JPH03167973A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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- JPH03167973A JPH03167973A JP1306481A JP30648189A JPH03167973A JP H03167973 A JPH03167973 A JP H03167973A JP 1306481 A JP1306481 A JP 1306481A JP 30648189 A JP30648189 A JP 30648189A JP H03167973 A JPH03167973 A JP H03167973A
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- KSCFJBIXMNOVSH-UHFFFAOYSA-N dyphylline Chemical compound O=C1N(C)C(=O)N(C)C2=C1N(CC(O)CO)C=N2 KSCFJBIXMNOVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、例えば電子スチルカメラやビデオカメラ等
に使用される固体撮像素子に係り、特にその駆動方法の
改良に関する。
に使用される固体撮像素子に係り、特にその駆動方法の
改良に関する。
（従来の技術）
周知のように、例えば電子スチルカメラやビデオカメラ
等にあっては、被写体の光学像を電気的なテレビジョン
信号に変換するために、例えばＣＣＤ （チャージ・カ
ップルド・デバイス）等に代表される固体撮像素子が用
いられてきている。
等にあっては、被写体の光学像を電気的なテレビジョン
信号に変換するために、例えばＣＣＤ （チャージ・カ
ップルド・デバイス）等に代表される固体撮像素子が用
いられてきている。
この固体撮像素子は、一般に、水平及び垂直方向に平面
的に配列された複数のフォトダイオードと、この複数の
フォトダイオードにそれぞれ対応して設置され、フォト
ダイオードの信号電荷が転送されるとともに、垂直方向
への電荷転送が可能な複数の垂直転送段と、この複数の
垂直転送段によって垂直方向に転送された信号電荷が供
給される水平転送段と、この水平転送段に転送された信
号電荷を増幅して出力する出力増幅部とを備えている。
的に配列された複数のフォトダイオードと、この複数の
フォトダイオードにそれぞれ対応して設置され、フォト
ダイオードの信号電荷が転送されるとともに、垂直方向
への電荷転送が可能な複数の垂直転送段と、この複数の
垂直転送段によって垂直方向に転送された信号電荷が供
給される水平転送段と、この水平転送段に転送された信
号電荷を増幅して出力する出力増幅部とを備えている。
ここで、フォトダイオードから垂直転送段への電荷転送
が非完全転送型の固体撮像素子で、電子シャッタ動作を
行なった場合について考える。この電子シャッタ動作と
は、フォトダイオードに対する信号電荷蓄積時間をフィ
ールドレート（ ＮＴＳＣ方式の場合はｌ／５９．９４
ｓｅｃ）より短い時間（例えば１／ｌ０００ｓｅｃ ）
とすることにより、動被写体に対する解像度を向上させ
る手段であり、信号読み出しより露光時間だけ前にフォ
トダイオード内の不要電荷を掃き出すことで実現される
。そして、この信号読み出しや不要電荷′の掃き出しは
、転送ゲート電極に信号読み出し用及び電荷の掃き出し
用のフィールドシフトパルスを与えることにより行なわ
れる。
が非完全転送型の固体撮像素子で、電子シャッタ動作を
行なった場合について考える。この電子シャッタ動作と
は、フォトダイオードに対する信号電荷蓄積時間をフィ
ールドレート（ ＮＴＳＣ方式の場合はｌ／５９．９４
ｓｅｃ）より短い時間（例えば１／ｌ０００ｓｅｃ ）
とすることにより、動被写体に対する解像度を向上させ
