JP2645928B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging deviceInfo
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- JP2645928B2 JP2645928B2 JP3188847A JP18884791A JP2645928B2 JP 2645928 B2 JP2645928 B2 JP 2645928B2 JP 3188847 A JP3188847 A JP 3188847A JP 18884791 A JP18884791 A JP 18884791A JP 2645928 B2 JP2645928 B2 JP 2645928B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合型の固体撮像
素子を用いた固体撮像装置に関するもので、特に、装置
の入力レンジの拡大に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device using a charge-coupled solid-state imaging device, and more particularly, to an expansion of an input range of the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は、電荷結合型の固体撮像素子を用
いた固体撮像装置の構成を示すブロック図で、図6は、
撮像部Iに供給される転送クロックのタイミング図であ
る。フレームトランスファ方式のCCD固体撮像素子1
は、照射された映像パターンに応じた情報電荷を発生す
る撮像部I、一画面分の情報電荷を蓄積する蓄積部S及
び情報電荷を水平方向に転送出力する水平転送部Hから
なり、水平転送部Hの出力側に設けられるフローティン
グディフュージョンアンプにより電荷量を電圧値に変換
して出力する。この固体撮像素子1には、各部に転送ク
ロックを供給する駆動回路2が接続され、排出転送クロ
ック発生部2R及び読出転送クロック発生部2Fから出
力される排出転送クロックφRと読出転送クロックφFと
が合成されて転送クロックφIが撮像部Iに入力される
と共に、蓄積転送クロック発生部2S及び水平転送クロ
ック発生部2Hから蓄積部S及び水平転送部Hにそれぞ
れ蓄積転送クロックφS及び水平転送クロックφHが入力
される。これら、各駆動クロックの作用により、撮像部
Iに発生する情報電荷は、所定のタイミングで一旦排出
駆動され、その後に撮像部Iに蓄積される。そして情報
電荷は、一画面毎に撮像部Iから蓄積部Sに転送された
後、蓄積部Sの情報電荷が一行毎に水平転送部Hを介し
てシリアルに出力されるように構成される。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a solid-state imaging device using a charge-coupled solid-state imaging device.
FIG. 4 is a timing chart of a transfer clock supplied to an imaging unit I. Frame transfer type CCD solid-state imaging device 1
Is composed of an imaging unit I that generates information charges according to the illuminated video pattern, a storage unit S that stores information charges for one screen, and a horizontal transfer unit H that transfers and outputs information charges in the horizontal direction. The charge amount is converted into a voltage value by a floating diffusion amplifier provided on the output side of the section H and output. The solid-state imaging device 1 is connected to a drive circuit 2 that supplies a transfer clock to each unit, and outputs a discharge transfer clock φ R and a read transfer clock φ F output from a discharge transfer clock generator 2R and a read transfer clock generator 2F. And the transfer clock φ I is input to the imaging unit I, and the accumulated transfer clock φ S and the horizontal transfer clock are respectively transmitted from the accumulated transfer clock generation unit 2S and the horizontal transfer clock generation unit 2H to the accumulation unit S and the horizontal transfer unit H. Transfer clock φ H is input. The information charges generated in the imaging unit I by the operation of each of the driving clocks are once driven to be discharged at a predetermined timing, and then accumulated in the imaging unit I. Then, the information charges are transferred from the imaging unit I to the storage unit S for each screen, and then the information charges in the storage unit S are output serially via the horizontal transfer unit H for each row.
【0003】駆動回路2には、固体撮像素子1の転送の
タイミングを決定するためのリバースシフトタイミング
RT、フレームシフトタイミングFT及びラインシフト
タイミングLTがタイミング制御回路3から供給され
る。このタイミング制御回路3は、リバースシフトタイ
ミング発生部3R、フレームシフトタイミング発生部3
F及びラインシフトタイミング発生部3Lからなり、そ
れぞれ垂直走査信号VD及び水平走査信号HDに基づく
タイミングで動作する。フレームシフトタイミングFT
を作成するフレームシフトタイミング発生部3Fは、垂
直走査周期で動作し、各垂直走査期間の終端に撮像部I
から蓄積部Sへの情報電荷の転送タイミングを設定す
る。一方、リバースシフトタイミングRTを作成するリ
バースシフトタイミング発生部3Rは、フレームシフト
タイミング発生部3Fと同一周期で動作し、垂直走査期
間の途中に情報電荷の排出タイミングを設定する。この
排出タイミングは、固体撮像素子1の出力レベルを判定
する露光制御回路4の出力に基づいて決定され、固体撮
像素子1の出力レベルが一定の範囲内に収められる。即
ち、撮像部Iの情報電荷の排出完了から読出開始までの
期間に設定される蓄積期間は、排出タイミングを早める
と長くなり、遅らせると短くなるため、固体撮像素子1
の出力レベルが小さいときには排出タイミングを早めて
蓄積期間を伸長し、逆に出力レベルが大きいときには排
出タイミングを遅らせて蓄積期間を短縮するように構成
される。そして、ラインシフトタイミングLTを作成す
るラインシフトタイミング発生部3Lは、水平走査周期
で動作し、蓄積部Sから水平転送部Hへの一行毎の情報
電荷の転送タイミングを設定する。従って、撮像部Iに
蓄積される情報電荷は、一画面単位で各垂直走査期間に
撮像部Iから蓄積部Sに転送され、蓄積部Sに蓄積され
た情報電荷は、水平走査期間毎に一行単位で蓄積部Sか
ら水平転送部Hに転送されてシリアルに出力される。[0005] A drive circuit 2 is supplied with a reverse shift timing RT, a frame shift timing FT, and a line shift timing LT for determining the transfer timing of the solid-state imaging device 1 from a timing control circuit 3. The timing control circuit 3 includes a reverse shift timing generator 3R and a frame shift timing generator 3R.
