JPS60251781A - 電荷転送撮像装置の駆動方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は電荷転送撮像装置、特にインターライン転送方
弐屯荷転送撮像装置の駆動方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来のインターライン転送方式の駆動方法は、例、ｕ　
ハ、１９８３年のテレビシロン学会全国大会において宮
武１等がｒＣＬＩＰ構造による５８０Ｘ４７５画素ＣＣ
Ｄ撮像素子」と題して発表した論文においてトランスフ
ァゲート電極のないインターライン転送方式の駆動方法
が述べられてｂる、また同学会で織田らが「縦形オーバ
フロー構造ＣＯＤイメージセンサのプルーミング抑制機
構」と題してＰ−ウェル内に形成されたトランスファゲ
ート電極のないインターライン転送方式の駆動方法が述
べられている。しかし、このような駆動方法においては
以下のような欠点がある。

従来のインターライン転送方式による電荷転送撮像装置
は第１図に示すように、同一電荷転送電極群φｖ３．φ
Ｖ！で駆動する複数列の垂直シフトレジスタ１０と、各
垂直シフトレジスタの一側に隣接し、且つ互いに電気的
に分離された光電変換領域１１と、垂直シフトレジスタ
と光電変換領域間の信号電荷転送を制御するトランスフ
ァゲート領域１２と各垂直シフトレジスタの一端に電気
的に結合した電荷転送水平シフトレジスタ１３と、水平
シフトレジスタの一端で信号電荷を検出する装置１４か
ら構成されている。第２図は第１図に示す撮像装置の■
−■線上の断面を模式的に示したものである。

半導体基板１５の主面には基板半導体とは異った第２の
導電型層で接合の深さが異る二ろの領域１６．１７が形
成されている。第２の導電層１６゜１７の主面に絶縁物
１８を介して垂直シフトレジスミ型をもち第２の導電型
層１６．１７とｐ−ｎ接合を構成する光電変換領域２０
．垂直電荷転送装置の埋込みチャネル層２１がそれぞれ
形成されている。

光電変換領域２０と隣接する垂直電荷転送装置２１は比
較的第２の導電型不純物濃度が高いチャネルストップ領
域２２′によって分離されている。また、光電変換領域
以外は例えば金属層２３′で光遮蔽されている。

このようなインターライン転送方式電荷転送装置で標準
テレビジョン方式による撮像を行う場合、通常第３図に
示すようなφｖｌを駆動する転送パルス２２と、φＶ、
を駆動する転送パルス２３が用いられる。第１フイール
ドでは垂直ブランキング期間２４でφＶ、のクロックパ
ルス２３にトランスファゲートパルス２５が重畳されφ
Ｖ、に対応した光電変換領域の信号電荷を垂直シフトレ
ジスタ１０に読み出す。以後順次垂直水平転送によって
外部に取り出する。第２フイールドでは垂直ブランキン
グ期間２６でφＶ１のクロックパルス２２にトランスフ
ァゲートパルス２５が重畳されφＶ、　Ｋ対応した光電
変換領域の信号電荷が垂直シフトレジスタ１０へ読み出
される。以後第１フイールドと同様順次垂直、水平転送
を行い時系列の信号として外部に出力する。このように
して２：１インターレースを行うことができる。

しかしながら第２図で示したような基板半導体と異る導
電型層１６．１７上に形成され、且つトランスファゲー
ト電極が電荷転送電極１９と共＋ｉ＆になっている撮像
装置の駆動では、トランスファゲートパルスによって第
２の導電型層１６．１７の電位変動飽和出力にシェーゾ
ングが起きる。

