JPH0686176A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強い光が入射した場合でも電荷転送部で転送
漏れの発生することがない固体撮像装置の駆動方法を提
供する。 【構成】 光電変換部１１から電荷転送部１２へ信号電
荷を読み出すための信号電荷読み出し制御パルス２１の
印加を開始してから、少し遅れて、不要電荷を不要電荷
掃き捨て部１４へ掃き捨てるための不要電荷掃き捨て制
御パルス２５の印加を開始し、信号電荷読み出し制御パ
ルス２１の印加が終了した後も一定期間は、不要電荷掃
き捨て制御パルス２５を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラ等に用
いられる固体撮像装置の駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置はビデオカメラや監
視カメラ等に広く使用されている。以下、図面を参照し
ながら、従来の固体撮像装置について説明する。図４は
従来の固体撮像装置の駆動方法に適用される固体撮像装
置の構成を示す概略図である。なお、図４(a) は同固体
撮像装置の平面図、図４(b) は図４(a)のＡ−Ｂ線にお
ける断面図である。

【０００３】図４において、４１は光信号を信号電荷に
変換し、この信号電荷を蓄積する光電変換部、４２は信
号電荷を転送する電荷転送部、４３は光電変換部４１に
蓄積されている信号電荷を電荷転送部４２に読み出すた
めの信号電荷読み出し部、４４は光電変換部４１で発生
した不要電荷や余剰電荷を掃き捨てる電荷掃き捨て部、
４５は光電変換部４１から電荷掃き捨て部４４への電荷
の掃き捨てを制御する電荷掃き捨て制御部である。

【０００４】このように構成された従来の固体撮像装置
の駆動方法を図４ないし図６を参照しながら説明する。
図５はこの発明の一実施例の固体撮像装置の駆動方法を
説明するためのタイミング図である。なお、図５(a) は
信号電荷読み出し部４３の信号電荷読み出し動作を制御
する信号電荷読み出し制御パルス５１の印加タイミング
を示すタイミング図、図５(b) は不要電荷掃き捨て制御
部４５の不要電荷掃き捨て動作を制御する不要電荷掃き
捨て制御パルス５５の印加タイミングを示すタイミング
図である。

【０００５】図５において、５１は信号電荷読み出し部
４３の信号電荷読み出しを制御する信号電荷読み出し制
御パルスであり、５２は光電変換部４１で光信号が光電
変換され信号電荷として蓄積される信号電荷蓄積期間、
５３は光電変換部４１で光信号が光電変換され不要電荷
として蓄積される不要電荷蓄積期間、５４は光電変換部
４１に蓄積された信号電荷を電荷転送部４２に読み出す
信号電荷読み出し期間である。

【０００６】また、５５は電荷掃き捨て制御部４５の不
要電荷掃き捨てを制御する不要電荷掃き捨て制御パルス
であり、５６は不要電荷蓄積期間５３で光電変換部４１
に蓄積された不要電荷を電荷掃き捨て部４４へ掃き捨て
る不要電荷掃き捨て期間である。図６は従来の固体撮像
装置の駆動方法を説明するためのポテンシャル図であ
る。

【０００７】図６において、６１は光電変換部４１に対
応する領域を示す光電変換部領域、６２は電荷転送部４
２に対応する領域を示す電荷転送部領域、６３は信号電
荷読み出し部４３に対応する領域を示す信号電荷読み出
し部領域、６４は電荷掃き捨て部４４に対応する領域を
示す電荷掃き捨て部領域、６５は電荷掃き捨て制御部４
５に対応する領域を示す電荷掃き捨て部領域であり、Ｃ
−Ｄ線は図５(b) におけるＣ−Ｄ線に対応している。

【０００８】図６(a) は不要電荷掃き捨て期間５６のポ
テンシャル図であり、６６１は不要電荷の流れを示す不
要電荷掃き捨て方向、６６２は不要電荷掃き捨て期間５
６に光電変換部４１で光電変換された電荷（以下「不要
電荷掃き捨て期間不要電荷」という。）である。図６
(b) は不要電荷蓄積期間５３および信号電荷蓄積期間５
２のポテンシャル図であり、６７５は光電変換部４１に
蓄積された蓄積電荷である。

【０００９】図６(c）は信号電荷読み出し期間５４のポ
テンシャル図であり、６８１は信号電荷の流れを示す信
号電荷読み出し方向、６８２は光電変換部４１から電荷
転送部４２へ読み出された信号電荷、６８３は信号電荷
読み出し期間５４に光電変換部４１で光電変換された電
荷（以下「信号電荷読み出し期間信号電荷」という。）
である。

