JPH07203309A - 固体撮像装置の読み出し方法 - Google Patents
固体撮像装置の読み出し方法Info
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- JPH07203309A JPH07203309A JP5349013A JP34901393A JPH07203309A JP H07203309 A JPH07203309 A JP H07203309A JP 5349013 A JP5349013 A JP 5349013A JP 34901393 A JP34901393 A JP 34901393A JP H07203309 A JPH07203309 A JP H07203309A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 十分な分光特性の得られる光電変換層の厚さ
を保持して分光感度の低下を阻止できるようにした固体
撮像装置の読み出し方法を提供する。 【構成】 ＣＭＤ画素をマトリックス状に配置して、画
素信号を水平及び垂直走査回路により選択し映像信号と
して出力する固体撮像装置の読み出し方法において、前
記ＣＭＤ画素のドレイン端子を、映像信号電荷を蓄積す
る水平映像期間中は接地し、読み出しを行う水平帰線期
間中は正電位に設定し、水平帰線期間中のＣＭＤ画素の
光電変換層の厚さを増加させ、光感度を向上させる。
を保持して分光感度の低下を阻止できるようにした固体
撮像装置の読み出し方法を提供する。 【構成】 ＣＭＤ画素をマトリックス状に配置して、画
素信号を水平及び垂直走査回路により選択し映像信号と
して出力する固体撮像装置の読み出し方法において、前
記ＣＭＤ画素のドレイン端子を、映像信号電荷を蓄積す
る水平映像期間中は接地し、読み出しを行う水平帰線期
間中は正電位に設定し、水平帰線期間中のＣＭＤ画素の
光電変換層の厚さを増加させ、光感度を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像装置の読み
出し方法に関し、特に、分光感度特性の向上を図った固
体撮像装置の読み出し方法に関する。
出し方法に関し、特に、分光感度特性の向上を図った固
体撮像装置の読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、増幅型受光素子を画素として用い
た固体撮像装置が提案されている。増幅型受光素子とし
ては、例えば電荷変調素子（Charge Modulation Devic
e：以下ＣＭＤと略称する）と呼ばれるものがある。こ
のＣＭＤ受光素子は例えば、1986年に開催されたIntern
ational Electron Device Meeting （ＩＥＤＭ）の予稿
集のＰ353 〜356 の“A NEW MOS IMAGE SENSOR OPERATI
NG IN A NON-DESTRUCTIVEREADOUT MODE”と題する論文
に詳細に説明されている。
た固体撮像装置が提案されている。増幅型受光素子とし
ては、例えば電荷変調素子（Charge Modulation Devic
e：以下ＣＭＤと略称する）と呼ばれるものがある。こ
のＣＭＤ受光素子は例えば、1986年に開催されたIntern
ational Electron Device Meeting （ＩＥＤＭ）の予稿
集のＰ353 〜356 の“A NEW MOS IMAGE SENSOR OPERATI
NG IN A NON-DESTRUCTIVEREADOUT MODE”と題する論文
に詳細に説明されている。
【０００３】このＣＭＤ受光素子を画素として用いた固
体撮像装置において、水平方向１ライン分の画素の読み
出しを一括して行うように構成したものが、本件出願人
の出願に係る特開平４−８６１６７号に開示されてい
る。次に、かかる構成の固体撮像装置の構成例を、図７
に基づいて説明する。この構成例では、説明を簡単にす
るため、３行３列のマトリックス構成のものを示してい
る。各画素を構成するＣＭＤ１-11 ，１-12 ，・・・ １-3
3 をマトリックス状に配列し、その各ドレイン端子には
共通にビデオ電圧ＶD （＞０）を印加している。Ｘ方向
に配列された各行のＣＭＤ群のゲート端子は行ライン２
-1，２-2，２-3にそれぞれ接続され、Ｙ方向に配列され
た各列のＣＭＤ群のソース端子は列ライン３-1，３-2，
３-3にそれぞれ接続されている。
体撮像装置において、水平方向１ライン分の画素の読み
出しを一括して行うように構成したものが、本件出願人
の出願に係る特開平４−８６１６７号に開示されてい
る。次に、かかる構成の固体撮像装置の構成例を、図７
に基づいて説明する。この構成例では、説明を簡単にす
るため、３行３列のマトリックス構成のものを示してい
る。各画素を構成するＣＭＤ１-11 ，１-12 ，・・・ １-3
3 をマトリックス状に配列し、その各ドレイン端子には
共通にビデオ電圧ＶD （＞０）を印加している。Ｘ方向
に配列された各行のＣＭＤ群のゲート端子は行ライン２
-1，２-2，２-3にそれぞれ接続され、Ｙ方向に配列され
た各列のＣＭＤ群のソース端子は列ライン３-1，３-2，
３-3にそれぞれ接続されている。
【０００４】列ライン３-1，３-2，３-3は、それぞれリ
セット用，明時用及び暗時用スイッチトランジスタ（Ｐ
−ＭＯＳトランジスタ）４-1，４-2，４-3、５-1，５-
2，５-3及び９-1，９-2，９-3を介して、ＧＮＤに接地
