JPH088665B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置の駆動方法Info
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- JPH088665B2 JPH088665B2 JP62217620A JP21762087A JPH088665B2 JP H088665 B2 JPH088665 B2 JP H088665B2 JP 62217620 A JP62217620 A JP 62217620A JP 21762087 A JP21762087 A JP 21762087A JP H088665 B2 JPH088665 B2 JP H088665B2
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- Japan
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- pulse
- vertical
- charge
- blanking period
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は２次元固体撮像装置の駆動方法に関するもの
で、特にテレビカメラ用のセンサに使用される。
で、特にテレビカメラ用のセンサに使用される。
（従来の技術） 第３図は、２次元固体撮像装置の一般的構成を示すレ
イアウト図である。一般に２次元固体撮像装置は半導体
基板上に構成され、入射光を光電変換して得られる信号
電荷を蓄積する受光蓄積部１がx,y2次元上に配列されて
いる。この受光蓄積部１の列に隣接して垂直電荷転送部
２がｙ方向に配設されており、受光蓄積部１から転送さ
れた信号電荷はこの垂直電荷転送部２に転送される。さ
らに信号電荷を一旦蓄積するための画像メモリ３が垂直
電荷転送部２の延長上に設けられており、図中に示す垂
直電荷転送部１から転送されてくる信号電荷はこの画像
メモリ３の内部に一旦蓄積される。その後この画像メモ
リ３に下端部に近接して設けられた水平電荷転送部４に
１ラインごとに信号電荷は移送され、ついでｘ方向に転
送されて水平電荷転送部４の端部に設けられた出力増幅
器５によって電圧変換とインピーダンス変換が施されて
出力される。
イアウト図である。一般に２次元固体撮像装置は半導体
基板上に構成され、入射光を光電変換して得られる信号
電荷を蓄積する受光蓄積部１がx,y2次元上に配列されて
いる。この受光蓄積部１の列に隣接して垂直電荷転送部
２がｙ方向に配設されており、受光蓄積部１から転送さ
れた信号電荷はこの垂直電荷転送部２に転送される。さ
らに信号電荷を一旦蓄積するための画像メモリ３が垂直
電荷転送部２の延長上に設けられており、図中に示す垂
直電荷転送部１から転送されてくる信号電荷はこの画像
メモリ３の内部に一旦蓄積される。その後この画像メモ
リ３に下端部に近接して設けられた水平電荷転送部４に
１ラインごとに信号電荷は移送され、ついでｘ方向に転
送されて水平電荷転送部４の端部に設けられた出力増幅
器５によって電圧変換とインピーダンス変換が施されて
出力される。
このような構成において、垂直電荷転送部２、画像メ
モリ３および水平電荷転送部４は電荷結合素子（Charge
Coupled Device;CCD）で構成される場合が多い。
モリ３および水平電荷転送部４は電荷結合素子（Charge
Coupled Device;CCD）で構成される場合が多い。
第４図は第３図に示すＸ−Ｘ′線で切断した部分の断
面構造を示した図である。半導体基板６の導電型と逆導
電型の拡散層1aを埋め込んでダイオード型の受光蓄積部
が形成されており、垂直電荷転送部2aは転送電極７とそ
の下の基板表面に形成されたチャネル拡散層８とから構
成されている。
面構造を示した図である。半導体基板６の導電型と逆導
電型の拡散層1aを埋め込んでダイオード型の受光蓄積部
が形成されており、垂直電荷転送部2aは転送電極７とそ
の下の基板表面に形成されたチャネル拡散層８とから構
成されている。
図に示すように転送電極７は、CCDの転送電極と受光
