JPH0754973B2 - 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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- JPH0754973B2 JPH0754973B2 JP60004368A JP436885A JPH0754973B2 JP H0754973 B2 JPH0754973 B2 JP H0754973B2 JP 60004368 A JP60004368 A JP 60004368A JP 436885 A JP436885 A JP 436885A JP H0754973 B2 JPH0754973 B2 JP H0754973B2
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title description 5
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
-
- H—ELECTRICITY
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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- H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
-
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は固体撮像素子の駆動方法に関し、2次元に配
列された画素の信号電荷を、垂直転送用電荷結合デバイ
ス,水平転送用電荷結合デバイスを通して読み出す撮像
デバイスに適用される。
列された画素の信号電荷を、垂直転送用電荷結合デバイ
ス,水平転送用電荷結合デバイスを通して読み出す撮像
デバイスに適用される。
〔発明の技術的背景〕 従来の固体撮像素子の駆動方法を説明する。第3図はイ
ンターライン型固体撮像デバイスにおけるフィールド蓄
積モードでの転送方式を示している。即ち、フィールド
毎にすべての画素11の信号電荷が垂直転送用電荷結合部
12に読み出される。この場合、奇数フィールドでは、第
3図(a)、偶数フィールドでは第3図(b)に示すよ
うに水平ラインの加算の組み合せが異なる。つまり、フ
ィールド毎に飛び越し走査用の信号電荷を得ている。以
下これをフィールドシフトと呼ぶ。このように読み出さ
れた信号電荷は、垂直転送用電荷結合部12によって順次
転送され、水平転送用電荷結合部13に送り込まれる。以
下これをラインシフトと呼ぶ。この信号電荷は、水平転
送用電荷係合部13によって、順次転送され、出力増幅器
14を通して出力信号となる。
ンターライン型固体撮像デバイスにおけるフィールド蓄
積モードでの転送方式を示している。即ち、フィールド
毎にすべての画素11の信号電荷が垂直転送用電荷結合部
12に読み出される。この場合、奇数フィールドでは、第
3図(a)、偶数フィールドでは第3図(b)に示すよ
うに水平ラインの加算の組み合せが異なる。つまり、フ
ィールド毎に飛び越し走査用の信号電荷を得ている。以
下これをフィールドシフトと呼ぶ。このように読み出さ
れた信号電荷は、垂直転送用電荷結合部12によって順次
転送され、水平転送用電荷結合部13に送り込まれる。以
下これをラインシフトと呼ぶ。この信号電荷は、水平転
送用電荷係合部13によって、順次転送され、出力増幅器
14を通して出力信号となる。
ラインシフトを行なうためには、第4図のように垂直転
送用電荷結合部の電極15と水平転送用電荷結合部の電極
16とに、オーバーラップ部が必要となるので、電極15と
電極16との間に結合容量が生じる。従って、フィールド
シフトの時に水平転送用電荷結合部を働かせると、垂直
転送用電荷結合部の電極電位が水平転送用の駆動波形で
ゆらぎ、また奇数フィールドと偶数フィールドでは飛び
越し走査のため、水平転送の周波数が水平走査周波数の
偶数倍以外の時にはフィールドシフトパルスと水平転送
駆動波形との位相差が異なるためにフリッカが生じるの
で、フィールドシフトの時には水平転送用電荷結合部を
停止させなければならない。また垂直転送用電荷結合部
の暗電流を減少するために垂直転送用電荷結合部を空乏
化するようにポテンシャルを上げる期間をフィールドシ
フトの前に設け、この時も同様に水平転送用電荷結合部
の動作を停止させる必要がある。さらにまた垂直転送用
電荷結合部の電極には、比抵抗の高いポリシリコンが使