る手段であり、信号読み出しより露光時間だけ前にフォ
トダイオード内の不要電荷を掃き出すことで実現される
。そして、この信号読み出しや不要電荷′の掃き出しは
、転送ゲート電極に信号読み出し用及び電荷の掃き出し
用のフィールドシフトパルスを与えることにより行なわ
れる。
ところで、フォトダイオードから垂直転送段への電荷転
送が非完全型の固体撮像素子では、電子シャッタ動作を
行なわせた場合、第ｌＯ図に示すように、信号量が小さ
いときに入射光量と出力信号との直線性が悪くなるとい
う問題が生じる。この原因は、フォトダイオード内に蓄
積された電子のエネルギー準位に対する存在確率が、熱
平衡状態であるＰｅｒｗ１−Ｄｉｒａｃ分布にしたがう
ために、画素内に存在する電子数と読み出される信号電
子数との間に直線関係が戊立しないためである。
送が非完全型の固体撮像素子では、電子シャッタ動作を
行なわせた場合、第ｌＯ図に示すように、信号量が小さ
いときに入射光量と出力信号との直線性が悪くなるとい
う問題が生じる。この原因は、フォトダイオード内に蓄
積された電子のエネルギー準位に対する存在確率が、熱
平衡状態であるＰｅｒｗ１−Ｄｉｒａｃ分布にしたがう
ために、画素内に存在する電子数と読み出される信号電
子数との間に直線関係が戊立しないためである。
すなわち、フォトダイオード内電子の存在確率がしたが
うＦｅｒａｌｉ−Ｄｉｒａｃ分布Ｐｐｏ（Ｖ， ＶＰ
Ｌ）は、ＰＰＤ（Ｖ， ＶＦＬ） − １／［ｌ＋ｅ
ｘｐｌｅ（Ｖ−Ｖｐｔ．）／ｋＴｌ］で与えられる。た
だし、ＶＰＬはフォトダイオード内電子のフェルミ準位
であり、■は電子の持ち得るエネルギー準位であり、ｅ
は電子の電荷量（１．６０２ ＸＩＯ−ｌ９Ｃ）であり
、ｋはボルッマン定数（１．３８０４Ｘ １０−２３Ｊ
／Ｋ ）であり、Ｔは絶対温度である。そして、フォト
ダイオードから垂直転送段への電荷転送（いわゆるフィ
ールドシフト）は、第１１図に示すように、フォトダイ
オードＰＤと垂直転送段Ｖ−ＣＯＤとの間に設けられた
転送ゲートＴＧのポテンシャルを下げることにより、転
送ゲートＴＯのポテンシャルより上のエネルギー準位に
ある電子（第１１図中斜線で示す）が垂直転送段Ｖ−Ｃ
ＯＤに転送されて行なわれる。
うＦｅｒａｌｉ−Ｄｉｒａｃ分布Ｐｐｏ（Ｖ， ＶＰ
Ｌ）は、ＰＰＤ（Ｖ， ＶＦＬ） − １／［ｌ＋ｅ
ｘｐｌｅ（Ｖ−Ｖｐｔ．）／ｋＴｌ］で与えられる。た
だし、ＶＰＬはフォトダイオード内電子のフェルミ準位
であり、■は電子の持ち得るエネルギー準位であり、ｅ
は電子の電荷量（１．６０２ ＸＩＯ−ｌ９Ｃ）であり
、ｋはボルッマン定数（１．３８０４Ｘ １０−２３Ｊ
／Ｋ ）であり、Ｔは絶対温度である。そして、フォト
ダイオードから垂直転送段への電荷転送（いわゆるフィ
ールドシフト）は、第１１図に示すように、フォトダイ
オードＰＤと垂直転送段Ｖ−ＣＯＤとの間に設けられた
転送ゲートＴＧのポテンシャルを下げることにより、転
送ゲートＴＯのポテンシャルより上のエネルギー準位に
ある電子（第１１図中斜線で示す）が垂直転送段Ｖ−Ｃ
ＯＤに転送されて行なわれる。
このため、フォトダイオードＰＤから垂直転送段Ｖ−Ｃ
ＣＤに転送される電荷ＱＲは、転送ゲートＴＧのポテン
シャルをｖＴＧとし、フォトダイオードＰＤの準位密度
の２倍をｇとすれば、 Ｑａ − ｅ，ｆ ｇ／［ｌ＋ｅｘｐ（ｅ（
Ｖ−Ｖｐｔ）／ｋＴｌ］ｄＶＶｒａ で与えられる。この積分を行なうと、 ＱＲ ＝ （ｅｇｋＴ／ｅ） ・ｆｌ ｎ ［１＋ｅｘｐｌ（Ｖｐｔ−Ｖｔｃ）／ Ｖ
Ｔ ｌ］となる。ただし、ｖＴは熱電圧で、ｋＴ／ｅで
ある。
ＣＤに転送される電荷ＱＲは、転送ゲートＴＧのポテン
シャルをｖＴＧとし、フォトダイオードＰＤの準位密度
の２倍をｇとすれば、 Ｑａ − ｅ，ｆ ｇ／［ｌ＋ｅｘｐ（ｅ（
Ｖ−Ｖｐｔ）／ｋＴｌ］ｄＶＶｒａ で与えられる。この積分を行なうと、 ＱＲ ＝ （ｅｇｋＴ／ｅ） ・ｆｌ ｎ ［１＋ｅｘｐｌ（Ｖｐｔ−Ｖｔｃ）／ Ｖ
