JPH0834564B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその駆動方法

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JPH0834564B2
JPH0834564B2 JP59102528A JP10252884A JPH0834564B2 JP H0834564 B2 JPH0834564 B2 JP H0834564B2 JP 59102528 A JP59102528 A JP 59102528A JP 10252884 A JP10252884 A JP 10252884A JP H0834564 B2 JPH0834564 B2 JP H0834564B2
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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    • H04N25/625—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of smear

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、入射した光を電荷に変換して蓄積する光電
変換素子群（光ダイオード等から成る）とそれにつなが
る電荷転送素子を有する固体撮像装置の構造とその駆動
方法に関するものである。
〔発明の背景〕
電荷結合素子（CCD）および光ダイオードからなる光
電変換素子群を有するインターライン型固体撮像装置の
一例を第１図に示す。
400は受光部、600は入射光を信号電荷に変換し蓄積す
る光電変換素子（光ダイオード）である。101,102,…10
Nは各々光電変換素子に蓄積した電荷を垂直の矢印の方
向に転送するための電荷結合素子（CCD）であり、転送
パルス（φV1:201,φV2:202）はテレビジョン信号の水
平同期信号に同期したものである。
各光電変換素子600に蓄積された信号電荷は、垂直帰
線期間の間の、スイツチパルス（φV0:204）によつて、
隣接する垂直方向のCCDに移される。
移された信号電荷は、水平同期信号に同期したパルス
（φV1:201,φV2:202）で順次上方向に転送される。
300は水平パルス（φH:203）によつて水平方向に電荷
を転送するCCDで、垂直方向のCCDから転送されてきた信
号電荷を、一水平期間の間に出力端子205よりビデオ信
号として出力する。
第１図の装置において、光電変換素子600に蓄積した
信号電荷を隣接する垂直方向のCCDに移す操作はスイツ
チパルス（φV0:204）によつて駆動されるスイツチ用MO
S・FET206の飽和特性を利用して行なう。
第１図の装置における垂直方向のCCDの１つを取り出
し、その厚さ方向の構造との対応を第２図に示す。110
は基板となる半導体、111は１層目のポリシリコンゲー
ト、112は２層目のポリシリコンゲートである。113は各
ゲート下に発生するポテンシヤルレベルを模式的に示し
たものであり、114はその中を転送される信号電荷であ
る。
第１図において垂直方向のCCDは第２図のような２相
駆動タイプのCCDで構成されるため、第２図116,118,…
…の様な信号電荷のない段を間に入れる必要がある（最
近は４個のパルスを用いる４相駆動タイプが使用される
ことが多いが、この場合でも信号電荷のない段を入れる
必要があることは第２図と同じである）。
そのためφV0で垂直方向のCCDの1,2,3…Ｍ各段に移し
た信号電荷は、テレビ信号の第１フイールドでは１行目
と２行目、３行目と４行目……の各２行の信号電荷を垂
直方向のCCD内で混ぜて１段内にまとめ、垂直方向のCCD
内に１段おきに信号電荷のない段を作り、この段を使つ
て信号電荷の転送を行なう。この時垂直方向のCCDの転
送はテレビ信号の水平帰線期間の間に２段ずつ行ない、
２行の信号電荷の和（例えば１行目と２行目の信号電荷
の和）を水平方向のCCDに移し、それに続く水平映像期
間に出力端子205から読み出す。以下同様に２行目と３
行目、４行目と５行目……の信号電荷の和を１水平期間
ごとに順次読み出す。
一方第２フイールドではインタレース動作をさせるた
めに、信号電荷を混ぜる組み合わせを変え、２行目と３
行目、４行目と５行目、……の信号電荷を混ぜ、第１フ