されたリセットライン27、明時用電流記憶回路６-1，６
-2，６-3の各入力端子７-1，７-2，７-3及び暗時用電流
記憶回路10-1，10-2，10-3の各入力端子11-1，11-2，11
-3に接続されている。スイッチトランジスタ４-1，４-
2，４-3、５-1，５-2，５-3及び９-1，９-2，９-3のゲ
ート端子は、それぞれ制御信号線21, 22及び23に接続さ
れていて、制御信号φCNT4，φCNT1，φCNT2が印加され
るようになっている。また明時用電流記憶回路６-1，６
-2，６-3の各制御入力端子には制御信号線25が、暗時用
電流記憶回路10-1，10-2，10-3の各制御入力端子には制
御信号線24が接続されていて、それぞれ制御信号
φMEM1，φMEM2が印加されるようになっている。
セット用，明時用及び暗時用スイッチトランジスタ（Ｐ
−ＭＯＳトランジスタ）４-1，４-2，４-3、５-1，５-
2，５-3及び９-1，９-2，９-3を介して、ＧＮＤに接地
されたリセットライン27、明時用電流記憶回路６-1，６
-2，６-3の各入力端子７-1，７-2，７-3及び暗時用電流
記憶回路10-1，10-2，10-3の各入力端子11-1，11-2，11
-3に接続されている。スイッチトランジスタ４-1，４-
2，４-3、５-1，５-2，５-3及び９-1，９-2，９-3のゲ
ート端子は、それぞれ制御信号線21, 22及び23に接続さ
れていて、制御信号φCNT4，φCNT1，φCNT2が印加され
るようになっている。また明時用電流記憶回路６-1，６
-2，６-3の各制御入力端子には制御信号線25が、暗時用
電流記憶回路10-1，10-2，10-3の各制御入力端子には制
御信号線24が接続されていて、それぞれ制御信号
φMEM1，φMEM2が印加されるようになっている。
【０００５】明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3の各
出力端子８-1，８-2，８-3は、それぞれ明時選択用トラ
ンジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）13-1，13-2，13-3
及び明時非選択用トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジス
タ）14-1，14-2，14-3を介して、明時用ビデオライン30
及び電圧ＶA に固定された非選択用ライン29にそれぞれ
共通に接続されている。暗時用電流記憶回路10-1，10-
2，10-3の各出力端子12-1，12-2，12-3は、それぞれ暗
時選択用トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）15-
1，15-2，15-3及び暗時非選択用トランジスタ（Ｎ−Ｍ
ＯＳトランジスタ）16-1，16-2，16-3を介して、暗時用
ビデオライン28及び前記非選択用ライン29にそれぞれ共
通に接続されている。ビデオライン28及び30は、入力端
がＶA に仮想接続された電流−電圧変換型のプリアンプ
31及び33に接続され、そのそれぞれの出力端32及び34が
差動アンプ35に入力接続され、その出力端36より映像信
号が時系列で読み出されるようになっている。
出力端子８-1，８-2，８-3は、それぞれ明時選択用トラ
ンジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）13-1，13-2，13-3
及び明時非選択用トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジス
タ）14-1，14-2，14-3を介して、明時用ビデオライン30
及び電圧ＶA に固定された非選択用ライン29にそれぞれ
共通に接続されている。暗時用電流記憶回路10-1，10-
2，10-3の各出力端子12-1，12-2，12-3は、それぞれ暗
時選択用トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）15-
1，15-2，15-3及び暗時非選択用トランジスタ（Ｎ−Ｍ
ＯＳトランジスタ）16-1，16-2，16-3を介して、暗時用
ビデオライン28及び前記非選択用ライン29にそれぞれ共
通に接続されている。ビデオライン28及び30は、入力端
がＶA に仮想接続された電流−電圧変換型のプリアンプ
31及び33に接続され、そのそれぞれの出力端32及び34が
差動アンプ35に入力接続され、その出力端36より映像信
号が時系列で読み出されるようになっている。
【０００６】明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3及び
暗時用電流記憶回路10-1，10-2，10-3は、それぞれ制御
信号線25及び24に印加される制御信号φMEM1，φMEM2の
電位により、電流記憶・保持動作を行うように構成され
ている。
暗時用電流記憶回路10-1，10-2，10-3は、それぞれ制御
信号線25及び24に印加される制御信号φMEM1，φMEM2の
電位により、電流記憶・保持動作を行うように構成され
ている。
【０００７】また、行ライン２-1，２-2，２-3は垂直走
査回路19に接続することにより、それぞれ信号φG1，φ
G2，φG3を印加し、選択用トランジスタ13-1，13-2，13
-3、15-1，15-2，15-3及び非選択用トランジスタ14-1，
