JPH11355663A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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- JPH11355663A JPH11355663A JP10156944A JP15694498A JPH11355663A JP H11355663 A JPH11355663 A JP H11355663A JP 10156944 A JP10156944 A JP 10156944A JP 15694498 A JP15694498 A JP 15694498A JP H11355663 A JPH11355663 A JP H11355663A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
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Abstract
際に、取扱電荷量の減少を極力抑えることができる固体
撮像素子の駆動方法を提供する。 【解決手段】 垂直方向に4系統の転送電極φ1〜φ4
を配置してなる垂直電荷転送部に対し、垂直転送周期内
の各期間t1〜t8で4系統の転送電極φ1〜φ4に高
(H)レベルの駆動パルスを選択的に印加するに際し、
高レベルの駆動パルスが印加される転送電極φ1〜φ4
の系統数が最少となる期間t2,t4,t6,t8を、
他の期間t1,t3,t5,t7よりも長く設定した。
Description
動方法に係り、特に、IT(インターライン転送)型の
CCD固体撮像素子の駆動方法に関する。
おいて、例えば4系統の転送電極を有する垂直電荷転送
部(垂直シフトレジスタ)で信号電荷を転送する場合、
水平ブランキング期間に1ライン分の信号電荷の転送
を、通常、8つの期間からなる垂直転送周期内で行って
いる。その際、各々の期間では、上記4つの転送電極に
高レベルの駆動パルスを選択的に印加することにより、
各系統の転送電極の下に形成されるポテンシャル井戸の
深さを制御し、これに伴う信号電荷の移動により、垂直
方向への信号電荷の転送を実現している。ところで、信
号電荷の読出し方式やCCDの構造が、インタレース読
出しから全画素独立読出しになる場合や、電子ズームお
よび手振れ補正に対応する場合などでは、垂直電荷転送
部での電荷転送を通常よりも高速で行うことが要求され
る。
荷転送部での転送速度が速くなると、それにつれて転送
電荷が垂直電荷転送部に蓄積される期間が短くなる。そ
うすると、垂直電荷転送部での取扱電荷量が減少し、転
送効率の低下を招く虞れがある。特に、CCDエリアセ
ンサに関しては、動画用,静止画用ともに、高画質を実
現すべく多画素化が要求される面があり、この多画素化
における全画素独立読出しへの対応や、電子ズーム及び
手振れ補正などへの要求に応えていく必要がある。した
がって、垂直電荷転送部での転送速度は今後も上がるこ
とが必至であり、その際に垂直電荷転送部における取扱
電荷量の減少を抑える有効な対策が望まれている。
れたもので、その目的とするところは、垂直電荷転送部
で高速に信号電荷を転送する際に、取扱電荷量の減少を
極力抑えることができる固体撮像素子の駆動方法を提供
することにある。
方向に二次元配列された複数個のセンサ部と、これら複
数個のセンサ部間に配列されかつその配列方向に複数系
統の転送電極を配置してなる垂直電荷転送部とを備え、
垂直転送周期内の各期間で前記複数系統の転送電極に高
レベルの駆動パルスを選択的に印加することにより、前
記複数個のセンサ部から読み出された信号電荷を垂直方
向に転送する固体撮像素子の駆動方法において、前記垂
直転送周期内で、前記高レベルの駆動パルスが印加され
る転送電極の系統数が最少となる期間を、他の期間より
も長く設定したものである。
垂直転送周期内の各期間で複数系統の転送電極に高レベ
ルの駆動パルスを印加するに際し、高レベルの駆動パル
スが印加される転送電極の系統数が最少となる期間(以
下、最少期間)を、他の期間よりも長く設定したこと
で、転送方向にみた電荷蓄積領域が最少期間で、より大
きく確保されるようになる。
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図1はIT型のC
CDエリアセンサとその駆動系の構成を示す概略図であ
る。図において、センサ部1は、例えばフォトダイオー
ドからなるもので、水平及び垂直方向に二次元配列され
ている。各々のセンサ部1は、これに入射した入射光
