JP3313125B2 - CCD type solid-state imaging device - Google Patents

CCD type solid-state imaging device

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JP3313125B2
JP3313125B2 JP25909991A JP25909991A JP3313125B2 JP 3313125 B2 JP3313125 B2 JP 3313125B2 JP 25909991 A JP25909991 A JP 25909991A JP 25909991 A JP25909991 A JP 25909991A JP 3313125 B2 JP3313125 B2 JP 3313125B2
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俊文 尾崎
正章 中井
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秀行 小野
朗 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はCCD型撮像素子に
し、特に容易で低消費電力な駆動ができ、また低消費電
力かつ低雑音な出力回路を有する2次元CCD型撮像素
子に関する。
The present invention relates to a function to <br/> the CCD type imaging element, particularly easy and low can power drive, also a two-dimensional CCD type having a low power consumption and low noise output circuitry The present invention relates to an imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、家庭用ビデオカメラ等に用いられ
る固体撮像素子には、CCD型固体撮像素子が広く用い
られている。このような従来のCCD型固体撮像素子は
図15に示すインタ−ライン型と呼ばれる素子構成をも
ち、表1に示す駆動条件で駆動がなされ、図16に示す
構成によりカメラシステムの中で用いられる。図15に
おいて、1は光電変換を行うホトダイオ−ド、2、3は
ホトダイオ−ドで光電変換された信号電荷を転送するた
めの垂直CCD及び水平CCD、4は水平CCD3と出
力回路を仕切るアウトプットゲ−ト、5は水平CCD3
から信号電荷の送られてくる浮遊拡散層を水平CCDの
転送周期ごとにリセットするためのリセットトランジス
タ、6、8はそれぞれ初段ソ−スフォロワ−を構成する
ドライバトランジスタ、負荷トランジスタ、9、10は
それぞれ次段ソ−スフォロワ−を構成するドライバトラ
ンジスタ、負荷トランジスタである。垂直CCD2の中
の区切りは1ポリシリコン電極からなる1転送段を、水
平CCDの中の区切りは第1層ポリシリコンと第2層ポ
リシリコン電極からなる1転送段を示す。また、水平C
CD3とアウトプットゲ−トを構成する第2層ポリシリ
コン電極下にはチャネル電圧を低くするためボロンのイ
オン打ち込みがなされている。また、リセットトランジ
スタ5は水平CCDを構成する第1層ポリシリコン電極
下と同様のディプレッション型トランジスタからなる。
v1、v2、v3、v4は垂直CCD2を駆動するため
の4相のパルスの入力端子、h1、h2は水平CCD3
を駆動するための2相のパルスの入力端子、ogはアウ
トプットゲ−トの直流バイアス電圧入力端子、rgはリ
セットパルス入力端子、rdは浮遊拡散層のリセット電
圧入力端子、vgは負荷トランジスタのゲ−ト電圧入力
端子、odは出力回路の電源電圧入力端子、subは基
板電圧入力端子、wellはウェル電圧入力端子、vs
sは保護回路のウェル電圧入力端子、outは信号出力
端子である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a CCD solid-state imaging device has been widely used as a solid-state imaging device used in a home video camera or the like. Such a conventional CCD type solid-state imaging device has an element configuration called an inter-line type shown in FIG. 15, is driven under the driving conditions shown in Table 1, and is used in a camera system by the configuration shown in FIG. . In FIG. 15, 1 is a photodiode for performing photoelectric conversion, 2 and 3 are vertical CCDs and horizontal CCDs for transferring signal charges photoelectrically converted by the photodiodes, and 4 is an output gate for dividing a horizontal CCD 3 and an output circuit. -5 and 5 are horizontal CCD3
Reset transistors for resetting the floating diffusion layer to which the signal charges are sent from the horizontal CCD every transfer cycle of the horizontal CCD, respectively, a driver transistor, a load transistor, and a load transistor, which constitute a first stage source follower; These are a driver transistor and a load transistor that constitute the next stage source follower. The partition in the vertical CCD 2 indicates one transfer stage composed of one polysilicon electrode, and the partition in the horizontal CCD indicates one transfer stage composed of a first polysilicon layer and a second polysilicon electrode. Also, horizontal C
Under the second polysilicon electrode constituting the output gate with the CD3, boron ions are implanted to lower the channel voltage. The reset transistor 5 is a depletion type transistor similar to the one below the first layer polysilicon electrode constituting the horizontal CCD.
v1, v2, v3, and v4 are input terminals of four-phase pulses for driving the vertical CCD 2, and h1 and h2 are horizontal CCDs 3.
Og is an output gate DC bias voltage input terminal, RG is a reset pulse input terminal, rd is a reset voltage input terminal of a floating diffusion layer, and vg is a load transistor gate. -Input voltage input terminal, od is the power supply voltage input terminal of the output circuit, sub is the substrate voltage input terminal, well is the well voltage input terminal, vs
s is a well voltage input terminal of the protection circuit, and out is a signal output terminal.

【0003】ホトダイオ−ド1で光電変換された信号電
荷は、v1もしくはv3端子に高電圧が印加され一括し
て垂直CCD2に送られ、ついでv1からv4端子に中
電圧と低電圧の電圧レベルをもつ4相のパルスが印加さ
れ一行ずつ水平CCD3に転送され、その後h1、h2
端子に2相のパルスが印加され水平CCD3内を順次転
送される。水平CCD3より浮遊拡散層に転送された信
号電荷による電位変化がトランジスタ6、8からなる初
段ソ−スフォロワ−により検出され、トランジスタ9、
10からなる次段ソ−スフォロワ−によりout端子に
出力される。ついで、rg端子にリセットパルスが印加
されリセットトランジスタ5が導通し、浮遊拡散層はr
d端子に印加されリセット電圧にリセットされる。以上
の動作が繰り返され、信号が順次出力される。また、s
ub端子には通常はホトダイオ−ドで生じる過剰電荷を
排出するため所定の直流電圧が印加され、動解像度の向
上とフリッカ防止を目的とした電子シャッタを実現する
ため走査の途中で高電圧が印加される。このような構成
と動作を持つCCD型固体撮像素子は通例表1に示す駆
動条件により駆動がなされる。表1は図15に示した各
端子に印加されるパルスと直流バイアス電圧の1例を示
すものである。well端子電圧を基準電圧としてv1
からv4端子には暗電流低減のため最低電圧が垂直CC
Dn層の表面にp型反転層が形成される電圧(以下ピン
ニング電圧)以下とした負値の垂直CCD走査パルスが
印加され、ホトダイオ−ドから垂直CCDへの信号電荷
転送時には、v1、v3端子には高電圧が印加される。
また、h1、h2端子には図16のタイミング発生器の
出力電圧が直接印加される。これは、ドライバを設ける
ことによる不要な消費電力の発生を防ぎ、カメラシステ
ムを低消費電力化するためである。さらに、水平CCD
から出力拡散層への電荷転送をとどこおりなく行うため
に、og端子にはh1並びにh2端子に印加される水平
CCD転送パルスの高電圧に等しい電圧が、rd端子に
はアウトプットゲ−ト下のチャネル電圧より十分に高い
電圧が印加される。rg端子の低電圧は浮遊拡散層から
の信号電荷の漏れを防ぐために水平CCD転送パルスの
低電圧に等しく、高電圧は十分に低いオン抵抗を実現す
るため水平CCD転送パルスの高電圧より十分に高い電
圧を印加する。また、od端子には電圧値数を増やさな
いためにrd端子と同一電圧が印加される。一方、su
b端子に印加される過剰電荷排出用の直流電圧は素子ご
とにばらつくため各素子ごとに調整がなされ、電子シャ
ッタ−パルスのための高電圧は素子のばらつきの上限値
に設定される。
The signal charge photoelectrically converted by the photodiode 1 is applied with a high voltage to the terminal v1 or v3 and is sent to the vertical CCD 2 in a lump. Then, the voltage levels of the medium voltage and the low voltage are applied to the terminals v1 to v4. Are applied and transferred to the horizontal CCD 3 line by line.
Two-phase pulses are applied to the terminals and are sequentially transferred in the horizontal CCD 3. A potential change due to the signal charge transferred from the horizontal CCD 3 to the floating diffusion layer is detected by a first-stage source follower comprising transistors 6 and 8, and a transistor 9
The signal is output to an out terminal by a next-stage source follower composed of 10. Next, a reset pulse is applied to the rg terminal, the reset transistor 5 becomes conductive, and the floating diffusion layer becomes r
It is applied to the d terminal and reset to the reset voltage. The above operation is repeated, and signals are sequentially output. Also, s
Normally, a predetermined DC voltage is applied to the ub terminal to discharge excess charges generated by the photodiode, and a high voltage is applied during scanning to realize an electronic shutter for improving dynamic resolution and preventing flicker. Is done. The CCD type solid-state imaging device having such a configuration and operation is generally driven under the driving conditions shown in Table 1. Table 1 shows an example of a pulse applied to each terminal shown in FIG. 15 and a DC bias voltage. Using the well terminal voltage as a reference voltage, v1
To v4 terminal, the lowest voltage is vertical CC to reduce dark current
A negative CCD scanning pulse of a negative value which is equal to or lower than a voltage at which a p-type inversion layer is formed on the surface of the Dn layer (hereinafter referred to as a pinning voltage) is applied. Is applied with a high voltage.
The output voltage of the timing generator shown in FIG. 16 is directly applied to the terminals h1 and h2. This is to prevent unnecessary power consumption due to the provision of the driver, and to reduce the power consumption of the camera system. Furthermore, horizontal CCD
In order to transfer the charge from the output diffusion layer to the output diffusion layer without delay, a voltage equal to the high voltage of the horizontal CCD transfer pulse applied to the h1 and h2 terminals is applied to the og terminal, and the channel below the output gate is applied to the rd terminal. A voltage sufficiently higher than the voltage is applied. The low voltage at the rg terminal is equal to the low voltage of the horizontal CCD transfer pulse in order to prevent leakage of signal charges from the floating diffusion layer, and the high voltage is sufficiently higher than the high voltage of the horizontal CCD transfer pulse to realize a sufficiently low on-resistance. Apply high voltage. The same voltage as that of the rd terminal is applied to the od terminal so as not to increase the number of voltage values. On the other hand, su
Since the DC voltage for discharging the excess charge applied to the terminal b varies from element to element, the DC voltage is adjusted for each element, and the high voltage for the electronic shutter pulse is set to the upper limit of the variation of the elements.

【0004】[0004]

【表1】 [Table 1]

【0005】以上のCCD型固体撮像素子は図16に示
す構成によりカメラ内で用いられる。図中、161は図
15に示したCCD型固体撮像素子、162はCCD型
固体撮像素子161を駆動するためのタイミング発生
器、163は各パルスの電圧値を所定の値とするための
ドライバ、164はCCD型固体撮像素子161の出力
から雑音を除去するための相関二重サンプリング回路、
165は信号の出力レベルに応じて電圧利得を変える自
動利得制御回路、166はA/D変換器、167はディ
ジタル信号処理回路、168はD/A変換器、169は
カメラのバッテリ−170からカメラ各部に必要な電圧
を供給するDC−DC変換器である。タイミング発生器
162、相関二重サンプリング回路164と自動利得制
御回路165、ディジタル信号処理装置167、A/D
変換器166、D/A変換器168は、それぞれ単一電
源で動作する単一チップの集積回路から成る。CCD型
固体撮像素子161はタイミング発生器162でタイミ
ングを発生しDC−DC変換器169により電圧の供給
されたドライバ163により所定の電圧値にしたパルス
と、DC−DC変換器169から供給される直流電圧に
より駆動され、素子からの出力信号は相関2重サンプリ
ング回路164と自動利得制御回路165により雑音除
去・利得制御後、A/D変換器166によりディジタル
信号に変換されディジタル信号処理装置167で信号処
理がなされ、再びD/A変換器168によりアナログ信
号に変換されTV信号となる。なお、この種のCCD型
固体撮像素子については、例えば、テレビジョン学会技
術報告、13巻、11号、pp.61−72(198
9.2)、テレビジョン学会技術報告、12巻、13
号、pp.31−36(1988.2)において、さら
に、この種のCCD型固体撮像素子をもちいたカメラの
ディジタル信号処理装置についてはアイ・エス・エス・
シィ−・シィ−・ ダイジェスト オブ テクニカル
ペ−パ−ズ 第250頁から第251頁(1991)
(ISSCCDIGEST OF TECHNICAL
PAPERS pp.250−251(1987))
において論じられている。
The above-mentioned CCD type solid-state image pickup device is used in a camera by the configuration shown in FIG. In the figure, reference numeral 161 denotes a CCD solid-state imaging device shown in FIG. 15; 162, a timing generator for driving the CCD solid-state imaging device 161; 163, a driver for setting a voltage value of each pulse to a predetermined value; 164, a correlated double sampling circuit for removing noise from the output of the CCD solid-state imaging device 161;
165 is an automatic gain control circuit for changing the voltage gain according to the signal output level, 166 is an A / D converter, 167 is a digital signal processing circuit, 168 is a D / A converter, and 169 is a camera battery-170 to a camera. This is a DC-DC converter that supplies a necessary voltage to each unit. Timing generator 162, correlated double sampling circuit 164 and automatic gain control circuit 165, digital signal processor 167, A / D
The converter 166 and the D / A converter 168 are each formed of a single-chip integrated circuit that operates on a single power supply. The CCD solid-state imaging device 161 generates a timing by the timing generator 162, and receives a pulse of a predetermined voltage value by the driver 163 supplied with the voltage by the DC-DC converter 169, and the pulse is supplied from the DC-DC converter 169. Driven by a DC voltage, the output signal from the element is subjected to noise removal and gain control by a correlated double sampling circuit 164 and an automatic gain control circuit 165, and then converted to a digital signal by an A / D converter 166, and is processed by a digital signal processor 167. Signal processing is performed, and the signal is again converted into an analog signal by the D / A converter 168 to become a TV signal. In addition, this type of CCD solid-state imaging device is described in, for example, Technical Report of the Institute of Television Engineers of Japan, Vol. 61-72 (198
9.2), Technical Report of the Institute of Television Engineers of Japan, 12, 13
No. pp. 31-36 (1988. 2), a digital signal processor for a camera using a CCD type solid-state image pickup device of this type is also referred to as IS.
She-she-digest of technical
Papers Pages 250 to 251 (1991)
(ISSCDIGEST OF TECHNICAL
PAPERS pp. 250-251 (1987))
Are discussed in