14-2，14-3、16-1，16-2，16-3の各ゲート端子は信号線
17-1，17-2，17-3を介して水平走査回路20に接続して、
それぞれ走査信号φS1，φS2，φS3及び各々の反転信号
と制御信号線26の制御信号φCNT3とのＡＮＤ出力18-1，
18-2，18-3を印加するように構成されている。なお、各
ＣＭＤは同一基板上に形成され、その基板には電圧Ｖ
sub （＜０）を印加するようになっている。（なお、図
７においては、単体ＣＭＤの記号で表示している。）
査回路19に接続することにより、それぞれ信号φG1，φ
G2，φG3を印加し、選択用トランジスタ13-1，13-2，13
-3、15-1，15-2，15-3及び非選択用トランジスタ14-1，
14-2，14-3、16-1，16-2，16-3の各ゲート端子は信号線
17-1，17-2，17-3を介して水平走査回路20に接続して、
それぞれ走査信号φS1，φS2，φS3及び各々の反転信号
と制御信号線26の制御信号φCNT3とのＡＮＤ出力18-1，
18-2，18-3を印加するように構成されている。なお、各
ＣＭＤは同一基板上に形成され、その基板には電圧Ｖ
sub （＜０）を印加するようになっている。（なお、図
７においては、単体ＣＭＤの記号で表示している。）
【０００８】図８は、図７に示した構成の固体撮像装置
の動作を説明するためのタイミングチャートで、／ＨＢ
ＬＡＮＫは水平ブランキング信号である。行ライン２-
1，２-2，２-3に印加する信号φG1，φG2，φG3は、読
み出し電圧ＶRD，リセット電圧ＶRS，オーバーフロー電
圧ＶOF及び蓄積電圧ＶINT とで構成されている。そし
て、非選択行においては、水平帰線期間中はＶINT 、水
平映像期間中はＶOFとなる。一方、選択行においては、
水平帰線期間中はＶRD→ＶRS→ＶRDの順で電位が与えら
れ、水平映像期間中はＶOFとなるように設定されてい
る。
の動作を説明するためのタイミングチャートで、／ＨＢ
ＬＡＮＫは水平ブランキング信号である。行ライン２-
1，２-2，２-3に印加する信号φG1，φG2，φG3は、読
み出し電圧ＶRD，リセット電圧ＶRS，オーバーフロー電
圧ＶOF及び蓄積電圧ＶINT とで構成されている。そし
て、非選択行においては、水平帰線期間中はＶINT 、水
平映像期間中はＶOFとなる。一方、選択行においては、
水平帰線期間中はＶRD→ＶRS→ＶRDの順で電位が与えら
れ、水平映像期間中はＶOFとなるように設定されてい
る。
【０００９】次に動作について説明する。水平帰線期間
の読み出し期間に入ると制御信号線21（φCNT4）及び23
（φCNT2）が高レベル、22（φCNT1）が低レベルにな
り、スイッチトランジスタ４-1，４-2，４-3、５-1，５
-2，５-3及び９-1，９-2，９-3はＰ−ＭＯＳトランジス
タなので、低レベルでオンとなるため、ＣＭＤのソース
端子と明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3の各入力端
子７-1，７-2，７-3が接続される。行ラインには、選択
行はＶRD、非選択行はＶINT が印加され、選択された行
の各ＣＭＤのソース電流が各明時用電流記憶回路６-1，
６-2，６-3に一斉に入力される。そして、制御信号線25
（φMEM1）が一旦高レベルになってから低レベルになる
ことにより、各明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3に
ソース電流が記憶される。
の読み出し期間に入ると制御信号線21（φCNT4）及び23
（φCNT2）が高レベル、22（φCNT1）が低レベルにな
り、スイッチトランジスタ４-1，４-2，４-3、５-1，５
-2，５-3及び９-1，９-2，９-3はＰ−ＭＯＳトランジス
タなので、低レベルでオンとなるため、ＣＭＤのソース
端子と明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3の各入力端
子７-1，７-2，７-3が接続される。行ラインには、選択
行はＶRD、非選択行はＶINT が印加され、選択された行
の各ＣＭＤのソース電流が各明時用電流記憶回路６-1，
６-2，６-3に一斉に入力される。そして、制御信号線25
（φMEM1）が一旦高レベルになってから低レベルになる
ことにより、各明時用電流記憶回路６-1，６-2，６-3に
ソース電流が記憶される。
【００１０】次に、制御信号線21（φCNT4）を低レベ
ル、22（φCNT1）を高レベルとし、各列ライン３-1，３
-2，３-3をリセットライン27を介してＧＮＤに接続す
る。そして選択行の行ラインをＶRSとして選択行の各画
素をリセットする。その後、選択行の行ラインがＶRDと
なり、制御信号線21（φCNT4）を高レベル、23
（φCNT2）を低レベルとし、ＣＭＤのソース端子と暗時
用電流記憶回路10-1，10-2，10-3の各入力端子11-1，11
-2，11-3を接続する。そして、制御信号線24（φMEM2）
が一旦高レベルになってから低レベルになることによ
り、各暗時用電流記憶回路10-1，10-2，10-3に暗時オフ
セット分に相当するソース電流が記憶される。各列ライ
ン毎に記憶された映像信号電流及び暗時オフセット電流
は、引き続く水平映像期間中に、水平走査回路20からの
制御信号φS1，φS2，φS3により、ビデオライン30及び
28に順次読み出される。このとき、各行ライン２-1，２