【００１０】以下、各期間５２〜５４，５６について説
明する。不要電荷蓄積期間５３では、図６(b) に示すよ
うに、光電変換部領域６１に蓄積された不要電荷となる
蓄積電荷６７１が存在している。不要電荷掃き捨て期間
５６では、不要電荷掃き捨て制御パルス５５が印加され
ることによって図６(a) に示すように、不要電荷となる
蓄積電荷６７１が、光電変換部領域６１から電荷掃き捨
て部領域６４へ電荷掃き捨て制御部領域６５を通して不
要電荷掃き捨て方向６６１へ掃き捨てられる。

【００１１】このとき、不要電荷掃き捨て期間不要電荷
６６２も同時に不要電荷掃き捨て方向６６１へ掃き捨て
られる。また、信号電荷蓄積期間５２には、図６(b) に
示すように光電変換部領域６１に蓄積された信号電荷と
なる蓄積電荷６７１が存在している。信号電荷読み出し
期間５４では、信号電荷読み出し制御パルス５１が印加
されることによって図６(c）に示すように、信号電荷と
なる蓄積電荷６７１が、光電変換部領域６１から電荷転
送部領域６２へ信号電荷読み出し部領域６３を通して信
号電荷読み出し方向６８１へ読み出され、信号電荷６８
２となる。

【００１２】このとき、信号電荷読み出し期間信号電荷
６８３も信号電荷読み出し方向６８１の方向へ読み出さ
れ信号電荷６８２となる。このようにして、電荷転送部
領域６２つまり電荷転送部４２に読み出された信号電荷
６８２は順次出力される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の固体撮像装置の駆動方法では、強い光が光電
変換部４１に入射した場合、信号電荷読み出し期間信号
電荷６８３が多量に発生し信号電荷６８２として電荷転
送部４２に読み出されることにより、電荷転送部４２で
転送漏れが生じるという問題があった。

【００１４】また、信号電荷読み出し期間信号電荷６８
３を抑えるためには、信号電荷読み出し制御パルス５１
のパルス幅を狭くし、信号電荷読み出し期間５４を短く
すれば良いのであるが、容量的に大きい信号電荷読み出
し部４３を狭いパルス幅で制御するのは回路的に困難で
あるという問題があった。この発明の目的は、上記問題
点に鑑み、強い光が入射した場合でも電荷転送部で転送
漏れの発生することがない固体撮像装置の駆動方法を提
供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
装置の駆動方法は、光電変換部から電荷転送部に信号電
荷を読み出すための信号電荷読み出し制御パルスの後半
にオーバラップするように、光電変換部から不要電荷掃
き捨て部に不要電荷を掃き捨てるための不要電荷掃き捨
て制御パルスを印加する。

【００１６】請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法
は、請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法において、
信号電荷読み出し制御パルスの印加を開始してから所定
期間遅れて不要電荷掃き捨て制御パルスを印加し、信号
電荷読み出し制御パルスの印加を終了した後に、所定期
間不要電荷掃き捨て制御パルスを印加した後に不要電荷
掃き捨て制御パルスの印加を終了することを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】この発明の構成によれば、信号電荷読み出し制
御パルスの後半にオーバラップするように、不要電荷掃
き捨て制御パルスを印加することで、信号電荷読み出し
制御パルスと不要電荷掃き捨て制御パルスとを同時に印
加している期間には、光電変換部の電荷を不要電荷掃き
捨て部に掃き捨てる。したがって、実質的に信号電荷読
み出し制御パルス自体のパルス幅を狭めることはなく、
信号電荷読み出し制御パルスのパルス幅を狭めたのと同
様に駆動することができ、信号電荷読み出し制御パルス
の印加中に光電変換部で光電変換された電荷を、電荷転
送部に読み出すことがなく、不要電荷掃き捨て部に掃き
捨てることができる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の一実施例について、図面を
参照しながら説明する。図１はこの発明の一実施例の固
体撮像装置の駆動方法に適用される固体撮像装置の構成
を示す概略図である。なお、図１(a) は、同固体撮像装
置の平面図、図１(b) は図１(a) のＡ−Ｂ線における断
面図である。

【００１９】図１において、１１は光信号を信号電荷に
変換し、この信号電荷を蓄積する光電変換部、１２は信
号電荷を転送する電荷転送部、１３は光電変換部１１に
蓄積されている信号電荷を電荷転送部１２に読み出す信
号電荷読み出し部、１４は光電変換部１１で発生した不
要電荷や余剰信号電荷を掃き捨てる不要電荷掃き捨て
部、１５は光電変換部１１から不要電荷掃き捨て部１４
への電荷の掃き捨てを制御する不要電荷掃き捨て制御部
である。

