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JP2770367B2 - Driving method of solid-state imaging device - Google Patents
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JP2770367B2 - Driving method of solid-state imaging device - Google Patents

Driving method of solid-state imaging device

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JP2770367B2
JP2770367B2 JP1019968A JP1996889A JP2770367B2 JP 2770367 B2 JP2770367 B2 JP 2770367B2 JP 1019968 A JP1019968 A JP 1019968A JP 1996889 A JP1996889 A JP 1996889A JP 2770367 B2 JP2770367 B2 JP 2770367B2
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charge
transfer
unit
period
photosensitive
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子シャッター機能を備えた固体撮像素子
の駆動方法に関し、特に、電子シャッターモード時での
映像むらを軽減せしめた固体撮像素子の駆動方法に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a solid-state imaging device having an electronic shutter function, and more particularly, to a method for driving a solid-state imaging device in which image unevenness in an electronic shutter mode is reduced. It relates to a driving method.

[従来の技術] 従来例および本発明において用いられる固体撮像素子
の平面図を第4図に示す。同図に示されるように、入射
光を受けて光電変換を行う感光部1は複数列に設けら
れ、各列にはそれぞれの列の感光部から光電変換電荷の
転送を受ける垂直転送部2が配置されている。各垂直転
送部2の終端には水平転送部3が設けられ、水平転送部
3の出力側には、光電変換電荷を電気信号に変換する電
荷検出部4が設けられている。垂直転送部2の、水平転
送部3の反対側にはシャッターモード時に余分電荷を吸
収する拡散層5が設けられている。
[Prior Art] FIG. 4 shows a plan view of a conventional example and a solid-state imaging device used in the present invention. As shown in FIG. 1, photosensitive units 1 that perform photoelectric conversion by receiving incident light are provided in a plurality of columns, and each column includes a vertical transfer unit 2 that receives a transfer of photoelectric conversion charges from the photosensitive unit in each column. Are located. At the end of each vertical transfer unit 2, a horizontal transfer unit 3 is provided, and at the output side of the horizontal transfer unit 3, a charge detection unit 4 that converts photoelectrically converted charges into electric signals is provided. On the opposite side of the vertical transfer unit 2 from the horizontal transfer unit 3, a diffusion layer 5 for absorbing extra charges in the shutter mode is provided.

第5図は、第4図の感光部1および垂直転送部2部分
の断面図である。同図に示されるように、感光部1およ
び垂直転送部2は、N型半導体基板6上に設けられたP
ウェル7内にチャネルストップ8に挟まれて形成されて
いる。感光部1と垂直転送部2の間のPウェルの領域が
トランスファゲート部であって、この領域を介して光電
変換電荷は感光部1から垂直転送部2へ転送される。ト
ランスファゲート部および垂直転送部2上には、光電変
換電荷を転送部へ読み出し、これを紙面に垂直方向に転
送するためのゲート電極9が絶縁膜10を介して形成され
ている。
FIG. 5 is a sectional view of the photosensitive section 1 and the vertical transfer section 2 in FIG. As shown in FIG. 1, the photosensitive section 1 and the vertical transfer section 2 are provided on a P-type semiconductor substrate
It is formed in a well 7 sandwiched between channel stops 8. The region of the P well between the photosensitive unit 1 and the vertical transfer unit 2 is a transfer gate unit, and photoelectric conversion charges are transferred from the photosensitive unit 1 to the vertical transfer unit 2 via this region. On the transfer gate unit and the vertical transfer unit 2, a gate electrode 9 for reading out the photoelectric conversion charge to the transfer unit and transferring the same in a direction perpendicular to the paper is formed via an insulating film 10.

第6図は、第5図に示された部分のゲート電極9に読
み出しパルスを印加した場合と印加しない場合との電位
図である。
FIG. 6 is a potential diagram when a read pulse is applied to the gate electrode 9 in the portion shown in FIG. 5 and when it is not applied.