Ｔ ｌ］となる。ただし、ｖＴは熱電圧で、ｋＴ／ｅで
ある。
そして、このフォトダイオード内電荷のフェルミレベＡ
ｔ （ＶＰＬ−ＶＴＧ）／ ＶＴと、＝ Ｑａ ／
ｇｋＴ との関係を、第１２図に示している。フォトダイオード
ＰＤから垂直転送段Ｖ−ＣＯＤへの電荷転送によりフォ
トダイオードＰＤ内のフエルミ準位はＱＲ ／ｅｇだけ
低下する。このため、フィールドシフトの前後のフェル
ミ準位の関係は、第ｌ２図でフィールドシフト前のフェ
ルミ準位に対応する縦線を引き、曲線との交点から４５
度の角度で下ろした線と横軸との交点が、フィールドシ
フト後のフェルミ準位となる。
ｔ （ＶＰＬ−ＶＴＧ）／ ＶＴと、＝ Ｑａ ／
ｇｋＴ との関係を、第１２図に示している。フォトダイオード
ＰＤから垂直転送段Ｖ−ＣＯＤへの電荷転送によりフォ
トダイオードＰＤ内のフエルミ準位はＱＲ ／ｅｇだけ
低下する。このため、フィールドシフトの前後のフェル
ミ準位の関係は、第ｌ２図でフィールドシフト前のフェ
ルミ準位に対応する縦線を引き、曲線との交点から４５
度の角度で下ろした線と横軸との交点が、フィールドシ
フト後のフェルミ準位となる。
不要電荷掃き出し用のフィールドシフトパルスで不要電
荷を掃き出した後、電子シャッタ露光時間内の入射光に
よってフォトダイオードＰＤ内電荷が増加する。その後
、フォトダイオードＰＤから信号電荷の読み出しを行な
うが、このときに読み出される信号電荷量Ｅは、第ｌ２
図に作図されているように、電子シャッタの露光時間内
に発生した電荷量Ｄより多くなっている。そして、この
ようにして求めた入射光量と信号電荷量との関係が、先
に第ｌゝ０図に示したようになり、小信号時に直線性が
損なわれることになる。
荷を掃き出した後、電子シャッタ露光時間内の入射光に
よってフォトダイオードＰＤ内電荷が増加する。その後
、フォトダイオードＰＤから信号電荷の読み出しを行な
うが、このときに読み出される信号電荷量Ｅは、第ｌ２
図に作図されているように、電子シャッタの露光時間内
に発生した電荷量Ｄより多くなっている。そして、この
ようにして求めた入射光量と信号電荷量との関係が、先
に第ｌゝ０図に示したようになり、小信号時に直線性が
損なわれることになる。
また、不要電荷掃き出し後のフォトダイオードＰＤ内に
は、第１３図（ａ）に作図して示すように、信号電荷量
に対応した残留電荷が多く存在し、同図（ｂ）に斜線で
示すように、残像が発生するという不都合も有している
。
は、第１３図（ａ）に作図して示すように、信号電荷量
に対応した残留電荷が多く存在し、同図（ｂ）に斜線で
示すように、残像が発生するという不都合も有している
。
（発明が解決しようとする課題）
以上のように、従来の固体撮像素子の駆動方法では、非
完全転送型の固体撮像素子で電子シャッタ動作を行なっ
た場合、小信号時に、フィールドシフトの前後のフェル
ミ準位の関係より、読み出される信号電荷量力く露光時
間内に発生した電荷量よりも多くなってしまい、入射光
量に対する出力信号の関係が直線的にならないとともに
、残像も多く発生するという問題を有している。
完全転送型の固体撮像素子で電子シャッタ動作を行なっ
た場合、小信号時に、フィールドシフトの前後のフェル
ミ準位の関係より、読み出される信号電荷量力く露光時
間内に発生した電荷量よりも多くなってしまい、入射光
量に対する出力信号の関係が直線的にならないとともに
、残像も多く発生するという問題を有している。
そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもので
、非完全転送型の固体撮像素子で電子シャッタ動作を行
なった場合に、小信号時に、入射光量に対する出力信号
の関係が非直線になることを防止するとともに、残像も
少なくし得る極めて良好な固体撮像素子の駆動方法を提
供することを目的とする。
、非完全転送型の固体撮像素子で電子シャッタ動作を行