イールドと同様にして１水平期間ごとに各信号電荷の和
を順次外部に読み出す。
ところで第１図の装置では入射光によつて光ダイオー
ド下に発生した電荷の一部が、信号電荷を垂直方向のCC
Dで転送する間にこの中にもれこむ。そのため画面縦方
向に白い帯状に現われるスメアが発生する。また光ダイ
オード600からの信号電荷は常に２行の和信号の形で読
み出され、全てを独立に読み出すことはできない。この
影響は第１図の装置で単板カラー撮像装置を構成すると
き、解像度の劣化やモワレとなつて現われる。そのため
１フイールドごとに全ての光ダイオード（画素）の信号
電荷を独立に読み出す必要がある。
従来上記スメアを低減する装置構成としては、第１図
素子の受光部400と水平方向のCCD300の間にテレビ信号
の１フイールド分の信号 Ｍは光ダイオードの行数、Ｎは１行中の光ダイオードの
数）の信号電荷を蓄積できる蓄積部を新たに設けた構成
が考えられている。この方法ではテレビ信号の垂直帰線
期間という短い時間に光ダイオードから蓄積部に信号電
荷を取り出す（第１図の装置では１フイールド期間で行
なう）。そのため受光部内垂直方向のCCDを転送する信
号電荷転送時間は短くなり、もれこむスメア電荷が少な
くなるためスメアが低減するというものである。しかし
この装置は大きな蓄積部が必要なため装置のチツプ面積
が広くなる欠点がある。
一方１フイールドごとに全ての光ダイオードの信号を
独立に読み出すことを可能にする装置構成としては、第
１図の構造において垂直方向のCCDの段数を光ダイオー
ド群の行数Ｍの２倍にする、あるいは第３図の様に垂直
方向のCCDを２本ずつに分け１水平期間に同時に読み出
す２行の信号電荷を分けて転送するなどの方法が考えら
れている。第３図のものは、実開昭58−56458に記載さ
れている。しかしこれらの方法では素子を作る上で微細
加工が必要になる。画素の開口率が下がり、感度が劣化
する。垂直方向のCCDのダイナミツクレンジが下がるな
どの問題が生じる。また微細加工によつて画素とCCDの
間のアイソレーシヨン寸法が小さくなるため、垂直方向
のCCD内にもれこむスメア電荷量が増え、スメア性能が
劣化するなどの欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、このような従来の欠点を改善するた
め、大きな蓄積部を設けたり、垂直方向のCCDの段数や
本数を増すことなく、スメア量を低減すること、あるい
は全ての画素の信号を独立に読み出すこと、あるいはCC
Dのダイナミツクレンジを増大することができる固体撮
像装置とその駆動方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するための本発明による固体撮像装置
の構造とその駆動方法は、光ダイオードから垂直方向の
CCDに信号電荷を移すスイツチ用MOS・FET（ホトゲー
ト）206を各水平ラインごとにシフトレジスタによつて
独立に動作できる構造にする一方、垂直方向のCCDを従
来の２倍以上の速い速度で駆動することに特徴がある。
本発明の原理を１本の垂直方向のCCDを取り上げ、模
式的に示した第４図を用いて説明する。同図（ａ）は光
ダイオード601,602,603,……に信号電荷が蓄積している
状態を示す。第４図において第１フイールドの信号読み
出し（１水平期間ごとに１・２行目、３・４行目……の
組み合わせで順次読み出す）は、次の手順で行なう。初
めにシフトレジスタ100の入力端子207に入力パルスを入
れ、光ダイオード601（１行目にある光ダイオード）に
付属するスイツチ用MOS・FET（以下、スイツチMOSTと略
記する）をON状態にすることにより、光ダイオード601
の信号電荷S1をCCD10Nに移す（第４図（ｂ））。ただし
図中（×）印は信号電荷を蓄積できるが、まだ電荷が無
いことを示す。そして、第４図（ｃ）の矢印で示すよう
にCCD内を１段上に転送した後、シフトレジスタ100を１
段進めて光ダイオード602（２行目にある光ダイオー
ド）の信号電荷S2をCCDに移す。この時CCD内において信
号電荷S1がある段と信号電荷S2がある段の間には、信号
電荷がない段が１段入るのでこれら２つの信号電荷を混
ぜることなく転送できる。さらに2b2＋１段（ただしb2
は信号電荷を蓄積できるが、蓄積せずに転送する（×）
印の段数であり、b2０を満たす整数）上方にCCDを転
送した後（第４図（ｄ）ではb2＝１）光ダイオード603
