(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷転送部と、前記電荷転送部から転送された電荷の検出をする電荷検出部と、前記電荷検出部の電位のインピーダンス変換をするアンプ部と、前記電荷検出部の電位を設定する基準電位設定部と、前記電荷検出部と前記基準電位設定部とを一周期毎に接続するリセットスイッチ部とを備えた電荷転送装置の駆動方法であって、前記基準電位設定部に交流信号を入力することを特徴とする電荷転送装置の駆動方法。
【請求項２】
前記電荷転送装置が、前記アンプ部より出力される信号を所定のタイミングでクランプするクランプ部と、前記クランプ部より出力される信号を所定のタイミングで複数回サンプルホールドするサンプルホールド部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の電荷転送装置の駆動方法。
【請求項３】
電荷転送部と、前記電荷転送部から転送された電荷の検出をする電荷検出部と、前記電荷検出部の電位のインピーダンス変換をするアンプ部と、前記電荷検出部の電位を設定する基準電位設定部と、前記基準電位設定部と反対側に位置し前記電荷転送部の入力部の電位を設定する入力部と、前記電荷検出部と前記基準電位設定部とを一周期毎に接続するリセットスイッチ部とを備えた電荷転送装置の駆動方法であって、前記電荷転送部に一定の電圧を印加した状態で、前記入力部に交流信号を入力することを特徴とする電荷転送装置の駆動方法。
【請求項４】
電荷転送部と、前記電荷転送部から転送された電荷の検出をする電荷検出部と、前記電荷検出部の電位のインピーダンス変換をするアンプ部と、前記電荷検出部の電位を設定する基準電位設定部と、前記基準電位設定部と反対側に位置し前記電荷転送部の入力部の電位を設定する入力部と、前記電荷検出部と前記基準電位設定部とを一周期毎に接続するリセットスイッチ部と、前記アンプ部より出力される信号を所定のタイミングでクランプするクランプ部と、前記クランプ部より出力される信号を所定のタイミングで複数回サンプルホールドするサンプルホールド部とを備えた電荷転送装置の駆動方法であって、前記電荷転送部に一定の電圧を印加した状態で、前記入力部に交流信号を入力することを特徴とする電荷転送装置の駆動方法。
【請求項５】
前記交流信号が矩形波により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電荷転送装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば一体型ビデオカメラに固体撮像素子（イメージセンサ）として用いられる電荷転送装置の駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、従来の駆動方法に用いる埋め込み型電荷転送装置（ＢＣＣＤ：Buried channel Charge Coupled Device）の断面図と、図９にそのポテンシャル分布をそれぞれ示す。図１において、１はＰ型基板、２は埋め込み型の電荷転送部としてのｎ-埋め込み層、３は電荷検出部としてのｎ+拡散層、ＩＳは電荷注入電位を設定する入力ソース電極、ＩＧは電荷注入量をコントロールする入力ゲート電極、Ｇ１〜Ｇ４は４相クロックにより電荷転送を制御する転送電極、ＯＧは所定の直流電圧を印加する出力ゲート電極、ＯＳは信号電荷Ｑを電圧Ｖに変換して出力する信号出力電極、ＯＤは基準電位設定部として所定の直流電圧を印加する出力ドレイン電極、ＲＧはリセットスイッチ部としてリセット信号電荷が信号出力電極ＯＳに接続されたｎ+拡散層３に転送される直前にｎ+拡散層３を出力ドレイン電極ＯＤで設定した直流電圧に接続することにより電圧設定するリセットゲート電極、４は信号出力電極ＯＳの電位をインピーダンス変換するアンプ部、ＶＯはアンプ部４の出力端子をそれぞれ示している。
【０００３】