-2，２-3にはＶOFが印加される。また制御信号線26（φ
CNT3）は、水平帰線期間中は低レベル、水平映像期間中
は高レベルとなっている。
ル、22（φCNT1）を高レベルとし、各列ライン３-1，３
-2，３-3をリセットライン27を介してＧＮＤに接続す
る。そして選択行の行ラインをＶRSとして選択行の各画
素をリセットする。その後、選択行の行ラインがＶRDと
なり、制御信号線21（φCNT4）を高レベル、23
（φCNT2）を低レベルとし、ＣＭＤのソース端子と暗時
用電流記憶回路10-1，10-2，10-3の各入力端子11-1，11
-2，11-3を接続する。そして、制御信号線24（φMEM2）
が一旦高レベルになってから低レベルになることによ
り、各暗時用電流記憶回路10-1，10-2，10-3に暗時オフ
セット分に相当するソース電流が記憶される。各列ライ
ン毎に記憶された映像信号電流及び暗時オフセット電流
は、引き続く水平映像期間中に、水平走査回路20からの
制御信号φS1，φS2，φS3により、ビデオライン30及び
28に順次読み出される。このとき、各行ライン２-1，２
-2，２-3にはＶOFが印加される。また制御信号線26（φ
CNT3）は、水平帰線期間中は低レベル、水平映像期間中
は高レベルとなっている。
【００１１】そして、ビデオライン30及び28に読み出さ
れた映像信号電流及び暗時オフセット電流は、プリアン
プ33及び31により電流−電圧変換を受け、差動アンプ35
で差動出力され、出力端36から固定パターン雑音が除去
された映像信号が得られる。なお選択画素及び非選択画
素のドレイン及び基板には、それぞれＶD ，Ｖsub の電
位が常に印加されている。
れた映像信号電流及び暗時オフセット電流は、プリアン
プ33及び31により電流−電圧変換を受け、差動アンプ35
で差動出力され、出力端36から固定パターン雑音が除去
された映像信号が得られる。なお選択画素及び非選択画
素のドレイン及び基板には、それぞれＶD ，Ｖsub の電
位が常に印加されている。
【００１２】このように、各行ラインに共通に接続され
ている各画素のリセット，読み出し，オーバーフローの
各動作は同時に一斉に行われるため、各画素の蓄積時間
は同一となる。また水平映像期間中は、全てのＣＭＤ画
素は、オーバーフロー動作状態であるため、耐ブルーミ
ング性に優れ、高品質の映像信号が得られる。
ている各画素のリセット，読み出し，オーバーフローの
各動作は同時に一斉に行われるため、各画素の蓄積時間
は同一となる。また水平映像期間中は、全てのＣＭＤ画
素は、オーバーフロー動作状態であるため、耐ブルーミ
ング性に優れ、高品質の映像信号が得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
構成の固体撮像装置においては、水平映像期間中、ＣＭ
Ｄのゲート電位を読み出し時のゲート電位と等しく設定
している。しかしながら、蓄積時のゲート電位（水平映
像期間中のゲート電位）が読み出し時のゲート電位と等
しいため、光発生電荷の収集効率が低下し、特に赤色に
対する感度が低下するという問題が生じる。次に、簡単
にこの理由について説明する。ＣＭＤの分光感度特性を
決定するのはゲート電極下の光電変換層の厚さであり、
これはＣＭＤのソース，ドレイン，ゲート，基板の電位
関係で決定され、ゲート電位が上昇すると光電変換層の
厚さは減少する。例えばゲート電圧が−1.５Ｖの場合
（読み出し電位付近）は、−6.０Ｖ（蓄積電位近傍）の
場合に比べて、光電変換層の厚さが約40％に減少するこ
とが、シミュレーションにより確認されている。また実
験的にも光発生電荷の収集効率が可視光領域で平均して
約20％低下し、特にSi基板に対して侵入長の長い赤色光
においては、その低下が顕著である。
構成の固体撮像装置においては、水平映像期間中、ＣＭ
Ｄのゲート電位を読み出し時のゲート電位と等しく設定
している。しかしながら、蓄積時のゲート電位（水平映
像期間中のゲート電位）が読み出し時のゲート電位と等
しいため、光発生電荷の収集効率が低下し、特に赤色に
対する感度が低下するという問題が生じる。次に、簡単
にこの理由について説明する。ＣＭＤの分光感度特性を
決定するのはゲート電極下の光電変換層の厚さであり、
これはＣＭＤのソース，ドレイン，ゲート，基板の電位
関係で決定され、ゲート電位が上昇すると光電変換層の
厚さは減少する。例えばゲート電圧が−1.５Ｖの場合
（読み出し電位付近）は、−6.０Ｖ（蓄積電位近傍）の
場合に比べて、光電変換層の厚さが約40％に減少するこ
とが、シミュレーションにより確認されている。また実
験的にも光発生電荷の収集効率が可視光領域で平均して
約20％低下し、特にSi基板に対して侵入長の長い赤色光
においては、その低下が顕著である。
【００１４】本発明は、例えば従来提案のＣＭＤ固体撮
像装置における上記問題点を解決するためになされたも
のであり、十分な分光特性の得られる光電変換層の厚さ
を保持して分光感度の低下を解消できるようにした固体
撮像装置の読み出し方法を提供することを目的とする。
像装置における上記問題点を解決するためになされたも
のであり、十分な分光特性の得られる光電変換層の厚さ
を保持して分光感度の低下を解消できるようにした固体
撮像装置の読み出し方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、受光部において光電変換された
電気信号を増幅し出力する機能を有する画素をマトリッ
