JPS60247382A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

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［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（ＣＯＤ）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．・・・ＩＯＮ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（φ　：２０１．φ　：２
０２）はテレビジ２ コ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、スイッチパルス（φｖｏ　”２０４）に
よって、隣接する垂直方向のＣＯＤ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（
φｖ、　：　２０１　、φｖ２：２０２）で順次上方向
に転送される。

３００は水平パルス（φＨ：２０３）Ｋよって水平方向
に電荷を転送するＣＣＤで、垂直方向のＣＣＤから転送
さ九てきた信号電荷を、−水平期間の間に出力端子２０
５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
信号電荷を瞬接する垂直方向のＣＯＤに移す操作はスイ
ッチパルス（φｖｏ：２０４）によって駆動されるスイ
ッチ用ＭＯ８−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ＣＯＤ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。１１
０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ャルレベルを模
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ＣＯＤ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１！
［！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φ　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、この段を使って信号電荷の転送を行な
う。この時垂直方向のＣＯＤの転送はテレビ信号の水平
帰線期間の副に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Ｃ
ＣＤに移し、それに続く水平映像期−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フィ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って光ダイオード
下に発生した電荷の一部が、信号電荷を垂直方向のＣＯ
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って現われる。

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Ｃ０Ｄ３００の間にテレ
ビ信号の１フィールド分の信号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フィールド期間で行なう）。そのため受
光部内垂直方向のＣＯＤ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ップ面積が広くなる欠点が
ある。

一部１フィ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
図の桁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ＣＯＤ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ＣＯＤのダイナミックレンジ
が下がるなどの問題が生じる。

また微細加工によって画素とＣＯＤの間のアイソレーシ
ョ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めため
、大きな蓄積部を設けたり、垂直方向のＣＯＤ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
ＣＯＤのダイナミッ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
補遺とその駆動方法は、光ダイオードから垂直方向のＣ
’ＣＤに信号電荷を移すスイッチ用ＭＯ８−ＦＥＴ（ホ
トゲート）２０６を各水平ラインごとにシフトレジスタ
によって独立に動作できる桁造にする一方、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Ｃ，ＣＤ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６０’１．．６０２，６０３
゜・・・・・・に信号電荷が￥ｉ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くｌ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）に付属するスイッチ用ＭＯ’Ｓ　−Ｆ’、ＥＴ
　（以下、スイッチＭＯ８Ｔ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Ｓ、　
をＣＣ０１ＯＮ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ＣＯＤに移す。

この時ＣＣＤ内において信号電荷Ｓ、がある段と信号電
荷８．２がある段の間には、信号電荷がない段が１設入
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ｂ１２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
、ｂ２＞ｏを満たす整数）上方にＣＣＤを転送した後（
第４図（ｄ）ではす、２＝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２ｂ
、＋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２ｂ、＋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Ｓ、とＳ
２．Ｓ３とＳ４ｙ・・・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ＣＯＤ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ｍ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６
０１，６０２，６０３・・・・・・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ＣＯＤのダイナミッ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（、）に示すように
２つの光ダイオードの信号電荷（例えばＳ□と８２）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のダイナミッ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
ＣＯＤ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２Ｘ（２＋ｂ、）段と従来の（２＋ｂ２
）倍（ただしｂ＝〉０）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Ｗ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ＣＯＤの転送方向で
あるが、それに伴っ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Ｓ□をＣＣＤｌ０Ｎ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（ただしす、２は第４図同様（×）印の段
数でありｂ２〉０を満たす整数）下方に転送する（第５
図（ｄ）ではｂ２＝ｉ）。以下同様に信号電荷Ｓ３を取
り出し、ＣＯＤを３段転送して信号電荷Ｓ４を取り出し
た後２ｂ２＋３段転送するというンＸ 操作を繰り返えす。Ｋ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っている。従って
第４図の方法同様垂直方向のＣＯＤを１水平期間当り２
Ｘ（２＋ｂ２）段の速さで転送することによって順次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６０
Ｍの信号電荷ＳＭ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Ｓ□　をＣＣＤに取り出してもＭ／
２Ｘ　（２＋ｂ２）水平期間後でないとＳ、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Ｎ−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ＣＯＤに取り出すより （−Ｎ、）水平期間前に開始す ２Ｘ（２＋ｂｇ） る必要がある。

