JPS62230270A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置、特にラインアドレス型固体撮像
装置に関する。

（従来の技術） 第７図に従来一般に用いられているラインアドレス型の
固体撮像装置を示づ。光電変換素子１は二次元行列状（
この例では１行２列）に配され、ここで発生した電荷は
アドレスグー１〜２を介し゛Ｃ列方向転送装置３に読出
される。この読出しはアドレス走査回路４から与えられ
るアドレスパルスによって行なわれ、アドレス指定され
た行についてのみ読出しが行なわれる。列方向転送装置
３に読出された電荷は、φ　おＪ：びφ２から成る２相
クロックにより図の下方へと転送され、一時蓄積電極５
を経て、ボトム電極６へ転送され１更に行方向転送装置
７まで転送される。行方向転送装置７上の電荷は、図の
左方へ転送され、出力回路８から取出される。

第８図（ａ）〜（ｄ）は上述の転送を順を追っで説明し
た図であり、第９図（ａ）〜（ｄ）はこの転送動作のタ
イムチャー１−である。まず第９図（ｂ）に示すにうに
、第１アドレス動作が時刻ｔ１においてなされると、第
８図（ａ）のように電荷Ｓ１が列方向転送装置３に読出
される。続いて第９図（ｃ）、（ｄ）に示すクロックφ
１゜φ２にＪ、って、電荷Ｓ１は、一時蓄積電極５で所
定期間蓄積された後、ボトム電極６を経て、行方向転送
装ｖ１７まで転送される。このようにして、時刻ｔ　に
おいて第２アドレス動作が、時刻ｔ３において第３アド
レス動作が、時刻ｔ４において第４アドレス動作がなさ
れ、それぞれ第８図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示１−よ
うに電荷８２゜Ｓ３．Ｓ４が読出される。この例では各
アドレス動作周期Ｔａ１〜Ｔａ３は同一である。−・方
、行方向転送装置７におりる転送動作は、第９図（ａ）
に示す行走査周１ｕ１に従って行なわれる。即ち、電荷
Ｓ１は時刻ｔ５から開始する第１行走査期間に、行方向
転送装置７上を転送され、出力回路８から取出される。

同様に電荷Ｓ２．Ｓ３．Ｓ／ｌは、それぞれ時刻１，１
．１８から開始する第２゜第３．第４行走査期間に転送
される。ここで各行走査周期”ｓ１〜Ｔｓ４は同一であ
り、この間にブランキング期間が設けられる。なおアド
レス動作周期Ｔ　は行走査周期Ｔ５より小さくしなりれ
ばならない。これは第８図に示すように、電荷Ｓ１と電
荷Ｓ４とでは、列方向転送装置３上をボトム電極６の位
置まで転送するのに要する時間が異なるためである。例
えば電荷Ｓ４は時刻ｔ　までには行方向転送装置７まで
到達していな【プればならず、この分の時間の余裕をみ
て、第４アドレス動作時刻ｔ４と時刻ｔ８との間に電荷
Ｓ４の転送が行なねれるようにしなくてはならないため
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の装置には、出力回路８から取出される信号に、ノ
イズ成分がのるという問題点がある。このノイズ成分は
、列方向転送装置３に電荷を読出すアドレス動作おＪ：
び列方向転送装置３上での電荷の転送動作において、各
電極に印加されるパルスミ圧が容量結合等により出力信
シ８に混入しｌｃものである。このＪ：うなアドレス動
性ｄ３よび転送動作は、第９図のタイムチャートから−
しわかるとおり、行走査期間内にも継続して行なわれる
ため、従来装置ではノイズの混入は避（）られず、結局
Ｓ／Ｎ比の低い映像しか得られないことになる。