F and a line shift timing generator 3L, and operate at timings based on the vertical scanning signal VD and the horizontal scanning signal HD, respectively. Frame shift timing FT
Is operated in the vertical scanning cycle, and the imaging unit I is provided at the end of each vertical scanning period.
The transfer timing of the information charges from the storage unit S to the storage unit S is set. On the other hand, the reverse shift timing generator 3R that generates the reverse shift timing RT operates in the same cycle as the frame shift timing generator 3F, and sets the discharge timing of the information charges in the middle of the vertical scanning period. This discharge timing is determined based on the output of the exposure control circuit 4 that determines the output level of the solid-state imaging device 1, and the output level of the solid-state imaging device 1 is kept within a certain range. That is, the accumulation period set from the completion of the discharge of the information charges of the imaging unit I to the start of the readout becomes longer when the discharge timing is advanced, and becomes shorter when the discharge timing is delayed.
When the output level is low, the discharge timing is advanced to extend the accumulation period, and when the output level is high, the discharge timing is delayed to shorten the accumulation period. Then, the line shift timing generator 3L that generates the line shift timing LT operates in the horizontal scanning cycle, and sets the transfer timing of the information charges for each row from the storage unit S to the horizontal transfer unit H. Therefore, the information charges accumulated in the imaging unit I are transferred from the imaging unit I to the accumulation unit S in each vertical scanning period in one screen unit, and the information charges accumulated in the accumulation unit S are stored in one line every horizontal scanning period. The data is transferred from the storage unit S to the horizontal transfer unit H in units and output serially.
【0004】図7は、固体撮像素子1の撮像部Iを駆動
する転送クロックの波形図で、図8は、撮像部Iのポテ
ンシャルの状態図であり、それぞれ情報電荷を排出駆動
する場合を示す。固体撮像素子1の撮像部Iは、一部分
がオバーラッピングする2層構造の転送電極G1〜G4
を有し、4相の転送クロックφI1〜φI4によりパルス駆
動される。排出駆動時の転送クロックφI1〜φI4は、図
7に示すように、それぞれ1/4周期ずれた位相に設定
され、例えば、−8Vから5Vの間で変動する。FIG. 7 is a waveform diagram of a transfer clock for driving the image pickup section I of the solid-state image pickup device 1. FIG. 8 is a state diagram of the potential of the image pickup section I, each showing a case where information charges are driven to discharge. . The imaging unit I of the solid-state imaging device 1 includes transfer electrodes G1 to G4 having a two-layer structure that partially overlap.
And pulse-driven by four-phase transfer clocks φ I1 to φ I4 . As shown in FIG. 7, the transfer clocks φ I1 to φ I4 at the time of the ejection drive are each set to a phase shifted by 1 / period, and fluctuate, for example, between −8V and 5V.