用されるので、フィールドシフト期間はできるだけ長く
しなければならない。一方ラインシフトの時には、垂直
転送用電荷結合部から水平転送用電荷結合部に信号電荷
が転送されるまでは、水平MTFが低下しないように水平
転送用電荷結合部を停止する必要がある。従って、固体
撮像素子の駆動波形には、第5図に示すような駆動波形
が使用され、信号電荷が出力増幅器14から得られる。第
5図の駆動信号φV1,φV2,φV3,φV4は、ラインシフト
を行なうためのもので、第4図の各電極に印加され、ま
たφH1,φH2は、水平転送を行なうための信号である。
送用電荷結合部の電極15と水平転送用電荷結合部の電極
16とに、オーバーラップ部が必要となるので、電極15と
電極16との間に結合容量が生じる。従って、フィールド
シフトの時に水平転送用電荷結合部を働かせると、垂直
転送用電荷結合部の電極電位が水平転送用の駆動波形で
ゆらぎ、また奇数フィールドと偶数フィールドでは飛び
越し走査のため、水平転送の周波数が水平走査周波数の
偶数倍以外の時にはフィールドシフトパルスと水平転送
駆動波形との位相差が異なるためにフリッカが生じるの
で、フィールドシフトの時には水平転送用電荷結合部を
停止させなければならない。また垂直転送用電荷結合部
の暗電流を減少するために垂直転送用電荷結合部を空乏
化するようにポテンシャルを上げる期間をフィールドシ
フトの前に設け、この時も同様に水平転送用電荷結合部
の動作を停止させる必要がある。さらにまた垂直転送用
電荷結合部の電極には、比抵抗の高いポリシリコンが使
用されるので、フィールドシフト期間はできるだけ長く
しなければならない。一方ラインシフトの時には、垂直
転送用電荷結合部から水平転送用電荷結合部に信号電荷
が転送されるまでは、水平MTFが低下しないように水平
転送用電荷結合部を停止する必要がある。従って、固体
撮像素子の駆動波形には、第5図に示すような駆動波形
が使用され、信号電荷が出力増幅器14から得られる。第
5図の駆動信号φV1,φV2,φV3,φV4は、ラインシフト
を行なうためのもので、第4図の各電極に印加され、ま
たφH1,φH2は、水平転送を行なうための信号である。
一般に出力増幅器14には、第6図に示されるようなフロ
ーティングディフュージョンアンプと呼ばれる回路が使
用されている。まず、リセットトランジスタ(Q1)が導
通し、フローティング・ディフュージョン20の電位をリ
セット電位(ER)にセットする。その後、水平転送用電
荷結合部の最終段の電位を下げてポテンシャルを上昇さ
せると、出力ゲート21の下を通ってフローティング・デ
ィフュージョン20に信号電荷が転送され、この信号電荷
量が、フローティング・ディフュージョン20とトランジ
スタ(Q2)のゲート電極の等価容量22により電圧に変換
され、トランジスタ(Q2)(Q3)(Q4)(Q5)により構
成されるソース・フォロア回路によりインピーダンス変
換されて出力信号が得られる。
ーティングディフュージョンアンプと呼ばれる回路が使
用されている。まず、リセットトランジスタ(Q1)が導
通し、フローティング・ディフュージョン20の電位をリ
セット電位(ER)にセットする。その後、水平転送用電
荷結合部の最終段の電位を下げてポテンシャルを上昇さ
せると、出力ゲート21の下を通ってフローティング・デ
ィフュージョン20に信号電荷が転送され、この信号電荷
量が、フローティング・ディフュージョン20とトランジ
スタ(Q2)のゲート電極の等価容量22により電圧に変換
され、トランジスタ(Q2)(Q3)(Q4)(Q5)により構
成されるソース・フォロア回路によりインピーダンス変
換されて出力信号が得られる。
以上説明した従来の駆動方法は、固体撮像素子の特性を
十分に引き出そうとしたものであるが、水平転送用電荷
結合部の転送時と停止時とで出力レベル(黒レベル)に
差が生じるという問題がある。つまり、フローティング
・ディフュージョンの容量は、高い電荷・電圧変換利得
が得られるように、小さく設計されているため、水平転
送用電荷結合部の最終段の電極23とフローティング・デ
ィフュージョン20との寄生容量24とフローティング・デ
ィフュージョン容量22により、第7図に示すように、水
平転送用電荷結合部の電極に加えられているパルスが分
圧され、これが信号電圧に加わって出力される。このた
め、水平転送用電荷結合部の転送時と停止時とでは、出
力に黒レベルの差が生じ、特に高感度撮像装置を実現す
るための問題点となっている。第7図におけるφH1,φH