蓄積部1aからの信号電荷を読出すフィールドシフト電極
とを兼ねている。受光蓄積部1aからの電荷読出しに用い
るパルスの電圧はCCDの転送に用いるパルスよりも絶対
値が大きい電圧を用いる必要があるため転送電極７に印
加するパルスは必然的に３レベルパルスとなる。
蓄積部1aからの信号電荷を読出すフィールドシフト電極
とを兼ねている。受光蓄積部1aからの電荷読出しに用い
るパルスの電圧はCCDの転送に用いるパルスよりも絶対
値が大きい電圧を用いる必要があるため転送電極７に印
加するパルスは必然的に３レベルパルスとなる。
第５図は、転送電極７に印加されるこのようなパルス
の一例を示した波形図である。第５図（ａ）はコンポジ
ットブランキングパルスを示しており、短い繰り返しの
１水平期間（1Hという）９と長い繰り返しの１垂直期間
（1Vという）10とから構成されており、テレビジョンの
再生画面上ではそれぞれ１水平走査線と１画面とに対応
する。ここで１水平期間９は水平ブランキング期間11と
水平有効期間12とから構成され、１垂直期間10内には無
効期間である垂直ブランキング期間13が存在する。
の一例を示した波形図である。第５図（ａ）はコンポジ
ットブランキングパルスを示しており、短い繰り返しの
１水平期間（1Hという）９と長い繰り返しの１垂直期間
（1Vという）10とから構成されており、テレビジョンの
再生画面上ではそれぞれ１水平走査線と１画面とに対応
する。ここで１水平期間９は水平ブランキング期間11と
水平有効期間12とから構成され、１垂直期間10内には無
効期間である垂直ブランキング期間13が存在する。
第５図（ｂ）、（ｃ）は第３図に示す垂直電荷転送部
２に印加される転送パルスをφvi（ｉは整数）、画像メ
モリ３に印加されるパルスをφsj（ｊは整数）とした時
のそれらの一例を示す波形図である。垂直電荷転送部２
および画像メモリ３は４相の駆動転送パルスで制御され
るCCDで構成されていることが多いため、ｉ＝１、２、
３、４、ｊ＝１、２、３、４であり、それぞれ４つの転
送パルスで構成されているが、ここではそれぞれの１つ
のパルス波形だけを示している。垂直電荷転送部４に印
加するパルスφviは第５図（ｂ）に示すように垂直有効
期間では停止しており、垂直ブランキング期間13内に、
フィールドシフトパルス14とこれに続くフィールド転送
パルス15とから構成されている。垂直ブランキング期間
13内ではまず受光蓄積部１から垂直電荷転送部２へ信号
電荷を読出すためにフィールドシフトパルス14が印加さ
れる。ついで垂直電荷転送部２にある信号電荷を画像メ
モリ３に転送するためのフィールド転送パルス15が印加
される。
２に印加される転送パルスをφvi（ｉは整数）、画像メ
モリ３に印加されるパルスをφsj（ｊは整数）とした時
のそれらの一例を示す波形図である。垂直電荷転送部２
および画像メモリ３は４相の駆動転送パルスで制御され
るCCDで構成されていることが多いため、ｉ＝１、２、
３、４、ｊ＝１、２、３、４であり、それぞれ４つの転
送パルスで構成されているが、ここではそれぞれの１つ
のパルス波形だけを示している。垂直電荷転送部４に印
加するパルスφviは第５図（ｂ）に示すように垂直有効
期間では停止しており、垂直ブランキング期間13内に、
フィールドシフトパルス14とこれに続くフィールド転送
パルス15とから構成されている。垂直ブランキング期間
13内ではまず受光蓄積部１から垂直電荷転送部２へ信号
電荷を読出すためにフィールドシフトパルス14が印加さ
れる。ついで垂直電荷転送部２にある信号電荷を画像メ
モリ３に転送するためのフィールド転送パルス15が印加
される。
画像メモリ３に印加されるパルスφsjは第５図（ｃ）
に示されるように、垂直ブランキング期間13内に垂直電
荷転送部２から送られてきた信号電荷を受取るためのフ
ィールド転送パルス15aと、水平ブランキング期間11内
に１ラインごとに挿入され水平転送部４に信号電荷を順
次転送するためのラインシフトパルス16−1,16−2,16−
3,…とから構成されている。水平転送部４に転送された
信号電荷は水平有効期間12内に順次転送され、出力増幅
