JPH04371084A - 固体撮像装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特にビデオカメラ等の撮像デバイスとして用いて好適な
固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤイメージセンサの如き固体
撮像素子を用いて撮像を行うような固体撮像装置におい
て、いわゆる手振れによる表示画像のぶれを防止するよ
うになされたものが知られている。

【０００３】この種の固体撮像装置の一例として、図６
に示すように、ＣＣＤイメージセンサ１の撮像領域１４
に蓄積された信号電荷を垂直転送後に水平方向に転送す
る水平転送レジスタ１５の下部に、不要電荷排出ゲート
１７及び不要電荷排出ドレイン１８からなる電荷排出部
を設け、手振れ検出回路（図示せず）で検出した手振れ
量に応じて決定された表示領域以外に蓄積された電荷を
不要電荷として排出するように構成されたものが本出願
人により提案されている。

【０００４】この電荷排出部を備えたＣＣＤイメージセ
ンサを有する固体撮像装置では、図６のＢ‐Ｂ′矢視断
面のポテンシャルを示す図７において、不要電荷排出ド
レイン１８には一定電圧Ｖｃｏｎｓｔ　を印加してポテ
ンシャルφ３　を固定にしておき、水平転送レジスタ１
５中の電荷を排出するときは、不要電荷排出ゲート１７
に印加する電圧（ゲートパルスＧＰ）を高くしてゲート
を開くことにより、不要電荷を水平転送レジスタ１５か
ら不要電荷排出ドレイン１８へ排出し、排出しないとき
は、低い（負の）電圧を不要電荷排出ゲート１７に印加
してゲートを閉じることにより、水平転送レジスタ１５
と不要電荷排出ドレイン１８を分離している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成では、不要電荷排出ドレイン１８のポテンシャル
φ３　が固定となっていることから、不要電荷排出ゲー
ト１７の閉時のポテンシャルφ２Ｌと不要電荷排出ドレ
イン１８のポテンシャルφ３　のポテンシャル差が大き
くなるため、場合によってはブレークダウンが起きる可
能性がある。そして、このブレークダウンによって発生
した多量の電荷の一部が、信号電荷を転送する水平転送
レジスタ１５に飛び込むと、これがノイズ成分となって
画質を劣化させる要因となる。

【０００６】不要電荷排出ゲート１７の最も浅いポテン
シャルφ２Ｌと不要電荷排出ドレイン１８のポテンシャ
ルφ３　とのポテンシャル差を小さくするには、図８の
ポテンシャル図に示すように、ゲート閉時の不要電荷排
出ドレイン１８の電圧を通常よりも低くして不要電荷排
出ドレイン１８のポテンシャルφ３　を浅く設定してや
れば良いことになる。

【０００７】しかし、不要電荷排出ドレイン１８のポテ
ンシャルφ３　が水平転送レジスタ１５の最も深いポテ
ンシャルφ１Ｈよりも深くないと、不要電荷排出ドレイ
ン１８から水平転送レジスタ１５へ電荷を注入する形と
なるため、不要電荷排出ドレイン１８の電圧を電荷の逆
流が起きないところまでしか下げることができず、ブレ
ークダウンを防止するには不十分になる可能性がある。

【０００８】また、不要電荷排出ゲート１７の最も浅い
ポテンシャルφ２Ｌと不要電荷排出ドレイン１８のポテ
ンシャルφ３　とのポテンシャル差を小さくする他の方
法としては、図９のポテンシャル図に示すように、不要
電荷排出ドレイン１８のポテンシャルφ３　をゲート閉
時に十分にブレークダウンしない電位に固定しておき、
ゲートを開けるときは不要電荷排出ドレイン１８から電
荷が逆流しない程度までしかゲートを開けないようにす
る方法も考えられる。

【０００９】しかし、この方法では、不要電荷排出ドレ
イン１８のポテンシャルφ３　を上記条件を満たすよう
なポテンシャルにすると、水平転送レジスタ１５の最も
深いポテンシャルφ１Ｈよりも浅くなってしまう可能性
がある。このような場合に、不要電荷排出ゲート１７を
通常通りに駆動すると、不要電荷排出ドレイン１８から
水平転送レジスタ１５への電荷の注入が起きてしまう。

【００１０】これを防止するには、不要電荷排出ゲート
１７の深い方のポテンシャルφ２Ｈを浅くして、不要電
荷排出ドレイン１８から不要電荷排出ゲート１７への電
荷の注入を防ぐポテンシャルバリアを形成すれば良い。 しかし、このポテンシャルバリアは、不要電荷を水平転
送レジスタ１５から不要電荷排出ドレイン１８へ排出す
る際にもバリアとして作用することになるため、水平転
送レジスタ１５には不要電荷排出ドレイン１８へ掃き捨
てきれなかった不要電荷が残存し、これに伴い不要な出
力が導出されたり、信号電荷に不要電荷が混入する等の
可能性がある。