2は、水平転送用電荷結合部の電極に印加されるパルス
であり、φRSは、トランジスタ(Q1)を導通させてフロ
ーティング・ディフュージョン20をリセット電位(ER)
にセットするためのものである。また、OSは、出力信号
電圧である。パルスφH1,φH2が停止したとき、印加さ
れているときでは、出力信号電圧OSのレベルが異なって
いる。
十分に引き出そうとしたものであるが、水平転送用電荷
結合部の転送時と停止時とで出力レベル(黒レベル)に
差が生じるという問題がある。つまり、フローティング
・ディフュージョンの容量は、高い電荷・電圧変換利得
が得られるように、小さく設計されているため、水平転
送用電荷結合部の最終段の電極23とフローティング・デ
ィフュージョン20との寄生容量24とフローティング・デ
ィフュージョン容量22により、第7図に示すように、水
平転送用電荷結合部の電極に加えられているパルスが分
圧され、これが信号電圧に加わって出力される。このた
め、水平転送用電荷結合部の転送時と停止時とでは、出
力に黒レベルの差が生じ、特に高感度撮像装置を実現す
るための問題点となっている。第7図におけるφH1,φH
2は、水平転送用電荷結合部の電極に印加されるパルス
であり、φRSは、トランジスタ(Q1)を導通させてフロ
ーティング・ディフュージョン20をリセット電位(ER)
にセットするためのものである。また、OSは、出力信号
電圧である。パルスφH1,φH2が停止したとき、印加さ
れているときでは、出力信号電圧OSのレベルが異なって
いる。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、水平
転送用電荷結合部の転送時と停止時とで出力に黒レベル
差が発生しない固体撮像素子の駆動方法を提供すること
を目的とする。
転送用電荷結合部の転送時と停止時とで出力に黒レベル
差が発生しない固体撮像素子の駆動方法を提供すること
を目的とする。
この発明では、例えば第1図に示すように水平転送用電
荷結合部の最終段の電極で独立電極とし、その電極を連
続の波形信号で駆動することにより、転送時と停止時と
で出力に黒レベル差を生じないようにしたものである。
荷結合部の最終段の電極で独立電極とし、その電極を連
続の波形信号で駆動することにより、転送時と停止時と
で出力に黒レベル差を生じないようにしたものである。
以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、この発明の一実施例を説明するための固体撮
像素子の水平転送用電荷結合部である。半導体部30に
は、電荷転送を行なうための水平転送電極31,32,33,34,
35,36が設けられ、パルス(φH1)(φH2)によって2
相ドライブされる。ここで、この発明では、水平転送用
電荷結合部の最終段の電極37には、パルス(φH3)が常
に印加される。38は出力ゲートであり、バイアス電位
(EB)が印加されている。また39はフローティング・デ
ィフュージョンであり、トランジスタ(Q12)のゲート
電極に接続されている。トランジスタ(Q12)〜(Q15)
は、フローティング・ディフュージョン容量40の電圧を
インピーダンス変換し、出力端41に出力信号として導出
するソース・フォロア回路である。トランジスタ(Q1
1)は、フローティング・ディフュージョン39の電位を
リセット電位(ER)にセットするための素子であり、リ
セットパルス(φRS)により駆動されている。また、42
は、電極23とフローティング・ディフュージョン39間の
寄生容量である。
像素子の水平転送用電荷結合部である。半導体部30に
は、電荷転送を行なうための水平転送電極31,32,33,34,
35,36が設けられ、パルス(φH1)(φH2)によって2
相ドライブされる。ここで、この発明では、水平転送用
電荷結合部の最終段の電極37には、パルス(φH3)が常
に印加される。38は出力ゲートであり、バイアス電位
(EB)が印加されている。また39はフローティング・デ
ィフュージョンであり、トランジスタ(Q12)のゲート
電極に接続されている。トランジスタ(Q12)〜(Q15)
は、フローティング・ディフュージョン容量40の電圧を
インピーダンス変換し、出力端41に出力信号として導出
するソース・フォロア回路である。トランジスタ(Q1
1)は、フローティング・ディフュージョン39の電位を
リセット電位(ER)にセットするための素子であり、リ
セットパルス(φRS)により駆動されている。また、42
は、電極23とフローティング・ディフュージョン39間の
