JPH04265080A - 焦電型固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
焦電型固体撮像装置の駆動方法Info
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- JPH04265080A JPH04265080A JP3026203A JP2620391A JPH04265080A JP H04265080 A JPH04265080 A JP H04265080A JP 3026203 A JP3026203 A JP 3026203A JP 2620391 A JP2620391 A JP 2620391A JP H04265080 A JPH04265080 A JP H04265080A
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Links
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に係り、特
に赤外線画像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
に赤外線画像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】焦電型赤外線センサーでは可視光センサ
ーとは異なりＧｅなどの赤外線光学材料を使用した光学
レンズを用いて赤外線画像を結像する。赤外線は熱とし
てセンサ主表面上の焦電膜に吸収され、膜面には赤外線
画像に対応した温度変化分布が生じる。焦電膜の分極は
温度上昇によって減少するため、その焦電効果によって
温度変化分布が膜の表面電荷分布に変換される。焦電効
果は誘電体の時間的温度変化によるものであるから、静
止物体の撮像には固体撮像素子の前面に赤外光を時間的
に断続するチョッパを設ける必要がある。赤外光の時間
的断続によって焦電膜の温度が△Ｔだけ変化した時、焦
電係数をＰｔとすると膜面に誘起する電荷量△ＱはＰｔ
・△Ｔとなる。△Ｑは分極の増減によるものであるから
、焦電膜の両側に誘起する電荷量の絶対値は等しく、符
号は逆となる。
ーとは異なりＧｅなどの赤外線光学材料を使用した光学
レンズを用いて赤外線画像を結像する。赤外線は熱とし
てセンサ主表面上の焦電膜に吸収され、膜面には赤外線
画像に対応した温度変化分布が生じる。焦電膜の分極は
温度上昇によって減少するため、その焦電効果によって
温度変化分布が膜の表面電荷分布に変換される。焦電効
果は誘電体の時間的温度変化によるものであるから、静
止物体の撮像には固体撮像素子の前面に赤外光を時間的
に断続するチョッパを設ける必要がある。赤外光の時間
的断続によって焦電膜の温度が△Ｔだけ変化した時、焦
電係数をＰｔとすると膜面に誘起する電荷量△ＱはＰｔ
・△Ｔとなる。△Ｑは分極の増減によるものであるから
、焦電膜の両側に誘起する電荷量の絶対値は等しく、符
号は逆となる。
【０００３】図４は赤外線画像を撮像する従来の焦電型
固体撮像装置の画素部を等価的に示した図である。同図
において、焦電素子はコンデンサＣと電流源Ｉｓにより
表現されている。焦電素子の両端を短絡させて初期電圧
Ｖｉｎｉｔにするために、リセット・トランジスタＭＲ
１，ＭＲ２が接続されている。容量素子として信号の積
分を行うダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された電荷は読み
出しトランジスタＭＹ１，ＭＹ２のゲートＹＧ１，ＹＧ
２を制御して結合部を経てＣＣＤに転送される。ここで
、２０−１，２０−２はＣＣＤの転送単位を示している
。
固体撮像装置の画素部を等価的に示した図である。同図
において、焦電素子はコンデンサＣと電流源Ｉｓにより
表現されている。焦電素子の両端を短絡させて初期電圧
Ｖｉｎｉｔにするために、リセット・トランジスタＭＲ
１，ＭＲ２が接続されている。容量素子として信号の積
分を行うダイオードＤ１，Ｄ２に蓄積された電荷は読み
出しトランジスタＭＹ１，ＭＹ２のゲートＹＧ１，ＹＧ
２を制御して結合部を経てＣＣＤに転送される。ここで
、２０−１，２０−２はＣＣＤの転送単位を示している
。
【０００４】図５（ａ）は焦電素子の一端に接続された
リセット・トランジスタＭＲ１，ダイオードＤ１，読み
出しトランジスタＭＹ１，結合部ＭＣ，ＣＣＤに沿った
断面図である。図５（ｂ）は焦電素子の他の一端につい
ての同様な構造についての断面図である。このように従
来例では焦電素子から信号を読み出すために各画素ごと
に２系統の信号転送機構を有したものとなっている。３
−１は配線も兼ねたリセット・ドレインＲＤ用ｎ＋形拡
散層，３−３は焦電膜１２の下面と接続する信号積分ダ
イオードＤ１形成用のｎ＋形拡散層，３−４は焦電膜１
