JPH0777434B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

固体撮像素子の駆動方法

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JPH0777434B2
JPH0777434B2 JP1157369A JP15736989A JPH0777434B2 JP H0777434 B2 JPH0777434 B2 JP H0777434B2 JP 1157369 A JP1157369 A JP 1157369A JP 15736989 A JP15736989 A JP 15736989A JP H0777434 B2 JPH0777434 B2 JP H0777434B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、チャネル領域中の光電荷をチャネル領域外に
排出させる固体撮像素子の駆動方法に関する。
(ロ)従来の技術 従来、CCD固体撮像素子を用いたテレビカメラの如き撮
像装置に於いては、CCDの動作原理を活用して電子的に
露光制御を行うことが考えられている。このような露光
制御方法は、例えば特開昭63−24764号公報に開示され
ている如く、垂直走査期間毎の光電変換期間の途中でそ
れまで撮像部に蓄積した光電荷を転送排出し、残余の光
電変換期間に光電変換して得た光電荷を蓄積するように
構成されている。即ち、光電荷の排出のタイミングの変
更に依って光電変換期間が伸縮されるもので、光電荷の
排出のタイミングがCCDの出力信号のレベルに従って設
定される。
このようなCCDの駆動方法では、撮像部の不要な光電荷
を読出転送方向とは反対の方向に転送することで排出し
ているが、逆方向への転送に依る光電荷の排出は、読出
転送時と同様に排出転送時にもスミアが発生する。そこ
で、スミアの発生しない光電荷の排出方法が種々考えら
れている。例えば本願出願人既提案の特願平1−96712
号に於いては、撮像部の蓄積転送チャネルに並列して設
けられるオーバーフロードレインの電位を高くすること
で、蓄積転送チャネルとオーバーフロードレインとの間
の電位障壁を消滅させて蓄積転送チャネルからオーバー
フロードレインに光電荷を排出させている。
第3図は、上述の駆動方法を採用するCCD固体撮像素子
の要部平面図であり、第4図は第3図X−X′線断面図
である。ここでは、クロスゲート構造のフレームトラン
スファ型CCDの撮像部が示してある。
P型基板(1)の一面には、複数のチャネルストップ
(2)がLOCOSに依って互いに平行に配列形成されてお
り、このチャネルストップ(2)の下にオーバーフロー
ドレイン(3)が形成されている。角チャネルストップ
(2)の間にはN型のチャネル領域(4)が拡散に依っ
て形成され、このチャネル領域(4)上にチャネルスト
ップ(2)と直交する方向に複数の下層電極(5)が平
行に設けられ、さらにチャネルストップ(2)に沿って
複数の上層電極(6)が設けられている。上層電極
(6)には、下層電極(5)の間隙を覆う突出部が隣り
合う上層電極(6)と互い違いになるように形成されて
いる。
両電極(5)(6)は4相の転送クロックφF1〜φF4
パルス駆動されるもので、上層電極(6)には転送クロ
ックφF1F3、下層電極(5)には転送クロックφF2,
φF4が交互に印加される。そして、オーバーフロードレ
イン(3)には、電位制御クロックφOFDが印加され
る。チャネル領域(4)に光電荷を蓄積する際には、例
えば転送クロックφF1を高レベル、制御クロックφOFD
を低レベルとすることで基板(1)内のポテンシャルを
第5図に示すようにチャネル領域(4)とオーバーフロ
ードレイン(3)との間で浅くさせ、ポテンシヤル障壁
を形成する。従って、受光領域(7)で発生する光電荷
は、ポテンシャルの勾配に沿って上層電極(6)の突出
部の下に流れてチャネル領域(4)に蓄積される。
一方、チャネル領域(4)内の光電荷を排出する際に
は、蓄積の際とは逆に転送クロックφF1を低レベル、制
御クロックφOFDを高レベルとすることで、第3図に破
線で示すようにチャネル領域(4)のポテンシャルを浅
くしてチャネル領域(4)とオーバーフロードレイン
(3)との間のポテンシャル障壁を消滅させる。ポテン
シャル障壁がなくなると、チャネル領域(4)内の光電
荷はポテンシャル勾配に沿ってオーバーフロードレイン
(3)へ流れる。従って、チャネル領域(4)内の光電
荷が排出されることになる。
このような光電荷の排出方向に依ると、撮像部全体の光
電荷を略同時に、しかも極めて短い期間に排出すること
ができるため、逆転送に依る光電荷の排出方法に比して
スミアが大幅に抑圧される。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、光電荷をチャネル領域(4)からオーバ