このような問題を解決するために、上述のアドレス動作
および転送動作をプラン−１：ング明間内に終了させて
しまおうという試みがなされている。

しかしながら、このブランキング期間は第９図（ａ）に
示り−ように行走査期間に比べて非常に短い時間Ｃあり
、例えば第８図（ｄ）に示すにうに行方向転送装置７に
最も遠い位；Ｕにある電荷Ｓ４をこのブランキング期間
内に行１ノ向転送装置７まで転送するには、かなり速い
転送速度が要求される。特に列方向転送装置３の転送段
数が多い大規模な装置では、電極端子の負仙容用も数百
あるいは数千ｐ「のオーダとなり、高速転送を行なうた
めには、膨大な電力エネルギが必要になり、実用的では
なくなる。

一方、特願昭５６−２０６６７９号公報には、アドレス
動作周期と行走査周期とを一致さじて上述の問題点を解
決する技術が、本願発明化によって開示されている。こ
の技術の詳細については、該公報を参照することどし、
ここでは説明を省略（る。しかしながら、この技術には
、アドレス動作を重ねるごとに、全転送段が信号電荷で
））１だされてしまい、列転送動作中に発生した不要電
荷の排出が困難となり、Ｓ／Ｎ比が低下するという欠点
がある。

そこで本発明は、消費電力が少なく、かつＳ／Ｎ比のよ
い画像を得ることができる固体撮像装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、二次元行列上に配された複数の光電変換素子
と、この各光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送
する複数の列方向転送装置と、各列方向転送装置から転
送されてぎた電荷を行方向に転送する行方同転、送装置
と、を備える固体撮像装置において、 列方向転送装置が、連続した「）個で一転送段を構成す
るＪ：うな複数の電極と、これらの電極をｎ相の転送ク
ロックで駆動さける駆動装置ど、を有し、 一転送段に相当する領域にある１群の光電変換素子行を
０組のグループに分け、この０組のグループのうらの所
定のグループに属する少なくとも１行の光電変換素子の
電荷を列方向転送装置の１転送段に読出し、ｍ段（ｍ≧
１）の転送動作を行なった後に、後続するグループに属
する少なくとも１行の光電変換素子の電荷を列方向転送
装置の１転送段に読出ず動作を行ない、 かつ、（ｍ×ｐ７１）回目の読出し時には、後続する２
つのグループに属するそれぞれ少なくとも１行ずつの光
電変換素子の電荷を朝方、向転送装置の１転送段に読出
す動作を行なうようにし、ｄ′ｊ費電力が少なく、かつ
Ｓ／Ｎ比のよい画像を得るにうにしたものである。

（作　用） 上述の構成をとることにより、列方向転送装置の各転送
段に、信号電荷を有しない空の転送段を設けることがで
きるので、不要電荷の排出が容易となり、Ｓ／Ｎ比を向
上させることができる。しかもｍｘｐ段の転送動作ごと
に２つのグループを同時にアドレスして電荷読出しを行
なうようにしたため、ブランキング期間内にのみアドレ
ス動作および列方向転送動作を行なっても転送速度を極
端に高速にする必要がないため消費電力を低く抑えるこ
とができる。

（実施例） 以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例に係る固体撮像装置の列
方向転送装置の転送動作図、第２図はこの装置に用いる
各クロックパルスのタイミングチャートである。この例
では２２個の光電変換素子１内で発生した各電荷８１〜
８２２を転送する場合を説明する。ここで−転送段は４
個の電極から構成され、４相の転送クロックφ１〜φ４
で駆動される（ｎ＝４）。また、一時蓄積電極５および
ボトム電極６には、それぞれりＬ’Ｉツクφ８およびφ
８が加えられている。光電変換素子１から列方向転送装
置３内の電極下への電荷読出しは、読出しクロックφ７
によって行なわれる。即ち、アドレスゲートパルスＡＤ
１〜ＡＤ６は、この読出しクロックφＡに同期し、アド
レスグー１−パルスが加わったゲートのみが開き、この
ゲートを介して電荷読出しが行なわれる。