２の上面と接続する信号積分ダイオードＤ１形成用のｎ
＋形拡散層である。４−１，４−２はそれぞれ焦電膜１
２の下面および上面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定するた
めのリセット・トランジスタＭＲ１，ＭＲ２のチャネル
用Ｐ形拡散層，９−１，９−２はそれぞれＭＲ１，ＭＲ
２のゲート電極である。８−１，８−２はそれぞれＤ１
，Ｄ２を読み出し電圧Ｖｒｅａｄに設定するための読み
出しゲートＹＧ１，ＹＧ２、２１はダイオードＤ１，Ｄ
２からの２つの信号の流れを一本にまとめてＣＣＤチャ
ネル２に転送するための結合ゲートＣＧであり、ＹＧ１
，ＹＧ２およびＣＣＤゲート７と若干重なりを持ったＹ
字形のゲート電極である。１１−４，１１−５はそれぞ
れＹＧ１，ＹＧ２と接続する第一層目のＡｌ層である。
リセット・トランジスタＭＲ１，ダイオードＤ１，読み
出しトランジスタＭＹ１，結合部ＭＣ，ＣＣＤに沿った
断面図である。図５（ｂ）は焦電素子の他の一端につい
ての同様な構造についての断面図である。このように従
来例では焦電素子から信号を読み出すために各画素ごと
に２系統の信号転送機構を有したものとなっている。３
−１は配線も兼ねたリセット・ドレインＲＤ用ｎ＋形拡
散層，３−３は焦電膜１２の下面と接続する信号積分ダ
イオードＤ１形成用のｎ＋形拡散層，３−４は焦電膜１
２の上面と接続する信号積分ダイオードＤ１形成用のｎ
＋形拡散層である。４−１，４−２はそれぞれ焦電膜１
２の下面および上面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定するた
めのリセット・トランジスタＭＲ１，ＭＲ２のチャネル
用Ｐ形拡散層，９−１，９−２はそれぞれＭＲ１，ＭＲ
２のゲート電極である。８−１，８−２はそれぞれＤ１
，Ｄ２を読み出し電圧Ｖｒｅａｄに設定するための読み
出しゲートＹＧ１，ＹＧ２、２１はダイオードＤ１，Ｄ
２からの２つの信号の流れを一本にまとめてＣＣＤチャ
ネル２に転送するための結合ゲートＣＧであり、ＹＧ１
，ＹＧ２およびＣＣＤゲート７と若干重なりを持ったＹ
字形のゲート電極である。１１−４，１１−５はそれぞ
れＹＧ１，ＹＧ２と接続する第一層目のＡｌ層である。
【０００５】図６は従来例の動作を説明するパルスタイ
ミング図、７図（ａ）および（ｂ）は図６の時刻ｔ１〜
ｔ５における図５（ａ）および（ｂ）に対応した表面ポ
テンシャルである。以下、チョッパを開いて素子面に入
射赤外光を当て焦電膜の温度が上昇した時、焦電効果に
よって焦電膜１２の下面に負電荷が誘起するように分極
処理をした場合についての動作を説明する。
ミング図、７図（ａ）および（ｂ）は図６の時刻ｔ１〜
ｔ５における図５（ａ）および（ｂ）に対応した表面ポ
テンシャルである。以下、チョッパを開いて素子面に入
射赤外光を当て焦電膜の温度が上昇した時、焦電効果に
よって焦電膜１２の下面に負電荷が誘起するように分極
処理をした場合についての動作を説明する。
【０００６】図６の時刻ｔ１で示したように、垂直帰線
期間（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開いた状態に変
わる間、リセットゲート（ＲＧ）に電圧ＶＧＨを印加し
てＭＲ１，ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜１２の両面を
短絡して電圧をＶｉｎｉｔにセットする。次にＲＧに電
圧ＶＧＬを印加してＭＲ１，ＭＲ２をＯＦＦ状態にする
と、ゲート下のチャネルがＯＦＦ状態になっているため
、フローティング状態になった信号積分用ダイオードＤ
１，Ｄ２では信号積分を開始する。温度上昇により焦電
膜の下面に負電荷，上面に正電荷が誘起するため、図６
の時刻ｔ２で示したようにＤ１の電位は低下し、Ｄ２の
電位は上昇する。時刻ｔ３ではＤ１からＣＣＤ２０−１
へ電荷を転送するためＹＧ１，ＣＧにそれぞれＶＹＨ，
ＶＣＨを印加し、ゲートのチャネルを開く。この時の電
荷量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔとＶｒｅａｄによって決ま
るバイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜１２の下面に誘起
した電荷量ＱｓｉｇとによってＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇと
なる。Ｖｒｅａｄはゲート印加電圧ＶＹＨとＹＧ１のし
きい値電圧で決まる。Ｄ１からの電荷転送が終了する（
ダイオードの電圧がＶｒｅａｄになる）と、ＹＧ１，Ｃ
ＧにそれぞれＶＹＬ，ＶＣＬを印加し、ゲート下のチャ
ネルを閉じる。この時、電荷Ｑｒｅａｄは図４のＣＣＤ