寄生容量である。
上記の水平転送用電荷結合部は、第2図に示すようなパ
ルスによって駆動される。この発明の場合、最終段の電
極37は、他の水平転送電極と分離されており、独自の駆
動用のパルスφH3が印加される。また、他の水平転送電
極と共通のパルスで駆動されることもできる。従って、
水平転送が行なわれるときには、最終段の電極37に、パ
ルスφH1と同一の波形のパルスを印加することによっ
て、従来と同様な動作を得る。つまり最終段電極37に印
加されたパルス電圧は、寄生容量42とフローティング・
ディフュージョン容量40により分圧され、信号電圧に加
わって出力信号となる。
ルスによって駆動される。この発明の場合、最終段の電
極37は、他の水平転送電極と分離されており、独自の駆
動用のパルスφH3が印加される。また、他の水平転送電
極と共通のパルスで駆動されることもできる。従って、
水平転送が行なわれるときには、最終段の電極37に、パ
ルスφH1と同一の波形のパルスを印加することによっ
て、従来と同様な動作を得る。つまり最終段電極37に印
加されたパルス電圧は、寄生容量42とフローティング・
ディフュージョン容量40により分圧され、信号電圧に加
わって出力信号となる。
一方、水平転送が行なわれていないとき、つまりパルス
φH1,φH2が停止されたときには、最終段電極37のみに
は、パルスφH3が連続して印加される。このため、この
電極37に印加されたパルス電圧は、寄生容量42とフロー
ティング・ディフュージョン容量40によって分圧され、
出力信号となる。この結果、転送時も停止時も、最終段
電極37からの飛び込みパルスは同一となり、黒レベル差
が生じることはない。
φH1,φH2が停止されたときには、最終段電極37のみに
は、パルスφH3が連続して印加される。このため、この
電極37に印加されたパルス電圧は、寄生容量42とフロー
ティング・ディフュージョン容量40によって分圧され、
出力信号となる。この結果、転送時も停止時も、最終段
電極37からの飛び込みパルスは同一となり、黒レベル差
が生じることはない。
上記したように、この発明によると、固体撮像素子の出
力からは、水平転送用電荷結合部が転送状態,停止状態
のどちらにあっても、駆動パルスの飛び込み量は一定と
なり、黒レベルの差は発生しなくなる。また、この発明
によると、水平転送用電荷結合部の最終段電極を他の駆
動用の電極と分離すること、及び最終段電極を駆動する
連続駆動パルスを用いる以外は、従来の駆動方法と略同
じであり、周辺回路に大がかりな改良を施すことなく実
施できる。そしてブランキング期間内のレベル変動が抑
圧され安定した出力を得、後段のクランプ回路における
安定動作にも寄与できる。また、この発明は、インター
ライン転送型CCD撮像素子だけでなく、フレーム転送型C
CD撮像素子やMOS−CCD型固体撮像素子のような水平転送
用CCDを持つ固体撮像素子においても同様な効果を奏す
る。
力からは、水平転送用電荷結合部が転送状態,停止状態
のどちらにあっても、駆動パルスの飛び込み量は一定と
なり、黒レベルの差は発生しなくなる。また、この発明
によると、水平転送用電荷結合部の最終段電極を他の駆
動用の電極と分離すること、及び最終段電極を駆動する
連続駆動パルスを用いる以外は、従来の駆動方法と略同
じであり、周辺回路に大がかりな改良を施すことなく実
施できる。そしてブランキング期間内のレベル変動が抑
圧され安定した出力を得、後段のクランプ回路における
安定動作にも寄与できる。また、この発明は、インター
ライン転送型CCD撮像素子だけでなく、フレーム転送型C
CD撮像素子やMOS−CCD型固体撮像素子のような水平転送
用CCDを持つ固体撮像素子においても同様な効果を奏す
る。
第1図はこの発明の一実施例を説明するのに示した水平
転送用電荷結合部の出力周辺の構成説明図、第2図は、
第1図の水平転送用電荷係合部の各部パルス波形図、第
3図は、固体撮像素子の説明図、第4図は固体撮像素子
の一部をとりだして示す説明図、第5図は固体撮像素子
の駆動信号波形を示す波形図、第6図は従来の水平転送
用電荷結合部の出力周辺を示す構成説明図、第7図は第
6図の水平転送用電荷結合部の各部パルス波形図であ
る。 31〜36……水平転送電極、37……最終段電極、39……フ
ローティング・ディフュージョン、Q11〜Q15……トラン
ジスタ。
転送用電荷結合部の出力周辺の構成説明図、第2図は、
第1図の水平転送用電荷係合部の各部パルス波形図、第
3図は、固体撮像素子の説明図、第4図は固体撮像素子
