JPH022793A - ２次元ｃｃｄ撮像素子の駆動方法 - Google Patents

２次元ｃｃｄ撮像素子の駆動方法

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JPH022793A
JPH022793A JP63148769A JP14876988A JPH022793A JP H022793 A JPH022793 A JP H022793A JP 63148769 A JP63148769 A JP 63148769A JP 14876988 A JP14876988 A JP 14876988A JP H022793 A JPH022793 A JP H022793A
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period
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Takashi Iijima
隆 飯島
Akihiro Kono
明啓 河野
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NEC Corp
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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〕 本発明は固体撮像素子の駆動方法に関し、特にインター
ライン転送方式２次元ＣＣＤ撮像素子の電子シャッタ駆
動方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のインターライン転送方式ＣＣＤ撮像素子は、フォ
トダイオードによる光電変換領域で光電変換し蓄積され
た電荷は垂直ブランキング期間毎に読み出されるため、
例えばＮＴＳＣ方式では１／６０秒の蓄積時間を有する
ことになる。従って１／６０秒期間で蓄積された電荷量
で像を撮らえるため、速く動くものを撮った場合、画面
がぼけるのが常であった。この欠点を改善するため、蓄
積時間を短かくする電子シャッター動作が最近実用化さ
れてきた。
このような電子シャッター動作は写真工業出版社発行の
ビデオα１９８７年８月号Ｐ１４５〜１４８に示されて
いるように一般には第６図のように水平ＣＯＤレジスタ
６１と反対側にドレイン６０を設けたインターライン方
式ＣＣＤ撮像素子を用い、第７図のように垂直ブランキ
ング期間７０に２回のフォトダイオード（以後ＰＤとす
る）読み出しパルス７１．７２を設け、その間に高速垂
直逆転送パルス７３を加えて最初のＰＤ読み出しパルス
７１で読み出された不要蓄積電荷を垂直ＣＯＤレジスタ
６２を介してドレイン６０に電荷転送し掃き出す。この
掃き出し動作期間に蓄積された電荷が、有効蓄積電荷と
して２回目のＰＤ読み出しパルス７２で読み出され出力
される。
このような２回の読み出し期間ｔ１がシャッタ時間とな
る。このような動作は、垂直ブランキング７０内で行な
わなければならず、第６図に示したような一般的なイン
ターライン方式ＣＣＤでは１／１０００秒以下のシャッ
タ期間しか出来ない。
これの改良型として、第８図のように蓄積部８５を設け
る事でシャッタ期間を１／２５０まで広げたものがある
。この改良型においては、１回目のＰＤ読み出しは有効
走査期間に行なわれるが、この不要蓄積電荷の掃き出し
は、前記の場合と同様、垂直ブランキング期間に行なわ
れる。ところで、この不要蓄積電荷は、高速シャッタ動
作では有効蓄積期間より不要蓄積期間が４〜１６倍程度
長くなりブルーミング制御で決定するＰＤの飽和レベル
まで電荷を蓄積することになるため掃き出し動作に際し
て次のような問題を生じる。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような垂直ＣＯＤレジスタを介して不要蓄積電荷を
掃き出すことによる電子シャッタ駆動方法では、その掃
き出し期間が画像に影響の無い垂直ブランキング期間内
に限られるため、通常の垂直転送周波数より高い８００
ＫＨｚ程度の周波数で高速転送することが必要となる。
しかしながら、２層あるいは３層のポリシリコンで形成
される垂直ＣＯＤ電極は、比較的大きな抵抗と静電容量
を有するため、このような高い周波数の駆動では素子内
部での波形の遅延及びなまりによって最大転送電荷量が
大巾に減少し、特にその影響の大きい画面中央部では、
通常転送時の１／２〜１／３程度まで減少し、掃き出し
のこりとなって、飽和信号レベルの白い妨害画像を生じ
る。
そこで、通常掃き出し転送回数を垂直転送レジスタの段
数より多く取ることによって掃き出しのこりを減少させ
る方法を用いている。しかしながら、この方法において
も垂直ブランキング期間の制限によって十分な転送回数
が得られないため、大面積の高輝度被写体が画面内に入
った場合は掃き出しのこりを生じる。そこで、多くの場
