JP2007335972A - Driving method of ccd solid-state imaging element, and ccd solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直電荷転送路(垂直シフトレジスタ)と水平電荷転送路(水平シフトレジスタ)との接続部分に転送電荷を一時蓄積保持するラインメモリを備えるCCD(Charge Coupled Devices:電荷結合素子)型固体撮像装置に係り、特に、高品質な画像を撮像することが可能なCCD型固体撮像装置及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a CCD (Charge Coupled Devices) type comprising a line memory for temporarily storing and holding transfer charges at a connecting portion between a vertical charge transfer path (vertical shift register) and a horizontal charge transfer path (horizontal shift register). The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a CCD solid-state imaging device capable of capturing a high-quality image and a driving method thereof.
垂直電荷転送路と水平電荷転送路との接続部分に転送電荷を一時蓄積保持するラインメモリを備えるCCD型固体撮像装置の一例が下記の特許文献1に記載されている。このようなCCD型固体撮像装置を図5で説明する。
An example of a CCD type solid-state imaging device having a line memory that temporarily stores and holds transfer charges at a connection portion between a vertical charge transfer path and a horizontal charge transfer path is described in
CCD型固体撮像装置100の半導体基板上には、多数のフォトダイオード101(R,G,Bは、各フォトダイオード上に積層されたカラーフィルタの色(赤,緑,青)を示している。)が二次元アレイ状、図示の例では正方格子状に配列形成されており、フォトダイオード101の各列に沿って垂直電荷転送路102が形成されている。垂直電荷転送路102は、埋め込みチャネルと、その上に絶縁膜を介して積層された垂直転送電極V1,V2,…,V8によって構成される。
On the semiconductor substrate of the CCD type solid-
各垂直電荷転送路102は、1つのフォトダイオード101に対して2枚の垂直転送電極を備え、図示する例では、垂直方向上側の垂直転送電極とフォトダイオード101とが読出ゲート103によって接続され、フォトダイオード101の受光電荷(信号電荷)が読出ゲート103を通して対応の垂直転送電極下に形成される電位パケット内に読み出される。読み出された信号電荷は、各垂直転送電極V1,V2,…,V8に転送パルスφV1,φV2,…φV8が印加されることで、半導体基板の下辺部方向に転送される。
Each vertical
半導体基板100の下辺部には、各垂直電荷転送路102の端部に接続されるラインメモリ104が設けられ、このラインメモリ104と並行に水平電荷転送路105が設けられる。ラインメモリ104は、各垂直電荷転送路対応に素子分離部で区画された不純物領域と、その上に絶縁膜を介して積層され上記の転送パルスとは独立のパルス信号φLMが印加される電極とで構成され、垂直電荷転送路102によって転送されてきた信号電荷を受け取り一時蓄積する。
A
水平電荷転送路105は、埋め込みチャネルとその上に絶縁膜を介して積層された水平転送電極H1,H2とで構成され、ラインメモリ104から移された信号電荷を、転送パルスφH1,φH2によって出力段方向に転送する。
The horizontal
水平電荷転送路105の出力段には、出力アンプ106が設けられる。この出力アンプ106は、水平電荷転送路105の出力段まで転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を画像信号として出力する。
An
図6は、図5に示すフォトダイオード略1.5個分の断面模式図である。この固体撮像素子100は、n型シリコン基板110の表面部にpウェル層111が形成され、このpウェル層111の表面部に、pウェル層111との間でpn接合(フォトダイオード:光電変換素子)を構成するn領域112が形成される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of approximately 1.5 photodiodes shown in FIG. In this solid-
図示の例では、n領域112の左脇に素子分離領域を構成する高濃度p領域113が形成され、n領域112の表面に、p領域113に連続する表面p層115が設けられる。pウェル層111には、n領域112に蓄積された信号電荷を受け取り転送する垂直電荷転送路を構成するn領域(埋め込みチャネル)116が、当該n領域112の右側に離間して設けられる。
