JPH09168119A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその駆動方法

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JPH09168119A
JPH09168119A JP7326721A JP32672195A JPH09168119A JP H09168119 A JPH09168119 A JP H09168119A JP 7326721 A JP7326721 A JP 7326721A JP 32672195 A JP32672195 A JP 32672195A JP H09168119 A JPH09168119 A JP H09168119A
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JP
Japan
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signal
amplifier
output
solid
output amplifier
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JP7326721A
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English (en)
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Ikuo Akiyama
郁男 秋山
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度モードでも暗電流等による黒レベルの
シェーディングが発生しにくい固体撮像装置およびその
駆動方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像装置は入射光量に応じた信号電
荷を蓄積する撮像領域1と、信号電荷の蓄積時間を制御
する蓄積時間手段9と、蓄積時間内に蓄積された信号電
荷を順次転送する電荷転送手段2と、転送されてきた信
号電荷を電圧信号に変換する電荷検出部3と、電圧信号
を映像信号として外部に出力するMOS−FETによる
ソースフォロア回路で構成された出力アンプ4と、この
出力アンプを構成するMOS負荷抵抗のゲートに接続さ
れたアンプゲート制御回路5とを具備する。アンプゲー
ト制御回路5からの制御電圧の発生により、信号出力区
間ではMOS負荷抵抗をオン状態にして出力アンプ4を
活動状態にし、信号蓄積期間ではMOS負荷抵抗をオフ
状態にして出力アンプ4を休止状態にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄積時間制御方式に
よる高感度モードを備えた固体撮像装置に関し、特に、
暗電流等によるシェーディングを低減させた固体撮像装
置の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の2次元固体撮像装置の構成
を示す。従来の2次元固体撮像装置は、電荷結合素子
(以後、CCDと呼ぶ)撮像領域101と、CCD水平
レジスタ102と、電荷検出部103と、出力アンプ1
04と、映像信号処理回路105と、フレームメモリ1
06と、CCD駆動回路107と、蓄積時間制御回路1
08とから構成されている。
【0003】図5は図4に示した従来の2次元固体撮像
装置の動作を説明するためのタイミング図であり、一例
として蓄積時間が標準状態(約1/60秒)の4倍(約
1/15秒)の場合が示されている。
【0004】以下、図4と図5を参照して、従来の2次
元固体撮像装置について説明する。まず、図4におい
て、入射光量に応じてCCD撮像領域101中の光電変
換素子群(図示せず)に蓄積された信号電荷は、所定の
蓄積時間ごとに、すなわち本例の場合には4フィールド
期間(約1/15秒)ごとに、垂直転送パルスΦv に重
畳された信号電荷読み出しパルス109により、CCD
垂直レジスタ(図示せず)に読み出される。次いで、こ
れら信号電荷は所定のタイミングに従ってCCD垂直レ
ジスタ(図示せず)とCCD水平レジスタ102中を順
次転送され、電荷検出部103へと供給される。
【0005】電荷検出部103は、出力ゲート電極11
0と、フローティング・ディフュージョン領域111
と、リセットゲート電極112と、リセットドレイン1
13とで構成され、転送されて来た信号電荷を電圧信号
に変換する役割を果たす。
【0006】電荷検出部103からの振幅変調された電
圧信号は、出力アンプ104を介して、4フィールド期
間に1フィールドの割合で外部に出力される。ここで出
力アンプ104は、必要とされる周波数帯域に合わせて
1〜3段の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(M
OS−FET)によるソースフォロア回路で構成されて
ることが多い。本例では、2段のMOS−FETによる
ソースフォロア回路114と115で構成された場合が
示されている。またソースフォロア回路を構成するMO
S−FETのうち、下側のMOS負荷抵抗(ロードトラ
ンジスタとも呼ばれる)116、117のゲート端子に
は、一定の直流電圧VAGが印加され低定電流源として動
作するようになっている。ここで、本例ではMOS負荷
抵抗116、117としてエンハンスメント型の場合を
