JPS6298876A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電荷転送形固体撮像装置に係り、特に低スメア
かつ高Ｓ／ＮにｌＥ−適な固体撮像装置の駆動法に関す
る。

〔発明の背景〕

二次元固体撮像装置は、小型、軽量。メンテナンスフリ
ー、低消費電力等の利点を有しており。

電子管撮像デバイスにかわり次期撮像デバイスとして期
待されている。しカルながら、明るい被写体を写したど
きに、再生画の上下に尾を引く垂直スメア現像が生じ、
高照度における画質劣化の原因となる。この垂直スメア
を低減する優れた方法として、小沢他、１９８４年テレ
ビジョン学会全国人会予稿集３−１５．Ｐ６７〜６８に
記載のスメア差動方式がある。この方式は、垂直スメア
電荷と、垂直スメアの重畳された信号電荷を同時に読み
出し、２つの差動をとることにより、スメアの重畳され
ない信号電荷を出力するものである。本方式により、垂
直スメアは実用上問題ないレベルまで低減できるが演算
処理によりランダム雑音が増加し、Ｓ／Ｎ比が劣化する
という問題が残されていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、特にインターライン型ＣＣＤ固体撮像
装置において、前述のスメア差動法を、ランダム雑音の
増加なく行い、低スメアかつ高感度な固体撮像装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

一般に、スメア差動法を行う時、独立に読まれるスメア
電荷量をＧｑｓ、信号に混入したスメア電荷量をｑｓす
ると、差動演算によりスメアを除去し、真の信号電荷を
得るためには、独立に読まれるスメア電荷量を１／Ｇ倍
し、スメアの重畳された信号電荷よりづ口すばよい。こ
のとき、独立に読まれるスメアを荷破に混入したランダ
ム雑音電荷地をｎｓ、スメア電荷の重畳された信号電荷
に混入したランダム雑音電荷量をｎとすると、真の信号
電荷に混入するランダム雑音４ｆｌ　ｎ　ｔは、式１式
％ する。したがって、独立に読まれるスメア電荷量を、信
号に混入したスメア電荷量より大きくすることにより（
Ｇ＞１）、ランダム雑音の増加を防ぐことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すインターライン型Ｃ
ＣＤ固体撮像装置の構成図である。

第１図において、１−１．１−２は光ダイオード、２′
はイオン注入領域８を備えた３重転送動作を行わせる垂
直ＣＣＤ、２’−１，２’　−２・・・は垂直ＣＣＤ２
’　を構成する電極、３’　−１゜３’−２，３’　−
３は垂直Ｃ０Ｄ２’　が送ってきた１３種類の信号電荷
Ｑ＾ｇ　Ｑｎ＋　ｑｓを受は入れて、各電荷を出力４−
１．．４−２．４−３に向けて転送する水平ＣＣＤ、５
′−１，５′−２，ｓ’　−コ’＝、５’−４は垂直Ｃ
ＣＤ　２　’　を駆動する垂直クロックパルス発生器で
ある。ここで、水平Ｃ０Ｄ３３′　を駆動する水平クロ
ックパルスは、図面を簡ｍ化するために記載が省略され
ているが、２相でも、あるいは３相、４相でもよい。垂
直Ｃ０Ｄ２′　を構成する４つの＠極２’−１，２’　
−２゜２’−３，２’　−４のうちの３つの電極の下に
は、２系列の信号電荷Ｑ＾、Ｑｎとスメアｑ５がｒＸｉ
状だれ、残る１つの電極は空の状態に置かれる。そして
、後述する３重転送モードにより、信号電荷ＱＡＩＱＢ
、ｑｓは水平ＣＣＤ３’−１，３’　−２゜３′−３に
送り込まれる。

第２図は、本発明による垂直ＣＣＤの３重転送動作を示
す説明図である。

第２図（ａ）に、會すように、グロックパルス発生器５
′−１〜５′−４の各ラインには、各電極２′　−］１
．　２’　　−２，２’　　−３，２’　　−４，２’
−１・・・が順次接続されている。第２図（（′Ｘ）に
示すパルスタイミングのｔｚ〜ｔｎの時刻におけろ各電
極２’−１，２’−２，２’−３，２’　−４゜・・・
の下のポテンシャルが、第２図（ｂ）に示され、各電極
の位置は第２図（、）に対応している。