In the illustrated example, a high-
これらの各領域112,113,115,116が形成された半導体基板110の最表面には、酸化シリコンでなるゲート絶縁膜120が積層され、その上に、フォトダイオード(n領域112)の受光面上に開口121aを有する遮光膜121が積層される。遮光膜121の下に、垂直電荷転送路を構成する転送電極膜(ポリシリコン膜)122が絶縁層123を介して埋設される。遮光膜121の上には平坦化層125が積層され、その上にカラーフィルタ層126が積層され、最上部に、トップマイクロレンズ127が積層される。
A gate
図5,図6で説明したようなCCD型固体撮像素子では、奇数列目及び偶数列目の各垂直電荷転送路によってラインメモリ104に転送されてきた信号電荷を水平電荷転送路に移す場合、奇数列目の垂直電荷転送路による信号電荷と、偶数列目の垂直電荷転送路による信号電荷とを交互にラインメモリ104の該当箇所から水平電荷転送路に移す動作を行う場合がある。
In the CCD type solid-state imaging device described with reference to FIGS. 5 and 6, when the signal charges transferred to the
この場合、例えば奇数列目(または偶数列目)の信号電荷を水平電荷転送路に移すとき、偶数列目(または奇数列目)の信号電荷はラインメモリ104上に保持しておき水平電荷転送路105側に漏れない様に固体撮像素子を駆動しないと、不具合が発生する。これを図7,図8で説明する。
In this case, for example, when the signal charges in the odd-numbered columns (or even-numbered columns) are transferred to the horizontal charge transfer path, the signal charges in the even-numbered columns (or odd-numbered columns) are held on the
図5に示す様なCCD型固体撮像素子を4相駆動する場合、図7に示す様に、通常、垂直転送電極V1に印加する転送パルスφV1を垂直転送電極V5に印加する転送パルスφV5と同じにし、同様に、φV2=φV6,φV3=φV7,φV4=φV8とする。即ち、対となる2電極(V1とV5、V2とV6、V3とV7、V4とV8)に同じ転送パルスを印加する。 When the CCD type solid-state imaging device as shown in FIG. 5 is driven in four phases, the transfer pulse φV1 applied to the vertical transfer electrode V1 is usually the same as the transfer pulse φV5 applied to the vertical transfer electrode V5 as shown in FIG. Similarly, φV2 = φV6, φV3 = φV7, and φV4 = φV8. That is, the same transfer pulse is applied to two pairs of electrodes (V1 and V5, V2 and V6, V3 and V7, V4 and V8).
各転送パルスφV1〜φV4を各電極V1,V2,…,V8に印加することで、図8に示す様に、信号電荷を収容した電位パケットの垂直電荷転送路に沿う方向の長さは、2電極分→3電極分→2電極分→…と伸縮しながら、ラインメモリ(LM)104の方向に進むことになる。 By applying the transfer pulses φV1 to φV4 to the electrodes V1, V2,..., V8, the length of the potential packet containing the signal charge in the direction along the vertical charge transfer path is 2 as shown in FIG. The process proceeds in the direction of the line memory (LM) 104 while expanding / contracting the electrode portion → the three electrode portion → the two electrode portion →.
垂直電荷転送路が停止している期間すなわち電荷保持期間には、信号電荷は4電極中の2電極分の電位パケット内に蓄積されており、その1つ手前の状態は3電極分の電位パケット内に蓄積されている。 During the period in which the vertical charge transfer path is stopped, that is, the charge holding period, the signal charge is accumulated in the potential packet for two electrodes of the four electrodes, and the state immediately before that is the potential packet for three electrodes. Is accumulated within.
