JPS639288A - 固体撮像素子の駆動方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像素子の駆動方法に係り、特に出力信号
のサグを防止してダイナミックレンジの拡大を図る方法
に関する。

（従来の技術） ＣＣＤＩｌｉ像素子やＭＯ８型撮像素子等の固体撮像素
子は、ＩＴＶカメラやビデオカメラなどに広く使われ始
めている。また最近は、固体撮像素子に更に光導電膜を
積層して高感度素子を得る技術が注目されている。固体
撮像素子は従来使われている撮像管に比べて小型、軽量
、高信頼性という特徴を有し、特性面でも図形歪、残像
、焼付きがない等の利点を有する。

しかし固体撮像素子には撮像管にはない特有の問題があ
り、このため撮像管にはない特有の駆動方法を用いて特
性改善を行なう必要がある。例えば固体撮像素子には光
漏れ込みによるスミア現象がある。これを除去するため
には、垂直ブランキング期間に限り高速掃出しパルスを
印加して信号電荷の出力部への掃出しを行なうことが有
効である（特開昭５８−１７７８７号公報参照）。また
素子の光電変換特性の高輝度入力側を圧縮して広いダイ
ナミックレンジを有する特性を駆動パルスで実現する方
法も提案されている（特願昭５９−７３９７６号）。こ
れは、垂直ブランキング期間に余分な信号電荷を出力部
へ捨てて、再蓄積を行なうことで可能になる。また積層
型搬像素子では残像が問題となるが、高輝度入力時に発
生する残像を駆動パルスで改善する方法も提案されてい
る。

例えば、垂直ブランキング期間に信号電荷蓄積を停止さ
せ、必要以上の過剰電荷を素子出力側へ捨てるものがあ
る　（特願昭５９−９０４１６号参照）。以上の例に共
通していることは、固体撮像素子の駆動パルスの垂直ブ
ランキング期間に余分な信号電荷を素子の信号電荷出力
部へ捨てることである。ところが、固体搬像素子はこの
様な動作をさせると、垂直ブランキング期間に限って通
常期間で発生する信号の数十倍の過大信号が出力部に発
生する視像がある。これにより、素子の信号処理回路で
は広いダイナミックレンジをもつことが要求される。ま
たこの過大信号により、出力信号にサグが発生する。

以上の問題を図面を用いて具体的に説明する。

第７図は固体＠像素子を用いた白黒ＴＶカメラの構成例
を示す。２１がＣＯＤ踊像素像素子る。

ＮＴＳＣ同期パルス発生回路２２より得られたパルスで
タイミングパルス発生回路２３を動作させ、クロックト
ライバ２４で電圧、電流増幅した後のクロックパルスで
ＣＣＤｌ１像素子２１が駆動される。［１素子２１の出
力はプリアンプ２５で約５００ｍ、ＶＩ）ｌ）になるよ
うに増幅され、低域通過フィルタ２６で信号に飛込んで
いるリセットパルスが除去される。そしてクランプ回路
２７で直流分が再生され、ガンマ補正回路２８でガンマ
補正。

白クリップ、ＢＬ処理等が行われて信号出力される。

この様な白黒ＴＶカメラの構成において、先に説明した
特有の駆動法は垂直ブランキング期間に余分な信号電荷
を出力部に捨てる動作である。そのためには、素子の信
号出力部にはリセットゲートとリセットドレインが設け
られ、出力端子の信号電荷をリセットゲートにリセット
パルスを印加することによってリセットドレインに捨て
ることができるようになっている。この場合、余分な信
号電荷の除去の駆動方法には二つある。

第８図はその一つの方法を示すもので、この方法では垂
直ブランキング期間に垂直有効期間と同じリセットパル
スを発生させるものである。この駆動法では、ＣＯＤ出
力信号には本来信号成分がない垂直ブランキング期間に
おいて、図示のような過大信号が現われる。この過大信
号により、有効期間においてサグが発生する。これらは
その後通過する低域通過フィルタ２６の後にも残る。そ
してこの過大信号は低域通過フィルタ２６．クランプ回
路２７．ガンマ補正回路２８等の特性として大きいダイ
ナミックレンジを要求することになる。また、サグは垂
直方向シェーディングとなり、画質劣化をもたらす。

