JP2513177B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2513177B2
JP2513177B2 JP60024627A JP2462785A JP2513177B2 JP 2513177 B2 JP2513177 B2 JP 2513177B2 JP 60024627 A JP60024627 A JP 60024627A JP 2462785 A JP2462785 A JP 2462785A JP 2513177 B2 JP2513177 B2 JP 2513177B2
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vertical
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vertical charge
transfer element
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俊文 尾崎
治久 安藤
正章 中井
信弥 大場
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子に関し、特にCCD(Charge Co
upled Device)型の固体撮像素子において、高感度,高
解像度,低スメア,高歩留りを実現するのに好適な回路
構成とその制御法に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state image sensor, and particularly to a CCD (Charge Co
The present invention relates to a circuit configuration suitable for realizing high sensitivity, high resolution, low smear, and high yield in an upled device type solid-state imaging device and a control method thereof.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

従来、2次元固体撮像素子の1種として知られるCCD
方式、その方式の1つ、インターラインCCDの固体撮像
素子は、Sequin,Tompsett著「Charge Transfer Device
s」Academic Press 1975 PP152〜に記載されており、第
4図に示すような回路構成である。なお、第4図におい
て、1は2次元状に配置されて光電変換を行うホトダイ
オード、2は各列ごとに配置されて垂直走査を行う垂直
電荷転送素子、3は水平走査を行う水平電荷転送素子、
4は水平電荷転送素子の出力部、5はホトダイオード1
から垂直電荷転送素子2へ信号電荷の移送を行うホトゲ
ートである。また、水平電荷転送素子3内の縦実線およ
び垂直電荷転送素子2内の横実線は、両電荷転送素子と
も1転送要素の境界を示す。
CCD known as a type of two-dimensional solid-state image sensor
The solid-state imaging device of the interline CCD, one of the systems is Sequin, Tompsett "Charge Transfer Device".
s ”Academic Press 1975 PP152-, and has a circuit configuration as shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a photodiode arranged two-dimensionally for photoelectric conversion, 2 is a vertical charge transfer element arranged for each column for vertical scanning, and 3 is a horizontal charge transfer element for horizontal scanning. ,
4 is the output part of the horizontal charge transfer element, 5 is the photodiode 1
It is a photogate for transferring signal charges from the vertical charge transfer device 2 to the vertical charge transfer device 2. The vertical solid line in the horizontal charge transfer element 3 and the horizontal solid line in the vertical charge transfer element 2 indicate the boundary of one transfer element in both charge transfer elements.

図示した回路は、先ず、垂直ブランキング期間におい
て、ホトゲート5が開き、ホトダイオード1で光電変換
されて蓄積されていた信号電荷が垂直電荷転送素子2へ
と移送する。次に、水平ブランキング期間に外部クロッ
クを受けると垂直電荷転送素子2内を1転送要素分だけ
信号電荷が転送され、1行目の信号電荷が水平電荷転送
素子3に転送される。水平走査期間には水平電荷転送素
子3内を信号電荷が順次転送され、出力部4から出力さ
れる。この動作が垂直走査期間内に繰返されることによ
り、順次各行の信号電荷が読出される。また、この回路
においては解像度を向上させるためにインターレース走
査、すなわち第1フィールドで奇数行を、第2フィール
ドで偶数行の信号電荷をそれぞれ読出す。
In the illustrated circuit, first, in the vertical blanking period, the photogate 5 is opened, and the signal charge photoelectrically converted and accumulated by the photodiode 1 is transferred to the vertical charge transfer element 2. Next, when an external clock is received in the horizontal blanking period, the signal charges are transferred by one transfer element in the vertical charge transfer element 2, and the signal charges in the first row are transferred to the horizontal charge transfer element 3. During the horizontal scanning period, the signal charges are sequentially transferred in the horizontal charge transfer element 3 and output from the output unit 4. By repeating this operation within the vertical scanning period, the signal charges of each row are sequentially read. Further, in this circuit, in order to improve the resolution, the interlaced scanning, that is, the odd-numbered rows in the first field and the even-numbered rows in the second field are read out.

この回路においては、ホトダイオード1の信号電荷が
垂直転送に際して混合しないように、2つのホトダイオ
ード1ごとに少なくとも垂直電荷転送素子の1転送要素
を設け、かつ、垂直電荷転送素子の1転送要素は、1つ
のホトダイオード1の信号電荷を蓄積し、転送するだけ
の容量を持つ必要がある。さらに、垂直走査中の感光を
防止するために、垂直電荷転送素子2を光学的にシール
ドする必要がある。この結果、光を感じる領域(以下、
開口部と呼ぶ)は、素子全体の高々30〜40%程度にしか
すぎない。
In this circuit, at least one transfer element of the vertical charge transfer element is provided for each of the two photodiodes 1 so that the signal charges of the photodiodes 1 are not mixed in the vertical transfer, and one transfer element of the vertical charge transfer element is 1 It is necessary to have a capacity for accumulating and transferring the signal charges of the two photodiodes 1. Further, the vertical charge transfer device 2 needs to be optically shielded in order to prevent exposure during vertical scanning. As a result, the area where light is sensed (hereinafter,
The opening) is only about 30 to 40% of the entire device.

ところで、上述のインターレース走査においては、ホ
トダイオード1個の信号蓄積時間は、1フレームにな
り、1フィールド分の残像が発生する。この残像を低減
し、かつ解像度の高い高画質の単板カラー撮像素子を実
現する方法として、N.Koike et al 1979 I sscc Digest
PP193〜に記載されているインターレース走査を行う垂
直2画素同時読出し方式がある。
By the way, in the above interlaced scanning, the signal storage time for one photodiode is one frame, and an afterimage of one field is generated. N.Koike et al 1979 I sscc Digest is a method for reducing this afterimage and realizing a high-resolution, high-quality single-chip color image sensor.
There is a vertical 2-pixel simultaneous reading method that performs interlaced scanning described in PP193-.

この方法は、あるフィールドの一走査期間に、例え
ば、n行とn+1行の2行の信号電荷を読出し、次のフ
ィールドの一水平走査期間にn−1行とn行の2行の信
号電荷を読出すものである。
In this method, for example, the signal charges of two rows of n rows and n + 1 rows are read in one scanning period of a certain field, and the signal charges of two rows of n−1 row and n rows are read in one horizontal scanning period of the next field. Is read.

上記読出し方法をインターラインCCDに適用する場
合、実公昭58−56458号公報においては、1列のホトダ
イオード1に対して、2本の垂直電荷転送素子2を配置
し、2画素同時読出し実現して、画質を向上させてい
る。
When the above readout method is applied to an interline CCD, in Japanese Utility Model Publication No. 58-56458, two vertical charge transfer elements 2 are arranged for one row of photodiodes 1 to realize simultaneous readout of two pixels. , Improving the image quality.

しかし、開口部の割合が減少することによる感度低
下、素子の大部分を占める画素部の平面構造が相対的に
複雑,過密化することによる歩留り低下については、配
慮がなされていない。
However, no consideration is given to a decrease in sensitivity due to a decrease in the ratio of openings, and a decrease in yield due to a relatively complicated planar structure of a pixel portion that occupies most of the device, and a dense structure.

一方、全ての固体撮像素子には明るい被写体を写した
ときに、再生画の上下に白く尾を引く垂直スメア現象が
生じ、高照度における画質劣化の要因となる。あらゆる
被写体条件において、この垂直スメアを低減させる方法
として、小沢他,1984年テレビジョン学会全国大会予稿
集3−15,PP67〜に記載のスメア差動方式がある。
On the other hand, when a bright subject is photographed on all the solid-state image pickup devices, a vertical smear phenomenon in which a white tail is drawn above and below the reproduced image occurs, which causes deterioration of image quality at high illuminance. As a method of reducing the vertical smear under any object condition, there is a smear differential method described in Ozawa et al., 1984 Television Society National Congress Proceedings 3-15, PP67-.

