JPS6294084A - 固体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】 （韮業上の利用分野） この発明は二次元固体ｍ像装ｊの駆動方法に関する。

（従来の技術） 固体撮像装置の一種であるインターライン転送ＣＣＤ撮
稼素子（以下、ＩＬ−ＣＣＤ、＠像累子という）は、第
２図の模式的平面図に示すように、水平力向と垂直力向
ＶＣ）Ａ則的に蓄積領域１が配列されている。この＃墳
憤域１で光ｔ＆換されて蓄積された信号電荷を垂直力向
へ転送する当直ＣＣＤレジスタ２が、蓄積領域ｌに対応
して多数形成され、蓄積領域１と垂直ＣＣＤレジスタ２
との間には蓄積領域１から垂直ＣＣＤレジスタ２への電
荷転送をコントロールするトランス７アグート部３が形
成され、垂直ＣＣＤレジスタ２の電荷転送方向の端部に
は水平ＣＣＤレジスタ４が形成されており、この水平〇
ＣＬ）レジスタ４から信号電荷全出力部５へ導く０なお
、この固体撮像装置では谷蓄噴領域１ｔＣドレインコン
トａ−ルグ−）７ｅ介してドレイン６が隣接して設けら
れている。このドレイ／６は不要電荷の吸収を行ない、
ドレインコントロールゲート７によって制＃されるため
、高輝度被写体を撮像したときに発生するｍ刺電荷をド
レイン６へ吸収することができ、プルーミングを抑圧で
きる。

このＬＬ−ＣＣＤ搬１！！！１．素子は蓄積領域１に蓄
積された信号シ荷？フレーム周期で読み出−ｒフレーム
蓄積！１１１１作とフィールド同期でωｔみ出すフィー
ルド蓄積動作の２個類の読み出し動作が行なえる。

第３図は従来のフィールド：Ｆｊｒ噴＃Ｊ作を模式的に
示している。水平力［ム］の蓄積領域１の行に７−奇に
ある行より１．．１２．　Ｊ！、、・・・、１８　、・
・・と名付ける０寄数フイールドにおいてはまず１２．
ｌ１４゜１６　＋　Ａ’＃　ｖ・・・に対応する蓄積領
域１より信方醜荷が垂直ＣＣＤレジスタ２へ転送され、
仄ＶＣ，垂直ＣＣＤレジスタ２の転送動作によって１絵
素分１８゛号電荷は転送され、さらＶｃＡ、、Ａ、、ｌ
、。

ｌア、・・・に対応する蓄積領域１より信号電荷が垂直
ＣＣＤレジスタ２へ転送される。この結果ｅ２・７、．
１．、Ｊ、、・・・に対応する蓄積領域１０信号電荷は
それぞれｚ、、７．．７．．７．、・・・に対応する＃
績饋域ｌの（信号電荷と垂直ＣＣＬ）レジスタ２内で力
口Ｉきれ、加算された７１　＋ｌｌｚ　、　ＩＪ３十１
４　、　ｌｓ　＋１．　、　ｌ！、　＋１．　、　　・
・の信号電荷をそれぞれ一水平期間の信号とする０また
ｓ　１ｐ＋数フイールドにおいては、垂直ＣＣＤレジス
タ２内で加え合わせる水平力向の畜償偵城１の行のＭｉ
み合わせと１２　＋ｉ！ｓ　、　１４　＋ｌ１５　、！
。＋Ｊ７＋・・に変える。このよ５に垂直力向に隣接す
る２つの行の組み合わせをフィールド毎に変えることに
よってインターレース動作と行なっている。

第４図はクレーム蓄積動作を模式的に示している。奇数
フィールドでは１１−１３−　　Ｉｓ　　、川に対応す
る蓄積領域ｌより信号電荷が垂直ＣＣＤレジスタ２へ移
され、この信号電荷は水平ＣＣＵレジスタ４全介して出
力部５へ転送されていく。また、ＩＭＪｆｆ７　（−に
ト”テ＋ｔｌｚ　　、　！ｌｉ　　、　ｉｓ　、　−に
対応する蓄積領域１より信号電荷が垂直ＣＣＤレジスタ
２へ移され、同僚に出力部５へ転送されていく（曽根賢
朗等による「テレビジョン学会技術報告」、昭和５８年
３月１８日、’１’ＥＢＳ８７−３参ＷＡ）。