【００１１】本発明は、上述した点に鑑みなされたもの
であり、簡単な構成にて電荷排出部でのゲート・ドレイ
ン間のブレークダウンの発生を防止することにより、こ
のブレークダウンに起因する信号電荷へのノイズの原因
となる電荷の飛び込みをなくすようにした固体撮像装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、画素単位で２次元配列されて入射光量に応じた信
号電荷を蓄積する複数個のフォトセンサを含む撮像領域
と、この撮像領域に蓄積された信号電荷を転送する電荷
転送部と、この電荷転送部に隣接して設けられて当該電
荷転送部中に存在する電荷を選択的に排出するゲート部
及びドレイン部からなる電荷排出部と、ドレイン部のポ
テンシャルが電荷排出部のゲート開時にはゲート部のポ
テンシャルよりも深く、ゲート閉時にはゲート開時のポ
テンシャルよりも浅くなるような２値の電圧をドレイン
部に印加する駆動部とを具備する構成となっている。

【００１３】

【作用】本発明による固体撮像装置においては、不要電
荷を排出しない期間のドレイン部の電圧としては、特に
他に影響を及ぼさない限りいかなる電圧値でも構わない
ことに着目し、不要電荷を排出しない期間でのドレイン
部の電圧値を、不要電荷を排出するときの電圧値に対し
て変えることで、ゲート部とドレイン部の間のポテンシ
ャル差が大きくならないようにする。

【００１４】すなわち、ゲート部が開いているときは、
十分に不要電荷を排出できるようにドレイン部に高い電
圧を印加しておき、ゲート部が閉じているときは、ゲー
ト部とドレイン部の間のポテンシャル差（電界）が十分
に小さくなるようにドレイン部に印加する電圧を低くす
る。これによれば、不要電荷を掃き捨てるドレイン部の
機能を十分に維持しつつゲート部とドレイン部の間の電
界を十分に低くすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明による固体撮像装置の一実
施例を示すブロック図である。図において、本発明によ
る固体撮像装置は、固体撮像素子であるＣＣＤイメージ
センサ１と、撮像中に生じた手振れ量を検出する手振れ
検出回路２と、ＣＣＤイメージセンサ１等を駆動する駆
動パルス等を生成するためのタイミングジェネレータ３
と、このタイミングジェネレータ３からの駆動パルス等
に応じてＣＣＤイメージセンサ１等を駆動するためのパ
ルスドライバであるＣＣＤドライバ４等を備えた構成と
なっている。

【００１６】ＣＣＤイメージセンサ１としては、例えば
図２に示すようないわゆるインターライン転送方式のも
のが用いられる。同図において、画素単位で２次元配列
されて入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数個のフ
ォトセンサ１１と、これらフォトセンサ１１の垂直列毎
に配されかつ読み出しゲート１２を介して読み出された
信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタ１３と
によって撮像領域１４が構成されている。

【００１７】垂直転送レジスタ１３に移された信号電荷
は、１走査線に相当する部分ずつ順に水平転送レジスタ
１５へ転送される。水平転送レジスタ１５に転送された
１走査線分の信号電荷は、順次水平方向に転送されて電
荷検出部１６に供給される。電荷検出部１６は、例えば
フローティングディフュージョンアンプによって構成さ
れており、転送されてきた信号電荷を検出して電気信号
に変換し、テレビジョン信号として導出する。

【００１８】また、図１に示すように、水平転送レジス
タ１５には連続して不要電荷排出ゲート１７が設けられ
、さらにこの不要電荷排出ゲート１７には水平転送レジ
スタ１５中の電荷を排出する不要電荷排出ドレイン１８
が連続して設けられており、この不要電荷排出ゲート１
７および不要電荷排出ドレイン１８によって水平転送レ
ジスタ１５中に存在する信号電荷を選択的に排出する電
荷排出部が構成されている。

【００１９】タイミングジェネレータ３は、ＣＣＤイメ
ージセンサ１のフォトセンサ１１に蓄積された電荷を垂
直転送レジスタ１３に読み出す読み出しパルスＶＴ、後
述するスイッチ５をオン／オフ制御するスイッチパルス
ＳＰ、読み出しパルスＶＴによって読み出された電荷を
高速で垂直転送する高速垂直転送パルスＶＨＣ、読み出
しパルスＶＴによって読み出された電荷を通常速度（周
波数）で垂直転送する通常垂直転送パルスＶＬＣ、水平
転送レジスタ１５に垂直転送された電荷を高速で水平転
送する高速水平転送パルスＨＨＣ、水平転送レジスタ１
５に垂直転送された電荷を通常速度で水平転送する通常
水平転送パルスＨＬＣ、不要電荷排出ゲート１７をオン
／オフ制御するゲートパルスＧＰ、及び不要電荷排出ド
レイン１８に印加するドレインパルスＤＰの各種駆動パ
ルスを生成する。これら各駆動パルスはＣＣＤドライバ
４に供給される。