この方法は、先ず、垂直スメアのみを読出して、次に
垂直スメアの重畳された信号電荷を読出し、その2つの
差動をとることにより、信号電荷だけを出力するもので
ある。また、この方法をインターラインCCDに適用させ
るためには、垂直スメアの電荷を転送するための垂直電
荷転送素子2が必要になる。その結果、第4図の素子に
比べ、更に開口部領域が減少する。
In this method, first, only the vertical smear is read out, then the signal charge on which the vertical smear is superposed is read out, and the difference between the two is taken out to output only the signal charge. Further, in order to apply this method to the interline CCD, the vertical charge transfer element 2 for transferring the charges of the vertical smear is required. As a result, the opening area is further reduced as compared to the device of FIG.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、イ
ンターラインCCDにおいて、開口部の割合を低下させた
り、画素部の平面構造を複雑,過密化させることなく、
2画素同時読出しとスメア差動方式を実現し、高感度,
高解像度,低スメア,高歩留りの固体撮像素子を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to solve such a conventional problem and reduce the ratio of openings in an interline CCD, without complicating the planar structure of the pixel portion and overcrowding,
Achieves 2-pixel simultaneous readout and smear differential method, high sensitivity,
It is to provide a solid-state image sensor with high resolution, low smear, and high yield.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

上記目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、
2次元状に配置した光電変換素子と、該光電変換素子か
らの信号電荷を垂直方向に転送する複数の電極を有する
垂直電荷転送素子と、該光電変換素子の信号電荷を一水
平行ずつ該垂直電荷転送素子に選択的に転送するための
行選択手段と、該垂直電荷転送素子の各電極に駆動パル
スを送出するためのシフトレジスタと、該垂直電荷転送
素子からの信号電荷を出力するための水平走査手段を備
えた固体撮像素子において、上記駆動パルスにより該垂
直電荷転送素子内に信号電荷を転送するための複数の電
極に渡る電位井戸が形成移動するようにしたことを特徴
としている。
In order to achieve the above object, the solid-state imaging device of the present invention,
A two-dimensionally arranged photoelectric conversion element, a vertical charge transfer element having a plurality of electrodes for vertically transferring the signal charges from the photoelectric conversion element, and a vertical charge transfer element for each of the signal charges of the photoelectric conversion element. Row selection means for selectively transferring to the charge transfer element, a shift register for transmitting a drive pulse to each electrode of the vertical charge transfer element, and a signal charge for outputting the signal charge from the vertical charge transfer element In the solid-state image pickup device provided with the horizontal scanning means, the drive pulse is formed so that a potential well across a plurality of electrodes for transferring signal charges in the vertical charge transfer device is formed and moved.

また、上記駆動パルスはシフトレジスタのデータシフ
ト周期のn倍(n:3以上の整数)の間隔で垂直電荷転送
素子の電極下に電位障壁を形成するものであること、上
記シフトレジスタは水平ブランキング内の所定の時刻に
データシフトを終了し、かつ、信号電荷が光電変換素子
から垂直電荷転送素子内に形成された電位井戸に転送さ
れるように行選択手段により選択された行に加えられる
信号転送パルスの印加時刻が各行毎に異なること、上記
選択手段はシフトレジスタから各電極に送出される駆動
パルスと信号転送パルスの論理積をとるものであるこ
と、上記シフトレジスタにより送出されるパルス列によ
り垂直電荷転送素子内に複数の信号電荷を独立に転送す
るための複数個の電位井戸が形成移動すること、上記シ
フトレジスタにより送出されるパルス列により垂直電荷
転送素子に少なくとも1つの信号電荷を転送するための
電位井戸と垂直電荷転送素子に混入するスミア電荷を転
送するための電位井戸を形成移動し、該垂直電荷転送素
子より独立に読み出された信号電荷とスミア電荷を減算
し純粋な信号電荷分の信号を得るスミア差動手段を備え
ること、上記スミア電荷を転送するための電位井戸を形
成する垂直電荷転送素子の電極数が信号電荷を転送する
ための電位井戸を形成する垂直電荷転送素子の電極数よ
り多いこと、をも特徴としている。
Further, the drive pulse forms a potential barrier under the electrode of the vertical charge transfer element at an interval n times (n: an integer of 3 or more) the data shift cycle of the shift register. The data shift is completed at a predetermined time in the ranking, and the signal charges are added to the row selected by the row selecting means so as to be transferred from the photoelectric conversion element to the potential well formed in the vertical charge transfer element. The application time of the signal transfer pulse is different for each row, the selecting means takes the logical product of the drive pulse and the signal transfer pulse sent from the shift register to each electrode, and the pulse train sent by the shift register To form and move a plurality of potential wells for independently transferring a plurality of signal charges in the vertical charge transfer device, The potential train for transferring at least one signal charge to the vertical charge transfer element and the potential well for transferring smear charges mixed in the vertical charge transfer element are formed and moved by the pulse train to be generated, and independently of the vertical charge transfer element. Smear differential means for subtracting the read signal charge and smear charge to obtain a signal corresponding to a pure signal charge, and the number of electrodes of the vertical charge transfer element forming a potential well for transferring the smear charge is It is also characterized in that the number of electrodes is larger than the number of electrodes of a vertical charge transfer element forming a potential well for transferring a signal charge.

〔発明の実施例および参考例〕[Examples and Reference Examples of the Invention]

以下、本発明に関連する参考例および本発明の実施例
を図面により説明する。先ず始めに、本発明に関連する
第1の参考例を第1図〜第3図により述べる。
Hereinafter, reference examples related to the present invention and embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first reference example related to the present invention will be described with reference to FIGS.

第1図は固体撮像素子の回路構成図、第2図は第1図
の駆動パルスのタイミング図、第3図は第2図のタイミ
ングにおける垂直電荷転送素子,転送ゲート,水平電荷
転送素子のポテンシャル図である。なお、説明を簡単化
するため、第1図には3×3のホトダイオード・マトリ
ックスのみを示す。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the solid-state image pickup device, FIG. 2 is a timing diagram of the drive pulse of FIG. 1, and FIG. 3 is a potential of the vertical charge transfer device, the transfer gate, and the horizontal charge transfer device at the timing of FIG. It is a figure. For simplification of description, FIG. 1 shows only a 3 × 3 photodiode matrix.

第1図において、11は2次元状に配列されて光電変換
を行うホトダイオード、12は各列ごとに配列されて垂直
電荷転送を行う垂直電荷転送素子、13は水平走査を行う
水平電荷転送素子、14は水平電荷転送素子13の出力部、
15はホトダイオード11の信号電荷を垂直電荷転送素子12
へ転送するホトゲート、16は垂直電荷転送素子12を駆動
するためのパルス列を発生する垂直転送シフトレジス
タ、17は垂直転送シフトレジスタ16のパルス列を受けて
所望の電圧にし、垂直パルス線51を通して垂直電荷転送
素子12に出力するバッファ回路、18は同一行のホトゲー
ト15を‘オン’状態にする垂直シフトレジスタ、19は垂
直電荷転送素子12と水平電荷転送素子13間のスイッチン
グを行う転送ゲート、20H,20Vは蓄積領域、21H,21Vは転
送領域であり、これを垂直電荷転送素子12内には各ホト
ダイオード11ごとに、一方の水平電荷転送素子13内には
各列ごとに設けて、1転送段を構成する。50は垂直シフ
トレジスタ18からの出力を同一行のホトゲート15に送る
垂直ゲート線、51はバッファ回路17からの出力を垂直電
荷転送素子12の各転送段に送る垂直パルス線である。
In FIG. 1, 11 is a two-dimensionally arranged photodiode for photoelectric conversion, 12 is a vertical charge transfer element arranged for each column for vertical charge transfer, 13 is a horizontal charge transfer element for horizontal scanning, 14 is an output part of the horizontal charge transfer element 13,
Reference numeral 15 is a vertical charge transfer element 12 for transferring the signal charge of the photodiode 11
16 is a photogate for transferring to the vertical charge transfer element 12, 16 is a vertical transfer shift register for generating a pulse train for driving the vertical charge transfer element 12, 17 is a pulse train of the vertical transfer shift register 16 to be a desired voltage, and a vertical charge line 51 A buffer circuit for outputting to the transfer element 12, a vertical shift register 18 for turning on the photogates 15 in the same row to an'on 'state, a transfer gate 19 for switching between the vertical charge transfer element 12 and the horizontal charge transfer element 13, 20H, 20V is a storage region, and 21H and 21V are transfer regions. These are provided in the vertical charge transfer device 12 for each photodiode 11 and in one horizontal charge transfer device 13 for each column, and one transfer stage is provided. Make up. Reference numeral 50 is a vertical gate line for sending the output from the vertical shift register 18 to the photogates 15 in the same row, and 51 is a vertical pulse line for sending the output from the buffer circuit 17 to each transfer stage of the vertical charge transfer device 12.

上記水平電荷転送素子13には、米国特許第4032952号
に記載の2層ポリシリコン電極からなって2相駆動を行
う埋込み型電荷転送素子を、一方の垂直電荷転送素子12
には、2層ポリシリコン電極から成る埋込み型電荷転送
素子を用いる。
As the horizontal charge transfer element 13, an embedded charge transfer element which is composed of a two-layer polysilicon electrode described in U.S. Pat.
For this purpose, an embedded charge transfer device composed of a two-layer polysilicon electrode is used.