電位パケットを3電極状態から2電極状態に変化させるときに、即ち、図8(a)(b)に示す電極V3,V7を電位VM(例えば0V)から電位VL(例えば−8V)に変化させるタイミングkで、奇数列目のラインメモリから水平電荷転送路に電荷転送を行うためにラインメモリ104の電極に印加するパルスφLMがLo状態になっていると(ラインメモリの電位パケットが浅くなっていると)、電極V3,V7に印加するVL電圧の影響で、図6に示すpウェル層111の電位が大きく揺さぶられる。
When the potential packet is changed from the three-electrode state to the two-electrode state, that is, the electrodes V3 and V7 shown in FIGS. 8A and 8B are changed from the potential VM (for example, 0V) to the potential VL (for example, −8V). At timing k, when the pulse φLM applied to the electrode of the
この結果、pウェル層111に設けられたラインメモリ104の電位パケットのポテンシャルが更に浅くなる瞬間が生じる。この電位パケット内に蓄積されている信号電荷量が少ない場合には、即ち、暗いシーンを撮影した信号電荷量であれば問題ないが、明るいシーンを撮影し電位パケット内に飽和量に近い信号電荷が蓄積されている場合には、図8(b)に示す様に、偶数列目のラインメモリに保持されている信号電荷が水平電荷転送路側に溢れ出してしまう。
As a result, there occurs a moment when the potential of the potential packet of the
つまり、奇数列目の信号電荷に偶数列目の信号電荷の溢れ分が加算され、偶数列目の信号電荷の電荷量は溢れ分だけ少なくなってしまう。この現象が、信号電荷を垂直方向に転送する毎に発生すると、奇数列目の信号電荷量が多くなり、偶数列目の信号電荷量が少なくなり、明るいシーンの撮像画像中に縦線が発生してしまうという不具合が生じる。 That is, the overflow of the even-numbered signal charge is added to the odd-numbered signal charge, and the amount of the even-numbered signal charge is reduced by the overflow. If this phenomenon occurs every time signal charge is transferred in the vertical direction, the signal charge amount in the odd-numbered columns increases, the signal charge amount in the even-numbered columns decreases, and vertical lines occur in the captured image of the bright scene. This causes the problem of end up.
本発明の目的は、明るいシーンを撮影した場合でも縦線の発生を防止することができるCCD型固体撮像素子の駆動方法及びCCD型固体撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a driving method of a CCD solid-state imaging device and a CCD solid-state imaging device capable of preventing the occurrence of vertical lines even when a bright scene is photographed.
本発明のCCD型固体撮像素子の駆動方法及びCCD型固体撮像装置は、複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路によって転送されてきた信号電荷を受け取り一時保持する電荷保持手段と、該電荷保持手段の蓄積電荷を受け取り出力段方向に転送する水平電荷転送路とを備えるCCD型固体撮像素子の前記垂直電荷転送路を構成する垂直転送電極のうち対となる2電極への印加電圧を同時に変化させながら垂直方向への電荷転送を行う駆動方法等において、前記電荷保持手段の蓄積電荷を前記水平電荷転送路に転送するために該電荷保持手段の電位レベルを電荷転送レベルに保持している時間帯では、前記対となる2電極に印加する電圧を各電極毎に異なるタイミングで変化させることを特徴とする。 A method for driving a CCD solid-state imaging device and a CCD solid-state imaging device according to the present invention include a plurality of vertical charge transfer paths, charge holding means for receiving and temporarily holding signal charges transferred by the vertical charge transfer paths, A voltage applied to two pairs of electrodes among the vertical transfer electrodes constituting the vertical charge transfer path of a CCD type solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path that receives the stored charge of the charge holding means and transfers it in the direction of the output stage. In a driving method or the like that performs charge transfer in the vertical direction while changing simultaneously, the potential level of the charge holding means is held at the charge transfer level in order to transfer the accumulated charge of the charge holding means to the horizontal charge transfer path. In a certain time zone, the voltage applied to the pair of two electrodes is changed at different timing for each electrode.
