JPS59190782A

JPS59190782A - 固体撮像装置の駆動方法

Info

Publication number: JPS59190782A
Application number: JP58064446A
Authority: JP
Inventors: Reikichi Tsunoda; 令吉角田; Toshio Sugano; 俊雄菅野; Shigehisa Hoshino; 星野　栄久; Yoshinori Tsujino; 辻野　佳規; Shigeki Yamashita; 茂樹山下
Original assignee: Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 1983-04-14
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1984-10-29
Also published as: JPH0420304B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（、）　　発明の技術分野本発明は固体撮像装置の駆動方法に係り、さらに具体的
には受光素子をライン状に配列したリニア・アレイ・セ
ンサの電荷蓄積動作の開始および終了時点を当該センサ
の信号電荷出力期間外にはずすようにした固体撮像装置
の駆動方法に関する。

（１〕）技術の背景一般に高分解能可視画像を必要とする分野では、例えば
ＣＣＤとリニア・アレイ・センサとを糾合ぜたＣ　ＣＤ
リニアセンサのような長尺センサを用い、そのリニア・
アレイ・セン′す゛の配列方向と直角をなす方向に光学
的な走査を行なっている。この光学的走査は撮像装置の
副走査となる。以下副走査に振動鏡を用いその運動が正
弦関数的な場合について説明する。

（ｃ）従来技術と問題点第１図はリニア・アレイ・センサど、電荷転送部を有す
る信号処理部とからなる光センサの１例構造を示す要部
概念図であり、１′は受光素子であって、その各受光素
子１′はライン状に配列されてリニア・アレイ・センサ
１を構成する。また、そのリニア・アレイ・センサ１に
隣接して一点鎖線で大きく囲んで示した信号処理部２が
設けてあり、前記各受光素’Ｊ’−１’で充電変換され
た電荷は人力ダイオードＴ　Ｉ’）がら人力電極Ｉ　Ｉ
）　Ｇを通して蓄積電極ＳＧ下の各Ｍ積領域に蓄えられ
た後、移送電極１’　Ｇを介してＣＣＤ２０の転送電極
４あるいは５直下に移送され、その移送された電荷は主
走査のための転送電圧φ１．φ２で転送されてＣＣＤ２
（ｌの浮遊拡散層４０を介し時系列信号として出力端子
ＯＵＴから出力されるようになっている。なお、前記各
蓄積領域の一部に電荷排出電極ＳＢＧで囲まれたドレイ
ンＤが形成されている。

第２図は前述のような光セン′す・と副走査用振動鏡と
の組合せかちなる固体撮像装置の構成を示す要部概念図
であって、撮像対象物からの入射光は副走査用振動鏡６
で反射され、レンズ７を通してリニア・アレイ・センサ
８上に結像する。この際、副走査用振動鏡６は支点９を
中心に反復回動じて正弦関数的運動をして副走査を行う
。

ところで正弦関数的運動をする副走査用振動鏡に対して
、通常に行われるような光センサの駆動つまり主走査の
周期が一定である場合、表示画面の左右周縁部（通常長
尺センサを垂直に配置し、副走査を水平方向に行うので
副走査の視野の中央部から左右の反復点に向かって見て
）で画像がひずんでしまう問題がある。そこでこのよう
な画像ひずみを補正するために、第３図（ａ）に示した
ような副走査鏡の走査角度に応じて第３図（ｂ）に示し
たごとく主走査の周期１を周縁部（副走査角度範囲の両
端）で長く、中央部で短くし、第３図（ｃ）に示した撮
像画面の走査ラインρ相互間の間隔を等しくする方策が
とられている。この場合、主走査周期りの可変は、第３
図（１〕）の波形から明らかなように、ＣＣＩ）の各走
査線ごとの信号読出し期間に続けてカラ転送期間を設け
、このカラ転送期間１ｏを調整して行うようになってい
る。