を、その光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積
するものである。また、各々のセンサ部1間には、それ
ぞれ垂直方向に沿って複数本の垂直電荷転送部2が配列
されている。各々の垂直電荷転送部2は、CCD(Charg
e Coupled Device) によって構成され、その配列方向に
は4系統の転送電極が配置されている。これらの垂直電
荷転送部2は、駆動回路3から与えられる4相の垂直駆
動パルスφV1〜φV4により駆動し、垂直帰線期間の
一部で読出しゲート部4を介して各センサ部1から読み
出された信号電荷を垂直方向に転送するものである。
には、これと直交する方向、即ち水平方向に沿って水平
電荷転送部5が配設されている。この水平電荷転送部5
は、駆動回路3から与えられる2相の水平駆動パルスφ
H1,φH2により駆動し、1水平走査線期間のある特
定の期間、例えば水平帰線期間中に、垂直電荷転送部2
から供給された信号電荷を水平方向に転送するものであ
る。また、水平電荷転送部5の出力側(電荷転送方向)
には、水平転送されてきた信号電荷を検出して信号電圧
に変換する、例えばFDA(フローティング・ディフュ
ージョン・アンプ)からなる電荷検出部6が配設されて
いる。
法との比較対象として、4相駆動の垂直転送時のタイミ
ングチャートを図2に、またこれに対応した信号電荷の
転送イメージを図3にそれぞれ示す。なお、ここでは4
相の垂直駆動パルスφV1〜φV4がそれぞれ高レベル
(H)と低レベル(L)の2値をとるものとし、また1
ライン分の信号電荷の転送が、8つの期間(t1〜t
8)からなる垂直転送周期内で行われる場合を例に挙げ
て説明する。また、図3においては、上記垂直電荷転送
部2の4系統の転送電極φ1,φ2,φ3,φ4に対し
て、それぞれに対応する垂直駆動パルスφV1,φV
2,φV3,φV4が駆動回路3から印加されるものと
する。
V1,φV2が高レベルとなっているため、転送電極φ
1,φ2の下に深いポテンシャル井戸が形成され、そこ
に信号電荷が蓄積された状態となり、この状態で垂直転
送周期(t1〜t8)に遷移する。
なると、深いポテンシャル井戸が転送電極φ1,φ2,
φ3に亘って広がるため、それらの転送電極φ1,φ
2,φ3の下に信号電荷が蓄積される。次に、期間t2
でφV1が低レベルになると、転送電極φ1の下のポテ
ンシャル井戸が浅くなるため、転送電極φ2,φ3の下
に信号電極が蓄積される。次いで、期間t3でφV4が
高レベルになると、深いポテンシャル井戸が転送転電極
φ2,φ3,φ4に亘って広がるため、それらの転動電
極φ2,φ3,φ4の下に信号電荷が蓄積される。
ると、転送電極φ2の下のポテンシャル井戸が浅くなる
ため、転送電極φ3,φ4の下に信号電荷が蓄積され
る。次に、期間t5でφV1が高レベルになると、深い
ポテンシャル井戸が転送電極φ3,φ4,φ1に亘って
広がるため、それらの転送電極φ3,φ4,φ1の下に
信号電荷が蓄積される。次いで、期間t6でφV3が低
レベルになると、転送電極φ3の下のポテンシャル井戸
が浅くなるため、転送電極φ4,φ1の下に信号電荷が
蓄積される。
ると、深いポテンシャル井戸が転送電極φ4,φ1,φ
2に亘って広がるため、それらの転送電極φ4,φ1,
φ2の下に信号電荷が蓄積される。そして最終の期間t
8でφV4が低レベルになると、転送電極φ4の下のポ
テンシャル井戸が浅くなるため、転送電極φ1,φ2の
下に信号電荷が蓄積される。以上で、垂直電荷転送部2
における1ライン分の信号電荷が垂直方向に転送され
る。
上げるには、上述した垂直転送周期での8期間トータル
の転送時間Tを短くする必要がある。そうした場合、図
2に示す駆動方法では、垂直転送周期内の各期間t1〜
t8において、それぞれ1期間あたりの転送時間が均等
であるため、転送速度の高速化を図るべく、1ライン分
の転送時間を短くすると、当然に1期間あたりの転送時
間も短くなる。
取扱電荷量は、上記1期間あたりの転送時間が短くなる
につれて減少していく傾向にある。図4は垂直電荷転送
部2における取扱電荷量と転送速度(Vφspeed)
の相関図である。図において、転送速度(Vφspee
d)については、ある基準クロックを1bitとし、1
期間あたりの転送速度をbit単位で表したもので、b
it数が少ない(ゼロに近い)ほど転送速度が速いこと
を意味している。この図からも、1期間の転送速度が速
くなるほど(1期間あたりの転送時間が短くなるほ
ど)、取扱電荷量が減少していく様子が分かる。
ると、仮にセンサ部1に多くの信号電荷を蓄積できたと