ーフロードレイン(3)に流す場合、チャネル領域
(4)内に不要な光電荷が残留することがある。これ
は、チャネル領域(4)やオーバーフロードレイン
(3)等の不純物濃度、チャネルストップ(2)部分の
LOCOSの厚さ等の製造時のばらつきに依り、チャネル領
域(4)とオーバーフロードレイン(3)との間のポテ
ンシャル障壁が消滅し易い領域と、消滅し難い領域とが
生ずるためであり、各領域を均一な電位とした場合、ポ
テンシャル障壁の消滅し難い領域に光電荷が残留する。
このような光電荷の残留を防止するためには、全ての領
域でチャネル領域(4)とオーバーフロードレイン
(3)との間のポテンシャル障壁が十分に消滅するよう
な極めて高い電位差をチャネル領域(4)とオーバーフ
ロードレイン(3)との間に与える必要がある。従っ
て、CCDを駆動する駆動パルスの電圧が高くなるという
問題が生ずる。
そこで本発明は、チャネル領域(4)内の光電荷を排出
する際の駆動パルスの電圧を下げると共に、チャネル領
域(4)内に光電荷が残留するのを防止することを目的
とする。
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
複数のチャネル領域がチャネルストップ領域で互いに分
離されて配列形成され、上記チャネルストップ領域内に
設けられたオーバーフロードレインに上記チャネル領域
中の過剰な光電荷を受けるCCD固体撮像素子の駆動方法
に於いて、上記チャネルと上記オーバーフロードレイン
との間に電位障壁を形成しうる上記オーバーフロードレ
インの電位に対し、上記オーバーフロードレインを高電
位として上記電位障壁を消滅させると共に、上記チャネ
ル領域上に設けられた転送電極をパルス駆動すること
で、上記チャネル領域中の光電荷を上記チャネル領域か
ら上記オーバーフロードレインに排出せしめることを特
徴とする。
(ホ)作 用 本発明に依れば、撮像部の光電荷が読出方向とは反対の
方向に転送される過程に於いてチャネル領域からオーバ
ーフロードレインに排出されるために、チャネル領域と
オーバーフロードレインとの間の電位障壁の消滅し難い
領域に残留した光電荷は転送経路中の電位障壁が消滅し
易い領域でオーバーフロードレインに排出される。
(ヘ)実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図は本発明駆動方法を用いて自動露光制御を行う撮
像装置のブロック図である。
CCDは固体撮像素子(10)は、撮像部に照射された映像
を光電変換し、得られた光電荷が一定期間毎に読出駆動
されて画面単位で連続する映像信号X(t)を出力す
る。この映像信号X(t)は信号処理回路(11)でサン
プルホールド、ガンマ補正等の処理が施され、ビデオ信
号Y(t)として外部機器に出力される。
CCD(10)は、各種クロックでパルス駆動されるもの
で、読出クロック発生回路(12)から順方向転送クロッ
クφ、排出クロック発生回路(13)から逆方向転送ク
ロックφが撮像部の転送電極に供給される。さらに、
CCD(10)のオーバーフロードレインは、制御クロック
発生回路(14)から電位制御クロックφOFDが供給され
る。これらクロック発生回路(12)(13)及び(14)に
は、読出タイミング設定回路(15)及び排出タイミング
設定回路(16)から、夫々読出タイミング信号FT及び排
出タイミング信号RTが供給され、この読出タイミング信
号FT及び排出タイミング信号RTに従って動作する。即
ち、CCD(10)に蓄積された光電荷は、一定期間毎に順
方向転送クロックφに依って読出駆動され、排出タイ
ミング信号RTで設定されるタイミングに逆方向転送クロ
ックφで読出駆動の方向とは反対の方向に転送される
と共に電位制御クロックφOFDでオーバーフロードレイ
ンに排出せしめられる。
一方、露光量判定回路(17)は、CCD(10)から得られ
る映像信号X(t)の露光量を検知し、その露光量が適
正範囲以上であれば露光抑制信号CLOSE、適正範囲以下
であれば露光促進信号OPENを排出タイミング設定回路
(16)に与える。そして、排出タイミング設定回路(1
6)は、露光抑制信号CLOSE及び露光促進信号OPENに従っ
て露光期間を伸縮制御する。
第2図は第1図の動作を示すタイミング図である。
読出タイミング信号FTは、垂直走査信号VDのブランキン
グ期間の所定のタイミングにタイミングパルス(a)を
有しており、このタイミングパルス(a)の入力で読出
クロック発生回路(12)は一画面分の光電荷を垂直方向
に転送するクロックパルス(b)を発生する。排出タイ
ミング信号RTは、垂直走査期間の特定のタイミングパル
ス(c)を有しており、このタイミングにそれまで蓄積
した光電荷が排出される。このタイミングパルス(c)
の発生するタイミングは、露光量判定回路(17)からの