垂直転送シフトレジスタ16と垂直シフトレジスタ18
は、特願昭53−69793号公報に記載の2相レシオレス・
ダイナミック・シフトレジスタで構成する。
Vertical transfer shift register 16 and vertical shift register 18
Is a two-phase ratioless type disclosed in Japanese Patent Application No. 53-69793.
Consists of a dynamic shift register.

バッファ回路17は、垂直転送シフトレジスタ16から入
力した信号を各垂直パルス線51に出力するインバータ回
路から成る。
The buffer circuit 17 includes an inverter circuit that outputs the signal input from the vertical transfer shift register 16 to each vertical pulse line 51.

第2図に示した固体撮像素子を駆動するタイミング
は、縦方向のホトダイオード11が標準のNTSC方式に対応
する最少個数の485個を有する場合であり、説明の便宜
上、垂直パルス線51の電位を水平電荷転送素子13に最も
近いものから順にV1,V2,V3,……V485で示す。また、あ
る垂直ゲート線50の電位をVP,転送ゲート19の電位をTG,
水平電荷転送素子13の電極下電位をH1,水平ブランキン
グパルスをHBLで示す。
The timing for driving the solid-state image sensor shown in FIG. 2 is when the vertical photodiode 11 has a minimum number of 485 corresponding to the standard NTSC system. For convenience of explanation, the potential of the vertical pulse line 51 is V1, V2, V3, ... V485 are shown in order from the one closest to the horizontal charge transfer device 13. In addition, the potential of a certain vertical gate line 50 is VP, the potential of the transfer gate 19 is TG,
The potential under the electrodes of the horizontal charge transfer element 13 is indicated by H1, and the horizontal blanking pulse is indicated by HBL.

第3図に示した垂直電荷転送素子12などのポテンシャ
ルは、第2図のパルスタイミングt1〜t7におけるある列
の垂直電荷転送素子12の各転送段(1,2,‥‥n‥‥,4
5),転送ゲート19(TG),水平電荷転送素子13の1転
送段電極下(H1)それぞれのポテンシャルを示す。な
お、図中の黒色部は信号電荷である(以下、同様とす
る)。
The potentials of the vertical charge transfer device 12 shown in FIG. 3 are the transfer stages (1, 2, ... N ...) of the vertical charge transfer device 12 of a certain column at the pulse timings t 1 to t 7 in FIG. ,Four
5), the transfer gate 19 (TG), and the potential under the first transfer stage electrode (H1) of the horizontal charge transfer device 13 are shown. The black portion in the figure is a signal charge (the same applies hereinafter).

今、水平ブランキング期間を含む水平走査のある時刻
に垂直シフトレジスタ18がn行目の垂直ゲート線50(V
P)に電圧を加えて、ホトゲート15を‘オン’にする
と、ホトダイオード11に蓄積していた信号電荷は、垂直
電荷転送素子12側へ転送する。この時、垂直パルス線51
には、全て高い電圧が加えらているので、信号電荷はそ
の電荷量に応じ、選択された垂直ゲート線50近傍の垂直
電荷転送素子12の複数個の転送段に渡って蓄積する(第
3図のt=t1)。
Now, at a certain time of horizontal scanning including the horizontal blanking period, the vertical shift register 18 moves the vertical gate line 50 (V
When a voltage is applied to P) and the photogate 15 is turned on, the signal charge accumulated in the photodiode 11 is transferred to the vertical charge transfer element 12 side. At this time, the vertical pulse line 51
Since a high voltage is applied to all of them, the signal charge is accumulated over a plurality of transfer stages of the vertical charge transfer element 12 in the vicinity of the selected vertical gate line 50 according to the amount of the charge (third stage). (T = t 1 in the figure).

その後、垂直転送シフトレジスタ16が動作することに
よって、垂直パルス線51の電圧が水平電荷転送素子より
一番遠い485行目から順に1転送段ごとに低くなり、そ
れで生じた電位障壁が垂直電荷転送素子12内を1行目に
近づくように移動する(第3図のt=t2,t3)。
After that, the vertical transfer shift register 16 operates to lower the voltage of the vertical pulse line 51 in each transfer stage in order from the 485th line farthest from the horizontal charge transfer element, and the potential barrier generated thereby becomes vertical charge transfer. The element 12 is moved so as to approach the first row (t = t 2 , t 3 in FIG. 3 ).

上記電位障壁が信号電荷を蓄積しているn行目付近の
転送段に到達すると、信号電荷は次の段へと転送され
る。もしこのときに次段の蓄積領域20Vが信号電荷で満
ちている場合には、信号電荷は次段以降の空き転送段
(の蓄積領域20V)へと転送される(第3図のt=
t4)。
When the potential barrier reaches the transfer stage near the n-th row where the signal charges are accumulated, the signal charges are transferred to the next stage. If the storage area 20V of the next stage is full of signal charges at this time, the signal charges are transferred to (the storage area 20V of) the empty transfer stage after the next stage (t = in FIG. 3).
t 4 ).

t=t4の動作が繰返される度に、垂直電荷転送素子12
内の信号電荷は、順次水平電荷転送素子13の方向へ送ら
れて行く。これらの動作と並行して、n−1行目から転
送されてきてあった水平電荷転送素子13内の信号電荷
が、出力部14の方向に転送されて、出力され、水平ブラ
ンキング期間の時点では、水平電荷転送素子13の内部に
は信号電荷のない状態となる。
Each time the operation of t = t 4 is repeated, the vertical charge transfer device 12
The signal charges therein are sequentially sent toward the horizontal charge transfer element 13. In parallel with these operations, the signal charges in the horizontal charge transfer element 13 that have been transferred from the (n-1) th row are transferred in the direction of the output section 14 and output, and at the time of the horizontal blanking period. Then, there is no signal charge inside the horizontal charge transfer element 13.

水平ブランキング期間に入ると、転送ゲート19(TG)
に電圧を加えて‘オン’状態にすると同時に、水平電荷
転送素子13の電極(H1)にも電圧を加えて、信号電荷が
垂直電荷転送素子12から水平電荷転送素子13側へ移動で
きるようにする(第3図のt=t5)。信号電荷が水平電
荷転送素子13に転送を始めた時、低電圧になっている垂
直パルス線51がm行目であるとすると、1〜m−1行の
間の各転送段に信号電荷が蓄積されていることになる。
In the horizontal blanking period, transfer gate 19 (TG)
At the same time as applying a voltage to the ON state by applying a voltage to the electrode (H1) of the horizontal charge transfer element 13 so that the signal charge can move from the vertical charge transfer element 12 to the horizontal charge transfer element 13 side. (T = t 5 in FIG. 3 ). When the signal charge starts to be transferred to the horizontal charge transfer device 13, and the vertical pulse line 51 having a low voltage is in the m-th row, the signal charge is transferred to each transfer stage between 1-m-1 rows. It has been accumulated.

この後、第3図のt=t4での動作により、信号電荷は
更に水平電荷転送素子13の側に送られ、1行目の垂直パ
ルス線51の電位V1が低電圧になったときに、垂直電荷転
送が終了し、n行目の信号電荷が水平電荷転送素子13の
電極H1下に転送されることになる(第3図のt=t6,
t7)。次に、転送ゲート19の電圧が低くなり‘オフ’と
なって、水平電荷転送素子13が再び転送出力のできる状
態になると共に、n+1行目の信号電荷の読出し動作を
t1〜t7と同様に開始する。
After that, by the operation at t = t 4 in FIG. 3, the signal charge is further sent to the side of the horizontal charge transfer element 13, and when the potential V1 of the vertical pulse line 51 of the first row becomes a low voltage. , The vertical charge transfer is completed, and the signal charges of the nth row are transferred below the electrode H1 of the horizontal charge transfer element 13 (t = t 6 , in FIG. 3).
t 7 ). Next, the voltage of the transfer gate 19 is lowered to be “off”, the horizontal charge transfer element 13 is ready to transfer and output again, and the signal charge reading operation of the (n + 1) th row is performed.
It starts in the same way as t 1 to t 7 .