クス状に配置して、前記画素の信号を水平及び垂直走査
回路により選択し、映像信号として出力する機能を有す
る固体撮像装置の読み出し方法において、映像信号電荷
蓄積期間中、前記画素の各電極への印加電位を変えて受
光部の光電変換領域の深さ又は体積を増大させるもので
ある。
決するため、本発明は、受光部において光電変換された
電気信号を増幅し出力する機能を有する画素をマトリッ
クス状に配置して、前記画素の信号を水平及び垂直走査
回路により選択し、映像信号として出力する機能を有す
る固体撮像装置の読み出し方法において、映像信号電荷
蓄積期間中、前記画素の各電極への印加電位を変えて受
光部の光電変換領域の深さ又は体積を増大させるもので
ある。
【００１６】このように、映像信号電荷蓄積期間中、前
記画素の各電極への印加電位を変えて受光部の光電変換
領域の深さ又は体積を増大させることにより、分光感度
特性を向上させることができる。
記画素の各電極への印加電位を変えて受光部の光電変換
領域の深さ又は体積を増大させることにより、分光感度
特性を向上させることができる。
【００１７】
【実施例】次に実施例について説明する。 〔第１実施例〕図１は、本発明に係る固体撮像装置の読
み出し方法の第１実施例を説明するための、固体撮像装
置を構成する画素への印加電圧を示すタイミングチャー
トである。なお、本発明の各実施例においては、本発明
を図７に示した構成のＣＭＤを画素として用いた固体撮
像装置に適用するものとして説明する。図１において、
／ＨＢＬＡＮＫは、水平ブランキング信号である。各行
のＣＭＤ群のゲート端子をそれぞれ接続した各行ライン
に印加する信号φG1，φG2，φG3は、読み出し電位
ＶRD，リセット電位ＶRS，オーバーフロー電位ＶOF及び
蓄積電位ＶINT とで構成されている。非選択行において
は、水平帰線期間中はＶINT 、水平映像期間中はＶOFと
なる。一方、選択行においては、水平帰線期間中はＶRD
→ＶRS→ＶRDの順で電位が与えられ、水平映像期間中は
ＶOFとなるように設定されている。以上の電位印加態様
は従来例と同様であるが、本実施例においては、ドレイ
ン電位φVdをパルス駆動するようにした点で、従来の読
み出し方法と異なるものである。
み出し方法の第１実施例を説明するための、固体撮像装
置を構成する画素への印加電圧を示すタイミングチャー
トである。なお、本発明の各実施例においては、本発明
を図７に示した構成のＣＭＤを画素として用いた固体撮
像装置に適用するものとして説明する。図１において、
／ＨＢＬＡＮＫは、水平ブランキング信号である。各行
のＣＭＤ群のゲート端子をそれぞれ接続した各行ライン
に印加する信号φG1，φG2，φG3は、読み出し電位
ＶRD，リセット電位ＶRS，オーバーフロー電位ＶOF及び
蓄積電位ＶINT とで構成されている。非選択行において
は、水平帰線期間中はＶINT 、水平映像期間中はＶOFと
なる。一方、選択行においては、水平帰線期間中はＶRD
→ＶRS→ＶRDの順で電位が与えられ、水平映像期間中は
ＶOFとなるように設定されている。以上の電位印加態様
は従来例と同様であるが、本実施例においては、ドレイ
ン電位φVdをパルス駆動するようにした点で、従来の読
み出し方法と異なるものである。
【００１８】すなわち、ゲート電位ＶG 及び基板電位Ｖ
sub の印加方法は従来例と同じであるが、ドレイン電位
φVdについては、水平帰線期間のみ3.５Ｖを印加し、水
平映像期間中は０Ｖに設定する。以下、このようにドレ
イン電位φVdをパルス駆動する方式をドレインスイッチ
ング方式と称することとする。図７に示した従来の固体
撮像装置の読み出し方法に上記ドレインスイッチング方
式を適用することにより、水平帰線期間（ドレイン電位
Ｖd ＝3.５Ｖ）においては、光電変換層の厚さが、従来
例より約1.４倍に増加し、光感度が向上する。この事実
はシミュレーション及び実験により確認された。なお、
本発明の各実施例において示す各バイアスの具体的な数
値は、一つの目安であり、本発明は、この具体的な数値
に限定されるものではない。
sub の印加方法は従来例と同じであるが、ドレイン電位
φVdについては、水平帰線期間のみ3.５Ｖを印加し、水
平映像期間中は０Ｖに設定する。以下、このようにドレ
イン電位φVdをパルス駆動する方式をドレインスイッチ
ング方式と称することとする。図７に示した従来の固体
撮像装置の読み出し方法に上記ドレインスイッチング方
式を適用することにより、水平帰線期間（ドレイン電位
Ｖd ＝3.５Ｖ）においては、光電変換層の厚さが、従来
例より約1.４倍に増加し、光感度が向上する。この事実
はシミュレーション及び実験により確認された。なお、
本発明の各実施例において示す各バイアスの具体的な数
値は、一つの目安であり、本発明は、この具体的な数値
に限定されるものではない。
【００１９】〔第２実施例〕次に、図２に示すタイミン
グチャートに基づいて、第２実施例について説明する。
固体撮像装置を構成するＣＭＤ画素を駆動する方法は、
第１実施例と同様であるが、第１実施例と異なる点は、
水平映像期間中に、選択画素及び非選択画素ともに、Ｃ
ＭＤ画素に印加するゲート電位を、第１実施例のオーバ
ーフロー電位ＶOF（図２において点線で図示）より低い
電位ＶOF′（実線）とする点である。そして、第１実施
例と同じくドレイン電位φVdのドレインスイッチングを
行い、ゲート電位を第１実施例に比べ、更に約1.２Ｖ負
にすることにより、光電変換層の厚さが従来例より約1.