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、CC
D型固体撮像素子の駆動に使い勝手の改善や低消費電力
化の考慮がされておらず、撮像素子の使い勝手が悪く、
カメラの低消費電力化が困難である。さらに、撮像素子
内の出力回路の低消費電力化・低雑音化が難しいという
問題があった。すなわち、第1に、周辺回路の単一電源
化が進む中で、図15に示したCCD型撮像素子の駆動
には表1に示す多値の電圧レベルを持つパルスと直流電
圧が必要でありこれらを発生するドライバ163とDC
−DC変換器169をカメラシステムの中に設けなけれ
ばならなかった。これがCCD型撮像素子を扱いにくい
ものとする一因となっていた。さらに、信号処理回路の
ディジタル化によりカメラの無調整化が進む中で、su
b端子に印加される過剰電荷排出用の直流電圧を素子ご
とに調整しなければならない点も、CCD型撮像素子を
扱いにくいものとする他の一因となっていた。また、第
2に、カメラの低消費電力化を目指し、タイミング発生
器162や信号処理装置167の電源電圧は現状の5V
から3.3V、さらには1.5Vと低電圧化が図られて
いる。しかし、高速転送が必要な水平CCD3の駆動電
圧を下げることは困難である。従って、タイミング発生
器162の出力電圧をh1、h2端子に印加して水平C
CD3を駆動することが困難となり、水平CCDを駆動
するためのドライバをカメラシステム内に設ける必要が
有った。このようにドライバ部を撮像素子外部に設ける
とドライバと撮像素子の配線容量や撮像素子のピン容量
等の寄生容量を駆動するための無効電力が発生し、カメ
ラの低消費電力化をはばむ一因となっていた。さらに、
上述した多値電圧を発生するDC−DC変換169の電
力は下げることができず、これが、カメラの低消費電力
化をはばむ他の一因となっていた。さらに、第3に、タ
イミング発生器162の0〜5Vの出力電圧をh1、h
2端子に印加し、水平CCD3を駆動しているために、
水平CCDのチャネル電圧が高く、rd端子電圧が高く
なる。この結果、rd端子と等しい電圧に設定される出
力回路の電源電圧であるod端子電圧も高くなり、出力
回路で発生する消費電力が大きくなっていた。さらに、
電源電圧が高いために、チャネル長の短いトランジスタ
を用いることが困難であり雑音が大きいという問題も生
じていた。従って、本発明の第1の目的は、駆動が容易
で使い勝手の良いCCD型固体撮像素子を提供すること
にある。また、本発明の第2の目的は、カメラの低消費
電力化が可能なCCD型撮像素子を提供することにあ
る。さらに、本発明の別の目的は、出力回路の電源電圧
を下げ、低消費電力かつ低雑音のCCD型固体撮像素子
の出力回路を提供することにある。
The above prior art is based on CC
Driving of the D-type solid-state imaging device does not consider usability improvement and low power consumption, and the usability of the imaging device is poor.
It is difficult to reduce the power consumption of the camera. Further, there is a problem that it is difficult to reduce power consumption and noise of an output circuit in the image sensor. That is, first, as the peripheral circuits become more single-powered, the driving of the CCD type image pickup device shown in FIG. 15 requires a pulse having a multi-level voltage level shown in Table 1 and a DC voltage. The driver 163 that generates these and DC
-A DC converter 169 had to be provided in the camera system. This has made the CCD type image sensor difficult to handle. In addition, as camera adjustments are progressing due to digitization of signal processing circuits, su
The fact that the DC voltage for discharging the excess charge applied to the terminal b must be adjusted for each element has also been another factor that makes the CCD type imaging element difficult to handle. Second, with the aim of reducing the power consumption of the camera, the power supply voltage of the timing generator 162 and the signal processing device 167 is set to the current 5V.
To 3.3V, and further to 1.5V. However, it is difficult to lower the drive voltage of the horizontal CCD 3 that requires high-speed transfer. Therefore, the output voltage of the timing generator 162 is applied to the h1 and h2 terminals to apply the horizontal C
It became difficult to drive the CD3, and it was necessary to provide a driver for driving the horizontal CCD in the camera system. When the driver section is provided outside the image sensor as described above, reactive power for driving a parasitic capacitance such as a wiring capacitance between the driver and the image sensor or a pin capacitance of the image sensor is generated, which is one of the causes of reducing the power consumption of the camera. Had become. further,
The power of the DC-DC converter 169 that generates the multi-level voltage described above cannot be reduced, which has been another factor in reducing the power consumption of the camera. Third, the output voltage of the timing generator 162 from 0 to 5 V is represented by h1, h
Applied to the two terminals to drive the horizontal CCD 3,
The channel voltage of the horizontal CCD is high, and the rd terminal voltage is high. As a result, the od terminal voltage, which is the power supply voltage of the output circuit set to the same voltage as the rd terminal, also increases, and the power consumption generated in the output circuit increases. further,
Since the power supply voltage is high, it is difficult to use a transistor with a short channel length, and there has been a problem that noise is large. Accordingly, a first object of the present invention is to drive to provide an easy user-friendly CCD solid-state imaging element. A second object of the present invention is to reduce power consumption of the camera to provide a CCD type imaging element as possible. Furthermore, another object of the present invention lowers the power supply voltage of the output circuit to provide an output circuitry of the CCD type solid state imaging device with low power consumption and low noise.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記第1、第2の目的を
達成するための本発明のCCD型固体撮像素子は、例え
ば図1に示すように、外部から複数個のまたは単一のト
リガパルスと正、負の2電源の供給を得て、垂直CC
D、水平CCD、リセットトランジスタ、および出力回
路をトリガパルスの入力により所定のパルス電圧および
直流電圧により駆動する電圧発生回路(11〜17)を
少なくとも内蔵することとする。あるいはさらに上記
正、負の2電源は、上記出力回路の電源電圧値と等しい
正電源値(VDD)と、上記垂直CCDの転送パルスの
最低電圧値と等しい負電源値(Vss)を有することと
する。またあるいはその上に、上記電圧発生回路は、上
記出力回路の第1導電型のMOSトランジスタと同一形
成による第1導電型のMOSトランジスタと、上記光電
変換素子表面の第2導電型の第2の不純物層の形成とと
もにソースドレイン拡散層を形成する第2導電型のMO
Sトランジスタとを相互に接続した相補型MOSトラン
ジスタの構成を備えることとする。ここで、上記電圧発
生回路は相補型MOSトランジスタの構成を備えること
とし、該電圧発生回路は、正電源とアース電源間または
アース電源と負電源間、または正電源と負電源間に第1
と第2の相補形MOSトランジスタの構成を備え、それ
ぞれの相補形MOSトランジスタのゲート相互を接続し
て入力点とし、それぞれの相補形MOSトランジスタの
ソースドレイン間の接続点を出力点とし、第1の相補形
MOSトランジスタの入力点にトリガパルスを入力し、
第1と第2の相補形MOSトランジスタの出、入力点を
相互に接続し、第2の相補形MOSトランジスタの出力
点をこれらの回路の出力点とするパルス発生回路の構成
を備えることとすれば、電圧発生回路を低電力化する上
で好ましい。ここで、正の入力トリガパルスにより上記
のパルス発生回路で負の出力パルスを発生させるため、
負電源供給のパルス発生回路の場合、該パルス発生回路
の入力点は、容量を介して外部パルス端子と、またクラ
ンプダイオードを介して負電源端子とそれぞれ接続され
るようにすればよい。上記電圧発生回路として垂直CC
D転送パルス発生回路の場合は、例えば図3に示すよう
に、アース電源と上記負電源間に上記のパルス発生回路
を有して、トリガパルスの入力により上記負電源値の出
力パルスを発生し、該出力パルスを垂直CCDに印加す
るようにすればよい。あるいは垂直CCDに上記負電源
値、正電源値、および低い電圧値の3値のパルスを印加
する垂直CCD3値パルス発生回路については、例えば
図4に示すように、アース電源と負電源間、および正電
源とアース電源間に上記のパルス発生回路を有して、ト
リガパルスの入力によりそれぞれ上記負電源値の出力パ
ルスを発生する垂直CCD転送パルス発生回路と、上記
正電源値の出力パルスを発生する垂直CCD読み出しパ
ルス発生回路とを備えるとともに、両回路の出力を切り
替えるスイッチ回路を有してその出力を垂直CCDに印
加するようにすればよい。
To achieve the above first and second objects, a CCD type solid-state image pickup device according to the present invention comprises, as shown in FIG. With pulse and two positive and negative power supplies, vertical CC
D, a horizontal CCD, a reset transistor, and at least a voltage generation circuit (11 to 17) for driving an output circuit with a predetermined pulse voltage and a DC voltage by input of a trigger pulse. Alternatively, the positive and negative two power supplies have a positive power supply value (VDD) equal to the power supply voltage value of the output circuit and a negative power supply value (Vss) equal to the lowest voltage value of the transfer pulse of the vertical CCD. I do. Alternatively or additionally, the voltage generation circuit includes a first conductivity type MOS transistor formed in the same manner as the first conductivity type MOS transistor of the output circuit, and a second conductivity type second MOS transistor on the surface of the photoelectric conversion element. MO of the second conductivity type forming the source / drain diffusion layer together with the formation of the impurity layer
A complementary MOS transistor configuration in which S transistors are connected to each other is provided. Here, the voltage generation circuit has a configuration of a complementary MOS transistor, and the voltage generation circuit has a first power supply between the positive power supply and the ground power supply, or between the ground power supply and the negative power supply, or between the positive power supply and the negative power supply.
And a second complementary MOS transistor, wherein the gates of the respective complementary MOS transistors are connected to each other as an input point, and the connection point between the source and drain of each complementary MOS transistor is defined as an output point. Input a trigger pulse to the input point of the complementary MOS transistor of
The output and input points of the first and second complementary MOS transistors are connected to each other, and the output point of the second complementary MOS transistor is used as the output point of these circuits. This is preferable for reducing the power of the voltage generation circuit. Here, in order to generate a negative output pulse in the above-mentioned pulse generation circuit by a positive input trigger pulse,
In the case of a pulse generating circuit supplied with negative power, the input point of the pulse generating circuit may be connected to an external pulse terminal via a capacitor and to a negative power terminal via a clamp diode. Vertical CC as the voltage generation circuit
In the case of the D transfer pulse generation circuit, for example, as shown in FIG. 3, the pulse generation circuit is provided between the ground power supply and the negative power supply, and the output pulse of the negative power supply value is generated by input of a trigger pulse. The output pulse may be applied to the vertical CCD. Alternatively, for a vertical CCD ternary pulse generating circuit that applies a ternary pulse of the negative power supply value, the positive power supply value, and the low voltage value to the vertical CCD, for example, as shown in FIG. A vertical CCD transfer pulse generating circuit which has the above-described pulse generating circuit between a positive power supply and a ground power supply and generates an output pulse of the negative power supply value in response to a trigger pulse input, and generates an output pulse of the positive power supply value A vertical CCD read pulse generating circuit may be provided, and a switch circuit for switching the output of both circuits may be provided to apply the output to the vertical CCD.

【0008】上記第2、第3の目的を達成するための電
圧発生回路として、水平CCDに印加する水平CCD転
送パルス発生回路について、例えば図5に示すように、
アース電源と負電源間に上記のパルス発生回路を有する
とともに、その出力に電圧振幅制限手段を有して、トリ
ガパルスの入力により上記負電源値パルスより電圧振幅
を制限した負電圧パルスを発生させて水平CCDに印加
することとした。パルス電圧をリセットトランジスタの
ゲートに印加するリセットパルス発生回路については、
例えば図6に示すように、、上記正電源とアース電源間
に上記のパルス発生回路を有してトリガパルスの入力に
よりこれを電圧増幅してパルス電圧を発生し、これを上
記ゲートに印加するようにすればよい。出力電圧を下げ
て第3の目的を達成するため、リセット電圧発生回路に
ついては、例えば図7に示すように、正電源とアース電
源間に上記パルス発生回路を有するとともに、該パルス
電圧を昇圧して平滑する手段を備え、トリガパルスの入
力により該昇圧電圧をリセットトランジスタのドレイン
に印加することとする。
As a voltage generating circuit for achieving the second and third objects, a horizontal CCD transfer pulse generating circuit applied to a horizontal CCD, for example, as shown in FIG.
In addition to the above-described pulse generating circuit between the ground power supply and the negative power supply, the output of the circuit has a voltage amplitude limiting means for generating a negative voltage pulse whose voltage amplitude is limited from the negative power supply value pulse by input of a trigger pulse. To be applied to the horizontal CCD. For a reset pulse generation circuit that applies a pulse voltage to the gate of a reset transistor,
For example, as shown in FIG. 6, the above-described pulse generation circuit is provided between the positive power supply and the ground power supply, and a trigger pulse is input to amplify the voltage to generate a pulse voltage, which is applied to the gate. What should I do? In order to achieve the third object by lowering the output voltage, the reset voltage generating circuit includes, for example, as shown in FIG. 7, the above-described pulse generating circuit between the positive power supply and the ground power supply, and boosts the pulse voltage. Means for applying a boost pulse to the drain of the reset transistor upon input of a trigger pulse.

【0009】ここで、上記のパルス電圧を昇圧する手段
としては、正電源とアース電源との間のパルス発生回路
の出力点に容量の一方の端子を接続し、該容量の他方の
端子と正電源との間をダイオード接続するとともに、該
他方の端子と出力端子をダイオード接続した構成を備え
るようにすればよい。
Here, as means for boosting the pulse voltage, one terminal of a capacitor is connected to the output point of the pulse generating circuit between the positive power supply and the ground power supply, and the other terminal of the capacitor is connected to the positive terminal. What is necessary is just to provide a structure in which the diode is connected to the power supply and the other terminal and the output terminal are diode-connected.