【0005】蓄積期間中は、図7のタイミングT0に示
すように、転送クロックφI1、φI2がH、転送クロック
φI3、φI4がLに固定され、図8に示すように、転送電
極G3、G4の下にポテンシャル障壁が形成されて転送
電極G1、G2の下に情報電荷が蓄積される。タイミン
グT1で転送クロックφI2、φI4がそれぞれ反転する
と、転送電極G2の下にポテンシャル障壁が形成される
と共に転送電極G4の下にポテンシャルが深く形成さ
れ、情報電荷が転送電極G4、G1の下に転送される。
続いて、タイミングT2で転送クロックφI1、φI3が反
転すると、転送電極G1の下にポテンシャル障壁が形成
されると共に転送電極G3の下にポテンシャルが深く形
成され、転送電極G3、G4の下に情報電荷が転送され
る。このように、タイミングT1、T2の過程を経て転
送電極G1、G2の下に蓄積された情報電荷が転送電極
G3、G4の下に転送される。During the accumulation period, as shown at timing T0 in FIG. 7, the transfer clocks φ I1 and φ I2 are fixed at H, the transfer clocks φ I3 and φ I4 are fixed at L, and as shown in FIG. A potential barrier is formed under G3 and G4, and information charges are accumulated under transfer electrodes G1 and G2. When the transfer clocks φ I2 and φ I4 are inverted at the timing T1, a potential barrier is formed below the transfer electrode G2 and a deep potential is formed below the transfer electrode G4, so that information charges are transferred below the transfer electrodes G4 and G1. Is forwarded to
Subsequently, when the transfer clocks φ I1 and φ I3 are inverted at the timing T2, a potential barrier is formed below the transfer electrode G1, and a deep potential is formed below the transfer electrode G3. Information charges are transferred. As described above, the information charges accumulated under the transfer electrodes G1 and G2 through the process of the timings T1 and T2 are transferred under the transfer electrodes G3 and G4.
【0006】以上のような過程で情報電荷が転送される
際には、撮像部Iのチャネル領域に隣接する分離領域内
のオーバーフロードレインに高電位が与えられてチャネ
ル領域とオーバーフロードレインとの間のポテンシャル
障壁が消滅されるため、情報電荷が転送される度にオー
バーフロードレインに排出される。従って、適数ビット
転送された段階で情報電荷の排出が完了することにな
る。When the information charges are transferred in the above-described process, a high potential is applied to the overflow drain in the isolation region adjacent to the channel region of the imaging unit I, and the potential between the channel region and the overflow drain is increased. Since the potential barrier disappears, the information charge is discharged to the overflow drain every time the information charge is transferred. Therefore, the discharge of the information charges is completed at the stage when the appropriate number of bits have been transferred.
【0007】このように、チャネル領域内の情報電荷を
読み出し方向とは逆の方向に転送しながらオーバーフロ
ードレインに排出する情報電荷の排出方法については、
特願平1−157369号に提案している。As described above, a method of discharging the information charges in the overflow drain while transferring the information charges in the channel region in the direction opposite to the reading direction is described below.
It is proposed in Japanese Patent Application No. 1-157369.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述したような固体撮
像素子1においては、チャネル領域とオーバーフロード
レインとの間のポテンシャル障壁を完全に消滅させるた
めに必要なオーバーフロードレインの電位が極めて高く
なるが、素子の耐圧の関係から固体撮像素子1の転送電
極やオーバーフロードレインに高電圧を印加することは
好ましくない。そこで、情報電荷の排出時にオーバーフ
ロードレインに印加する電圧を低減する方法として、チ
ャネル領域とオーバーフロードレインとの間隔を縮小し
てポテンシャル障壁が消滅しやすいようにすることが考
えられるが、チャネル領域とオーバーフロードレインと
の間隔を縮小すると、この領域に形成されるポテンシャ
ル障壁の高さにばらつきが生じ易くなるため、各画素毎
の飽和レベルが不均一となり、ビットむらが発生する。
このようなビットむらは、インタレース駆動の際にフリ
ッカを発生させると共に、カラーフィルタが装着される
場合には色むらの原因となる。In the solid-state imaging device 1 as described above, the potential of the overflow drain required to completely eliminate the potential barrier between the channel region and the overflow drain becomes extremely high. It is not preferable to apply a high voltage to the transfer electrode and the overflow drain of the solid-state imaging device 1 because of the breakdown voltage of the device. Therefore, as a method of reducing the voltage applied to the overflow drain when the information charges are discharged, it is conceivable to reduce the distance between the channel region and the overflow drain so that the potential barrier is easily eliminated. If the distance from the drain is reduced, the height of the potential barrier formed in this region is likely to vary, so that the saturation level of each pixel becomes non-uniform and bit unevenness occurs.
Such bit unevenness causes flicker at the time of interlace driving and causes color unevenness when a color filter is mounted.