このように、信号電荷は、垂直電荷転送素子12のm−
1段の転送段に分散して蓄積させ、転送すれば良い。こ
の結果、垂直電荷転送素子12の各転送段に必要な蓄積容
量を、従来の方式よりも1/(m−1)に少なくでき、垂
直電荷転送素子12領域の面積を大巾に低減させて、開口
部の割合を飛躍的に増加させることができる。なお、上
記効果は水平電荷転送素子13の電極構造にかかわらず、
充分得られる。また、同様に垂直転送シフトレジスタ1
6,バッファ回路17,垂直シフトレジスタ18のそれぞれの
具体的な回路構成に依らせることなく、充分得られる。
さらに、実施例では1転送段中に蓄積領域20Vと転送領
域21Vを設けた場合を述べたが、転送領域21Vはなくとも
良い。
As described above, the signal charge is m− of the vertical charge transfer element 12.
It suffices to disperse and store the data in one transfer stage before transferring. As a result, the storage capacity required for each transfer stage of the vertical charge transfer device 12 can be reduced to 1 / (m-1) as compared with the conventional method, and the area of the vertical charge transfer device 12 region can be greatly reduced. The ratio of the openings can be dramatically increased. Note that the above effect is obtained regardless of the electrode structure of the horizontal charge transfer element 13.
You can get enough. Similarly, the vertical transfer shift register 1
6, the buffer circuit 17 and the vertical shift register 18 can be sufficiently obtained without depending on their specific circuit configurations.
Further, in the embodiment, the case where the storage area 20V and the transfer area 21V are provided in one transfer stage has been described, but the transfer area 21V may not be provided.

次に、本発明に関連する第2の参考例を第5図,第6
図により述べる。
Next, a second reference example related to the present invention is shown in FIGS.
This will be described with reference to the figure.

第5図は、第2図と同様の駆動パルスのタイミング
図、第6図は第3図と同様の垂直電荷転送素子12のポテ
ンシヤル図である。なお、両図とも説明の便宜上タイミ
ングt1〜t3のみを示す。
FIG. 5 is a timing diagram of drive pulses similar to FIG. 2, and FIG. 6 is a potential diagram of the vertical charge transfer device 12 similar to FIG. In both figures, only timings t 1 to t 3 are shown for convenience of explanation.

第1図の回路動作においては、垂直電荷転送素子12内
の各転送段の蓄積領域20が信号電荷で満たされた状態で
各転送段の電圧が高い→低いに変って、信号電荷が転送
される。この時、前段の電極下ポテンシャルが低いと転
送段の転送領域21下の電位障壁が前段の電解によって変
調を受け、転送方向とは逆方向に電荷が流れ、その結
果、転送効率が低下する現象が生ずる。
In the circuit operation of FIG. 1, with the storage region 20 of each transfer stage in the vertical charge transfer device 12 being filled with the signal charges, the voltage of each transfer stage changes from high to low, and the signal charges are transferred. It At this time, if the potential under the electrode of the previous stage is low, the potential barrier under the transfer region 21 of the transfer stage is modulated by the electrolysis of the previous stage, and charges flow in the direction opposite to the transfer direction, resulting in a decrease in transfer efficiency. Occurs.

この場合は、第5図,第6図に示すように、先ず、n
+1行の転送段から信号電荷の転送が始まり、n行を含
む複数個の転送段に信号電荷が蓄積された状態になる
(第6図のt=t1)。次に、n行の電極下ポテンシャル
が高くなり、n行の転送段から信号電荷が転送される
(第6図のt=t2)。この時、n+1行目の電極下ポテ
ンシャルは高いままになっているので、n行からn+1
行への電荷の逆流を防止する。n行目からの電荷転送を
終了した後は、n+1行目のポテンシャルを低くして、
次の転送のために信号電荷の蓄積状態になる(第6図の
t=t3)。
In this case, as shown in FIGS. 5 and 6, first, n
The transfer of the signal charges starts from the transfer stage of the + 1th row, and the signal charges are accumulated in the plurality of transfer stages including the nth row (t = t 1 in FIG. 6). Next, the under-electrode potential of the nth row becomes high, and the signal charges are transferred from the transfer stage of the nth row (t = t 2 in FIG. 6). At this time, since the under-electrode potential of the n + 1th row remains high, the n + 1th row to the n + 1th row
Prevents backflow of charge into the rows. After the charge transfer from the nth row is completed, the potential on the n + 1th row is lowered to
The signal charges are accumulated for the next transfer (t = t 3 in FIG. 6).

このように、前段の電極下ポテンシャルが高い(電位
が低い)状態で各転送段の電位を高→低に変化させる動
作を、各転送段において繰返し行うことで、電荷が逆方
向に流れるのを防止し、転送効率の良い垂直電荷転送が
実現できる。
In this way, by repeatedly performing the operation of changing the potential of each transfer stage from high to low in the state where the potential under the electrode of the preceding stage is high (the potential is low), the charge flows in the opposite direction. It is possible to prevent the vertical charge transfer with good transfer efficiency.

次に、本発明に関連する第3の参考例を第7図,第8
図により述べる。
Next, a third reference example relating to the present invention is shown in FIGS.
This will be described with reference to the figure.

第7図は、第2図と同様の駆動パルスのタイミング
図、第8図は第3図と同様の垂直電荷転送素子12などの
ポテンシャル図である。
FIG. 7 is a timing diagram of drive pulses similar to FIG. 2, and FIG. 8 is a potential diagram of the vertical charge transfer element 12 and the like similar to FIG.

第1図の回路動作においては、垂直電荷転送素子12の
チャネル幅が極端に細くなり、電荷転送の効率を低下さ
せる場合がある。
In the circuit operation shown in FIG. 1, the channel width of the vertical charge transfer element 12 may become extremely narrow, which may reduce the efficiency of charge transfer.

この場合は、第7図,第8図に示すように、先ず、4
行目の転送段から信号電荷が転送される場合に、僅かな
部分の信号電荷が4行目の転送段に取り残される(第8
図のt=t1)。次に、3行目の転送段から信号電荷が転
送される。この時も、僅かな信号電荷が3行目の転送段
に取り残される(第8図のt=t2)。さらに、2行目の
転送段から転送がなされる。この時から4行目の転送段
のポテンシャルが再び高くして、時刻t1で4行目の転送
段に残った電荷を3行目の転送段に転送する(第8図の
t=t3)。この後、1行目の信号電荷が水平電荷転送素
子13に転送されると共に、前回の転送で3行目に残った
電荷を2行目に転送する(第8図のt=t4)。
In this case, as shown in FIG. 7 and FIG.
When the signal charge is transferred from the transfer stage of the row, a small portion of the signal charge is left in the transfer stage of the fourth row (eighth).
(T = t 1 in the figure). Next, the signal charges are transferred from the transfer stage of the third row. Also at this time, a slight signal charge is left in the transfer stage of the third row (t = t 2 in FIG. 8). Furthermore, the transfer is performed from the transfer stage of the second row. From this time, the potential of the transfer stage of the 4th row is increased again, and at time t 1 , the charges remaining in the transfer stage of the 4th row are transferred to the transfer stage of the 3rd row (t = t 3 in FIG. 8). ). After that, the signal charges in the first row are transferred to the horizontal charge transfer element 13, and the charges remaining in the third row by the previous transfer are transferred in the second row (t = t 4 in FIG. 8).

この後も全ての転送段において、同様の2段階の転送
が行われ、垂直電荷転送の終了時には全ての信号電荷が
低い転送損失で水平電荷転送素子13に送られることにな
る(第8図のt=t5)。
After that, the same two-stage transfer is performed in all transfer stages, and at the end of the vertical charge transfer, all the signal charges are sent to the horizontal charge transfer element 13 with a low transfer loss (see FIG. 8). t = t 5 ).

このように、一水平走査期間に垂直転送シフトレジス
タ16から複数個のパルス列を出力し、第2図,第3図で
の垂直電荷転送の動作を複数回行うことにより、転送効
率を向上させることができる。なお、パルス列の個数は
2以上であれば、この方法による効果は充分得られる。
また、パルス列の時間々隔は、垂直シフトレジスタ18か
ら出力されるパルス列のシフト周期の2倍以上であれば
任意な値で良い。
As described above, the transfer efficiency is improved by outputting a plurality of pulse trains from the vertical transfer shift register 16 in one horizontal scanning period and performing the vertical charge transfer operation in FIG. 2 and FIG. 3 a plurality of times. You can If the number of pulse trains is 2 or more, the effect of this method can be sufficiently obtained.
The time interval of the pulse train may be any value as long as it is at least twice the shift cycle of the pulse train output from the vertical shift register 18.

次に、本発明に関する第4の参考例を第9図により述
べる。
Next, a fourth reference example relating to the present invention will be described with reference to FIG.

第9図は、垂直電荷転送素子12の転送段を2個のホト
ダイオード11ごとに1つずつ設けた場合の固体撮像素子
の回路構成図である。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a solid-state image pickup device in which one transfer stage of the vertical charge transfer device 12 is provided for each of the two photodiodes 11.