【００２０】この固体撮像装置は、光電変換部１１で発
生した信号電荷を一定時間蓄積するために前記一定時間
以外に光電変換部１１に蓄積された不要電荷を不要電荷
掃き捨て部１４へ捨てるための不要電荷掃き捨て制御パ
ルスを、前記一定時間内または前記一定時間以外に光電
変換部１１で発生した信号電荷で光電変換部１１に蓄積
することができない余剰信号電荷を不要電荷掃き捨て部
１４へ掃き捨てる余剰電荷掃き捨て電圧に重乗して印加
することにより駆動することが可能なものである。

【００２１】このように構成した固体撮像装置の駆動方
法を図１ないし図３を参照しながら説明する。図２はこ
の発明の一実施例の固体撮像装置の駆動方法を説明する
ためのタイミング図である。なお、図２(a) は信号電荷
読み出し部１３の信号電荷読み出し動作を制御する信号
電荷読み出し制御パルス２１の印加タイミングを示すタ
イミング図、図２(b) は不要電荷掃き捨て制御部１５の
不要電荷掃き捨て動作を制御する不要電荷掃き捨て制御
パルス２５の印加タイミングを示すタイミング図であ
る。

【００２２】図２において、２１は信号電荷読み出し部
１３の信号電荷読み出し動作を制御する信号電荷読み出
し制御パルスであり、２２は光電変換部１１で光信号が
光電変換され、信号電荷として蓄積される信号電荷蓄積
期間、２３は光電変換部１１で光信号が光電変換され、
不要電荷として蓄積される不要電荷蓄積期間、２４は信
号電荷読み出し部１３に信号電荷読み出し制御パルス２
１が印加される信号電荷読み出し制御パルス印加期間で
ある。

【００２３】また、２５は不要電荷掃き捨て制御部１５
の不要電荷掃き捨て動作を制御する不要電荷掃き捨て制
御パルスであり、２６は不要電荷蓄積期間２３で光電変
換部１１に蓄積された不要電荷を電荷掃き捨て部１４へ
掃き捨てる不要電荷掃き捨て期間、２７は光電変換部１
１に蓄積された信号電荷を電荷転送部１２に読み出す信
号電荷読み出し期間、２８は信号電荷読み出し後の不要
電荷掃き捨て期間である。

【００２４】また、２９は信号電荷読み出し部１３に信
号電荷読み出し制御パルス２１を印加し、かつ不要電荷
掃き捨て制御部１５に不要電荷掃き捨て制御パルス２５
を印加する期間（以下「同時印加期間」という。）であ
る。図３はこの発明の一実施例の固体撮像装置の駆動方
法を説明するためのポテンシャル図である。

【００２５】図３において、３１は光電変換部１１に対
応する領域を示す光電変換部領域、３２は電荷転送部１
２に対応する領域を示す電荷転送部領域、３３は信号電
荷読み出し部１３に対応する領域を示す信号電荷読み出
し部領域、３４は不要電荷掃き捨て部１４に対応する領
域を示す不要電荷掃き捨て部領域、３５は不要電荷掃き
捨て制御部１５に対応する領域を示す不要電荷掃き捨て
部領域であり、Ｃ−Ｄ線は図１におけるＣ−Ｄ線に対応
している。

【００２６】図３(a) は不要電荷掃き捨て期間２６およ
び信号電荷読み出し後の不要電荷掃き捨て期間２８のポ
テンシャル図であり、３６１は不要電荷の流れを示す不
要電荷掃き捨て方向、３６２は不要電荷掃き捨て期間２
６および信号電荷読み出し後の不要電荷掃き捨て期間２
８に光電変換部１１で光電変換された電荷（「不要電荷
掃き捨て期間不要電荷」という。）である。

【００２７】図３(b) は不要電荷蓄積期間２３および信
号電荷蓄積期間２２のポテンシャル図であり、３７１は
光電変換部１１に蓄積された蓄積電荷である。図３(c）
は信号電荷読み出し期間２７のポテンシャル図であり、
３８１は信号電荷の流れを示す信号電荷読み出し方向、
３８２は光電変換部１１から電荷転送部１２へ読み出さ
れた信号電荷、３８３は信号電荷読み出し期間２７に光
電変換部１１で光電変換された電荷（以下「信号読み出
し期間信号電荷」という。）である。