出力ゲート電極ＯＧには２ボルトの直流電源が印加されている。出力ドレイン電極ＯＤ、入力ソース電極ＩＳにはチャンネルが空乏化する電圧（たとえば１０ボルト）以上の直流電源が印加されている。Ｇ１〜Ｇ４のゲート電極に０ボルトを印加したときのチャンネル空乏化電位が図９のポテンシャル分布において太実線で示されている。実際はＧ１〜Ｇ４、ＩＧおよびＲＧに印加する電圧は図１０に示されているパルス波形であり、Ｈレベルが１０ＶでＬレベルが０Ｖである。図１０において、パルスφＧ１、φＧ２、φＧ３およびφＧ４はそれぞれ転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３およびＧ４に印加される信号、φＩＧは入力ゲート電極ＩＧに印加される信号、φＲＧはリセットゲート電極ＲＧに印加される信号をそれぞれ示している。
【０００４】
以上のように構成されたＢＣＣＤの動作を図１０の駆動タイミング図とその時のポテンシャル分布の図１１から図１３を用いて説明する。まず、時刻ｔ＝ｔ１において、パルスφＧ１、φＧ２及びφＩＧがＨレベル、その他のパルスがＬレベルになり、電荷が注入される。次に、ｔ＝ｔ２においてパルスφＩＧがＬレベルになる。次に、ｔ＝ｔ３でパルスφＧ１、φＧ２及びφＧ３がＨレベル、その他のパルスがＬレベルになり、電荷は３ゲート分にわたり拡散する（この期間を拡散期間と呼ぶ）。次にｔ＝ｔ４でパルスφＧ２及びφＧ３がＨレベル、その他のパルスがＬレベルになり、転送電極Ｇ１電極下の電荷がフリンジ電界により、転送電極Ｇ２及びＧ３の２ゲートに転送される（この期間を転送期間と呼ぶ）。次にｔ＝ｔ５でパルスφＧ２、φＧ３及びφＧ４がＨレベル、その他のパルスがＬレベルになり、電荷は再び拡散期間になり、パルスφＧ２、φＧ３及びφＧ４電極の３ゲート分にわたり拡散する。このあと、ｔ＝ｔ６〜ｔ１４まで、拡散期間と転送期間と繰り返すことにより電荷が転送され、信号出力電極ＯＳから出力が選択され、その後アンプ４を経て出力端子ＶＯから出力される。次にｔ＝ｔ１５でリセットゲート電極ＲＧがＨレベルになり電荷のリセットが行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イメージセンサの多画素化に伴い、出力アンプの広帯域化が望まれているが、従来の構成の電荷転送装置の駆動方法では、出力アンプの周波数特性を信号の立ち上がりもしくは立ち下がりから予測はできるものの正確な測定ができないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アンプの周波数特性を測定することができる電荷転送装置の駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、電荷転送部と、電荷転送部から転送された電荷の検出をする電荷検出部と、電荷検出部の電位のインピーダンス変換をするアンプ部と、電荷検出部の電位を設定する基準電位設定部と、電荷検出部と基準電位設定部とを一周期毎に接続するリセットスイッチ部とを備えている電荷転送装置の駆動方法であって、基準電位設定部に交流信号を入力することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電荷転送装置の駆動方法は、交流信号が矩形波により構成されていることが好ましい。
【０００９】
かかる構成によれば、電荷転送装置のアンプの周波数特性を正確に測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
本発明の電荷転送装置の駆動方法においては図１から図３を用いて説明する。その動作は、出力ゲート電極ＯＧには２ボルトの直流電源が印加されている。出力ドレイン電極ＯＤ、入力ソース電極ＩＳにはチャンネルが空乏化する電圧（たとえば１０ボルト）以上の直流電源が印加されている。Ｇ１〜Ｇ４のゲート電極に０ボルトを印加したときのチャンネル空乏化電位が図２のポテンシャル分布において太実線で示されている。実際は出力ドレイン電極ＯＤに印加する電圧は図３に示されているＤＣ電圧とパルス波形と出力波形である。パルスφＯＤはＨレベルが１５ＶでＬレベルが１０Ｖであり、それ以外はＨレベルが１０Ｖで、Ｌレベルが０Ｖである。図３において、パルスφＧ１、φＧ２、φＧ３およびφＧ４はそれぞれ転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３およびＧ４に印加される信号、φＩＧは入力ゲート電極ＩＧに印加される信号、φＲＧはリセットゲート電極ＲＧに印加される信号、φＯＳは信号出力波形を示し、φＶＯはアンプ４を通過した信号波形をそれぞれ示している。