本発明のCCD型固体撮像素子の駆動方法及びCCD型固体撮像装置は、前記垂直電荷転送路によって転送され前記電荷保持手段に保持された信号電荷を、奇数列目の前記垂直電荷転送路による信号電荷と偶数列目の前記垂直電荷転送路による信号電荷とを異なるタイミングで前記水平電荷転送路に転送することを特徴とする。 In the CCD solid-state imaging device driving method and the CCD solid-state imaging device according to the present invention, the signal charges transferred by the vertical charge transfer path and held in the charge holding means are converted into signals by the vertical charge transfer paths in odd columns. Charges and signal charges from the vertical charge transfer paths in even columns are transferred to the horizontal charge transfer paths at different timings.
本発明によれば、電荷保持手段から水平電荷転送路に信号電荷を転送するために該電荷保持手段の電位パケットを浅くしている時間帯では、対となる2電極の電位を同時に変化させずに異なるタイミングで変化させるので、半導体基板の電位の揺れを抑制することができる。これにより、この電位の揺れに起因する不具合が抑制される。 According to the present invention, in the time zone in which the potential packet of the charge holding means is shallow in order to transfer the signal charge from the charge holding means to the horizontal charge transfer path, the potentials of the paired two electrodes are not changed simultaneously. Therefore, fluctuations in the potential of the semiconductor substrate can be suppressed. Thereby, the malfunction resulting from this fluctuation of potential is suppressed.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るCCD型固体撮像装置の表面模式図である。図示するCCD型固体撮像装置は、CCD型固体撮像素子10と、撮像素子駆動回路30とからなる。CCD型固体撮像素子10の断面構造は図6と同様であるので図示及び説明は省略する。
FIG. 1 is a schematic view of the surface of a CCD solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The illustrated CCD solid-state imaging device includes a CCD solid-
このCCD型固体撮像素子10は、n型半導体基板11の表面部に、多数のアレイ状に形成されたフォトダイオード12を備える。図示する例では、偶数行のフォトダイオード12に対して奇数行のフォトダイオード12が1/2ピッチづつずらして形成され、所謂、ハニカム画素配列となっている。
The CCD solid-
尚、本実施形態は、ハニカム画素配列の固体撮像素子を例に説明するが、図5で説明した正方格子配列の固体撮像素子にも適用可能である。 Although the present embodiment will be described by taking a solid-state image sensor having a honeycomb pixel array as an example, the present embodiment is also applicable to the solid-state image sensor having a square lattice array described with reference to FIG.
各フォトダイオード12内に記載したR,G,Bは、夫々、当該フォトダイオード上に積層されたカラーフィルタの色(R=赤,G=緑,B=青)を示している。
R, G, and B described in each
水平方向に隣接する各フォトダイオード12間には、垂直方向に蛇行して延びる垂直電荷転送路(垂直シフトレジスタ:VCCD)13が形成され、半導体基板11の下辺部には、各垂直電荷転送路13の端部に連絡するラインメモリ(電荷保持手段)14が設けられる。
A vertical charge transfer path (vertical shift register: VCCD) 13 extending meandering in the vertical direction is formed between the
垂直電荷転送路13は、半導体基板11の図6で説明したpウェル層に形成されたn型の埋め込みチャネルと、この埋め込みチャネル上に絶縁膜を介して設けられた垂直転送電極とで構成される。
The vertical
ラインメモリ14は、半導体基板11の図6で説明したpウェル層に形成されたn型の不純物領域と、この不純物領域の上に絶縁膜を介して設けられた電極LMとで構成される。ラインメモリ14の不純物領域は、素子分離部によって各垂直電荷転送路対応に区画されている。
The
ラインメモリ14には、水平電荷転送路(水平シフトレジスタ:HCCD)15が併設されている。水平電荷転送路15も、pウェル層に形成されたn型の埋め込みチャネルと、この埋め込みチャネル上に絶縁膜を介して設けられた水平転送電極H1,H2とで構成される。水平電荷転送路15の出力段には出力アンプ16が設けられている。
The
各フォトダイオード12が受光量に応じて蓄積した信号電荷は、隣接の垂直電荷転送路13に読み出されたあとラインメモリ14方向に転送され、ラインメモリ14に一時蓄積される。この信号電荷は、ラインメモリ14の電極LMに駆動パルスφLMが印加されることで水平電荷転送路15に転送され、水平電荷転送路15に移された信号電荷は、水平電荷転送路15に沿って出力端まで転送される。そして、水平電荷転送路出力端に設けられた出力アンプ16が、信号電荷量に応じた電圧値信号を出力する。
The signal charges accumulated in accordance with the amount of light received by each
尚、「垂直」「水平」という用語を用いているが、これは単に「一方向」「この一方向に対して略直角の方向」という意味である。 The terms “vertical” and “horizontal” are used, but this simply means “one direction” or “a direction substantially perpendicular to this one direction”.