以上説明した固体撮像素子の従来の駆動方法を第3図
を参照して説明する。第3図は、電子シャッターモード
時のあるフィールドのブランキング期間における駆動パ
ルスφV1〜φV4の波形図である。同図において、Aは通
常の垂直転送期間、Bはシャッターモード時における余
分電荷の読み出し期間、Cは余分電荷を垂直転送部2か
ら拡散層5へ向けて逆転送して、ここへ吐き出す逆転送
期間、Dは信号電荷読み出し期間、Eは高速垂直転送期
間である。読み出し期間B乃至Dでは、隣接した2つの
画素の電荷を合成するために、パルスφV1およびφV3
電荷を読み出している。また、読み出し期間Bでそれぞ
れの感光部から2回に分けて電荷を読み出しているの
は、余分電荷をより完全に排出して画面に汚れを生ぜし
めないようにするためである。信号転送期間において高
速垂直転送期間Eと通常垂直転送期間Aに分けているの
は、撮像のあるモードによっては一部の画素の信号を早
期に送り出す必要があるからであり、そのようなモード
が用いられない場合は、期間Eは期間Aに統合される。
また、電子シャッターモードでない通常モードの場合
(1/60秒蓄積モード)においては、期間BおよびCは設
けられることがなく、この期間は、期間Aの中に含まれ
ることになる。なお、従来の駆動方法においては、駆動
パルスにおける読み出しパルスの幅、すなわち、感光部
から垂直転送部への電荷の転送時間は、通常モード時に
おいても電子シャッターモード時においても同等であ
る。
A conventional driving method of the solid-state imaging device described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a waveform diagram of drive pulses φ V1 to φ V4 during a blanking period of a certain field in the electronic shutter mode. In the figure, A is a normal vertical transfer period, B is a period for reading extra charges in the shutter mode, and C is a reverse transfer in which the extra charges are reversely transferred from the vertical transfer unit 2 to the diffusion layer 5 and discharged therefrom. In the period, D is a signal charge reading period, and E is a high-speed vertical transfer period. In the readout periods B to D, charges are read out with pulses φ V1 and φ V3 in order to combine charges of two adjacent pixels. In addition, the reason why the electric charges are read out twice from each photosensitive portion in the readout period B is to discharge the surplus electric charges more completely and to prevent the screen from being stained. The reason why the signal transfer period is divided into the high-speed vertical transfer period E and the normal vertical transfer period A is that it is necessary to send out signals of some pixels early depending on a certain imaging mode. If not used, period E is integrated with period A.
In the case of the normal mode other than the electronic shutter mode (1/60 second accumulation mode), the periods B and C are not provided, and this period is included in the period A. In the conventional driving method, the width of the read pulse in the driving pulse, that is, the charge transfer time from the photosensitive section to the vertical transfer section is the same in both the normal mode and the electronic shutter mode.

[発明が解決しようとする問題点] 上述した従来の駆動方法では、電子シャッターモード
時において、映像むらが発生し、画質が悪化する。そし
て、映像むらがある範囲をこえる場合、その製品を不良
品とせざるをえない。この映像むらの原因を追究したと
ころ、シャッターモード時においては、読み出しパルス
の信号波形が不安定となり、その電圧値が低下すること
が判明した。そのため、シャッターモード時の信号電荷
読み出し期間Dに読み出しパルスをゲート電極に印加し
ても、第6図の実線で示す電位は得られず、破線で示す
電位となってしまう。しかも、この破線が個々の画素に
よって上下にばらつく。その結果、信号電荷の転送(読
み出し)が不完全なものとなり、かつこれが画素によっ
てばらつくので、画面上では映像むらが現われる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional driving method described above, in the electronic shutter mode, image unevenness occurs and image quality deteriorates. If the image unevenness exceeds a certain range, the product must be rejected. Investigation into the cause of the image unevenness revealed that in the shutter mode, the signal waveform of the read pulse became unstable, and the voltage value thereof was reduced. Therefore, even if a readout pulse is applied to the gate electrode during the signal charge readout period D in the shutter mode, the potential shown by the solid line in FIG. 6 cannot be obtained, and becomes the potential shown by the broken line. In addition, the broken lines vary vertically depending on the individual pixels. As a result, the transfer (reading) of the signal charge becomes imperfect, and since this varies depending on the pixel, image unevenness appears on the screen.