なった場合に、小信号時に、入射光量に対する出力信号
の関係が非直線になることを防止するとともに、残像も
少なくし得る極めて良好な固体撮像素子の駆動方法を提
供することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
この発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、光電変換素
子に対して電荷掃き出しを行ない、該充電変換素子に対
する一定の露光時間が経過した後、光電変換素子から電
荷を読み出すものを対象としている。そして、電荷掃き
出しの前に光電変換素子に所定量の電荷を注入するとと
もに、光電変換素子からの電荷の読み出し時に、該光電
変換素子から電荷を取り出すための転送ゲートのポテン
シャルを、電荷掃き出し時よりも低く設定するようにし
たものである。
子に対して電荷掃き出しを行ない、該充電変換素子に対
する一定の露光時間が経過した後、光電変換素子から電
荷を読み出すものを対象としている。そして、電荷掃き
出しの前に光電変換素子に所定量の電荷を注入するとと
もに、光電変換素子からの電荷の読み出し時に、該光電
変換素子から電荷を取り出すための転送ゲートのポテン
シャルを、電荷掃き出し時よりも低く設定するようにし
たものである。
（作用）
上記のような方法によれば、電荷掃き出しの前に光電変
換素子に所定量の電荷を注入して、電荷掃き出し後の光
電変換素子内の電荷量を一定量にし、転送ゲートのポテ
ンシャルを電荷掃き出し時よりも低く設定して、光電変
換素子からの電荷の読み出しを行なうことにより、電荷
読み出し後の光電変換素子内の電荷を一定量にすること
ができるので、小信号時に、入射光量に対する出力信号
の関係が非直線になることを防止するとともに、残像も
少なくすることができる。
換素子に所定量の電荷を注入して、電荷掃き出し後の光
電変換素子内の電荷量を一定量にし、転送ゲートのポテ
ンシャルを電荷掃き出し時よりも低く設定して、光電変
換素子からの電荷の読み出しを行なうことにより、電荷
読み出し後の光電変換素子内の電荷を一定量にすること
ができるので、小信号時に、入射光量に対する出力信号
の関係が非直線になることを防止するとともに、残像も
少なくすることができる。
（実施例）
以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。すなわち、第１図に示すように、転送ゲー
トＴＧに不要電荷掃き出し用及び信号電荷読み出し用の
各フィールドシフトバルスＰＳＩ ， ＦＳ２を与える
前に、電荷注入用のパルスＤＴｌを発生させ、フォトダ
イオードＰＤに所定量の電荷を注入させるとともに、不
要電荷掃き出し用のフィールドシフトパルスＦＳｌのレ
ベルに対して、信号電荷読み出し用のフィールドシフト
パルスＰＳ２のレベルをΔＶＦＳだけ高くし、つまり、
信号電荷読み出し時に、転送ゲートＴＧのポテンシャル
を不要電荷掃き出し時よりも低く設定して、フォトダイ
オードＰＤ内電荷を読み出すようにしたことが、従来と
異なる部分である。また、第２図は、不要電荷掃き出し
時と信号電荷読み出し時とにおける、フォトダイオード
ＰＤ内電荷のフエルミ準位とフォトダイオードＰＤから
転送される電荷量との関係をそれぞれ示している。
に説明する。すなわち、第１図に示すように、転送ゲー
トＴＧに不要電荷掃き出し用及び信号電荷読み出し用の
各フィールドシフトバルスＰＳＩ ， ＦＳ２を与える
前に、電荷注入用のパルスＤＴｌを発生させ、フォトダ
イオードＰＤに所定量の電荷を注入させるとともに、不
要電荷掃き出し用のフィールドシフトパルスＦＳｌのレ
ベルに対して、信号電荷読み出し用のフィールドシフト
パルスＰＳ２のレベルをΔＶＦＳだけ高くし、つまり、
信号電荷読み出し時に、転送ゲートＴＧのポテンシャル
を不要電荷掃き出し時よりも低く設定して、フォトダイ