２０−１に蓄積されているが、ＣＣＤを駆動して１ビッ
ト分シフトさせ、次のＣＣＤの転送単位２０−２に移動
させる。時刻ｔ４ではＹＧ２，ＣＧのチャネルを開きダ
イオードＤ２からＣＣＤ２０−１へ電荷を転送する。こ
の時の電荷量Ｑｒｅａｄ’は焦電膜の上面に誘起した電
荷量Ｑｓｉｇ’によりＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ’となる。 ＹＧ２，ＣＧのチャネルを閉じた後、時刻ｔ５では時刻
ｔ１と同様にＭＲ１，ＭＲ２をＯＮ状態にしてダイオー
ドＤ１，Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔに再設定する。チョッ
パを閉じて赤外光を遮断すると焦電膜の温度が低下する
ため、これまでとは逆の符号の電荷が誘起する。この信
号電荷積分中に、先にＣＣＤへ転送していた電荷を順次
走査し撮像素子から取り出す。
期間（Ｖ−ＢＬＫ）においてチョッパが開いた状態に変
わる間、リセットゲート（ＲＧ）に電圧ＶＧＨを印加し
てＭＲ１，ＭＲ２をＯＮ状態とし、焦電膜１２の両面を
短絡して電圧をＶｉｎｉｔにセットする。次にＲＧに電
圧ＶＧＬを印加してＭＲ１，ＭＲ２をＯＦＦ状態にする
と、ゲート下のチャネルがＯＦＦ状態になっているため
、フローティング状態になった信号積分用ダイオードＤ
１，Ｄ２では信号積分を開始する。温度上昇により焦電
膜の下面に負電荷，上面に正電荷が誘起するため、図６
の時刻ｔ２で示したようにＤ１の電位は低下し、Ｄ２の
電位は上昇する。時刻ｔ３ではＤ１からＣＣＤ２０−１
へ電荷を転送するためＹＧ１，ＣＧにそれぞれＶＹＨ，
ＶＣＨを印加し、ゲートのチャネルを開く。この時の電
荷量ＱｒｅａｄはＶｉｎｉｔとＶｒｅａｄによって決ま
るバイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜１２の下面に誘起
した電荷量ＱｓｉｇとによってＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇと
なる。Ｖｒｅａｄはゲート印加電圧ＶＹＨとＹＧ１のし
きい値電圧で決まる。Ｄ１からの電荷転送が終了する（
ダイオードの電圧がＶｒｅａｄになる）と、ＹＧ１，Ｃ
ＧにそれぞれＶＹＬ，ＶＣＬを印加し、ゲート下のチャ
ネルを閉じる。この時、電荷Ｑｒｅａｄは図４のＣＣＤ
２０−１に蓄積されているが、ＣＣＤを駆動して１ビッ
ト分シフトさせ、次のＣＣＤの転送単位２０−２に移動
させる。時刻ｔ４ではＹＧ２，ＣＧのチャネルを開きダ
イオードＤ２からＣＣＤ２０−１へ電荷を転送する。こ
の時の電荷量Ｑｒｅａｄ’は焦電膜の上面に誘起した電
荷量Ｑｓｉｇ’によりＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ’となる。 ＹＧ２，ＣＧのチャネルを閉じた後、時刻ｔ５では時刻
ｔ１と同様にＭＲ１，ＭＲ２をＯＮ状態にしてダイオー
ドＤ１，Ｄ２の電圧をＶｉｎｉｔに再設定する。チョッ
パを閉じて赤外光を遮断すると焦電膜の温度が低下する
ため、これまでとは逆の符号の電荷が誘起する。この信
号電荷積分中に、先にＣＣＤへ転送していた電荷を順次
走査し撮像素子から取り出す。
【０００７】時刻ｔ３ではＹＧ１，ＣＧのチャネルを開
いていたが、時刻ｔ６ではＹＧ２，ＣＧのチャネルを開
く。この時の電荷量Ｖｒｅａｄ”はチョッパを閉じてい
るので焦電膜の下面に正の電荷量Ｑｓｉｇ”が誘起する
ため、Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ”となる。ＣＣＤを１ビッ
トシフトさせ、時刻ｔ７でＹＧ１，ＣＧのチャネルを開
く。この時の電荷量Ｑｒｅａｄ”’は負の電荷量Ｑｓｉ
ｇ”’によりＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ”’となる。
いていたが、時刻ｔ６ではＹＧ２，ＣＧのチャネルを開
く。この時の電荷量Ｖｒｅａｄ”はチョッパを閉じてい
るので焦電膜の下面に正の電荷量Ｑｓｉｇ”が誘起する
ため、Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ”となる。ＣＣＤを１ビッ
トシフトさせ、時刻ｔ７でＹＧ１，ＣＧのチャネルを開
く。この時の電荷量Ｑｒｅａｄ”’は負の電荷量Ｑｓｉ
ｇ”’によりＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ”’となる。
【０００８】このように信号読み出し時にＹＧ１のチャ
ネルを先に開くフィールドとＹＧ２のチャネルを先に開
くフィールドをチョッパの周期に対応させて設けてゆけ
ば、撮像素子からはＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ又はＱｂｉａ