以下説明を簡単にするためＮチャネル撮像装置の例を用
いてシェーゾングの現象を説明する。

第４図は第１図に示す＋ｎ　−ｍ線上の断面を模式的に
示したものである。２７．２８は垂直転送電極。

２９は例えば二酸化シリコンのような絶縁層、３０はＮ
型半導体基板１５上に形成されたＰウェル層で第２図の
領域１６に対応する。３１はＰウェル３゜のコンタクト
部で第１図の撮像装置の周辺（図示してない）に形成さ
れている。第５図は第３図に示した転送りロックパルス
２２．２３の垂直ブランキング期間２６近傍の拡大と、
クロックパルスに対応したＰウェルの眠位変化３２全模
式的に示したものであシ、実線３４は撮像装置の中心部
の電位。

破線３３はＰウェルコンタクト３１近傍のＰウェル電位
を示している。

転送期間ｅでは転送パルス２２．２３が相補関係にある
ためＰウェルの電位は変動しない。しかし垂直ブランキ
ング期間知の時刻ｔ、では転送パルス２２にトランスフ
ァゲートパルス２５がｔｆされるためＰウェル層３０の
電位はＰウェル層３゜と転送パルス２２が印加される転
送電極２７の結合容量と、Ｐウェル層３０と基板１５の
結合答量１５によって決まる容量分割の電圧値に変動す
る。

その後Ｐ−ウェル３０の電位３２はＰウェル内の各領域
からＰウェルコンタクト３１までの抵抗の時定数で基準
電位に近ずく、すなわち第５図に示すように１撮像装置
の周辺部はＰウェルコンタクトに近いため？ｉ！！＋線
３３のように急速に基準電位になるが、中心部では時定
数が長く３４のようにトランスファゲートパルが印加さ
れている期間（時刻ｔ１〜ｔ、）Ｋ基準電圧までもどれ
ない場合もある。もし、トランスファゲートパルス２５
がオフする時刻ｔ、に基板電圧３２が基準電位にもどっ
ていないと、光電変換領域に印加される電圧が御域によ
って異り、飽和出力信号のバラツキになる。第６図はこ
の現象を示すもので横軸は撮像装置の中心を通線上の各
領域の飽和出力曲線３５を模式的に示している。図示し
てないが第６図のような飽和出力のシエーデング現象は
、飽和出力に満たない微弱光においても観測されてお）
、Ｐ−ウェル構造撮像装置の大きな欠点とされて来に０ （発明の目的） 本発明は、上記のようなシェーデング現象をなくした、
インターライン伝送方式の電荷転送機１象装置の駆動方
法を提供するものである。

（発明の構成） 本発明によれば第１の導電域を有する基板半導体土建形
成された第２の導電型層を有し、前記第２の導電型層の
主面に二次元的に配列された光は変換領域と、前記光直
変換領域に対応して設けられた第１の電荷転送電極群と
第２電荷転送電極群からなる電荷転送垂直シフトレジメ
・り列と、前記各光電変換領域と対応する前記垂直シフ
トレジスタ間に前記第１および第２の電荷転送電極群で
被われたトランスファゲート領域からなる電荷転送撮像
装置の駆動において、第１のフィールドでは第１あるい
は第２の電荷転送電極群の一方の電荷転送パルスにトラ
ンスファゲートパルスを重畳し、他の一方の電荷転送パ
ルスにトランスファゲートパルスと逆相のパルスを重畳
することによって第１あるいは第２の電荷転送１１ｔｉ
群に対応する光電変換領域の信号電荷を垂直シフトレジ
スタに読み出し、順次出力する手段と、第２のフィール
ドでは、第１のフィールドとは異るもう一方の屯荷転送
′電極群の電荷転送パルスにトランスファゲートパルス
を重畳し、他の一方の電荷転送パルスにトランスファゲ
ートパルスと逆相のパルス全重畳することによって光電
変換領域の信号電荷を垂直シフトレジスタに読み出し、
順次信号電荷を出力させることを４？徴とする重荷転送
撮像装置の駆動方法が得られる。

