JPS6339283A - 固体撮像装置 - 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） 本発明は固体撮像装置に関し、特に雑音等の発生原因と
なる不要な信号電荷を排除する電荷掃出し機構を備える
ＣＣＤ型固体撮像装置に関する。

（従来技術） 従来のＣＣＤ　　（電荷転送素子）型固体撮像装置は、
第９図に示すものがある。同図はフレームトランスファ
方式によるＣＣＤ型固体撮像装置を示し、電荷転送方向
に延設された複数の垂直ＣＣＤより成る受光部ｌと、受
光部１で発生した信号電荷を一時的に蓄積する複数の垂
直ＣＣＤ　より成る蓄積部２及び、蓄積部２よりの信号
電荷を読み出すための水平ＣＣＤ　より成る読み出しシ
フトレジスタ３を備えている。

受光部ｌに光が照射されて信号電荷を所定時間で蓄積す
ると、その信号電荷の塊りは所定周期の転送クロック信
号による転送動作で蓄積部２に送られ、次に水平方向の
各ライン毎に読み出しシフトレジスタ３により順次出力
される。この読み出し期間中に、次の光照射による信号
電荷の蓄積が行われる。

このように、ＣＣＤの受光、蓄積、転送動作により被写
体の結像から電気的な映像信号を得ることができるよう
になっている。

（発明が解決しようとする間亀点） しかしながら、このようなＣＣＤ型固体撮像装置にあっ
ては、撮像による信号電荷を各フィールド毎あるいは各
フレーム毎に読み出す場合、例えば先のフィールビ読み
出しにおいて十分な信号電荷の読み出しが行なわれず、
残存した電荷が次のフィールド読み出しにおける信号電
荷に対する雑音となり、再生画像の劣下等を招来する問
題がある。

そこで、撮像する前に各々のフィールド抗み出しとは別
に再度の読み出し動作を行なって、不要な残存電荷を除
去する等の手段が考えられるが、このような手段によれ
ば、読み出しシフトレジスタ３による１ライン毎の読み
出し動作が遅いので、受光部ｌの受光時間が短かくなっ
て受光感度が低下したり、各々のＣＣＤに印加する転送
クロック信号の周波数を上げる必要性から構造が複雑に
なる等の問題を招来し、特に高感度、高解像度のＣＣＤ
型固体撮像装置の実現が困難となる。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであり
、不要な電荷を効率的に除去する、換言すれば優れた電
子シャッタ機能を備えるＣＣＤ型固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

このような目的を達成するために本発明は、撮像に際し
発生した信号電荷を所定の電荷転送方向へ転送する垂直
ＣＣＤを有するＣＣＤ型固体撮像装置ておいて、該電荷
転送方向と逆方向への電荷転送を該垂直ＣＣＤに行なわ
せる逆法送クロック信号を発生する手段と、該電荷転送
方向とは逆方向の転送動作により該垂直ＣＣＤの終端部
へ転送された電荷を排出するドレイン部とを備えること
により優れたシャッタ機能を実現したことを技術的要点
とする。

（実施例） 第１図は本発明による一実施例を示す全体構成図である
。まず、この実施例ではＮ形半導体基板上に形成された
Ｐ領域（Ｐｗｅｌｌ）に以下説明するＣＣＤ等が形成さ
れるものとする。同図において、略矩形状に形成された
フォトダイオード等の光電変換素子４が電荷転送方向Ｙ
及び水平転送方向ＸＫマトリックス状て配列され、水平
転送方向Ｘに並んだ各列の間に垂直ＣＣＤ５が交互に形
成されている。光電変換素子４は、飛越し水平走査にお
ける奇数フィールドの光電変換素子群４ａと、偶数フィ
ールドの光電変換素子群４ｂに分けられる。

各々の垂直ＣＣＤ５は、上面にポリシリコン層より成る
複数の転送ゲート電極６が電荷転送方向に並設され、各
々の光電変換素子４ａ、４ｂに対し２個の転送ゲート電
極が対応している。即ち、図示するように、奇数フィー
ルドに位置する光電変換素子４ａには転送ゲート電極６
ａ、６ｂ、偶数フィールドに位置する光電変換素子４ｂ
には転送ゲート電極６ｃ、６ｄが対応している。

図示していないが、同図中の上から偶数番目の転送チャ
ンネルと隣接する光電変換素子４との間には、光電変換
素子４に発生した！荷を垂直ＣＣＤ５へ転送するための
転送ゲートが設けられている。

各々４行を１組とする転送ゲート電極６は、各組毎に同
図中の上から項番に所定の転送クロック信号φｖ４’φ
ｖｌ’φ７□、φｖ３が印加されるように配線され、転
送クロック信号φ　、φＶ’ｌｌφ７□。