想定しているので、直流電圧VAGの値としては+1〜+
3V程度が適当であるが、デプレッション型の場合には
ソース電圧と同じ0V(GND電圧)とすることもでき
る。
【0007】次に、出力アンプ104から出力される振
幅変調された電圧信号は、映像信号処理回路105で雑
音除去されると同時に時系列映像信号に変換され、さら
に規定レベルまでの増幅やガンマ処理等の非線形処理が
施された後に、通常の映像信号として外部に出力され
る。但し、映像信号処理回路105から出力される映像
信号は、図5の118に示すごとく、4フィールド期間
に1フィールドの割合で出力される間欠信号であるた
め、フレームメモリ106を介して、連続した映像信号
119に変換される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体撮像装置では、出力アンプ104の発熱、あるいは
出力アンプ104を構成するMOS−FETのショート
チャネル効果に起因して発生するホットエレクトロンの
拡散により、アンプ近傍の光電変換素子群に他の領域よ
りも多くの不要電荷(暗電流)が蓄積され、再生画面の
左上をピークとする黒レベルのシェーディングが発生
し、再生画像が著しく劣化している。
【0009】そこで、本発明はこのような従来技術の欠
点を解決すべくなされたものであって、その課題とする
ところは、高感度モードでも暗電流等による黒レベルの
シェーディングが発生しにくい固体撮像装置およびその
駆動方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する撮像領域
と、信号電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間手段と、蓄
積時間内に蓄積された信号電荷を順次転送する電荷転送
手段と、この電荷転送手段により転送されてきた信号電
荷を電圧信号に変換する電荷検出部と、この電荷検出部
に接続され、電圧信号を映像信号として外部に出力する
少なくとも1段以上のMOS−FETによるソースフォ
ロア回路で構成された出力アンプと、この出力アンプを
構成するMOS負荷抵抗のゲートに接続されたアンプゲ
ート制御回路とを具備することを特徴とする。
【0011】また、本発明による固体撮像装置の駆動方
法は、上記固体撮像装置を駆動する方法であって、アン
プゲート制御回路から所定の制御電圧を発生させること
により、信号出力区間ではMOS負荷抵抗をオン状態に
して出力アンプを活動状態にし、信号蓄積期間ではMO
S負荷抵抗をオフ状態にして出力アンプを休止状態にす
ることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0013】図1に、本発明の一実施形態による2次元
固体撮像装置の構成を示す。図1に示された2次元固体
撮像装置は、CCD撮像領域1と、CCD水平レジスタ
2と、電荷検出部3と、出力アンプ4と、アンプゲート
制御回路5と、映像信号処理回路6と、フレームメモリ
7と、CCD駆動回路8と、蓄積時間制御回路9とから
構成されている。図1に示された本発明に係る2次元固
体撮像装置と図4に示した従来の2次元固体撮像装置と
の相違点は、本発明のものではアンプゲート制御回路5
が備えられたことにある。
【0014】図2は図1に示した2次元固体撮像装置の
動作を説明するためのタイミング図であり、一例として
蓄積時間が標準状態(約1/60秒)の4倍(約1/1
5秒)の場合が示されている。
【0015】以下、図1と図2を参照して、本実施形態
による2次元固体撮像装置について説明する。まず、図
1において、入射光量に応じてCCD撮像領域1中の光
電変換素子群(図示せず)に蓄積された信号電荷は、所
定の蓄積時間ごとに、すなわち本例の場合には4フィー
ルド期間(約1/15秒)ごとに、垂直転送パルスΦv
に重畳された信号電荷読み出しパルス10により、CC
D垂直レジスタ(図示せず)に読み出される。次いで、
これら信号電荷は所定の駆動タイミングに従ってCCD
垂直レジスタ(図示せず)とCCD水平レジスタ2中を
順次転送され、電荷検出部3へと供給される。
【0016】電荷検出部3は、出力ゲート電極11と、
フローティング・ディフュージョン領域12と、リセッ
トゲート電極13と、リセットドレイン14とで構成さ
れ、転送されて来た信号電荷を電圧信号に変換する役割
を果たす。
【0017】電荷検出部3からの振幅変調された電圧信
号は、出力アンプ4を介して、4フィールド期間に1フ
ィールドの割合で外部に出力される。ここで出力アンプ
4は、一例として2段のソースフォロア回路15と16
で構成された場合が示されている。またソースフォロア
回路を構成するMOS−FETのうち、下側のMOS負
荷抵抗17、18のゲート端子には、アンプゲート制御
回路5が接続されている。
【0018】ここで、アンプゲート制御回路5の働き
は、信号出力期間のみ+1〜+3V程度の電圧を印加し
て出力アンプ4が活動状態になるようにし、信号蓄積期
間では0V(GND電圧)の電圧を印加して出力アンプ
4が休止状態となるように動作している。
【0019】図3にMOS負荷抵抗(ロードトランジス
タ)17、18の伝達特性を示す。本実施の形態では、
MOS負荷抵抗としてエンハンスメント型を想定してい
るため、アンプゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)V