一転送段に相当する領域、即ち電極４個分の領域にある
１群の光電変換素子が１グループを形成する（ｐ＝１）
。例えば電荷Ｓ１．Ｓ２が１グループ内の電荷であり、
電荷８３．８４は後続する次の１グループ内の電荷であ
る。本実施例は、インクレース方式の電荷読出しを行な
う例であり、奇数行目の電荷と偶数行目の電荷とは、そ
れぞれ別個に読出される。即ち、まず第１フイールドの
読出動作として奇数行目の電荷Ｓ１．Ｓ３．Ｓ５゜・・
・、Ｓ２１が読出され、これらがすべて出力回路８から
取出された後に、第２フイールドの読出動作として偶数
行目の電荷Ｓ２．８４．８６．・・・。

Ｓ２２が読出され、出力回路８から取出される。

以下、この第２フイールドの読出動作について説明する
。まず、第１ブランキング期間内の時刻ｔ　において、
パルスＡＤ１によってアドレスグ−トがＯＮＬ、、２行
目の光電変換素子の電荷Ｓ２が第１図のポテンシャル図
ｔ１のＪ：うに列方向転送装置３内の電極下のポテンシ
ャル開戸に読出される。続いてこの第１ブランキング期
間内に４相のクロックφ１〜φ４が３パルス分印加され
３転送段だけ転送される。このとぎ時刻ｔ１Ｈおにびｔ
　において、それぞれクロックφＨおにびφＢＢ がそれぞれ一時蓄積電極５およびボ１−ム電極６に加え
られ、第１ブランキング期間終了時には、この電荷Ｓ２
は行方向転送装置７で転送される準備が完了することに
なる。従って次の第１行走査期間内に、この電荷Ｓ２は
行方向転送装置７によって転送され、出ノ〕回路８から
取出される。

次に、第２ブランキング期間内の時刻し、において、パ
ルスＡＤ２．ＡＤ３にＪ：つて電荷Ｓ／４とこれに後続
づるグループの電荷Ｓ６が同時に読出される（第１図ポ
テンシャル図１２）。なおこのパルスＡＤ　　、ＡＤ３
による読出しタイミングは、本実施例の場合全く同時と
なっているが、多少の時間差をもって読出しを行っても
よい。要するに同一読出期間内に電荷Ｓ４．、Ｓ’６を
読出せればよいのである。続いてこの第２ブランキング
期間内に４相のクロックφ　〜φ４が３パルス分印加さ
れ、３転送段だけ転送される。このとぎも、クロックφ
８およびφ、が印加されるため、結局第２１ランキング
期間終了時には、電荷Ｓ４は行方向転送装置７において
転送準備完了となり、続く第２行走査期間に転送される
ことになり、電荷Ｓ６は最終段電極に滞ることになる。

この様子は第１図のポテンシャル図ｔ３を見ればはっき
りする。

第３１ランキング期間内の時刻ｔ３においては、パルス
ΔＤ４によって電荷Ｓ８が第１図のポテンシャル図１−
３のように読出される３、そしてこの第一　　１２　− ３ブランキング期間内に３転送段だけ転送される。

このとき、クロックφＨによって、最終段電極に滞って
いた電荷Ｓ８は、一時蓄積電極５へ転送され一時保持さ
れ、更にクロックφ８が加わると行方向転送装置７へ転
送され、続く第３行走査期間内に出力回路８へと転送さ
れて取出される。一方、電荷Ｓ８は３転送段だけ転送さ
れた位置で滞ることになる。この様子は第１図のポテン
シャル図ｔ４を見ればはっきりする。

第４ブランキング期間内の時刻ｔ４においては、パルス
ＡＤ　　、ＡＤ６によって電荷Ｓ１０とこれに後続する
グループの電荷Ｓ１２が同時に読出される（第１図ポテ
ンシャル図１４）。続いて３転送段だけ転送が行なわれ
、第１図のポテンシャル図１５のように、電荷Ｓ８が行
方向転送準備完了となり、電荷３１０，８１２は途中の
電極に滞る。

この時刻ｔ５には電荷５１＝１が読出される。以下同様
に読出しおよび転送が行なわれる。この様子は第１図の
ポテンシャル図ｔ　〜に１２を順を追つて見てゆりば容
易に理解できにう。