器５により増幅され出力される。
に示されるように、垂直ブランキング期間13内に垂直電
荷転送部２から送られてきた信号電荷を受取るためのフ
ィールド転送パルス15aと、水平ブランキング期間11内
に１ラインごとに挿入され水平転送部４に信号電荷を順
次転送するためのラインシフトパルス16−1,16−2,16−
3,…とから構成されている。水平転送部４に転送された
信号電荷は水平有効期間12内に順次転送され、出力増幅
器５により増幅され出力される。
第６図は、受光蓄積部の入力光量とその出力と関係を
示す入出力特性図である。図から明らかなように入射光
量が増加するとそれに比例して出力が増加するが、出力
特性には飽和レベルＳがあり、これに達すると入射光量
にかかわらずその出力は一定となる。
示す入出力特性図である。図から明らかなように入射光
量が増加するとそれに比例して出力が増加するが、出力
特性には飽和レベルＳがあり、これに達すると入射光量
にかかわらずその出力は一定となる。
（発明が解決しようとする問題点） 飽和レベルＳに対応する入射光量LSと出力の雑音レベ
ルＮに対応する入射光量LNとの比LS／LNをダイナミック
レンジとよぶが、従来の固体撮像装置では、第６図に示
すようにこのダイナミックレンジが狭く、広い入射光量
範囲を有する画像が得られないという問題がある。
ルＮに対応する入射光量LNとの比LS／LNをダイナミック
レンジとよぶが、従来の固体撮像装置では、第６図に示
すようにこのダイナミックレンジが狭く、広い入射光量
範囲を有する画像が得られないという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためなされたもの
で固体撮像装置のダイナミックレンジを大きく取ること
のでき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。
で固体撮像装置のダイナミックレンジを大きく取ること
のでき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。
（問題点を解決するための手段） 本発明は受光蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直電荷
転送部を介して画像メモリへの転送および過剰電荷の排
出を行うに際し、水平ブランキング期間と垂直ブランキ
ング期間とを有するコンポジットブランキングパルスを
用いて転送を制御する固体撮像装置の駆動方法におい
て、水平ブランキング期間中に挿入され、振幅が前記水
平ブランキング期間毎に漸減するフィールドシフト排出
パルスにより信号電荷の一部を受光蓄積部から垂直電荷
転送部に排出する第１のステップと、この第１のステッ
プにより垂直電荷転送部中に排出された信号電荷を垂直
ブランキング期間中に挿入された電荷排出転送パルスに
より掃き出す第２のステップと、信号電荷の残りの部分
をフィールドシフトパルスにより受光蓄積部から垂直電
荷転送部に転送する第３のステップと、この第３のステ
ップにより垂直電荷転送部中に転送された残りの部分を
フィールド配送パルスにより垂直電荷転送部から画像メ
モリに転送する第４のステップとを設けたことを特徴と
する。
転送部を介して画像メモリへの転送および過剰電荷の排
出を行うに際し、水平ブランキング期間と垂直ブランキ
ング期間とを有するコンポジットブランキングパルスを
用いて転送を制御する固体撮像装置の駆動方法におい
て、水平ブランキング期間中に挿入され、振幅が前記水
平ブランキング期間毎に漸減するフィールドシフト排出
パルスにより信号電荷の一部を受光蓄積部から垂直電荷
転送部に排出する第１のステップと、この第１のステッ
プにより垂直電荷転送部中に排出された信号電荷を垂直
ブランキング期間中に挿入された電荷排出転送パルスに
より掃き出す第２のステップと、信号電荷の残りの部分
をフィールドシフトパルスにより受光蓄積部から垂直電
荷転送部に転送する第３のステップと、この第３のステ
ップにより垂直電荷転送部中に転送された残りの部分を
フィールド配送パルスにより垂直電荷転送部から画像メ
モリに転送する第４のステップとを設けたことを特徴と
する。