第５図の方法における垂直力、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ｂ　２　＞　１の時図中
に（Ｘ）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ってス
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Ｓｌ）を２
段あるいは３段以上に分けて転送することによって上記
の方法よりさらにダイナミッ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とすることによって従来の方式よリスメア量を低減す
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ｂ９のみ設けたが第６図（、）（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す、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）でも第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（、）の場合（（２ｂ＋１）
　十（２ｂ、＋１））段、（ｂ）の場合（（２ｂ、＋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２ｘ　（（ｂｔ　十、、１）　＋（
ｂｇ　＋１）　）段という速い転送が行なわれ、スメア
量を低減できる。第４図、第５図の方法は第６図です、
＝０とした特別な場合である。

なお上記の説明ではＣＯＤ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、ＣＯＤ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Ｃ
ＯＤ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。

ＣＯＤ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次元面体撮像装置をテレビ方式に従って駆動する
場合についてのみ述べたが、１次元面体撮像装置や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ｂ　Ｉ　ｔｂ、を信号Ｗｌ−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（８）は本発明の一実施例を示すインク−ライン
型電荷結合固体撮偉装置の構成の概略図である。第７回
（ｂ）は、同図（ａ）の中の−っの光ダイオード６００
と、これに接続するスイッチＭＯ８Ｔ２０６と、これに
接続する垂直方向ＣＣＤｌ０Ｎ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ッチＭＯ８Ｔ列にパル
スφ８を加える端子２０８、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φ。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
にスイッチＭＯ８Ｔ２０６を制御するための水平方向の
線と、ＯＮ状態にするスイッチＭＯ８Ｔ列を決める垂直
シフトレジスター００およびスイッチＭＯ８Ｔ２０６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ー００は端子２１１に加え
る駆動パルスφｖ−１，によって駆動し、入力パルスφ
ｖｌ、、端子２０７に加える。

なお第７図（ｂ）において２０６′はスイッチＭＯ８Ｔ
２０−６を制御する水平方向の配線を示す。

垂直方向のＣＣＤ　１０１を形成する電極１１１゜１１
２は常にその一方が基板１１０に近接する必要がある６
ところで上記水平方向の配＠２０６’と垂直方向のＣＣ
Ｄは必ず交叉するため、水平方向の配線２０６′　（ス
イッチＭＯ８Ｔ２０６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１１
１，１１２より上層に形成する必要がある。

ｊＩ７図の装置で単板カラー撮像装置を溝成したときの
信号処理回路と駆動方法の−・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はフィールドごとに端子２０５
と２０５′を交換して色分離回路に接続するスイッチ回
路であり、各回路は駆動回路２２４によって発生するパ
ルスによって駆動する。

第９図に示す駆動方法は第６図（ａ）の方法においてす
、＝１．ｂ２＝１とした場合のものである。

初めに端子２０７にφ　パルス３０１を加えると同時に
端子２１１にφＶ８パルス３０２を加え信号電荷を読み
出す行を選択するスイッチＨＯ５Ｔ２３１をＯＮ状態に
する。一方垂直方向のＣＣＤは端子２０１にφＶ□パル
ス３０３を加えると同時に端子２０２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Ｓ、のみをスイッチ
ＭＯ８Ｔ２０６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φ’Ｖｌｙ　φＶ２パルス３０５によって垂直方向
のＣＯＤを３段（一般には２ｂ□＋１段）上方に進め（
φＶｌ、φｖ２に合わせて３つのパルスを作る）、今度
はφｖ＋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φｖｎパルス３０６を加えシフトレジス
タを１段進めスイッチＭＯ８２３２をＯＮ状態にしてお
く。この時再びφ　パルス３０７を加え、２行目の光ダ
イオード６０２の信号電荷Ｓ１２のみを垂直方向のＣＣ
Ｏ２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設入る。）。そしてφ７４．
φ７□パルス３０８によって垂直方向のＣＯＤを３段（
一般には２ｂ、＋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
えるパルスチア、φ□、としてφ７□と同じものを、ま
た端子２０３に加えるφ□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Ｓ、は端子４
０１につながるゲート下に、また（Ｘ）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、従ってこの時端子２０８にφ、パルス３０９を
加えると同時に端子２１０（φアパルス）をＯＦＦ状態
にすると端子２１０につながるゲート下にあったスメア
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φア。