以上の動作の特徴は、３段の転送動作を行なった後に、
次の読出し動作を行ない、しかも２回に１回は２つのグ
ループから同時に電荷読出しを行なうという点である。

一般原理としては、−転送段に相当する領域にある１群
の光電変換素子行を０組のグループに分け（本実施例で
はｐ−１）、ｍ段（本実施例ではｍ−３）の転送を行な
うごとに電荷読出しを行なう場合は、（ｍｘｐ−１）回
目の読出しごとに、２つのグループから同時読出しを行
なえばよいことになる。この動作原理に基づけば、第２
図のタイムチャートで明らかなにうに、ブランキング期
間内において読出し動作（アドレス動作）および列方向
の転送動作を行なえばよく、出力回路８においてこれら
各動作のクロックに基づくノイズの混入を防ぐことがで
きる。しかも２つのグループからの同時読出し行なって
いるため、余裕をもった転送を行なうことができ、転送
速度を速める必要もなく、低消費電力で駆動することが
できる。また、本実施例では第１図のポテンシャル図か
られかるとおり、信号電荷を転送中のポテンシャル井戸
間には、空の井戸が３つずつ設けられることになり、不
要電荷の排出が容易になる。

この不要電荷排出のためには、例えば第６図に示すよう
に、列方向転送装置３の最終転送段付近に、不要電荷排
出ドレイン９と排出電極１０を設け、この排出電極１０
に所定の信号φ。１．φ、２を加えて空の井戸内に蓄積
した不要電荷を不要電荷排出ドレインへ排出すればよい
。一般に固体撮像装置では、光電変換素子に入射した光
の一部が直接列方向転送装置３（通常はＣＣＤが用いら
れる）に侵入したり、光電変換素子で発生した電荷が漏
れたりし、スミアとよばれる不要電荷を生じる。

この不要電荷が出力回路８から信号電荷に混入して取出
されると画像のにじみ等が生じる原因となる。この不要
電荷は転送動作にＪ：って全転送段にわたって平均して
分布することが知られている。

従って空の井戸を設けておりば、信号電荷転送中の井戸
に混入する不要電荷はそれだけ減少することになる。し
かもこの空のＩｒに蓄積した不要型荷は、φ、１．φ、
２を制御することによって容易に排出でき、信号電荷へ
の混入量はほぼ１／３に減少する。

友凰■ユ 第３図は本発明の第２の実施例に係る固体′＠像装置の
列方向転送装置の転送動作図、第４図はこの装置に用い
る各クロックパルスのタイミングチャートである。ここ
で−転送段は８個の電極から構成され、８相の転送クロ
ックφ　〜φ８で駆動される（ｎ＝８）。−転送段に相
当する領域、即ち電極８個分の領域にある１群の光電変
換素子が２グループを形成する（ｐ＝２）。例えば電荷
Ｓ１、Ｓ２が第１グループ、電荷Ｓ３．Ｓ４が第２グル
ープの電荷である。以下、実施例１と同様にインクレー
ス方式における第２フイールドの読出動作について説明
する。形成されるポテンシャル井戸は、第３図のポテン
シャル図に示すとおり、６電極にハイレベル、２電極に
ローレベルのクロックが加えられ、電荷は６電極分の領
域にねたつて蓄積転送される。従って実施例１に比べ転
送電荷１は３倍になる。

まず時刻ｔ１において電荷Ｓ１が読出され、第１１ラン
キング期間内に３転送段だ１ノ転送され、行方向転送の
準備完了となる。続いて時刻１２゜１３．１４．１５に
おいて、それぞれ電荷Ｓ４゜８６．８８．ＳＩＯが３転
送段ごとに読出される。

次に時刻ｔ　においては、パルスＡＤ６゜ＡＤ７によっ
て電荷Ｓ１２とこれに後続するグルプの電荷８１４が同
時に読出される（第３図ポテンシャル図１６）。これら
は第６プランキング期間内に３転送段だけ転送され、時
刻ｔ７において次の電荷８１６が読出される。以下同様
に読出しおよび転送が行なわれる。この様子は第３図の
ポテンシャル図ｔ　〜ｔ１２に示されている。