ここで上記撮像方式における各部の動作を１走査周期を
例にとってさらに具体的に説明しよう。

第４図は第１図に示した光センサのｚ−ｚ’線に沿う断
面図であり、第５図は１走査期間におけるＣＣＤ各部の
駆動電圧波形である。動作に際しては、まず電荷入力部
３１の入力電極ＴＤＧの供給電圧ｖよりＣｒ　　として
所定の小さな直流電圧を印加して該電極ＩＩ）Ｇ直下に
電荷通路すなわちチャンネルを作っておく一方、ドレイ
ンＤには充分火鰺な逆バイアス電圧を加えてその電位面
を充分に下げておく。こうした七で蓄積電極ＳＧの供給
電圧ＶＳＢ、ｆとして所定の直流電圧を印加するならば
該電極ＳＧ面直下電位は低下し、電位の井戸（以下単に
井戸と称する）２１が生じ、ここに受光素子から供給さ
れた電荷が流入して蓄積される。この電荷を、移送電極
ＴＧに電圧＼Ｉ　ｒ、　　を第５図のし１〜ｔ２なる期
間つまりＡで示した期間だけ印加し、該電極ＴＧ下の電
位面２３を低下させることによ１）ＣＣＤ２０の転送電
極５（または４）直下の井戸２２中に流入させた上で紙
面に垂直な方向へ転送するのであるが、受光素子１′か
らの電荷をすべてＣＣＤ２０中の井戸２２内に流入させ
れば該井戸２２は電荷であふれてしまって不都合である
。

この不都合を避けるために、従来は不必要な期間、例え
ば第５図中のｔｌ　〜ｔ４からなるＡとＢを含んだ期間
だけ電荷排出電極ＳＢＧに電圧Ｖ　ｓＢ６を印加し、該
電極ＳＢＧ直下の電位面２４を低下させて、受光素子１
′からの電荷をドレインＤへ損出しておき、ｔ４からし
。までの時間は第５図（ｆ′）に見られるように、この
電圧Ｖ　５ＢＣＩを零にし、電位面２４を第４図中の位
置にまで」二げることによって蓄積電極ＳＧ面直下井戸
２１中に所定量の電荷を蓄積し、このあとで移送電極Ｔ
Ｇに、第５図（ａ）に見られるような電圧■ＴＱを例え
ばＡなる期間印加して電位面２３を下げ、受光素子１′
からの電荷のうちの所定量をＣＣＤの転送電極５直下の
井戸２２中に移送し、その後転送電圧φ１．φ２１こよ
ってＣＣＤ２０に所定の転送動作を行なわせて期間り内
において第５図（ｅ）の時系列信号の出力Ｖｏｕｌを得
て（・た。

なお、第５図（ｄ）に示したものは第１図（こ示したＣ
ＣＤ２０の出力側におけるリセット電圧Ｒｓの波形であ
る。

ところが、第３図について前述したごとく、第５図のカ
ラ転送時間Ｌ５〜し６つま１）　Ｉ−１：で示した期間
を走査線ごとに変えること１こよって、撮像画面」−の
各走査線間隔を一定にしようとすると、副走査用振動鏡
の正弦関数的な走査に起因して、当該撮像画面上の走査
線上の１走査時間すなわち第５図のＦなる期間は画面と
の対応におり）て第６図（ａ）に示すように画面３０の
左右両端では長く、画面の中央附近で短くなるという現
象が起きる。この結果各走査期ｎｌｌ　Ｆの終止点は期
間しに対して第６図中のイとして示した軌跡を描くこと
になる。

この場合、第５図（ｆ′）に示した電荷排出電極の電圧
Ｖｓ８ｅ　　はＩＯＶ程度の高い値であるために、時刻
（、においてこの電圧ＶＳｅ９　　が低下するならば、
この電圧の急変は静電結合によって例えば第１図の出力
取出し用の浮遊拡散層４０に誘導され、それがために第
６図（１））の期間Ｔｓ２においてＣＣＤ２０から出力
される映像信号としての時系列信分出カニは第６図（ｂ
）中で口として示したような段差を作って出力されてし
まう。

ちなみに、第６図（、）中のＣは第５図中のし４〜ｔ、
までの期間Ｃに対応し、この期間Ｃは第４図の電荷入力
部３１における蓄積電極ＳＧ下の井戸２１中への電荷蓄
積時間（第６図（ｂ）中に示したＴｓｌ　に対応）にほ
がならない。

しかるにこの場合、電荷の蓄積時間はその終りのタイミ
ングｔ６を次の走査周期の電荷移送ゲートを開くタイミ
ングｔ１　に合わせたｔ４〜ｔ、までの一定期間Ｃに設
定されるために、この段差口は第６図（ａ）中の表示画
面３０中でハとして示した境界線を書き、そのために表
示画面境界水内において境界線ハより下は暗く、境界線
ハより上は明るいといった輝度差を生して再生画質を着
るしく損なうという欠点があった。つまり電荷の蓄積を
制御するために電極ＳＢＧに加えるパルス信号が固定パ
ターン雑音として画面に表れるわけである。