【0010】また第1の目的を達成するために、過剰電
圧排出用として基板に電圧を印加するための基板電圧発
生回路については、正電源と負電源間に上記のパルス発
生回路を有するとともに、基板用直流電源を有し、上記
パルス発生回路の出力点と基板との間に容量を接続し、
かつ、該基板と上記基板用直流電源とをディプレッショ
ントランジスタから成るスイッチを介して接続する構成
を有するようにすればよい。ディプレッショントランジ
スタを用いることにより電圧降下を小さくでき、パルス
発生回路の出力点と基板との間を容量結合することによ
り、高速で高い電圧を基板に印加できる。ここで、基板
用直流電源としては、例えば図9に示すように正電源を
そのまま利用するか、または例えば図13のように、正
電源の供給を得て基板に印加する直流電圧を発生する回
路と該直流電圧を調整する手段を備えて、調整された直
流電圧を基板への印加出力とするようにしてもよい。こ
の場合に基板に印加する直流電圧を発生する回路として
は、上記正電源電圧を昇圧した電圧から基板に印加する
直流電圧を降圧により発生させるものとし、また直流電
圧を調整する手段としては、電圧調整手段を備えたバイ
アス電圧発生回路の電圧をもとに上記降圧電圧を調整す
るようにすれば素子内部で基板電圧の調整ができ、使い
勝手がよくなる。垂直CCDに正電源電圧以上の読み出
し電圧を印加する垂直CCD3値パルス発生回路につい
ては、例えば図10のように、さきの垂直CCD3値パ
ルス発生回路の正電源とアース電源間の第1と第2の相
補型MOSトランジスタから成るパルス発生回路に、該
パルス発生回路と同一の構成の第3と第4の相補型MO
Sトランジスタから成る構成を上記正電源とアース電源
間に付加し、さらに第3の相補型トランジスタのゲート
相互を接続した入力点を第2の相補型MOSトランジス
タの出力点に接続し、第4の相補型MOSトランジスタ
のソースドレイン間を接続した出力点を容量を介して垂
直CCDに結合する構成を付加すればよい。
In order to achieve the first object, a substrate voltage generating circuit for applying a voltage to a substrate for discharging excess voltage includes the above-described pulse generating circuit between a positive power supply and a negative power supply. Having a DC power supply for the substrate, connecting a capacitor between the output point of the pulse generation circuit and the substrate,
In addition, the configuration may be such that the substrate and the DC power supply for the substrate are connected via a switch including a depletion transistor. The voltage drop can be reduced by using the depletion transistor, and a high voltage can be applied to the substrate at high speed by capacitively coupling between the output point of the pulse generation circuit and the substrate. Here, as the DC power supply for the substrate, for example, a positive power supply is used as it is as shown in FIG. 9, or a circuit that generates a DC voltage to be applied to the substrate by receiving the supply of the positive power supply as shown in FIG. And means for adjusting the DC voltage, and the adjusted DC voltage may be used as an output applied to the substrate. In this case, as a circuit for generating a DC voltage applied to the substrate, a DC voltage to be applied to the substrate is generated by stepping down a voltage obtained by boosting the positive power supply voltage, and a means for adjusting the DC voltage includes a voltage. If the step-down voltage is adjusted based on the voltage of the bias voltage generating circuit provided with the adjusting means, the substrate voltage can be adjusted inside the element, and the usability is improved. As shown in FIG. 10, for example, as shown in FIG. 10, a vertical CCD ternary pulse generating circuit for applying a read voltage equal to or higher than the positive power supply voltage to the vertical CCD has a first and a second power supply between the positive power supply and the ground power supply. And a third and fourth complementary MOs having the same configuration as the pulse generating circuit.
An S transistor is added between the positive power supply and the ground power supply, and an input point connecting the gates of the third complementary transistor is connected to an output point of the second complementary MOS transistor. What is necessary is just to add a configuration in which the output point connecting the source and the drain of the complementary MOS transistor is connected to the vertical CCD via a capacitor.

【0011】上記第3の目的を達成するための出力回路
としては、複数段の増幅器構成を有する場合において、
次段以降のドライバトランジスタの基板不純物濃度を初
段ドライバトランジスタの基板不純物濃度より低くする
こととする。
An output circuit for achieving the third object has a multistage amplifier configuration.
It is assumed that the substrate impurity concentration of the driver transistors in the next and subsequent stages is lower than the substrate impurity concentration of the first stage driver transistor.

【0012】上記第1、第2の目的を達成するための本
発明のCCD型固体撮像素子において、外部から単一の
トリガパルスと正、負の2電源の供給を得て動作する素
子では、例えば図14のように上記単一の外部トリガパ
ルスを基本クロックとして該基本クロックから所望のタ
イミングの複数個のトリガパルスを発生し、該トリガパ
ルスにより内蔵の電圧発生回路を駆動するタイミング発
生器を内蔵するものとする。そして、内蔵のタイミング
発生器が上述の電圧発生回路にトリガパルスを与えるも
のとすればよい。
In the CCD solid-state imaging device according to the present invention for achieving the first and second objects, the device which operates by receiving a single trigger pulse and two positive and negative power supplies from the outside is: For example, as shown in FIG. 14, a timing generator for generating a plurality of trigger pulses at desired timing from the basic clock using the single external trigger pulse as a basic clock, and driving a built-in voltage generating circuit by the trigger pulse. Built-in. Then, the built-in timing generator may provide a trigger pulse to the above-described voltage generation circuit.

【0013】[0013]

【作用】本発明で、外部からトリガパルスと正、負の2
電源の供給を得て、所定の電圧レベルのパルスや所定の
直流電圧を発生させる電圧発生回路をCCD型撮像素子
内に内蔵すれば、従来外部電源として多種の電圧レベル
の電源を要していたのに対して電源の種類数の低減をも
たらすことが可能になる。この場合に本発明では、上記
の2電源値や内蔵回路の形成に関して次のような点に着
眼した。すなわち、CCD型撮像素子の駆動用として大
きな電流駆動能力を必要とされる電源電圧の中で、出力
回路の電源電圧は最高の正電圧値を有するものであり、
垂直CCDの転送パルスの最低電圧は最低の負電圧値を
有する。集積回路の昇圧回路は通常電流駆動能力が小さ
いから、このような最高の正電圧値や最低の負電圧値を
正、負の電源値とすることにより、かつ外部からトリガ
パルスを得ることにより、CCDを駆動するための所定
の電圧のパルスと直流電圧を低消費電力で発生させるこ
とが可能となる。さらに内蔵集積回路として消費電力を
低減するために、相補形MOSトランジスタで回路を構
成することが望ましいが、出力回路の第1導電型のMO
Sトランジスタの形成とともに上記相補形MOSトラン
ジスタの第1導電型のMOSトランジスタを形成し、光
電変換素子表面の第2導電型の第2の不純物層の形成と
ともに上記相補形MOSトランジスタの第2導電型のM
OSトランジスタのソースドレイン拡散層を形成するこ
とにより、CCD型撮像素子を形成するための製造工程
を何等変更することなく上記相補形MOSトランジスタ
を形成することが可能になる。このような着眼による電
源値や回路形成を採用することにより、垂直CCD、水
平CCD、リセットトランジスタおよび出力回路を所定
のパルス電圧および直流電圧で駆動する消費電力の少な
い電圧発生回路をCCD型固体撮像素子と一緒に形成す
るようにして具合よく内蔵することが可能になる。以上
のようなわけで、本発明によれば、素子外に図16に示
したような、従来要したドライバ163を設ける必要が
なくなり、また、DC−DC変換器169は正、負の2
電圧を撮像素子に供給するだけでよいことになる。この
結果、CCD型固体撮像素子の使い勝手がよくなる。ま
た、DC−DC変換器の供給する電圧値数が減ったこと
により、カメラの低消費電力化も可能になる。
According to the present invention, a trigger pulse from the outside and positive and negative 2
If a voltage generating circuit for generating a pulse of a predetermined voltage level or a predetermined DC voltage after receiving power supply is incorporated in the CCD type imaging device, power supplies of various voltage levels have conventionally been required as an external power supply. However, the number of types of power supplies can be reduced. In this case, the present invention focuses on the following points regarding the two power supply values and the formation of the built-in circuit. That is, the power supply voltage of the output circuit has the highest positive voltage value among the power supply voltages that require a large current driving capability for driving the CCD image sensor,
The lowest voltage of the transfer pulse of the vertical CCD has the lowest negative voltage value. Since the booster circuit of an integrated circuit usually has a small current driving capability, by setting such a highest positive voltage value or the lowest negative voltage value as a positive or negative power supply value and by obtaining a trigger pulse from the outside, A pulse of a predetermined voltage and a DC voltage for driving the CCD can be generated with low power consumption. Further, in order to reduce power consumption as a built-in integrated circuit, it is desirable to form a circuit with complementary MOS transistors.
A first conductivity type MOS transistor of the complementary MOS transistor is formed along with the formation of the S transistor, and a second conductivity type second transistor of the complementary MOS transistor is formed along with formation of a second impurity type second impurity layer on the surface of the photoelectric conversion element. M
By forming the source / drain diffusion layer of the OS transistor, the complementary MOS transistor can be formed without changing the manufacturing process for forming the CCD type imaging device. By adopting such a power supply value and circuit formation based on the viewpoint, a low power consumption voltage generating circuit that drives a vertical CCD, a horizontal CCD, a reset transistor, and an output circuit with a predetermined pulse voltage and a DC voltage is used as a CCD solid-state imaging device. It is possible to easily incorporate the device by forming it together with the element. As described above, according to the present invention, it is not necessary to provide a conventionally required driver 163 as shown in FIG. 16 outside the element, and the DC-DC converter 169 is provided with two positive and negative signals.
Only the voltage needs to be supplied to the image sensor. As a result, usability of the CCD solid-state imaging device is improved. In addition, since the number of voltage values supplied by the DC-DC converter is reduced, the power consumption of the camera can be reduced.

【0014】さらに、CCD撮像素子内に外部電源によ
り基板に印加される直流電圧を発生する回路を設けると
ともに、この直流電圧を調整する手段を設け、素子内部
で電圧の調整を行うことにより、カメラシステムを作成
する際には調整が不要となる。この結果、CCD型固体
撮像素子の使い勝手がよくなる。また、水平CCD転送
パルス発生回路はタイミング発生器からのパルスをトリ
ガ−として所定の電圧レベルのパルスを図15のh1、
h2端子に印加する。この結果、タイミング発生器の電
源電圧が下がっても、素子外部にドライバを設ける必要
がない。したがって、ドライバにおける無効電力の発生
もなく、図16におけるタイミング発生器162や信号
処理装置167の電源電圧を低減し、カメラの低消費電
力化を図れる。あるいは、水平バッファ回路の少なくと
も低電圧を負とすることにより、水平CCD下のチャネ
ル電圧が低くなり、図15におけるrd端子電圧を下げ
られる。さらに、rd端子電圧をod端子電圧から昇圧
回路により発生させることにより、素子外部から供給さ
れる電源数を増加させることなくod端子電圧をrd端
子電圧をより低くすることができる。通例、初段のドラ
イバトランジスタが飽和動作し出力回路が線形範囲で動
作するためには、od端子電圧はrd端子電圧より初段
のドライバトランジスタのしきい電圧を引いた値より高
い必要がある。したがって、od端子電圧を下げるには
初段ドライバトランジスタのしきい電圧を高い値とすれ
ばよい。しかし、図15で述べたような次段ドライバが
初段ドライバと同一の構造を持つ場合にはトランジスタ
のしきい電圧が高すぎると次段ドライバトランジスタが
十分に導通せず次段の動作が困難となる。そこで、本発
明では次段以降のドライバトランジスタの基板不純物濃
度を初段のドライバトランジスタの基板不純物濃度より
低くし、初段ドライバトランジスタのしきい電圧を高く
しod端子電圧を下げると共に、次段以降のドライバト
ランジスタのしきい電圧を低くし、線形動作範囲で次段
が動作するようにした。以上の結果、出力回路の電源で
あるod端子電圧を低くし、低消費電力化ができる。ま
た、電源電圧の低減により短チャネルトランジスタの使
用が可能となり低雑音化が図れる。
Further, a circuit for generating a DC voltage applied to the substrate by an external power supply is provided in the CCD image pickup device, and a means for adjusting the DC voltage is provided. No adjustment is required when creating the system. As a result, usability of the CCD solid-state imaging device is improved. The horizontal CCD transfer pulse generation circuit generates a pulse of a predetermined voltage level by using a pulse from the timing generator as a trigger, as shown by h1 and h1 in FIG.
Apply to terminal h2. As a result, even if the power supply voltage of the timing generator drops, it is not necessary to provide a driver outside the element. Therefore, there is no generation of reactive power in the driver, the power supply voltage of the timing generator 162 and the signal processing device 167 in FIG. 16 can be reduced, and the power consumption of the camera can be reduced. Alternatively, by making at least the low voltage of the horizontal buffer circuit negative, the channel voltage below the horizontal CCD becomes low, and the rd terminal voltage in FIG. 15 can be lowered. Further, by generating the rd terminal voltage from the od terminal voltage by the booster circuit, the od terminal voltage can be lowered further without increasing the number of power supplies supplied from outside the device. Usually, in order for the first stage driver transistor to perform a saturation operation and the output circuit to operate in a linear range, the od terminal voltage needs to be higher than a value obtained by subtracting the threshold voltage of the first stage driver transistor from the rd terminal voltage. Therefore, the threshold voltage of the first-stage driver transistor may be set to a high value in order to lower the odd terminal voltage. However, in the case where the next-stage driver has the same structure as the first-stage driver as described in FIG. 15, if the threshold voltage of the transistor is too high, the next-stage driver transistor does not conduct sufficiently and the operation of the next stage becomes difficult. Become. Therefore, in the present invention, the substrate impurity concentration of the driver transistor of the subsequent stage is made lower than the substrate impurity concentration of the driver transistor of the first stage, the threshold voltage of the first stage driver transistor is increased, and the od terminal voltage is reduced. The threshold voltage of the transistor was lowered so that the next stage operates in the linear operation range. As a result, the voltage of the od terminal, which is the power source of the output circuit, can be reduced, and power consumption can be reduced. In addition, a reduction in the power supply voltage enables the use of a short-channel transistor, thereby reducing noise.

【0015】[0015]

【実施例】第1の実施例 本発明の第1の実施例を図1から図9により説明する。
図1は第1の実施例の全体構成図、図2(a)は第1の
実施例の図1のA−A’部の断面図、図2(b)は図1
のB−B’部分の断面図、(c)はPチャネルトランジ
スタに対応する部分の断面図、図3は第1の実施例の垂
直CCD転送パルス発生回路、図4は第1の実施例の垂
直CCD3値パルス発生回路、図5は第1の実施例の水
平CCD転送パルス発生回路、図6は第1の実施例のリ
セットパルス発生回路、図7は第1の実施例のリセット
ドレイン電圧発生回路、図8は第1の実施例の出力回路
負荷トランジスタのバイアス電圧発生回路、図9は第1
の実施例の基板電圧発生回路である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the first embodiment, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1 of the first embodiment, and FIG.
FIG. 3C is a sectional view of a portion corresponding to a P-channel transistor, FIG. 3 is a vertical CCD transfer pulse generating circuit of the first embodiment, and FIG. 4 is a sectional view of the first embodiment. Vertical CCD ternary pulse generation circuit, FIG. 5 is a horizontal CCD transfer pulse generation circuit of the first embodiment, FIG. 6 is a reset pulse generation circuit of the first embodiment, FIG. 7 is a reset drain voltage generation of the first embodiment 8 is a circuit for generating a bias voltage of a load transistor of the output circuit according to the first embodiment, and FIG.
11 is a substrate voltage generation circuit according to the embodiment.