前記第1図の回路においては、n行とn+1行の信号
電荷が混合しないように、必ず水平走査の繰返し周期TV
以内で垂直電荷転送を終了させる必要がある。今、垂直
電荷転送素子12の転送段数をNVとすると、垂直転送シフ
トレジスタ16の走査周波数fVは、次の(1)式を満足す
る必要がある。
In the circuit of FIG. 1, the horizontal scanning repetition period T V must be ensured so that the signal charges in the nth row and the n + 1th row are not mixed.
It is necessary to finish the vertical charge transfer within. Now, assuming that the number of transfer stages of the vertical charge transfer device 12 is N V , the scanning frequency f V of the vertical transfer shift register 16 needs to satisfy the following expression (1).

fV≧NV/TV ……(1) また、垂直電荷転送素子12内の1転送段を1つのホト
ダイオード11ごとに設けているので、ホトダイオード11
の垂直方向の画素数nVと垂直電荷転送素子12の転送段数
NVとは等しくなるが、高解像度の固体撮像素子のように
垂直方向の画素数nVが増加すると、転送段数NVも多くな
ると共に、水平走査の繰返し周期TVが短くなり、垂直転
送シフトレジスタ16の走査周波数fVが高くなって、垂直
電荷転送の効率が低下してしまう。
f V ≧ N V / T V (1) Since one transfer stage in the vertical charge transfer element 12 is provided for each photodiode 11, the photodiode 11
N V of pixels in the vertical direction and the number of transfer stages of the vertical charge transfer device 12
Although it is equal to N V , if the number of vertical pixels n V increases as in a high-resolution solid-state image sensor, the number of transfer stages N V also increases and the horizontal scanning repetition period T V becomes shorter, resulting in vertical transfer. The scanning frequency f V of the shift register 16 becomes high, and the efficiency of vertical charge transfer is reduced.

この場合には、第9図に示すように、垂直電荷転送素
子12内の1転送段に複数個のホトダイオード11ごとに1
つ設けることで、垂直転送シフトレジスタ16の走査周波
数fVを低減する。すなわち、垂直電荷転送素子12−1の
内部には、2個のホトダイオード11ごとに1転送段を設
け、垂直転送シフトレジスタ16からは、バッファ回路1
7,垂直パルス線51を通して、2個のホトダイオード11に
対応した1転送手段には1つの出力を送出させる。な
お、回路の動作は、前述第1図と同様である。
In this case, as shown in FIG. 9, one for each of the plurality of photodiodes 11 is provided in one transfer stage in the vertical charge transfer device 12.
By providing one, the scanning frequency f V of the vertical transfer shift register 16 is reduced. That is, one transfer stage is provided for each of the two photodiodes 11 inside the vertical charge transfer element 12-1, and the buffer circuit 1 is provided from the vertical transfer shift register 16.
7, through the vertical pulse line 51, one output is sent to one transfer means corresponding to the two photodiodes 11. The operation of the circuit is similar to that shown in FIG.

これにより、垂直電荷転送素子12−1の転送段数を前
記第4図の場合より1/2にして、走査周波数fVを1/2に低
減させるので、垂直電荷転送の効率を向上させることが
できる。なお、転送段を2個以上のホトダイオード11に
1つ設けても、この方法による効果は充分得られる。
As a result, the number of transfer stages of the vertical charge transfer element 12-1 is halved as compared with the case of FIG. 4 and the scanning frequency f V is reduced to ½, so that the efficiency of vertical charge transfer can be improved. it can. Even if one transfer stage is provided for two or more photodiodes 11, the effect of this method can be sufficiently obtained.

次に、本発明の第1の実施例を第10図,第11図により
述べる。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第10図は、前記第1図の駆動パルスのタイミング図、
第11図は第10図のタイミングにおける垂直電荷転送素子
12の転送段(1,2,3,…m,…,485),転送ゲート19(T
G),水平電荷転送素子13(H1)のポテンシャル図であ
る。
FIG. 10 is a timing chart of the drive pulse shown in FIG.
FIG. 11 is a vertical charge transfer device at the timing shown in FIG.
12 transfer stages (1,2,3, ... m, ..., 485), transfer gate 19 (T
G) is a potential diagram of the horizontal charge transfer device 13 (H1).

CCDの固体撮像素子におけるスメア現象は、垂直電荷
転送の過程においてデバイス基板内に発生した電荷が、
垂直電荷転送素子12の電位の井戸に集められるために生
じるので、その電位の井戸を存在させなければスメアも
発生しない。そこで第10図,第11図に示すように、電荷
を蓄積・転送する複数個の転送段にのみ電位井戸を形成
し、この電位井戸を移動させることによって、スメアの
混入量を減少させた信号電荷を転送する。
The smear phenomenon in the CCD solid-state image sensor is caused by the charges generated in the device substrate during the process of vertical charge transfer.
Since smears occur because they are collected in the potential well of the vertical charge transfer device 12, smear does not occur unless the potential well is present. Therefore, as shown in FIGS. 10 and 11, the potential well is formed only in a plurality of transfer stages that store and transfer charges, and the potential well is moved to reduce the amount of smear mixed in. Transfer charge.

先ず、第10図および第11図のt1においては、3行目か
らm+1行目までの全垂直パルス線51の電位を高くし
て、対応する各転送段の電極下に1つの電位井戸を形成
し、この中に信号電荷を蓄積する。なお、m−1は垂直
パルス線51の電位が高レベルにある時間を垂直転送シフ
トレジスタ16のシフト周期で割った値であり、形成する
電位井戸の長さを決める。また、この時上記以外の行の
垂直パルス線51には、各電極下の電位が基板電位と等し
くなるような低い電圧を加えてポテンシャルの井戸を形
成させない(第11図のt1)。
First, at t 1 in FIGS. 10 and 11, the potentials of all the vertical pulse lines 51 from the 3rd row to the m + 1th row are made high, and one potential well is formed under the electrodes of the corresponding transfer stages. It is formed and signal charges are accumulated in it. Note that m-1 is a value obtained by dividing the time during which the potential of the vertical pulse line 51 is at a high level by the shift cycle of the vertical transfer shift register 16, and determines the length of the potential well to be formed. At this time, the potential well is not formed by applying a low voltage to the vertical pulse lines 51 of the rows other than the above so that the potential under each electrode becomes equal to the substrate potential (t 1 in FIG. 11).

この後m+1行目の垂直パルス線51のポテンシャルを
高くして信号電荷を転送すると共に、2行目の転送段を
新に電位井戸の範囲にする(第11図のt2)。
After that, the potential of the vertical pulse line 51 in the (m + 1) th row is increased to transfer the signal charge, and the transfer stage in the second row is newly set to the range of the potential well (t 2 in FIG. 11).

上記動作を繰返すことによって電位井戸を移動させ、
信号電荷を垂直電荷転送素子12から水平電荷転送素子13
内に転送する(第11図のt3,t4)。
By moving the potential well by repeating the above operation,
The signal charge is transferred from the vertical charge transfer element 12 to the horizontal charge transfer element 13
It is transferred in (t 3 , t 4 in Fig. 11).

これにより、垂直電荷転送素子12の各転送段に必要な
蓄積容量を、前記と同様、本実施例においても従来方式
の1/(m−1)に小さくでき、垂直電荷転送素子12領域
の面積を大巾に低減することが可能となり、開口部の割
合を飛躍的に増加させることができる。
As a result, the storage capacity required for each transfer stage of the vertical charge transfer element 12 can be reduced to 1 / (m-1) of the conventional method in this embodiment as well, and the area of the vertical charge transfer element 12 region can be reduced. Can be significantly reduced, and the ratio of openings can be dramatically increased.

また、スメア電荷が蓄積する電位井戸の数を従来の
(m−1)/NVにしたことにより、スメアも大巾に低減
できる。例えば、上記の比が1/50であるときは34dB程度
を改善させることが可能である。
Further, the number of potential well smear charge accumulates by you conventional (m-1) / N V , smear can be greatly reduced. For example, when the above ratio is 1/50, it is possible to improve about 34 dB.

本実施例では、垂直電荷転送素子12に電位井戸が形成
されているときに、ホトダイオード11の信号電荷を垂直
電荷転送素子12に転送するので、ホトゲート15を‘オ
ン’にする時刻を各行ごとに選択する必要がある。この
選択は素子外部に同期回路を設けることが容易に実現で
きる。また、垂直転送シフトレジスタ16の複数個(m−
1個)のシフト周期に渡るパルス列は、例えば、特開昭
53−69793号公報に記載のシフトレジスタに用いて、フ
ィードバック周期をmに選ぶと共に、バッファ回路17を
省略して直接、垂直パルス線51に出力するようにすれば
良い。
In this embodiment, since the signal charge of the photodiode 11 is transferred to the vertical charge transfer element 12 when the potential well is formed in the vertical charge transfer element 12, the time to turn on the photogate 15 is set for each row. You have to choose. This selection can be easily realized by providing a synchronizing circuit outside the element. In addition, a plurality of vertical transfer shift registers 16 (m-
A pulse train over one shift cycle is disclosed in
The shift register described in Japanese Patent No. 53-69793 may be used to select the feedback period as m and omit the buffer circuit 17 to output directly to the vertical pulse line 51.

