JPH02155378A - 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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JPH02155378A
JPH02155378A JP63310381A JP31038188A JPH02155378A JP H02155378 A JPH02155378 A JP H02155378A JP 63310381 A JP63310381 A JP 63310381A JP 31038188 A JP31038188 A JP 31038188A JP H02155378 A JPH02155378 A JP H02155378A
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JP
Japan
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pulse
light
substrate
period
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JP63310381A
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English (en)
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Akihiro Kono
明啓 河野
Atsushi Mikoshiba
篤 御子柴
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NEC Corp
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC Corp
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Publication date
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    • H01L27/148Charge coupled imagers
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    • HELECTRICITY
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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〕 本発明は固体撮像素子による撮像方法に関し、特にイン
ターライン転送方式〇〇D撮像素子の電子シャッター駆
動方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のインターライン転送方式〇CD撮像素子はフォト
ダイオードで光電変換され、蓄積された電荷は垂直ブラ
ンキング期間毎に読み出されるため例えばNTSCの場
合1/60秒の蓄積時間を有する事になる。従って17
60秒期間で蓄積された電荷量で像を撮らえるため、速
く動く物を撮った場合、画面がポケるのが常であった。
この欠点を改善するため蓄積時間を短がくする電子シャ
ッター動作が最近提案され実用化されつつある。
例を挙げると写真工業出版社発行のビデオα1987年
8月号P145〜148に示す様に一般には第10図の
様に上部にドレイン4を設けたインターライン方式CC
D撮像素子を用い、第11図の様に垂直ブランキング期
間に2つのフォトダイオード(以後PDとする)読み出
しパルス8を設け、その間に高速道転送パルス14を加
えて最初のPD読み出しで読み出された電荷をドレイン
側に掃き出す。この間に蓄積された電荷が2回目のPD
読み出しで出力される。この期間t1がシャッター時間
となる。この場合垂直ブランキング10内で不要電荷読
み出し、高速掃き出し、信号電荷読み出しを行なわなけ
ればならずシャッター時間171000秒固定しか出来
ない。これの改良型として第12図の様に蓄積部12を
設ける事でシャッター時間17250秒〜171000
秒を実現さ1987年10月号F60〜64に示される
様な縦型オーバーフロードレインを利用して基盤側に不
要電荷を引き抜く方法があるがこの場合高い基盤電圧(
以後Vsubとする)が必要であり、この様な電圧で完
全にPD蓄積電荷を零とするためにはVsubに対する
PD最大蓄積電荷量のコントロール依存性を高くする必
要があり、この事はPDの静電容量の増加を意味し基盤
濃度むら等による静電容量のばらつきの影唇が大きくな
り、飽和むらの発生等を生ずる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の撮像方法による電子シャターは可変範囲