ｓ＋Ｑｓｉｇ”の次にそれぞれＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ’
又はＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ”’に相当する信号列が出力
される。そこで先に出力されたＱｒｅａｄ又はＱｒｅａ
ｄ’から、その後に出力されるＱｒｅａｄ”又はＱｒｅ
ａｄ”’を引けばＱｓｉｇ＋Ｑｓｉｇ’又はＱｓｉｇ”
＋Ｑｓｉｇ”’が得られ、バイアス電荷Ｑｂｉａｓを各
画素単位に除去できる。
ネルを先に開くフィールドとＹＧ２のチャネルを先に開
くフィールドをチョッパの周期に対応させて設けてゆけ
ば、撮像素子からはＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ又はＱｂｉａ
ｓ＋Ｑｓｉｇ”の次にそれぞれＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ’
又はＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ”’に相当する信号列が出力
される。そこで先に出力されたＱｒｅａｄ又はＱｒｅａ
ｄ’から、その後に出力されるＱｒｅａｄ”又はＱｒｅ
ａｄ”’を引けばＱｓｉｇ＋Ｑｓｉｇ’又はＱｓｉｇ”
＋Ｑｓｉｇ”’が得られ、バイアス電荷Ｑｂｉａｓを各
画素単位に除去できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された従来の焦電型固体撮像装置の駆動方法にあって
は、単位画素ごとにバイアス電荷をキャンセルし、チョ
ッパの開閉期間によらず、先に出力された信号からその
後に出力される信号で引けば良いという利点を持つ反面
、ＹＧ１，ＹＧ２に加えるパルスの順序が一定していな
いため、素子内部での容量結合に起因する素子出力基準
レベルの変動量が、チョッパの周期に対応したフィール
ドごとに若干異なり、これが原因で画面にちらつきが出
てしまうという問題が生じていた。
成された従来の焦電型固体撮像装置の駆動方法にあって
は、単位画素ごとにバイアス電荷をキャンセルし、チョ
ッパの開閉期間によらず、先に出力された信号からその
後に出力される信号で引けば良いという利点を持つ反面
、ＹＧ１，ＹＧ２に加えるパルスの順序が一定していな
いため、素子内部での容量結合に起因する素子出力基準
レベルの変動量が、チョッパの周期に対応したフィール
ドごとに若干異なり、これが原因で画面にちらつきが出
てしまうという問題が生じていた。
【００１０】したがって、本発明は、このような事情に
基づいてなされたものであり、その目的とするところの
ものは、撮像素子の駆動パルスを各フィールドで同じに
してもバイアス電荷の除去を簡単な処理回路により実現
できる焦電型固体撮像装置の駆動方法を提供することに
ある。
基づいてなされたものであり、その目的とするところの
ものは、撮像素子の駆動パルスを各フィールドで同じに
してもバイアス電荷の除去を簡単な処理回路により実現
できる焦電型固体撮像装置の駆動方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、基本的には、第一導電型の半導体基
板の主表面に焦電気性を示す誘電体によって形成された
焦電素子，前記焦電膜の上面および下面に誘起する電荷
を別々に蓄積するための容量素子，前記容量素子の初期
電圧設定素子，前記容量素子に蓄積された信号電荷を順
次転送する信号電荷転送素子をそれぞれアレー状に形成
した固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前面に入射光
の断続を行うチョッパを設け、前記焦電膜の上面に誘起
した電荷に対応する第１の信号と前記第１の信号に対応
した前記焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する第２の
信号との間で減算処理をするための減算回路とを設けて
なる焦電型固体撮像装置において、固体撮像素子と前記
減算回路の間に設けた分離回路もしくは切り替え回路に
よって減算回路の正入力および負入力の２つの入力のい
ずれかに前記第１の信号および第２の信号を振り分ける
順序が、前記チョッパによる入射光の遮断期間と通過期
間とで逆になるように駆動することを特徴とするもので
ある。
るため、本発明は、基本的には、第一導電型の半導体基
板の主表面に焦電気性を示す誘電体によって形成された
焦電素子，前記焦電膜の上面および下面に誘起する電荷
を別々に蓄積するための容量素子，前記容量素子の初期
電圧設定素子，前記容量素子に蓄積された信号電荷を順
次転送する信号電荷転送素子をそれぞれアレー状に形成