次に、本発明の第2の実施例を第12図〜第14図
(a),(b)により述べる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 14 (a) and (b).

第12図は2画素同時読出し方式およびスメア差動方式
を用いた場合の固体擦像素子の回路構成図、第13図は第
12図の駆動パルスのタイミング図、第14図(a)は第13
図のタイミングt1,t2における垂直電荷転送素子12のポ
テンシャル図、同図(b)は第13図のタイミングt3〜t8
における掃出しゲート(SG)およびドレイン(SD),水
平電荷転送素子13の電極下(H1),転送ゲート(TG1〜T
G3)のポテンシャル図である。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a solid-state image sensor when the two-pixel simultaneous reading method and the smear differential method are used, and FIG.
FIG. 12 is a timing chart of the drive pulse, and FIG.
The potential diagram of the vertical charge transfer element 12 at the timings t 1 and t 2 in the figure, and FIG. 13B shows the timings t 3 to t 8 in FIG.
Sweep gate (SG) and drain (SD), under the horizontal charge transfer element 13 electrode (H1), transfer gates (TG1 to T)
It is a potential diagram of G3).

第12図において、31,32はスメア電荷を素子外部に掃
出すための掃出しゲート,そのドレイン、33は垂直シフ
トレジスタ18からの出力パルスに同期し、2画素同時読
出しに必要な行選択を行うインターレース回路、13−1
〜13−3は第1〜第3の水平電荷転送素子であり、それ
ぞれ第1の信号,第2の信号,スメア信号を読出するた
めのもの、14−1〜14−3は第1〜第3の水平電荷転送
素子の各出力部、19−1〜19−3は第1〜第3の転送ゲ
ートであり、それぞれ垂直電荷転送素子12と第1の水平
電荷転送素子13−1間,第1と第2の水平電荷転送素子
13−1,13−2間,第2と第3の水平電荷転送素子13−2,
13−3間をゲートする。なお、インターレース回路33に
は、例えば、特願昭57−144042号,特願昭55−54158号
公報に記載の回路を使用する。また、水平電荷転送素子
13−1〜13−3には、2つの信号電荷と1つのスメア電
荷を同時に読出すため、並列化された水平電荷転送素子
を使用する。
In FIG. 12, 31 and 32 are sweep gates and their drains for sweeping smear charges to the outside of the element, and 33 is synchronized with an output pulse from the vertical shift register 18 and performs row selection necessary for simultaneous reading of two pixels. Interlace circuit, 13-1
13-13 are first to third horizontal charge transfer elements for reading a first signal, a second signal and a smear signal, respectively, and 14-1 to 14-3 are first to first Output units 19-1 to 19-3 of the third horizontal charge transfer device are first to third transfer gates, respectively, between the vertical charge transfer device 12 and the first horizontal charge transfer device 13-1, and 1st and 2nd horizontal charge transfer device
13-1, 13-2, the second and third horizontal charge transfer elements 13-2,
Gate between 3 and 3. As the interlace circuit 33, for example, the circuits described in Japanese Patent Application No. 57-144042 and Japanese Patent Application No. 55-54158 are used. In addition, horizontal charge transfer device
For 13-1 to 13-3, since two signal charges and one smear charge are read simultaneously, parallel horizontal charge transfer elements are used.

第13図において、HBL,V1〜V485,H1は前記第2図と同
一信号、VP1はある垂直ゲート線50の電位、VP2はその他
の垂直ゲート線50の電位であり、信号の読出しが行われ
る行に応じてタイミングが異る。TG1〜TG3は第1〜第3
の転送ゲート19−1〜19−3の電位、SGは掃出しゲート
31の電位である。
In FIG. 13, HBL, V1 to V485, H1 are the same signals as in FIG. 2, VP1 is the potential of one vertical gate line 50, and VP2 is the potential of the other vertical gate line 50, and the signals are read out. Timing varies depending on the line. TG1 to TG3 are first to third
Transfer gates 19-1 to 19-3, SG is a sweep gate
31 potential.

第14図(a),(b)において、41は素子外部に掃出
されるスメア電荷、42は第3の水平電荷転送素子13−3
で読出すスメア電荷、43は第2の水平電荷転送素子13−
2で読出すn行目の信号電荷、44は第1の水平電荷転送
素子13−1で読出すn+1行目の信号電荷である。ま
た、同図(a)のmSは、第13図に示すスメア掃出し用パ
ルス列とスメア読出し用パルス列の時間々隔tmSを垂直
転送システムレジスタ16のシフト周期で割った値、m1
スメア読出し用パルス列と第1の信号読出し用パルス列
の時間々隔tm1を垂直転送シフトレジスタ16のシフト周
期で割った値、m2は第1の信号読出し用パルス列と第2
の信号読出し用パルス列の時間々隔tm2を垂直転送シフ
トレジスタ16のシフト周期で割った値である。
In FIGS. 14A and 14B, 41 is a smear charge swept to the outside of the device, and 42 is a third horizontal charge transfer device 13-3.
Smear electric charge read out at, 43 is the second horizontal charge transfer element 13-
2 is the signal charge of the n-th row read by 2 and 44 is the signal charge of the n + 1-th row read by the first horizontal charge transfer element 13-1. Further, m S in FIG. 13A is a value obtained by dividing the time interval tm S between the smear sweep pulse train and the smear read pulse train shown in FIG. 13 by the shift cycle of the vertical transfer system register 16, and m 1 is the smear. A value obtained by dividing the time interval tm 1 between the read pulse train and the first signal read pulse train by the shift cycle of the vertical transfer shift register 16, and m 2 is the first signal read pulse train and the second
It is a value obtained by dividing the time interval tm 2 of the signal reading pulse train by the shift cycle of the vertical transfer shift register 16.

本回路の動作は、水平ブランキング期間を含む水平走
査のある時刻に垂直転送シフトレジスタ16が、垂直パル
ス線51の電位を485行目から1転送段ごとに順次低くし
て、垂直電荷転送素子12内に第1の電位障壁を移動させ
る。その後、tmS時間後に第2の電位障壁を、そのtm1
に第3の電位障壁を、そのまたtm2後に第4の電位障壁
を‥‥‥‥と順次485行目から垂直電荷転送素子12内を
移動し始める。これにより、垂直電荷転送のある時刻に
おいては、垂直電荷転送素子12のmS−1段の転送段に渡
る第1の電位井戸と、m1−1段の転送段からなる第2の
電位井戸と、m2−1段の転送段からなる第3の電位井戸
が形成それていることになる。
The operation of this circuit is that the vertical transfer shift register 16 sequentially lowers the potential of the vertical pulse line 51 for each transfer stage from the 485th line at a certain time of horizontal scanning including the horizontal blanking period, and the vertical charge transfer device is operated. Move the first potential barrier into 12. Then, after tm S time, the second electric potential barrier, the third electric potential barrier after tm 1 and the fourth electric potential barrier after tm 2 are sequentially arranged in order from the 485th line to the vertical charge transfer device 12 Start moving inside. As a result, at a certain time of vertical charge transfer, the first potential well across the m S −1 transfer stages of the vertical charge transfer element 12 and the second potential well including the m 1 −1 transfer stages. If, so that the third potential well consisting of transfer stages of m 2 -1 stage is it formed.

各ホトダイオード11の信号電荷は、上記各電位井戸が
垂直シフトレジスタ18とインターレース回路33によって
選択される行の近傍を通過するときに、外部に設けた同
期回路のタイミングによって対応するホトゲート15に電
圧が印加されて、垂直電荷転送素子12内の電位井戸へ転
送される。なお、各行の選択は、前の走査期間の第4の
電位障壁のシフトが終了し、垂直転送シフトレジスタ16
が次に動作する直前に行う。
The signal charge of each photodiode 11 has a voltage applied to the corresponding photogate 15 by the timing of an external synchronization circuit when each potential well passes near the row selected by the vertical shift register 18 and the interlace circuit 33. It is applied and transferred to the potential well in the vertical charge transfer device 12. It should be noted that the selection of each row is performed after the shift of the fourth potential barrier in the previous scanning period is completed and the vertical transfer shift register 16
Just before the next operation.

