JPH01259680A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電荷結合素子で構成された垂直転送段を有す
る固体撮像装置の駆動方法に関するものである。

従来の技術 固体撮像素子で垂直転送段を有するものの代表例は、ｃ
ａｎ（電荷結合素子）である。ＣＯＤ型の固体撮像素子
では垂直転送段の構造によって、インターライン転送方
式とフレーム転送方式の２種類がある。以下、インター
ライン転送方式はＩＬ−ＣＯＤと、フレーム転送方式は
Ｆ　Ｔ　−ＣＯＤと略記する。

ＦＴ−ＣＯＤ、ＩＬ−ＣＯＤは周知の如く、撮像素子の
１１′４成上、画像の垂直方向に垂直スメアと呼ばれる
擬似信号が発生する。このスメアの発生については周知
であるので説明は省略する。

１′］１■記、垂直スメアの大幅な低減が可能な撮像素
子が特開昭５５−５２６７６号公報、及び特開昭５５−
１８３９６３号公報に提案されている。

前記構成の撮像素子はフレームインターライン型固体撮
像素子（以後ＦＩＴ−ＣＯＤと略記する）と呼ばれてい
る。ＦＩＴ−ＣＯＤの動作の概略は、垂直転送部に吸収
されたスメア成分を除去（掃き出し）したのちに、受光
素子で光電変換して得られた信号電荷を垂直方向、水平
方向に転送して信号検出部から取り出すものである。以
下第３図を用いてその概要を説明する。

第３図はＦＩＴ−ＣＯＤの基本構成を示すもので、受光
領域大、記憶領域Ｂ１水平走査領域Ｃ１電荷検出領域Ｄ
１不要電荷排出領域Ｅとにより構成されている。受光領
域大は二次元配列の受光素子１と、この受光素子１に蓄
積された信号電荷と読出すためのゲート２と、このゲー
トヲ介して読出された信号電荷を垂直方向に転送するだ
めの垂直転送レジスタ３から成り、前記受光素子１以外
の部分は遮光マスク４により遮光されている。前記垂直
転送レジスタは垂直方向の上下例れの方向にも電荷を転
送できるようにポリシリコンによる４相電極構造となっ
ている。これら４相電極には垂直転送パルスφ、１〜φ
、４が印加される。受光素子１に蓄積された信号電荷を
受は取る垂直転送電極をφマ１　、φｖ５　とし、この
垂直転送電極φマドφｖ５に印加する垂直転送パルスに
信号読出しパルスを重畳すれば、受光素子１に蓄積され
た信号電荷を垂直転送レジスタ３に読み込むことができ
る。

したがってφｖ１　とφｖ５の２つの垂直転送パルスに
１フイールドおきに信号電荷の読み出しパルスを重畳す
れば２：１のインターレース走査を行うことができる。

またφｖ１とφｖ３の２つの垂直転送パルスにほぼ同時
に信号電荷の読み出しパルスを重畳し、隣接する２つの
受光素子１からの信号電荷を読み出して混合して垂直転
送、水平転送を行い信号を取り出せばフィールド蓄積モ
ードで信号電荷を読み出すことができる。

受光素子１はチャンネルストッパー８により垂直方向、
水平方向に分離されている。垂直転送レジスタ３の延長
線の上に配置された蓄積部Ｂは、受光邦人の垂直転送部
とほぼ同一に構成されており、またその転送電極は受光
邦人と同一の４相電極構造で、各転送電極にはφつ、〜
φＭ４の４相の転送パルスが供給されている。蓄積部Ｂ
の他端に配置された水平転送部Ｃは３相の転送電極５　
、６　。

７から構成されており、この各転送電極６，６゜７には
３相の水平転送パルスφ、１．φ□２．φ、４３が供給
されている。水平転送段Ｃの一端に信号検出部りが配置
されている。電荷検出領域りは周知のフローティングデ
ィフィージッンアンプにより構成されている。