第９図は別の駆動法である。この方法では垂直ブランキ
ング期間に、有効期間におけるようなりセットパルスの
供給を停止し、この期間リセットゲートをオン状態に保
つ。この駆動法では、過大信号電荷はリセットドレイン
に捨てられるために出力端子には現われず、図示のよう
な波形になる。

この場合には、垂直ブランキング期間にリセットパルス
の飛び込みがなくなるので、リセットパルスの飛込みが
ある有効期間との信号レベル差が大きくなり、これに起
因して先の駆動法よりも大きいサグが発生する。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように固体撮像素子のスミア、ダイナミックレン
ジ、残像等の特性改善を駆動法の改良により行なおうと
すると、過大信号の発生により信号処理回路のダイナミ
ックレンジに制約が生じ、またサグが発生して画質劣化
をもたらす、といった曲頭があった。

本発明は、この様な問題を解決した固体撮像素子の駆動
方法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、有効期間とブランキング期間を通じてリセッ
トゲートにリセットパルスを印加する駆動法を基本とし
、ブランキング期間のりセラ１へパルスの位相を、有効
期間のそれから１８０°ずらしたものとする。即ち、垂
直有効期間では、水平レジスタ最終段のパルス位相が“
Ｈ″レベル期間リセットパルスがオンとなる動作をさせ
、従来と同様信号成分が出力端子に現われるようにする
。一方垂直プランキング期間では、水平レジスタ最終段
のパルス位相がｌｌ　Ｌ　ＩＩレベル期間にリセットパ
ルスがオンとなる動作をさせて、信号成分をリセットド
レインに捨て、出力にはリセットパルスの飛込み成分の
みがあるようにする。

（作用） この様な駆動法を採用すると、垂直ブランキング期間で
は過大信号はリセットドレインに捨てられる。一方、リ
セットパルスの飛込みは垂直有効期間、垂直ブランキン
グ期間を通じて同量あるために、雨期間の信号レベル差
によるサグの発生も防止される。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は一実施例のＣＣＤ　ｌ１ｉｉ＆素子を用いた白
黒ＴＶカメラの構成例である。１はＣＣＤ１ｆｉ像素子
であり、信号電荷蓄積部と信号電荷読み出し部を有する
。信号電荷蓄積部は図では省略されているが、例えばフ
ォトダイオードアレイにより構成され、信号電荷読み出
し部として垂直ＣＯＤレジスタと水平ＣＯＤレジスタと
がある。これらの駆動電極および端子としては、垂直Ｃ
ＯＤの転送電極φＶ（実際には４層駆動の場合、４つの
転送電極φＶ１〜φＶ４の繰返し）、水平ＣＯＤの転−
送電極φＨ（実際には２相駆動の場合、二つの電極φＨ
工、φ１」２の繰返し）、出力ゲート電極ＯＧ、出力端
子であるフローティング拡散層ＦＤ。

リセットグー１〜Ｒ３，リセットドレインＲＤがある。

リセットドレインＲＤは電源ＶＲＤに接続されている。

感光部で光電変換された信号電荷は、垂直ＣＣＤ、水平
ＣＣＤを通り、出力ゲートＯＧを介してフローティング
拡散層ＦＤに形成された容ＩＣＲとＣ１によって電圧に
変換される。そして１画素毎にリセットゲートＲ８に印
加されるリセットパルスにより、フローティング拡散１
！ＦＤの電荷はリセットドレインＲＤに捨てられる。

電圧変換された信号電圧は、オンチップに形成されたプ
リアンプ１１により低インピーダンス化された出力端子
Ｏ８から取出される。取出された出力信号は更にプリア
ンプ１２で所定電圧レベルに増幅され、低域通過フィル
タ１３によりリセットパルス飛込み成分の除去が行われ
る。そしてクランプ回路１４で直流分が再生され、ガン
マ補正回路１５でガンマ補正、白クリツプ除去、ＢＬ処
理等が行われて信号出力される。