φＨＴとしてφＶ２と同じタイミングのパルス（ただし
φ８．パルスにはパルス３２０がない）、φ□としてφ
Ｖ２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Ｓ、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２１
０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につながるスイッチＭＯ３Ｔ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ｉｆＳ、、Ｓ２）が水平方向のＣ０Ｄ３００゜３
００′にＷ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φ８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２Ｘ
　（ｂ、　十す、＋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ィ
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わばよい（２行目と３行目、４
行目と５行目・・・・・・）。第８図のスイッチ回路２
２１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２
０５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図の装置によって
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、特に単板カラー撮偉装はを構成する
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／　（ｂ、　十ｂＱ＋２）に低減され、垂直方向
のＣＯＤのダイナミックレンジはげば２倍に増大できる
。

以上す、＝ｂ、＝ｉの場合について述べたが特にす、＝
ｂ２＝ｏの時はスメア電荷のみを持つ領域（第４図〜第
６図で（Ｘ）印で示す領域）は無く端子２０８につなが
るスイッチＭＯ８Ｔからスメア電荷を除去する必要はな
い６そのためす、＝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につながるスイッチＭ
Ｏ８Ｔ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ＣＣＤに取り出すには第９図同様初めにφｖ１．パル
ス３０１、φｖｓパルス３０２を加えてスイッチＭＯ８
Ｔ２３１をＯＮ状態にする一方φＹ？パルス３０４を加
えて信号電荷Ｓ、を垂直方向のＣＣＤに取り出す。第１
２図は５行目〜８行目の光ダイオードから信号電荷８５
〜ＳＬ、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”Ｉｌｌ〜ｎｌ＋３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ｎｓｔ
は次の領域にあるスメア電荷ｆｉ　ｎ、２にほぼ等しい
（ｎ”ｎ　のみある領域は第６図でｓｌ　５３ （Ｘ）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、φＶ！パルス３３４と３３７によっ
て信号電荷８５゜Ｓ、を垂直方向のＣＯＤに取り出しく
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φ７．パルス３３
３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φＶＩ＋　φｖ
２パルス３３５によって３段上方に転送する。以下同様
に８７とＳｌｌ、Ｓ、とＳ、。、・・・・・・と信号電
荷をＣＣＤ内に取り出す。

一方水平帰線期間内φ７１．φ７．パルスで信号電荷を
転送する時、φア、φ□７パルスとしてφｖ２パルスと
同じパルスをまたφ８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Ｓ
ｌ　＋ｓ２＋ｎｓ、が水平方向のＣＣＤ　３００内に転
送されるとスメア電荷ｎ１１２は水平方向のＣＣＤ３０
’０’　にある。これらの信号電荷とスメア電荷をφ８
パルス３１１によって水平映像期間に出力端一；−２０
５，，２０５’から読み出す（第１０図（ｊ）、（ｋ）
）。また出力しないスメア電荷ｎＩ＋３は端子２１０に
つながるゲート１（ 下べ転送された時φ、パルス３０９によって端子２０８
につながるスイッチＭＯ８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Ｓ、＋
Ｓ、＋ｎ　とスメア電荷ｎ８□１ 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ｎ８′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によって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Ｓ　ａ　＋　８７　）。