（作用） 本発明による駆動方法では水平ブランキング期間に複
数回にわたって受光蓄積部に蓄積された信号電荷の一部
を電荷の転送に先立って排出する。これにより明るい光
の場合には過剰電荷を排出しながら電荷の蓄積を行なう
ため飽和光量LSが大きくなる。また、過剰電荷の排出に
読出しパルスと同様に排出パルスを用いているので、排
出と転送において配線抵抗等による波形の変形が同様の
ものとなるため、画素ごとの排出量のばらつきが減少
し、安定したダイナミックレンジの調節を行うことがで
きる。
数回にわたって受光蓄積部に蓄積された信号電荷の一部
を電荷の転送に先立って排出する。これにより明るい光
の場合には過剰電荷を排出しながら電荷の蓄積を行なう
ため飽和光量LSが大きくなる。また、過剰電荷の排出に
読出しパルスと同様に排出パルスを用いているので、排
出と転送において配線抵抗等による波形の変形が同様の
ものとなるため、画素ごとの排出量のばらつきが減少
し、安定したダイナミックレンジの調節を行うことがで
きる。
（実施例） 以下本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて
詳細に説明する。第１図は本発明に用いられる駆動パル
スを示す波形図である。第１図（ａ）に示すコンポジッ
トブランキングパルスの所定のタイミングにおいて、第
１図（ｂ）に示される印加パルスφviが垂直電荷転送部
の転送電極に印加され、第１図（ｃ）に示す印加パルス
φsjが画像メモリ３の転送電極に印加される。
詳細に説明する。第１図は本発明に用いられる駆動パル
スを示す波形図である。第１図（ａ）に示すコンポジッ
トブランキングパルスの所定のタイミングにおいて、第
１図（ｂ）に示される印加パルスφviが垂直電荷転送部
の転送電極に印加され、第１図（ｃ）に示す印加パルス
φsjが画像メモリ３の転送電極に印加される。
画像メモリ３に印加される転送パルスφsjは従来のパ
ルスと同一構成であるが、垂直電荷転送部に印加される
印加パルスφviが従来の印加パルスの構成と異なってい
る。すなわち、第１図（ｂ）に示すように水平ブランキ
ング期間11内に振幅がそれぞれブランキング期間ごとに
漸減するように調整されたフィールドシフト排出パルス
17−1,17−2,17−3,…が設けられている。また垂直ブラ
ンキング期間13内に前述したフィールドシフトパルス14
に先行する電荷排出転送パルス18が設けられている。フ
ィールドシフト排出パルスとしてパルス状の制御信号を
用いているのは、単に電圧レベル信号であると、配線や
基板の抵抗による波形変形の読出しパルスにおけるもの
と異なる結果、画素ごとの排出量のばらつきが大きくな
るため、波形変形を読出しパルスと同じ程度にするため
である。
ルスと同一構成であるが、垂直電荷転送部に印加される
印加パルスφviが従来の印加パルスの構成と異なってい
る。すなわち、第１図（ｂ）に示すように水平ブランキ
ング期間11内に振幅がそれぞれブランキング期間ごとに
漸減するように調整されたフィールドシフト排出パルス
17−1,17−2,17−3,…が設けられている。また垂直ブラ
ンキング期間13内に前述したフィールドシフトパルス14
に先行する電荷排出転送パルス18が設けられている。フ
ィールドシフト排出パルスとしてパルス状の制御信号を
用いているのは、単に電圧レベル信号であると、配線や
基板の抵抗による波形変形の読出しパルスにおけるもの
と異なる結果、画素ごとの排出量のばらつきが大きくな
るため、波形変形を読出しパルスと同じ程度にするため
である。
この電荷排出転送パルス18により垂直電荷転送部２に
排出された電荷は通常は第３図に示すように画像メモリ
３の反対側に設けられた排出ドレイン101に排出される
が、画像メモリ３内に排出するようにすることも可能で
ある。フィールドシフト排出パルス17−1,17−2,17−3,
…の電圧包絡線19が上に凸になるようにすなわち、振幅
の変化率が時間経過とともに大きくなるようにパルスを
構成しておくと、強い入射光に対しては受光蓄積部１に
急速に蓄積された電荷の一部がフィールドシフト排出パ
ルス17−1,17−2,17−3,…により排出されることになる