ＣＣＤＩＩｆｉ像素子１の駆動素子１期パルス発生回路
２で発生されたＮＴＳＣパルスに同期した水平パルスＨ
Ｄ、垂直パルスＶＤ、垂直ブランキングパルスＶＢＬな
どにより、ＣＯＤタイミングパルス発生回路３で所望の
パルスを得て行なう。垂直転送電極φＶは垂直ＣＯＤド
ライバ４により、水平転送電極φＨは水平ＣＯＤドライ
バ５により、それぞれ駆動される。リセットゲートＲ８
に印加されるリセットパルスは、タイミングパルス発生
回路３より得られる基準リセットパルスＰＲ８とリセッ
ト制御パルスＲｃにより、リセットパルス制御回路６を
動作させることで得られる。ここでリセットパルス制御
回路６は、位相六回路７１位相Ｂ回路８およびスイッチ
回路９により構成される。位相Ａ回路７と位相８回路８
は、互いに１８０°位相のずれたリセットパルスを得る
ためのもので、スイッチ回路９は、垂直有効期間では位
相六回路７の出力を通し、垂直ブランキング期間では位
相８回路８の出力を通す。そしてスイッチ回路９の出力
はリセットドライバ１０を介してリセットゲートＲ８に
供給される。

第２図は、この様に構成されたＴＶカメラの動作を説明
するための信号波形図である。この図は、垂直有効期間
と垂直ブランキング期間の垂直および水平ＣＯＤレジス
タパルス、リセットパルスおよびこれにより得られる出
力信号の関係を示す。

垂直ＣＯＤレジスタパルスは図示のように、第１のフィ
ールドシフトパルスＶＦＩ、高速掃出しパルスＳＯ１第
２のフィールドシフトパルスＶＦ２およびラインパルス
ＬＳにより構成される。

ＶＦＩ　とＳＯは先に説明したように固体撮像素子の特
性改善のために、余分な信号電荷を出力に捨てるための
動作を行なうものである。水平レジスタパルスは全期間
を通じて同じパルスである。リセットパルスは、図で異
なる方向の斜線を施して示したように、垂直有効期間と
垂直ブランキング期間とで互いに１８ｏ°位相のずれた
パルスとして供給している。その具体的なタイミング関
係は後述するが、この結果得られるＣＯＤ出力信号は、
垂直有効期間と垂直ブランキング期間のリセットパルス
飛込み量が等しくなり、しかも過大信号の発生がなくな
る。

第３図〜第６図を用いて垂直有効期間と垂直ブランキン
グ期間のリセット動作の違いを具体的に説明する。

第３図と第４図は垂直有効期間でのリセット動作を説明
するものである。水平ＣＯＤレジスタパルスは図示のよ
うにＨＩＩレベル　ｌｌ　ｌ　Ｉ＋レベルのデユーティ
が１／１であり、リセットパルスは水平レジスタパルス
の（Ｉ　Ｈ１１レベルの一部の期間に限りオン（”　Ｈ
”レベル）となる。従って時刻ｔ１では、第４図に示す
ようにフローティン拡散層ＦＤはリセットドレインＲＤ
にリセットされる。

時刻ｔ２では水平レジスタパルスが“Ｈ°ルベル。

リセットパルスが゛ＩＭルベルであり、リセットゲート
が閉じて信号電荷流入の待ち状態となる。

時刻ｔ３では、リセットゲートが閉じたままで水平レジ
スタパルスが“Ｌ　ＩＩレベルになり、信号電荷が７０
−ティング拡散層ＦＤに蓄えられる。この結果得られる
出力信号は第３図のようになり、これを低域通過フィル
タでリセットパルスの飛込み分を除去すると、信号成分
のみの画像信号が得られる。　第５図および第６図は垂
直ブランキング期間でのリセット動作を、第３図および
第４図に対応させて示している。水平レジスタパルスは
垂直有効期間と同じであり、リセットパルスが垂直有効
期間とは１８ｏ°ずれている。従って時刻ｔ４では水平
レジスタパルスがＨｌｊレベルでリセットはオフであり
、水平レジスタパルスが゛Ｌパレベルになると同時にリ
セットパルスが“Ｈ”レベルになる。このとき水平レジ
スタから７０一テイング拡散層ＦＤに転送された過大信
号電荷ＱＬは、第６図に示すように蓄えられることなく
そのままリセットドレインＲＤに捨てられる。その後時
刻ｔ５ではリセットがオフとなる。

