため、浮遊拡散層への容量カップリングによる影響はなく、φH1、φH2がパルス動作している場合よりも出力レベルが小さくなる。
【0007】
水平停止期間後に再びφH1、φH2がパルス動作を始めると、容量カップリングの影響で出力レベルが元に戻るが、パルス動作開始直後には戻らずに数十画素にわたって徐々に元のレベルに戻る。このため、有効期間開始直後(画面左側)では、信号が沈み込むシェーディングと呼ばれる現象が生じる。
【0008】
図7は、2チャネル出力の固体撮像装置の構成の一例を示す。図において、301は図4に示したフォトダイオード、読み出しゲート、垂直レジスタが配列された撮像領域、304、305は水平レジスタ、306、307は電荷検出部である。302、303は、電荷検出部を中央部に隣接して配置する空間を確保するために斜め方向に転送する垂直レジスタが配置された遷移領域である。この固体撮像装置においては、撮像領域左半分の信号は電荷検出部306から、右半分の信号は電荷検出部307から、それぞれ出力される。図4に示した構造の固体撮像装置では、通常左端にはオプティカルブラック画素やダミー画素が配置されているが、図7の構造では水平レジスタのダミー段の直後の信号を映像信号として使用する必要があるため、前述したような水平ブランキング直後のシェーディングの影響がより顕著に問題となってくる。図8に、図7に示した固体撮像装置の再生画面(図8(a))および信号出力(図8(b))を示す。左右のシェーディングが画面中央部で隣接するため、同図(a)のような縦すじ状の固定パターンノイズとなり著しく画質が劣化する。
【0009】
前述したようなシェーディングを抑制するために、図9および図10に示す固体撮像装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0010】
図9の構造が図4と異なる点は水平レジスタの最終段106の転送電極に独立した駆動パルスφH1Aを印加できるようにしていることである。図10は図9の固体撮像装置の水平レジスタを駆動するための駆動パルスを示している。水平ブランキング期間のφH1、φH2が停止している水平停止期間にも最終段の転送電極に印加する駆動パルスφH1Aは連続したパルスであり、浮遊拡散層への容量カップリングの影響を有効期間と同程度にすることができ、シェーディングを抑制することが可能となる。
【0011】
図11はシェーディングを抑制するための別の構造の固体撮像装置の例を示す(例えば特許文献2参照)。
【0012】
この例では、水平レジスタの最終段のみならず、画素領域に対応していない出力部付近のダミー段107の転送電極に独立した駆動パルスφH1B、φH2Bを印加できるようにしている。図11に示した固体撮像装置の水平レジスタの転送電極には、図12の駆動パルスが印加される。図9および図10に示した例と同様に、水平ブランキング期間中の水平停止期間に、ダミー段の転送電極に印加される駆動パルスφH1B、φH2Bは連続したパルスであり、やはり浮遊拡散層への容量カップリングの影響を有効期間と同程度にしてシェーディングの影響を抑制するものである。
【0013】
しかしながら、図9および図10で説明した固体撮像装置、図11および図12で説明した固体撮像装置ともに、出力部付近の転送電極に独立した駆動パルスを印加するため、外部の端子数が増加する、駆動パルスの種類が増加するなどの欠点を有している。
【0014】
本発明の目的は、上述した欠点を解決するためになされたものであり、端子数や駆動パルスの種類を増加することなく有効期間開始直後のシェーディングを防止することを目的としている。
【0015】
【特許文献1】
特開昭61−163772号公報(第2−3頁、図1,2)
【特許文献2】
特開平9−83872号公報(第5頁、図4,5)
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、基板上に、2次元状に配置された受光部と、受光部から受け取った信号電荷を垂直方向に転送する垂直レジスタと、垂直レジスタから受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平レジスタと、水平レジスタの一端に設けられた電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、水平ブランキング期間中の水平停止期間に、垂直レジスタから信号電荷を受け取る転送電極以外の水平レジスタの転送電極に連続した駆動パルスを印加され、前記水平停止期間以外の期間に前記信号電荷を受け取る転送電極以外の前記水平レジスタの転送電極に印加される駆動パルスのハイレベルよりも前記連続した駆動パルスのハイレベルが低いことを特徴とする。
【0017】
本発明は上記構成によって、水平停止期間においても浮遊拡散層との容量カップリングは有効期間と同程度となり、有効期間開始直後のシェーディングを防止することができるという効果を有するものある。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態による図4および図5に示した固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図である。水平ブランキング期間中に垂直レジスタから水平レジスタに信号電荷を転送する水平停止期間において、図6に示した従来の駆動方法では駆動パルスφH1、φH2ともに停止していたのに対し、本実施の形態の駆動方法ではφH2を連続したパルスとしている点が異なっている。水平停止期間において、垂直レジスタからの信号電荷を受ける転送電極の駆動パルスφH1は停止しているため、垂直レジスタからの信号電荷の転送には支障がない。一方、駆動パルスφH2が印加される転送電極は、垂直レジスタからの電荷転送には関与しないため、連続してパルスを印加していても問題はない。
【0019】