した固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前面に入射光
の断続を行うチョッパを設け、前記焦電膜の上面に誘起
した電荷に対応する第１の信号と前記第１の信号に対応
した前記焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する第２の
信号との間で減算処理をするための減算回路とを設けて
なる焦電型固体撮像装置において、固体撮像素子と前記
減算回路の間に設けた分離回路もしくは切り替え回路に
よって減算回路の正入力および負入力の２つの入力のい
ずれかに前記第１の信号および第２の信号を振り分ける
順序が、前記チョッパによる入射光の遮断期間と通過期
間とで逆になるように駆動することを特徴とするもので
ある。
【００１２】
【作用】このように構成した焦電型固体撮像装置の駆動
方法によれば、固体撮像素子と前記減算回路の間に設け
た分離回路もしくは切り替え回路によって減算回路の正
入力および負入力の２つの入力のいずれかに前記第１の
信号および第２の信号を振り分ける順序が、前記チョッ
パによる入射光の遮断期間と通過期間とで逆になるよう
に駆動するようになっている。
方法によれば、固体撮像素子と前記減算回路の間に設け
た分離回路もしくは切り替え回路によって減算回路の正
入力および負入力の２つの入力のいずれかに前記第１の
信号および第２の信号を振り分ける順序が、前記チョッ
パによる入射光の遮断期間と通過期間とで逆になるよう
に駆動するようになっている。
【００１３】ここで、前記第１の信号は、焦電膜の上面
に誘起する電荷に対応する信号であり、また、第２の信
号は、焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する信号であ
る。
に誘起する電荷に対応する信号であり、また、第２の信
号は、焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する信号であ
る。
【００１４】そして、これら第１の信号および第２の信
号との間で減算処理をすることにより、バイアス電荷の
除去ができるようになる。
号との間で減算処理をすることにより、バイアス電荷の
除去ができるようになる。
【００１５】このことは、撮像素子の駆動パルスが各フ
ィールドで同じであることから、簡単な処理回路でバイ
アス電荷の除去を実現できることになる。
ィールドで同じであることから、簡単な処理回路でバイ
アス電荷の除去を実現できることになる。
【００１６】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００１７】図１は本発明の焦電型固体撮像装置の駆動
方法を説明するためのブロック図、図２は図４および図
５（ａ）（ｂ）で示した構造の焦電型固体撮像素子を用
いて図１のように構成した撮像装置の動作および本発明
の駆動方法を説明するためのパルス・タイミング図であ
る。１０１は焦電型固体撮像素子、１０３はプリアンプ
、１０４，１０５はアナログ・スイッチ等による分離回
路、１０２は撮像素子１０１の駆動回路、１０６は時間
合せをするための遅延回路、１０７は遅延回路１０６の
出力Ｑと分離回路１０５の出力Ｒとの差分を出力する減
算回路、１０８はＧｅ等の赤外光用レンズ、１０９は赤
外光を時間的に断続するチョッパ、１１０はチョッパの
開閉動作の制御回路である。
方法を説明するためのブロック図、図２は図４および図
５（ａ）（ｂ）で示した構造の焦電型固体撮像素子を用
いて図１のように構成した撮像装置の動作および本発明
の駆動方法を説明するためのパルス・タイミング図であ
る。１０１は焦電型固体撮像素子、１０３はプリアンプ
、１０４，１０５はアナログ・スイッチ等による分離回
路、１０２は撮像素子１０１の駆動回路、１０６は時間
合せをするための遅延回路、１０７は遅延回路１０６の
出力Ｑと分離回路１０５の出力Ｒとの差分を出力する減
算回路、１０８はＧｅ等の赤外光用レンズ、１０９は赤
外光を時間的に断続するチョッパ、１１０はチョッパの
開閉動作の制御回路である。
【００１８】チョッパ１０９の開閉動作は、撮像素子１
０１の動作上、駆動回路１０２と同期をとるため駆動回
路１０２からの信号Ｆ１により行なう。１１１は分離回
路１０４、１０５の制御パルスＳＥＰ１、ＳＥＰ２を発
生させる分離信号発生回路であり、チョッパの開閉や撮
像素子の動作と同期をとるため駆動回路１０２からの信
号Ｆ２を受けてＳＥＰ１、ＳＥＰ２の波形を変えている
。
０１の動作上、駆動回路１０２と同期をとるため駆動回
路１０２からの信号Ｆ１により行なう。１１１は分離回
路１０４、１０５の制御パルスＳＥＰ１、ＳＥＰ２を発
生させる分離信号発生回路であり、チョッパの開閉や撮
像素子の動作と同期をとるため駆動回路１０２からの信