オードＰＤ内電荷を読み出すようにしたことが、従来と
異なる部分である。また、第２図は、不要電荷掃き出し
時と信号電荷読み出し時とにおける、フォトダイオード
ＰＤ内電荷のフエルミ準位とフォトダイオードＰＤから
転送される電荷量との関係をそれぞれ示している。
ここで、不要電荷掃き出しに先立つ電荷注入を行なうこ
とによって、フォトダイオード内電荷のフェルミ準位が
ΔＶｉｎｊだけ上昇したとすると、電荷掃き出し後のフ
ォトダイオード内電荷のフェルミ準位Ｖｓは、不要電荷
量Δｖ０の関数であり、ΔＶｐｓが十分に大きい場合（
信号読み出し後のフェルミ準位が変化しない）には、 Ｖｓ （ΔＶｏ） となる。ここで、 （ ＡＶ１ｎｊ ＡＶｐｓ十ΔＶｏ）＞２Ｖｒであ
れば、６、３％以内の誤差で Ｉｎ （１＋Ｘ）−Ｘ と近似できるため、 Ｖｓ （ΔＶｏ ） −−Ｖｒ Ｘｅｘｐ（−＜ＡＶ１ｎｊ−ＡＶｐｓ＋Ａ
Ｖｏ ）／ Ｖｔ ）＝ −ＶＴ Ｘ ｅｘｐ（−（Δ
Ｖｌｎｊ−ΔＶｐｓ）／ Ｖｔ ）ｘｅｘｐｌ−（ΔＶ
Ｑ ／ＶＴ ）１ のように、不要電荷掃き出し後のフォトダイオードＰＤ
内電荷のフェルミ準位が近似できる。その後、信号電荷
の蓄積が行なわれ、フォトダイオードＰＤ内電荷のフェ
ルミ準位が増加する。
とによって、フォトダイオード内電荷のフェルミ準位が
ΔＶｉｎｊだけ上昇したとすると、電荷掃き出し後のフ
ォトダイオード内電荷のフェルミ準位Ｖｓは、不要電荷
量Δｖ０の関数であり、ΔＶｐｓが十分に大きい場合（
信号読み出し後のフェルミ準位が変化しない）には、 Ｖｓ （ΔＶｏ） となる。ここで、 （ ＡＶ１ｎｊ ＡＶｐｓ十ΔＶｏ）＞２Ｖｒであ
れば、６、３％以内の誤差で Ｉｎ （１＋Ｘ）−Ｘ と近似できるため、 Ｖｓ （ΔＶｏ ） −−Ｖｒ Ｘｅｘｐ（−＜ＡＶ１ｎｊ−ＡＶｐｓ＋Ａ
Ｖｏ ）／ Ｖｔ ）＝ −ＶＴ Ｘ ｅｘｐ（−（Δ
Ｖｌｎｊ−ΔＶｐｓ）／ Ｖｔ ）ｘｅｘｐｌ−（ΔＶ
Ｑ ／ＶＴ ）１ のように、不要電荷掃き出し後のフォトダイオードＰＤ
内電荷のフェルミ準位が近似できる。その後、信号電荷
の蓄積が行なわれ、フォトダイオードＰＤ内電荷のフェ
ルミ準位が増加する。
次に、フォトダイオードＰＤからの信号電荷読み出し時
には、転送ゲートＴＧのポテンシャルがΔＶＦＳだけ低
く設定されて電荷読み出しが行なわれる。
には、転送ゲートＴＧのポテンシャルがΔＶＦＳだけ低
く設定されて電荷読み出しが行なわれる。
この読み出された信号電荷量をフォトダイオードＰＤの
静電容量Ｃｐｏ （ − ｅｇ）で割った値ＶＲＯは、
ΔｖＰｓ＞ ２ＶＴ とし、フォトダイオードＰＤ内に蓄積された電荷のフェ
ルミ準位の増加分をΔＶｓｉｇとすると、Ｖ・。ｓｗｖ
，−７ ，，ｅ，，（Ｖｓ（ＡＶｃｉ）＋ＡＶｐｓ＋Ａ
ＶＳｌｇ，．，Ｖ丁 ＋Ｖｓ（ＡＶ。）＋ＡＶｐｓ＋ＡＶｓｉｇ＋Ｖｔ ｅｘ
ｐ（ ””””””ｇ）ｖＴ となる。上式において、ΔＶｓｉｇは信号量であり、Δ
ＶＰＳは定数であるため、これらΔＶｓｉｇ ，ΔＩ／
ＦＳを含む項は非線形とならない。このため、直線性を
劣化させるのは、残りの、 ｅｘｐ（一ΔＶｓｌｇ ／ｖｔ ） ｅｘｐ（一ΔＶｏ ／Ｖｔ ） を含む項である。これらの項には、 ｅｘｐ（一ΔＶｐｓ／Ｖｔ ） ｅｘｐ（−（ΔＶｉｎｊ −ΔＶｐｓ）／ Ｖｔ
ｌが乗じられているため、ΔＶＰＳやΔＶｉｎｊ−Δ
ＶＦＳを大きくとることにより、非直線或分を減少させ
ることができる。
静電容量Ｃｐｏ （ − ｅｇ）で割った値ＶＲＯは、
ΔｖＰｓ＞ ２ＶＴ とし、フォトダイオードＰＤ内に蓄積された電荷のフェ
ルミ準位の増加分をΔＶｓｉｇとすると、Ｖ・。ｓｗｖ
，−７ ，，ｅ，，（Ｖｓ（ＡＶｃｉ）＋ＡＶｐｓ＋Ａ
ＶＳｌｇ，．，Ｖ丁 ＋Ｖｓ（ＡＶ。）＋ＡＶｐｓ＋ＡＶｓｉｇ＋Ｖｔ ｅｘ
ｐ（ ””””””ｇ）ｖＴ となる。上式において、ΔＶｓｉｇは信号量であり、Δ
ＶＰＳは定数であるため、これらΔＶｓｉｇ ，ΔＩ／
ＦＳを含む項は非線形とならない。このため、直線性を