ホトゲート15から信号電荷が転送された後は、第1の
電位障壁から1行目の転送段の間に掃出すべきスメア電
荷41が、第1の電位井戸には水平電荷転送素子13に読出
されるスメア電荷42が、第2の電位井戸にはn行目の信
号電荷43が、第3の電位井戸にはn+1行目の信号電荷
44がそれぞれ蓄積されることになる。(第14図(a)の
t=t1)。
After the signal charge is transferred from the photogate 15, the smear charge 41 to be swept from the first potential barrier during the transfer stage of the first row is read out to the horizontal charge transfer element 13 in the first potential well. Smear charge 42, the signal charge 43 of the nth row in the second potential well, and the signal charge of the n + 1th row in the third potential well.
44 will be accumulated respectively. (T = t 1 in FIG. 14 (a)).

その後、垂直転送シフトレジスタ16からのパルス列が
1転送段移動すると各電位井戸も1転送段だけ移動する
(第14図(a)のt=t2)。この動作が繰返されること
により、掃出すべきスメア電荷41,読出すスメア電荷42,
第1の信号電荷43,第2の信号電荷44が混合してしまう
ことなく、水平電荷転送素子13−1〜13−3へと転送さ
れる。
After that, when the pulse train from the vertical transfer shift register 16 moves one transfer stage, each potential well also moves one transfer stage (t = t 2 in FIG. 14A). By repeating this operation, the smear charge 41 to be swept, the smear charge 42 to be read,
The first signal charges 43 and the second signal charges 44 are transferred to the horizontal charge transfer elements 13-1 to 13-3 without being mixed.

第1の電位障壁が1行目に近づくとスメア電荷41は掃
出しゲート31から順次掃出される(第14図(b)のt=
t3)。
When the first potential barrier approaches the first row, the smear charge 41 is sequentially swept from the sweep gate 31 (t = in FIG. 14 (b)).
t 3 ).

この後、水平ブランキング期間になると掃出しゲート
31を‘オフ’にして、電荷を垂直電荷転送素子12から並
列の水平電荷転送素子13−1〜13−3へ送り込む。それ
は先ず、第1の転送ゲート19−1を‘オン’にして、水
平電荷転送素子13−1〜13−3の電極に電圧を加えてポ
テンシャルを低くし、スメア電荷42を第1の水平電荷転
送素子13−1に転送する(第14図(b)のt=t4)。な
お、第2の電位障壁が1行目に到達するまで転送を続け
る。
After this, in the horizontal blanking period, the sweep gate
31 is turned off, and the charges are sent from the vertical charge transfer device 12 to the parallel horizontal charge transfer devices 13-1 to 13-3. First, the first transfer gate 19-1 is turned on, a voltage is applied to the electrodes of the horizontal charge transfer devices 13-1 to 13-3 to lower the potential, and the smear charge 42 is transferred to the first horizontal charge. Transfer to the transfer element 13-1 (t = t 4 in FIG. 14B). Note that the transfer is continued until the second potential barrier reaches the first row.

この後、第1の転送ゲート19−1を‘オフ’にして、
水平電荷転送素子13−1〜13−3の電極ポテンシャルを
高くし、第2の転送ゲート19−2に電圧を加えてポテン
シャルを低くし、第1の水平電荷転送素子13−1内のス
メア電荷42を第2の転送ゲート19−2の電極下に転送す
る(第14図(b)のt=t5)。次に、1の転送ゲート19
−1を再び‘オン’にして水平電荷転送素子13−1〜13
−3の電極に電圧を加えてポテンシャルを低くし、第2
の転送ゲート19−2のポテンシャルを高くして、第1の
信号43を垂直電荷転送素子12から第1の水平電荷転送素
子13−1内に転送すると共に、スメア電荷42を第2の転
送ゲート19−2から第2の水平電荷転送素子13−2へ転
送する(第14図(b)のt=t6)。この動作が繰返され
て、垂直転送シフトレジスタ16の第4のパルス列が1行
目に到達したときは、第3の水平電荷転送素子13−3に
はスメア電荷42が、第2の水平電荷転送素子13−2には
n行目の信号電荷43が、第1の水平電荷転送素子13−1
にはn+1行目の信号電荷44がそれぞれ転送される(第
14図(b)のt=t7,t8)。
After this, the first transfer gate 19-1 is turned off,
The electrode potentials of the horizontal charge transfer devices 13-1 to 13-3 are increased, a voltage is applied to the second transfer gate 19-2 to decrease the potential, and the smear charge in the first horizontal charge transfer device 13-1 is reduced. 42 is transferred below the electrode of the second transfer gate 19-2 (t = t 5 in FIG. 14 (b)). Next, 1 transfer gate 19
-1 is turned on again and the horizontal charge transfer elements 13-1 to 13-13
-3 voltage is applied to the electrode to lower the potential,
Of the first charge transfer element 12 is transferred from the vertical charge transfer element 12 into the first horizontal charge transfer element 13-1 and the smear charge 42 is transferred to the second transfer gate. Transfer from 19-2 to the second horizontal charge transfer device 13-2 (t = t 6 in FIG. 14 (b)). When this operation is repeated and the fourth pulse train of the vertical transfer shift register 16 reaches the first row, the smear charge 42 and the second horizontal charge transfer to the third horizontal charge transfer element 13-3. The signal charge 43 of the nth row is applied to the element 13-2 by the first horizontal charge transfer element 13-1.
The signal charges 44 in the (n + 1) th row are transferred to the
14 (b) t = t 7 , t 8 ).

水平走査期間においては、3本の水平電荷転送素子13
−1〜13−3が同時に動作して、スメア電荷42,n行目の
信号電荷,n+1行目の信号電荷44を出力部14−1〜14−
3から同時に出力する。
In the horizontal scanning period, three horizontal charge transfer elements 13
−1 to 13-3 operate at the same time to output smear charge 42, signal charge of the nth row, signal charge 44 of the n + 1th row to output sections 14-1 to 14−
Output from 3 at the same time.

この後、各信号電荷43,44からスメア電荷42を差引く
ことにより、スメア電荷の混入しないn行,n+1行の信
号電荷のみを生成することができる。また、次のフィー
ルドにおいて、n−1行とn行の信号電荷を読出すこと
により、インターレース走査が可能である。
After that, by subtracting the smear charges 42 from the signal charges 43, 44, it is possible to generate only the signal charges of the nth row and the n + 1th row in which the smear charges are not mixed. In the next field, interlaced scanning is possible by reading out the signal charges of the n-1th row and the nth row.

このように、垂直電荷転送素子12に電位井戸を複数個
形成して、それを移動させ、複数個の電荷パケットを同
時に転送することにより、垂直電荷転送素子12領域の面
積を増大させてしまうことなく、2画素同時読出しとス
メア差動の両方式を実現させることができる。かつ、信
号を垂直電荷転送素子12の複数転送段に渡る電位井戸に
より転送しているので、第1の実施例と同様に各転送段
に必要な蓄積容量を小さくでき、垂直電荷転送素子の面
積を大幅に低減できる。なお、本実施例において、ス
メア信号と第1および第2の信号を読出すために、水平
電荷転送素子13−1〜13−3を3本並列に構成したが、
上記3つの信号電荷を読出すことができれば、1本以上
の任意の数で良い。インターレース回路33は具体的な
回路構成に依存させることなく使用できる。掃出しゲ
ートおよびドレイン31,32によるスメア電荷の掃出し動
作を実施しなくとも実現できる。垂直転送シフトレジ
スタ16は走査期間中にパルス列の送出動作を開始しても
良い。
Thus, by forming a plurality of potential wells in the vertical charge transfer device 12 and moving them to simultaneously transfer a plurality of charge packets, the area of the vertical charge transfer device 12 region is increased. Without it, both two-pixel simultaneous reading and smear differential can be realized. Moreover, since the signals are transferred by the potential wells extending over a plurality of transfer stages of the vertical charge transfer device 12, the storage capacity required for each transfer stage can be reduced as in the first embodiment, and the area of the vertical charge transfer device can be reduced. Can be significantly reduced. In this embodiment, three horizontal charge transfer elements 13-1 to 13-3 are arranged in parallel to read the smear signal and the first and second signals.
If the above three signal charges can be read, any number of one or more may be used. The interlace circuit 33 can be used without depending on the specific circuit configuration. It can be realized without performing the sweeping operation of the smear charges by the sweeping gate and drains 31 and 32. The vertical transfer shift register 16 may start the pulse train transmission operation during the scanning period.

本実施例にも使用したスメア差動方式は、一般に演算
処理によってランダム雑音が増加して、S/N比を下げて
しまう。信号電荷に混入するスメア量とスメアだけ読出
したときのスメア量が同一である従来の方法において、
全ランダム雑音Ntは、 Nt2=Sn1 2+Sn2 2 ……(2) と表わせる。ただし、Sn1,Sn2はそれぞれ信号電荷,ス
メア電荷に混入したランダム雑音量である。
In the smear differential method used also in this embodiment, the random noise is generally increased by the arithmetic processing, and the S / N ratio is lowered. In the conventional method in which the amount of smear mixed in the signal charge and the amount of smear when reading only the smear are the same,
The total random noise Nt can be expressed as Nt 2 = Sn 1 2 + Sn 2 2 (2). However, Sn 1 and Sn 2 are the amounts of random noise mixed in the signal charge and smear charge, respectively.