を広げようとするとそれだけメモリーの段数が必要とな
るので、必然的に撮像素子のチップ面積が大きくなって
しまう。又、メモリー段数が増えるとそれだけ早い時間
で転送しなければならないので周波数が高くなり垂直レ
ジスターの最大転送電荷量が減少してしまう欠点がある
また縦型オーバーフロードレインを利用する方法ではV
 s u bを高電圧にしなければならない。
この様な電圧で完全にFD蓄積電荷を零とするためには
V s u bに対するPD最大蓄積電荷量のコントロ
ール依存性を高くする必要があり、この事はPDの静電
容量の増加を意味し、基盤濃度むら等による静電容量の
バラツキの影響が大きくなり飽和ムラの発生等を生ずる
という欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の固体撮像素子の撮像方法は少なくとも読み出し
パルスを含み、所望の蓄積時間遮光アルミ電極印加電圧
を必要な電荷量をフォトダイオードに蓄積出来る電圧に
設定し、前記蓄積時間以外の期間遮光アルミ電極印加電
圧を前記電圧より低電圧にし、かつ電圧切換時点が水平
或いは垂直ブランキング期間であるパルスを遮光アルミ
電極に印加すると共に、前記低電圧期間の水平ブランキ
ング期間内に基板電圧を通常よりも高い電圧に切り換え
、前記遮光アルミ電極印加パルスの立ち上がりと同時或
いはそれ以前に基板電圧を通常に切り換えるパルスを基
板に加える事により電子シャッター動作を実現する。
すなわち、従来の撮像方法による電子シャッターは蓄積
部を必要とし、シャッター時間を広げようとした場合、
それだけ早い時間で電荷転送を行なうため高速転送部の
周波数が高くなり転送電荷量の減少が生ずるのに対し、
本発明では蓄積部を必要とせず、高速転送パルスも必要
ないのでシャッター時間を広げても転送電荷量が減少す
ることもない。また高い基板電圧も必要としない。
〔実施例〕
次に、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。・ 先ず本発明の詳細な説明する。第3図に示す様なN−型
フォトダイオードは完全空乏化させて使用しているため
PD以外を遮光している遮光アルミ (以後PSとする
)はフローティング状態だと電位が不安定なため、接地
或いは第3図の様に一定電圧(DC)を印加していた。
実験によればPS電極に印加する電圧(以後VP9とす
る)とCOD出力電圧の関係は第5図の様になりCOD
出力電圧はVp3に大きく依存する。VF6を上げると
それに比例してCOD出力も増加し、逆にVpsを下げ
るとCOD出力電圧も減少する。この現象を第4図を用
いて説明する。現在PDの開口率が狭く、遮光アルミが
厚いため、アルミの側面から電気力線7がPD全全面作
用するため等測的には遮光アルミがPDを覆っているの
と同じになり、蓄積電荷量がvpsでフントロールされ
ると考えられている。一方、第6図の様にVp3でVs
ubのコントロール特性も変化する。
第1図は本発明の一実施例のブロック図であり、第9図
はそのタイミングチャートを示す。垂直駆動パルス(以
後VDとする)から第9図(b)に示すφPSと第9図
(c)に示すφSUBを作る。この時φPSは第7図(
a)に示す様に画面に切り換えノイズが出ない様ローレ
ベルからハイレベルへの切り換えは必ず水平ブランキン
グ期間9内で行なう。同様にハイレベルからローレベル
への切り換えは第9図(a)の読み出しパルスをカバー
し、かつ垂直ブランキング期間10内かそれ以後の水平
ブランキング期間内で行なう。φPSのハイレベルはP
Dに十分電荷を蓄積出来る電圧、本発明では+8vに設
定し、ローレベルは蓄積電荷量が少なくなる電圧、本発
明では一8vに設定し、PS電極に印加する。一方φS
UBは第7図(b)に示す様にφPSの立ち上がりを含
む水平ブランキング内に於いてVsubを切り換えるパ
ルスを作る。
この時、φSUBの立ち下がりは蓄積時間、Dレンジの
減少を防くためφPSの立ち上がりすなわち蓄積開始と
同時或いはそれ以前にする。φSUBのローレベルは通
常使用電圧、本発明ではIOVに設定し、ハイレベルは
φPSローレベル時の蓄積電荷量を全て基板に引ける電
圧本発明では20■に設定し基板に印加する。この様な
場合、実際にはφSUBの立ち下がりから読み出しパル
スまでの期間t2が蓄積時間となり、シャッター時間t
2秒の電子シャッター動作を行なう。
第2図は本発明の他の実施例のブロック図である。第1
図に於いてはV s u bをφPSの立ち上がりを含
む水平ブランキング内で切り換えるパルスを作ったのに
対し、第2図の回路では第8図(b)の様にφPSの立
ち上がりを含む水平ブランキングの1つ前の水平ブラン
キングに於いて同様にV s u bの切り換えを行な