（発明が解決しようとする問題点） 第３図に示された従来のフィールド蓄積動作では、垂直
力向に２つの蓄積領域の信号電荷を加算するために、垂
直屏像度が世トするという問題があり、また０！４図に
示されたフレーム畜積Ｃ乍では、フィールド蓄積動作に
比較して蓄積期間が２倍の長さＫなり、フィールド残像
と呼ばれている残像現象が発生するという欠点があった
。

この発明の目的は、これらの欠点を解決し、珈直清像度
の低下？なくシ、かつ残像現象をなくした固体撮像装置
の駆動方法と提供することにある。

（問題点？解決するためのＥ＋段ン この発明の構成は、半碍体￥板の主面て光の入射による
信号電荷と蓄積する複数の蓄積領域を水平および垂直方
向に父互に二欠元的に配列し、これら畜演領域の谷りク
ごとに対応して垂＋Ｍ　ＣＣＤレジスタを水平方向に多
数段け、これら垂直ＣＣＤレジスタの一万の端部より出
力部へ信号電荷全転送する水平ＣＣＤレジスタを設け、
前記各４１ｉ檀領域に付稿してそれぞれドレインを設け
た固体撮像装置の駆動方法において、第１のフィールド
の垂直ブランキング期間において、まず１角数あるいは
針数ｍ目の水平行の前記蓄積領域からの電信を前記垂直
ＣＣＤレジスタへ転送し、その後これらの電画全転達し
た蓄積領域に＊直力回に隣接する奇数あるいは偶数を目
の水平行の蓄積領域からの電荷を不安電荷として前記ド
レインへ転送し、この第１のフィールドの有効走査期間
に前記垂直ＣＣＤレジスタへ転送された電荷を信号電荷
として読み出し、矢の第２のフィールドの垂直ブランキ
ング期間において、前記第１の垂直ブランキング期間に
不安電荷として前記ドレインへ転送した蓄積領域の電荷
を信号電荷として前記垂直ＣＣＤレジスタへ転送し、そ
の後前記第１の垂直ブランキング期間に信号電荷として
読み出した蓄積領域の電荷を不安電荷としてドレインへ
転送し、この第２のフィールドの有効走置期間に前記垂
直ＣＣＤレジスタへ転送された電荷全信号電荷として読
み出すことを特徴とする０ （作用） この発明の固体撮像装置の駆動方法によれば、奇数番目
の水平行の蓄、債領域に蓄積された信号電荷を抗み出す
フィールドでは偶数番目の水平行の斎積愼域に蓄積され
た信号電荷を捨て、逆に１＾数會目の水平行のｉ−積饋
域に薔慣された信号電荷全駅み出すフィールドでは６テ
数十目の水平行の蓄積領域に蓄積された信号′電荷を捨
てているためｌこ、蓄積期間はフィールド期間であり、
フィールド残像を生じることはない。また、第３図の従
来のフィールド餐積動作のように垂直力向の二つの嬉槓
狽域に蓄積された信号電荷を、７Ｊ［Ｉ算してはいない
ので、垂直解像度が低下することはない。

（実施十クリ） 次に、この発明の実施例について図面を用いて説明する
。

第１図はこの発明の一実施例のＩＬ−ＣＣＤ撮像素子の
駆動方法金示す模式的平面図である０このＩ　Ｌ、−Ｃ
ＣＤ撮像素子の水平力向のｄＩｌ、像領域１０行に順番
にある行より１１，７．．１３．　　・・と名付ける。

