JPS6314578A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＭＯ８型固体撮像装置の駆動方法に係シ５％に
信号の読み残しを少なくできる固体撮像装置の駆動方法
に関する。

〔従来の技術〕

現在、実用化されている固体撮像素子はＭＯＳ形とＣＣ
Ｄ形がある（特開昭５４−４３６１５号公報）。

第２図１ｃ　Ｍ　ＯＳ形素子の模式図を示す。Ｍ　ＯＳ
形撮像素子は半導体基板上の水平、垂直（Ｘ、Ｙ）方向
に多数の受光素子１（例えばフォトダイオード）を形成
し、水平シフトレジスタと水平ＭＯＳトランジスタによ
りｘ方向の、垂直７フトレジスタと垂直ＭＯＳトランジ
スタによりＹ方向の座標位置を指定し信号を読み出す。

信号はフォトダイオード１から上述の垂直ＭＯ８）ラン
ジスタ２、垂直信号線６、水平ＭＯ８）ランジスタ３、
出力信号線７を経由して外部のプリアンプ８へ導かれる
。

〔発明が解決しようとする問題へ〕

この信号読み出し回路の等節回路を第３図に示す。固体
撮像素子は内部に種々の８量がるり、図中Ｃｏはフォト
ダイオードの寄生容量を、Ｃ１は垂直信号線６の容量を
、Ｃ２は出力信号＠７の容量とプリアンプ８の入力容量
の和を表わす。また、垂直、水平ＭＯＳトランジスタ２
，３は導通状態で抵抗があり、このオン抵抗をそれぞれ
几０．几ｌと表わした。

光の入射したフォトダイオードＩＫは光強度に応じた信
号シ流が流几、Ｃｏに信号電荷Ｑｏが充電すれる。垂直
シフトレジスタ４ば１水平走査期間にパルスを１個出力
し、垂直ＭＯ８）ランジスタ２を導通状、西にする。こ
のとき稈遣ＣｏＫ蓄積した信号電荷Ｑｏをオン抵抗Ｒ，
Ｉを介し容量Ｃ１に転送する。この信号読み出し回路は
容量Ｃｏ、オン抵抗几１からなる放電回路である。容ｉ
　Ｃｔ（約３ｐＦ）は容量Ｃｏ　　（約０．１９Ｆ’）
に比較して十分大きく、オン抵抗Ｒｏは５にΩ程度であ
るので放電の時定数τは几。ｘＣｏ中０．５ｒｌｘとな
る。垂直ＭＯ８）ランジスタ２の導通時間（約２μ５ｅ
ｃ）はこの時定数τよシ十分長くなる。そのためＱｏの
大部分は容量分割の形で容量Ｃ１に移る。

次に水平シフトレジスタ５の走査パルスによシ水千Ｍ０
８トランジスタ３を導通させ、容量Ｃｔにらる信号電荷
を出力信号線７に転送する。このとさの容’ｉ’　Ｃｒ
の信号電荷の時間的変化はプリアンプ８の入力インピー
ダンスＺ　ｒ　ｍを純抵抗性とすると次式で与えられる
。読み出し開始からの経過時間をｔとして Ｘ　［（Ｅ＋Ｄ−３ｔ）ｅｘｐ（ｓｌ・ｔ　）−（’Ｅ
＋Ｄ　３２）ｅｘｐ（Ｓ　２　・ｔ））・・・（１） 但し Ａ　＝　Ｃｔ・Ｃ３・几、・Ｚｌ、　　　　　　　・・
・（４）Ｂ　＝　Ｃｔ・几１＋Ｃ２・Ｚ　＋　ｔ　十Ｃ
１・Ｚｌ、　　　・・（５）Ｄ　＝　Ｃｚ几ｔ　’　Ｚ
　ｔ　ｍ　　　　　　　　　・・・（６）Ｅ−几１　＋
Ｚ＋ｍ　　　　　　　　　　　　・・・（７）となる。