【００１２】
まず、時刻ｔ＝ｔ１において、パルスφＯＤがＨレベルになり、ＲＧには１５Ｖを印加しているのでパルスφＯＤのＨレベル（１５Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。次に、ｔ＝ｔ２においてパルスφＯＤがＬレベルになり、ＲＧには１５Ｖを印加しているのでパルスφＯＤのＬレベル（１０Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。この時の出力端子ＶＯから出力される波形はパルスφＯＤをα倍した結果であるため振幅を測定するだけで、アンプ４のゲインを容易に評価することができる。
【００１３】
以下、本発明の好ましい第２の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の電荷転送装置の駆動方法においては図２、図４、図５を用いて説明する。第１の実施形態と異なる点は、クランプ部とサンプルホールド部が出力端子ＶＯのあとに付加された点である。その動作は、出力ゲート電極ＯＧには２ボルトの直流電源が印加されている。出力ダイオード電極ＯＤ、入力ソース電極ＩＳにはチャンネルが空乏化する電圧（たとえば１０ボルト）以上の直流電源が印加されている。Ｇ１〜Ｇ４のゲート電極に０ボルトを印加したときのチャンネル空乏化電位も図２のポテンシャル分布において太実線で示されている。実際は出力ドレイン電極ＯＤに印加する電圧は図５に示されているＤＣ電圧とパルス波形と出力波形である。パルスφＯＤはＨレベルが１５ＶでＬレベルが１０Ｖであり、それ以外はＨレベルが１０ＶでＬレベルが０Ｖである。図５において、φＧ１、φＧ２、φＧ３およびφＧ４はそれぞれ転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３およびＧ４に印加される信号、φＩＧは入力ゲート電極ＩＧに印加される信号、φＲＧはリセットゲート電極ＲＧに印加される信号、φＯＳは信号出力波形を示し、φＶＯはアンプ４を通過した信号波形、φＳＣはクランプ部のスイッチＳＣに印加するパルスでＨレベルのときスイッチＳＣがＯＮする。パルスφＳＳはサンプルホールド部のスイッチＳＳに印加するパルスでＨレベルのときスイッチＳＳがＯＮすることをそれぞれ示している。
【００１４】
まず、時刻ｔ＝ｔ１において、パルスφＯＤがＨレベルになり、ＲＧには１５Ｖを印加しているのでパルスφＯＤのＨレベル（１５Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。次に、パルスφＳＣがＨレベルになり、スイッチＳＣがＯＮになりクランプコンデンサＣＣにクランプ電圧ＥＣが充電される。次にｔ＝ｔ２でパルスφＳＣがＬレベルになり、スイッチＳＣはＯＦＦとなる、またパルスφＳＳがＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。次にｔ＝ｔ３でパルスφＳＳが２回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。次にｔ＝ｔ４でパルスφＳＳが３回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。この時、入力信号パルスφＯＤはＬレベル（１０Ｖ）が出力されているため、出力端子ＶＯから出力される波形はＬレベルに向かっている、しかし、アンプの充放電特性の影響により立ち下りには時間を要する。次にｔ＝ｔ５でパルスφＳＳが４回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。以下同様にｔ＝ｔ８まで繰り返す。この時のサンプルホールド出力ＳＨＯから出力される波形を観測し、パルスの立ち下がり特性を評価することができ、また周波数特性を評価することができる。また、同様に立ち上がり特性を評価できることは言うまでもない。
【００１５】
