JPS6281184A - 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ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄ
ｅｖｉｃｅ　＋電荷結合素子）などを用いた固体撮像装
置の駆動方法に関するものであり、特に電子スチルカメ
ラ用などの固体撮像装置の飽和信号電荷量と感度を向上
させることが可能な固体撮像装置の信号読出方式に関す
るものである。

〈従来の技術〉 ビデオカメラ用の電荷転送型の固体撮像装置の転送方式
には、大きく分けてインターライン転送方式とフレーム
転送方式の２種があシ、これらの方式による固体撮像装
置を用いても電子スチルカメラを実現することが可能で
ある。

処で電子スチルカメラのように外部シャッタの使用を前
提とすれば、フレーム転送を採るにしても、ビデオカメ
ラに用いられる固体撮像装置に比−べて、この場合のフ
レーム転送用固体撮像装置は蓄積部を除いた構成のもの
も使用が可能となる。

蓄積部を除いたフレーム転送用固体撮像装置は第３図に
示すような構成をとる。すなわち、所定ピッチで平行に
並べられた複数本の垂直シフトレジスタ１と、これら垂
直シフトレジスタ１の信号を直列に出力するための電荷
転送型水平シフトレジスタ２より構成される。ここで垂
直シフトレジスタ１は撮像のための光電変換部を兼ねる
。第４図は第３図のＡ−Ａ’に沿う垂直シフトレジスタ
１の断面構造を示したもので、半導体基板３上に絶縁膜
を介して電荷転送のための電極４が３相駆動構造に配置
されている。第５図は上記垂直シフトレジスタ１の蓄積
電荷を転送するための駆動パルスｐ１〜ｐ３のタイミン
グを示したものである。第６図は各タイミングｔ１〜ｔ
３に於ける垂直シフトレジスタ内１のチャネル電位と信
号電荷の状態を示したものである。この例では、電極４
にはポリシリコン重ね合せゲート電極構造が用いられて
いるＯ 上記構造の固体撮像装置を備えた電子スチルカメラにお
いて、シャッターが開いているとき、駆動ハルスル１ハ
高レベル、ｐ２トｐ３ハ低レベルに保たれている。この
とき光電変換により発生した信号電荷はｐ１電極直下の
電位の井戸に蓄積される。タイミング１＝１１でシャッ
タが閉じ、このとき各電位の井戸には光信号の量に対応
した信号電荷が蓄積している。ｔ＝ｔ２で駆動パルスｐ
１が低レベルに、ｐ２が高レベルになることにより、信
号電荷はｐ２電極直下の電位の井戸に蓄積される。その
後は通常の３相駆動で、信号電荷は水平シフトレジスタ
側へ転送され、１ラインずつ水平シフトレジスタから読
み出されて行く。このようにして全画面の信号が垂直シ
フトレジスタ１から水平シフトレジスタ２を介して順次
読み出されて行くことになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 前述の方式では、駆動パルスｐｌ　、　ｐ２．　ｐ３が
印加される電極組のうちのひとつの電極直下に信号電荷
が蓄積されるため、信号電荷の蓄積面積は撮像領域のし
３に過ぎない。最大信号電荷量は信号電荷の蓄積面積に
依存するため、最大信号電荷量の増大によシダイナミン
クレンジの向上を図ろうとすれば、撮像領域を大きくす
る必要が生じ、チップ寸法の増大を招く。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、撮
像領域の面積を増大させることなく最大信号電荷量の増
大が図れる固体撮像装置の駆動方法を提供することを目
的とする。

そのため、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、所定の
ピッチで並べられ、その一部が光電変換部を兼ねる電荷
転送型垂直シフトレジスタと、この垂直シフトレジスタ
の信号を直列に出力するための電荷転送型水平シフトレ
ジスタとを備えた固体撮像装置の信号を読出す方法であ
って、上記光電変換部で発生し、上記垂直シフトレジス
タに蓄積した信号を、読出すべき画素の信号が蓄積され
た垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタ間に位置す
る垂直シフトレジスタに駆動パルスを印加することによ
り水平シフトレジスタに転送し、垂直シフトレジスタ内
の空き領域を順次拡大して読出し動作を進行させる。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図（ａ）は、本発明を適用した固体撮像装置の垂直
シフトレジスタの信号電荷の転送方向の断面を示し、第
１図（ｂ）〜（ｅ）は同装置の信号読出し動作時におけ
る各タイミングでのチャネル電位と信号電荷の状態を示
したものである。

固体撮像装置は、従来装置と同様に半導体基板５上に絶
縁膜６を介して電荷転送のための電極７が設けられてい
る。

ただし本実施例における固体撮像装置は、入射光を受け
て光量に対応した信号電荷を発生する光電変換機能をも
併せて備え、発生した電荷が電極７下の基板面に蓄積さ
れる。従って上記電極７は透光性を有する例えばポリシ
リコンを用いて形成され、撮像のための画素に対応して
信号電荷を発生するための広幅を有する画素電極φ１（
ｉ）と、該画素電極φ１ｏ）、φ１（ｉ＋１）間を分離
するための狭幅を有する分離電極φ２（ｉ）が交互に配
置されている。