Ｃ１＝３　ｐＦ　＊　Ｃｚ　＝２０　ｐＦ　＋　　几ｌ
＝５にΩ、Ｚ＋−＝５００Ωとするとこの放電回路の放
電特性は第４図のようになり、時定数τ１は約１５１（
６）となる。一方、従来の素子駆動方法における水平Ｍ
Ｏ８）ランジスタ３の導通時間は１水平走査期間（ＮＴ
ＳＣでは６３．５５μ：玖）を水平方向の画素数で除し
た値のほぼ半分となわ、精細度を高く撮像するために画
素数を増すと水平ＭＯＳトランジスタ３の導通時間は短
くなる。例えば水平方向の画素数を１０００とすると、
水平ＭＯ８）ランジスタ３の導通時間は約３０ｎｓｅｅ
となり、τ１と比較して長いとは言えなくなる。短い導
通時間では容１ｋ　Ｃｔの電荷は完全に放電されず垂直
信号線６に読み残される。この信号電荷は次の走青線上
の画素の信号と混合し、残像、混色。

垂直解像度の低下を引き起す。またフレーム周波数を増
すなどの理由により水平シフトレジスタ５の駆動周波数
を高めた場合も同様な問題が発生する。

本発明の目的は、高速でＭＯ８形一体撮像装置を駆動す
る際、重重信号線に読み残す雷号電荷を少なくし、残像
、混色、垂直解ｉ象度の低下？防止できる固体撮像素子
の駆動方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明の固体撮像装置の駆
動方法では完全に放電を行えるように水平シフトレジス
タ５のパルス幅をシフトレジスタの駆動クロックの複数
倍とし放電回路の時定数より十分長くなるようにし、水
平ＭＯ８）ランジスタ３の導通時間を十分とる。この際
、走査パルス同志の重なりを許し、１水平走査期間内に
全ての水平ＭＯ８）ランジスタが１回は導通す乙ように
する。信号はパルスと同様に複数画素のものが重なって
得られるので周波数特性補正回路により高域信号を補償
する。

〔作用〕

本発明の固体撮像装置は、垂直信号線からの信号を読み
出す時間を長くすることができる。それによって、信号
電荷読み出し時の信号の読み残しを減少せしめ、残像混
色、垂直解像の低下を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第１図に本発明による
固体撮像装置の駆動パルスのタイミングを示す。１０ｄ
垂直シフトレジスタ４からの垂直走査ハルス乞、１１は
水平シフトレジスタ５の駆動クロックを、１２〜１７は
水平シフトレジスタ５により発生した水平ＭＯＳトラン
ジスタ２を導通させるパルスヲ表わしている。以下、こ
れらのパルスによる信号の読み出し方法を説明する。

１ずフォトダイオード１にある旧号成荷を垂直シフトレ
ジスタ４の走査パルス１０により垂直信号線６に転送す
る。水平シフトレジスタ５により発生する水平走置パル
ス（１２〜１７）によシ水千ＭＯＳトランジスタ３を次
々に導通させ、垂直信号線６にある信号電荷を出力信号
線７に順次読み出す。本実施例では水平方向に３８４画
素が配置され之固体撮像装置を駆動する場合を説明する
ため水平シフトレジスタは３８４段のもので、これは３
８４個のパルスを出力する。この走査パルスは第２図の
オン抵抗几ｌ容ｆｔ　Ｃ１からなる放電回路の時定数τ
】より十分長くなるように設定する。

第１図の水平走置パルス（ておいて１番目の水平ＭＯＳ
トランジスタ３をオンすふパルス１２Ｕｇ１番目のクロ
ックのリーディングエツジで立ち上がり、第３番目のク
ロックの立ち上がりまで導通状態を保つ。２番目の水平
ＭＯＳトランジスタ３のオンパルス１３は２番目のクロ
ックから４番目のクロックまで導通状態を保つ。以下、
第３番目以降３８４番目の画素まで同じ動作により水平
走査を行う。

１水平走査期間にすべての画素から信号を読み出すには
パルス１２とパルス１３の関係のように隣り合う水平Ｍ
ＯＳトランジスタ３をともに導通状態にする期間が必要
となり本発明の主旨もこの点にある。本実施例では水平
ＭＯＳトランジスタ３を導通させるパルスの幅はクロッ
クの２周期分としたが、これは２同期以上であるならい
かなる倍数でも本発明の主旨を満足する。ただし、放電
特性は第４図に示すもので、放電時間を長くしてもその
効果はだんだんと少なくなる。故に水平走査パルス幅は
クロック周期の２倍から数倍の範囲に設定することが好
ましい。本発明の駆動方法によれば垂直方向の画素間の
信号は混合せず、水平方向の画素の信号が混合するよう
に得られる。垂直方向に信号が混合し画質が劣化した場
合は１画質を改善するのに水平走査期間の何倍かの遅延
回路を必要とし、補正回路の規模は大きくなる。一方、
水平方向に混合した場合は周波数特性の高域を補償する
小規模な回路で十分である。