以下、本発明の好ましい第３の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の電荷転送装置の駆動方法においては図１、図６、図７を用いて説明する。この方法は出力ドレイン電極ＯＤが電荷転送装置全体の電源端子と接続される構造で、出力ドレイン電極ＯＤにパルスを入力できないときに有効な方法である。
【００１６】
その動作は、出力ゲート電極ＯＧには２ボルトの直流電源が印加されている。出力ドレイン電極ＯＤ、入力ソース電極ＩＳにはチャンネルが空乏化する電圧（たとえば１０ボルト）以上の直流電源が印加されている。Ｇ１〜Ｇ４のゲート電極に１０ボルトを印加したときのチャンネル空乏化電位が図６のポテンシャル分布において太実線で示されている。実際は各端子に印加する電圧は図７に示されているＤＣ電圧とパルス波形と出力波形である。パルスφＩＳはＨレベルが１５ＶでＬレベルが１０Ｖであり、それ以外はＨレベルが１０ＶでＬレベルが０Ｖである。図７において、パルスφＧ１、φＧ２、φＧ３およびφＧ４はそれぞれ転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３およびＧ４に印加される信号、パルスφＩＧは入力ゲート電極ＩＧに印加される信号、パルスφＲＧはリセットゲート電極ＲＧに印加される信号、パルスφＯＳは信号出力波形を示し、パルスφＶＯはアンプ４を通過した信号波形をそれぞれ示している。
【００１７】
まず、時刻ｔ＝ｔ１において、パルスφＩＳがＨレベルになり、ＩＧには１０Ｖを印加しているのでパルスφＩＳのＨレベル（１５Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。次に、ｔ＝ｔ２においてパルスφＩＳがＬレベルになり、入力ゲート電極ＩＧには１０Ｖを印加しているのでパルスφＩＳのＬレベル（１０Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。この時の出力端子ＶＯから出力される波形はパルスφＩＳをα倍した結果であるため振幅を測定するだけで、アンプ４のゲインを容易に評価することができる。第１の実施形態と異なるのは入力パルスを入力ソース電極ＩＳから印加する点である。
【００１８】
以下、本発明の好ましい第４の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の電荷転送装置の駆動方法を図４、図６、図８を用いて説明する。第２の実施形態と異なる点は、入力パルスを入力ソース電極ＩＳから印加する点である。この方法は出力ドレイン電極ＯＤが電荷転送装置全体の電源端子と接続される構造で、出力ドレイン電極ＯＤにパルスを入力できないときに有効な方法である。
【００１９】
その動作は、出力ゲート電極ＯＧには２ボルトの直流電源が印加されている。出力ドレイン電極ＯＤ、入力ソース電極ＩＳにはチャンネルが空乏化する電圧（たとえば１０ボルト）以上の直流電源が印加されている。Ｇ１〜Ｇ４のゲート電極に１０ボルトを印加したときのチャンネル空乏化電位が図６のポテンシャル分布において太実線で示されている。実際は各端子に印加する電圧は図８に示されているＤＣ電圧とパルス波形と出力波形である。パルスφＩＳはＨレベルが１５ＶでＬレベルが１０Ｖであり、それ以外はＨレベルが１０ＶでＬレベルが０Ｖである。図８において、パルスφＧ１、φＧ２、φＧ３およびφＧ４はそれぞれ転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３およびＧ４に印加される信号、パルスφＩＧは入力ゲート電極ＩＧに印加される信号、パルスφＲＧはリセットゲート電極ＲＧに印加される信号、パルスφＯＳは信号出力波形を示し、パルスφＶＯはアンプ４を通過した信号波形、パルスφＳＣはクランプ部のスイッチＳＣに印加するパルスでＨレベルのときスイッチＳＣがＯＮする。パルスφＳＳはサンプルホールド部のスイッチＳＳに印加するパルスでＨレベルのときスイッチＳＳがＯＮすることをそれぞれ示している。
【００２０】