７倍に増加し、これにより分光感度が更に向上すること
がシミュレーション及び実験により確認された。なお、
オーバーフロー電位を第１実施例よりも低電位にしたこ
とにより、ブルーミング抑圧比は若干低下する。
グチャートに基づいて、第２実施例について説明する。
固体撮像装置を構成するＣＭＤ画素を駆動する方法は、
第１実施例と同様であるが、第１実施例と異なる点は、
水平映像期間中に、選択画素及び非選択画素ともに、Ｃ
ＭＤ画素に印加するゲート電位を、第１実施例のオーバ
ーフロー電位ＶOF（図２において点線で図示）より低い
電位ＶOF′（実線）とする点である。そして、第１実施
例と同じくドレイン電位φVdのドレインスイッチングを
行い、ゲート電位を第１実施例に比べ、更に約1.２Ｖ負
にすることにより、光電変換層の厚さが従来例より約1.
７倍に増加し、これにより分光感度が更に向上すること
がシミュレーション及び実験により確認された。なお、
オーバーフロー電位を第１実施例よりも低電位にしたこ
とにより、ブルーミング抑圧比は若干低下する。
【００２０】〔第３実施例〕次に、図３に示すタイミン
グチャートに基づいて、第３実施例について説明する。
この実施例は、第１実施例のドレインスイッチング方式
に加えて、基板電位φVsubのパルス駆動を行う方式も適
用するようにしたものである。すなわち、ドレイン電位
φVdは第１実施例と同様に、水平帰線期間のみ3.５Ｖを
印加し、水平映像期間は接地する。更に、基板電位φ
Vsubについては水平帰線期間のみ−8.０Ｖ（Ｖsub ）を
印加し、その他の期間は、例えば、−２Ｖに設定する。
このように、ドレイン電位φVd及び基板電位φVsubの両
電位を水平帰線期間と水平映像期間で変化させることに
より、光電変換層の厚さは従来例の約２倍となり、高い
分光感度を得ることが、シミュレーション及び実験によ
り確認された。
グチャートに基づいて、第３実施例について説明する。
この実施例は、第１実施例のドレインスイッチング方式
に加えて、基板電位φVsubのパルス駆動を行う方式も適
用するようにしたものである。すなわち、ドレイン電位
φVdは第１実施例と同様に、水平帰線期間のみ3.５Ｖを
印加し、水平映像期間は接地する。更に、基板電位φ
Vsubについては水平帰線期間のみ−8.０Ｖ（Ｖsub ）を
印加し、その他の期間は、例えば、−２Ｖに設定する。
このように、ドレイン電位φVd及び基板電位φVsubの両
電位を水平帰線期間と水平映像期間で変化させることに
より、光電変換層の厚さは従来例の約２倍となり、高い
分光感度を得ることが、シミュレーション及び実験によ
り確認された。
【００２１】〔第４実施例〕次に、図４に示すタイミン
グチャートに基づいて、第４実施例について説明する。
この実施例は、第２実施例と第３実施例を組み合わせた
読み出し方法であり、ドレイン電位φVd，基板電位φ
Vsub，蓄積時のゲート電位以外は従来例と同様である。
ドレイン電位φVdは水平帰線期間のみ標準電位である3.