【0009】そこで本発明は、固体撮像素子に発生する
ビットむらを抑圧し、再生画面の画質の低下を防止する
ことを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress bit unevenness occurring in a solid-state image sensor and prevent deterioration in image quality of a reproduced screen.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、一方向に延在する複数のチャネル領域が半導体基板
の一主面に分離領域により互いに分離された状態で配列
されると共に、過剰電荷を吸収するドレイン領域が上記
チャネル領域に隣接して配置され、上記チャネル領域と
交差する複数の転送電極が上記チャネル領域に沿って配
列される電荷結合型の固体撮像素子と、第1のタイミン
グで上記複数の転送電極に一定の位相差が与えられた第
1の多相のクロックパルスをそれぞれ供給し、上記半導
体基板内に形成するポテンシャルの作用により上記チャ
ネル領域内に蓄積される情報電荷を転送排出し、この後
の第2のタイミングで上記複数の転送電極に上記第1の
多相のクロックパルスに対して位相関係が反転する第2
の多相のクロックパルスを供給し、上記半導体基板内に
形成するポテンシャルの作用により上記情報電荷を読出
転送する駆動手段と、上記第1のタイミングと上記第2
のタイミングとを設定して上記両タイミング間に設定さ
れる上記固体撮像素子の受光期間を伸縮制御する露光制
御手段と、を備え、上記駆動手段は、第1乃至第4の位
相を有する第1乃至第4のクロックパルスを上記複数の
転送電極に供給すると共に、上記第1及び第3のクロッ
クパスは、上記第1のタイミングで上記第2及び第4の
クロックパルスに対して低い電圧レベルに設定され、上
記固体撮像素子の上記チャネル領域と上記ドレイン領域
との間のポテンシャルの障壁を低くすることにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is characterized in that a plurality of channel regions extending in one direction are formed on a semiconductor substrate. A drain region absorbing excess charges is arranged adjacent to the channel region, and a plurality of transfer electrodes intersecting with the channel region are arranged along the channel region. And a first multi-phase clock pulse having a predetermined phase difference applied to the plurality of transfer electrodes at a first timing, and the charge-coupled solid-state imaging device is arranged in the semiconductor substrate. The information charges accumulated in the channel region are transferred and discharged by the action of the potential to be formed, and the first multi-phase clock pulse is transferred to the plurality of transfer electrodes at a second timing thereafter. The second phase relationship with respect to the scan is reversed
A driving means for supplying a multi-phase clock pulse for reading and transferring the information charge by the action of a potential formed in the semiconductor substrate; the first timing and the second timing;
And exposure control means for controlling the expansion and contraction of the light receiving period of the solid-state imaging device set between the two timings, wherein the driving means has a first phase having first to fourth phases. And a fourth clock pulse is supplied to the plurality of transfer electrodes, and the first and third clock paths are set to a voltage level lower than the second and fourth clock pulses at the first timing. It is to reduce a potential barrier between the channel region and the drain region of the solid-state imaging device.
【0011】[0011]
【作用】本発明によれば、チャネル領域の情報電荷を排
出駆動する際に転送電極に印加される4相のクロックパ
ルスのうち、第1及び第3の位相のクロックパルスの電
圧レベルを第2及び第4の位相のクロックパルスの電圧
レベルより低く設定したことにより、電圧レベルの低い
クロックパルスが印加される転送電極の下の領域でチャ
ネル領域のポテンシャルが浅くなり、オーバーフロード
レインの電位を高くした際にこの領域でチャネル領域か
らオーバーフロードレインへ情報電荷が排出され易くな
るため、オーバーフロードレインに与える電圧を低下す
ることができる。従って、チャネル領域とオーバーフロ
ードレインとの間隔を必要以上に縮小する必要がなくな
り、ビットむらが低減される。According to the present invention, of the four-phase clock pulses applied to the transfer electrode when the information charges in the channel region are driven to discharge, the voltage levels of the first and third phase clock pulses are changed to the second level. And setting the voltage lower than the voltage level of the fourth phase clock pulse, the potential of the channel region becomes shallower in the region below the transfer electrode to which the lower voltage level clock pulse is applied, and the potential of the overflow drain is raised. In this case, information charges are easily discharged from the channel region to the overflow drain in this region, so that the voltage applied to the overflow drain can be reduced. Therefore, it is not necessary to reduce the interval between the channel region and the overflow drain more than necessary, and bit unevenness is reduced.
【0012】[0012]
【実施例】図1は、本発明の固体撮像装置のブロック図
であり、図2は、固体撮像素子の撮像部Iに供給される
駆動クロックのタイミング図である。この図において、
固体撮像素子の構造自体は、図5と同一であり、同一部
分には同一符号が付してある。FIG. 1 is a block diagram of a solid-state imaging device according to the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram of a driving clock supplied to an imaging section I of the solid-state imaging device. In this figure,
The structure itself of the solid-state imaging device is the same as in FIG. 5, and the same portions are denoted by the same reference numerals.