まず、時刻ｔ＝ｔ１において、パルスφＩＳがＨレベルになり、入力ゲート電極ＩＧには１５Ｖを印加しているのでパルスφＩＳのＨレベル（１５Ｖ）は信号出力電極ＯＳと接続される。その後アンプ４によりインピーダンス変換された信号が出力端子ＶＯから出力される。次に、パルスφＳＣがＨレベルになり、スイッチＳＣがＯＮになりクランプコンデンサＣＣにクランプ電圧ＥＣが充電される。次にｔ＝ｔ２でパルスφＳＣがＬレベルになり、スイッチＳＣはＯＦＦとなる。またパルスφＳＳがＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。次にｔ＝ｔ３でパルスφＳＳが２回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。次にｔ＝ｔ４でパルスφＳＳが３回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。この時、入力信号パルスφＩＳはＬレベル（１０Ｖ）が出力されているため、出力端子ＶＯから出力される波形はＬレベルに向かっている、しかし、アンプの充放電特性の影響により立ち下りには時間を要する。次にｔ＝ｔ５でパルスφＳＳが４回目のＨレベルになり、スイッチＳＳがＯＮになりサンプルホールドコンデンサＣＳに信号がホールドされると同時にサンプルホールド出力ＳＨＯからこのタイミングでの信号が出力される。以下同様にｔ＝ｔ８まで繰り返す。この時のＳＨＯ端子から出力される波形を観測し、パルスの立ち下がり特性を評価することができ、周波数特性を評価することができる。また、同様に立ち上がり特性を評価できることは言うまでもない。
【００２１】
なお、本発明の電荷転送装置の駆動方法が適用されるイメージセンサは２次元のものでも１次元のものでもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電荷転送装置の駆動方法によれば、アンプのゲインや周波数特性等の基本特性を短時間で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の駆動方法と、本発明の第１および第３の実施の形態の駆動方法とにおける電荷転送装置の転送部の電極構成を示す断面図
【図２】本発明の第１および第２の実施の形態の駆動方法における電荷転送装置のポテンシャル分布を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態の駆動方法における各駆動パルスを示す図
【図４】本発明の第２および第４の実施の形態の駆動方法における電荷転送装置の転送部の電極構成を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施の形態の駆動方法における各駆動パルスを示す図
【図６】本発明の第３および第４の実施の形態の駆動方法における電荷転送装置のポテンシャル分布を示す図
【図７】本発明の第３の実施の形態の駆動方法における各駆動パルスを示す図
【図８】本発明の第４の実施の形態の駆動方法における各駆動パルスを示す図
【図９】従来の駆動方法における電荷転送装置のポテンシャル分布を示す図
【図１０】従来の駆動方法における各駆動パルスを示す図
【図１１】電荷転送装置の電荷転送動作を説明するためのポテンシャル分布図
【図１２】電荷転送装置の電荷転送動作を説明するためのポテンシャル分布図
【図１３】電荷転送装置の電荷転送動作を説明するためのポテンシャル分布図
【符号の説明】
１  Ｐ型基板
２  ｎ-埋め込み層
３  ｎ+拡散層
４  アンプ
Ｇ１〜Ｇ４  転送電極
ＩＳ  入力ソース電極
ＩＧ  入力ゲート電極
ＯＧ  出力ゲート電極
ＯＳ  信号出力電極
ＯＤ  出力ドレイン電極
ＲＧ  リセットゲート電極
ＶＯ  出力端子
【図１】
0003788027.tif 000002
【図２】
0003788027.tif 000003
【図３】
0003788027.tif 000004
【図４】
0003788027.tif 000005
【図５】
0003788027.tif 000006
【図６】
0003788027.tif 000007
【図７】
0003788027.tif 000008
【図８】
0003788027.tif 000009
【図９】
0003788027.tif 000010
【図１０】
0003788027.tif 000011
【図１１】
0003788027.tif 000012
【図１２】
0003788027.tif 000013
【図１３】
0003788027.tif 000014