の一部をとりだして示す説明図、第5図は固体撮像素子
の駆動信号波形を示す波形図、第6図は従来の水平転送
用電荷結合部の出力周辺を示す構成説明図、第7図は第
6図の水平転送用電荷結合部の各部パルス波形図であ
る。 31〜36……水平転送電極、37……最終段電極、39……フ
ローティング・ディフュージョン、Q11〜Q15……トラン
ジスタ。
Claims (1)
- 【請求項1】2次元に配列された画素と、この画素の信
号電荷を水平転送用電荷結合部に転送するための手段と
を有した固体撮像素子において、前記水平転送用電荷結
合部の水平転送電極のうち最終段の電極のみは、水平転
送状態,停止状態にかかわらず連続の駆動パルスで駆動
するようにしたことを特徴とする固体撮像素子の駆動方
法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60004368A JPH0754973B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 固体撮像素子の駆動方法 |
US06/814,376 US4680637A (en) | 1985-01-14 | 1985-12-30 | CCD area sensor with low signal level variation |
DE19863600253 DE3600253A1 (de) | 1985-01-14 | 1986-01-08 | Festkoerper-bildsensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60004368A JPH0754973B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61163772A JPS61163772A (ja) | 1986-07-24 |
JPH0754973B2 true JPH0754973B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=11582427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60004368A Expired - Lifetime JPH0754973B2 (ja) | 1985-01-14 | 1985-01-14 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4680637A (ja) |
JP (1) | JPH0754973B2 (ja) |
DE (1) | DE3600253A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0754973B2 (ja) * | 1985-01-14 | 1995-06-07 | 株式会社東芝 | 固体撮像素子の駆動方法 |
JPS639288A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Toshiba Corp | 固体撮像素子の駆動方法 |
JP2727584B2 (ja) * | 1988-09-20 | 1998-03-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
EP0455803A1 (en) * | 1989-11-29 | 1991-11-13 | Eastman Kodak Company | Non-interlaced interline transfer ccd image sensing device with simplified electrode structure for each pixel |
US5298777A (en) * | 1991-02-12 | 1994-03-29 | Gold Star Electron Co., Ltd. | CCD image sensor of interlaced scanning type |
JPH0738077A (ja) * | 1993-07-23 | 1995-02-07 | Sony Corp | 固体撮像素子の製造方法及び固体撮像装置 |
JP2956544B2 (ja) * | 1995-09-13 | 1999-10-04 | 日本電気株式会社 | 電荷転送固体撮像装置及びその駆動方法 |
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