第２図（ｂ）により、３重転送動作を説明する。

（ｉ）ｔ−＝ｔｚ　　：　Ｌフィールド期間に入射した
光によって、光ダイオード１−１．１−２に蓄積された
信号電荷Ｑ＾、ＱＲは、高電圧のクロックパルスによっ
て導通状態にある（ポテンシャルの低下した）転送ゲー
ト７−１．７−２を通して垂直ＣＣＤ２’側に送り込ま
れ、電極２’−１，２’−３の下に蓄積される。

（這）ｔ＝ｔ４　：信号電荷Ｑ＾は電極２′−１が低電
圧となったことにより、電極２′−１下から電極２′−
２下へ垂直ＣＣＤ２’内を１電極分移動する。

（ｉｊｊ）ｔ＝ｔδ　：電Ｖｉ！、２’　−１に印加さ
れるタロツクパルスは高電圧になり、各電極下のボテン
シヤルは低くなるが、各電極下の一部に形成されたイオ
ン注入層８の形成する障壁Ｖｎにより、電荷Ｑ＾、ＱＢ
は時間ｔ　＝　ｔ　ｘのときと同−電極下に蓄積される
。

（ｉｖ）　ｔ＝ｔａ　　：垂直走査期間に入るので、電
荷ＱＡ、ＱＢが水平ＣＣＤに向けて転送される。なお、
ｔ、：ｔｔ、ｔｚは、垂直帰線期間内の時刻である。

先ず、電極２′−４に低電圧が加わり、電極２′−４に
蓄積されていたスメア電荷ｑｓか電極２′−１の下に転
送され、電極２′−１下のスメアｑ′ｓと加算される。

ここで、スメア電荷は、光入射によって発生した電荷が
垂直ＣＣＤ側に漏洩することにより発生するもので、こ
れ以降の転送期間中（１，〜１．）にも漏洩してくるた
め、時間の経過とともにスメア電荷量は多くなる。一方
、この漏洩電荷はどの電極にも入り込むので、信号ＱＡ
、ＱＢにもスメア電荷が混入し、信号中のスメア成分は
時間の経過とともにやはり大きくなる。

（ｖ）ｔ＝ｔ５　：これまでに電極２′−３に蓄積され
た電荷ＱＢが、電極２′−３の電圧が低電圧となり、高
電圧の加わった電極２′−４の下に転送される。

（ｖｉ）　　ｔ＝ｔｅ　　：電極２′−３が高電圧、電
極２′−２が低電圧となり、電極２′　−２に蓄積され
ていた電荷Ｑ＾は電極２′−３の下に転送される。

以上の時間ｔ４〜七〇の動作により、電荷ＱＢｔＱ＾＋
　ｑＳは電極１個分だけ、水平ＣＣＤ３’側に転送され
ことになる。２個以上の電極でもよい。

以下、同様に、３つの信号Ｑｎ、Ｑ＾、ｑｓは水平ＣＣ
Ｄ３’側に転送され、垂直ＣＣＤ２’の最終電極に到達
したＱａ　、ＱＡｌ　ｑｓが各々の水平ＣＣＤ３’−１
，３’−２，３’　−３に送り込まれる。水平ＣＣＤ３
’への電荷の送り込みは水平帰線期間内に行われ、水平
走査期間に入ると。

信号ＱＢ　、Ｑへ？　ｑＳは水平ＣＣＤ内を同時に出力
４−１．４−２．４−３に向けて転送される。

なお、水平ＣＣＤ３’−１，３’−２，３’　−３は、
各信号に対して１個ずつ与えらているので、水平ＣＣＤ
の電荷は従来における水平ＣＯＤと同じ単一転送動作（
３重転送動作に対する通常動作の表現）で転送させれば
よい。

さて、以上の動作において垂直走査期間内の垂直ＣＣＤ
２’内の電荷転送は、連続して行われるわけではない。

すなわち、水平走査期間内においては、垂直ＣＣＤ内の
電荷は、図２（ｂ）ｔ＝ｔｓの状態で静止している。水
平帰線期間内において、ｔ　＝　ｔ　４〜ｔ６の動作を
４回繰り返すことにより、３つの信号Ｑａ　＋　ＱＡ　
＋　ｑｓが水平ＣＣＤ３’側に転送されるとともに、−
組のＱＢ　（ｎ）、ＱＡ（ｎ）、ｑｓ　（ｎ）が水平Ｃ
ＯＤに送り込まれる。

このサイクルがくり返され、全画素の読み出しが行われ
る。現行のＮＴＳＣ方式においては、水平走査期間が約
５．３　μｓｅｃであり、１０μｓｅｃ程度の水平帰線
期間に比して長く、スメア電荷は、大略、垂直ＣＣＤ２
’内の電荷転送の生じてないｔ　＝　ｔ　ａの状態にあ
る期間において、垂直ＣＣＤに混入してくる。その結果
、−走査期間内においては４電極下にはほとんど等量の
スメア電荷が混入する。