以上の動作の特徴は、３段（ｍ＝３）の転送動作を行な
った後に次の読出動作を行ない、しかも−転送段に相当
する領域にある１８￥の光電変換素子行は２組（ｐ＝２
）のグループに分けられている。よって前述の動作原理
に基づいて５回目（ｍ×ｐ−１）の読出しごとに、２つ
のグループからの同時読出しを行なえばよいことになる
。また、実施例１と同様に空の井戸が存在するため、ス
ミア電荷等の不要電荷の排出も容易であり、信号電荷へ
の混入ｍはほぼ１／３に減少り゛る。

実施例３ 第５図は本発明の第３の実施例に係る固体撮像装置の列
方向転送装置の転送動作図である。ここで−転送段は実
施例２と同様８個の電極から構成され、・８相の転送ク
ロックφ　〜φ８で駆動されす る（ｎ−８）。−転送段に相当する領域、即ち電極８個
分の領域にある１群の光電変換素子が２グループ・を形
成する（　ｐ　＝　２’　）。例えば電荷Ｓ２゜Ｓ３が
第１グループ、電荷Ｓ４．、Ｓ５が第２グループの電荷
である。本実施例は、一般にフィールド蓄積動作どよば
れる読出動作を行なう実施例であり、第１フイールドに
おいては、Ｓ１＋Ｓ２゜Ｓ　３　＋Ｓ　／ｌ、・・・Ｓ
２１＋Ｓ２’ｌをぞれぞれ−かたまりの電荷どして読出
し、第２フイールドにおいては、Ｓ　２＋Ｓ　３　、　
Ｓ−／１．＋　Ｓ　５　、・・・、８２０−１−８２１
’、８２２をそれぞれ−かたまりの電荷として読出す。

以下この第２フイールドの読出動作について説明する。

形成されるポテンシャル１戸は、第゛５図のボテフシ１
フル図に示すとおり７電極にハイレベル、１電極にロー
レベルのり１」ツクが加えられ、電荷は７電極分の領域
にわたって蓄積転送される。

まず時刻ｔ１において電荷Ｓ　２　＋’Ｓ　３が読出さ
れ、第１ブランキング期間内に３転送段だ【ノ転送され
、行方向転送の準備完了となる。続いて時刻ｔ　　’、
ｔ’、’ｔ　　、ｔ　　において、それぞれ電荷Ｓ４＋
Ｓ５．Ｓ６’＋Ｓ７．Ｓ８＋Ｓ９．Ｓ１０十Ｓ１１が３
転送段ごとに読出される。

次に時刻ｔ６においては、電荷Ｓ１２＋３１３とこれに
後続するグループの電荷Ｓ　’１’　４’−４−８１５
が同時に読出される（第５図ポテンシャル図１６）。こ
れらは第６プランキング期間内に３転送段だけ転送され
、時刻ｔ７において次の電荷Ｓ１６＋８１７が読出され
る。以下第５図のポテンシャル図ｔ　〜ｔ１２に示すよ
うに順次転送が行なわれる。

以上の動作の特徴は、実施例２と同様に３段（’ｍ　＝
３）の転送動作を行なつＩＣ後に次の読出動作を行ない
、しかも−転送段に相当する領域にある１群の光電変換
素子行は２組（ｐ−２）のグループに分けられている。