号Ｆ２を受けてＳＥＰ１、ＳＥＰ２の波形を変えている
。
【００１９】焦電型固体撮像素子１０１の素子面に赤外
光を当てた時、焦電効果によって素子主表面の焦電膜１
２の下面に負電荷が誘起するように分極処理をした場合
についての動作を説明する。図２の時刻ｔａで示したよ
うにＹＧ１，ＣＧにそれぞれＶＹＨ，ＶＣＨを印加して
ゲート下のチャネルを開き、図４のダイオードＤ１から
ＣＣＤ２０−１へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑｒ
ｅａｄはバイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜の下面に誘
起した電荷量ＱｓｉｇとによってＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ
となる。ＹＧ１，ＣＧのゲート下のチャネルを閉じた後
ＣＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、Ｑｒｅａｄを
次の転送単位２０−２に転送する。時刻ｔｂではＹＧ２
，ＣＧのチャネルを開き、ダイオードＤ２からＣＣＤ２
０−１へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑｒｅａｄ’
は焦電膜の上面に誘起した電荷量Ｑｓｉｇ’によりＱｂ
ｉａｓ−Ｑｓｉｇ’となる。ＹＧ２，ＣＧのチャネルを
閉じた後ダイオードＤ１，Ｄ２の電位をＶｉｎｉｔに再
設定し、チョッパを閉じて赤外光を遮断する。焦電膜の
温度は低下し、膜の表面にはこれまでと逆の電荷が誘起
する。このような信号積分を行っている間に先にＣＣＤ
へ転送していた電荷を順次走査し、撮像素子から出力す
る。時刻ｔｃおよびｔｄでも時刻ｔａおよびｔｂと同様
の動作を行う。ただし電荷の極性は逆になり、時刻ｔｃ
の時にＣＣＤに転送する電荷Ｑｒｅａｄ”はＱｂｉａｓ
−Ｑｓｉｇ”、時刻ｔｄでの転送電荷Ｑｒｅａｄ”’は
Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ”’となる。
光を当てた時、焦電効果によって素子主表面の焦電膜１
２の下面に負電荷が誘起するように分極処理をした場合
についての動作を説明する。図２の時刻ｔａで示したよ
うにＹＧ１，ＣＧにそれぞれＶＹＨ，ＶＣＨを印加して
ゲート下のチャネルを開き、図４のダイオードＤ１から
ＣＣＤ２０−１へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑｒ
ｅａｄはバイアス電荷量Ｑｂｉａｓと焦電膜の下面に誘
起した電荷量ＱｓｉｇとによってＱｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ
となる。ＹＧ１，ＣＧのゲート下のチャネルを閉じた後
ＣＣＤを駆動して１ビット分シフトさせ、Ｑｒｅａｄを
次の転送単位２０−２に転送する。時刻ｔｂではＹＧ２
，ＣＧのチャネルを開き、ダイオードＤ２からＣＣＤ２
０−１へ電荷を転送する。この時の電荷量Ｑｒｅａｄ’
は焦電膜の上面に誘起した電荷量Ｑｓｉｇ’によりＱｂ
ｉａｓ−Ｑｓｉｇ’となる。ＹＧ２，ＣＧのチャネルを
閉じた後ダイオードＤ１，Ｄ２の電位をＶｉｎｉｔに再
設定し、チョッパを閉じて赤外光を遮断する。焦電膜の
温度は低下し、膜の表面にはこれまでと逆の電荷が誘起
する。このような信号積分を行っている間に先にＣＣＤ
へ転送していた電荷を順次走査し、撮像素子から出力す
る。時刻ｔｃおよびｔｄでも時刻ｔａおよびｔｂと同様
の動作を行う。ただし電荷の極性は逆になり、時刻ｔｃ
の時にＣＣＤに転送する電荷Ｑｒｅａｄ”はＱｂｉａｓ
−Ｑｓｉｇ”、時刻ｔｄでの転送電荷Ｑｒｅａｄ”’は
Ｑｂｉａｓ＋Ｑｓｉｇ”’となる。
【００２０】図３は図１のＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓ各点での撮像
素子における読み出し電荷量に対応した波形であり、チ
ョッパの開期間、閉期間それぞれについて２画素分を示
した。Ｐ点での波形は上記Ｑｒｅａｄ，Ｑｒｅａｄ’等
と対応している。チョッパの開期間に蓄積された電荷は
図のようにチョッパの閉期間に撮像素子から出力される
。バイアス電荷を除去するため、図１の分離信号発生回
路１１１から図２のように出力されるＳＥＰ１，ＳＥＰ
２により信号を２つの経路に分離する。Ｑｒｅａｄ，Ｑ
ｒｅａｄ”’に相当する信号は分離回路１０４を通過し
、遅延回路１０６で△ｔだけ時間合わせをし、分離回路
１０５を通過したＱｒｅａｄ’，Ｑｒｅａｄ”と位相を
合わせる。減算回路１０７の入力Ｑ，Ｒ点での波形が図
３のようになるため、Ｓ点ではバイアス電荷分が除去さ
れた信号出力が得られる。 さらにローパス・フィルタを通して同期信号を付加する