こうした問題を回避する方法として、曲線ノ）が表示画
面３０内に現われないように該曲線ノ・を第６図（ａ）
の例えば破線へで示したように表示画面３０の外へ持っ
て来ることが考えられるが、これでは蓄積時間が非常に
小さくなってしまり・、動作上問題がある。

（ｄ）発明の目的′ そこで本発明は上記従来の欠点に鑑み、画面中に蓄積動
作を制御するための信号による固定パターン雑音や輝度
差を生じない固体撮像装置の駆動力法の提供を目的とす
るものである。

（ｅ）　　発明の構成簡単に述べると本発明は、電荷排出電極ＳＢＧの開閉で
蓄積動作を行わしめるという考え方を改めて、入力電極
ＩＤＣの開閉動作を用し・て、第５図（ｅ）中で斜線を
引いて描いたＣＣＩ’）の映像信号出力期間の外側、つ
まりＣＣＤの画素対応ビットの出力の外側で、電荷蓄積
の開始、終了を制御するようにすることを骨子とする。

そして、本発明によれば、上記の目的は、複数の受光素
子をライン状に配列したリニア・アレイ・センサと、該
リニア・アレイ・センサの各受光素子から人力電極を介
して導入された電荷を蓄積する蓄積電極下の蓄積領域と
、該蓄積領域から移送電極を介して移送された電荷を主
走査のだめの電気信号で駆動して転送することにより受
光素子からの映像信号を時系列信号として出力する電荷
転送部と、さらに対象物面を前記主走査と直交する方向
に走査するための副走査鏡とをそなえてなる固体撮像装
置において、前記副走査鏡の走査角度に応じて前記主走
査の周期を可変制御すると共に、前記各主走査期間中に
前記映像信号としての時系列信号が出力される前のタイ
ミンクで前記蓄積領域への電荷の流入を開始し、当該時
系列信号が出力された後のタイミングにおいて当該蓄積
領域への電荷の流入を停止せしめるよう前記入力電極に
対する印加電圧を制御するようにしたことによって達成
される。

（ｆ）　　発明の実施例以下、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の実施例を
図面を用いて詳述する。

第５図（ｒ）に画いた実線りは入力デー）ＩＤＣに、従
来の直流電圧（点線）にかわって印加する駆動電圧波形
であって、これは第５図（ｅ）において示した映像信号
としてのＣＣＤ出力電圧＼’ｏｕｔ（符号トで示した時
系列信号）が出力されるより少し前のタイミングすなわ
ち時刻し。において高レベルとなり、蓄積領域への電荷
の流入が開始され、時系列信号としてのＣＣＤ出力電圧
〜’ｏｕｔが出力されてしまった後のタイミング時刻し
、においで低レベルとなって当該蓄積領域への電荷の流
入をイ亭止するようになっている。すなわちこれは各受
光素子の時系列をなす画素対応出力ビットの両体制で電
荷蓄積の開始、終了を行うものであり、この場合電荷排
出電極ＳＢＧに印加する電圧は零にしておく。

このように電圧ＶＩＤ（、を時刻１３〜し、の間隔レベ
ルにし、受光素子１′からの供給電荷を蓄積電極ＳＧ領
領域下井戸２１中に蓄積するならば、第５図（ｆ）中の
又として示した映像信号の出力期間の範囲内では当該電
圧ｖｘｐｑが前記浮遊拡散層４０に静電結合することが
ないが、あるいはその影響が一様となるので第６図（ｂ
）中において口として示したような信号レベルの段差が
ＣＯＤ出力に現れることはない。

かくして、カラ転送期１１旧第５図中のＥ）を走査線ご
とに変化させて副走査用振動鏡６の正弦関数的な動きに
よる画像ひずみを除去するようにしても、信号出力期間
Ｘは一定であり、電荷の蓄積時開はすべて第６図（ｂ）
に示した画面３０を形成する時間をはさんだＴｓ２なる
期間に納まる。

このために表示画面の左右周縁部での伸張は勿論のこと
、表示画面上に明暗の差を生じる段差口の境界線ハが表
われることもなく、その結果として良好な再生画像を得
ることができる。

次に第５図（ｂ）　、（ｃ）、（ｆ　）に示した転送電
圧φ１゜φ２及び駆動信号ＶＬＤ６　を発生させるため
の駆動回路構成を示すブロック図を第７図に示す。第５
図（ｂ）、（ｃ）で示す転送電圧φ１．φ、のタイミン
グはカウンタ（１）の示す内容に従ってプログラマブル
・リード・オンリー・メモリＰ　−ＲＯＭ　（２）に書
込まれている。カウンタ（１）は可変カウンタであり、
ある１回の主走査期間に相当する数だけカウントし終え
たことを示すための信号としてＰＣ信号を出力し、その
ｔテＣ信号に従ってカウンタ制御部はカウンタ（２）に
対してＥＮ信号を出ノルてカウンタ（２）の内容を１だ
けカウントアツプする。