【0016】図1において1から10は図15と同様で
ある。但し、リセットトランジスタ5は水平CCDを構
成する第2層ポリシリコン電極下と同様のイオン打ち込
みのされたディプレッション型トランジスタからなる。
11は図9に示す基板電圧発生回路、12は図3に示す
垂直CCD転送パルス発生回路、13は図4に示す垂直
CCD3値パルス発生回路、14は図5に示す水平CC
D転送パルス発生回路、15は図6に示すリセットパル
ス発生回路、16は図7に示すリセット電圧発生路、1
7は図8に示す出力回路負荷トランジスタのバイアス電
圧発生回路である。V1、V2、V3、V4は垂直CC
D2の転送パルスのトリガ−入力端子、V1R、V3R
は垂直CCD2の読み出しパルスのトリガ−入力端子、
H1、H2は水平CCD3の転送パルスのトリガ−入力
端子、RGはリセットパルスのトリガ−入力端子、SU
Bは電子シャッタ−パルスのトリガ−入力端子、WEL
Lはウェル電圧入力端子、VDDは正電源電圧入力端
子、Vssは負電源電圧入力端子、OUTは信号出力端
子である。タイミング発生器のトリガ−パルスと正、負
の2電源から所定の電圧を持つパルスと直流電圧が素子
内部で発生し図15で述べたと同様の動作が行われる。
In FIG. 1, 1 to 10 are the same as in FIG. However, the reset transistor 5 is a depletion-type transistor which is ion-implanted in the same manner as under the second-layer polysilicon electrode constituting the horizontal CCD.
Reference numeral 11 denotes a substrate voltage generation circuit shown in FIG. 9, 12 denotes a vertical CCD transfer pulse generation circuit shown in FIG. 3, 13 denotes a vertical CCD ternary pulse generation circuit shown in FIG. 4, and 14 denotes a horizontal CC shown in FIG.
D transfer pulse generation circuit, 15 is a reset pulse generation circuit shown in FIG. 6, 16 is a reset voltage generation path shown in FIG.
Reference numeral 7 denotes a bias voltage generation circuit for the output circuit load transistor shown in FIG. V1, V2, V3, V4 are vertical CC
D2 transfer pulse trigger-input terminal, V1R, V3R
Is a trigger-input terminal for a read pulse of the vertical CCD 2;
H1 and H2 are transfer pulse trigger input terminals of the horizontal CCD 3, RG is a reset pulse trigger input terminal, SU
B is an electronic shutter pulse trigger input terminal, WEL
L is a well voltage input terminal, VDD is a positive power supply voltage input terminal, Vss is a negative power supply voltage input terminal, and OUT is a signal output terminal. A trigger pulse of the timing generator, a pulse having a predetermined voltage from two power supplies, positive and negative, and a DC voltage are generated inside the element, and the same operation as described in FIG. 15 is performed.

【0017】通例、集積回路内で用いられる昇圧回路は
電流駆動能力が小さい。そこで、正電源は大きな電流駆
動能力を必要とされる最高電圧以上、負電源は大きな電
流駆動能力を必要とされる最低電圧以下とする必要があ
る。2次元CCD型撮像素子の場合、大きな電流駆動能
力が必要とされるのは、垂直CCD2と水平CCD3の
転送パルスの高低電圧並びに出力回路の電源電圧であ
る。以上の結果、正電源電圧値は出力回路の電源電圧値
より高くすればよい。出力回路の電源には常時貫通電流
がながれているので、不用な消費電力を発生させないた
めに、本実施例では、正電源値は出力回路の電源電圧値
と等しくした。また、負電源値は垂直CCDの転送パル
スの最低電圧値より低くすれば良い。不用な降圧器を設
けなくても良いように、本実施例では、負電源値は垂直
CCDの転送パルスの最低電圧値と等しくした。すなわ
ち、本実施例では、正電源値は出力回路の電源電圧値と
等しく、負電源値は垂直CCDの転送パルスの最低電圧
値と等しくすることにより、タイミング発生器のトリガ
−パルスと正、負の2電源から所定の電圧を持つパルス
と直流電圧を素子内部で容易に発生することが可能とな
っている。11から17の内臓回路における消費電力を
低減するために相補型MOSトランジスタにより回路を
構成することが望ましい。本実施例では、このような相
補型のトランジスタをCCD型撮像素子を形成するため
の製造工程に何ら変更をすることなく実現している。図
2を用いこの点について説明する。同図(a)は図1の
A−A’部に対応する部分の断面図であり従来と同様で
ある。図中、20はn型基板、21はp型ウェル、22
はスミア電荷等の不要電荷のCCDn層23への混入を
防ぐためのp型2重ウェル、24はCCDのポリシリコ
ン電極、25はホトダイオ−ドn層26から基板への過
剰電荷排出を低い電圧で行うためのnウェル、27は暗
電流を抑圧するためにホトダイオ−ド表面に設けられた
p+層、28は遮光用第2層アルミである。また、同図
(b)は図1のB−B’部のnチャネルトランジスタの
断面図であり従来と同様である。図中、20、21、2
2、24は図(a)と同様であり、29は配線用の第1
層アルミ、30はnチャネルMOSトランジスタのn型
ソ−スドレイン拡散層である。11から17の内臓回路
を実現するためのnチャネルMOSトランジスタは図
(b)と同様の構造を持つ。図(c)は11から17の
内臓回路を実現するため新たに設けたpチャネルMOS
トランジスタの断面構造図を示す。20、24、25、
27は図(a)と同様で、29は図(b)と同様であ
る。なお、p+層27と配線層29とのコンタクトは従
来例におけるp型ウェル21と配線層29とのコンタク
トと同時に行われる。本実施例では、pチャネルトラン
ジスタのソ−スドレイン拡散層をホトダイオ−ド表面に
設けられたp+層と兼用することにより、CCD型撮像
素子を形成するための製造工程に何ら変更をすることな
く相補型のトランジスタを実現している。なお、pチャ
ネルトランジスタのしきい電圧を低くしたい場合にはn
型ウェル25をpチャネルトランジスタ下に設けなくて
も良い。また、水平CCDの第2層ポリシリコン電極下
に打ち込まれるチャネル電圧調整用の通例ボロンからな
るイオン打ち込みをポリシリコン電極24の下に打ち込
んでも良い。逆に、しきい電圧を高くしたい場合にはホ
トダイオ−ドn層26をトランジスタ下に設ければ良
い。さらに、nチャネルトランジスタのしきい電圧を小
さくしたい場合にはp型2重ウェル22をnチャネルト
ランジスタ下に設けなくても良い。また、本実施例のp
チャネルトランジスタを用いる際にはソ−スドレイン拡
散層27がn型基板20に対し順方向にバイアスされな
いようにn型基板に印加される電圧は正電源より高い電
圧としている。
Generally, a booster circuit used in an integrated circuit has a low current driving capability. Therefore, the positive power supply needs to be higher than the highest voltage that requires a large current driving capability, and the negative power supply needs to be lower than the lowest voltage that requires a large current driving capability. In the case of a two-dimensional CCD image pickup device, a large current driving capability is required for the high and low voltages of the transfer pulses of the vertical CCD 2 and the horizontal CCD 3 and the power supply voltage of the output circuit. As a result, the positive power supply voltage value may be higher than the power supply voltage value of the output circuit. In the present embodiment, the positive power supply value was set equal to the power supply voltage value of the output circuit in order to prevent unnecessary power consumption since a through current always flows through the power supply of the output circuit. The negative power supply value may be lower than the lowest voltage value of the transfer pulse of the vertical CCD. In this embodiment, the negative power supply value is set equal to the minimum voltage value of the transfer pulse of the vertical CCD so that an unnecessary step-down device may not be provided. That is, in the present embodiment, the positive power supply value is equal to the power supply voltage value of the output circuit, and the negative power supply value is equal to the lowest voltage value of the transfer pulse of the vertical CCD. It is possible to easily generate a pulse having a predetermined voltage and a DC voltage from the two power supplies inside the element. In order to reduce power consumption in the built-in circuits 11 to 17, it is desirable to configure the circuit with complementary MOS transistors. In the present embodiment, such a complementary transistor is realized without any change in a manufacturing process for forming a CCD image sensor. This point will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of a portion corresponding to the AA 'part of FIG. In the figure, 20 is an n-type substrate, 21 is a p-type well, 22
Denotes a p-type double well for preventing unnecessary charges such as smear charges from entering the CCD n layer 23; 24, a polysilicon electrode of the CCD; 25, a low voltage for discharging excess charges from the photodiode n layer 26 to the substrate. The reference numeral 27 denotes a p + layer provided on the surface of the photodiode for suppressing dark current, and 28 denotes a second layer aluminum for light shielding. FIG. 2B is a cross-sectional view of the n-channel transistor taken along the line BB ′ in FIG. In the figure, 20, 21, 2
Reference numerals 2 and 24 are the same as those in FIG.
Layer 30 is an n-type source drain diffusion layer of the n-channel MOS transistor. An n-channel MOS transistor for realizing the built-in circuits 11 to 17 has a structure similar to that shown in FIG. FIG. 4C shows a newly provided p-channel MOS for realizing the built-in circuits 11 to 17.
1 shows a cross-sectional structure diagram of a transistor. 20, 24, 25,
27 is the same as FIG. (A), and 29 is the same as FIG. (B). The contact between the p + layer 27 and the wiring layer 29 is performed simultaneously with the contact between the p-type well 21 and the wiring layer 29 in the conventional example. In this embodiment, the source drain diffusion layer of the p-channel transistor is also used as the p + layer provided on the surface of the photodiode, thereby complementing the manufacturing process for forming the CCD type imaging device without any change. Type transistor. If the threshold voltage of the p-channel transistor is to be lowered, n
The mold well 25 need not be provided below the p-channel transistor. Alternatively, ion implantation of boron, which is typically made of boron for adjusting a channel voltage, which is implanted below the second-layer polysilicon electrode of the horizontal CCD, may be implanted below the polysilicon electrode 24. Conversely, if it is desired to increase the threshold voltage, the photodiode n layer 26 may be provided below the transistor. Further, when it is desired to reduce the threshold voltage of the n-channel transistor, the p-type double well 22 need not be provided below the n-channel transistor. In addition, p of this embodiment
When a channel transistor is used, the voltage applied to the n-type substrate is higher than the positive power supply so that the source drain diffusion layer 27 is not biased forward with respect to the n-type substrate 20.

【0018】(1)垂直CCD転送パルス発生回路 低電圧が負の垂直CCDの転送パルスを外部からの正の
トリガ−パルスにより発生させるにはレベルシフトを行
い電圧増幅することが必要である。図3に第1の実施例
の垂直CCD転送パルス発生回路を示す。図中、31は
結合容量、32はクランプダイオ−ド、33は第1の反
転回路を構成するnチャネルMOSトランジスタ、34
は第1の反転回路を構成するpチャネルMOSトランジ
スタ、35は第2の反転回路を構成するnチャネルMO
Sトランジスタ、36は第2の反転回路を構成するpチ
ャネルMOSトランジスタである。外部からの正のパル
スはダイオ−ド32により負電源Vssにクランプされ
た入力点Aに結合容量31を介し電圧シフトして伝達さ
れる。ついで、第1の反転回路により電圧増幅された
後、第2の反転回路で電流増幅され垂直CCD転送パル
スとなる。外部パルスの電圧振幅は垂直CCD転送パル
スの電圧振幅より小さいため、第1の反転回路は外部パ
ルスの電圧が高いときに貫通電流が流れる。この貫通電
流を小さくし消費電力低減するためには第1の反転回路
の電流駆動能力は低くせざるをえず、大容量の垂直CC
D電極を駆動できない。そこで、本実施例では第2の反
転回路を設け、第1の反転回路には高い電流駆動能力が
なくても良いようにしている。すなわち、本実施例によ
れば、入力点が外部パルスと容量により結合し、かつ、
負電源にクランプされた第1の反転回路を設けることに
よりレベルシフトと電圧増幅を行い、第1の反転回路の
出力を入力とする第2の反転回路を設けることで消費電
力の低い垂直CCD転送パルス発生器を実現している。
なお、ダイオ−ド32は図2のp型ウェル21内にn型
拡散層を設けることにより容易に実現できる。さらに、
クランプはダイオ−ド接続されたMOSトランジスタで
行っても良い。
(1) Vertical CCD transfer pulse generation circuit In order to generate a transfer pulse of a vertical CCD having a low negative voltage by a positive external trigger pulse, it is necessary to perform a level shift and amplify the voltage. FIG. 3 shows a vertical CCD transfer pulse generation circuit according to the first embodiment. In the figure, 31 is a coupling capacitance, 32 is a clamp diode, 33 is an n-channel MOS transistor constituting a first inverting circuit, 34
Is a p-channel MOS transistor forming a first inverting circuit, and 35 is an n-channel MOS transistor forming a second inverting circuit.
The S transistor 36 is a p-channel MOS transistor constituting a second inverting circuit. An external positive pulse is transmitted by a diode 32 to the input point A clamped to the negative power supply Vss via the coupling capacitor 31 with a voltage shift. Next, after the voltage is amplified by the first inverting circuit, the current is amplified by the second inverting circuit to be a vertical CCD transfer pulse. Since the voltage amplitude of the external pulse is smaller than the voltage amplitude of the vertical CCD transfer pulse, a through current flows through the first inversion circuit when the voltage of the external pulse is high. In order to reduce the through current and reduce the power consumption, the current driving capability of the first inverting circuit must be reduced, and a large capacity vertical CC is required.
D electrode cannot be driven. Therefore, in the present embodiment, a second inverting circuit is provided so that the first inverting circuit does not need to have a high current driving capability. That is, according to the present embodiment, the input point is coupled to the external pulse by the capacitance, and
Level shift and voltage amplification are performed by providing a first inverting circuit clamped to a negative power supply, and a vertical CCD transfer with low power consumption is provided by providing a second inverting circuit that receives the output of the first inverting circuit as an input. A pulse generator has been realized.
Note that the diode 32 can be easily realized by providing an n-type diffusion layer in the p-type well 21 of FIG. further,
The clamping may be performed by a diode-connected MOS transistor.