撮像素子駆動回路30は、このCCD型固体撮像装置が組み込まれるデジタルカメラ等の装置側に設けられる制御CPUからの指示を受けて、CCD型固体撮像素子10の垂直電荷転送路13を駆動する垂直転送パルスφV1〜φV8、水平電荷転送路15を駆動する水平転送パルスφH1,φH2、ラインメモリ14の電極LMを駆動するパルスφLMを生成し、CCD型固体撮像素子10に出力する。
The image
図2は、図1に示す点線矩形枠II内の拡大模式図である。ハニカム配列されたフォトダイオード12の各列の側部には、垂直方向に蛇行する垂直電荷転送路13が設けられる。図示するV1,V2,…,V8は、垂直電荷転送路13に設けられる垂直転送電極である。
FIG. 2 is an enlarged schematic diagram in the dotted rectangular frame II shown in FIG. A vertical
ラインメモリ14に最も近いフォトダイオード12に対しラインメモリ14を近接して設けず、所定距離だけ離れた位置に設けているのは、この所定距離の間で、各列の垂直電荷転送路13の間隔を等間隔にし、ラインメモリ14や水平電荷転送路15に接続するためである。この所定距離の間における垂直電荷転送路の延長部分にも、垂直電荷転送電極V5,V6,V7,V8,V1,V2が設けられる。
The
これにより、ラインメモリ14の各電極LM(分離して図示しているが、同一パルスφLMで駆動される。)が水平方向に等間隔で並び、各電極LMは、水平電荷転送路15に等間隔に交互に設けられる水平転送電極H1,H2に整列することになる。
As a result, the electrodes LM of the line memory 14 (shown separately but driven by the same pulse φLM) are arranged at equal intervals in the horizontal direction, and the electrodes LM are arranged in the horizontal
図3は、本実施形態に係るCCD型固体撮像装置における駆動タイミングを示す図である。概略の動作は次の通りである。 FIG. 3 is a diagram illustrating drive timing in the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment. The general operation is as follows.
垂直電荷転送路(垂直シフトレジスタ)で電荷転送を行うと、1行分の各フォトダイオードの信号電荷が各垂直電荷転送路からラインメモリに転送され、蓄積保持される。 When charge transfer is performed in the vertical charge transfer path (vertical shift register), the signal charge of each photodiode for one row is transferred from each vertical charge transfer path to the line memory and stored and held.
次に、ラインメモリ上の信号電荷のうち、奇数列目の信号電荷が水平電荷転送路(水平シフトレジスタ)に転送され、次に、水平電荷転送路がこの信号電荷を出力段側に転送する。これにより、奇数列目の各信号電荷の電荷量に応じた画像信号が出力アンプから出力される。 Next, among the signal charges on the line memory, the signal charges in the odd-numbered columns are transferred to the horizontal charge transfer path (horizontal shift register), and then the horizontal charge transfer path transfers this signal charge to the output stage side. . Thereby, an image signal corresponding to the charge amount of each signal charge in the odd-numbered column is output from the output amplifier.