即ち分離電極φ２（ｉ）は分離の役目を果せば充分であ
ることから狭い幅に設計され、その分画素信号量を増加
するために電極φ□０）側を広くする。

上記構造の固体撮像装置を電子スチルカメラに用いた場
合の動作を説明する０ まずシャッターが開いている状態で、画素電極φ１（１
）・・・φ□（８）・・・φ１（ｎ）には高レベル、分
離電極φ２（１）・・・φ２（う）・・・φ２（ｎ）に
は低レベルの駆動パルスが印加される。このとき入射光
に基いて光電変換により発生した信号電荷は第１図缶）
に示す如く、画素電極φ１ｍ””　１（＊）””　１（
Ｈ）直下の電位の井戸に蓄積される。シャッタが閉じた
あと、先ず水平シフトレジスタに隣接した第１番目の分
離電極φ２（１ｊが高レベルになって垂直シフトレジス
タと水平シフトレジスタを第１図（ｅ）の如く電気的に
結合する。次に第１画素電極φ曲と分離電極φ２（１）
が順次低レベルになって、第１図（ｄ）及び（ｅ）の如
く１番目の画素の信号電荷が水平シフトレジスタに転送
される０このとき垂直シフトレジスタの他の画素電極φ
１（２）〜φ１（ｋ）の信号電荷は転送されることなく
その位置で保持される。

全垂直シフトレジスタの第１番目の画素電極φ、（１）
から読出された信号電荷は水平シフトレジスタより直列
に読み出される。

次に２番目の画素における信号電荷の読出し動作を第２
図（ａ）〜（ｅ）に示す。

先ず既に読出しを終えて空になっている画素電極φ出）
を含めて、電極φ２（１戸φ１（１戸φ２（２）に高レ
ベルの駆動パルスを印加する。このとき第２の画素電極
φ１（２）直下に蓄積されていた信号電荷は、第２図色
）の如く電極φ２（１１１φ□（１戸φ２（２）直下に
拡がり、第２画素電極φ１（２）は水平シフトレジスタ
と電気的に結合される。しかる後、水平シフトレジスタ
と読出すべき画素電極間の各電極に対してφ１（２戸φ
２（２）・φｔ（１戸φ２（１）の順序で・第２図（ｅ
）〜（ｅ）の如く順次低レベルの駆動パルスを印加して
行くと、信号電荷は水平シフトレジスタへ転送される。

このようにして順次垂直シフトレジスタに占める空き領
域を拡大して行くことによシ、全信号電荷を読み出すこ
とができる。

たとえばに番目の画素の信号電荷はに一１番目の信号電
荷を読み出したあと、画素電極φ□（１）、φ、（２）
・・・φ　−および分離電極φ２（１）　Ｉφ２（２）
・・・φ２（ｋ）へ１（に　１） の印加パルスを高レベルにし、このあと該当画素電極か
らφ１（ｋ）ｌφ２（ｋ）Ｉφｔ（ｈ−ｘ）　Ｉφ２（
＊−ｘ）　ｔ”’φ１（１）、φ２（１）の順序で順次
低レベルの駆動パルスを印加する。

画素電極φ□（ｋ）直下の信号電荷を水平シフトレジス
タに転送するための駆動パルスの印加は、各画素電極に
おける信号電荷の転送が予め方向付けられている場合に
は、画素電極φ１億）と水平シフトレジスタ間の電極φ
１（財）蓋φ１（１）、φ２（ｋ）〜φ２（１）に−斉
に低レベルの駆動パルスを印加して、電極下に一旦拡げ
られた信号電荷を水平シフトレジスタに一斉に転送する
ことにより信号読出しすることもできる。

く効　果〉 以上本発明によれば、光電変換による信号電荷を発生さ
せるための画素電極を大きく設計すると置のダイナミッ
クレンジの向上を図ることができ、高品質の画像情報を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｅ）及び第２図（ａ）乃至（ｅ）は
本発明による固体撮像装置の要部断面図及び動作説明の
ための電位井戸の模式図、第３図はフレーム転送方式固
体撮像装置の要部ブロック図、第４図は第３図のＡ−Ａ
’断面図、第５図は従来の固体撮像装置の駆動パルスを
示す図、第６図（ａ）乃至（ｄ）は従来装置の電荷転送
動作を説明するための図である。 φ１（１）〜φ１擬）：画素電極　φ２（１）〜φ２（
ｋ）：分離電極 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）ＩＣＣ童１
シフトレジχり ＠３　　図 第４図 第５図　　ｔｌ　　１２　　ｔ３ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定ピッチで並べられ、その一部が光電変換部を兼
   ねる電荷転送型垂直シフトレジスタと、この垂直シフト
   レジスタの信号を直列に出力するための電荷転送型水平
   シフトレジスタとを備え、垂直シフトレジスタに駆動パ
   ルスを印加して蓄積電荷を読出す固体撮像装置の信号読
   出し方法において、 駆動パルスを、読出されるべき該当画素の信号が蓄積さ
   れた垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタ間に位置
   する垂直シフトレジスタに印加して、該当画素の信号電
   荷を水平シフトレジスタに転送し、垂直シフトレジスタ
   の空き領域を駆動パルスの印加に伴って順次拡大しなが
   ら読出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。