５Ｖ（ＶD ）を印加し、その他の期間は接地する。基板
電位φVsubについては、水平帰線期間のみ通常電位であ
る−8.０Ｖ（Ｖsub ）を印加し、その他の期間は−２Ｖ
に設定する。更に、水平映像期間のゲート電位
（ＶOF′）を読み出し時の読み出し電位ＶRDより低電位
とする。これにより第３実施例のＣＭＤ固体撮像装置の
読み出し方法よりも、更に分光感度の向上が達成でき
る。
グチャートに基づいて、第４実施例について説明する。
この実施例は、第２実施例と第３実施例を組み合わせた
読み出し方法であり、ドレイン電位φVd，基板電位φ
Vsub，蓄積時のゲート電位以外は従来例と同様である。
ドレイン電位φVdは水平帰線期間のみ標準電位である3.
５Ｖ（ＶD ）を印加し、その他の期間は接地する。基板
電位φVsubについては、水平帰線期間のみ通常電位であ
る−8.０Ｖ（Ｖsub ）を印加し、その他の期間は−２Ｖ
に設定する。更に、水平映像期間のゲート電位
（ＶOF′）を読み出し時の読み出し電位ＶRDより低電位
とする。これにより第３実施例のＣＭＤ固体撮像装置の
読み出し方法よりも、更に分光感度の向上が達成でき
る。
【００２２】〔第５実施例〕次に、図５に示すタイミン
グチャートに基づいて、第５実施例について説明する。
この第５実施例は、オーバーフロー電位を第１実施例よ
り低電位にした後、読み出し直前にオーバーフロー電位
を読み出し電位と同電位にする駆動方式である。この第
５実施例は、第１〜第４実施例の全てに適用可能である
が、ここでは、第２実施例に第５実施例を適用した場合
について説明を行う。図５に示すように、駆動方法は大
部分が第２実施例と同様であるが、水平帰線期間開始時
（読み出し動作に入る時刻より前）に全行ラインのオー
バーフロー電位を読み出し電位と同電位とするものであ
る。読み出し電位とオーバーフロー電位が同電位であれ
ば、水平映像期間（映像信号電荷蓄積期間）において蓄
積された過剰電荷も完全に排斥されるので、高いブルー
ミング抑圧比を保つことができる。
グチャートに基づいて、第５実施例について説明する。
この第５実施例は、オーバーフロー電位を第１実施例よ
り低電位にした後、読み出し直前にオーバーフロー電位
を読み出し電位と同電位にする駆動方式である。この第
５実施例は、第１〜第４実施例の全てに適用可能である
が、ここでは、第２実施例に第５実施例を適用した場合
について説明を行う。図５に示すように、駆動方法は大
部分が第２実施例と同様であるが、水平帰線期間開始時
（読み出し動作に入る時刻より前）に全行ラインのオー
バーフロー電位を読み出し電位と同電位とするものであ
る。読み出し電位とオーバーフロー電位が同電位であれ
ば、水平映像期間（映像信号電荷蓄積期間）において蓄
積された過剰電荷も完全に排斥されるので、高いブルー
ミング抑圧比を保つことができる。
【００２３】このようにオーバーフロー電位として、２
値の電位を異なるタイミングでゲートに印加できる構成
とすることにより、次のような特性の向上を図ることが
できる。すなわち水平映像期間の大部分の期間を読み出
し電位よりも低電位にすることにより、分光感度特性は
従来例よりも向上する。また、ある期間にオーバーフロ
ー電位を読み出し電位と同電位に設定することにより、
水平映像期間において過剰に蓄積された電荷を掃き出す
ことができるので、オーバーフローの不完全性を防ぐこ
とができる。更に、オーバーフロー電位を読み出し電位
と同電位に設定するタイミングを、水平帰線期間（読み
出し期間）内の読み出し直前に設けることにより、オー
バーフロー動作直後に読み出すことになり、不用電荷が
蓄積されずブルーミング抑圧比が向上する。このよう
に、本実施例では従来例よりも高い分光感度特性を実現
し、オーバーフローの不完全性を防ぐとともに、なお且
つ第２実施例では防ぐことができながったブルーミング
抑圧比の低下を防ぐことができる。
値の電位を異なるタイミングでゲートに印加できる構成
とすることにより、次のような特性の向上を図ることが
できる。すなわち水平映像期間の大部分の期間を読み出
し電位よりも低電位にすることにより、分光感度特性は
従来例よりも向上する。また、ある期間にオーバーフロ
ー電位を読み出し電位と同電位に設定することにより、
水平映像期間において過剰に蓄積された電荷を掃き出す
ことができるので、オーバーフローの不完全性を防ぐこ
とができる。更に、オーバーフロー電位を読み出し電位
と同電位に設定するタイミングを、水平帰線期間（読み
出し期間）内の読み出し直前に設けることにより、オー
バーフロー動作直後に読み出すことになり、不用電荷が
蓄積されずブルーミング抑圧比が向上する。このよう
に、本実施例では従来例よりも高い分光感度特性を実現
し、オーバーフローの不完全性を防ぐとともに、なお且
つ第２実施例では防ぐことができながったブルーミング
抑圧比の低下を防ぐことができる。
【００２４】図６は、上記第５実施例を第４実施例に適
用した場合の動作を説明するためのタイミングチャート
であり、この場合は第４実施例で得られる作用効果と共
に、オーバーフローの不完全性とブルーミング抑圧比の
低下を防止できるという作用効果が得られる。
用した場合の動作を説明するためのタイミングチャート
であり、この場合は第４実施例で得られる作用効果と共
に、オーバーフローの不完全性とブルーミング抑圧比の
低下を防止できるという作用効果が得られる。
【００２５】上記各実施例においては、ＣＭＤ受光素子
を画素として用いた固体撮像装置に本発明を適用したも
のを示したが、本発明は、ＣＭＤ受光素子以外のＡＭＩ
（Amplified MOS Imager）等のＸ−Ｙアドレス方式を有
する増幅型受光素子からなる固体撮像装置にも適用でき
るものである。
を画素として用いた固体撮像装置に本発明を適用したも
のを示したが、本発明は、ＣＭＤ受光素子以外のＡＭＩ
（Amplified MOS Imager）等のＸ−Ｙアドレス方式を有
する増幅型受光素子からなる固体撮像装置にも適用でき
るものである。
【００２６】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明は、映像信号電荷蓄積期間中、画素の各電極への
印加電位を変えて受光部の光電変換領域の深さ又は体積
を増大させるように構成しているので、分光感度の低下
や飽和板面照度の上昇を防止し、感度特性を向上させた
固体撮像装置の読み出し方法を実現することができる。