【0019】(2)垂直CCD3値パルス発生回路 本実施例では垂直CCD転送パルスを発生する負電源回
路と読み出しパルスを発生する正電源回路を設け、この
2つの回路の出力をスイッチにより切り替えることによ
り垂直CCD3値パルスを発生させる。図4に第1の実
施例の垂直CCD3値パルス発生回路を示す。図中、4
1は結合容量、42はクランプダイオ−ド、43、37
は第1の反転回路を構成するnチャネルMOSトランジ
スタ、44、38は第1の反転回路を構成するpチャネ
ルMOSトランジスタ、45、39は第2の反転回路を
構成するnチャネルMOSトランジスタ、46、40は
第2の反転回路を構成するpチャネルMOSトランジス
タで、41から46で構成される回路あるいは37から
40で構成される回路は図3と同様の回路である。ま
た、47は垂直CCD転送パルス発生回路と垂直CCD
電極間のスイッチとなるnチャネルMOSトランジス
タ、48は読み出しパルス発生回路と垂直CCD電極間
のスイッチとなるpチャネルMOSトランジスタであ
る。なお、nチャネルMOSトランジスタ47のウェル
は第2の反転回路の出力に接続され基板効果によるしき
い電圧の増加を防いでいる。負値の垂直転送パルスを発
生する転送パルス発生回路は負電源とアース電源間に設
けられ、転送パルス発生回路を構成するMOSトランジ
スタ43から46の各端子間電圧はVss以下となる。
また、正値の読み出しパルスを発生する読み出しパルス
発生回路は正電源とアース電源間に設けられ、読み出し
パルス発生回路を構成するMOSトランジスタ37から
40の各端子間電圧がVDD以下となる。垂直CCD2
の読み出しパルスのトリガ−入力端子V1R、V3Rに
低い電圧が印加されている時はノ−ドBの電圧はVD
D、ノ−ドCの電圧は0Vとなっている。この結果、n
チャネルMOSトランジスタ47が導通し垂直CCDの
転送パルスが垂直CCD電極に接続されたノ−ドDに印
加される。一方、ゲ−ト接地されたpチャネルMOSト
ランジスタ48のソ−スドレインには0Vもしくは負電
源電圧Vssが印加されているので導通することはな
い。ついで、転送パルスが0Vとなった状態でトリガ−
入力端子V1R、V3Rに高い電圧が掛ると、ノ−ドB
が0VとなりnチャネルMOSトランジスタ47が非導
通となる。一方、ノ−ドCがVDDとなりpチャネルM
OSトランジスタ48が導通し垂直CCD電極に接続さ
れたノ−ドDにVDDが印加される。すなわち、ノード
Bの電圧がVDDとなりnチャネルMOSトランジスタ
47が導通している時には0からVssの転送パルスが
垂直CCD電極に接続されたノードDに印加され、読み
出しパルス発生回路の出力となるノードCの電圧は0V
となっている。この結果、pチャネルMOSトランジス
タ48のソース・ドレイン間電圧は最大でもVssとな
る。また、ノードCがVDDとなりpチャネルMOSト
ランジスタ48が導通し垂直CCD電極に接続されたノ
ードDにVDDが印加される時には、垂直CCD転送パ
ルスを発生する負電源回路の出力は0Vとなっている。
この結果、nチャネルMOSトランジスタ47のソース
・ドレイン間電圧は最大でもVDDとなる。以上述べた
ように、本実施例によれば垂直CCD3値パルスを垂直
CCD転送パルスを発生する負電源回路と読み出しパル
スを発生する正電源回路を設け、この2つの回路の出力
をスイッチにより切り替えることにより、各MOSトラ
ンジスタのソ−スドレイン間電圧をVDDもしくはVs
sと低い値としながら3値パルスを発生することができ
る。また、MOSトランジスタ47をnチャネル、MO
Sトランジスタ48をpチャネルで構成し、各MOSト
ランジスタのオフ時のゲート電圧を接地電圧としたこと
により、次のような作用効果がある。すなわち、ノード
Bの電圧がVDDとなりnチャネルMOSトランジスタ
47が導通している時には0からVssの転送パルスが
垂直CCD電極に接続されたノードDに印加される。こ
の時、読み出しパルス発生回路の出力となるノードCの
電圧は0Vとなっている。以上の結果、ゲートに0Vを
加えることにより、pチャネルMOSトランジスタ48
を非導通とすることができ、そのゲート・ソース間電圧
は0V、ゲート・ドレイン間電圧は最大でもVssとで
きる。また、読み出しパルス発生回路の出力であるノー
ドCの電圧がVDDとなりpチャネルMOSトランジス
タ48が導通すると、垂直CCD電極に接続されたノー
ドDにVDDが印加される。この時、垂直CCD転送パ
ルスを発生する負電源回路の出力は0Vとなっている。
以上の結果、ゲート電圧を0Vとすることにより、nチ
ャネルMOSトランジスタ47を非導通に することがで
き、そのゲート・ソース間電圧は0V、ゲート・ドレイ
ン間電圧は最大でもVDDにすることができる。したが
ってオフ時の各スイッチMOSトランジスタのゲート・
ドレイン間電圧とゲート・ソース間電圧をVDDもしく
はVssと低い値としながら3値パルスを発生すること
ができる。
(2) Vertical CCD tri-level pulse generation circuit In this embodiment, a negative power supply circuit for generating a vertical CCD transfer pulse and a positive power supply circuit for generating a readout pulse are provided, and the outputs of these two circuits are switched by switches. A vertical CCD ternary pulse is generated. FIG. 4 shows a vertical CCD ternary pulse generating circuit according to the first embodiment. In the figure, 4
1 is a coupling capacity, 42 is a clamp diode, 43, 37
Are n-channel MOS transistors forming a first inverting circuit, 44 and 38 are p-channel MOS transistors forming a first inverting circuit, 45 and 39 are n-channel MOS transistors forming a second inverting circuit, Numeral 40 denotes a p-channel MOS transistor constituting a second inverting circuit, and a circuit composed of 41 to 46 or a circuit composed of 37 to 40 is the same as that of FIG. 47 is a vertical CCD transfer pulse generating circuit and a vertical CCD.
An n-channel MOS transistor 48 serving as a switch between the electrodes, and a p-channel MOS transistor 48 serving as a switch between the read pulse generating circuit and the vertical CCD electrodes. The well of the n-channel MOS transistor 47 is connected to the output of the second inverting circuit to prevent an increase in threshold voltage due to the body effect. Generates a negative vertical transfer pulse
The generated transfer pulse generation circuit is installed between the negative power supply and the ground power supply.
MOS transistor constituting the transfer pulse generation circuit
The voltage between the terminals of the stars 43 to 46 is equal to or lower than Vss.
A read pulse for generating a positive read pulse
The generator is provided between the positive power supply and the ground power supply,
From the MOS transistor 37 constituting the pulse generation circuit
The voltage between the terminals 40 becomes VDD or less. Vertical CCD2
When a low voltage is applied to the input terminals V1R and V3R, the voltage of the node B is VD.
The voltage of D and node C is 0V. As a result, n
The channel MOS transistor 47 is turned on, and the transfer pulse of the vertical CCD is applied to the node D connected to the vertical CCD electrode. On the other hand, since 0 V or the negative power supply voltage Vss is applied to the source drain of the p-channel MOS transistor 48 which is grounded, no conduction occurs. Then, trigger when the transfer pulse becomes 0V.
When a high voltage is applied to the input terminals V1R and V3R, the node B
Becomes 0 V, and the n-channel MOS transistor 47 is turned off. On the other hand, node C becomes VDD and p channel M
The OS transistor 48 conducts, and VDD is applied to the node D connected to the vertical CCD electrode. That is, the node
B voltage becomes VDD and n-channel MOS transistor
When 47 is conducting, a transfer pulse from 0 to Vss
The voltage applied to node D connected to the vertical CCD electrode is
The voltage of the node C which is the output of the output pulse generation circuit is 0 V
It has become. As a result, the p-channel MOS transistor
The source-drain voltage of the transistor 48 is Vss at the maximum.
You. Further, the node C becomes VDD and the p-channel MOS transistor
The transistor 48 is turned on and connected to the vertical CCD electrode.
When VDD is applied to the node D, the vertical CCD transfer
The output of the negative power supply circuit that generates the looseness is 0V.
As a result, the source of n-channel MOS transistor 47
-The drain-to-drain voltage is at most VDD. As described above, according to the present embodiment, the negative power supply circuit for generating the vertical CCD transfer pulse and the positive power supply circuit for generating the readout pulse are provided for the vertical CCD ternary pulse, and the outputs of these two circuits are switched by the switch. As a result, the source-drain voltage of each MOS transistor is set to VDD or Vs
A ternary pulse can be generated with a low value of s. The MOS transistor 47 is an n-channel MOS transistor.
The S transistor 48 is constituted by a p-channel, and each MOS transistor
The gate voltage when the transistor is off is set to the ground voltage
Accordingly, the following operation and effect can be obtained. That is, the node
B voltage becomes VDD and n-channel MOS transistor
When 47 is conducting, a transfer pulse from 0 to Vss
The voltage is applied to a node D connected to the vertical CCD electrode. This
, The output of the node C, which is the output of the read pulse generation circuit,
The voltage is 0V. As a result, 0V is applied to the gate.
In addition, the p-channel MOS transistor 48
Can be made nonconductive, and its gate-source voltage
Is 0V and the gate-drain voltage is Vss at the maximum.
Wear. Also, the node which is the output of the read pulse generation circuit
The voltage of the gate C becomes VDD and the p-channel MOS transistor
When the data 48 is turned on, the node connected to the vertical CCD electrode is turned off.
VDD is applied to the node D. At this time, the vertical CCD transfer path
The output of the negative power supply circuit that generates the looseness is 0V.
As a result, by setting the gate voltage to 0 V, the n-ch
It is possible to make the channel MOS transistor 47 non-conductive.
The gate-source voltage is 0V and the gate-drain
The inter-electrode voltage can be at most VDD. But
The gate of each switch MOS transistor when off
Set the drain-to-drain voltage and the gate-to-source voltage to VDD or
Is to generate a ternary pulse with a low value as Vss
Can be.

【0020】(3)水平CCD転送パルス発生回路 本実施例の水平CCD転送パルスは出力回路のリセット
電圧と電源電圧を下げるためにその最低電圧を負として
いる。さらに、その最低電圧は無効な電圧領域を生じな
いようにチャネル電圧を低くするためのイオン打ち込み
がなされた水平CCDの第2層ポリシリコン電極下のピ
ンニング電圧より高い値とする。この結果、水平CCD
転送パルス最低電圧は垂直CCD転送パルスの最低電圧
より高い負の値となる。一方、その電圧振幅は消費電力
低減のため通例垂直CCD転送パルスより小さい。そこ
で、本実施例では水平CCDの転送パルスを外部からの
正のトリガ−パルスをレベルシフトした後負電源回路の
電圧振幅を制限することにより発生させる。図5に第1
の実施例の水平CCD転送パルス発生回路を示す。図
中、51は結合容量、52はクランプダイオ−ド、53
は第1の反転回路を構成するnチャネルMOSトランジ
スタ、54は第1の反転回路を構成するpチャネルMO
Sトランジスタ、55は第2の反転回路を構成するnチ
ャネルMOSトランジスタ、56は第2の反転回路を構
成するpチャネルMOSトランジスタで、51から56
で構成される回路は図3と同様の回路である。また、5
7は、パルスの負電圧を制限するためのpチャネルMO
Sトランジスタ、58、59はpチャネルMOSトラン
ジスタ57のゲ−トにバイアス電圧を与えるpチャネル
MOSトランジスタ、60、61、62はバイアス電圧
発生回路を構成するnチャネルMOSトランジスタであ
る。なお、nチャネルMOSトランジスタ60、61、
62のウェルはそれぞれのソ−スに接続され各トランジ
スタのしきい電圧は等しくなっている。H1、H2端子
に印加されたトリガ−パルスにより発生したパルスは、
pチャネルMOSトランジスタ57により負電圧が制限
され、水平CCD転送パルスとなる。第2の反転回路の
出力が0Vの時ノ−ドEはバイアス電圧発生回路のバイ
アス電圧からpチャネルMOSトランジスタ59のしき
い電圧だけ高い値となっている。第2の反転回路の出力
がVssとなるとトランジスタ57のドレインもしくは
ソ−スとゲ−ト間の容量結合により、ノ−ドEの電圧は
低くなる。この後、ノ−ドEの電圧がある電圧以下にな
るとトランジスタ58が導通し、ノ−ドEはバイアス電
圧発生回路のバイアス電圧よりpチャネルMOSトラン
ジスタ58のしきい電圧だけ低い値にクランプされる。
この結果、第2の反転回路の出力はノ−ドEよりpチャ
ネルMOSトランジスタ57のしきい電圧だけ高い値、
すなわち、バイアス電圧発生回路のバイアス電圧と等し
い値に制限される。本実施例によれば水平CCDの転送
パルスを外部からの正のトリガ−パルスをレベルシフト
した後負電源回路の電圧振幅を制限することにより発生
させる事ができる。
(3) Horizontal CCD transfer pulse generation circuit The horizontal CCD transfer pulse of this embodiment has a negative minimum voltage in order to lower the reset voltage of the output circuit and the power supply voltage. Further, the minimum voltage is set to a value higher than the pinning voltage below the second-layer polysilicon electrode of the horizontal CCD which has been ion-implanted to lower the channel voltage so as not to generate an invalid voltage region. As a result, the horizontal CCD
The transfer pulse minimum voltage has a negative value higher than the minimum voltage of the vertical CCD transfer pulse. On the other hand, the voltage amplitude is usually smaller than the vertical CCD transfer pulse to reduce power consumption. Therefore, in this embodiment, the transfer pulse of the horizontal CCD is generated by limiting the voltage amplitude of the negative power supply circuit after level shifting a positive trigger pulse from the outside. FIG. 5 shows the first
5 shows a horizontal CCD transfer pulse generation circuit according to the embodiment. In the figure, 51 is a coupling capacitance, 52 is a clamp diode, 53
Is an n-channel MOS transistor constituting the first inverting circuit, and 54 is a p-channel MOS transistor constituting the first inverting circuit.
S transistor, 55 is an n-channel MOS transistor forming a second inverting circuit, 56 is a p-channel MOS transistor forming a second inverting circuit, 51 to 56
Is a circuit similar to that of FIG. Also, 5
7 is a p-channel MO for limiting the negative voltage of the pulse.
S transistors 58 and 59 are p-channel MOS transistors for applying a bias voltage to the gate of the p-channel MOS transistor 57, and 60, 61 and 62 are n-channel MOS transistors constituting a bias voltage generating circuit. The n-channel MOS transistors 60, 61,
Wells 62 are connected to the respective sources, and the threshold voltage of each transistor is equal. The pulse generated by the trigger pulse applied to the H1 and H2 terminals is
The negative voltage is limited by the p-channel MOS transistor 57 and becomes a horizontal CCD transfer pulse. When the output of the second inverting circuit is 0 V, the node E is higher than the bias voltage of the bias voltage generating circuit by the threshold voltage of the p-channel MOS transistor 59. When the output of the second inverting circuit becomes Vss, the voltage of the node E decreases due to the capacitive coupling between the drain of the transistor 57 or the source and the gate. Thereafter, when the voltage of the node E falls below a certain voltage, the transistor 58 is turned on, and the node E is clamped to a value lower than the bias voltage of the bias voltage generating circuit by the threshold voltage of the p-channel MOS transistor 58. .
As a result, the output of the second inverting circuit is higher than the node E by the threshold voltage of the p-channel MOS transistor 57,
That is, the value is limited to a value equal to the bias voltage of the bias voltage generation circuit. According to the present embodiment, the transfer pulse of the horizontal CCD can be generated by limiting the voltage amplitude of the negative power supply circuit after level shifting the external positive trigger pulse.