ため、飽和出力Ｓに達しなくなる。これに対し弱い入射
光に対しては電荷は緩やかに蓄積されるため排出パルス
17−1,17−2,17−3,…により排出されることはない。こ
のため弱い入射光に対しては従来と同じ出力が得られ、
強い出力に対しては出力は抑圧されることになる。
排出された電荷は通常は第３図に示すように画像メモリ
３の反対側に設けられた排出ドレイン101に排出される
が、画像メモリ３内に排出するようにすることも可能で
ある。フィールドシフト排出パルス17−1,17−2,17−3,
…の電圧包絡線19が上に凸になるようにすなわち、振幅
の変化率が時間経過とともに大きくなるようにパルスを
構成しておくと、強い入射光に対しては受光蓄積部１に
急速に蓄積された電荷の一部がフィールドシフト排出パ
ルス17−1,17−2,17−3,…により排出されることになる
ため、飽和出力Ｓに達しなくなる。これに対し弱い入射
光に対しては電荷は緩やかに蓄積されるため排出パルス
17−1,17−2,17−3,…により排出されることはない。こ
のため弱い入射光に対しては従来と同じ出力が得られ、
強い出力に対しては出力は抑圧されることになる。
フィールドシフト排出パルス17−1,17−2,17−3,…と
電荷排出転送パルス18とにより信号電荷の一部を排出し
たのちの信号電荷の転送は、従来と同様にフィールドシ
フトパルス14、フィールド転送パルス15,15a、ラインシ
フトパルス16−1,16−2,16−３、…により行なわれる。
電荷排出転送パルス18とにより信号電荷の一部を排出し
たのちの信号電荷の転送は、従来と同様にフィールドシ
フトパルス14、フィールド転送パルス15,15a、ラインシ
フトパルス16−1,16−2,16−３、…により行なわれる。
第２図は第１図に示す駆動パルスにより駆動した場合
の受光蓄積部の入出力特性を示したものである。入射光
量が大きい部分で出力が飽和してくるため、ダイナミッ
クレンジがLS′／LNとなり、第６図に示す従来のダイナ
ミックレンジLS／LNより大きくなるため、高ダイナミッ
クレンジ化が可能となる。
の受光蓄積部の入出力特性を示したものである。入射光
量が大きい部分で出力が飽和してくるため、ダイナミッ
クレンジがLS′／LNとなり、第６図に示す従来のダイナ
ミックレンジLS／LNより大きくなるため、高ダイナミッ
クレンジ化が可能となる。
またこの入出力特性をテレビジョンモニタのガンマ
（γ）特性に合わせておくと信号処理上特に有利とな
る。
（γ）特性に合わせておくと信号処理上特に有利とな
る。
以上実施例に基づいて詳細に説明したように本発明で
は信号電極の転送に先立って過剰な信号電荷の一部をフ
ィールドシフト排出パルスと電荷排出転送パルスを用い
て排出したのち、残りの信号電荷の転送を行なうように
しているため、固体撮像装置のダイナミックレンジの拡
大を実現することができる。また、過剰電荷排出のため
にフィールドシフト排出パルスを用いているので、配線
等の影響による排出量のばらつきを減少させることがで
きる。
は信号電極の転送に先立って過剰な信号電荷の一部をフ
ィールドシフト排出パルスと電荷排出転送パルスを用い
て排出したのち、残りの信号電荷の転送を行なうように
しているため、固体撮像装置のダイナミックレンジの拡
大を実現することができる。また、過剰電荷排出のため
にフィールドシフト排出パルスを用いているので、配線
等の影響による排出量のばらつきを減少させることがで
きる。
第１図は、本発明の駆動方法に使用される駆動転送パル
スの一例を示す波形図、第２図は本発明の駆動方法を用
いた場合の受光蓄積部の入出力特性を示す特性図、第３
図は本発明に使用される固体撮像装置の構成を示すレイ
アウト図、第４図は第３図中のＸ−Ｘ′線で切断した部
分の断面図、第５図は従来の駆動方法で用いられている
駆動転送パルスの一例を示す波形図、第６図は従来の駆
動方法を採用した場合の受光蓄積部の入出力特性を示す
特性図である。 11……水平ブランキング期間、13……垂直ブランキング
期間、14……フィールドシフトパルス、15,15a……フィ
ールド転送パルス、16−1,16−2,16−３……ラインシフ