【0013】固体撮像素子1に接続される駆動回路5
は、図5と同様に、排出転送クロック発生部5R、読出
転送クロック発生部5F、蓄積転送クロック発生部5S
及び水平転送クロック発生部5Hからなり、撮像部Iに
排出転送クロックφRと読出転送クロックφFとを合成し
た転送クロックφIを供給すると共に、蓄積部S及び水
平転送部Hに蓄積転送クロックφS及び水平転送クロッ
クφHをそれぞれ供給する。これら各転送クロック発生
部5R、5F、5S、5Hには、電力供給回路6から所
定のレベルの直流電圧が供給され、この電圧レベルに応
じてクロックパルスが作成される。電力供給回路6は、
フレームシフトタイミング及びリバースシフトタイミン
グに従って出力電圧が変動する第1の電源6aと出力電
圧が一定の第2の電源6bとで構成され、フレームシフ
ト及びリバースシフトの期間にレベルが低下する電圧V
aを排出転送クロック発生部5R及び読出転送クロック
発生部5Fに供給すると共に、各タイミングで一定レベ
ルの電圧Vbを各転送クロック発生部5R、5F、5
S、5Hに入力する。そこで、排出クロック発生部5R
及び読出クロック発生部5Fは、発生する4相の転送ク
ロックのうちの第1及び第3の位相のクロックを第1の
電源6aからの電圧Vaに応じて作成し、第2及び第4
の位相のクロックを第2の電源6bからの電圧Vbに応
じて作成することにより、図2に示すように、情報電荷
を転送駆動するタイミングで電圧レベルが低下する第1
及び第3の転送クロックφI1、φI3と、電圧レベルが固
定された転送クロックφI2、φI4とを固体撮像素子1に
入力する。Drive circuit 5 connected to solid-state image sensor 1
5, the transfer transfer clock generator 5R, the read transfer clock generator 5F, the accumulation transfer clock generator 5S
And a horizontal transfer clock generator 5H, supplies a transfer clock φ I obtained by synthesizing the discharge transfer clock φ R and the read transfer clock φ F to the imaging unit I, and stores the transfer clock φ in the storage unit S and the horizontal transfer unit H. φ S and the horizontal transfer clock φ H are supplied, respectively. A DC voltage of a predetermined level is supplied from the power supply circuit 6 to each of the transfer clock generators 5R, 5F, 5S, and 5H, and a clock pulse is generated according to the voltage level. The power supply circuit 6
A voltage V composed of a first power supply 6a whose output voltage fluctuates according to the frame shift timing and the reverse shift timing and a second power supply 6b whose output voltage is constant, and whose level decreases during the frame shift and the reverse shift.
is supplied to the discharge transfer clock generator 5R and the read transfer clock generator 5F, and a constant level voltage Vb is supplied at each timing to each of the transfer clock generators 5R, 5F, 5F.
Input to S and 5H. Therefore, the discharge clock generator 5R
The read clock generation unit 5F generates first and third phase clocks of the generated four-phase transfer clocks in accordance with the voltage Va from the first power supply 6a, and generates the second and fourth clocks.
2 is generated in accordance with the voltage Vb from the second power supply 6b, as shown in FIG. 2, the voltage level decreases at the timing when the information charges are transferred and driven.
And the third transfer clocks φ I1 and φ I3 and the transfer clocks φ I2 and φ I4 whose voltage levels are fixed are input to the solid-state imaging device 1.
【0014】タイミング制御回路3は、図5と同一構成
を成し、リバースシフトタイミング発生回路3R、フレ
ームシフトタイミング発生回路3F、ラインシフトタイ
ミング発生回路3Lからなり、それぞれ垂直走査信号V
D及び水平走査信号HDに従うタイミングで動作するこ
とにより、固体撮像素子1の走査タイミングを各走査信
号に同期するように設定する。また、このタイミング制
御回路3は、駆動回路5の走査タイミングを設定すると
同時に、電源供給回路6の第1の電源6aの電圧レベル
を低下させる期間を設定し、固体撮像素子1の撮像部I
内の情報電荷が撮像部Iから蓄積部Sに転送されるとき
に転送クロックφI1、φI3の電圧レベルを低下させる。
即ち、電源供給回路6の第1の電源6aは、タイミング
制御回路3からリバースシフトタイミングRT及びフレ
ームシフトタイミングFTを受けて電圧レベルを低下
し、特定の期間(リバースシフトあるいはフレームシフ
トが完了する迄の期間)の後に所定の電圧レベルに引き
上げるように構成される。The timing control circuit 3 has the same configuration as that of FIG. 5 and includes a reverse shift timing generation circuit 3R, a frame shift timing generation circuit 3F, and a line shift timing generation circuit 3L.
By operating at a timing according to D and the horizontal scanning signal HD, the scanning timing of the solid-state imaging device 1 is set to be synchronized with each scanning signal. Further, the timing control circuit 3 sets a period during which the voltage level of the first power supply 6 a of the power supply circuit 6 is reduced at the same time as setting the scanning timing of the drive circuit 5, and
When the information charges within are transferred from the imaging unit I to the storage unit S, the voltage levels of the transfer clocks φ I1 and φ I3 are reduced.