【0021】なお、パルスの高電圧を制限するにはトラ
ンジスタ57から59をnチャネルMOSトランジスタ
とし所望のバイアス電圧を与えれば良い。また、パルス
の電圧を制限するために電源電圧に電圧リミッタ−を掛
けても良い。
In order to limit the high voltage of the pulse, transistors 57 to 59 may be n-channel MOS transistors and a desired bias voltage may be applied. In addition, a voltage limiter may be applied to the power supply voltage in order to limit the voltage of the pulse.

【0022】(4)リセットパルス発生回路 本実施例ではアウトプットゲ−トの直流バイアス電圧は
水平CCD転送パルスの高電圧である0Vとする。ま
た、リセットトランジスタ5はアウトプットゲ−トを構
成する第2層ポリシリコン電極下と同様のディプレッシ
ョン型トランジスタからなる。この結果、浮遊拡散層か
らの信号電荷の漏れを防ぐためにはリセットパルスの低
電圧は0V以下であれば良い。そこで、本実施例では正
電源と0Vを2電源とする回路によりリセットパルスを
発生させている。図6に第1の実施例のリセットパルス
発生回路を示す。図中、63は第1の反転回路を構成す
るnチャネルMOSトランジスタ、64は第1の反転回
路を構成するpチャネルMOSトランジスタ、65は第
2の反転回路を構成するnチャネルMOSトランジス
タ、66は第2の反転回路を構成するpチャネルMOS
トランジスタで、63から66で構成される回路は図3
と同様の回路である。本実施例によればリセットパルス
は外部からの正のトリガ−パルスを電圧増幅することに
より発生させる事ができる。
(4) Reset pulse generation circuit In this embodiment, the DC bias voltage of the output gate is set to 0 V which is the high voltage of the horizontal CCD transfer pulse. The reset transistor 5 is a depletion type transistor similar to that under the second-layer polysilicon electrode constituting the output gate. As a result, in order to prevent signal charges from leaking from the floating diffusion layer, the low voltage of the reset pulse may be 0 V or less. Therefore, in the present embodiment, a reset pulse is generated by a circuit that uses two power supplies of positive power and 0 V. FIG. 6 shows a reset pulse generation circuit according to the first embodiment. In the figure, 63 is an n-channel MOS transistor forming a first inversion circuit, 64 is a p-channel MOS transistor forming a first inversion circuit, 65 is an n-channel MOS transistor forming a second inversion circuit, and 66 is P-channel MOS forming second inverting circuit
The circuit composed of transistors 63 to 66 is shown in FIG.
Is a circuit similar to. According to this embodiment, the reset pulse can be generated by voltage-amplifying a positive trigger pulse from the outside.

【0023】(5)リセット電圧発生回路 本実施例では出力回路の電源電圧を下げるためにリセッ
ト電圧を出力回路の電源電圧と別にし、リセット電圧を
出力回路の電源電圧から昇圧により発生させる。
(5) Reset voltage generation circuit In this embodiment, in order to reduce the power supply voltage of the output circuit, the reset voltage is separated from the power supply voltage of the output circuit, and the reset voltage is generated by boosting the power supply voltage of the output circuit.

【0024】図7に第1の実施例のリセット電圧発生回
路を示す。図中、63から66は図6と同様であり、7
1はチャ−ジポンプ用容量、72、73はダイオ−ド接
続されたnチャネルMOSトランジスタである。なお、
nチャネルMOSトランジスタ72のウェルは電源VD
Dに接続され基板効果によるしきい電圧の上昇を防いで
いる。トリガパルスによるチャ−ジポンプにより、正電
源電圧VDDからnチャネルMOSトランジスタのしき
い電圧だけ降下した直流電圧の約2倍がリセット電圧と
なる。本実施例によれば出力回路の電源電圧よりリセッ
ト電圧を昇圧により発生させることにより、何ら外部か
ら供給される電源数を増加させることなく出力回路の電
源電圧をリセット電圧より低い電圧にすることができ
る。なお、高いリセット電圧を得るためにしきい電圧の
低いnチャネルMOSトランジスタが必要なときには図
2(b)の構造で2重pウェルを設けない構造のトラン
ジスタを用いれば良い。
FIG. 7 shows a reset voltage generating circuit according to the first embodiment. In the figure, 63 to 66 are the same as in FIG.
Reference numeral 1 denotes a charge pump capacitor; and 72 and 73, diode-connected n-channel MOS transistors. In addition,
The well of n-channel MOS transistor 72 has power supply VD
D to prevent an increase in threshold voltage due to the substrate effect. Due to the charge pump by the trigger pulse, the reset voltage is about twice the DC voltage lower than the positive power supply voltage VDD by the threshold voltage of the n-channel MOS transistor. According to the present embodiment, the reset voltage is generated by boosting the reset voltage from the power supply voltage of the output circuit, so that the power supply voltage of the output circuit can be made lower than the reset voltage without increasing the number of power supplies supplied from outside. it can. When an n-channel MOS transistor having a low threshold voltage is required to obtain a high reset voltage, a transistor having the structure shown in FIG. 2B and having no double p-well may be used.

【0025】 (6)負荷トランジスタバイアス電圧発生回路 図8に負荷トランジスタバイアス電圧発生回路を示す。
図中、81、82、83はバイアス電圧発生回路を構成
するnチャネルMOSトランジスタである。なお、nチ
ャネルMOSトランジスタ81、82、83のウェルは
それぞれのソ−スに接続され各トランジスタのしきい電
圧は等しくなっている。電源電圧はダイオ−ド接続され
たトランジスタにより1/3に分圧され負荷のバイアス
電圧となる。なお、バイアス電圧は必要に応じ自由に設
定できることは言うまでもない。 (7)基板電圧発生回路 n型基板20には常時は過剰電圧排出用の直流電圧を印
加し、電子シャッタ動作時には高い正電圧を印加する必
要がある。本実施例ではこの高い電圧を外部のトリガ−
パルスより電圧増幅したパルスを容量結合により基板に
印加し発生させている。図9に第1の実施例の基板電圧
発生回路を示す。図中、91は結合容量、92はクラン
プダイオ−ド、93は第1の反転回路を構成するnチャ
ネルMOSトランジスタ、94は第1の反転回路を構成
するpチャネルMOSトランジスタ、95は第2の反転
回路を構成するnチャネルMOSトランジスタ、96は
第2の反転回路を構成するpチャネルMOSトランジス
タで、91から96で構成される回路は図3と同様の回
路である。また、97は第2の反転回路と基板間の結合
容量、99は基板容量、98は基板に印加される直流電
圧VDDと基板間のスイッチである。なお、スイッチ9
8はCCDを構成していると同様のnチャネルディプレ
ッションMOSトランジスタからなる。SUB端子に印
加される電圧が低いときにはノ−ドFの電圧はVDDと
なり、スイッチ98が導通し基板電圧はVDDとなる。
一方、ノ−ドGはVssとなっている。SUB端子に印
加される電圧が高くなると、まず、ノ−ドFがVssと
なりスイッチ98が閉じる。この後、ノ−ドGがVss
からVDDとなり、基板電圧は(VDD−Vss)の電
圧を容量97と基板容量99で容量分割した値だけ上昇
する。本実施例では以上述べたように容量結合により昇
圧を行うことにより高速で基板に高い電圧を印加でき
る。また、スイッチとしてCCDを構成しているnチャ
ネルディプレッションMOSトランジスタを用いること
により電圧降下なくVDDを基板に印加し、かつ、昇圧
が可能となっている。なお、シャッタ−パルスの振幅を
大きくするために結合容量を大きくしたいときには結合
容量を素子外部に設けても良い。また、シャッタ−パル
スの振幅を大きくする必要のないときは低電圧側電源V
ssを0Vとしても良い。さらに、スイッチ98が非導
通となったときゲ−トドレイン間にかかる高電圧が問題
となるときには図中H部に図5で述べたと同様の電圧リ
ミッタを設ければ良い。これによりスイッチ98のゲ−
トにかかる低電圧はソ−ス電圧がVDDのときスイッチ
が非導通となる最低電圧とすることができ、ゲ−トドレ
イン間電圧の低減が可能となる。
(6) Load Transistor Bias Voltage Generation Circuit FIG. 8 shows a load transistor bias voltage generation circuit.
In the figure, 81, 82 and 83 are n-channel MOS transistors constituting a bias voltage generating circuit. The wells of the n-channel MOS transistors 81, 82 and 83 are connected to their respective sources, and the threshold voltages of the transistors are equal. The power supply voltage is divided into one third by a diode-connected transistor to become a load bias voltage. It is needless to say that the bias voltage can be freely set as required. (7) Substrate Voltage Generating Circuit It is necessary to apply a DC voltage for discharging excess voltage to the n-type substrate 20 at all times, and to apply a high positive voltage during the operation of the electronic shutter. In this embodiment, this high voltage is applied to an external trigger.
Pulses amplified by the voltage are applied to the substrate by capacitive coupling to generate the pulses. FIG. 9 shows a substrate voltage generating circuit according to the first embodiment. In the figure, 91 is a coupling capacitance, 92 is a clamp diode, 93 is an n-channel MOS transistor constituting a first inverting circuit, 94 is a p-channel MOS transistor constituting a first inverting circuit, and 95 is a second inverting circuit. An n-channel MOS transistor constituting the inverting circuit, 96 is a p-channel MOS transistor constituting the second inverting circuit, and a circuit composed of 91 to 96 is a circuit similar to FIG. Reference numeral 97 denotes a coupling capacitance between the second inverting circuit and the substrate, 99 denotes a substrate capacitance, and 98 denotes a switch between the DC voltage VDD applied to the substrate and the substrate. The switch 9
Numeral 8 is an n-channel depletion MOS transistor similar to that constituting the CCD. When the voltage applied to the SUB terminal is low, the voltage of the node F becomes VDD, the switch 98 is turned on, and the substrate voltage becomes VDD.
On the other hand, the node G is at Vss. When the voltage applied to the SUB terminal increases, first, the node F becomes Vss, and the switch 98 is closed. Thereafter, the node G becomes Vss.
To VDD, and the substrate voltage increases by a value obtained by dividing the voltage of (VDD−Vss) by the capacitance 97 and the substrate capacitance 99. In this embodiment, as described above, a high voltage can be applied to the substrate at a high speed by boosting by capacitive coupling. Further, by using an n-channel depletion MOS transistor constituting a CCD as a switch, it is possible to apply VDD to the substrate without voltage drop and to increase the voltage. When it is desired to increase the coupling capacitance in order to increase the amplitude of the shutter pulse, the coupling capacitance may be provided outside the element. When it is not necessary to increase the amplitude of the shutter pulse, the low-voltage power supply V
ss may be set to 0V. Further, when a high voltage applied between the gate and drain when the switch 98 is turned off becomes a problem, a voltage limiter similar to that described with reference to FIG. As a result, the gate of the switch 98 is
The low voltage applied to the gate can be the minimum voltage at which the switch becomes non-conductive when the source voltage is VDD, and the gate-drain voltage can be reduced.

【0026】以上の本実施例によれば、単一レベルの外
部パルスと正、負の2電源により駆動でき、使い勝手が
良く、カメラの低消費電力化を可能とする2次元CCD
型固体撮像素子を提供できる。また、外部パルスから負
値の水平CCD駆動パルスを発生させる回路、出力回路
の電源電圧からリセット電圧を発生する昇圧回路を内蔵
することにより出力回路の電源電圧を低くでき、低消費
電力かつ低雑音の出力回路を実現できる。
According to the above-described embodiment, the two-dimensional CCD can be driven by a single-level external pulse and two positive and negative power supplies, is easy to use, and can reduce the power consumption of the camera.
Type solid-state imaging device can be provided. In addition, the power supply voltage of the output circuit can be reduced by incorporating a circuit for generating a negative horizontal CCD drive pulse from an external pulse and a booster circuit for generating a reset voltage from the power supply voltage of the output circuit, thereby reducing power consumption and noise. Output circuit can be realized.

【0027】第2の実施例 第1の実施例の垂直CCD3値パルス発生回路では読み
出しパルスの電圧がVDDであり電圧値が不足する場合
がある。本実施例は正電源電圧VDDを垂直CCDの駆
動電極に印加後さらに容量結合により昇圧を行うことに
より正電源電圧以上の読み出し電圧を実現したものであ
る。図10に第2の実施例の垂直CCD3値パルス発生
回路を示す。図中、41から47、48、37から40
は図4と同様である。104は第3の反転回路を構成す
るnチャネルMOSトランジスタ、105は第3の反転
回路を構成するpチャネルMOSトランジスタ、106
は第4の反転回路を構成するnチャネルMOSトランジ
スタ、107は第4の反転回路を構成するpチャネルM
OSトランジスタ、103は昇圧の為のダイオ−ド接続
されたnチャネルMOSトランジスタ、102は昇圧パ
ルスを伝達するためのゲ−ト接地されたpチャネルMO
Sトランジスタ、101は第4の反転回路と垂直CCD
電極との結合容量である。垂直CCDの読み出しパルス
のトリガ−入力端子V1R、V3Rに低い電圧が掛って
いるときはノ−ドBの電圧はVDD、ノ−ドC、Iの電
圧は0Vとなっている。この結果、nチャネルMOSト
ランジスタ47が導通し垂直CCDの転送パルスが垂直
CCD電極に接続されたノ−ドDに印加される。一方、
ゲ−ト接地されたpチャネルMOSトランジスタ48の
ソ−スドレインには0Vもしくは負電源電圧Vssが印
加されているので導通することはない。さらに、pチャ
ネルMOSトランジスタ102のドレインも0Vであり
導通することはなく、そのソ−スはフロ−ティングとな
り、結合容量101は転送パルスの負荷となることはな
い。ついで、転送パルスが0Vとなった状態でトリガ−
入力端子V1R、V3Rに高い電圧が印加されると、ノ
−ドBが0VとなりnチャネルMOSトランジスタ47
が非導通となる。一方、ノ−ドCがVDDとなりpチャ
ネルMOSトランジスタ48が導通し垂直CCD電極に
接続されたノ−ドDはVDDからトランジスタ103の
しきい電圧分だけ降下した電圧が印加される。この後、
ノ−ドIが0VからVDDとなり、pチャネルMOSト
ランジスタ102が導通し、この電圧変化により結合容
量101を介しノ−ドDの電圧がさらに上昇する。以上
述べたように、本実施例によれば正電源電圧VDDを垂
直CCDの駆動電極に印加後さらに容量結合により昇圧
を行うことにより正電源電圧以上の読み出し電圧を実現
できる。なお、読み出しパルスの振幅を大きくするため
に結合容量を大きくしたいときには結合容量を素子外部
に設けても良い。
Second Embodiment In the vertical CCD ternary pulse generating circuit of the first embodiment, the voltage of the read pulse is VDD and the voltage value may be insufficient. In this embodiment, a read voltage higher than the positive power supply voltage is realized by applying the positive power supply voltage VDD to the drive electrode of the vertical CCD and then boosting the voltage by capacitive coupling. FIG. 10 shows a vertical CCD ternary pulse generating circuit according to the second embodiment. In the figure, 41 to 47, 48, 37 to 40
Is similar to FIG. 104, an n-channel MOS transistor forming a third inverting circuit; 105, a p-channel MOS transistor forming a third inverting circuit;
Is an n-channel MOS transistor forming a fourth inverting circuit, and 107 is a p-channel MOS transistor forming a fourth inverting circuit.
An OS transistor 103 is a diode-connected n-channel MOS transistor for boosting, and 102 is a gate-grounded p-channel MO for transmitting a boosting pulse.
S transistor, 101 is a fourth inversion circuit and a vertical CCD
This is the coupling capacity with the electrode. When a low voltage is applied to the trigger input terminals V1R and V3R of the readout pulse of the vertical CCD, the voltage of the node B is VDD and the voltages of the nodes C and I are 0V. As a result, the n-channel MOS transistor 47 is turned on, and the transfer pulse of the vertical CCD is applied to the node D connected to the vertical CCD electrode. on the other hand,
Since 0 V or the negative power supply voltage Vss is applied to the source drain of the p-channel MOS transistor 48 which is gate-grounded, it does not conduct. Further, the drain of the p-channel MOS transistor 102 is also at 0 V and does not conduct, the source thereof is floating, and the coupling capacitance 101 does not become a load of the transfer pulse. Then, trigger when the transfer pulse becomes 0V.
When a high voltage is applied to the input terminals V1R and V3R, the node B becomes 0V and the n-channel MOS transistor 47
Becomes non-conductive. On the other hand, the node C becomes VDD, the p-channel MOS transistor 48 is turned on, and the node D connected to the vertical CCD electrode is applied with a voltage lower than VDD by the threshold voltage of the transistor 103. After this,
The node I changes from 0 V to VDD, the p-channel MOS transistor 102 conducts, and this voltage change further increases the voltage of the node D via the coupling capacitor 101. As described above, according to the present embodiment, a read voltage higher than the positive power supply voltage can be realized by applying the positive power supply voltage VDD to the drive electrodes of the vertical CCDs and then boosting the voltage by capacitive coupling. When it is desired to increase the coupling capacitance in order to increase the amplitude of the read pulse, the coupling capacitance may be provided outside the element.