命数フィールドにおいては、まず奇数番目１１．ｌ、、
Ａ、・・・に対応する誓償洟城１に＆噴された信号電荷
が、垂直ブランキング期間に第２図のトランスファゲー
ト３を介して垂直ＣＣＤレジスタ２へ転送される０仄に
、ドレインコントロールケート７とオン仄態として偶数
番目１２゜１４．１６　・・に対応する蓄積領域１に蓄
積された電荷が不’ｆｆ’ｆ１を荷としてドレイン６へ
転送される。

仔数企目の水平行に対応する蓄積領域１から垂直ＣＣＤ
レジスタ２へ転送された電荷は、有効足車期間において
垂直ＣＣＤレジスタ２と水平ＣＣＤレンスタ４によって
出力部５へ転送され、信号として取り出される。−また
％１丙数フィールドにおいては、ＩＩｊＳ数番目の水平
行ｘ、、７．．Ａ、、・・・と奇数街目の水平行１．．
７．、Ａ、、・・・に対する動作が入れ替わるが、他は
分数フィールドと同様に動作する。

この発明を第２図に示す横型オーバーフロードレイン構
造のＩＬ−ＣＣＤ撮像素子に適用した場合、ンリコ／半
樽体基板主面に形成されたドレイン６乞十が高い電位に
保持しておき、ドレインコントロールゲート７の電位を
Ｘｆヒさせることにより、蓄積領域１に蓄積可能な電荷
量？ゼロよりある最大電向捕まで可変することができる
。

また、ドレインを蓄積領域の下８ＩＩｌに設けた鍵形オ
ーバーフロードレイン構造がよく使われるようになって
ざたが、第５図にこの鍵形オーバーフロードレイン＋ｌ
ｔ造のＩＬ−ＣＣＤ撮像素子の生豆絵素の模式的平面図
金示す。Ｎ型ンリコン塾似８の主面ＫＰウェル９が形成
され、Ｎ型の蓄積領域１０゜Ｎ４の垂１ｃｃＤレジスタ
のための埋込層１１゜表面型のトランスファゲート部１
２が形成されている。舒槓題域１０は不純９プ濃度が小
さく、接合深さが小ざいＰフェル９に形成されτおり、
不安電荷が蓄積領域ｌＯよりＰウェル９を介しでＮ染７
リコンｈ板８へ０１０人し、Ｎ型シリコン桶扱８はドレ
インの役割を果たしている。これらＰフェル９とＮ型ン
リコン恭板８との間は逆バイアス電圧が印７）ＤＧれ℃
おり、この逆バイアスｉａ１．ｆＶＣ，よって蓄積領域
１０に蓄積される也荷全金調整できる。

このため、第２図のＩ　Ｌ−ＣＣＤ撮像素子と同様にこ
の柘明の駆動方法を用いることがでざる０次に本発明の
他の冥施例金説明する。

前記実画レリの駆動カ云では、光′ｒｊｔ変侯して蓄槓
された信号電荷の半分を着てていることｔてなる。

このため被写体の光−が犬きく、レンズの絞りと絞って
いるような場合には問題ないが、レンズの絞りを開放に
しなければならない程度に被写体の光量が小さい場合に
は、第３図あるいは第４図の駆動方法に比較してＳＮ比
が半分になる。そこで被写体の光量が大きい場合には、
第１図の実施列の駆動方法によって駆動し、光量が小さ
い場合には第４図の駆動方法によって駆動するという駆
動方法が愛れている。

また、前記実施例ではモノクロ撮像の場合の駆動方法に
ついて説明したがカラー熾偉の場合も本発明を適用でき
る。例えば、第６図に示したよりなカラーフィルタ配列
を用いた場合でもフィールド蓄ａｉｊ動作が実現でき、
フィールド残像を発生することはない。この単板カラー
カメラを構成する場合、色分解フィルタとカラーカメラ
としての信号処理回路が必要であるが、第１図の実施例
の駆動方法と第４図の駆動方法とでは色分解フィルタと
信号処理回路がまったく共通にできるため、単に駆動方
法全切り宿えるだけでよいという利点がある０ また、・−楡元灯の照明のように照明光がゆらいでいる
場合は、ゆらぎの周仮数と電荷＠償周波数とのビートで
７リツカが生ずることがある。このような場合には、第
４図の従来の駆動方法？用いるとよい。このような切り
替え動作をｆ′Ｔなっても、本発明では垂直解像度が低
下することはない。また、このような駆動方法の切り替
えは自動でも手動でもよい。