うパルスを作る。この場合φSUBにより電荷を基板に
引いてからφPSが立ち上がるまでの時間t3に於いて
も電荷蓄積は行なわれるのでシャッター時間に加えても
影響しない。
〔発明の効果〕
以上説明した様に本発明による駆動方法によれば、少な
くとも読み出しパルスを含み、所望の蓄積期間遮光アル
ミ電極印加電圧を必要な電荷量をPDに蓄積出来る電圧
に設定し、前記蓄積時間以外の期間遮光アルミ電極印加
電圧を前記電圧より低電圧にし、かつ電圧切換時点が水
平或いは垂直ブランキング期間であるパルスを遮光アル
ミ電極に印加すると共に前記低電圧期間の水平ブランキ
ング期間内に基板電圧を通常よりも高い電圧に切り換え
、前記遮光アルミ電極印加パルスの立ち上がりと同時或
いはそれ以前に基板電圧を通常に切り換えるパルスを基
板に加える事により電子シャター動作をするので従来の
可変型の様にメモリーを必要としない。従って従来の可
変型CCD撮像素子のチップより小さくなる。一方不要
電荷読み出しパルスや掃き出しパルス、高速転送パルス
が不要なため垂直転送パルスがノーマル時のままで良い
のでシンプルになる。又、高速転送による転送電荷量の
減少もなく 1/60秒から従来の171000秒より
もっと短いシャッター時間が実現出来る効果がある。
この様にPSとSUBを同時に制御する事によって高い
基板電圧を用いずに完全な電荷掃出しが出来る。更にP
Dの静電容量を増加させる事も必要ないので飽和むらが
発生しないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による電子シャター駆動回路
のブロック図、第2図は本発明の他の実施例のブロン゛
り図、第3図は従来のPS、SUBの使用例を示す図、
第4図はPSの影響説明する図、第5図はCCD出力の
VPS依存性を示すグラフ、第6図はCCD出力のVs
ub依存性を示すグラフ、第7図は本発明の一実施例に
よる電子シャッターのタイミングチャート、第8図は本
発明の他の実施例のタイミングチャート、第9図は本発
明の一実施例でのタイミングチャート(1垂直期間)、
第10図はインターライン方式のCCD撮像素子構成を
示す平面模式図、第11図は従来の電子シャターのタイ
ミングチャート、第12図は可変シャッター機能を持つ
CCV)撮像素子の構成を示す平面模式図である。 1・・・・・・フォトダイオード(P D)、2・・・
・・・垂直レジスターff−CCD)、3・・・・・・
水平レジスター(H−COD)、4・・・・・・ドレイ
ン、5・・・・・・垂直転送パルス電極、6・・・・・
・フォトシールド電極(PS)、7・・・・・・電気力
線、8・・・・・・信号電荷読み出しパルス、9・・・
・・・水平ブランキング期間、10・・・・・・垂直ブ
ランキング期間、11・・・・・・撮像部、12・・・
・・・蓄積部、13・・・・・・メモリー 14・・・
・・・高速道転送パルス。 代理人 弁理士  内 原    晋 茅 哲 茅 泉 早 茅 乙 回 憂 舅 茅 閉 第 酊

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 PN接合型フォトダイオードとそれ以外を遮光する遮光
    電極及び縦型オーバーフロードレインを有するCCD型
    の固体撮像素子に於いて、少なくとも読み出しパルスを
    含み、所望の蓄積時間遮光電極印加電圧を必要な電荷量
    をフォトダイ オードに蓄積出来る電圧に設定し、前記蓄積時間以外の
    期間遮光電極印加電圧を前記電圧よ り低電圧にし、かつ電圧切換時点が水平或いは垂直ブラ
    ンキング期間であるパルスを遮光電 極に印加すると共に、前記低電圧期間の水平ブランキン
    グ期間内に基板電圧を通常よりも高い電圧に切り換え、
    前記遮光電極印加パルスの立 ち上がりと同時或いはそれ以前に基板電圧を通常に切り
    換えるパルスを基板に加える事を特徴とした固体撮像素
    子の駆動方法。
JP63310381A 1988-12-07 1988-12-07 固体撮像素子の駆動方法 Pending JPH02155378A (ja)

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EP89122333A EP0372456B1 (en) 1988-12-07 1989-12-04 CCD image sensor with vertical overflow drain
US07/447,468 US4963983A (en) 1988-12-07 1989-12-07 Ccd image sensor with vertical overflow drain

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