（実施例） 第７図は本発明の一実施例による転送パルスの波形で、
第８図は第７図の垂直ブランキング期間３７の近傍を拡
大した波形である。第７図、第８図はそれぞれ従来例の
第５図、第６区部対応【７ている。

第７図の転送パルス３８．３９はそれぞれ第１図のφ■
１．φ■２に印加するパルス波形で従来例との違いはト
ランスファゲートパルスが重畳された転送パルスと相補
関係にある転送パルスに、トランスファゲートパルス４
０と逆相のパルス４１が印加されていることにある。こ
の効果について第８図を用いて説明する。第８図は垂直
ブランキング期間３７近傍の転送パルスとＰ−ウェル゛
載位変化４２を模式的に示している。垂直ブランキング
期間３７０前後では転送パルス３８と３９は相補関係に
あるためＰウェル電位４２は変動しない。時刻ｔ。

では３８と相補関係にめったパルス３９が、転送パルス
３８と同電圧になるこのためＰウェル′畦圧は第４図に
示すような転送電極と塞板１＋４１との容量に応じた電
位ｙ化ケ起す。時刻ｔ。で起きたＰ、−ウェル電位変動
が基ｊ！！電位にもどった状態で転送パルス３８にトラ
ンスファゲートパルス４０を重畳する。同時に転送パル
ス３９にはトランスファゲートパルス４０ど辿相で波高
（直が等しいパルス４１を重畳する。

この逆相パルス４１によってトランスファゲートが導通
状帽になっている期間（時刻ｔ、〜１．　）ではＰウヱ
ル醒位４２の変動がないため各光電変換領域に印加され
る電圧は一定となり従来欠点ときれていたシェーデング
現象は全く起きない。

第７図、第８図では垂直電荷転送装置が２相パルスであ
り撮像装置の駆動方法もフレーム蓄積動作で説明したが
、フィールド蓄積動作時も、同様にトランスファゲート
パルス金印加するパルス群と相補関係にあるパルスにト
ランスファゲートパルスと逆相のパルスを印加すること
でシェーデング現象のない駆動方法が得られる。

第９図は第１図に示す垂直電荷転送レジスタ１０が４相
駆動で、各光電変換領域はフィールド蓄積を行う場の駆
動波形の実施例を示している。第１図に適用する場合φ
Ｖ、がクロ、り転送電極２つに分かれており、転送パル
ス４３．４３が印加される。φｖ２も同様２つの転送電
極から成シ転送パルス４５．４６が印加される。この実
施例では転送パルス４３と４５．および４４と４６が相
補関係にある〜また転送パルス４３．４’５が印加され
る転送電極はトランスファゲート電極を兼用する構造に
なっている。すなわち第２図の転送電極１９に対応する
ものである。転送パルス４４．４６が印加される転送電
極は第２図の転送電極１９と同様な構造か、あるいは垂
直レジスタの転送電極としてだけ機能する構造でもよい
。また第９図の波形４７はＰウェルの電位変動を示して
いる。

まず、垂直ブランキング期間４８で時ｔ。に転送パルス
４５が相補関係にあるパルス４３と同電圧になる。この
時Ｐ　ウェル電位４７は変動する。Ｐウェル電位が基準
電位になってから時刻ｔ、転送パルス４５にトランスフ
ァケートパルス４９．４３にトランスファゲートの逆相
パルス５０が重畳される。

この時転送パルス４５が印加される転送電極に対応する
光電変換領域の信号電荷が読み出される。時刻ｔ、から
時刻ｔ３までは転送パルス４３．４４．４５が同電位で
あるため、信号電荷はこの三つのパルスに対応する転送
電極に蓄えられている。さらに時刻ｔ、ｌでは転送パル
ス４３にトランスファゲートパルス４９が、転送パルス
４５にハトランスファゲート逆相パルス５０が印加され
る。この時転送パルス４３が印加される転送電極に対応
した光電変換領域の信号が読み出される３１時刻ｔ４で
はトランスファゲートパルスがオフ状態になり、信号電
荷前述のヨつの電極（４３，４４，４５に対応する）に
蓄えられる。その後時刻ｔ、で４５のパルスがオフ状態
となると全ての信号電荷は転送パルス４３．４４に対応
する転送電極に移り以後順次４相駆動の原理に従って転
送され外部に出力される、次のブランキング期間では図
示してないが転送パルス４３と４５．４４と４５．４４
と４６の位相を逆転させ、上記と同様な読み出し金行え
ば、４相駆動のフィールド蓄積動作でクンターレース動
作を行なわせることができる。