【0028】第3の実施例 通例、初段のドライバトランジスタが飽和動作し出力回
路が線形範囲で動作するためには、出力回路電源電圧は
リセット電圧より初段のドライバトランジスタのしきい
電圧引いた値より高い必要がある。従って、出力回路電
源電圧を下げるには初段ドライバトランジスタ6のしき
い電圧を大きな値とすれば良い。しかし、図15で述べ
たような次段ドライバ9が初段ドライバ6と同一の構造
を持つ従来例の場合にはトランジスタのしきい電圧が高
すぎると次段ドライバトランジスタが十分に導通せず次
段の動作が困難となる。そこで、本実施例では次段以降
のドライバトランジスタの基板不純物濃度を初段のドラ
イバトランジスタの基板不純物濃度より低くし、次段以
降のドライバトランジスタのしきい電圧を低くし、線形
動作範囲で次段が動作するようにした。図11に第3の
実施例の出力回路構成図を示す。図中、111、112
は初段ソ−スフォロワ−を構成するドライバトランジス
タ、負荷トランジスタ、113、114は次段ソ−スフ
ォロワ−を構成するドライバトランジスタ、負荷トラン
ジスタ、115、116は終段ソ−スフォロワ−を構成
するドライバトランジスタ、負荷トランジスタ、117
は図8で述べた負荷トランジスタのバイアス電圧発生回
路、119は図2(b)で述べた光電変換部と同様のn
型基板20上に形成されたpウェル21と2重pウェル
22の形成領域、118はpウェル21と同じ深さを持
ちやや濃度の高い第3のpウェルの形成領域である。2
重pウェル層はスミア抑圧のため高濃度に設定されてい
る。初段ソ−スフォロワ−の出力電圧は初段ドライバト
ランジスタ111の大きなしきい電圧による電圧降下に
より低い電圧となる。一方、次段及び終段のドライバト
ランジスタ113、115のしきい電圧は0Vに近い小
さな値で、しきい電圧による電圧降下は少なく各段の入
力電圧と出力電圧はほぼ等しく、次段及び終段の動作が
困難となることはない。本実施例によれば次段以降のド
ライバトランジスタ113、115の基板不純物濃度を
初段のドライバトランジスタ111の基板不純物濃度よ
り低くすることにより、次段以降の動作範囲を困難にす
ることなく初段における高いしきい電圧による大きな電
圧降下を実現し、電源電圧を低め、低消費電力、かつ、
低雑音の出力回路を実現できる。なお、本実施例では出
力回路の周波数特性改善を目的としてソ−スフォロワ−
が3段構成の場合を述べたが、段数は2段以上であれば
本発明の効果は同様にえられる。また、電子シャッタ−
時の誤動作を防ぐため第3のpウェル118をpウェル
21と同じ深さでやや高濃度としたが、誤動作が問題と
ならないときは、第3のpウェル118をpウェル21
と同一構造にすれば良い。さらに、負荷トランジスタ1
12、114、116は119と同一構造のウェル内に
形成しても良い。また、ドライバトランジスタ113、
115を分離されたウェル内に形成し、そのウェルを各
ソ−スフォロワ−の出力に接続し基板効果をなくすこと
により、各トランジスタのしきい電圧をさらに0Vに近
づけることができる。
Third Embodiment Normally, in order for the first stage driver transistor to perform a saturation operation and the output circuit to operate in a linear range, the output circuit power supply voltage is obtained by subtracting the threshold voltage of the first stage driver transistor from the reset voltage. Need to be high. Therefore, to lower the output circuit power supply voltage, the threshold voltage of the first-stage driver transistor 6 may be set to a large value. However, in the case of the conventional example in which the next-stage driver 9 has the same structure as the first-stage driver 6 as described in FIG. 15, if the threshold voltage of the transistor is too high, the next-stage driver transistor does not conduct sufficiently and the next-stage driver transistor does not conduct. Operation becomes difficult. Therefore, in the present embodiment, the substrate impurity concentration of the driver transistor of the next and subsequent stages is made lower than the substrate impurity concentration of the driver transistor of the first stage, the threshold voltage of the driver transistor of the next and subsequent stages is lowered, and It works. FIG. 11 shows an output circuit configuration diagram of the third embodiment. In the figure, 111, 112
Is a driver transistor constituting a first stage source follower, a load transistor, 113 and 114 are driver transistors constituting a next stage source follower, load transistors, 115 and 116 are driver transistors constituting a last stage source follower, Load transistor, 117
Is a bias voltage generation circuit of the load transistor described in FIG. 8, and 119 is n which is the same as the photoelectric conversion unit described in FIG.
A formation region of the p-well 21 and the double p-well 22 formed on the mold substrate 20, and 118 is a formation region of a third p-well having the same depth as the p-well 21 and having a slightly higher concentration. 2
The heavy p-well layer is set at a high concentration for suppressing smear. The output voltage of the first-stage source follower becomes a low voltage due to a voltage drop due to a large threshold voltage of the first-stage driver transistor 111. On the other hand, the threshold voltages of the driver transistors 113 and 115 of the next and final stages are small values close to 0 V, the voltage drop due to the threshold voltage is small, and the input voltage and output voltage of each stage are almost equal. Does not become difficult. According to the present embodiment, the substrate impurity concentration of the driver transistors 113 and 115 of the subsequent stage is made lower than the substrate impurity concentration of the driver transistor 111 of the first stage, so that the operating range of the subsequent stage is high without making the operating range of the subsequent stage difficult. Realizes a large voltage drop due to the threshold voltage, lowers the power supply voltage, lowers power consumption, and
A low-noise output circuit can be realized. In this embodiment, the source follower is used for the purpose of improving the frequency characteristics of the output circuit.
Has been described as a three-stage configuration, but the effect of the present invention can be similarly obtained if the number of stages is two or more. Also, an electronic shutter
Although the third p-well 118 is made slightly higher in concentration at the same depth as the p-well 21 in order to prevent malfunction at the time of the operation, when the malfunction does not become a problem, the third p-well 118 is replaced with the p-well 21.
The structure may be the same as described above. Further, load transistor 1
12, 114 and 116 may be formed in a well having the same structure as 119. Also, the driver transistor 113,
By forming 115 in an isolated well and connecting the well to the output of each source follower to eliminate the body effect, the threshold voltage of each transistor can be made closer to 0V.

【0029】第4の実施例 第1の実施例では基板にかかる過剰電圧排出用の直流電
圧は正電源VDDとした。しかし、従来例で説明したよ
うにこの直流電圧は素子ごとにばらつき調整が必要であ
る。そこで、本実施例においては、VDDより昇圧した
電圧から基板にかかる直流電圧を降圧により発生させ、
この降圧器に電圧を調整する手段を付加したものであ
る。本発明の第4の実施例を図12から図13により説
明する。図12は第4の実施例の全体構成図、図13は
第4の実施例の基板電圧発生回路である。図12におい
て1から10、12から17は図1と同様である。12
1は図13に示す基板電圧発生回路である。また、V
1、V2、V3、V4、V1R、V3R、H1、H2、
RG、SUB、WELL、VDD、Vss、OUTも図
1と同様である。タイミング発生器のトリガ−パルスと
正、負の2電源から所定の電圧を持つパルスと直流電圧
が素子内部で発生し図17で述べたと同様の動作が行わ
れる。図13で、91から99は図9と同様、139は
図7と同様の直流昇圧回路、131から134はバイア
ス電圧を発生するためのnチャネルMOSトランジス
タ、135はバイアス電圧を調整するためのフュ−ズ、
137は昇圧した電圧をバイアス電圧に応じ降下させ直
流の基板電圧を発生させるCCDを構成していると同様
のnチャネルディプレッションMOSトランジスタ、1
38はトランジスタ137にわずかなバイアス電流を流
すための負荷トランジスタ、136は負荷トランジスタ
138にバイアス電圧を供給する図8と同様の回路であ
る。昇圧回路139の出力電圧は131から134によ
り発生したバイアス電圧よりnチャネルディプレッショ
ンMOSトランジスタ137のしきい電圧の絶対値だけ
高い電圧に降下され基板直流電圧となる。負荷138よ
り供給されるバイアス電流は基板に高い電圧が発生した
際の誤動作を防いでいる。さらに、電圧降下をnチャネ
ルディプレッションMOSトランジスタで行うことによ
り電源電圧VDD以下のバイアス電圧を与えてもVDD
以上の基板電圧を発生することが可能となっている。ま
た、スイッチ98はVDD以上の電圧を伝達するためそ
のウェルを基板電圧発生回路の出力に接続し基板効果に
よるしきい電圧上昇を防いでいる。本回路の他の動作は
図9と同様である。基板電圧の調整は必要に応じフュ−
ズ135を切断することにより可能となっている。フュ
−ズを切断することにより、ノ−ドJの電圧が上昇し基
板電圧は高くなる。本実施例によればVDDより昇圧し
た電圧から基板にかかる直流電圧を降圧により発生さ
せ、この降圧器に電圧を調整する手段を付加することに
より、素子内部で基板電圧調整ができ、CCD型撮像素
子の使い勝手が良くなる。
Fourth Embodiment In the first embodiment, the DC voltage for discharging the excess voltage applied to the substrate is the positive power supply VDD. However, as described in the conventional example, the DC voltage needs to be adjusted for variation for each element. Therefore, in this embodiment, a DC voltage applied to the substrate is generated by stepping down from a voltage stepped up from VDD,
This step-down device is provided with a means for adjusting the voltage. A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is an overall configuration diagram of the fourth embodiment, and FIG. 13 is a substrate voltage generation circuit of the fourth embodiment. 12, reference numerals 1 to 10 and 12 to 17 are the same as those in FIG. 12
Reference numeral 1 denotes a substrate voltage generation circuit shown in FIG. Also, V
1, V2, V3, V4, V1R, V3R, H1, H2,
RG, SUB, WELL, VDD, Vss, and OUT are the same as those in FIG. A trigger pulse of the timing generator, a pulse having a predetermined voltage from two power supplies, positive and negative, and a DC voltage are generated inside the device, and the same operation as described in FIG. 17 is performed. In FIG. 13, 91 to 99 are the same as in FIG. 9, 139 is the DC booster circuit similar to FIG. 7, 131 to 134 are n-channel MOS transistors for generating the bias voltage, and 135 is the fuse for adjusting the bias voltage. −
Reference numeral 137 denotes an n-channel depletion MOS transistor similar to that constituting a CCD for generating a DC substrate voltage by lowering the boosted voltage according to a bias voltage.
Reference numeral 38 denotes a load transistor for supplying a slight bias current to the transistor 137, and reference numeral 136 denotes a circuit for supplying a bias voltage to the load transistor 138, as in FIG. The output voltage of the booster circuit 139 drops to a voltage higher than the bias voltage generated by 131 to 134 by an absolute value of the threshold voltage of the n-channel depletion MOS transistor 137, and becomes a substrate DC voltage. The bias current supplied from the load 138 prevents a malfunction when a high voltage is generated on the substrate. Further, even if a bias voltage equal to or lower than the power supply voltage VDD is applied by performing the voltage drop with the n-channel depletion MOS transistor, the voltage VDD may be reduced.
The above-described substrate voltage can be generated. Also, the switch 98 connects its well to the output of the substrate voltage generating circuit to transmit a voltage higher than VDD, thereby preventing a threshold voltage increase due to the substrate effect. Other operations of this circuit are the same as those in FIG. Adjust the substrate voltage as necessary.
This is made possible by cutting the hole 135. By cutting the fuse, the voltage at node J rises and the substrate voltage rises. According to the present embodiment, the DC voltage applied to the substrate is generated by stepping down the voltage from the voltage boosted from VDD, and by adding a means for adjusting the voltage to this step-down device, the substrate voltage can be adjusted inside the device, and the CCD type imaging can be performed. The usability of the element is improved.