φｖ３は同期信号発生部７より供給される。

垂直ＣＣＤ５の先端部は、水平転送方向Ｘに延びるＣＣ
Ｄ　　より成る読み出しシフトレジスタ８に接続し、所
定のチャンネル長の転送チャンネルを形成する転送ゲー
ト電極群９に印加される２相転送クロック信号へ□、φ
Ｈ２’より出力端子側への電荷の転送が行なわれる。尚
、水平転送クロック信号φ□□、φＨ２は同期信号発生
部７より出力され、転送された信号電荷は出力ゲートＯ
Ｇを通り、出カッ２ツファ回路１０により電力増幅され
た後、出力端子ＯＵＴに出力される。

読み出しシフトレジスタ８に対して反対側に位置する垂
直ＣＣＤ５の終端部は、當時アースレベルに保持される
ポリシリコン層より成る転送ゲート１）を介して、水平
転送方向Ｘに延設されたドレイン部１２に接続している
。ビレイン部１２ば、Ｐ　ｗｅｌｌ内にイオン打ち込み
により形成されたＮ影領域からなり、常に電源電圧ｖｐ
ｐが印加されている。

次にかかる構成のＣＣＤ型固体撮像装置の作動を説明す
る。第２図は同期信号発生部７より発生する４相転送ク
ロック信号φ７□、φ７□、φｖ３’φｖ４のタイミン
グチャートを示す。同図において、期間ＴＲは不要な信
号電荷を排出するための逆転送モード期間、期間ＴＦは
露光により発生した信号電荷を映像信号として読み出す
ための撮像モード期間を示し、更に逆転送モード期間Ｔ
Ｒは２個のフィールド逆転送期間ＴＲＡ　、’ｒＲＢか
ら成っている。

まず、フィールド９逆転送期間ＴＲＡでは、Ａフィール
ドの行に位置する光電変換素子４ａの電荷が排出される
。

即ち１時点ｔａｌないしｔａ２において転送クロック信
号φ７□、φｖ２が′″Ｈ″Ｈ″レベル、更にその期間
中の所定期間ＴＸＩＬで転送クロック信号φ７、がより
高い電圧しＲルとなることにより、図示しない転送ゲー
トが開き、光電変換素子４ａから転送ゲート電極６ｂに
よる転送チャンネルへ電荷が掃き出される。次に、時点
ｔａ２からｔｂｔまでの間に、所定タイミングの４相転
送クロック信号φｖ１〜φｖ４により、垂直ＣＣＤ５が
転送動作を行なう。

この転送動作のタイミングチャートを拡大して示す第３
図と、垂直ＣＣＤ５に形成されるポテンシャルプロファ
イルを示す第４図にて詳述すると、第３図に示す周期で
乙のタイミングで４相転送クロック信号φｖ１〜φｖ４
が繰り返されることによって、時点１ａ□。よ！！’　
ｔａ２□、時点ｔユ２□よりｔａ□２、時点ｔａ２２よ
りｔ４□３、時点ｔａ２３より１ａ□４毎に第４図に示
スようなポテンシャルプロファイルが形成され、電荷は
矢印で示すように一しイン部１２側へ排出される。この
時の電荷は負であシ、トルイン部１２は正の電圧ｖＤＤ
Ｋ保持されているので、電荷は再結合し除去される。

次に、フィールド逆転送期間ＴＲＢでは、偶数フィール
ドの行に位置する光電変換素子４ｂの電荷が排出される
。

即ち、時点ｔｂｌないしｔｂ□において転送クロック信
号φｖ３’φｖ４がＨ”レベルとなり、更にその期間中
の所定期間Ｔｘｂで転送クロック信号φｖ３がより高い
電圧レベルとなることにより、図示しない転送ゲートが
開き、光電変換素子４ｂから転送ゲート電極６ｄによる
転送チャンネルへ電荷が掃き出される。そして、時点ｔ
ｂ２からｔｂａまでの間に、第５図に拡大して示す周期
τｂ毎の繰り返しタイミングの４相転送クロック信号φ
ｖ１〜φｖ４に同期して、電荷の排出し動作が行なわれ
る。

即ち、時点ｔｂ２Ｇ　（第２図の時点ｔｂ２に対応する
）よりｔｂ２１、時点ｔｂ２１より”ｂ２２、時点ｔｂ
２２よりｔｂ２３、時点ｔｂ２３よりｔｂ２４毎に第６
図に示すようなポテンシャルプロファイルが形成され、
電荷は矢印に示すようにドレイン部１２側へ排出され、
電荷は再結合によって除去される。

このように、不要な電荷は逆転送モード期間に発生され
る逆転送クロック信号φ７□〜φｖ４に同期して垂直Ｃ
ＣＤ５より直接にビレイン部１２へ排出されるので、極
めて短時間で排出動作が完了する。

したがって、挑めて優れた電子シャッタの効果を得るこ
とができる。

逆転送モード期間ＴＲが経過すると、撮像モード期間Ｔ
、における時点ｔｂ３よりｔｆｔの所定期間において露
光が行なわれ、第２図に示すように、転送クロック信号
φ７□、φｖ４を“Ｈ″レベルすることにより、奇数フ
ィールドに位置する光電変換素子４ａの信号電荷が転送
ゲート電極６ａ。