なお第１０図の例ではスメア電荷のみの段のｂＱ＝２の
場合について示したが、ｂＩ２は１段以上あれば良い。

また第７図（、）の水平方向のＣＯＤ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（□
倍）にｂＱ＋１ 止まる（第Ｉ０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につながるスイッ
チＭＯ８Ｔと端子２０９につながる線を取り除くととも
にｂ１２段全てのスメア電荷をまとめて水平方向のＣＯ
Ｄから読み出して１７ｂ１２倍した後信号から差しり１
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１
３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す
、−１，ｂ、＋１．ｂ、−１，ｂ、＋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ＣＯＤ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ＣＣＵにもれこみ蓄積されるスメア
電荷量は止まる位置によってその量が微妙に異なり、ｎ
　＃ｎ　となる。第１３図の駆動力＋！ｌ　ｌ１２ 法では例えばＳｓ＋Ｓｚｏ　＋ｎ　に含まれるスメｌｌ アミ荷ｎ　と同じスメア電荷のみ持つ領域が６段１ 下（一般には２　（ｂＱ＋１）股下）にあり、Ｓｇ十Ｓ
□。＋ｎ　より１水平期間後で同じ水平方向のＣ０Ｄ３
．００から読み出される。またＳ１１＋ＳＩ２＋ｎＲ２
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Ｓｌ、＋Ｓ、２＋”！１！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２２４
で駆動されるスイッチ回路２２１によって２０５と２０
５′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によってスメアを除去
する。この後信号処理回［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回の方法は除去するスメア電荷量ｎ８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本猜成にし、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ＧＣＤ　３　Ｑ　Ｏ〜３００７を受光部４００の
下に設けた素子（水平方向のＣＯＤは第７図（、）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ＣＯＤは、２相駆動のものだけでなく、
実開昭５７−１００３６１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って水平方向のＣＯＤ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ＣＯＤの段数あるいは本数を増すことな
くスメア最の低減、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ＣＯＤのダ
イナミッ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ＣＯＤ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結成例を示す図である。 １００・・・垂直シフトレジスタ、１０１，１０２゜１
０ｎ・・・垂直方向のＣＣＤ、２０６・・・スイッチ用
ＭＯ５−ＦＥＴ、３００，３００’・・・水平方向のＣ
ＣＤ、６００，６０１，６０２，６０３・・・光ダイオ
ード。 ￥、Ｉ図 Ｌ　？−図 ２〃２ 第　３　図 ６１ 冨　６　回 （ＩＬＪ　（ｂ） 葛　７　図 （ρ−） 石　７　図 （ｔ） 九 第Ｓ図 ■　ｑ　ロ 罵　／／　図 冨　１１　図 冨　１３　図 第　７４　図 菫　？５　［ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   送する複数の電荷転送素子と、該光電変換素子群から該
   垂直方向の電荷転送素子に信号電荷を取り出すスイッチ
   用ゲート群と、該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
   とからなる固体撮像装置において、スイッチ用ゲートを
   行ごとに独立に駆動できる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
   レジスタを設けたことを特徴とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置において
   、該水平方向の配線を垂直方向の電荷転送素子を駆動す
   るための配線より上層に構成したことを特徴とする固体
   撮像装置。 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
   送する複数の電荷転送素子と、該光電変換素子群から該
   垂直方向の電荷転送素子に信号電荷を取り出すスイッチ
   用ゲート群と、該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、前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の駆動方法において、１行あ
   るいは２行゛の光電変換素子から該垂直方向の電荷転送
   素子に信号電荷を取り出すに際し、１行あるいは２行の
   信号電荷の取り出しとそれに続く１行あるいは２行の信
   号電荷の取り出しとの間に垂直方向の電荷転送素子を上
   方向あるいは下方向に少なくとも１段転送動作するよう
   駆動することを特徴とす一固体撮像装置の駆動方法。　
   ′４．２次元的に配列された複数個の光電変換素子群と
   、該光電ｉ換素子群に一積さ九た信号電荷を垂直方向に
   転送する複数の電荷転送素子と、眩光電変換素子群から
   該垂直方向の電荷転送素子に信号電荷を取り出すスイッ
   チ用ゲート群と、該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、前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の駆動方法
   において、垂直方向の電荷転送素子内を信号電荷とは別
   にスメア電荷を転送して読み出し、スメアを含む出力信
   号から該スメア電荷から得られるスメア信号を差し引く
   ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。