次に、空になった水平電荷転送路上に偶数列目の信号電荷をラインメモリから水平電荷転送路に転送する。そして、水平電荷転送路がこの信号電荷を出力段側に転送する。これにより、偶数列目の各信号電荷の電荷量に応じた画像信号が出力アンプから出力される。 Next, the signal charges in the even-numbered columns are transferred from the line memory to the horizontal charge transfer path on the empty horizontal charge transfer path. The horizontal charge transfer path transfers this signal charge to the output stage side. As a result, an image signal corresponding to the charge amount of each signal charge in the even column is output from the output amplifier.
以上の動作を、繰り返すことにより、図1に示す各行のフォトダイオードの信号電荷に応じた画像信号が撮像装置外部に出力される。 By repeating the above operation, an image signal corresponding to the signal charge of each row of photodiodes shown in FIG. 1 is output to the outside of the imaging apparatus.
上述した撮像素子の駆動制御を行うときに、本実施形態では、ラインメモリの電位パケットが浅くなっている時間帯(ラインメモリの電極LMが電荷転送レベル(Loレベル)に維持されている時間帯)で、次の様に垂直転送パルスのタイミング制御を行うことを特徴とする。 In the present embodiment, when the above-described drive control of the image sensor is performed, in the present embodiment, a time zone in which the potential packet of the line memory is shallow (a time zone in which the electrode LM of the line memory is maintained at the charge transfer level (Lo level)). ), The timing control of the vertical transfer pulse is performed as follows.
図4(a)(b)の最上段に図示する電位パケットの状態すなわち電極V4,V5と電極V8,V1の下に電位パケットが形成され、各電位パケット内に信号電荷が蓄積された状態で、図3に示すタイミングaにより電極V2,V6の電位が電位VLから電位VMに変化する。 In the state of the potential packet shown in the uppermost stage of FIGS. 4A and 4B, that is, the potential packet is formed under the electrodes V4 and V5 and the electrodes V8 and V1, and the signal charge is accumulated in each potential packet. The potentials of the electrodes V2 and V6 change from the potential VL to the potential VM at the timing a shown in FIG.
これにより、各電位パケットは3電極分に広がり、ラインメモリに近接する電位パケットは、ラインメモリとの間のバリアが消失して、この電位パケット内の信号電荷がラインメモリの電位パケット内に流れ込む。 As a result, each potential packet spreads over three electrodes, and the potential packet close to the line memory loses its barrier to the line memory, and the signal charge in this potential packet flows into the potential packet of the line memory. .
次のタイミングbで、電極V4,V8の電位が電位VMから電位VLに変化すると、垂直電荷転送路上の電位パケットは3電極分から2電極分に縮まり、次のタイミングcで電極V7,V3の電位が電位VMから電位VLに変化すると、電位パケットはラインメモリ方向に3電極分に広がる。 When the potential of the electrodes V4 and V8 changes from the potential VM to the potential VL at the next timing b, the potential packet on the vertical charge transfer path is reduced from three electrodes to two electrodes, and at the next timing c, the potentials of the electrodes V7 and V3. Changes from the potential VM to the potential VL, the potential packet spreads over three electrodes in the line memory direction.
以下、電極V1,V5の電位がVM→VLとなるタイミングd,電極V4,V8の電位がVL→VMとなるタイミングe,電極V2,V6の電位がVM→VLとなるタイミングf,電極V1,V5の電位がVL→VMとなるタイミングgと進むことで、電位パケットは2電極分→3電極分→2電極分→3電極分と伸縮を繰り返し、信号電荷のラインメモリ方向への転送が行われる。 Hereinafter, timing d when the potentials of the electrodes V1 and V5 are changed from VM to VL, timing e when the potentials of the electrodes V4 and V8 are changed from VL to VM, timing f when the potentials of the electrodes V2 and V6 are changed from VM to VL, electrodes V1, By proceeding with the timing g at which the potential of V5 changes from VL to VM, the potential packet repeats expansion and contraction of 2 electrodes → 3 electrodes → 2 electrodes → 3 electrodes, and signal charges are transferred in the direction of the line memory. Is called.