【００２８】図３(d) は同時印加期間２９のポテンシャ
ル図であり、３９１は最終読み出し信号電荷、３９２は
同時印加期間２９に光電変換部１１で光電変換された電
荷（以下「同時印加期間信号電荷」という。）、３９３
は同時印加期間信号電荷３９２の流れを示す同時印加期
間信号電荷方向である。以下、各期間２２〜２４，２６
〜２９について説明する。

【００２９】不要電荷蓄積期間２３では、図３(b) に示
すように光電変換部領域３１に不要電荷となる蓄積電荷
３７１が存在している。この不要電荷となる蓄積電荷３
７１を、不要電荷掃き捨て期間２６において、不要電荷
掃き捨て制御パルス２５を印加することによって、図３
(a) に示すように電荷掃き捨て制御部領域３５を通した
光電変換部領域３１から不要電荷掃き捨て部領域３４へ
の不要電荷掃き捨て方向３６１に掃き捨てる。このと
き、不要電荷掃き捨て期間不要電荷３６２も同時に、不
要電荷掃き捨て方向３６１に掃き捨てられる。

【００３０】信号電荷蓄積期間２２では、図３(b) に示
すように光電変換部領域３１に信号電荷となる蓄積電荷
３７１が存在している。この信号電荷となる蓄積電荷３
７１を、信号電荷読み出し期間２７において、図３(a)
に示すように信号電荷読み出し制御パルス２１のみを印
加することによって、図３(c）に示すように信号電荷読
み出し部領域３３を通して光電変換部領域３１から電荷
転送部領域３２への信号電荷読み出し方向３８１に読み
出すことで信号電荷３８２となる。このとき、信号読み
出し期間信号電荷３８３も信号電荷読み出し方向３８１
へ読み出されて信号電荷３８２となる。

【００３１】この信号電荷読み出し制御パルス２１の印
加を開始してから少し遅れて、不要電荷掃き捨て制御パ
ルス２５を印加することで、同時印加期間２９となる。
この同時印加期間２９では、信号読み出し期間信号電荷
３８３は同時印加期間信号電荷３９２となり、この同時
印加期間信号電荷３９２が同時印加期間信号電荷方向３
９３へ移動することで、不要電荷掃き捨て部領域３４に
掃き捨てられる。したがって、同時印加期間２９に最終
読み出し信号電荷３９１が増加することはない。

【００３２】このように同時印加期間２９において、信
号電荷読み出し制御パルス２１と不要電荷掃き捨て制御
パルス２５とを同時に印加しても、光電変換部領域３１
の同時印加期間信号電荷３９２が、電荷転送部領域３２
に読み出されることなく、不要電荷掃き捨て部領域３４
に掃き捨てられるのは、不要電荷掃き捨て制御部１５お
よび電荷掃き捨て部１４が、信号電荷読み出し部１３と
比較して光電変換部１１に広く隣接しているためであ
る。

【００３３】そして、信号電荷読み出し後の不要電荷掃
き捨て期間２８では、信号電荷読み出し制御パルス２１
の印加を終了した後に、所定期間、不要電荷掃き捨て制
御パルス２５のみを印加することで、不要電荷掃き捨て
部領域３４に不要電荷を掃き捨てる。このようにして電
荷転送部領域３２、つまり電荷転送部１２に読み出され
た最終読み出し信号電荷３９１は順次出力される。

【００３４】このように固体撮像装置を駆動すること
で、強い光が光電変換部１１に入射して信号電荷読み出
し制御パルス２１を印加している期間（信号電荷読み出
し制御パルス印加期間２４）に、信号電荷が多量に発生
しても電荷転送部１２へ読み出されることがなくなり、
電荷転送部１２での転送漏れを防止することができる。
以上のように実施例によれば、光電変換部１１から電荷
転送部１２へ信号電荷を読み出すための信号電荷読み出
し制御パルス２１の印加を開始してから、少し遅れて、
不要電荷を不要電荷掃き捨て部１４へ掃き捨てるための
不要電荷掃き捨て制御パルス２５の印加を開始し、信号
電荷読み出し制御パルス２１の印加が終了した後も一定
期間は、不要電荷掃き捨て制御パルス２５を印加する。

【００３５】信号電荷読み出し制御パルス２１と不要電
荷掃き捨て制御パルス２５とを同時に印加する同時印加
期間２９では、不要電荷掃き捨て制御部１５および電荷
掃き捨て部１４が、信号電荷読み出し部１３と比較して
光電変換部１１に広く隣接しているため、光電変換部領
域３１の同時印加期間信号電荷３９２は、電荷転送部領
域３２に読み出されることがなく、不要電荷掃き捨て部
領域３４に掃き捨てられることとなる。