従って（ｍ×ｐ−１）−５回目の読出しごとに２つのグ
ループからの同時読出しを行なえばよいことになる。　
　。

以上３つの実施例について本発明を説明したが、本発明
はこれらの実施例のみに限られるわけではなく、前述し
た動作原理に従った転送動作を実現できるものであれば
どのＪ：うな構成をとってもかまわない。例えば上述の
実施例では転送段数ｍをすべてｍ＝３としたが、一般に
ｍ＝ｊｌとすれば、スミア電荷等の不要電荷を１／ｆＪ
に減少させることができる。あるいは、−転送段を構成
する電極数を更に増やせば、転送電荷ｍ＋更に増加さ仕
ることができる。　　　　　　　　　′ また、アドレスゲートと転送電極とを電気的に共通接続
し、転送電圧にアドレス量圧を重畳してもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、固体撮像装置に゛おいて
、列方向転送装置の所定の転送時に、２つのグループを
同時にアドレスして電荷読出しを行なうようにしたため
、ブランキング期間内にのみアドレス動作および列方向
転送動作を行なえるようになり、また信号電荷を有しな
い空の転送段を設けることができるようになり、消費電
力の低減とＳＺＮ比の向上を図ることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例に係る装置
の転送動作図および転送クロックタイムチャー十、第３
図および第４図は本発明の第２の実施例に係る装置の転
送動作図および転送クロックタイムチャート、第５図は
本発明の第３の実施例に係る装置の転送動作図、第６図
は本発明に係。 る装置の概略構成図、第７図は従来装置の概略構成図、
第８図および第９図は従来装置の転送動作図および転送
クロックタイムチャートである。 １・・・光電変換素子、２・・・アドレスグー！−１３
・・・列方向転送装置、４・・・アドレス走査回路、５
・・・一時蓄積電極、６・・・ボトム電極、７・・・行
方向転送装置、８・・・出力回路、９・・・不要電荷利
用ドレイン、１０・・・排出電極、８１〜Ｓ２２・・・
電荷、ｔ１〜”１２”・時刻、φ１〜φ８・・・転送り
［１ツク、φ。・・・アドレスクロック、φ８・・・一
時蓄積電極用クロック、φ８・・・ボｌ〜ム電極用クロ
ック、ＡＤ１〜△Ｄ８・・・グー１〜パルス。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第８図 第９図 手続補正書 昭和６２年２月Ｎ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元行列上に配された複数の光電変換素子と、前
   記各光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複
   数の列方向転送装置と、前記各列方向転送装置から転送
   されてきた電荷を行方向に転送する行方向転送装置と、
   を備える固体撮像装置において、 前記列方向転送装置が、連続したｎ個で一転送段を構成
   するような複数の電極と、これらの電極をｎ相の転送ク
   ロックで駆動させる駆動装置と、を有し、 一転送段に相当する領域にある１群の光電変換素子行を
   ｐ組のグループに分け、前記ｐ組のグループのうちの所
   定のグループに属する少なくとも１行の光電変換素子の
   電荷を前記列方向転送装置の１転送段に読出し、ｍ段（
   ｍ≧１）の転送動作を行なった後に、前記所定のグルー
   プに後続するグループに属する少なくとも１行の光電変
   換素子の電荷を前記列方向転送装置の１転送段に読出す
   動作を行ない、 かつ、（ｍ×ｐ−１）回目の読出し時には、前記所定の
   グループに後続する２つのグループに属するそれぞれ少
   なくとも１行ずつの光電変換素子の電荷を前記列方向転
   送装置の１転送段に読出す動作を行なう機能を有するこ
   とを特徴とする固体撮像装置。 ２、２つのグループに属する電荷の読出し動作を、同一
   のクロックパルスを用いて同時に行なうことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ３、ｍを２以上とし、電荷の読出しを行なわなかった転
   送段内の不要電荷を排出するための手段を、列方向転送
   装置の最終段近傍に設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の固体撮像装置。 ４、一行単位の電荷を外部に出力する期間以外の期間に
   、電荷の読出しおよび列方向への転送動作を行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
   かに記載の固体撮像装置。 ５、１つのグループに属する光電変換素子行を、複数の
   フィールドに分け、１つのフィールドに属するすべての
   光電変換素子についての読出し転送動作を終了した後に
   、次のフィールドに属する光電変換素子についての読出
   し転送動作を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに記載の固体撮像装置。 ６、電荷の読出し動作時に、ｎ相の転送クロックのうち
   １相または連続する２相が、各転送段間に境界となる電
   位障壁を形成させるような電位をとり、かつ、１つのフ
   ィールドについての読出し転送動作中は前記電位障壁パ
   ターンを一定に保つことを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の固体撮像装置。