そしてカラン多（２）の内容はプログラマブル・リード
・オンリー・メモリＰ−ＲＯＭ（１）への入力となる。

Ｐ−ＲＯＭ（１）には、各主走査期間となるようなりロ
ックの数、すなわち第５図で示した期間Ｆに入るクロッ
ク、ＣＬＫの数を示す値が書き込まれている。またカウ
ンタ（２）は主走査の走査回数をカウントしている。そ
してまたカウンタ制御部はＬＤ信号を発生し、Ｐ−ＲＯ
Ｍ（１）の内容に従ってカウンタ（１）をロードする。

このようにカウンタ（１）は可変カウンタとなっており
、その内容がカウンＦアップされるにつれて、Ｐ−ＲＯ
Ｍ（２）に書込まれた第５図（ｂ）（ｃ）に示す転送電
圧φ１．φ２がＰ−ＲＯＭ（２）から出力されることと
なる。なお副走査は１フレームに１回の割合で繰返され
、ＦＲＭ信号はこのフレームに同期した信号で１フレー
ムに１回の割合でカウンタ制御部に入力される。そして
クリヤパルスＣＬＲはそのＦＲＭ信号を受けて同様の割
合で発生し、カウンタ（２）を１フレームごとにクリア
する。またＣＬＫはクロックパルスである。一方カウン
タ１からは各主走査期間中ｔ３　とｔ、のタイミングを
示す信号が導出されて７リツプフロツプＦＦにセット。

リセット信号として加えられ、ｔ３〜Ｌ５の期間に対応
した入力電極制御用の信号電圧ＶＩ％がＦＦから取出さ
れるようになっている。

以上の実施例は蓄積動作の制御を電荷排出電極ＳＢＧか
ら入力電極’ＩＤＣに代えて画像ひずみの対策に伴なう
固定パターン雑音の防止を図るようにしたものである。

この場合電荷排出電極ＳＢＧお上びドレインＤは動作上
なくても問題ないが、光センサのダイナミックレンジを
広げるためには電荷排出電極ＳＢＧを利用して背景雑音
に対応した過剰な電荷を排出し、信号成分のみを電荷転
送部に移送するようにするのが好ましい。

第８図はこのような動作を行なわせる場合の駆動タイミ
ングダイヤグラムを示している。すなわち、第８図は第
５図のし２〜Ｌ３の期間を延長し、その間に第８図（ｇ
）で示す電圧Ｖ　５Ｉ３６を印加するようにしたもので
、その期間はＧで示され、時刻ｔ７において、電圧ｖｓ
１１Ｃｒ　　　が高レベルになり、電極ＳＢＧ下の電位
２４を押し下げ、チャンネルを形成し、電極ＳＧ下に残
された電荷をすべてドレインＤより排出する動作を開始
し、その動作を時刻ｔ８において終了する。その後、転
送動作を開始し、蓄積動作を行わせる。このＬ＋　　Ｌ
ｓの期間の動作については第５図で説明した動作と同様
である。時刻ｔｏは次の主走査１．１に続くことは第５
図と同様であるが、第８図へで示した期間（時刻ｔ１〜
Ｌ２）における電圧■ＴＧが印加される電極ＴＧ面直下
電位面２３は蓄積電極ＳＧ面直下蓄積されている電荷の
なかばを転送電極５直下に移送せしめるようなレベルと
し、そのすべての電荷を移送しないようにする。これに
より過剰な電荷を排出し、信号成分のみを電荷転送部に
移送せしめることが可能となる。