の信号電荷S3をCCD内に移す（第４図（ｄ））。そして
再び１段転送し、信号電荷S4をCCDに移した後2b2＋１段
転送する。以下同様に２行の光ダイオード内の信号電荷
を2b2＋２段の転送周期で垂直CCD内に移してゆく。
上記の手順で光ダイオードから垂直方向のCCDに信号
電荷を移した時CCD内に並ぶ２行１組の電荷S1とS2，S3
とS4，…はテレビ信号の水平期間ごとに１組ずつ読み出
すため順次上方に転送する。すなわち垂直方向のCCDを
１水平期間当り１組の電荷が蓄積される周期と同一の速
さとなる段数２×（２＋b2）段の速さで転送するととも
に信号電荷を蓄積する領域の電荷のみを読み出す。
本発明による信号電荷の取り出しと転送の方法には大
きな３つの効果がある。その第１の効果は光ダイオード
601,602,603……の信号電荷を各々別々な信号として転
送して外部に読み出せることである。第２の効果はCCD
のダイナミツクレンジが増大することである。第１図の
装置では第４図（ｅ）に示すように２つの光ダイオード
の信号電荷（例えばS1とS2をまとめて一段の中に蓄積し
て転送するのに対し、本発明の方法では各々１段ずつに
分けて蓄積して転送するので１つの光ダイオードの信号
電荷として送れる最大電荷量、すなわちCCDのダイナミ
ツクレンジは従来方式の約２倍に増大する。第３の効果
はスメア量が低減できることである。従来の第１図の装
置では２行分の信号電荷を１水平期間ごとに順次読み出
すために、垂直方向のCCDを１水平期間に２段ずつ転送
する。これに対し本発明の方法では２×（２＋b2）段と
従来の（２＋b2）倍（ただしb2０）の速度で転送す
る。そのためスメア電荷が転送中にもれこみ蓄積する時
間は短くなり、スメア電荷量を低減できる。
以上垂直方向のCCDを従来同様上方に転送する場合に
ついて述べたが、同様な考え方により垂直方向のCCDを
下方に転送して読み出すこともできる。第５図はこの読
み出し方法を模式的に示したものであり、第４図各々の
操作に対応した図を示している。第４図の方法と第５図
の方法の最大の違いは垂直方向のCCDの転送方向である
が、それに伴つて光ダイオードから信号電荷を取り出す
手順とシフトレジスタ100の入力端子207に加える入力パ
ルスのタイミングが第４図の方法と異なる。
すなわち第５図の方法では光ダイオード601の信号電
荷S1をCCD10N内に移した後（第５図（ｂ）、第５図
（ｃ）の矢印で示すようにCCD内を３段下方に転送す
る。そしてシフトレジスタ100を１段進めて光ダイオー
ド602の信号電荷S2をCCD内に移す。その後b2＋３段（た
だしb2は第４図同様（×）印の段数でありb2０を満た
す整数）下方に転送する（第５図（ｄ）ではb2＝１）。
以下同様に信号電荷S3を取り出し、CCDを３段転送して
信号電荷S4を取り出した後2b2＋３段転送するという操
作を繰り返す。以上の操作により垂直方向のCCD内に取
り出された信号の並び方は第４図の方法による並び方を
上下方向に反転した並び方になつている。従つて第４図
の方法同様垂直方向のCCDを１水平期間当り２×（２＋b
2）段の速さで転送することによつて順次１水平期間ご
とに２行の信号電荷を読み出すことができる。ただし、
第５図の方法では最下行の光ダイオード60Mの信号電荷S
Mを読み出した後、シフトレジスタに入力パルスを入力
して第２フイールドのための光ダイオード601の信号電
荷S1をCCDに取り出してもM/2×（２＋b2）水平期間後で
ないとS1を垂直方向のCCDから取り出すことができな
い。そのためテレビ信号の垂直帰線期間としてNv水平期
間を取る時、第２フイールドの信号電荷の取り出しは第
１フイールドの信号電荷SMを垂直方向のCCDに取り出す
より 水平期間前に開始する必要がある。
第５図の方法における垂直方向のCCDの転送方法は第
４図の方法と同様に行なわれ、第４図と同様の効果を得
ることができる。
なお第４図，第５図の方法ともb2１の時図中に
（×）印で示すb2段にはスメア電荷のみが蓄積される。
信号電荷のみでなくこのスメア電荷も同時に読み出し、
スメア電荷を含む信号から差し引くことによつてスメア
を回路的に除去し、上記の方法によるスメア量をさらに
大幅に改善することができる。
また１つの光ダイオードの信号電荷（例えばS1）を２
段あるいは３段以上に分けて転送することによつて上記
の方法よりさらにダイナミツクレンジを増大することも
できる。