（発明の効果） 以上本発明のように、Ｐウェル内に形成されたインター
ライン転送方式電荷転送撮像装置で、電荷転送電極とト
ランスファゲート電極が共通になっている撮像装置の駆
動方法において、互いに相補関係にあるパルスの一方に
トランスファゲートパルス、他の一方にトランスファゲ
ートパルスと逆相のパルスを印加するととによりＰウェ
ルの変＃Ｉを防ぎ、シエーデングのない駆動方式が得ら
れる。尚本発明ではＮチャネルで説明したがＰチャネル
でも同僅に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターライン転送方式の構成図、第２図は第
１図のＨ−Ｈｊ輝線上断作図、第３１ン１（・ま従来の
駆動方法の一しリ、第４図は第１８図のＩＩＩ−ＴＴＩ
　紗上の断面模式図、第５図はブランキング期間近傍の
パルス拡大図、■６図は従来駆・効か式による飽和出力
信号のシヱーデング特性、第７．第８図。 第９図は本発明に↓る実施列のｌ翫動彼形？示す。 １０は垂直゛４荷転送シフトレジ？り、１１は光電変換
領域、１２はトランスファゲート領域、１５は基板半導
体、１６，１７．３０はＩ）ウェル層、２０は光電変換
領域を形成するｐ−ｎ接合、ｉ８．２９は絶縁層、１９
，２７．２８は転送電極、２２，２３．３８゜３９．４
３，４４．４５．４６は転送パルス、２５．４０４９は
トランスファケートパルス、４１．５０は）ランスファ
ゲートと逆相パルス、３２．４２．４７はＰ−ウェルの
電位、３５は信号のバラツキを示している。 オ　１　図 第２図 １ト　１１ 第５図 ↑、　會２ オ６図 オフ図 オ　８　図 ↑Ｏ’ｌ　ｔ。 オ９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、第１の導電型金有する基板半導体上に形成された第
   ２の導電型層を有し、前記第２の導電型層の主面に二次
   元的に配列された光電変換領域と、前記光電変換領域に
   対応して設けられた第１の電荷転送電極群と第２電荷転
   送電極群からなる６荷転送垂直シフトレジスタ列と、前
   記各光電変換領域と対応する前記垂直ソフトレジスタ間
   に前記第１および第２の電荷転送電極群で被われたトラ
   ンスファゲート領域からなる電荷転送撮像装置の駆動に
   おいて、第１のフィールドでは第１あるいは第２の電荷
   転送電極群の一方の電荷転送パルスにトランスファゲー
   トパルスを重畳し、他の一方の電荷転送パルスにトラン
   スファゲートパルスと逆相のパルスを重畳することによ
   って第１あるいは第２の′電荷転送電極群に対応する光
   電変換領域の信号電荷を垂直シフトレジスタに読み出し
   、順次出力する手段と、第２のフィールドでは、第１の
   フィールドとは異るもう一方の電荷転送電極群の電荷転
   送パルスにトランスファゲートパルスを重畳し、他の一
   方の電荷転送パルスにトランスファゲートパルスと逆相
   のパルスを重畳することによって光電変換領域の信号電
   荷を垂直シフトレジスタに読み出し、順次信号電荷全出
   力させることを特徴とする電荷転送撮像装置の駆動方法
   。