That is, the first power supply 6a of the power supply circuit 6 receives the reverse shift timing RT and the frame shift timing FT from the timing control circuit 3 and lowers the voltage level, and then lowers the voltage level for a specific period (until the reverse shift or the frame shift is completed). ), The voltage is raised to a predetermined voltage level.
【0015】図3は、固体撮像素子1の撮像部Iを駆動
する転送クロックの波形図で、図4は、撮像部Iのポテ
ンシャルの状態図であり、それぞれ情報電荷を排出駆動
する場合を示す。蓄積期間中のタイミングT0では、転
送クロックφI1、φI2がH、転送クロックφI3、φI4が
Lに固定され、転送電極G3、G4の下にポテンシャル
障壁が形成されて転送電極G1、G2の下に情報電荷が
蓄積される。FIG. 3 is a waveform diagram of a transfer clock for driving the image pickup unit I of the solid-state image pickup device 1. FIG. 4 is a state diagram of the potential of the image pickup unit I, each showing a case where information charges are driven to discharge. . At timing T0 in the accumulation period, the transfer clock phi I1, phi I2 is H, the transfer clock phi I3, phi I4 is fixed L, and the transfer electrodes G3, the potential barrier below the G4 is formed by transfer electrodes G1, G2 The information charge is accumulated underneath.
【0016】これに対して情報電荷を排出する際には、
タイミングT0と同様に転送クロックφI1、φI2がH、
転送クロックφI3、φI4がLとなるタイミングT1で転
送電極G3、G4下のにポテンシャル障壁が形成され、
転送電極G1、G2の下に情報電荷が蓄積されるが、転
送クロックφI1の電圧が低く設定されるため、タイミン
グT0の場合に比して転送電極G1の下のポテンシャル
が浅くなり、電荷の蓄積容量は縮小される。次にタイミ
ングT2で転送クロックφI2、φI4がそれぞれ反転する
と、転送電極G2の下にポテンシャル障壁が形成される
と共に転送電極G4の下にポテンシャルが深く形成さ
れ、情報電荷が転送電極G4、G1の下に転送される。
このとき、転送電極G1の下のポテンシャルが浅く形成
されることから、この転送電極G1の下でチャネル領域
とオーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁が
消滅しやすく、オーバーフロードレインの電位が比較的
低い場合でも、チャネル領域の情報電荷がオーバーフロ
ードレインへ排出されることになる。そして、タイミン
グT3で転送クロックφI1、φI3が反転すると、転送電
極G1の下にポテンシャル障壁が形成され、転送電極G
3の下にポテンシャルが深く形成されて転送電極G3、
G4の下に情報電荷が転送される。この場合も、転送ク
ロックφI3の電圧レベルが低く設定されることから、転
送電極G3の下に形成されるポテンシャルがタイミング
T0に転送電極G1の下に形成されるポテンシャルに比
して浅くなり、情報電荷がオーバーフロードレインに排
出され易くなる。On the other hand, when discharging information charges,
As in the timing T0, the transfer clocks φ I1 and φ I2 are H,
At timing T1 when the transfer clocks φ I3 and φ I4 become L, a potential barrier is formed below the transfer electrodes G3 and G4,
Information charges are accumulated under the transfer electrodes G1 and G2. However, since the voltage of the transfer clock φI1 is set low, the potential under the transfer electrode G1 becomes shallower than at the timing T0, and the charge of the charges is reduced. The storage capacity is reduced. Next, when the transfer clocks φ I2 and φ I4 are inverted at the timing T2, a potential barrier is formed below the transfer electrode G2 and a deep potential is formed below the transfer electrode G4, so that information charges are transferred to the transfer electrodes G4 and G1. Will be transferred under.
At this time, since the potential below the transfer electrode G1 is formed shallow, the potential barrier between the channel region and the overflow drain under the transfer electrode G1 is easily eliminated, and the potential of the overflow drain is relatively low. However, information charges in the channel region are discharged to the overflow drain. When the transfer clocks φ I1 and φ I3 are inverted at the timing T3, a potential barrier is formed below the transfer electrode G1 and the transfer electrode G
3, a deep potential is formed below the transfer electrode G3,
Information charges are transferred under G4. Also in this case, since the voltage level of the transfer clock φI3 is set low, the potential formed below the transfer electrode G3 becomes shallower than the potential formed below the transfer electrode G1 at the timing T0, Information charges are easily discharged to the overflow drain.