合、ブルーミング制御電圧を高目に設定し、ＰＤ最大蓄
積電荷量を掃き出しのこりを生じないレベルまで減少さ
せるダイナミックレンジとのトレードオフによって解決
を図るか、あるいはこのような場合の多少の掃き出し残
りを許容しなければならない欠点があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、複数の光電変換領域の蓄積電荷を垂直
電荷転送レジスタを介して掃き出し転送することによっ
て除去し蓄積時間を制御する２次元ＣＣＤ撮像素子の駆
動法において、有効蓄積期間以外の期間、前記光電変換
領域の最大蓄積電荷量を有効蓄積期間より小さく設定す
る２次元ＣＣＤ撮像素子の駆動方法を得る。すなわち、
従来の高速垂直転送掃き出し方式の電子シャッタ駆動方
法では有効蓄積期間とそれ以外の不要蓄積期間でのＰＤ
での最大蓄積電荷量が同一となっているため高速掃き出
し転送時に垂直ＣＯＤ最大転送電荷量の減少によって掃
き出しのこりを生じていたが、本発明によれば有効蓄積
期間以外の不要蓄積期間におけるＰＤ最大蓄積電荷量を
有効蓄積期間の１／２〜１／３程度まで制御減少させる
ことによってダイナミックレンジを減少させることなく
掃き出しのこりを完全に防止させることができる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第３図（ｂ）は本発明に用いる２次元ＣＣＤ撮像素子の
例で同図（ａ）は単位画素の断面図である。
この撮像素子は最も一般的に用いられている縦型オーバ
ーフロードレイン（ＶＯＤ）構造のインターライン転送
方式の２次元ＣＣＤイメージセンサである。Ｎ型基板３
４にＰウェル３５を有し、これらの間を基板電圧源４０
で逆バイアスしている。Ｐウェル３５の表面にはＮ−型
のフォトダイオード３３とＮ型の垂直ＣＯＤレジスタ３
２とこれらの間のＰ＋型の読み出しゲート部３６とＰ＋
型のチャンネルストッパー４１を有している。更に表面
には、酸化膜３７を介して垂直レジスタ電極３８が設け
られており、その上にやはり酸化膜３９を介して光シー
ルド電極３７が設けられている。
第４図は、第３図のイメージセンサの光シールド電極３
７に印加する電圧とフォトダイオードの飽和出力電圧と
の関係を示す図である。第４図のような特性は、光シー
ルド電極３７の電気力線がフォトダイオード３３の表面
全体に作用し、表面電位を変化させるためと考えられて
いる。第５図は光シールド電極３７を＋５ｖの一定にし
た時の基板３４の電圧とフォトダイオード３３の飽和出
力電圧との関係を示した図である。第１図は、第４図に
示したフォトダイオード飽和蓄積電荷量の制御特性を利
用した本発明の一実施例による駆動方法を示すもので、
第３図の２次元ＣＣＤ撮像素子を１／１０００秒シャッ
タで駆動する場合のタイミング図である。垂直クロック
パルス１は垂直ブランキング期間４に２回の読み出しパ
ルスが設けられている。これら２回の読み出しパルス５
゜６間には高速垂直転送パルス７がある。この高速垂直
転送パルス７は垂直転送電極２５０段に対し５００段分
の転送回数に設定され転送周波数は８００ＫＨｚである
。この周波数での画面中央部での最大転送電荷量は通常
垂直転送の約１／３の出力電圧換算値０．３■であった
。一方、光シールド電極３７へ印加する光シールド電極
パルス３は２回の読み出しパルス５，６間の有効蓄積期
間８のｌ／１０００秒間は少なくとも＋５ｖに保持され
ている。この＋５ｖ時のフォトダイオードの最大蓄積電
荷量は第４図に示す飽和出力電圧に相当する０、８ｖで
あり、通常垂直転送時の垂直ＣＯＤの最大転送電荷量の
０．９Ｖ（出力電圧換算）よりわずかに低い値に設定し
通常垂直転送でのオーバーフローによるブルーミングを
防止している。
この光シールド電極パルス３は、垂直ブランキング期間
４の期間内のＴ３．Ｔ２で一５ｖに切換えられる。この
Ｔ２からＴ３までのＦＤ電荷低減期間でのフォトダイオ
ード最大蓄積電荷量は第４図に示すように０．２ｖの飽
和出力電圧に相当した値となる。この最大蓄積電荷量の
０．２ｖは高速垂直転送パルス７で転送出来る最大転送
電荷ｔ　Ｏ，３Ｖを下回っており、掃き出し読み出しパ
ルス５で読み出した不要蓄積電荷は高速垂直転送パルス
７によって完全に掃き出すことが出来る。
ところで、このＰＤ電荷低減期間の光シールド電極電圧
は高速垂直転送パルス３８が垂直転送電極数の２倍の転
送回数に設定されているため、この高速転送時の最大転
送電荷量の２倍以内に設定していれば完全な掃き出しが
実現されるため、第４図で０．６■電力電圧以下となる
Ｏｖの光シールド電極電圧でもよい。
さらに、光シールド電極印加電圧の変化点であるＴ　２
　、　Ｔ　３のタイミング条件はＴ２は読み出しパルス
６の後縁Ｔ１より後にあることが必要条件であり、Ｔ、
までの間の任意の時点であれば良い。
ただし、切換ノイズが画面に入らないようにするため垂
直ブランキング期間４あるいは水平ブランキング期間１
１内に設定することが望ましい。