また本発明の固体撮像装置では従来の方式同様２行の
信号電荷を混ぜて転送することもできるが、この時b2
１とすることによつて従来の方式よりスメア量を低減す
ることができる。
また第４図，第５図では説明を簡単にするため信号電
荷のない段をb2のみ設けたが第６図（ａ）（ｂ）に示す
ように全ての２信号電荷の間に信号電荷のない段を設け
（第６図では奇数行と偶数行の信号電荷の間にb1個、偶
数行と奇数行の信号電荷の間にb2個の信号電荷のない領
域がある）ても第４図，第５図の方法と同様の効果を得
ることができる。ただしこの場合２行の信号電荷を垂直
方向のCCDに取り出す操作の周期は、垂直方向のCCD転送
段数で表わすと（ａ）の場合｛（2b＋１）＋（2b2＋
１）｝段、（ｂ）の場合｛（2b1＋３）＋（2b2＋３）｝
段周期で行なわれる。また、２ライン分の信号電荷を読
み出す間に垂直方向のCCDは（ａ）（ｂ）ともに２×
｛（b1＋１）＋（b2＋１）｝段という速い転送が行なわ
れる、スメア量で低減できる。第４図，第５図の方法は
第６図でb1＝０とした特別な場合である。
なお上記の説明ではCCDの段数と光ダイオード数が等
しい場合について述べたが、CCDの段数は多く（例えば
２段に光ダイオード１つ）することも少なく（例えば光
ダイオード２つ当り１段）することもできる。またCCD
が２相駆動の場合について述べたが、一般に垂直方向の
CCDが３相駆動、４相駆動などの場合にも適用できる。C
CDの構造もBBD等任意の電荷移送素子で置き換えてもよ
い。
以上２次元固体撮像装置をテレビ方式に従つて駆動す
る場合についてのみ述べたが、１次元固体撮像装置やCC
Dを用いた信号処理回路素子にも適用できることは言う
までもない。この時はさらに光ダイオードからの信号電
荷の出力順序を換える（例えば光ダイオード番号で2,1,
4,3……など）、あるいは信号電荷のない領域の数b1，b
2を信号電荷ごとに変えるなどランダムに信号電荷を出
力してもよい。
〔発明の実施例〕
第７図（ａ）は本発明の一実施例を示すインターライ
ン型電荷結合固体撮像装置の構成の概略図である。第７
図（ｂ）は、同図（ａ）の中の一つの光ダイオード600
と、これに接続するスイツチMOST206と、これに接続す
る垂直方向CCD10Nの一部とからなる単位構造の厚さ方向
の断面構造を模式的に示したものである。第７図の装置
構造と従来の第１図の装置の構成との違いの第１は、ス
メア電荷を外部に取り除く端子209、取り除くタイミン
グを制御するスイツチMOST列にパルスφNを加える端子2
08、スメア電荷を一時的に蓄積しておく段のゲートにパ
ルスφTを加える端子201からなる結合部を持つことであ
る。また第２の違いは新たにスイツチMOST206を制御す
るための水平方向の線と、ON状態にするスイツチMOST列
を決める垂直シフトレジスタ100およびスイツチMOST206
制御パルスφVTを加える端子212を設けたことである。
ただし垂直シフトレジスタ100は端子211に加える駆動パ
ルスφVSによつて駆動し、入力パルスφVin端子207に加
える。
なお第７図（ｂ）において206′はスイツチMOST206を
制御する水平方向の配線を示す。垂直方向のCCD101を形
成する電極111,112は常にその一方が基板110に近接する
必要がある。ところで上記水平方向の配線206′と垂直
方向のCCDは必ず交叉するため、水平方向の配線206′
（スイツチMOST206を線206′と同一電極で形成する時は
そのゲート電極も）はCCDを形成する電極111,112より上
層に形成する必要がある。
第７図の装置で単板カラー撮像装置を構成したときの
信号処理回路と駆動方法の一例を第８図，第９図に示
す。第８図の回路において、220が単板カラー撮像装
置、222は色分離回路、223は色信号を処理し端子225か
らNTSC信号として出力する信号処理回路である。221は
フイールドごとに端子205と205′を交換して色分離回路
に接続するスイツチ回路であり、各回路は駆動回路224
によつて発生するパルスによつて駆動する。
第９図に示す駆動方法は第６図（ａ）の方法において
もb1＝1,b2＝１とした場合のものである。
初めに端子207にφVinパルス301を加えると同時に端
子211にφVSパルス302を加え信号電荷を読み出す行を選
択するスイツチMOST231をON状態にする。一方垂直方向
のCCDは端子201にφV1パルス303を加えると同時に端子2