トパルス、17−1,17−2,17−３……フィールドシフト排
出パルス、18……電荷排出転送パルス。
スの一例を示す波形図、第２図は本発明の駆動方法を用
いた場合の受光蓄積部の入出力特性を示す特性図、第３
図は本発明に使用される固体撮像装置の構成を示すレイ
アウト図、第４図は第３図中のＸ−Ｘ′線で切断した部
分の断面図、第５図は従来の駆動方法で用いられている
駆動転送パルスの一例を示す波形図、第６図は従来の駆
動方法を採用した場合の受光蓄積部の入出力特性を示す
特性図である。 11……水平ブランキング期間、13……垂直ブランキング
期間、14……フィールドシフトパルス、15,15a……フィ
ールド転送パルス、16−1,16−2,16−３……ラインシフ
トパルス、17−1,17−2,17−３……フィールドシフト排
出パルス、18……電荷排出転送パルス。
Claims (2)
- 【請求項１】受光蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直電
荷転送部を介して画像メモリへの転送および過剰電荷の
排出を行うに際し、水平ブランキング期間と垂直ブラン
キング期間とを有するコンポジットブランキングパルス
を用いて転送を制御する固体撮像装置の駆動方法におい
て、 前記水平ブランキング期間中に挿入され、振幅が前記水
平ブランキング期間毎に漸減するフィールドシフト排出
パルスにより前記信号電荷の一部を前記受光蓄積部から
前記垂直電荷転送部に排出する第１のステップと、 この第１のステップにより前記垂直電荷転送部中に排出
された信号電荷を前記垂直ブランキング期間中に挿入さ
れた電荷排出転送パルスにより掃き出す第２のステップ
と、 前記信号電荷の残りの部分をフィールドシフトパルスに
より前記受光蓄積部から前記垂直電荷転送部に転送する
第３のステップと、 この第３のステップにより前記垂直電荷転送部中に転送
された前記残りの部分をフィールド配送パルスにより前
記垂直電荷転送部から前記画像メモリに転送する第４の
ステップとを設けたことを特徴とする固体撮像装置の駆
動方法。 - 【請求項２】垂直ブランキング期間に挿入された電荷排
出転送パルスのレベル変化率が時間とともに大きくなる
ように変化する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の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62217620A JPH088665B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62217620A JPH088665B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461177A JPS6461177A (en) | 1989-03-08 |
| JPH088665B2 true JPH088665B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=16707147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62217620A Expired - Fee Related JPH088665B2 (ja) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088665B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4877061B2 (ja) * | 2007-05-09 | 2012-02-15 | パナソニック電工株式会社 | 郵便受箱 |
-
1987
- 1987-08-31 JP JP62217620A patent/JPH088665B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461177A (en) | 1989-03-08 |
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