【００２０】電荷検出部１６の出力ラインと接地間には
、スイッチ５及び抵抗６が直列接続されている。このス
イッチ５は、通常はオフ（開）状態にあり、スイッチパ
ルスＳＰが印加されることによってオン（閉）状態とな
る。なお、本例では、電荷検出部１６の出力ラインと接
地間に、スイッチ５及び抵抗６を直列接続するとしたが
、フローティングディフュージョンに接続されたソース
フォロワ回路によって構成することも可能である。

【００２１】このように構成されたＣＣＤ固体撮像装置
において、本発明の特徴とするところは、図３のポテン
シャル図に示すように、不要電荷排出ドレイン１８のポ
テンシャルφ３　が、電荷排出部のゲート開時には不要
電荷排出ゲート１７のポテンシャルφ２Ｈよりも深く（
φ３Ｈ）、ゲート閉時にはゲート開時のポテンシャルφ
３Ｈよりも浅く（φ３Ｌ）なるような２値の電圧（ドレ
インパルスＤＰ）を不要電荷排出ドレイン１８に印加す
るようにした点にある。なお、図３は図１のＡ‐Ａ′矢
視断面のポテンシャル図である。

【００２２】このようにすれば、水平転送レジスタ１５
中に存在する不要電荷を排出するときは、水平転送レジ
スタ１５から不要電荷排出ゲート１７を通して不要電荷
排出ドレイン１８に排出するのに十分な深さのポテンシ
ャルφ３Ｈが不要電荷排出ドレイン１８において得られ
るため、不要電荷排出ドレイン１８からの水平転送レジ
スタ１５への電荷の注入や、不要電荷の水平転送レジス
タ１５への残存等の問題が起こることはない。

【００２３】また、不要電荷を排出しないときには、不
要電荷排出ドレイン１８に印加する電圧としては、特に
他に影響を及ぼさない限りにおいていかなる電圧値でも
構わないことから、不要電荷排出ドレイン１８のポテン
シャルφ３Ｌが排出時のポテンシャルφ３Ｈよりも浅く
なるような電圧値を不要電荷排出ドレイン１８に印加す
ることにより、不要電荷排出ゲート１７と不要電荷排出
ドレイン１８の間のポテンシャル差（φ２Ｌ−φ３Ｌ）
が大きくならなくて済む。

【００２４】このように、不要電荷排出ドレイン１８に
印加する電圧値を不要電荷を排出する場合と排出しない
場合で可変とし、排出しない時（ゲート閉時）の不要電
荷排出ゲート１７と不要電荷排出ドレイン１８の間のポ
テンシャル差（φ２Ｌ−φ３Ｌ）を小さくすることによ
り、ゲート・ドレイン間のブレークダウンの発生を防止
できるため、このブレークダウンに起因する信号電荷へ
のノイズの原因となる電荷の飛び込みをなくすことがで
きる。

【００２５】なお、上記実施例においては、タイミング
ジェネレータ３で発生されたゲートパルスＧＰ及びドレ
インパルスＤＰを、ＣＣＤドライバ４を介して不要電荷
排出ゲート１７及び不要電荷排出ドレイン１８にそれぞ
れ印加するとしたが、この構成の場合には、ＣＣＤドラ
イバ４では、不要電荷排出ゲート１７及び不要電荷排出
ドレイン１８の各々に対して駆動回路を用意する必要が
ある。

【００２６】これに対し、不要電荷排出ドレイン１８に
印加するドレインパルスＤＰの振幅は、不要電荷排出ゲ
ート１７に印加するゲートパルスＧＰの振幅と同じで良
いことから、図４に示すように、不要電荷排出ゲート１
７及び不要電荷排出ドレイン１８に対してタイミングジ
ェネレータ３で単一のクロックパルスＣＰを発生し、Ｄ
Ｃシフト回路１９によって不要電荷排出ドレイン１８に
印加するゲートパルスＧＰのＤＣ値をシフトするように
構成しても良く、これによれば、前者の場合に比べて付
加する回路規模が小さくて済む利点がある。