などの処理を行えばビデオ信号として扱える。
素子における読み出し電荷量に対応した波形であり、チ
ョッパの開期間、閉期間それぞれについて２画素分を示
した。Ｐ点での波形は上記Ｑｒｅａｄ，Ｑｒｅａｄ’等
と対応している。チョッパの開期間に蓄積された電荷は
図のようにチョッパの閉期間に撮像素子から出力される
。バイアス電荷を除去するため、図１の分離信号発生回
路１１１から図２のように出力されるＳＥＰ１，ＳＥＰ
２により信号を２つの経路に分離する。Ｑｒｅａｄ，Ｑ
ｒｅａｄ”’に相当する信号は分離回路１０４を通過し
、遅延回路１０６で△ｔだけ時間合わせをし、分離回路
１０５を通過したＱｒｅａｄ’，Ｑｒｅａｄ”と位相を
合わせる。減算回路１０７の入力Ｑ，Ｒ点での波形が図
３のようになるため、Ｓ点ではバイアス電荷分が除去さ
れた信号出力が得られる。 さらにローパス・フィルタを通して同期信号を付加する
などの処理を行えばビデオ信号として扱える。
【００２１】以上説明したように、本実施例によれば、
固体撮像素子と前記減算回路の間に設けた分離回路１０
４、１０５（もしくは切り替え回路）によって減算回路
１０７の正入力および負入力の２つの入力のいずれかに
前記第１の信号および第２の信号を振り分ける順序が、
前記チョッパによる入射光の遮断期間と通過期間とで逆
になるように駆動するようになっている。
固体撮像素子と前記減算回路の間に設けた分離回路１０
４、１０５（もしくは切り替え回路）によって減算回路
１０７の正入力および負入力の２つの入力のいずれかに
前記第１の信号および第２の信号を振り分ける順序が、
前記チョッパによる入射光の遮断期間と通過期間とで逆
になるように駆動するようになっている。
【００２２】ここで、前記第１の信号は、焦電膜の上面
に誘起する電荷に対応する信号であり、また、第２の信
号は、焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する信号であ
る。
に誘起する電荷に対応する信号であり、また、第２の信
号は、焦電膜の下面に誘起する電荷に対応する信号であ
る。
【００２３】そして、これら第１の信号および第２の信
号との間で減算回路１０７による減算処理をすることに
より、バイアス電荷の除去ができるようになる。
号との間で減算回路１０７による減算処理をすることに
より、バイアス電荷の除去ができるようになる。
【００２４】このことは、撮像素子の駆動パルスが各フ
ィールドで同じであることから、簡単な処理回路でバイ
アス電荷の除去を実現できることになる。
ィールドで同じであることから、簡単な処理回路でバイ
アス電荷の除去を実現できることになる。
【００２５】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲におい
て変形可能であることはいうまでもない。例えば、図２
ではチョッパ開閉の周期が２フィールドの周期と同じで
あるが、チョッパ開閉の周期はフィールド周期の整数倍
であってよいことはもちろんである。また、チョッパの
開期間と閉期間の長さが異なってもよいことはもちろん
である。
明したが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲におい
て変形可能であることはいうまでもない。例えば、図２
ではチョッパ開閉の周期が２フィールドの周期と同じで
あるが、チョッパ開閉の周期はフィールド周期の整数倍
であってよいことはもちろんである。また、チョッパの
開期間と閉期間の長さが異なってもよいことはもちろん
である。
【００２６】
【発明の効果】以上、説明したように本発明による焦電
型固体撮像装置の駆動方法によれば、撮像素子の駆動パ
ルスのタイミングをチョッパの開閉によらず各フィール
ドで同じにすることによりバイアス電荷分のキャンセル
を簡単な処理回路により実現できるようになる。また、
固体撮像素子の駆動パルスが同じなため、素子内部での
容量結合に起因する素子出力基準レベルの変動も同じに
なり、このことから画面のちらつきもなくなる。
型固体撮像装置の駆動方法によれば、撮像素子の駆動パ
ルスのタイミングをチョッパの開閉によらず各フィール
ドで同じにすることによりバイアス電荷分のキャンセル
を簡単な処理回路により実現できるようになる。また、
固体撮像素子の駆動パルスが同じなため、素子内部での
容量結合に起因する素子出力基準レベルの変動も同じに
なり、このことから画面のちらつきもなくなる。
【図１】本発明による焦電型固体撮像装置の駆動方法を
適用させる焦電型固体撮像装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
適用させる焦電型固体撮像装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