本発明は、映像信号電荷蓄積期間中、画素の各電極への
印加電位を変えて受光部の光電変換領域の深さ又は体積
を増大させるように構成しているので、分光感度の低下
や飽和板面照度の上昇を防止し、感度特性を向上させた
固体撮像装置の読み出し方法を実現することができる。
【図１】本発明に係る固体撮像装置の読み出し方法の第
１実施例を説明するための各部の信号のタイミングチャ
ートである。
１実施例を説明するための各部の信号のタイミングチャ
ートである。
【図２】第２実施例を説明するための各部の信号のタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図３】第３実施例を説明するための各部の信号のタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図４】第４実施例を説明するための各部の信号のタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図５】第５実施例を説明するための各部の信号のタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図６】第５実施例の他の構成例を説明するための各部
の信号のタイミングチャートである。
の信号のタイミングチャートである。
【図７】従来のＣＭＤ画素を用いた固体撮像装置の構成
例を示す回路構成図である。
例を示す回路構成図である。
【図８】図７に示した固体撮像装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。
めのタイミングチャートである。
１-11 ，・・・ １-33 ＣＭＤ ２-1，２-2，２-3 行ライン ３-1，３-2，３-3 列ライン ４-1，４-2，４-3 リセット用トランジスタ ５-1，５-2，５-3 明時用スイッチトランジスタ ６-1，６-2，６-3 明時用電流記憶回路 ９-1，９-2，９-3 暗時用スイッチトランジスタ 10-1，10-2，10-3 暗時用電流記憶回路 19 垂直走査回路 20 水平走査回路 28 暗時用ビデオライン 29 非選択用ライン 30 明時用ビデオライン
Claims (7)
- 【請求項１】 受光部において光電変換された電気信号
を増幅し出力する機能を有する画素をマトリックス状に
配置して、前記画素の信号を水平及び垂直走査回路によ
り選択し、映像信号として出力する機能を有する固体撮
像装置の読み出し方法において、映像信号電荷蓄積期間
中、前記画素の各電極への印加電位を変えて受光部の光
電変換領域の深さ又は体積を増大させ、分光感度特性を
向上させることを特徴とする固体撮像装置の読み出し方
法。 - 【請求項２】 前記画素の各電極への印加電位をパルス
駆動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
固体撮像装置の読み出し方法。 - 【請求項３】 前記画素のドレイン端子を、映像信号電
荷蓄積期間中は接地し、読み出しを行う水平帰線期間中
は正電位に設定することを特徴とする請求項１又は２記
載の固体撮像装置の読み出し方法。 - 【請求項４】 映像信号電荷蓄積期間の前記画素のゲー
ト電位を、水平帰線期間の読み出し時の読み出し電位よ
りも低電位とすることを特徴とする請求項１又は２記載
の固体撮像装置の読み出し方法。 - 【請求項５】 映像信号電荷蓄積期間の前記画素の基板
電位を、水平帰線期間の読み出し時の基板電位よりも高
電位とすることを特徴とする請求項１又は２記載の固体
撮像装置の読み出し方法。 - 【請求項６】 非選択画素のゲートに対して、水平帰線
期間開始時に読み出し時のゲート電位を印加することを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮
像装置の読み出し方法。 - 【請求項７】 前記固体撮像装置は、明時及び暗時の映
像信号電流の記憶手段を有していることを特徴とする請
求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の読み
出し方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5349013A JPH07203309A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 固体撮像装置の読み出し方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5349013A JPH07203309A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 固体撮像装置の読み出し方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07203309A true JPH07203309A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18400904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5349013A Pending JPH07203309A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 固体撮像装置の読み出し方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07203309A (ja) |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5349013A patent/JPH07203309A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20031210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040113 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040309 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040824 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041221 |