第４図は第３図に示したＦＩＴ−ＣＯＤの転送パルスの
波形の概要全示したもので、ｖＢＬＫ　は垂直ブランキ
ングパルス、■、はフィールドを区別するパルスである
。垂直転送レジスタ３に蓄積されたスメアなどの不要電
荷は垂直帰線期間の前半の期間１ｓの間に垂直転送パル
スφ、１〜φｖ４により不要電荷排出部Ｅに転送される
。次に、信号読み出し期間ｔｒＯ間に印加された読み出
しパルスｖｃＨにより受光素子１の信号電荷が、垂直転
送レジスタ３の転送電極のうちの垂直転送パルスφｖ１
もしくはφ９．が印加される転送電極の下に転送される
。垂直転送レジスタ３に転送された信号電荷は垂直帰線
期間内のｔｉの期間内に、蓄積部Ｂの所定の位置まで高
速に転送される。蓄積部Ｂの所定の位置まで転送された
信号電荷は、１水平走査期間毎に（以後、１Ｈ期間と略
す）に水平転送部Ｃへ転送される。水平転送部Ｃへ転送
された信号電荷は水平転送パルスφ□１〜φＨ５により
信号検出部りへ転送され、信号電荷は信号電圧に変換さ
れて取シ出される。

前記の構成の固体撮像素子で被写体を撮像すれば、その
垂直スメアのレベルはＩＬ−ＣＯＤに比較すれば、数１
０分の１のレベルに低減する。その低減される割合は、
１つの受光素子に対応する垂直転送レジスタ１周期（つ
まりφ、１〜φｖ４）が信号電荷を転送中に被写体像か
らの光を受ける時間にほぼ等しくなる。いまＮＴＳＣ方
式を具体例とすれば、前記ＩＬ−ＣＯＤにおいては垂直
転送レジスタ１周期分（φ７．〜φＹ４）に必要な時間
は１Ｈ期間（６３，５μｓ　）である。ＦＩＴ−ＣＯＤ
においては、受光邦人から蓄積部Ｂへの信号電荷の転送
周波数（第４図ｔｔ部の高速転送パルスの周波数）ｉｌ
ＭＨｚ（１μｓ周期）とすれば、垂直スメアの低減比は
６３．５：１となり□の垂直６３．５ スメアとなる。

ところが、第６図に示すように中央部が明るい被写体像
を撮像すると、被写体像の明るい部分を境界として、垂
直方向の上方部と、下方部とでスメア比率が異なる。こ
れは、垂直スメア成分が発生する部分（明るい部分）を
電荷転送パケットが等価的に２回通過（画面の上側）、
及び等価的に１回通過（画面の下側）となるからであり
、テレビモニター上では、この垂直スメアの比率の相違
は画質に不快感を与える。

前記の現象を防止するためのＦＩＴ−ＣＯＤの駆動方法
として、第６図に示す転送パルスが考えられる。

第６図に示しだ転送パルスは、第４図に示した転送パル
スから１ｓに相当する垂直スメアの掃き出しパルスに相
当するパルスを除去したものである。第６図に示した垂
直転送パルスを第３図に示したＦＩＴ−ＣＯＤに印加す
ると、垂直スメアは高速転送パルスを１ＭＨｚとすれば
前述の如く、ＩＬ−ＣＯＤのほぼ□となる。つまシ受光
部６３．６ 人の垂直転送レジスタ３内に発生した垂直スメア成分は
垂直転送レジスタ内を移動することなく、φ、１．φ、
、電極下に形成されたパケット内に蓄積され、ｖＯＨパ
ルス印加により、受光素子１から得られた信号電荷と混
合されて読み出される。したがって、第５図（ｂ）に示
したように、被写体の明るい部分を境界として垂直方向
の上、下で垂直スメアレベルが異るという現象は防止さ
れ、被写体の明るい部分を境界として、垂直方向の上、
下いずれの方向も、同レベルの垂直スメアとなる。