一方、Ｔ３はＴ。の掃き出し読み出しより後でも動作上
は問題ないが、シャッタ時間と感度の比例関係が狂うた
め、Ｔｏより前に設定することが望ましい。しかし、Ｔ
３とＴｏとの期間が長くなると、この期間は有効蓄積期
間と同じだけのフォトダイオードの最大蓄積電荷量を持
つため、この期間の蓄積電荷量によって掃き出しのこり
を生じる可能性があり、Ｔ３とＴｏの期間はシャッタ時
間に対して無視出来る１／１０以下とすることが望まし
い。また、この切換時点は垂直あるいは水平ブランキン
グ内とすることが望ましいことはＴ２と同様である。
第２図は本発明の他の実施例による１／１０００秒シャ
ッタでの駆動方法を示すタイミング図である。ブランキ
ング信号２、垂直クロックパルス１は第１図による一実
施例と全く同一である。この他の実施例では第５図に示
した２次元ＣＯＤイメージセンサの基板電圧に対するフ
ォトダイオードの最大蓄積電荷量に相当するフォトダイ
オード飽和出力電圧の特性を利用している。
垂直ブランキング期間の掃き出し読み出しパルス５の直
前の垂直ブランキング期間に基板電圧を＋２５■までＴ
２からＴ１期間保持する。この基板電圧２５Ｖ時のフォ
トダイオードの最大蓄積電荷量は第５図に示すように約
０．２Ｖ（出力電圧換算）でありＴ１の直前の基板電圧
９Ｖ時に蓄えられていた約０．８Ｖ相当の電荷量はＴ２
からＴ、の期間に０．２ｖまで基板に縦型オーバフロー
ドレイン（Ｖ、Ｏ，Ｄ）を介して掃き捨てられる。この
電荷量は高速垂直転送パルス７で転送出来る最大蓄積電
荷量０，３■より少ないため完全に掃き出すことが出来
る。基板印加パルス１２のＴ２．Ｔ３のタイミング条件
はＴ２はＴ１より後であることが必要条件である等、実
施例と同一でありＴ３も同様である。また、その時点も
ノイズの発生を防止するため垂直又は水平のブランキン
グ期間内にあることが望ましいことも全く同様である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、シャッタ駆動時有効蓄覆
期間以外の期間、光電変換領域の最大蓄積電荷量を有効
蓄積期間より小さく設定することにより、高速垂直転送
による掃き出し残りを有効蓄積期間の光電変換領域の最
大蓄積電荷量を減少させること無く実現でき、従来の掃
き出しのこりとダイナミックレンジのトレードオフある
いは多少の掃き出し残りの許容という欠点を完全に解決
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による１７１０００秒シャッ
タ駆動での各信号のタイミング図、第２図は本発明の他
の実施例による１／１０００秒シャッタ駆動での各信号
のタイミング図、第３図（ａ）および（ｂ）は本発明に
用いる２次元インターライン型ＣＯＤイメージセンサの
例を示す断面図および平面図、第４図は第３図のイメー
ジセンサの光シール電極電圧に対するフォトダイオード
の飽和出力電圧特性を示す図、第５図は同様に基板電圧
に対するフォトダイオードの飽和出力電圧特性を示す図
、第６図は従来のシャッタ駆動を実施した２次元インタ
ーライン型ＣＯＤイメージセンサの模式平面図、第７図
は従来の通常垂直駆動パルスと１／１０００秒シャッタ
駆動パルスを対比して示した図、第８図は蓄積部を設け
ることによって１／２５０秒から１／１０００秒までの
シャッタスピードを実現した従来の改良型ＣＯＤイメー
ジセンサの模式平面図である。 ｌ・・・・・・垂直クロックパルス、２・・・・・・ブ
ランキング信号、３・・・・・・光シールド電極パルス
、５・・・・・・掃き出し読み出しパルス、６・・・・
・・読み出しパルス、７・・・・・・高速垂直転送パル
ス、８・・・・・・有効蓄積期間、３７・・・・・・光
シールド電極、３８・・・・・・垂直ＣＯＤレジスタ電
極、３３・・・・・・フォトダイオード、３２・・・・
・・垂直ＣＯＤレジスタ、３４・・・・・・Ｎ型基板、
３５・・・・・・Ｐウェル、３６・・・・・・読み出し
ゲート部代理人　弁理士　　内　原　　　晋 茅　１　」 茅　２１１Ｊ Ｃ０−） （ｂ） 弄 図 ［＝〒ト（ｌρドレし ゾ１４ｔＣρしジヌダ 茅 を 阿 箒 圏 売）−ルド肇ａρゼＩＥＣＶ） 芽４Ｉ！Ｉ メ郭し’ＷバＣＶ） ＄５　閏

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数の光電変換領域の蓄積電荷を垂直電荷転送レジスタ
    を介して掃き出し転送することによって除去し、蓄積時
    間を制御する２次元ＣＣＤ撮像素子の駆動法において、
    有効蓄積期間以外の期間、前記光電変換領域の最大蓄積
    電荷量を有効蓄積期間より小さく設定することを特徴と
    する２次元ＣＣＤ撮像素子の駆動方法。
JP63148769A 1988-06-15 1988-06-15 ２次元ｃｃｄ撮像素子の駆動方法 Pending JPH022793A (ja)

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