【0017】以上のようなタイミングT1〜T3の過程
を繰り返して情報電荷を転送する際には、オーバーフロ
ードレインに所定の電位が与えられており、チャネル領
域の情報電荷がオーバーフロードレインに排出されるた
め、適数回の転送動作を繰り返すことによって不要な情
報電荷の排出が完了する。このときオーバーフロードレ
インに与えられる電位については、チャネル領域とオー
バーフロードレインとの間のポテンシャル障壁が消滅し
得るレベルに設定されるが、転送電極G1、G3の下の
領域で情報電荷がオーバーフロードレインに排出され易
くなっていることから、そのレベルは、図5に示す装置
の場合より低く設定される。When the information charge is transferred by repeating the process of the timings T1 to T3 as described above, a predetermined potential is applied to the overflow drain, and the information charge in the channel region is discharged to the overflow drain. By repeating the transfer operation an appropriate number of times, unnecessary discharge of information charges is completed. At this time, the potential applied to the overflow drain is set to a level at which the potential barrier between the channel region and the overflow drain can disappear, but information charges are discharged to the overflow drain in the regions below the transfer electrodes G1 and G3. Therefore, the level is set lower than in the case of the apparatus shown in FIG.
【0018】また、オーバーフロードレインに高電位を
与えない場合、即ち、情報電荷の読出転送の場合には、
チャネル領域とオーバーフロードレインとの間のポテン
シャル障壁が逆に高くなるために、チャネル領域の情報
電荷がオーバーフロードレインに排出されにくく、転送
能力が拡大される。従って、撮像部Iで取り扱われる情
報電荷量が大きくなって各ビット毎の飽和レベルのばら
つきによる影響が表れにくくなる。When a high potential is not applied to the overflow drain, that is, in the case of reading and transferring information charges,
On the contrary, since the potential barrier between the channel region and the overflow drain becomes higher, the information charges in the channel region are less likely to be discharged to the overflow drain, and the transfer capability is expanded. Therefore, the amount of information charges handled by the imaging unit I increases, and the influence of the variation in the saturation level for each bit is less likely to appear.
【0019】なお、本実施例においては、転送クロック
φF1、φF3の電圧レベルを引き下げるように構成する場
合を例示したが、逆に、転送クロックφF2、φF4の電圧
レベルを引き上げることで転送クロックφF1、φF3の電
圧レベルを転送クロックφF2、φF4の電圧レベルに対し
て低く設定することも可能である。In this embodiment, the case where the voltage levels of the transfer clocks φ F1 and φ F3 are reduced has been described as an example. Conversely, the voltage levels of the transfer clocks φ F2 and φ F4 can be increased. The voltage levels of transfer clocks φ F1 and φ F3 can be set lower than the voltage levels of transfer clocks φ F2 and φ F4 .
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子の撮像部
に蓄積される情報電荷を排出する際オーバーフロードレ
インに印加する電位を低くすることが可能となり、固体
撮像素子の耐圧レベル内の電圧を用いたとしても、不要
な情報電荷を十分に排出することができる。そして、固
体撮像素子のチャネル領域とオーバーフロードレインと
の間の間隔を縮小することなく、その領域のポテンシャ
ル障壁を消滅しやすくできるため、各画素ごとのばらつ
きができにくくなる。According to the present invention, it is possible to lower the potential applied to the overflow drain when discharging information charges accumulated in the imaging section of the solid-state imaging device, and to reduce the voltage within the breakdown voltage level of the solid-state imaging device. However, unnecessary information charges can be sufficiently discharged. Then, the potential barrier in that region can be easily eliminated without reducing the space between the channel region and the overflow drain of the solid-state imaging device, so that it becomes difficult for each pixel to vary.
【0021】また、固体撮像素子の構造を変更すること
なくオーバーフロードレインに印加する電位を低減する
ことができるため、固体撮像素子の製造工程の変更を伴
わず、固体撮像素子の周辺回路の変更により対応するこ
とができる。従って、大幅なコストの増大をなくすこと
ができ、安価な撮像装置を提供することができる。Further, since the potential applied to the overflow drain can be reduced without changing the structure of the solid-state imaging device, the peripheral circuit of the solid-state imaging device can be changed without changing the manufacturing process of the solid-state imaging device. Can respond. Therefore, a significant increase in cost can be avoided, and an inexpensive imaging device can be provided.
【図1】本発明の固体撮像装置の要部の構成を示すブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of a solid-state imaging device according to the present invention.
【図2】転送クロックの様子を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a transfer clock.
【図3】図2の転送クロックの位相関係を示す波形図で
ある。FIG. 3 is a waveform diagram showing a phase relationship between transfer clocks in FIG. 2;
【図4】固体撮像素子内のポテンシャルの状態を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a state of a potential in a solid-state imaging device.