劣化させるのは、残りの、 ｅｘｐ（一ΔＶｓｌｇ ／ｖｔ ） ｅｘｐ（一ΔＶｏ ／Ｖｔ ） を含む項である。これらの項には、 ｅｘｐ（一ΔＶｐｓ／Ｖｔ ） ｅｘｐ（−（ΔＶｉｎｊ −ΔＶｐｓ）／ Ｖｔ
ｌが乗じられているため、ΔＶＰＳやΔＶｉｎｊ−Δ
ＶＦＳを大きくとることにより、非直線或分を減少させ
ることができる。
第３図は、上記実施例による非直線性の改善効果を示す
もので、フィールド周波数が５９．９４｝１ｚで１／１
０００ｓｅｃの電子シャッタ動作を行なわせたときの、
入射光量と出力信号量との関係を、Δ’Ｊ ｐ ｓ ■
ΔＶｉｎｊ−ΔＶＦａｎＸ Ｖ７ （ｒｒＯ，１，２
，３，４，− ・・・）としてプロットしたものである
。第３図から明らかなように、 ＡＶＰＳ−ＡＶｉｎｊ −ΔＶＰＳ＞３Ｖ丁では非線
形性はほとんどなくなることがわかる。
もので、フィールド周波数が５９．９４｝１ｚで１／１
０００ｓｅｃの電子シャッタ動作を行なわせたときの、
入射光量と出力信号量との関係を、Δ’Ｊ ｐ ｓ ■
ΔＶｉｎｊ−ΔＶＦａｎＸ Ｖ７ （ｒｒＯ，１，２
，３，４，− ・・・）としてプロットしたものである
。第３図から明らかなように、 ＡＶＰＳ−ＡＶｉｎｊ −ΔＶＰＳ＞３Ｖ丁では非線
形性はほとんどなくなることがわかる。
室温（２７℃）では、ＶＴ − ２５．６ｍＶテアル（
７） テ、ΔＶＰＳ−ΔＶｉｎｊ−ΔＶＦＳ＞ ８０ｍ
Ｖであれば、直線性はほとんど劣化しないと言える。
７） テ、ΔＶＰＳ−ΔＶｉｎｊ−ΔＶＦＳ＞ ８０ｍ
Ｖであれば、直線性はほとんど劣化しないと言える。
したがって、上記実施例によれば、不要電荷掃き出しの
前にフォトダイオードＰＤにバイアス電荷を注入し、信
号電荷読み出しのときに掃き出し時よりも深い準位の信
号電荷まで読み出すようにしたので、電子シャッタ動作
を行なった場合に、小信号時に、入射光量に対する出力
信号の関係が非直線になることを防止することができる
。
前にフォトダイオードＰＤにバイアス電荷を注入し、信
号電荷読み出しのときに掃き出し時よりも深い準位の信
号電荷まで読み出すようにしたので、電子シャッタ動作
を行なった場合に、小信号時に、入射光量に対する出力
信号の関係が非直線になることを防止することができる
。
ここで、フォトダイオードＰＤから転送される電荷の最
低準位は、第４図に示すように、転送ゲー｝ＴＧに与え
るパルス電圧を変えることにより、転送ゲー｝ＴＯ電極
下のポテンシャルをコントロールできるので実現できる
。また、フォトダイオードＰＤへのバイアス電荷の注入
方法としては、電気的方法と光学的方法とがある。そこ
で、電気的注入方法の一例をあげる。固体撮像素子には
、強い光が入射したときにも、フォトダイオードＰＤか
ら信号伝送路に過剰電流が流れ出ないように、第５図に
示すようなオーバーフロードレイン（ＯＰＤ）が付けら
れている。このオーバーフロードレインには、通常、低
いポテンシャルＶｏｐｏ−を与えて過剰電流が流れ込む
ようになっている。このドレインに高ポテンシャルのパ
ルスを与えると、第６図に示すように電荷を注入するこ
とができる。また、光学的注入方法は、第７図に示すよ
うに、発光ダイオードＬＥＤにパルス電流を流しフォト
ダイオードＰＤに光パルスを照射することにより、バイ
アス電荷を与えることができる。なお、第８図に示すよ
うな光導電膜積層型撮像素子の場合には、透明電極（Ｉ
ＴＯＩＩ）にパルスを印加することでも実現できる。
低準位は、第４図に示すように、転送ゲー｝ＴＧに与え
るパルス電圧を変えることにより、転送ゲー｝ＴＯ電極
下のポテンシャルをコントロールできるので実現できる
。また、フォトダイオードＰＤへのバイアス電荷の注入
方法としては、電気的方法と光学的方法とがある。そこ
で、電気的注入方法の一例をあげる。固体撮像素子には
、強い光が入射したときにも、フォトダイオードＰＤか
ら信号伝送路に過剰電流が流れ出ないように、第５図に