こうしてこの実施例によれば、垂直ブランキング期間と
垂直有効期間のリセットパルスの飛込み量が等しくなり
、低域通過フィルタを用いてこの飛込みリセットパルス
を除去すれば、サグのない良好な画像信号が得られる。

以上の実施例では、ＣＣＤｌ１像素子を一個用いた白黒
ＴＶカメラを説朔したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、単板カラーカメラあるいは素子を３個用いた
３板カラーカメラの場合にも適用することができる。特
にカラーカメラの場合、サグは着色現象となるので、本
発明の適用は有用である。また実施例ではｎチャネルＣ
ＣＤの場合を説明したが、ｎチャネルＣＣＤについても
同様に本発明を適用することができる。この場合、各パ
ルスの極性を上記実施例と逆にすればよい。また実施例
ではＣＯＤ躍像素像素子号電荷検出手段としてフローテ
ィング拡散層を用いたが、７０−ティング・ゲート型の
信号電荷検出手段を用いた場合にも本発明は有効である
。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の駆動方法によれば、垂直ブラ
ンキング期間の過大信号の発生と垂直有効期間の初めの
部分でのサグの発生を効果的に防止することができ、固
体搬像素子を用いて良好な画像信号を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＣＣＤ１ｉ像素子駆動回路
を示す図、第２図はその動作を説明するための信号波形
図、第３図は垂直有効期間のリセット動作を具体的に説
明するための信号波形図、第一　１４− ４図は同じく出力部の電荷転送の様子を示す図、第５図
は垂直ブランキング期間のリセット動作を具体的に説明
するための信号波形図、第６図は同じく出力部の電荷転
送の様子を示す図、第７図は従来のＣＣＤｌｌ１ｌ像装
置の構成例を示す図、第８図はその動作の一例を説明す
るための信号波形図、第９図は他の動作を説明するため
の信号波形図である。 １・・・ＣＣＤ撮像素子、２・・・同期パルス発生回路
、３・・・タイミングパルス発生回路、４，５・・・ク
ロックトライバ、６・・・リセットパルス制御回路、７
・・・位相六回路、８・・・位相８回路、９・・・スイ
ッチ回路、１０・・・リセットドライバ、１１・・・プ
リアンプ、１２・・・プリアンプ、１３・・・低域通過
フィルタ、１４・・・クランプ回路、１５・・・ガンマ
補正回路、φＶ・・・垂直ＣＯＤ転送電極、φＨ・・・
水平ＣＣＤ転送電極、ＯＧ・・・出力ゲート、ＦＤ・・
・フローティング拡散層、Ｒ８・・・リセットゲート、
ＲＤ・・・リセットドレイン。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｔ１ｔ２ｔ３ ｔ４ｔ５ｔ６ ＬＰＦ　　　　−−−−−−−−−一　　　　−ｔｆｊ
Ａ事号 第３図 第４図 武力 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板に信号電荷蓄積部と信号電荷読み出し部が配列形成
   され、信号電荷出力部に余分な信号電荷を捨てるリセッ
   トゲートとリセットドレインを有する固体撮像素子を用
   い、１フィールド期間が信号電荷の蓄積を行なう有効期
   間と前記信号電荷蓄積部の余分な信号電荷を前記信号電
   荷出力部に掃出すブランキング期間に分離され、且つ有
   効期間とブランキング期間を通じて前記リセットゲート
   にリセットパルスを印加して前記信号電荷出力部の余分
   な信号電荷をリセットドレインに捨てる動作を行なう駆
   動方法において、前記有効期間とブランキング期間とで
   前記リセットパルスの位相を１８０°ずらしたことを特
   徴とする固体撮像素子の駆動方法。