そこで、信号電荷の転送を確実にするための対策とし
て、読み出しパルスの電圧を高くする、転送(読み
出し)時間を長くする、の2つが考えられる。しかし、
前者の対策を採用すると、デバイス製造中のばらつきに
より画面の一部に欠陥の現われる可能性が増大し、ま
た、後者を採用した場合に、通常モード時と電子シャッ
ターモード時の両方において転送時間を長くすると、通
常モード時においてスミア成分が増大し画質が悪化す
る。
Therefore, two measures for increasing the voltage of the read pulse and increasing the transfer (read) time can be considered as measures for ensuring the transfer of the signal charge. But,
If the former measure is adopted, the possibility of defects appearing on a part of the screen due to variations during device manufacturing increases, and if the latter measure is adopted, the transfer time in both the normal mode and the electronic shutter mode is reduced. If it is longer, the smear component increases in the normal mode, and the image quality deteriorates.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、入射信号光を光電変換する複数個の感光部
と、該複数個の感光部から並列に光電変換電荷の転送を
受けこれを転送する転送部と、転送部からの光電変換電
荷を受けこれを電気信号に変換する電荷検出部とを具備
する固体撮像素子の駆動方法に関するものであって、前
記感光部から前記転送部へ光電変換電荷を転送する転送
時間は、通常モード時より電子シャッターモード時にお
ける場合の方が長くなっている。
Means for Solving the Problems The present invention provides a plurality of photosensitive units for photoelectrically converting incident signal light, and a transfer unit for receiving the transfer of photoelectrically converted charges in parallel from the plurality of photosensitive units and transferring the same. And a charge detection unit that receives the photoelectric conversion charge from the transfer unit and converts the charge into an electric signal, and transfers the photoelectric conversion charge from the photosensitive unit to the transfer unit. The transfer time for the electronic shutter mode is longer than that for the normal mode.

[実施例] 次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。
[Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す駆動パルスの波形
図であり、第2図は、その信号読み出し部分の拡大図で
ある。
FIG. 1 is a waveform diagram of a driving pulse showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a signal readout portion thereof.

第1図は、第3図と同様に、ブランキング期間におけ
る波形図であって、期間A〜Eも第3図の場合と同様で
ある。第1図、第2図において信号読み出し期間Dの部
分において、実線は、電子シャッターモード時の、そし
て破線は、通常モード時の読み出しパルスを示してい
る。
FIG. 1 is a waveform diagram in a blanking period, as in FIG. 3, and the periods A to E are the same as those in FIG. In FIGS. 1 and 2, the solid line indicates the read pulse in the electronic shutter mode and the broken line indicates the read pulse in the normal mode in the signal read period D.

これらの図から明らかなように、本発明においては、
電子シャッターモード時における場合の方が通常モード
時における場合よりも信号転送時間が長くなっている。
このようにすればシャッターモード時において、読み出
しパルスの電圧が第6図の破線で示すように低下して
も、また、その電圧がばらついても、感光部の信号電荷
をほぼ完全に垂直転送部へ転送することができる。具体
的には、通常モード時の読み出し時間が2μsであると
きにシャッターモード時のそれを5μsとすると、ほぼ
完全に感光部の電荷を読み出すことができる。
As is apparent from these figures, in the present invention,
The signal transfer time in the electronic shutter mode is longer than in the normal mode.
In this way, even in the shutter mode, even if the voltage of the read pulse decreases as shown by the broken line in FIG. 6, or if the voltage fluctuates, the signal charges in the photosensitive section are almost completely transferred to the vertical transfer section. Can be transferred to More specifically, if the reading time in the shutter mode is 5 μs when the reading time in the normal mode is 2 μs, it is possible to read out the charge of the photosensitive portion almost completely.