（８）発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明に係る固体撮像
装置の駆動方法によれば、撮像画面における明暗の段差
をなくすことができ、視覚的に違和感のない表示画面が
得られ、さらに補正の種類が従来法に比して１種ですむ
ので、装置構成が簡単となって装置の小形化ができる等
、その実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はリニア・アレイ・センサと電荷転送部を含む信
号処理部との組合せによる長尺光センサの１例構造を示
す要部概念図、第２図は長尺センサと副走査用振動鏡と
を用いた固体撮像装置の構成を示す要部概念図、第３図
（ａ）は本発明の前提となる固体撮像装置の駆動法を説
明するために正弦関数的運動をする副走査用振動鏡Ｊ鏡
の時間１こ対する振れ角を示す説明図、同図（ｌ〕）は
主走査の走査を示す説明図、同図（ｃ）は（ａ）および
（ｌ〕）の走査に対応した撮像画面の走査線を示す説明
図、第４図は第１図の光センサのｚ−ｚ’線断面図、第
５図は第１図に示した信号処理部の各母線に印加する駆
動信号と出力端子からの出力信号を示すタイミングチャ
ート、第６図（、）は走査周期と画面との対応を説明す
るための模式図、同図（１））はＣＣＤ出力信号を示す
波形図、第７図は本発明による固体撮像装置の駆動信号
を発生するための駆動回路構成の１例を示すブロック図
、第）３図は電荷排出電極を利用して背景雑音に対応し
た過剰な電荷を排出するようにした場合の信号処理部の
各母線に印加する駆動信号と出力端子からの出力信号を
示すタイミングチャートである。１′・・・受光素子、１・・・リニア・アレイ・センサ
、２・・・信号処理部、４，５・・・転送電極、６・・
・副走査用振動鏡、８・・・長尺センサ、９・・・支点
、２（）・・・ＣＣＤ、３０・・・画面、４０・・・浮
遊拡散層、Ｉ　Ｄ　Ｃ・・・入力デート、ＳＧ・・・蓄
積電極、Ｄ・・・ドレイン、ＳＢＧ・・・電荷排出電極
、ＴＧ・・・移送電極。第６図（Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第７図手続補正ｒ１１（方式）昭和５８年　８月ｊ６日特許庁長官　若杉和夫　殿１、　事件の表示昭和５８年特許願第６４４４．６号２、　発明の名称固体撮像装置の駆動方法３、補正をする者５、　補正命令の日付　昭和５８年７月６日（発送日７
月２６日）６、補正の対象　明細書の図面の簡単な説明
の欄７、補正の内容　　別紙のとおり明細書の図面の簡単な説明の欄において、第１７頁第１
９行乃至第１８頁第３行［第３図（、）は・・・・・走
査線を示す説明図］を１−第３図は本発明の前提となる
固体撮像装置の駆動法を説明するための説明図Ｊに訂正
する。以」ニ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の受光素子をライン状に配列したリニア・ア
レイ・センサと、該リニア・アレイ・センサの各受光素
子から入力電極を介して導入された電荷を蓄積する蓄積
領域と、該蓄積領域から移送電極を介して移送された電
荷を主走査のための電気信号で駆動して転送することに
より受光素子からの映像信号を時系列信号として出力す
る電荷転送部と、さらに対象物面を前記主走査と直交す
る方向に走査するための副走査鏡とを備えてなる固体撮
像装置において、前記副走査鏡の走査角度に応じて前記
主走査の周期を可変制御すると共に、前記各主走査期間
中の前記映像信号としての時系列信号が出力される前の
タイミングで前記蓄積領域への電荷の流入を開始し、当
該時系列信号が出力された後のタイミングにおいて当該
蓄積領域への電荷の流入を停止せしめるよう前記入力電
極に対する印加電圧を制御するようにしたことを特徴と
する固体撮像装置の駆動方法。
（２）複数の受光素子をライン状に配列したリニア・ア
レイ・センサと、該リニア・アレイ・センサの各受光素
子から入力電極を介して導入された電荷を蓄積する蓄積
領域と、該蓄積領域から移送電極を介して移送された電
荷を主走査のためめ電気信号で駆動して転送することに
より受光素子からの映像信号を時系列信号として出力す
る電荷転送部と、さらに対象物面を前記主走査と直交す
る方向に走査するための副走査鏡とを備えてなる固体撮
像装置において、前記各Ｍ積領域の一部に電荷排出電極
で囲まれた電荷排出用のドレインを設け、前記副走査鏡
の走査角度に応じて前記主走査の周期を可変制御すると
共に、前記各主走査期間中の前記映像信号としての時系
列信号が出力される前のタイミングで前記蓄積領域への
電荷の流入を開始し、当該時系列信号が出力された後の
タイミングにおいて当該蓄積領域への電荷の流入を停止
せしめるよう前記入力電極に対する印加電圧を制御して
蓄積動作を行なわせ、かつ該蓄積領域に蓄積された電荷
の一部を前記移送電極の操作によって電荷転送部に移送
した後、残りの電荷を前記電荷排出用のドレインから排
出する操作を加え、しかる後、次の蓄積動作を行なわせ
るようにしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法
。