発明が解決しようとする課題 ところが、第６図で示した垂直転送パルスで第３図に示
したＦＩＴ−ＣＯＤを駆動した場合、モニターテレビ画
面上では、画面全面にわたって、不規則な固定パターン
雑音（以後ＦＰＮと略記する）が発生した。更にこの時
、φＹ１１φ７．に重畳されているｖＯＨパルスを除去
してもＦＰＮは消滅しない。前記ＦＰＮは、固体撮像素
子の温度に対して指数関数的に大きくなり、画質を著る
しく劣化させる。

前記ＦＰＮの発生原因を第７図を用いて説明する。

第７図は第３図のｘ−ｘ’線断面図である。垂直転送レ
ジスタ３は、埋め込みチャネルＣＯＤにより構成されて
いる。まだ本説明に直接必要でない遮光用アルミマスク
は省略している。垂直転送レジスタ３はｐ型半導体基板
９上に、Ｎ型部を形成し、埋め込みチャネルＣＯＤを形
成している。ｎ型半導体基板１００表面は絶縁膜として
、酸化シリコン（Ｓ１０２）を形成し、その上部にポリ
シリコン１２を配置している。ポリシリコン１２は各々
転送電極でありこのポリシリコンは４個おきに互いに接
続されている各ポリシリコン電極がφｖ１〜φｖ４の転
送電極である。

第７図（ｂ）は第６因に示しだｔｈ期間における、各垂
直転送電極下のポテンシャル図を示したものである。ま
た、第７図（ａ）に示した如く周知のように、半導体基
板と絶縁膜との界面には多数のトラップ準位が存在する
ため、暗電流が多く発生する。

（半導体基板の格子欠陥等によりｐｎ接合部で発生する
暗電流も存在する。）前記、半導体と絶縁膜界面のトラ
ップによシ発生した電子は図示した如く、ポテンシャル
の高い部分（φ７１１φｖ３電極下）へ移動し蓄積され
る。また半導体と絶縁膜界面のトラップ数は半導体表面
の場所により大きく異なる。

したがって、前記、暗電流が一垂直走査期間にわたって
蓄積された後、光電変換素子１からの信号に混合されて
、撮像素子出力信号として読み出されるため、画面上に
ＦＰＮとなって現れ、画質を損ねる。前述した如く、暗
電流は温度が上昇すれば指数関数的に増加するので画質
劣化は著るしくなる。垂直転送段に蓄積された暗電流（
ＦＰＮ）を除去するには、第４図に示した掃き出しは有
効であるが、前述の如く、垂直スメアが被写体の明るい
部分の上、下で２倍のレベルだけ異なるという問題があ
る。

本発明はかかる点に、鑑み、垂直転送段の各部分の暗電
流ムラを大幅に低減できる固体撮像装置の駆動方法を提
供せんとするものである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するため本発明では、水平走査方向にｍ
個、垂直走査方向にｎ個の光電変換素子と、前記ｍ個の
光電変換素子に対応して配置されたｍ個の垂直転送段と
水平転送部と電荷検出部を同一半導体基板上に設けてな
る固体撮像素子に、光電変換素子からの信号電荷を、前
記垂直転送段へ転送する以前に、前記垂直転送段を構成
し、かつ互いに隣接する転送パケットの電位を所定の期
間だけ等しくするものである。

作用 本発明によれば、光電変換素子に蓄積された信号電荷を
対応する垂直転送段へ転送する直前に、垂直転送段を構
成し、かつ隣接する転送パケットの電位を所定の期間だ
け等しくすることにより、蓄積された暗電流（ＦＰＮ成
分）を隣接したパケット間でほぼ平均化した後、光電変
換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送段に転送し、垂
直転送、水平転送を行ない、映像信号？電圧信号として
得るものである。