AGとして約+2Vを印加したとき所定の量のドレイン電
流ID が流れ、出力アンプ4が活動状態となることが分
かる。また、アンプゲート電圧VAGが0Vのときにはド
レイン電流ID が零となり、MOS負荷抵抗17、18
がカットオフして出力アンプ4が休止状態となることが
分かる。
【0020】次に、出力アンプ4から出力される振幅変
調された電圧信号は、映像信号処理回路6で雑音除去さ
れると同時に時系列映像信号に変換され、さらに規定レ
ベルまでの増幅やガンマ処理等の非線形処理が施された
後に、通常の映像信号として外部に出力される。但し、
映像信号処理回路6から出力される映像信号は、図2の
19に示すごとく、4フィールド期間に1フィールドの
割合で出力される間欠信号であるため、フレームメモリ
7を介して、連続した映像信号20に変換される。
【0021】本発明は上述した実施の形態には限定せ
ず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可
能である。例えば、MOS負荷抵抗はデプレッション型
でも良い。この場合には、信号出力期間ではアンプゲー
ト電圧VAGとして0V(GND電圧)を印加することに
より、MOS負荷抵抗をオン状態にして出力アンプを活
動状態にし、また、信号蓄積区間ではアンプゲート電圧
AGとして−8〜−9V程度の電圧を印加することによ
り、MOS負荷抵抗をオフ状態にして出力アンプを休止
状態にすれば良い。
【0022】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の固体撮像装置では、アンプゲート制御回路の作用によ
り、信号出力期間のみ出力アンプが活動状態となり、そ
の他の信号蓄積期間では出力アンプが休止状態となって
いる。このため、出力アンプの発熱、および出力アンプ
を構成するMOS−FETのショートチャネル効果に起
因して発生するホットエレクトロンの拡散は、上記実施
の形態の場合、従来例の約1/4に軽減される。さら
に、蓄積時間が長くなるに従って、すなわち、高感度に
なるに従って、この効果は顕著となる。このため、アン
プ近傍の光電変換素子群に他の領域よりも多くの不要電
荷(暗電流)が蓄積されることによって発生する再生画
面の左上をピークとする黒レベルのシェーディングを低
減することができ、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による2次元固体撮像装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した2次元固体撮像装置の動作を説明
するためのタイミング図である。
【図3】図1に示した2次元固体撮像装置に使用される
出力アンプを構成するMOS負荷抵抗の伝達特性を示す
図である。
【図4】従来の2次元固体撮像装置の構成を示すブロッ
ク図である。
【図5】図4に示した2次元固体撮像装置の動作を説明
するためのタイミング図である。
【符号の説明】
1 CCD撮像領域 2 CCD水平レジスタ 3 電荷検出部 4 出力アンプ 5 アンプゲート制御回路 6 映像信号処理回路 7 フレームメモリ 8 CCD駆動回路 9 蓄積時間制御回路 11 出力ゲート電極 12 フローティング・ディフュージョン領域 13 リセットゲート電極 14 リセットドレイン 15,16 ソースフォロア回路 17,18 MOS負荷抵抗(ロードトランジスタ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光量に応じた信号電荷を蓄積する撮
    像領域と、 前記信号電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間手段と、 前記蓄積時間内に蓄積された前記信号電荷を順次転送す
    る電荷転送手段と、 該電荷転送手段により転送されてきた前記信号電荷を電
    圧信号に変換する電荷検出部と、 該電荷検出部に接続され、前記電圧信号を映像信号とし
    て外部に出力する少なくとも1段以上のMOS−FET
    によるソースフォロア回路で構成された出力アンプと、 該出力アンプを構成するMOS負荷抵抗のゲートに接続
    されたアンプゲート制御回路とを具備することを特徴と
    する固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記MOS負荷抵抗がエンハンスメント
    型である、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記MOS負荷抵抗がデプレッション型
    である、請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の固体撮像装置を駆動す
    る方法であって、 前記アンプゲート制御回路から所定の制御電圧を発生さ
    せることにより、信号出力区間では前記MOS負荷抵抗
    をオン状態にして前記出力アンプを活動状態にし、信号
    蓄積期間では前記MOS負荷抵抗をオフ状態にして前記
    出力アンプを休止状態にすることを特徴とする固体撮像
    装置の駆動方法。
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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19991222