【図２】本発明による焦電型固体撮像装置の駆動方法の
一実施例を説明するためのパルスタイミング図である。
一実施例を説明するためのパルスタイミング図である。
【図３】図１に示す焦電型固体撮像装置の各部における
動作を示す信号波形図である。
動作を示す信号波形図である。
【図４】本発明による焦電型固体撮像装置の駆動方法が
適用される焦電型固体撮像素子の一実施例を示す等価回
路図である。
適用される焦電型固体撮像素子の一実施例を示す等価回
路図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４に示す等
価回路が組み込まれた素子の断面図である。
価回路が組み込まれた素子の断面図である。
【図６】従来の固体撮像装置の駆動方法の動作の一例を
説明するためのパルスタイミング図である。
説明するためのパルスタイミング図である。
【図７】図５，図６のパルスタイミング図の時間に対応
させた素子内の表面ポテンシャルを示す説明図である。
させた素子内の表面ポテンシャルを示す説明図である。
１０１ 焦電型固体撮像素子
１０２ 駆動回路
１０３ プリアンプ
１０４ 分離回路
１０５ 分離回路
１０６ 遅延回路
１０７ 減算回路
１０８ 赤外光用レンズ
１０９ チョッパ
Claims (1)
- 【請求項１】 第一導電型の半導体基板の主表面に焦
電気性を示す誘電体によって形成された焦電膜，前記焦
電膜の上面および下面に誘起する電荷を別々に蓄積する
ための容量素子，前記容量素子の初期電圧設定素子，前
記容量素子に蓄積された信号電荷を順次転送する信号電
荷転送素子をそれぞれアレー状に形成した固体撮像素子
と、前記固体撮像素子の前面に入射光の断続を行うチョ
ッパを設け、前記焦電膜の上面に誘起した電荷に対応す
る第１の信号と前記第１の信号に対応した前記焦電膜の
下面に誘起する電荷に対応する第２の信号との間で減算
処理をするための減算回路とを設けてなる焦電型固体撮
像装置において、固体撮像素子と前記減算回路の間に設
けた分離回路もしくは切り替え回路によって減算回路の
正入力および負入力の２つの入力のいずれかに前記第１
の信号および第２の信号を振り分ける順序が、前記チョ
ッパによる入射光の遮断期間と通過期間とで逆になるよ
うに駆動することを特徴とした焦電固体撮像装置の駆動
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026203A JPH04265080A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 焦電型固体撮像装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026203A JPH04265080A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 焦電型固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265080A true JPH04265080A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12186911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3026203A Pending JPH04265080A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 焦電型固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04265080A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015515608A (ja) * | 2012-03-05 | 2015-05-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 加速度センサを備えた赤外線センサ及び該赤外線センサの動作方法 |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3026203A patent/JPH04265080A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015515608A (ja) * | 2012-03-05 | 2015-05-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 加速度センサを備えた赤外線センサ及び該赤外線センサの動作方法 |
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