02に加えるφV2をOFF状態にし、垂直方向のCCDの１段
目,3段目……の奇数段目を電荷蓄積可能な状態にする。
この時端子212にφVTパルス304を加えると１行目の光ダ
イオード601内の信号電荷S1のみをスイツチMOST206を通
して垂直方向のCCDの１段目に取り出す（第４図（ｂ）
に相当する状態）。次にφV1，φV2パルス305によつて
垂直方向のCCDを３段（一般には2b1＋１段）上方に進め
（φV1，φV2に合わせて３つのパルスを作る）、今度は
φV1をOFF状態、φV2をON状態に保ち２段目,4段目……
の偶数段目を電荷蓄積可能な状態にする。同時にφVSパ
ルス306を加えシフトレジスタを１段進めスイツチMOS23
2をON状態にしておく。この時再びφVTパルス307を加
え、２行目の光ダイオード602の信号電荷S2のみを垂直
方向のCCD2段目に取り出す（第４図（ｃ）に相当する状
態。ただし間に（×）印の段が１段入る。）。そしてφ
V1，φV2パルス308によつて垂直方向のCCDを３段（一般
には2b2＋１段）上方に進める。以下同様に３行目,4行
目……の信号電荷の取り出しを繰り返す。
一方パルス305を加える時、端子210,401に加えるパル
スφT，φHTとしてφV2と同じものを、また端子203に加
えるφHパルスとしてφV1と同じパルスを加えると、３
段転送後には信号電荷S1は端子401につながるゲート下
に、また（×）印で示すスメア電荷のみ蓄積する領域は
端子210につながるゲート下にある。従つてこの時端子2
08にφNパルス309を加えると同時に端子210（φTパル
ス）をOFF状態にすると端子210につながるゲート下にあ
つたスメア電荷は端子209を通して外部に排除される。
そして再びパルス308を加える時φT，φHTとしてφV2と
同じタイミングのパルス（ただしφHTパルスにはパルス
320がない）、φHとしてφV2と同じタイミングのパルス
を加えて３段転送すると信号電荷S1は水平方向のCCD300
内に止まり、信号電荷S2は水平方向のCCD300′内に転送
される。この様にスメア電荷のみ蓄積している領域が端
子210につながるゲート下に来た時（垂直方向のCCD4段
転送に１回）端子208につながるスイツチMOSTを通して
端子209から排除する一方、２行分の信号電荷（例えばS
1，S2）が水平方向のCCD300,300′に蓄積された時（垂
直方向のCCD8段転送に１回）端子401,210をOFF状態にし
て端子203にφHパルス列311を加え、この信号電荷を水
平の映像期間に出力端子205,205′から読み出す（第９
図（ｊ），（ｋ））。同様にして３行目と４行目、５行
目と６行目……の組み合わせで垂直方向のCCD8段（一段
には２×（b1＋b2＋２）段）周期で水平期間ごとに信号
電荷を出力する。
テレビ信号のインターレース動作を行なうには次のフ
イールドで端子205,205′から同時に読み出す信号電荷
の組み合わせを変えればよい（２行目と３行目、４行目
と５行目……）。第８図のスイツチ回路221はこのイン
ターレース動作に伴なう出力端子の交換（例えば奇数行
の信号電荷は第１フイールドでは端子205から読み出さ
れるが第２フイールドでは端子205′から読み出され
る）を修正するために設けたものである。
このような駆動方法を行うことにより、従来の第１図
の装置とほぼ同じ受光部構造を持つ第７図の装置によつ
て１フイールドごとに全ての画素の信号電荷を分離して
出力することができ、特に単板カラー撮像装置を構成す
るとき、解像度の劣化とモワレを低減することができ
る。また垂直方向のCCDの転送速度が上がるためスメア
量は約1/（b1＋b2＋２）に低減され、垂直方向のCCDの
ダイナミツクレンジはほぼ２倍に増大できる。
以上b1＝b2＝１の場合について述べたが特にb1＝b2＝
０の時はスメア電荷のみを持つ領域（第４図〜第６図で
（×）印で示す領域）は無く端子208につながるスイツ
チMOSTからスメア電荷を除去する必要はない。そのため
b1＝b2＝０に限定して使用する時は第７図の固体撮像装
置の端子208につながるスイツチMOSTと端子209につなが
る配線を取り除いた構造にしてもよい。
第10図，第11図は第７図の装置の他の駆動方法と信号
処理方法の実施例である。この方法は第１図の従来の装
置同様に２行の信号電荷の和を読み出す一方、別に単独
のスメア電荷も読み出して出力信号から差し引き、スメ