【００２７】図４において、タイミングジェネレータ３
で発生された単一のクロックパルスＣＰは、ＣＣＤドラ
イバ４を経てそのままドレインパルスＤＰとして不要電
荷排出ドレイン１８に供給されるとともに、その振幅成
分のみがＤＣシフト回路１９のコンデンサＣで取り出さ
れ、かつ互いに並列接続されたダイオードＤ及び抵抗Ｒ
からなるクランプ回路２０でＤＣ値が決定され、ゲート
パルスＧＰとして不要電荷排出ゲート１７に供給される
ことになる。

【００２８】また、上記実施例では、インターライン転
送方式のＣＣＤイメージセンサを備え、水平転送部とし
て単一の水平転送レジスタ１５を有する固体撮像装置に
適用した場合について説明したが、フレーム転送方式の
ＣＣＤイメージセンサを備えた固体撮像装置や、複数本
（例えば、２本）の水平転送レジスタを有する固体撮像
装置にも同様に適用可能である。

【００２９】さらには、不要電荷排出ゲート１７及び不
要電荷排出ドレイン１８からなる電荷排出部を水平転送
レジスタ（電荷転送部）１５の下部に配した固体撮像装
置に適用するとしたが、図５に示すように、水平転送レ
ジスタ１５の転送方向の端部に不要電荷排出ゲート１７
′及び不要電荷排出ドレイン１８′からなる電荷排出部
を配した場合であっても良く、要は、不要電荷排出ゲー
ト１７及び不要電荷排出ドレイン１８からなる電荷排出
部において、不要電荷排出ドレイン１８に印加する電圧
値を不要電荷を排出する場合と排出しない場合で可変と
することで、不要電荷を排出しないときの不要電荷排出
ゲート１７と不要電荷排出ドレイン１８の間のポテンシ
ャル差を小さくできれば良いのである。

【００３０】またさらに、上記実施例においては、手振
れ検出回路２によって手振れ量を検出し、この手振れ量
に応じて決定された表示領域以外に蓄積された電荷を不
要電荷として排出するようになされた固体撮像装置に適
用したが、導出されるテレビジョン信号のアスペクト比
を可変とし、その設定アスペクト比に対応して決定され
た表示領域以外に蓄積された電荷を不要電荷として排出
するようになされた固体撮像装置にも同様に適用可能で
ある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電荷転送部中に存在する電荷を選択的に排出するゲート
部およびドレイン部からなる電荷排出部を備えた固体撮
像装置において、ドレイン部のポテンシャルが電荷排出
部のゲート開時にはゲート部のポテンシャルよりも深く
、ゲート閉時にはゲート開時のポテンシャルよりも浅く
なるような２値の電圧をドレイン部に印加するようにし
たことにより、簡単な構成にて電荷排出部でのゲート・
ドレイン間のブレークダウンの発生を防止できるため、
このブレークダウンに起因する信号電荷へのノイズの原
因となる電荷の飛び込みをなくすことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】インターライン転送方式のＣＣＤイメージセン
サの一例の構成図である。

【図３】図２のＡ‐Ａ′矢視断面のポテンシャル図であ
る。

【図４】本発明による固体撮像装置の他の実施例の要部
を示すブロック図である。

【図５】電荷排出部の変形例を示す構成図である。

【図６】電荷排出部を備えた固体撮像装置の一例の構成
図である。

【図７】ドレイン部の電圧を固定とした場合の図６のＢ
‐Ｂ′矢視断面のポテンシャル図である。

【図８】ゲート閉時のドレイン部の電圧を通常よりも低
く設定した場合のポテンシャル図である。

【図９】ゲート閉時のドレイン部の電圧をブレークダウ
ンしない値に固定とし、ゲート開時にゲートを十分に開
けないようにした場合のポテンシャル図である。

【符号の説明】

１　　ＣＣＤイメージセンサ ２　　手振れ検出回路 ３　　タイミングジェネレータ ４　　ＣＣＤドライバ １１　　フォトセンサ １３　　垂直転送レジスタ １４　　撮像領域 １５　　水平転送レジスタ １７　　不要電荷排出ゲート １８　　不要電荷排出ドレイン １９　　ＤＣシフト回路 ２０　　クランプ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画素単位で２次元配列されて入射光量
   に応じた信号電荷を蓄積する複数個のフォトセンサを含
   む撮像領域と、前記撮像領域に蓄積された信号電荷を転
   送する電荷転送部と、前記電荷転送部に隣接して設けら
   れて前記電荷転送部中に存在する電荷を選択的に排出す
   るゲート部及びドレイン部からなる電荷排出部と、前記
   ドレイン部のポテンシャルが前記電荷排出部のゲート開
   時には前記ゲート部のポテンシャルよりも深く、ゲート
   閉時にはゲート開時のポテンシャルよりも浅くなるよう
   な２値の電圧を前記ドレイン部に印加する駆動部とを具
   備することを特徴とする固体撮像装置。