示すようなオーバーフロードレイン（ＯＰＤ）が付けら
れている。このオーバーフロードレインには、通常、低
いポテンシャルＶｏｐｏ−を与えて過剰電流が流れ込む
ようになっている。このドレインに高ポテンシャルのパ
ルスを与えると、第６図に示すように電荷を注入するこ
とができる。また、光学的注入方法は、第７図に示すよ
うに、発光ダイオードＬＥＤにパルス電流を流しフォト
ダイオードＰＤに光パルスを照射することにより、バイ
アス電荷を与えることができる。なお、第８図に示すよ
うな光導電膜積層型撮像素子の場合には、透明電極（Ｉ
ＴＯＩＩ）にパルスを印加することでも実現できる。
また、上記実施例の方法によれば、不要電荷掃き出し後
のフォトダイオードＰＤ内の残留電荷量の信号量依存性
が減少するため、残像が低減されるという効果も生じる
。第９図に２ＣＰＤ ＶＴのバイアス電荷を注入しフィ
ールドシフトパルスＦＳＩ ，ＦＳ２にＶＴのオフセッ
トを付けたときの、残像量を斜線で示している。このよ
うに、先に第１３図に示したものに比して、残像が大幅
に低減されていることがわかる。さらに、バイアス電荷
量とフィールドシフトパルスのオフセット量とを大きく
すると、残像を指数関数的に低減することができる。
のフォトダイオードＰＤ内の残留電荷量の信号量依存性
が減少するため、残像が低減されるという効果も生じる
。第９図に２ＣＰＤ ＶＴのバイアス電荷を注入しフィ
ールドシフトパルスＦＳＩ ，ＦＳ２にＶＴのオフセッ
トを付けたときの、残像量を斜線で示している。このよ
うに、先に第１３図に示したものに比して、残像が大幅
に低減されていることがわかる。さらに、バイアス電荷
量とフィールドシフトパルスのオフセット量とを大きく
すると、残像を指数関数的に低減することができる。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。
、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。
［発明の効果］
以上詳述したようにこの発明によれば、非完全転送型の
固体撮像素子で電子シャッタ動作を行なった場合に、小
信号時に、入射光量に対する出力信号の関係が非直線に
なることを防止するとともに、残像も少なくし得る極め
て良好な固体撮像素子の駆動方法を提供することができ
る。
固体撮像素子で電子シャッタ動作を行なった場合に、小
信号時に、入射光量に対する出力信号の関係が非直線に
なることを防止するとともに、残像も少なくし得る極め
て良好な固体撮像素子の駆動方法を提供することができ
る。
第１図はこの発明に係る固体撮像素子の駆動方法の一実
施例を示すタイミング図、第２図は同実施例の電荷転送
゛量を説明するための図、第３図は同実施例の直線性改
善効果を説明するための図、第４図は同実施例の電荷転
送を説明するための図、第５図乃至第８図はそれぞれバ
イアス電荷注入方法を説明するための図、第９図は残像
の低減を説明するための図、第１０図は従来の駆動方法
による電子シャッタ動作時の非線形性を説明するための
図、第１１図はフォトダイオードから垂直転送段ヘの電
荷転送を説明するための図、第１２図は従来の駆動方法
での非線形性の発生を説明するための図、第１３図は従
来の駆動方法での残像め発生を説明するための図である
。
施例を示すタイミング図、第２図は同実施例の電荷転送
゛量を説明するための図、第３図は同実施例の直線性改
善効果を説明するための図、第４図は同実施例の電荷転
送を説明するための図、第５図乃至第８図はそれぞれバ
イアス電荷注入方法を説明するための図、第９図は残像
の低減を説明するための図、第１０図は従来の駆動方法
による電子シャッタ動作時の非線形性を説明するための
図、第１１図はフォトダイオードから垂直転送段ヘの電
荷転送を説明するための図、第１２図は従来の駆動方法
での非線形性の発生を説明するための図、第１３図は従