アのみ低減するものである。第12図にこの駆動方法を模
式的に示す。信号電荷を光ダイオードから垂直方向のCC
Dに取り出すには第９図同様初めにφVinパルス301、φ
VSパルス302を加えてスイツチMOST231をON状態にする一
方φVTパルス304を加えて信号電荷S1を垂直方向のCCDに
取り出す。第12図は５行目〜８行目の光ダイオードから
信号電荷S5〜S8を垂直方向のCCDに取り出す過程を示し
いてる。まずφV2パルス330を加え信号電荷あるいはス
メア電荷が蓄積されている領域が偶数段目にあるように
設定する。第12図に示すnS1〜nS3は各々の領域に蓄積し
たスメア電荷を示しておりその量は互いに近似してい
る。例えば信号電荷に混入しているスメア電荷量nS1は
次の領域にあるスメア電荷量nS2にほぼ等しい（nS1〜n
S3のみある領域は第６図で（×）印で示した領域に相当
する）。パルス330を加えた後端子202をOFF状態にもど
すと信号電荷のある領域はそのまま偶数段目に止まる一
方で奇数段目には一時点に電荷を蓄積しておくことがで
きる状態になるれただしそのままでは転送できない）。
そこでφVSパルス332と336、φVTパルス334と337によつ
て信号電荷S5，S6を垂直方向のCCDに取り出し（第12図
（ａ），（ｂ））、S5は５段目、S6は６段目に一時的に
蓄積する。この後φV1パルス333を加えると偶数段目に
ある信号電荷とスメア電荷は全て奇数段目に転送され、
奇数段目のみに信号電荷がある状態（第12図（ｃ））に
なる。そしてφV1，φV2パルス335によつて３段上方に
転送する。以下同様にS7とS8，S9とS10，……と信号電
荷をCCD内に取り出す。
一方水平帰線期間内φV1，φV2パルスで信号電荷を転
送する時、φT，φHTパルスとしてφV2パルスと同じパ
ルスをまたφHパルスとしてφV1パルスと同じパルスを
加える。そして例えば信号電荷とスメア電荷S1＋S2＋n
S1が水平方向のCCD300内に転送されるとスメア電荷nS2
は水平方向のCCD300′にある。これらの信号電荷とスメ
ア電荷をφHパルス311によつて水平映像期間に出力端子
205,205′から読み出す（第10図（ｊ），（ｋ））。ま
た出力しないスメア電荷nS3は端子210につながるゲート
下に転送された時φNパルス309によつて端子208につな
がるスイツチMOSをONとしこれを通して端子209から外部
に排除する。また読み出した信号S1＋S2＋nS1とスメア
電荷nS2は各々第11図の引き算回路226で２信号の差を取
ると信号電荷に混入しているnSとスメア電荷nS′は互に
打ち消し合いスメア量を低減したビデオ信号が得られ
る。これを信号処理回路227によつてNTSC信号として出
力することにより、スメアの少ないテレビ信号を得るこ
とができる。インターレース操作を行なうには、第２フ
イールドで第１フイールドとまぜ合わせる２ラインの組
み合わせを変えればよい（例えばS6＋S7）。なお第10図
の例ではスメア電荷のみの段のb2＝２の場合について示
したが、b2は１段以上あれば良い。また第７図（ａ）の
水平方向のCCDの本数を１本にし、b2段のスメア電荷を
全て端子209から除去してもよい。ただしこの場合は第
１図の従来例より垂直方向のCCDの転送速度が速くなる
ことによるスメア低減 に止まる（第10図の場合はさらに引き算回路による低減
が加わる）。また第７図の端子208につながるスイツチM
OSTと端子209につながる線を取り除くとともにb2段全て
のスメア電荷をまとめて水平方向のCCDから読み出して1
/b2倍した後信号から差し引いても第10図と同様の効果
が得られる。
第13図，第14図は第７図の装置のさらに他の駆動方法
を説明する模式図と信号処理回路構成図である。第13図
の方法は第10の方法によるスメア低減量をさらに増大さ
せるものであり、これに２つの方法の差は主に垂直方向
のCCD内の信号電荷の転送方法にある。すなわち本方式
では信号電荷を垂直方向のCCDに取り出す時、第13図に
示すようにスメア電荷のみある段の数をb2−1,b2＋1,b2
−1,b2＋1,……と交互に変える点が第10図，第12図の駆
動方法と異なる。水平映像期間に水平方向のCCD内にあ
る信号電荷を読み出すが、この間垂直方向のCCDは長時
間（垂直方向のCCDを駆動する水平帰線期間に比べ）動
かず、信号電荷は一定位置に止まる（例えば第12図
（ｃ）の様な状態で）。そのため垂直方向のCCDにもれ