図3に示すタイミングg1,g2は同タイミングであるが、タイミングg1は電極V1,V5が電位VLから電位VMに変化したタイミングを示し、タイミングg2はラインメモリLMの電位がHiレベル(電荷蓄積レベル)からLoレベル(電荷転送レベル)に変化したタイミングを示している。 The timings g1 and g2 shown in FIG. 3 are the same timing, but the timing g1 indicates the timing when the electrodes V1 and V5 change from the potential VL to the potential VM, and the timing g2 indicates that the potential of the line memory LM is at the Hi level (charge accumulation level). ) To Lo level (charge transfer level).
図4に示す様に、タイミングg1で電極V1,V5の電位が電位VMに変化すると、電位パケットが3電極分に広がる。そして、同じタイミングg2で、ラインメモリLMの電位がLoレベルに変化する。このとき、奇数列目のラインメモリに整列する水平電荷転送路の水平転送電極H1の電位はHiレベルになっており、偶数列目のラインメモリに整列する水平転送電極H2の電位はLoレベルになっている。 As shown in FIG. 4, when the potentials of the electrodes V1 and V5 change to the potential VM at the timing g1, the potential packet spreads over three electrodes. At the same timing g2, the potential of the line memory LM changes to the Lo level. At this time, the potential of the horizontal transfer electrode H1 of the horizontal charge transfer path aligned with the line memory of the odd-numbered column is at the Hi level, and the potential of the horizontal transfer electrode H2 aligned with the line memory of the even-numbered column is at the Lo level. It has become.
水平転送電極H1,H2とラインメモリLMとの間にはバリアBAが形成されており、このバリアBAは、水平転送電極H1,H2の電位レベルと一緒に変動する。このため、ラインメモリLMの電位がタイミングg2でLoレベルに変化すると、奇数列目のラインメモリLMの蓄積電荷が水平転送電極H1下に形成された電位パケットに流れ込む。 A barrier BA is formed between the horizontal transfer electrodes H1, H2 and the line memory LM, and this barrier BA varies with the potential levels of the horizontal transfer electrodes H1, H2. For this reason, when the potential of the line memory LM changes to the Lo level at the timing g2, the accumulated charges of the odd-numbered line memory LM flow into the potential packet formed under the horizontal transfer electrode H1.
しかし、ラインメモリLMの電位がLoレベルに変化しても、偶数列目のラインメモリLMの電位パケットと水平転送電極H2下に形成されている電位パケットとの間にはバリアBAが存在するため、偶数列目のラインメモリLMの蓄積電荷は、ラインメモリLMの電位パケットに蓄積されたままとなる。 However, even if the potential of the line memory LM changes to the Lo level, a barrier BA exists between the potential packet of the even-numbered line memory LM and the potential packet formed under the horizontal transfer electrode H2. The accumulated charge in the line memory LM in the even-numbered column remains accumulated in the potential packet of the line memory LM.
しかしながら、このとき(ラインメモリがLoレベルになっておりその電位パケットが浅くなっているとき)、ラインメモリLMが形成されているpウェル層の電位が大きく変動し、また、偶数列目のラインメモリLMに蓄積されている信号電荷量が飽和電荷量に近いと、偶数列目のラインメモリの蓄積電荷がバリアBAを越えて水平転送電極H2下の電位パケットに漏れてしまう。この漏れた電荷は、水平電荷転送路の電荷転送に伴って奇数列目の信号電荷と混合され、上述した〔発明が解決しようとする課題〕で述べた不具合が発生する。 However, at this time (when the line memory is at the Lo level and the potential packet is shallow), the potential of the p-well layer in which the line memory LM is formed fluctuates greatly, and the lines in the even-numbered columns If the signal charge amount stored in the memory LM is close to the saturation charge amount, the charge stored in the line memory of the even-numbered column leaks to the potential packet below the horizontal transfer electrode H2 over the barrier BA. This leaked charge is mixed with the signal charges in the odd-numbered columns along with the charge transfer in the horizontal charge transfer path, and the above-mentioned problem described in [Problems to be solved by the invention] occurs.