しても、その信号電荷を垂直電荷転送部2で転送しきれ
なくなって、いわゆる転送残りが発生し、転送効率の低
下を招く虞れがある。
電荷転送部2での取扱電荷量が転送方向(垂直方向)に
みた電荷蓄積領域の大きさに依存し、さらにその電荷蓄
積領域の大きさが転送方向においてポテンシャル井戸が
深く形成される転送電極の系統数に依存することに着目
し、以下のような駆動方法を採用することとした。すな
わち、上述のように4相の垂直駆動パルスφV1,φV
2,φV3,φV4を用いて8期間(t1〜t8)で1
ラインの信号電荷を垂直転送する場合を例にとると、各
々の期間t1〜t8のなかで、垂直駆動パルスが高レベ
ルになる転送電極の系統数が最も少ない期間は、その系
統数が2系統になる期間t2,t4,t6,t8であ
る。
し、垂直駆動パルスが高レベルになる転送電極の系統数
が最少となる期間を、他の期間よりも長くなるように設
定することとした。具体的には、図5のタイミングチャ
ートに示すように、垂直駆動パルスが高レベルになる転
送電極の系統数が2系統となる期間t2,t4,t6,
t8を、同系統数が3系統となる期間t1,t3,t
5,t7よりも長く設定している。ただし、8期間トー
タルの転送時間Tは、上記図2のタイミングチャートと
同じに設定している。つまり、図2に示す駆動タイミン
グに比較して、期間t2,t4,t6,t8を延長した
分だけ、他の期間t1,t3,t5,t7を短縮してい
るのである。
る転送電極の系統数が最少となる期間t2,t4,t
6,t8を、他の期間t1,t3,t5,t7よりも長
くなるように設定することにより、期間t2,t4,t
6,t8においては、転送方向にみた電荷蓄積領域が、
より大きく確保されるようになる。また、期間t1,t
3,t5,t7に関しては、垂直駆動パルスが高レベル
になる転送電極の系統数が3系統となっているため、こ
の系統数との兼ね合いで、転送方向にみた電荷蓄積領域
の大きさが期間t2,t4,t6,t8でのそれよりも
小さくならない程度に各期間を短縮することにより、垂
直電荷転送部2での取扱電荷量への影響を回避できる。
トータルの転送時間を変えることなく、垂直電荷転送部
2での取扱電荷量を増大させることができるため、例え
ば手振れ補正への対応として、垂直電荷転送部2で信号
電荷を高速に転送する際に、取扱電荷量の減少を極力抑
えることが可能となる。
いて、先の図2に示した駆動タイミングと図5に示した
駆動タイミングで垂直電荷転送部2の転送電極を実際に
駆動して改善度合いを検証してみたところ、図6に示す
ような結果が得られた。なお、図6においては、図2の
駆動タイミングに対応する測定結果を●印、図5の駆動
タイミングに対応する測定結果を○印で示してある。ま
た、転送速度(Vφspeed)については、期間t
2,t4,t6,t8の延長分を1bitとし、1期間
あたりの転送時間をbit単位で表している。よって、
例えば図中下向きの矢印で示す位置では、1期間を4b
itで転送するのに対し、1bit分を延長して駆動す
ることを意味する。この図から、取扱電荷量が減少傾向
に転じる辺りから徐々に効果が現れ、さらにその効果度
合いは転送速度が速くなるにつれて大きくなっているこ
とが容易に理解できる。
直転送周期の転送時間を変えることなく、垂直電荷転送
部での取扱電荷量を増大させることができるため、例え
ば、多画素化における全画素独立読出しへの対応や、電
子ズーム及び手振れ補正などへの対応、さらには垂直転
送段数の増加への対応など、垂直電荷転送部で信号電荷
を高速で転送する場合に、取扱電荷量の減少を極力抑え
ることが可能となる。
成を示す概略図である。
転送時のタイミングチャートである。
イメージ図である。
の相関図である。
転送時のタイミングチャートである。
する図である。
φV3,φV4…垂直駆動パルス、φ1,φ2,φ3,
φ4…転送電極
Claims (1)
- 【請求項1】 水平及び垂直方向に二次元配列された複
数個のセンサ部と、これら複数個のセンサ部間に配列さ
れかつその配列方向に複数系統の転送電極を配置してな
る垂直電荷転送部とを備え、垂直転送周期内の各期間で
前記複数系統の転送電極に高レベルの駆動パルスを選択
的に印加することにより、前記複数個のセンサ部から読
み出された信号電荷を垂直方向に転送する固体撮像素子
の駆動方法において、 前記垂直転送周期内で、前記高レベルの駆動パルスが印
加される転送電極の系統数が最少となる期間を、他の期
間よりも長く設定したことを特徴とする固体撮像素子の
駆動方法。
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