こみ蓄積されるスメア電荷量は止まる位置によつてその
量が微妙に異なり、nS1≠nS2となる。第13図の駆動方法
では例えばS9＋S10＋nS1に含まれるスメア電荷nS1と同
じスメア電荷のみ持つ領域が６段下（一般には２（b2＋
１）段下）にあり、S9＋S10＋nS1より１水平期間後で同
じ水平方向のCCD300から読み出される。またS11＋S12＋
nS2に含まれるスメア電荷nS2と同じスメア電荷のみ持つ
領域も１水平期間遅れてS11＋S12＋nS2が読み出される
のと同じ水平方向のCCD300′から読み出される６段下の
領域にある。そこで出力端子205,205′から読み出した
信号とスメア電荷は第14図に示すようにまず駆動回路22
4で駆動されるスイツチ回路221によつて205と205′出力
を水平期間ごとに変換し、信号とスメアをまず分離す
る。分離後信号を１水平期間遅延する遅延回路228を通
し、引き算回路226によつてスメアを除去する。この後
信号処理回路227を通すことにより、端子225よりスメア
のないテレビ信号を得ることができる。第13図の方法は
除去するスメア電荷量nSと信号電荷にまざるスメア電荷
量が等しいため第10図の方法よりさらにスメア除去性能
を上げることができる。
２行の信号を独立に出力するとともにスメアも出力す
るためには、第７図（ａ）の２本の水平方向のCCDを３
本あるいは４本構成にし、スメアも単独で出力できるよ
うにすれば良い。またさらに第15図のように新たに端子
214,215に入力するパルスφM2，φM1で駆動し、１水平
期間分の信号とスメア電荷を蓄積できる蓄積部213を設
けることにより映像期間にも垂直方向のCCDの転送を行
なえるようにすることができる。
なお、上記の実施例においては第６図（ａ）の駆動方
法を用いる場合についてのみ述べたが第16図の様に水平
方向のCCD300〜300を受光部400の下に設けた素子（水
平方向のCCDは第７図（ａ）同様２列でも良い）を用い
て第６図（ｂ）の駆動方法を行なうこともできる。また
水平方向のCCDは、２相駆動のものだけでなく、実開昭5
7−100361に記載されている様な３相駆動のものを用い
ることによつて水平方向のCCDの本数を少なくすること
ができる。さらに上記実施例では２次元の固体撮像装置
の場合についてのみ述べたが、第６図のCCDの駆動方法
は一次元の固体撮像装置にも適用することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく、本発明によれば大面積の信号蓄
積部や垂直方向のCCDの段数あるいは本数を増すことな
くスメア量の低減、あるいは全画素の信号とスメア電荷
を各々独立に読み出し、あるいは垂直方向のCCDのダイ
ナミツクレンジを増大することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のインターライン型固体撮像装置の構成
図、第２図は２相駆動タイプのCCDの構造と動作の説明
図、第３図は従来の２行同時読み出しのインターライン
型固体撮像装置の構成図、第４図，第５図，第６図は本
発明による電荷転送素子駆動方法の説明図、第７図と第
８図と第９図は本発明の一実施例による固体撮像装置の
構造と信号処理回路および駆動方法をそれぞれ示す図、
第10図と第12図は他の駆動方法の説明図、第11図はその
信号処理回路、第13図と第14図はさらに他の駆動方法の
説明図と信号処理回路図、第15図，第16図はさらに他の
固体撮像装置の構成例を示す図である。 100…垂直シフトレジスタ、101,102,10n…垂直方向のCC
D、206…スイツチ用MOS・FET、300,300′…水平方向のC
CD、600,601,602,603…光ダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 武 茨城県勝田市大字稲田1410番地 株式会社 日立製作所東海工場内 (72)発明者 長原 脩策 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−132482（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−202183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−13080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−107670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−78167（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−14682（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２次元的に配列された複数個の光電変換素