第５図に本発明によシ駆動した固体撮像装置から得た信
号の処理回路を示す。２４は固体撮像装置全、２５は周
波数特性の補償回路、２６はテレビカメラの信号処理回
路を表わす。固体撮像装置からの信号は走査パルスが重
なり合った時刻では２本の垂直信号線から第６図にある
ように重なって得られる。この信号は幅広い読み出しパ
ルスにより高周波成分の劣化した信号であるので周波数
特性補正回路２５により信号の高域成分の強調を行う。

続いて信号処理回路により処理し、ビデオ信号として出
力端子２７から得る。また高域補償を行わなくともビデ
オ信号が得られることは言うまでもない。

本発明を実施できる他の固体撮像装置の模式図を第７図
に示す。この装置では２本の出力信号線７−１．７−２
に水平ＭＯＪ　トランジスタ３を交互に接続しである。

そのため隣り合う画素の信号は別々の出力信号線から取
り出せ重ならずに得られる。第８図に走査パルスと信号
の関係を示す。

走査パルス１１．１２により出力信号線７−１からは信
号２８が、信号線７−２からは信号２９が混合せずに得
られる。これらの信号を積分しサンプリングすれば、信
号の高域補償を行わずに信号が得られ、Ｓ／Ｎの良い映
像信号が得られる。前述のように複数の出力信号線を用
いても本発明を実施することができる。

〔発明の効果〕

以上１本楯明の固体撮像装置の、駆動方法によれば垂直
信号線から信号を読み出す時間を長くすることができ、
信号の読み残しを減少せしめ、残像。

混色、垂直解像の低下を防止できる。よって画素数を増
した撮像素子を使用した際、フレーム周波数等全増し固
体撮像索子を高速動作させる際に画質良く撮像でさ、効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施νりの駆動方法を示す波形図、
第２図は本発明を適用するに好適なＭ　ＯＳ形固体撮像
装置の模式図、第３図は第１図の読み出し部分の等価回
路図、第４図は信号読み出し回路の時間応答を示す図、
第５図は本発明の信号処理回路のブロック図、第６図は
第１図の駆動方法によって得らｎる信号の波形図、第７
図は本発明の駆動方法を実施するための別のＭＯ８形固
体撮像素子を示す図、第８図は第７図の実、７市例の水
平走査パルスと信号の仮形図。 １・・・受光素子（フォトダイオード）、２・・・垂直
ＭＯＳトランジスタ、３・・・水平ＭＯＳトランジスタ
、４・・・垂直シフトレジスタ、５・・・水平シフトレ
ジスタ、６・・・垂直信号線、７・・・出力信号線、８
・・・プリアンプ、９・・・信号出力端子、１０・・・
垂直走置ハ／ｌ／　ス、１１・・・水平シフトレジスタ
駆動クロック、１２〜１７・・・水平ＭＯ８）ランジス
タのオンパルス、１８〜２３・・・水平ＭＯＳトランジ
スタ、２４・・・固体撮像装置、２５・・・周波数特性
補償回路、２６・・・信号処理回路、２７・・・ビデオ
信号出力端子、％Ｚ　　図 罵　３　父 百　４　図 善　　遺均二　　　日〒１　　間　　　　（＊５．２ｃ
）冨　５　　図 −Ｄ　　乙　　図 ２ｇ 晃　７　　回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、マトリクス状に配置された複数個の光電変換素子と
   、この光電変換素子に蓄積された信号を読み出すための
   スイッチングトランジスタ群と、上記スイッチングトラ
   ンジスタ群を順序よく開閉させるためのシフトレジスタ
   を備えた固体撮像装置において、水平スイッチングトラ
   ンジスタを導通させる水平シフトレジスタの出力パルス
   幅を前記水平シフトレジスタを駆動するためのクロック
   パルス幅の複数倍に設定し、複数の水平スイッチングト
   ランジスタを同時に導通状態となるように設定すること
   を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。