この方法によれば、読み出しパルスの電圧を高めるも
のではないので、製造上のばらつきに基づいて画面上に
欠陥が現われることがなく、また、通常モード時におい
て転送時間を長くするものではないので、通常モード時
のスミアを増大させることがない。
According to this method, since the voltage of the read pulse is not increased, no defect appears on the screen based on manufacturing variations, and the transfer time is not lengthened in the normal mode. There is no increase in smear in the normal mode.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明は、電子シャッターモー
ド時の感光部から垂直転送部への転送時間を通常モード
時における場合よりも長くするものであるので、本発明
によれば、他の特性を犠牲にすることなく、シャッター
モード時において感光部から垂直転送部への電荷の転送
をほぼ完全に行うことができるようになる。従って、本
発明によれば、製造上のばらつきによって生じうる映像
むらを防止することができ、その結果として製品の歩留
まりを向上させることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the transfer time from the photosensitive unit to the vertical transfer unit in the electronic shutter mode is made longer than in the normal mode, and therefore, according to the present invention, In the shutter mode, charges can be almost completely transferred from the photosensitive section to the vertical transfer section without sacrificing other characteristics. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent image unevenness that may occur due to manufacturing variations, and as a result, it is possible to improve product yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示す駆動パルス波形図、
第2図は、第1図の部分拡大図、第3図は、従来例の駆
動パルスの波形図、第4図は、固体撮像素子の平面図、
第5図は、第4図の部分断面図、第6図は、第5図の部
分の電位図である。 1……感光部、2……垂直転送部、3……水平転送部、
4……電荷検出部、5……拡散層、6……N型半導体基
板、7……Pウェル、8……チャネルストップ、9……
ゲート電極、10……絶縁層、φV1〜φV4……駆動パル
ス、A……通常垂直転送期間、B……余分電荷読み出し
期間、C……逆転送期間、D……信号電荷読み出し期
間、E……高速垂直転送期間。
FIG. 1 is a drive pulse waveform diagram showing one embodiment of the present invention,
2 is a partially enlarged view of FIG. 1, FIG. 3 is a waveform diagram of a driving pulse of a conventional example, FIG. 4 is a plan view of a solid-state imaging device,
FIG. 5 is a partial sectional view of FIG. 4, and FIG. 6 is a potential diagram of the portion of FIG. 1 photosensitive section 2 vertical transfer section 3 horizontal transfer section
4 ... Charge detecting unit, 5 ... Diffusion layer, 6 ... N-type semiconductor substrate, 7 ... P well, 8 ... Channel stop, 9 ...
Gate electrode 10, insulating layer, φ V1 to φ V4, drive pulse, A, normal vertical transfer period, B, extra charge readout period, C, reverse transfer period, D, signal charge readout period, E: High-speed vertical transfer period.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入射信号光を光電変換する複数個の感光部
と、該複数個の感光部から並列に光電変換電荷の転送を
受けこれを転送する転送部と、転送部からの光電変換電
荷を受けこれを電気信号に変換する電荷検出部とを具備
する固体撮像素子の駆動方法において、前記感光部から
前記転送部へ光電変換電荷を転送する転送時間は、通常
モード時より電子シャッターモード時における場合の方
が長いことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
1. A plurality of photosensitive units for photoelectrically converting incident signal light, a transfer unit for receiving and transferring photoelectrically converted charges in parallel from the plurality of photosensitive units, and a photoelectrically converted charge from the transfer unit. And a charge detection unit for converting the charge into an electric signal, wherein the transfer time for transferring the photoelectric conversion charge from the photosensitive unit to the transfer unit is longer in the electronic shutter mode than in the normal mode. The method of driving a solid-state imaging device, wherein the method of (1) is longer.
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