露光抑制信号CLOSEで遅らせられ、露光促進信号OPENで
速められるように構成されている。タイミングパルス
(c)が排出クロック発生回路(13)及び制御クロック
発生回路(14)に入力されると、水平走査信号HDのブラ
ンキング期間に電位制御クロックφOFDが立上り、一定
期間(ここでは水平走査信号HDの2周期)の後同じくブ
ランキング期間に立下ると共に、電位制御クロックφ
OFDが立上ってから立下るまでの期間の水平走査信号HD
のブランキング期間に逆方向転送クロックφがクロッ
クパルス(d)を発生する。光電荷の排出期間中は、電
位制御クロックφOFDに依ってオーバーフロードレイン
の電位が高められてポテンシャルが深く形成され、チャ
ネル領域とオーバーフロードレインとの間のポテンシャ
ル障壁が消滅された状態で、チャネル領域の光電荷が逆
方向に転送される。従って、ポテンシャル障壁が完全に
消滅せずに光電荷が残留するような領域があった場合、
その残留電荷が一定の区間を転送される間にポテンシャ
ル障壁の消滅した領域に入ればオーバーフロードレイン
に排出される。この排出期間が終わってから、次に順方
向転送クロックφクロックパルス(b)を発生するま
での期間が露光期間Eとして設定され、この期間Eで一
画面分の光電荷が蓄積される。
上述の如き駆動方向に依れば、逆方向転送クロックφ
で転送される一定の区間内の一部でチャネル領域からオ
ーバーフロードレインに光電荷が排出されれば良いこと
から、CCD(10)の製造ばらつきに依って部分的に光電
荷の排出され難い領域があったとしても、この領域に応
じて電位制御く、駆動電圧を低下させることが可能であ
る。
尚、本実施例に於いては、光電荷の排出タイミングをCC
D(10)の露光量に対応させた(自動露制御)場合を例
示しているが、本発明駆動方法を用いて可変速電子シャ
ッタを実現することもできる。この場合には、排出タイ
ミングを手動で設定することに依り、所定のシャッタ速
度の静止画を得ることができる。
(ト)発明の効果 本発明に依れば、チャネル領域に残留した光電荷を駆動
電圧を上げることなくオーバーフロードレインに排出す
ることができるため、光電荷を効率良く排出させること
ができ、露光期間の伸縮制御を容易に実現できる。
また、駆動電圧を低くすることが可能なため、駆動クロ
ックを発生する回路を容易に構成することができ、コス
トの低下が望める。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明駆動方法を用いた撮像装置のブロック
図、第2図は第1図の動作タイミング図、第3図はCCD
固体撮像素子の要部平面図、第4図は第3図の断面図、
第5図はCCD固体撮像素子内のポテンシャル図である。 (10)……CCD固体撮像素子、(12)……読出クロック
発生回路、(13)……排出クロック発生回路、(14)…
…制御クロック発生回路、(15)……読出タイミング設
定回路、(16)……排出期間設定回路、(17)……露光
量判定回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換に依り発生する光電荷を蓄積転送
    する複数のチャネル領域がチャネルストップ領域で互い
    に分離されて配列形成され、上記チャネルストップ領域
    内に設けられたオーバーフロードレインに上記チャネル
    領域中の過剰な光電荷を受けるCCD固体撮像素子の駆動
    方法に於いて、 上記チャネル領域と上記オーバーフロードレインとの間
    に電位障壁を形成して上記チャネル領域内に上記光電荷
    を蓄積する際に上記オーバーフロードレインに印加する
    電位に対し、上記オーバーフロードレインに印加する電
    位を高電位として上記電位障壁を消滅させると共に、上
    記チャネル領域上に設けられた転送電極をパルス駆動す
    ることで上記チャネル領域中の光電荷を一定の区間転送
    しながら上記オーバーフロードレインへ排出せしめるこ
    とを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
  2. 【請求項2】請求項第1項記載の固体撮像素子の駆動方
    法に於いて、 水平及び垂直方向に走査される上記固体撮像素子の垂直
    走査期間中、垂直走査期間の始まりから途中までの第1
    の期間に上記チャネル領域中の光電荷を上記オーバーフ
    ロードレインに排出せしめた後、垂直走査期間の終わり
    までの第2の期間に上記チャネル領域中に光電荷を蓄積
    し、この第2の期間に得た光電荷を一画面の映像情報と
    して出力することを特徴とする固体撮像素子の駆動方
    法。
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