【図5】従来の固体撮像素子の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
【図6】転送クロックの位相関係を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing a phase relationship of a transfer clock.
【図7】図6の転送クロックの位相関係を示す波形図で
ある。FIG. 7 is a waveform diagram showing a phase relationship of the transfer clock of FIG. 6;
【図8】固体撮像素子内のポテンシャルの状態を示す図
である。FIG. 8 is a diagram illustrating a state of a potential in a solid-state imaging device.
1 CCD固体撮像素子 2 5 駆動回路 3 タイミング制御回路 4 露光制御回路 6 電源供給回路 G1〜G4 転送電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CCD solid-state imaging device 2 5 Drive circuit 3 Timing control circuit 4 Exposure control circuit 6 Power supply circuit G1-G4 Transfer electrode
Claims (2)
半導体基板の一主面に分離領域により互いに分離された
状態で配列されると共に、過剰電荷を吸収するドレイン
領域が上記チャネル領域に隣接して配置され、上記チャ
ネル領域と交差する複数の転送電極が上記チャネル領域
に沿って配列される電荷結合型の固体撮像素子と、第1
のタイミングで上記複数の転送電極に一定の位相差が与
えられた第1の多相のクロックパルスをそれぞれ供給
し、上記半導体基板内に形成するポテンシャルの作用に
より上記チャネル領域内に蓄積される情報電荷を転送排
出し、この後の第2のタイミングで上記複数の転送電極
に上記第1の多相のクロックパルスに対して位相関係が
反転する第2の多相のクロックパルスを供給し、上記半
導体基板内に形成するポテンシャルの作用により上記情
報電荷を読出転送する駆動手段と、上記第1のタイミン
グと上記第2のタイミングとを設定して上記両タイミン
グ間に設定される上記固体撮像素子の受光期間を伸縮制
御する露光制御手段と、を備え、上記駆動手段は、第1
乃至第4の位相を有する第1乃至第4のクロックパルス
を上記複数の転送電極に供給すると共に、上記第1及び
第3のクロックパスは、上記第1のタイミングで上記第
2及び第4のクロックパルスに対して低い電圧レベルに
設定され、上記固体撮像素子の上記チャネル領域と上記
ドレイン領域との間のポテンシャルの障壁を低くするこ
とを特徴とする固体撮像装置。1. A drain for absorbing excess charges, wherein a plurality of channel regions extending in one direction are arranged on one main surface of a semiconductor substrate so as to be separated from each other by a separation region.
A charge-coupled solid-state imaging device in which a region is arranged adjacent to the channel region and a plurality of transfer electrodes intersecting with the channel region are arranged along the channel region;
The first multi-phase clock pulse having a given phase difference is supplied to the plurality of transfer electrodes at the timing described above, and the information accumulated in the channel region by the action of the potential formed in the semiconductor substrate. The charge is transferred and discharged, and at the second timing thereafter, a second multi-phase clock pulse whose phase relationship is inverted with respect to the first multi-phase clock pulse is supplied to the plurality of transfer electrodes. A driving means for reading and transferring the information charge by the action of a potential formed in a semiconductor substrate; and a driving means for setting the first timing and the second timing and setting the solid-state imaging device between the two timings. Exposure control means for controlling expansion and contraction of the light receiving period, wherein the driving means
First to fourth clock pulses having fourth to fourth phases are supplied to the plurality of transfer electrodes, and the first and third clock paths are connected to the second and fourth clock paths at the first timing. The voltage level is set to a low voltage level with respect to the clock pulse, and the channel region of the solid-state imaging device and the
The solid-state imaging device, wherein the this <br/> that the potential barrier low between the drain region.
に、少なくとも上記ドレイン領域と上記チャネル領域内
で上記第1及び第3のクロックパルスによりポテンシャ
ルが制御される領域との間のポテンシャル障壁を消滅さ
せるだけの高電位を与え、上記第1のタイミングで上記
チャネル領域内の情報電荷を上記ドレイン領域側へ排出
することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。2. The drain region of the solid-state imaging device.
At least in the drain region and the channel region.
And the potential is increased by the first and third clock pulses.
It gives high potential only extinguishing a potential barrier between the region where Le is controlled, the above first timing
2. The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein information charges in a channel region are discharged to the drain region side .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188847A JP2645928B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188847A JP2645928B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Solid-state imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537864A JPH0537864A (en) | 1993-02-12 |
| JP2645928B2 true JP2645928B2 (en) | 1997-08-25 |
Family
ID=16230886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188847A Expired - Fee Related JP2645928B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645928B2 (en) |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP3188847A patent/JP2645928B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537864A (en) | 1993-02-12 |
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