そこで、ラインメモリの電位がLoレベルに保持されている時間帯では、タイミングhで垂直転送電極V3の電位を電位VMから電位VLに変化させ、タイミングhから時間tだけずらしたタイミングiで垂直転送電極V7の電位を電位VMから電位VLに変化させる。 Therefore, in the time zone in which the potential of the line memory is held at the Lo level, the potential of the vertical transfer electrode V3 is changed from the potential VM to the potential VL at the timing h, and the vertical transfer is performed at the timing i shifted from the timing h by the time t. The potential of the electrode V7 is changed from the potential VM to the potential VL.
これにより、電極V3,V7の電位を同時に電位VMから電位VLに変化させる場合(図7の場合)と比較してpウェル層の電位変動が抑制され、偶数列目のラインメモリLMの蓄積電荷の水平電荷転送路への漏れが抑制される。 As a result, compared to the case where the potentials of the electrodes V3 and V7 are simultaneously changed from the potential VM to the potential VL (in the case of FIG. 7), the potential fluctuation in the p-well layer is suppressed, and the accumulated charge in the line memory LM in the even-numbered columns Leakage to the horizontal charge transfer path is suppressed.
次のタイミングjでは、ラインメモリLMの電位がLoレベルからHiレベルに変化され、以後、図3に示す様に、水平電荷転送路による奇数列目の信号電荷の出力、偶数列目のラインメモリLMから水平電荷転送路への電荷転送、水平電荷転送路による偶数列目の信号電荷の出力が行われる。これにより、垂直電荷転送路上の電位状態は、図4(a)(b)の最上段の状態になり、以後、上記と同様の動作が繰り返されることで、1画面分の画像信号が水平電荷転送路から出力される。 At the next timing j, the potential of the line memory LM is changed from the Lo level to the Hi level. Thereafter, as shown in FIG. 3, the output of the signal charges in the odd-numbered columns through the horizontal charge transfer path, the line memories in the even-numbered columns. Charge transfer from the LM to the horizontal charge transfer path, and output of the signal charges in the even-numbered columns through the horizontal charge transfer path are performed. As a result, the potential state on the vertical charge transfer path becomes the uppermost state in FIGS. 4A and 4B, and thereafter, the same operation as described above is repeated, so that the image signal for one screen becomes the horizontal charge. Output from the transfer path.
以上述べた様に、本実施形態によれば、垂直電荷転送とラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送とを同時並行的に行うことができるため、高フレームレートで画像信号を撮像素子外部に読み出すことができる。しかも、このとき、ウェル層の電位変動を抑制して垂直電荷転送を行うことができるため、この電位変動に起因する撮像画像の画質劣化を抑制することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, since the vertical charge transfer and the charge transfer from the line memory to the horizontal charge transfer path can be performed simultaneously in parallel, the image signal is transmitted to the outside of the image sensor at a high frame rate. Can be read out. In addition, since the vertical charge transfer can be performed while suppressing the potential fluctuation of the well layer at this time, it is possible to suppress the degradation of the image quality of the captured image due to the potential fluctuation.
本発明に係るCCD型固体撮像素子の駆動方法及びCCD型固体撮像装置は、高画質の撮像画像データを高フレームレートで出力することができるため、デジタルカメラ等に搭載するCCD型固体撮像装置に適用すると有用である。 Since the CCD solid-state imaging device driving method and the CCD solid-state imaging device according to the present invention can output high-quality captured image data at a high frame rate, the CCD solid-state imaging device mounted on a digital camera or the like can be used. It is useful to apply.
10 CCD型固体撮像素子
11,110 半導体基板
12,103 フォトダイオード(光電変換素子)
13 垂直電荷転送路
14 ラインメモリ
15 水平電荷転送路
16 出力アンプ
30 撮像素子駆動回路
111 pウェル層
116 垂直電荷転送路の埋め込みチャネル
10 CCD type solid-
13 vertical
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