【0030】第5の実施例 第1の実施例では各端子に外部からトリガ−パルスを印
加しなければならず、カメラシステムを構築するにはタ
イミング発生器と2次元CCD型素子の配線を行わなけ
ればならない。本実施例はこのような煩雑さを回避する
ためタイミング発生器も内蔵した例である。図14に第
5の実施例の構成図を示す。図中、1から17は図1と
同様で、141はタイミング発生器142の電源を外部
の正電源VDDから発生させる降圧回路である。外部の
基本クロックから各パルスのタイミングパルスがタイミ
ング発生器142により発生し、図1と同様にこのパル
スと正、負の電源から所定の電圧レベルのパルスと直流
電圧が発生し、図1と同様の動作が行われる。本実施例
によれば、単一の外部パルスと正、負の2電源とア−ス
により駆動でき、使い勝手の良い2次元CCD型固体撮
像素子を提供できる。
Fifth Embodiment In the first embodiment, a trigger pulse must be externally applied to each terminal. To construct a camera system, a timing generator and a two-dimensional CCD type element are wired. There must be. The present embodiment is an example in which a timing generator is incorporated to avoid such complication. FIG. 14 shows a configuration diagram of the fifth embodiment. In the figure, 1 to 17 are the same as those in FIG. 1, and 141 is a step-down circuit for generating the power of the timing generator 142 from an external positive power supply VDD. A timing pulse of each pulse is generated from an external basic clock by the timing generator 142, and this pulse and a pulse of a predetermined voltage level and a DC voltage are generated from the positive and negative power supplies as in FIG. Is performed. According to the present embodiment, a two-dimensional CCD type solid-state imaging device which can be driven by a single external pulse, two positive and negative power supplies and an earth, and is easy to use can be provided.

【0031】以上の実施例では、インタ−ラインCCD
型撮像素子の例を述べたが、本発明は、CCD型撮像素
子の具体的構成に依らず、フレ−ムインタ−ライン型、
フレ−ムトランスファ−型、チャ−ジスィ−プ型等のC
CD型撮像素子でも同様に実施できる。また、本発明
は、垂直CCD並びに水平CCDの具体的構成に依らず
例えば、水平CCDが2本並列に設けられたCCD型撮
像素子でも同様の効果がある。以上の結果、第1の実施
例については表2で示す駆動条件で駆動がなされ、図1
7に示す構成によりカメラシステムの中で用いられる。
また第5の実施例については表3で示す駆動条件で駆動
がなされ、図18に示す構成によりカメラシステムの中
で用いられる。何れも従来の表1に示されたものより電
源電圧の種類が非常に少なくなっていることがわかる。
In the above embodiment, an inter-line CCD is used.
Although the example of the type imaging device has been described, the present invention is not limited to the specific configuration of the CCD type imaging device, and may be a frame inter-line type,
C such as frame transfer type and charge sweep type
The same can be applied to a CD-type image sensor. Further, the present invention has the same effect regardless of the specific configuration of the vertical CCD and the horizontal CCD, for example, in a CCD type image pickup device in which two horizontal CCDs are provided in parallel. As a result, the first embodiment is driven under the driving conditions shown in Table 2, and FIG.
7 is used in the camera system.
The fifth embodiment is driven under the driving conditions shown in Table 3, and is used in a camera system with the configuration shown in FIG. In each case, it can be seen that the types of power supply voltages are much smaller than those shown in Table 1 of the related art.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、CCD型撮像素子で、
外部のドライバが不用となり、外部のDC−DC変換器
の供給する電源数も減り、かつ、カメラシステムを作成
する際に基板に印加する直流電圧を調整する必要がない
ので使い勝手が良くなる。さらに、DC−DC変換器か
ら供給する電源数が減り、タイミング発生器の電源電圧
を下げても素子外部に水平CCDを駆動するためのドラ
イバを素子外部に設ける必要がないので、カメラの低消
費電力化を図れる。また、出力回路のリセット電圧を下
げ、さらに、リセット電圧より出力回路の電源電圧を下
げることができるので、出力回路の消費電力と低雑音化
を図れる。
According to the present invention, a CCD type image pickup device is provided.
Since an external driver is not required, the number of power supplies supplied by the external DC-DC converter is reduced, and it is not necessary to adjust the DC voltage applied to the substrate when creating a camera system, so that the usability is improved. Further, the number of power supplies supplied from the DC-DC converter is reduced, and even if the power supply voltage of the timing generator is reduced, it is not necessary to provide a driver for driving the horizontal CCD outside the element outside the element. Electricity can be achieved. Further, since the reset voltage of the output circuit can be reduced, and the power supply voltage of the output circuit can be reduced from the reset voltage, power consumption and noise of the output circuit can be reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施例の全体構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’、B−B’に対応する部分並び
にpチャネルMOSトランジスタの断面構造を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a portion corresponding to AA ′ and BB ′ in FIG. 1 and a cross-sectional structure of a p-channel MOS transistor.

【図3】図1の垂直CCD転送パルス発生回路を示す回
路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a vertical CCD transfer pulse generation circuit of FIG. 1;

【図4】図1の垂直CCD3値パルス発生回路を示す回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a vertical CCD ternary pulse generating circuit of FIG. 1;

【図5】図1の水平CCD転送パルス発生回路を示す回
路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a horizontal CCD transfer pulse generation circuit of FIG. 1;

【図6】図1のリセットパルス発生回路を示す回路図で
ある。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a reset pulse generation circuit of FIG. 1;

【図7】図1のリセット電圧発生回路を示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a reset voltage generating circuit of FIG. 1;

【図8】図1の出力回路負荷トランジスタのバイアス電
圧発生回路を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a bias voltage generation circuit of the output circuit load transistor of FIG. 1;

【図9】図1の基板電圧発生回路を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a substrate voltage generation circuit of FIG. 1;

【図10】本発明の第2の実施例の垂直CCD3値パル
ス発生回路を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a vertical CCD ternary pulse generating circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施例の出力回路構成を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an output circuit configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4の実施例の全体構成を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図13】図12の基板電圧発生回路を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the substrate voltage generation circuit of FIG. 12;

【図14】本発明の第5の実施例の全体構成を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing an overall configuration of a fifth embodiment of the present invention.

【図15】従来のCCD型固体撮像素子の全体構成を示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an overall configuration of a conventional CCD solid-state imaging device.

【図16】従来のCCDカメラブロック図である。FIG. 16 is a block diagram of a conventional CCD camera.

【図17】第1の実施例のCCD型固体撮像素子のCC
Dカメラブロック図である。
FIG. 17 shows the CC of the CCD solid-state imaging device according to the first embodiment;
It is a D camera block diagram.

【図18】第5の実施例のCCD型固体撮像素子のCC
Dカメラブロック図である。
FIG. 18 shows a CC of a CCD solid-state imaging device according to a fifth embodiment;
It is a D camera block diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ホトダイオ−ド、 2…垂直CCD、 3
…水平CCD、 4…アウトプットゲ−ト、 5…リセットゲ−ト、 6、111…初段ソ−スフォロワ−ドライバトランジス
タ、 8、112…初段ソ−スフォロワ−負荷トランジスタ、 9、113…次段ソ−スフォロワ−ドライバトランジス
タ、 10、114…次段ソ−スフォロワ−負荷トランジス
タ、 11、121…基板電圧発生回路、 12…垂直CC
D転送パルス発生回路、 13…垂直CCD3値パルス発生回路、14…水平転送
パルス発生回路、 15…リセットパルス発生回路、 16…リセット
電圧発生回路、 17…負荷ゲ−トバイアス発生回路、 20…n型基
板、 21…p型ウェル、 22…p型2重ウェル、
23…垂直CCDn層、 24…ポリシリコン電極、 25…nウェル、 26
…ホトダイオ−ドn層、 27…表面p+層、 28…遮光用第2層アル
ミ、 29…配線用第1層アルミ、30…n型拡散層、 31、41、51、71、91、97、101…結合容
量、 32、42、52、92…クランプダイオ−ド、 33、43、37、53、63、93…第1反転回路n
チャネルトランジスタ、 34、44、38、54、64、94…第1反転回路p
チャネルトランジスタ、 35、45、39、55、65、95…第2反転回路n
チャネルトランジスタ、 36、46、40、56、66、96…第2反転回路p
チャネルトランジスタ、 47…nチャネルトランジスタスイッチ、 48、102…pチャネルトランジスタスイッチ、 57…pチャネルトランジスタ電圧リミッタ、 58、59…電圧リミット用pチャネルトランジスタ、 60、61、62、81、82、83、131、13
2、133、134…バイアス電圧発生回路nチャネル
トランジスタ、 72、73、103…昇圧回路nチャネルトランジス
タ、 98…nチャネルディプレッショントランジスタスイッ
チ、 99…基板容量、 104…第3反転回路nチャネルトランジスタ、 105…第3反転回路pチャネルトランジスタ、 106…第4反転回路nチャネルトランジスタ、 107…第4反転回路pチャネルトランジスタ、 115…終段ソ−スフォロワ−ドライバトランジスタ、 116…終段ソ−スフォロワ−負荷トランジスタ、 117、136…バイアス電圧発生回路、 118
…第3pウェル、 119…pウェル21とp型2重ウェル22の形成領
域、135…フュ−ズ、 137…nチャネルディプレッショントランジスタ電圧
リミッタ、 138…負荷nチャネルトランジスタ、 139
…昇圧回路、 141…降圧回路、 142…タイミング発生
回路、 V1、V2、V3、V4…垂直CCD転送トリガ−パル
ス入力端子、 V1R、V3R…垂直CCD読み出しトリガ−パルス入
力端子、 H1、H2…水平CCD転送トリガ−パルス入力端子、 RG…リセットトリガ−パルス入力端子、 SUB…電子シャッタトリガ−パルス入力端子、 VD
D…正電源入力端子、 Vss…負電源入力端子、 OUT…信号出力端
子、 WELL…ウェル電圧入力端子、 161、171、181…CCD型撮像素子、 162…タイミング発生器、 163…ドライバ、 164…相関二重サンプリング回路、 165…自動利得制御回路、 166…A/D変換器、 167…ディジタル信号処理回路、 168…D/A変換器、 169…DC−DC変換器、 170…カメラのバッテリー。
1. Photo diode, 2. Vertical CCD, 3.
... Horizontal CCD, 4 ... Output gate, 5 ... Reset gate, 6, 111 ... First stage source follower driver transistor, 8, 112 ... First stage source follower load transistor, 9, 113 ... Next stage source follower -Driver transistor, 10, 114 ... next stage source follower load transistor, 11, 121 ... substrate voltage generation circuit, 12 ... vertical CC
D transfer pulse generation circuit, 13 vertical CCD tri-level pulse generation circuit, 14 horizontal transfer pulse generation circuit, 15 reset pulse generation circuit, 16 reset voltage generation circuit, 17 load gate bias generation circuit, 20 n-type Substrate, 21 ... p-type well, 22 ... p-type double well,
23: vertical CCD n-layer, 24: polysilicon electrode, 25: n-well, 26
... Photodiode n layer, 27. Surface p + layer, 28. Light shielding second layer aluminum, 29. First wiring aluminum layer, 30. n-type diffusion layer, 31, 41, 51, 71, 91, 97, 101: coupling capacitance, 32, 42, 52, 92: clamp diode, 33, 43, 37, 53, 63, 93: first inverting circuit n
Channel transistor, 34, 44, 38, 54, 64, 94 ... first inverting circuit p
Channel transistor, 35, 45, 39, 55, 65, 95 ... second inverting circuit n
Channel transistor, 36, 46, 40, 56, 66, 96... Second inversion circuit p
Channel transistor, 47 ... n-channel transistor switch, 48, 102 ... p-channel transistor switch, 57 ... p-channel transistor voltage limiter, 58, 59 ... p-channel transistor for voltage limit, 60, 61, 62, 81, 82, 83, 131, 13
2, 133, 134: bias voltage generating circuit n-channel transistor, 72, 73, 103: boost circuit n-channel transistor, 98: n-channel depletion transistor switch, 99: substrate capacitance, 104: third inverting circuit n-channel transistor, 105 ... 3rd inversion circuit p-channel transistor, 106 ... 4th inversion circuit n-channel transistor, 107 ... 4th inversion circuit p-channel transistor, 115 ... final stage source follower driver transistor, 116 ... final stage source follower load transistor 117, 136... Bias voltage generation circuit, 118
... Third p-well, 119, formation region of p-well 21 and p-type double well 22, 135, fuse, 137, n-channel depletion transistor voltage limiter, 138, load n-channel transistor, 139
... booster circuit, 141 ... step-down circuit, 142 ... timing generation circuit, V1, V2, V3, V4 ... vertical CCD transfer trigger-pulse input terminal, V1R, V3R ... vertical CCD readout trigger-pulse input terminal, H1, H2 ... horizontal CCD transfer trigger-pulse input terminal, RG ... reset trigger-pulse input terminal, SUB ... electronic shutter trigger-pulse input terminal, VD
D: Positive power supply input terminal, Vss: Negative power supply input terminal, OUT: Signal output terminal, WELL: Well voltage input terminal, 161, 171, 181: CCD image sensor, 162: Timing generator, 163: Driver, 164 ... Correlation double sampling circuit, 165 automatic gain control circuit, 166 A / D converter, 167 digital signal processing circuit, 168 D / A converter, 169 DC-DC converter, 170 battery of camera.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 治彦 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 小野 秀行 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 佐藤 朗 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Haruhiko Tanaka 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi Central Research Laboratory, Inc. Central Research Laboratory (72) Inventor Akira Sato 1-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、該半導体基板
上に形成された第2導電型のウエルと、該ウエル内に形
成された複数個の第1導電型領域とを有し、上記ウエル
と上記第1導電型領域とで光を信号電荷に変換し蓄積す
るホトダイオードを構成しているCCD型固体撮像素子
において、 上記半導体基板上に、上記半導体基板への過剰電荷排出
用の直流電圧を印加するための直流電圧発生回路と、上
記半導体基板にパルスを印加するためのパルス印加手段
とを有し、該パルス印加手段は、上記半導体基板に上記
パルスが印加される時に上記直流電圧発生回路の出力部
と上記半導体基板間を非導通とする手段を備えると共
に、上記半導体基板上または外部に設けられた結合容量
を介して上記半導体基板に接続され、上記直流電圧発生
回路出力電圧調整手段を備え、かつ、上記直流電圧は
上記出力電圧調整手段により調整がなされていることを
特徴とするCCD型固体撮像素子。
A first conductivity type semiconductor substrate; a second conductivity type well formed on the semiconductor substrate; and a plurality of first conductivity type regions formed in the well. In a CCD solid-state imaging device comprising a photodiode for converting light into signal charge and storing the signal charge in the well and the first conductivity type region, a DC for discharging excess charge to the semiconductor substrate is provided on the semiconductor substrate. A DC voltage generating circuit for applying a voltage; and a pulse applying unit for applying a pulse to the semiconductor substrate, wherein the pulse applying unit applies the pulse to the semiconductor substrate.
When a pulse is applied, the output of the DC voltage generation circuit
Means for disconnecting the semiconductor substrate from the semiconductor substrate.
A coupling capacitance provided on or outside the semiconductor substrate.
Wherein the DC voltage generation circuit is provided with output voltage adjusting means, and the DC voltage is adjusted by the output voltage adjusting means. .
【請求項2】上記出力電圧調整手段は切断可能なヒュー
ズを有することを特徴とする請求項1に記載のCCD型
固体撮像素子。
2. The CCD type solid-state imaging device according to claim 1, wherein said output voltage adjusting means has a fuse which can be cut.
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