【００３６】すなわち、信号電荷読み出し制御パルス２
１の後半にオーバラップするように、不要電荷掃き捨て
制御パルス２５を印加することで、信号電荷読み出し制
御パルス２１自体のパルス幅を狭くするのではなく、信
号電荷読み出し制御パルス２１のパルス幅を狭めたのと
同様に駆動することができ、信号読み出し期間信号電荷
３８３、すなわち信号電荷読み出し期間２７に光電変換
部１１で光電変換された電荷を不要電荷掃き捨て部１４
に掃き捨てることができる。

【００３７】その結果、強い光が光電変換部１１に入射
することにより、信号電荷読み出し制御パルス２１の印
加している期間に信号電荷が多量に発生しても電荷転送
部１２に読み出されることはなくなり、電荷転送部１２
で転送漏れの発生することのない固体撮像装置の駆動方
法を実現することができる。

【００３８】

【発明の効果】この発明の固体撮像装置の駆動方法によ
れば、信号電荷読み出し制御パルスの後半にオーバラッ
プするように、不要電荷掃き捨て制御パルスを印加する
ことで、信号電荷読み出し制御パルスと不要電荷掃き捨
て制御パルスとを同時に印加している期間には、光電変
換部の電荷を不要電荷掃き捨て部に掃き捨てる。したが
って、実質的に信号電荷読み出し制御パルス自体のパル
ス幅を狭めることはなく、信号電荷読み出し制御パルス
のパルス幅を狭めたのと同様に駆動することができ、信
号電荷読み出し制御パルスの印加中に光電変換部で光電
変換された電荷を、電荷転送部に読み出すことがなく、
不要電荷掃き捨て部に掃き捨てることができる。

【００３９】その結果、強い光が光電変換部に入射する
ことにより、信号電荷読み出し制御パルスの印加してい
る期間に信号電荷が多量に発生しても電荷転送部に読み
出されることはなくなり、電荷転送部で転送漏れの発生
することのない固体撮像装置の駆動方法を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) はこの発明の一実施例の固体撮像装置の駆
動方法に適用される固体撮像装置の平面図、(b) は(a)
のＡ−Ｂ線における断面図である。

【図２】(a) は信号電荷読み出し部１３の信号電荷読み
出し動作を制御する信号電荷読み出し制御パルス２１の
印加タイミングを示すタイミング図、(b) は不要電荷掃
き捨て制御部１５の不要電荷掃き捨て動作を制御する不
要電荷掃き捨て制御パルス２５の印加タイミングを示す
タイミング図である。

【図３】この発明の一実施例の固体撮像装置の駆動方法
を説明するためのポテンシャル図である。

【図４】(a) はこの従来の固体撮像装置の駆動方法に適
用される固体撮像装置の平面図、(b) は(a) のＡ−Ｂ線
における断面図である。

【図５】(a) は信号電荷読み出し部４３の信号電荷読み
出し動作を制御する信号電荷読み出し制御パルス５１の
印加タイミングを示すタイミング図、(b) は不要電荷掃
き捨て制御部４５の不要電荷掃き捨て動作を制御する不
要電荷掃き捨て制御パルス５５の印加タイミングを示す
タイミング図である。

【図６】従来の固体撮像装置の駆動方法を説明するため
のポテンシャル図である。

【符号の説明】

１１ 光電変換部 １２ 電荷転送部 １４ 不要電荷掃き捨て部 ２１ 信号電荷読み出し制御パルス ２５ 不要電荷掃き捨て制御パルス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷が蓄積される光電変換部と、前記電
   荷のうち信号電荷が転送される電荷転送部と、前記電荷
   のうち不要電荷が掃き捨てられる不要電荷掃き捨て部と
   を有する固体撮像装置の駆動方法であって、 前記光電変換部から前記電荷転送部に前記信号電荷を読
   み出すための信号電荷読み出し制御パルスの後半にオー
   バーラップするように、前記光電変換部から前記不要電
   荷掃き捨て部に前記不要電荷を掃き捨てるための不要電
   荷掃き捨て制御パルスを印加する固体撮像装置の駆動方
   法。
2. 【請求項２】 信号電荷読み出し制御パルスの印加を開
   始してから所定期間遅れて不要電荷掃き捨て制御パルス
   を印加し、前記信号電荷読み出し制御パルスの印加を終
   了した後に、所定期間前記不要電荷掃き捨て制御パルス
   を印加した後に前記不要電荷掃き捨て制御パルスの印加
   を終了することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
   置の駆動方法。