これにより、水平停止期間においても浮遊拡散層との容量カップリングは有効期間と同程度になり、有効期間開始直後のシェーディングを防止することができる。
【0020】
図2は本発明の第2の実施の形態による図4および図5に示した固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図である。本実施の形態の駆動方法が図1に示した第1の実施の形態の駆動方法と異なるのは、水平停止期間中の「連続した駆動パルス」φH2のハイレベルを他の期間よりも低くしている点である。これは、「連続した駆動パルス」φH2が印加される転送電極がハイレベルになった時の電位を、駆動パルスφH1が印加され垂直レジスタから信号電荷を受け取る転送電極がハイレベルになったときの電位よりも低くすることで、垂直レジスタから大きな信号量の電荷が転送されても隣接する転送電極へ漏れ込まないようにできる利点がある。本実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、水平停止期間における浮遊拡散層との容量カップリングが有効期間と同程度になり、有効期間開始直後のシェーディングを防止することができる。
【0021】
図3は本発明の第3の実施の形態による図4および図5に示した固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図である。本実施の形態の駆動方法では、水平停止期間中の駆動パルスφH2は図6の従来例と同様に停止しているが、駆動パルスφH1をローレベルがその他の期間より高いレベルで「連続した」パルスとしている点に特徴がある。このときのローレベルは、垂直レジスタからの電荷転送を妨げないようなレベルに設定すればよい。本実施の形態では、駆動パルスφH2がローレベルで停止しているために、垂直レジスタから電荷を駆動パルスφH1が印加される転送電極に転送する際に、隣接する電極に漏れ込むことはない。本実施の形態においても第1および第2の実施の形態と同様に、水平停止期間における浮遊拡散層との容量カップリングが有効期間と同程度になり、有効期間開始直後のシェーディングを防止することができる。
【0022】
なお、本発明の連続した駆動パルスは、水平レジスタが3相以上で駆動される場合においても有効である。その場合には水平レジスタの転送電極のうち垂直レジスタから信号電荷を受け取る転送電極以外のすべての転送電極に印加する方がひとつの転送電極に比べてシェーディングの防止能力が大きい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、水平ブランキング中の水平レジスタの停止期間に駆動パルスの一部を連続したパルスとすることによって、端子数や駆動パルスの種類を増加することなく有効期間開始直後のシェーディングの防止を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【図2】本発明の第2の実施の形態による固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【図3】本発明の第3の実施の形態による固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【図4】インターライン転送型固体撮像装置の構成図
【図5】図4の固体撮像装置における垂直レジスタと水平レジスタとの結合部の平面図
【図6】従来の固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【図7】2チャネル出力の固体撮像装置の構成図
【図8】図7の固体撮像装置の再生画面および信号出力を示す説明図
【図9】従来の固体撮像装置の構成図
【図10】図9の固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【図11】従来の固体撮像装置の構成図
【図12】図11の固体撮像装置の駆動方法を示す駆動パルス波形図
【符号の説明】
101 フォトダイオード
102 読み出しゲート
103 垂直レジスタ
104 水平レジスタ
105 電荷検出部
Claims (2)
- 基板上に、2次元状に配置された受光部と、前記受光部から受け取った信号電荷を垂直方向に転送する垂直レジスタと、前記垂直レジスタから受け取った前記信号電荷を水平方向に転送する水平レジスタと、前記水平レジスタの一端に設けられた電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
水平ブランキング期間中の水平停止期間に、前記垂直レジスタから前記信号電荷を受け取る転送電極以外の前記水平レジスタの転送電極に連続した駆動パルスを印加され、
前記水平停止期間以外の期間に前記信号電荷を受け取る転送電極以外の前記水平レジスタの転送電極に印加される駆動パルスのハイレベルよりも前記連続した駆動パルスのハイレベルが低いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 基板上に、2次元状に配置された受光部と、前記受光部から受け取った信号電荷を垂直方向に転送する垂直レジスタと、前記垂直レジスタから受け取った前記信号電荷を水平方向に転送する水平レジスタと、前記水平レジスタの一端に設けられた電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
水平ブランキング期間中の水平停止期間に、前記垂直レジスタから前記信号電荷を受け取る前記水平レジスタの転送電極に連続した駆動パルスが印加され、
前記連続した駆動パルスのローレベルが前記水平停止期間以外の期間に前記信号電荷を受け取る転送電極に印加される駆動パルスのローレベルよりも高いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
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