６ｂに対応する転送チャンネルに蓄積される。そして、
時点ｔｆｌより　ｔｆ２までの間に、電荷転送方向Ｙに
作動させる４相転送クロック信号φｖ１〜φｖ４に同期
して１水平ライン毎に電荷の塊りが読み出しシフトレジ
スタ８へ転送され、且つ、次に２相転送クロック信号φ
□０．φＨ２に同期してｌ水平ライン毎に出力端子ＯＵ
Ｔへ読み出され、この動作が繰り返されることで奇数フ
ィールドの映像信号を得ることができる。

第７図は、奇数フィールドの読み出し走査ておいて信号
電荷を１単位セル分だけ電荷転送方向Ｙへ移動させるた
めの４相転送クロック信号φｖ１〜φｖ４のタイミング
チャート、第８図は第７図に示す期間τＦにおける各時
点での垂直ＣＣＤ５のポテンシャルプロファイルを示す
。

次の偶数フィールドの抗み出し走査も同様であり、第２
図に示す奇数フィールド走査の期間ｔｂ３〜ｔ４２に相
当する作動が期間ｔｆ２〜ｔｆ３において行なわれるこ
とにより、実施される。尚、偶数フィールド走査におけ
る露光では、光電変換素子４ｂで発生する信号電荷を集
積するために、転送ダート電極６ｃ　、６ｄをＨ“レイ
ル、転送ゲート電極ｆｉａ、６ｂを”Ｌ″レベル電位に
する。

そして、再び次の撮像が行なわれる場合は、逆転送モー
ド期間ＴＲから動作が繰り返され、不要電荷が排除され
た後、露光が行なわれる。

以上説明したように、この実施例によれば、不要電荷の
排除は、読み出しシフトレジスタを使用しないで直接に
ドレイン部を介して行なわれるので、極めて短時間で完
了し、高速な電子シャッタ機能を得ることができる。

又、高解像度に伴う光電変換素子数の増加、即ち画素数
の増加があっても、高速な電子シャッタ機能が損われる
ことはない。尚、逆転送モード期間ＴＲにおいて逆転送
動作させる逆転送クロック信号φ７□〜φｖ４の周波数
は、撮像モード朝間ＴＦにおいて通常の転送動作を行な
う際の転送クロック信号φ７□〜φｖ４の周波数よりも
高いことが好ましい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、撮像に際し発生し
た信号電荷を所定の電荷転送方向へ転送する垂直ＣＣＤ
を有し、該電荷転送方向と逆方向への電荷転送を該垂直
ＣＣＤに行なわせる逆転送クロック信号を発生する手段
と、該電荷転送方向とは逆方向の転送動作により該垂直
ＣＣＤの終端部へ転送された電荷を排出するドレイン部
を備えたので、露光を行なう直前において不要な！荷を
排除することができ、極めて優れた電子シャッタ機能を
得ることができる。

又、構造が薄紫であり、更に画素数が増加しても高速な
電子シャッタ機能を損うことがないので、高解像度にし
て雑音の少ない高画質の固体撮像装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の全体構
成を示す構成図、第２図は第１図の実施例の作動を示す
タイミングチャート、　Ｍ３図は第２図における奇数フ
ィールド走査に対応する逆転送期間のタイミングチャー
トの一部を拡大して示すタイミングチャート、第４図は
第３図のタイミングチャートに従って形成される垂直Ｃ
ＣＤのポテンシャルプロファイルを示す説明図、第５図
は第２図における偶数フィールド走査に対応する逆転送
期間のタイミングチャートの一部を拡大して示すタイミ
ングチャート、第６図は第５図のタイミングチャートに
従って形成される垂直ＣＣＤのポテンシャルプロファイ
ルを示す説明図、第７図は第２図の撮像モード期間にお
ける実施例の作動を示すタイミングチャート、第８図は
第７図のタイミングチャートに従って垂直ＣＣＤ　Ｋ形
成されるポテンシャルプロファイルを示す説明図、第９
図は従来の固体撮像装置の一例を示す構成図である。 ４：光電変換素子 ５：垂直Ｃ０Ｄ ６：転送ゲート電極 ７：同期信号発生部 ８：読み出しシフトレジスタ ９：転送ゲート電極 １２ニド”レイン部 ；；　　　３　　　ｒｌ 第　　４　　図 第　　５　　ズ 第　　６　　図 第７図 第　　８　　図 第　　９　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像に際し発生した信号電荷を所定の電荷転送方
   向へ転送する垂直ＣＣＤを有するＣＣＤ型固体撮像装置
   において、該電荷転送方向と逆方向への電荷転送を該垂
   直ＣＣＤに行なわせる逆転送クロック信号を発生する手
   段と、該電荷転送方向とは逆方向の転送動作により該垂
   直ＣＣＤの終端部へ転送された電荷を排出するドレイン
   部とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）前記逆転送クロック信号の周波数は、前記所定の
   電荷転送方向への転送動作のための転送クロック信号の
   周波数より高いことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体撮像装置。