    子群と、該光電変換素子群に蓄積された信号電荷を垂直
    方向に転送する複数個の電荷転送素子と、上記光電変換
    素子群から上記垂直方向の電荷転送素子に信号電荷を読
    み出すスイッチ用ゲート群と、上記垂直方向の電荷転送
    素子から受けた信号電荷を１水平期間で水平方向に読み
    出す電荷転送素子と、上記スイッチ用ゲートを行ごとに
    独立に駆動できるように設けられた水平方向の配線と、
    該配線に所定の順序でパルス電圧を加えるための垂直方
    向のシフトレジスタとからなる固体撮像装置において、
    ２行の光電変換素子から上記垂直方向の電荷転送素子に
    信号電荷を読み出す際に、２行の信号電荷の読み出し
    と、それに続く２行の信号電荷の読み出しとの間に、上
    記垂直方向の電荷転送素子を、２行ごとに順次読み出し
    てゆく方向と反対方向に、少なくとも2b＋１（ｂは１以
    上の整数）段の転送動作をするように駆動することを特
    徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項２】上記垂直方向の電荷転送素子を、上記信号
    電荷読み出し間の転送方向と同じ方向に１水平帰線期間
    あたり２×（２＋ｂ）段の転送動作をするように駆動
    し、さらに上記水平方向に読み出す電荷転送素子が２行
    分の信号を同時にしかも独立に読み出せる構造、あるい
    は、少なくとも１行以上の信号とスメア信号を独立に読
    み出せる構造、あるいは、信号以外の不要電荷を除去す
    る構造を有する特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装
    置。
  3. 【請求項３】２次元的に配列された複数個の光電変換素
    子群と、該光電変換素子群に蓄積された信号電荷を垂直
    方向に転送する複数個の電荷転送素子と、上記光電変換
    素子群から上記垂直方向の電荷転送素子に信号電荷を読
    み出すスイッチ用ゲート群と、上記垂直方向の電荷転送
    素子から受けた信号電荷を１水平期間で水平方向に読み
    出す電荷転送素子と、上記スイッチ用ゲートを行ごとに
    独立に駆動できるように設けられた水平方向の配線と、
    該配線に所定の順序でパルス電圧を加えるための垂直方
    向のシフトレジスタとからなる固体撮像装置において、
    １行あるいは２行の光電変換素子から上記垂直方向の電
    荷転送素子に信号電荷を読み出す際に、１行あるいは２
    行の信号電荷の読み出しと、それに続く１行あるいは２
    行の信号電荷の読み出しとの間に、上記垂直方向の電荷
    転送素子を、１行あるいは２行ごとに順次読み出してゆ
    く方向と同じ方向に、少なくとも2b＋３（ｂは０以上の
    整数）段の転送動作をするように駆動することを特徴と
    する固体撮像装置。
  4. 【請求項４】上記垂直方向の電荷転送素子を、上記信号
    電荷読み出し間の転送方向と同じ方向に１水平帰線期間
    あたり２×（２＋ｂ）段の転送動作をするように駆動
    し、さらに上記水平方向に読み出す電荷転送素子が２行
    分の信号を同時にしかも独立に読み出せる構造、あるい
    は、少なくとも１行以上の信号とスメア信号を独立に読
    み出せる構造、あるいは、信号以外の不要電荷を除去す
    る構造を有する特許請求の範囲第３項記載の固体撮像装
    置。
  5. 【請求項５】上記２行の信号の読み出しと、上記垂直方
    向の電荷転送の少なくとも３段以上の転送動作を、１水
    平帰線期間に行うように駆動する特許請求の範囲第３項
    又は第４項に記載の固体撮像装置。
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