来の駆動方法での残像め発生を説明するための図である
。
Claims (1)
- 光電変換素子に対して電荷掃き出しを行ない、該光電変
換素子に対する一定の露光時間が経過した後、前記光電
変換素子から電荷を読み出す固体撮像素子の駆動方法に
おいて、前記電荷掃き出しの前に前記光電変換素子に所
定量の電荷を注入するとともに、前記光電変換素子から
の電荷の読み出し時に、該光電変換素子から電荷を取り
出すための転送ゲートのポテンシャルを、前記電荷掃き
出し時よりも低く設定してなることを特徴とする固体撮
像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306481A JP2799015B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306481A JP2799015B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03167973A true JPH03167973A (ja) | 1991-07-19 |
| JP2799015B2 JP2799015B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=17957539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306481A Expired - Fee Related JP2799015B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2799015B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010016593A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Fujifilm Corp | 撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法 |
| JP2011130364A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法、カメラ |
-
1989
- 1989-11-28 JP JP1306481A patent/JP2799015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010016593A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Fujifilm Corp | 撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法 |
| US8223233B2 (en) | 2008-07-03 | 2012-07-17 | Fujifilm Corporation | Imaging device and method of driving solid state imaging element |
| JP2011130364A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法、カメラ |
| US8704927B2 (en) | 2009-12-21 | 2014-04-22 | Sony Corporation | Solid-state imaging apparatus, driving method, and camera |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2799015B2 (ja) | 1998-09-17 |
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