従って１本実施例に述べた如く、水平帰線期間内に、ま
ず、スメア電荷の転送を行い、２電極分のスメアを集め
ることにより単独に読み出されるスメア電荷量を信号に
混入するスメア電荷のほぼ２倍にすることができ、スメ
ア差動に伴うＳ／Ｎ劣化を防ぐことができる。信号電荷
に混入するランダム雑音ｎｓとスメア電荷に混入するラ
ンダム雑音量ｎを等しいとすると、本実施例の駆動法に
よれば、Ｓ／Ｎ劣化は式（１）より１ｄＢ１とる。

一方、本実施例の駆動法を採用しない場合には、逆に２
組の信号電荷中の１つの信号電荷には単独に読み出され
るスメア電荷の２倍のスメアが混入する。この結果、Ｓ
／Ｎ劣化は７ｄＢにも及ぶ。

従って、スメア差動法を行う時１本実施例の駆動法によ
り、約６ｄＢの感度向上を図ることができる。

なお、本実施例においては、電荷を蓄積する電極の電圧
を高くして転送を行っているために、電極の電圧の低い
空の電極下の半導体表面のポテンシャルを基板電位より
低くすることができる。その結果、暗電流を低減できる
。

また、本発明は、水平ＣＣ，Ｄの構成・駆動法によらず
適用できるのはいうまでのない。さらに、第１図におい
ては、垂直ＣＣＤ内において、−水平走査期間において
は読み出される電荷が、水平ＣＣＤに近い側より（ｑｓ
ＱＢＱ＾）の順に並んでいる場合を述べたが（Ｑａ　ｑ
ｓ　Ｑ＾）、（ＱＦＩＱＡｑ！、）の順に並んでいても
良い。

第３図に本発明の別の実施例を示す。第３図において、
第１図と同じものには同一符号を付しである。垂直ＣＣ
Ｄ２’　が３電極で構成されている点が第１図と異なる
。本実施例では水平ブランキング期間において、まずス
メア電荷を空の電極に移動し、つぎに、スメア電荷が移
動し、空になった電極に信号電荷を移すことにより、単
独で読まれるスメア電荷量を信号に混入するスメア電荷
量の２倍とし、差物に伴うＳ／Ｎ劣化を２ｄＢにとどめ
ることができる。

なお１本発明は一般にＮ個の信号電荷とＭ個のスメア電
荷を運ぶ場合にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スメア差動に伴うランダム雑音の増加
を１ｄＢにすることができるので、低スメアかつ高Ｓ／
Ｎの固体撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電荷転送形固体撮像装
置の基本構成を示す図、第２図は本発明の垂直ＣＯＤの
３重転送動作を示す図、第３図は本発明の他の実施例を
示す電荷転送形固体撮像装置の基体構成を示す図である
。 １−１．１−２・・・光ダイオード、２′・・・垂直Ｃ
ＣＯ１２’−１，２’−２，２’−３，２’　−４・・
・電極、３’−１，３’−２，３’−３，３’−２，３
’・・・水平ＣＯＤ、４．４−１．４−２．４−３・・
・出力端子、７−１．７−２・・・転送ゲート、５−１
゜５−２．６−１．６−２・・・クロックパルス発生器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、同一半導体基板上に、光電変換素子機と、該素子群
   に蓄積された光信号電荷を垂直方向および水平方向に転
   送する垂直電荷転送素子と水平電荷転送素子とを集積化
   し、Ｎ個の信号電荷とＭ個の信号転送中に混入する雑音
   電荷が蓄積されるＮ＋Ｍ個の電極と、空の状態にある１
   個の電極とからなる組を複数組有し、空の電極に第１の
   電荷を、次に第１の電荷が先に進み空になつた電極に第
   ２の電荷を、一般に第ｎ−１の電荷が先に進み空になつ
   た電極に第ｎの信号電荷を、それぞれ移す動作を繰り返
   す垂直電荷転送素子、および上記水平電荷転送素子の出
   力以降に配置されて、転送された第ｎ（ｎ＝１、２、３
   ・・・、Ｎ）の光信号から信号転送中に混入する雑音電
   荷をそれぞれ差し引く引算器を設けた電荷転送形固体撮
   像装置の駆動方法において、水平帰線期間に、まず雑音
   電荷を空の電極に移す動作を行い、続いて雑音電荷が抜
   けて空になつた電極に信号電荷を移す動作を行うように
   したことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。