実施例 本発明による実施例を第１図を用いて説明する。

第１図は本発明による垂直転送パルスである。第１図に
示した垂直転送パルスを第３図に示したＦＩＴ−ＣＯＤ
へ印加する。第１図においては１゜の期間はＦＩＴ−Ｃ
ＯＤへ印加する垂直転送パルスφＹ１〜φｖ４ハ全テロ
−（Ｌ　ｏｗ　）レベルドナっている。しかも、φ７１
〜φｖ４の各ローレベル電位をｖＬ１〜ｖＬ４と変化さ
せている。実際第２図（ａ）に示しだように垂直転送電
極が２層のポリシリコン電極により構成されている場合
にはｖＬｌとｖＬ５　＋ｖＬ２とｖＬ４は同一の電位と
して支障ない。このときｖＬｌとｖＬ２ではｖＬ２の電
位をｖＬｌよりも低くする必要がある。これはポリシリ
コン電極からｎ型半導体の表面までの距離が異るためで
あり、垂直転送レジスタの隣接するパケットの電位を等
しくするためには第１層に配置された電極と第２層に配
置された電極に印加する電圧を変化させなければ、第２
図（ｂ）に示すような平坦なパケットとならない。前記
の如く、φ、１．φ、３のローレベルトφ、２．φＡ４
のローレベルの電位を所定の電位に調整することにより
第２図（ｂ）に示す如きパケットの電位となり、各パケ
ットに蓄積された暗電流による電子は相互の反発力によ
り拡散し、均一に分布することになる。

そして、ｔｒ期間では、均一に分布した電子が所定のパ
ケットに集まった後、ｖｃ８パルスが印加され光電変換
素子からの信号電荷が混合される。

その結果、暗電流ムラによるＦＰＮは大幅に低減される
。本実施例では、全ての垂直転送段をローレベルとして
説明したが、ｔ？Ｌ期間において、φｖ１〜φｖ４の各
電極をＶＭレベルとし、第１層と第２層に配置された７
Ｍレベルを各々所定の電位としても同様な効果が得られ
る。

また、第１図に示したｔａ期間は、あまり長くすると、
垂直スメアにより発生した電荷も拡散してしまい、垂直
スメアの低減効果を損ねるため、ＦＰＮが低減される範
囲で、できるだけ短い期間とすることが望ましい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、ＦＩＴ−ＧＣＤの垂直転
送段の各部分の暗電流ムラを大幅に低減することができ
るため、固定ノくターン雑音の大幅な低減を図ることが
できる。更に、掃き出し走査による暗電流除去の必要が
ないので明るい被写体像の上方と下方でスメア量が同一
となる。そのため、画質の改善に多大な効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における固体撮像装置の駆動
方法を示すＦＩＴ−ＣＯＤの駆動波形図、第２図はＦＩ
Ｔ−ＣＯＤの垂直転送レジスタとそのパケットの電位図
、第３図はＦＩＴ−ＣＯＤの概要図、第４図は従来のＦ
ＩＴ−ＣＯＤの駆動波形図、第５図は従来例による垂直
スメアの図、第６図は従来のＦＩＴ−ＣＯＤの駆動波形
図、第７図は第６図によりＦＩＴ−ＣＯＤを駆動したと
きの垂直転送レジスタとそのパケットの電位図である。 １・・・・・・受光素子、２・・・・・・ゲート、３・
・・・・・垂直転送レジスタ、４・・・・・・遮光マス
ク、５，６．７・・・・・・ｋ送電極、ｓ・・・・・・
チャンネルストッパ、９・・・・・・ｐ型半導体基板、
１０・・・・・・ｎ型半導体基板、１２・・・・・・ポ
リシリコン。 昭　へ 〉　＞　　−憶　　や　５ ・つ、　ｉ′つ・　　鬼 区 第２図 （（Ｚ） 第３図 第５図 （（２）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）張さ邸じ時
　　　　　　　楼号芭壮し鋳（匿■茅ｓｅｔ、ｒ面Ｄ　
　　　　　　　（モニターテＦヒ画面）第７図 ｊ＆？

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　水平走査方向（列方向）にｍ個、垂直走査方向（行方
   向）にｎ個の光電変換素子と、前記ｍ個の光電変換素子
   に対応して行方向に配置されたｍ個の垂直転送段と、水
   平転送部と電荷検出部を同一半導体基板上に設けてなる
   固体撮像素子に、光電変換素子からの信号電荷を前記、
   垂直転送段へ転送する以前に、前記垂直転送段を構成し
   、かつ互いに隣接する転送パケットの電位を所定の期間
   だけ等しくすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方
   法。