（発明の幼果） 以上説明したように、この発明の固体撮像装置の駆動方
法では、蒔数査目の水平行の蓄積領域に蓄積された信号
電＃と読み出すフィールドでは偶数番目の水平行の蓄積
領域に蓄積された信号電荷を侍で、逆に偶数着目の水平
行の蓄積領域に蓄積された信号電荷を読み出ｆフィール
ドでは舒数蚤目の水平行の蓄積領域に＃？槓された信号
電荷Ｔｈｅてているために％蓄積期間はフィールド期間
であり、フィールド残像が生じない。また、第３図の従
来のフィールド蓄積動作のように垂直方間の二つの蓄積
領域に蓄積された信号電荷を加算してはいないので、垂
直解像度が低下することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施汐りの固体撮像装置の、枢＠
刀法を説明する模式的平面図、第２図は従来のインター
ツイン転送ＣＣＤ撮像素子の模式的平面図ｎ図、第３図
、Ｊ４図はそれぞれ従来の固体撮ｌ畏ｒｌの駆動方法を
説明する模式的平面図、第５図は従来の縦形オーバーフ
ロードレイン型インターラインＣＣＤ撮像素子の率位絵
素の模式的断面図、第６図はこの発明の実施例を適用で
きる単板カラーカメラ用フィルタの配列図である。 １．１０・・・・蓄積領域、２・・・・・・垂直ＣＣＤ
レジスタ、３．１２　・・・・・トランスファゲート部
、４・・・・・水平ＣＣＤレジスタ、５・・・・・・出
力部、６・・・・・ドレイン、７・・・・・ドレインコ
ントロールゲート、８・・・・・シリコン基板（ドレイ
ン）、９・・・・・Ｐフェル、１１・・・・・埋込層。 一一、、、、、、　　。−。 −〜　Ｎ　〜　−〜　Ｎ　Ｎ　〜 、５山７７辞　　　　　　４水平ｃｃρじスフ第３凹 イに５−回 率６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板の主面に光の入射による信号電荷を蓄積する
   複数の蓄積領域を水平および垂直方向に交互に二次元的
   に配列し、これら蓄積領域の各列ごとに対応して垂直Ｃ
   ＣＤレジスタを水平方向に複数設け、これら垂直ＣＣＤ
   レジスタの一方の端部より出力部へ信号電荷を転送する
   水平ＣＣＤレジスタを設け、前記各蓄積領域に付属して
   ドレインをそれぞれ設けた固体撮像装置の駆動方法にお
   いて、第１のフィールドの垂直ブランキング期間におい
   て、まず偶数あるいは奇数番目の水平行の前記蓄積領域
   からの電荷を前記垂直ＣＣＤレジスタへ転送し、その後
   これら電荷を転送した蓄積領域に垂直方向に隣接する奇
   数あるいは偶数番目の水平行の蓄積領域からの電荷を不
   要電荷として前記ドレインへ転送し、この第１のフィー
   ルドの有効走査期間に前記垂直ＣＣＤレジスタへ転送さ
   れた電荷を信号電荷として読み出し、次の第２のフィー
   ルドの垂直ブランキング期間において、前記第１の垂直
   ブランキング期間に不要電荷として前記ドレインへ転送
   した蓄積領域の電荷を信号電荷として前記垂直ＣＣＤレ
   ジスタへ転送し、その後前記第１の垂直ブランキング期
   間に信号電荷として読み出した蓄積領域の電荷を不要電
   荷としてドレインへ転送し、この第２のフィールドの有
   効走査期間に前記垂直ＣＣＤレジスタへ転送された電荷
   を信号電荷として読み出すことを特徴とする固体撮像装
   置の駆動方法。