Sn1 2=Sn2 2の場合はスメアの差動により、雑音を3dB
増加することになるが本実施例では、信号に混入するス
メア量と差動用のスメア量とは先行する電位障壁で混入
するスメアも各電位井戸に混入するためm1:mS、あるい
はm2:mSとなり、今、m1=m2=mmとすると、スメア差動
後の全ランダム雑音N′t2は、 N′t2=Sn1 2+mm2・Sn2 2/mS 2 ……(3) と表わすことができる。すなわち、スメアを蓄積・転送
するために形成する電位井戸の転送段数ms−1を、信号
電荷を蓄積・転送するために形成する電位井戸の転送段
数mm−1より多くし(ms>mm)、スメア信号だけを取出
す場合のスメア量を信号に混入するスメア量より多くす
ることにより、スメア差動に伴うランダム雑音の増加を
防止し、高いS/N比を得ることができる。なお、m1,m2,m
Sの値は2以上の任意の数値にする。また、本実施例に
おいても前述第11図と同様、スメア電荷と2つの信号電
荷が蓄積・転送されている領域以外の垂直電荷転送素子
12の電極下電位を基板電位と等しくする駆動方法で実施
することができる。さらに、本実施例では、スメア電荷
の掃出し動作を不要にすることができるので、第12図の
掃出しゲート31および掃出しドレイン32が不用となる。
When Sn 1 2 = Sn 2 2 , noise is 3dB due to smear differential
In Although this embodiment will increase, m 1 for smear mixed at a potential barrier that precedes the smear amount and smear amount of differential mixed in the signal is also mixed into the potential well: m S or m, 2 : m S. Now, assuming that m 1 = m 2 = mm, the total random noise N't 2 after smear differential isN't 2 = Sn 1 2 + mm 2 · Sn 2 2 / m S 2 ... (3) can be represented. That is, the number of transfer stages ms-1 of the potential well formed to store and transfer smear is made larger than the number of transfer stages mm-1 of the potential well formed to store and transfer signal charge (ms> mm), By increasing the amount of smear when extracting only the smear signal to be larger than the amount of smear mixed in the signal, it is possible to prevent an increase in random noise due to smear differential and obtain a high S / N ratio. Note that m 1 , m 2 , m
The value of S is an arbitrary value of 2 or more. Also in the present embodiment, as in the case of FIG. 11, the vertical charge transfer element other than the region where the smear charge and the two signal charges are accumulated and transferred.
It can be carried out by a driving method in which the under-electrode potential of 12 is made equal to the substrate potential. Further, in this embodiment, the sweeping operation of the smear charge can be made unnecessary, so that the sweeping gate 31 and the sweeping drain 32 shown in FIG. 12 are unnecessary.

次に、本発明の第3の実施例を第15図〜第17図により
述べる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第15図は垂直シフトレジスタ18を省略した場合の固体
撮像素子の回路構成図、第16図は行選択回路の1段分の
回路構成図、第17図は第16図の動作タイミング図であ
る。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram of the solid-state imaging device when the vertical shift register 18 is omitted, FIG. 16 is a circuit configuration diagram of one stage of the row selection circuit, and FIG. 17 is an operation timing diagram of FIG. .

第15図において、34は第12図の垂直シフトレジスタ18
の役割をする行選択回路であり、垂直転送シフトレジス
タ16が出力するパルス列に同期した行選択パルスの信号
を素子の外部から入力することによって、素子の行選択
を行う。この他の番号および動作は、前記第12図と同様
である。
In FIG. 15, 34 is the vertical shift register 18 of FIG.
Is a row selection circuit that plays a role of, and a row selection pulse signal synchronized with a pulse train output from the vertical transfer shift register 16 is input from the outside of the element to perform row selection of the element. Other numbers and operations are the same as those in FIG.

第16図,第17図において、VPDは行選択を行うための
行選択パルス、VSRはある行の垂直転送シフトレジスタ1
6の出力、V1,V2は垂直転送シフトレジスタ16を駆動する
2相クロックの各1つのクロック、VRは行選択回路をリ
セットするためのリセットクロック、VOUTはインターレ
ース回路33に送出する行選択回路の出力、T1〜T9はMOS
トランジスタ、‘ア',‘イ',‘ウ’はノード電圧であ
る。
In FIGS. 16 and 17, V PD is a row selection pulse for selecting a row, and V SR is a vertical transfer shift register 1 for a certain row.
6 outputs, V 1 and V 2 are each one of two phase clocks for driving the vertical transfer shift register 16, V R is a reset clock for resetting the row selection circuit, and V OUT is sent to the interlace circuit 33. Output of row selection circuit, T1 to T9 are MOS
Transistors'a ',' a ', and'c' are node voltages.

行選択回路34は、垂直転送シフトレジスタ16が出力
(VSR)したある行のパルス列の中で第1のパルスのみ
を選択し、そのパルスと外部から加えられた行選択パル
スVPDの論理積を取ることにより、ホトダイオード11の
行選択を行うものである。先ず、垂直転送シフトレジス
タ16からクロックV2に同期した第1のパルスが入力する
と、MOSトランジスタT1が導通し、‘ア’のノードが高
い電圧となってMOSトランジスタT2も導通する。
The row selection circuit 34 selects only the first pulse in the pulse train of a certain row output from the vertical transfer shift register 16 (V SR ), and ANDs the pulse with the row selection pulse V PD applied from the outside. By selecting, the row of the photodiodes 11 is selected. First, when the first pulse synchronized with the clock V 2 is input from the vertical transfer shift register 16, the MOS transistor T1 becomes conductive, and the node “a” becomes a high voltage, and the MOS transistor T2 also becomes conductive.

その後にクロックV1を入力すると、MOSトランジスタT
2→ノード‘イ’が高い電圧に→MOSトランジスタT3→ノ
ード‘ウ’が高い電圧に→MOSトランジスタT4が導通状
態になる。ついで、V1が0Vになるとノード‘イ’は0Vに
なるがノード‘ウ’は高電位のままであり以降T4の導通
状態が続く。この状態に垂直転送シフトレジスタ16から
第1のパルスから1クロック遅れたクロックV2に同期し
た第2のパルスが入力すると、MOSトランジスタT5が導
通し、ノード‘ア’の電圧が低くなる。その結果、MOS
トランジスタT2はこれ以降導通にはならず、ノード
‘イ’の電圧は低く保持される。すなわち、垂直転送シ
フトレジスタ16からの第1の出力パルス入力後0.5クロ
ック時間だけ、ノード‘イ’の電圧が高くなり、この
時、外部からの行選択パルスVPDがMOSトランジスタT6の
ゲートに入力すると、出力VOUTが高い電圧となって素子
の行を選択する。この後、ブランキング期間に入り、垂
直転送シフトレジスタ16の動作直前にリセットクロック
VRが入って行選択回路34をリセットする。
After that, when the clock V 1 is input, the MOS transistor T
2 → node “a” goes high → MOS transistor T3 → node “c” goes high → MOS transistor T4 becomes conductive. Then, when V 1 becomes 0V, the node'a 'becomes 0V, but the node'c' remains at a high potential, and the conduction state of T4 continues thereafter. In this state, when the second pulse synchronized with the clock V 2 delayed by one clock from the first pulse is input from the vertical transfer shift register 16, the MOS transistor T5 becomes conductive and the voltage of the node'a 'becomes low. As a result, MOS
The transistor T2 does not become conductive thereafter, and the voltage of the node'a 'is kept low. That is, the voltage of the node'a 'becomes high for 0.5 clock time after the input of the first output pulse from the vertical transfer shift register 16, and at this time, the row selection pulse V PD from the outside is input to the gate of the MOS transistor T6. The output V OUT then goes to a high voltage and selects a row of devices. After this, the blanking period starts, and the reset clock is set immediately before the operation of the vertical transfer shift register 16.
V R is input to reset the row selection circuit 34.

このように、行選択回路34を用い、垂直転送シフトレ
ジスタ16のパルス列に同期した行選択パルスを外部から
入力することにより、垂直シフトレジスタ18を用いるこ
となく行選択が可能となり、接続ピンや部品数を減らし
て素子の回路を単純化させることができる。
As described above, by using the row selection circuit 34 and inputting the row selection pulse synchronized with the pulse train of the vertical transfer shift register 16 from the outside, the row selection can be performed without using the vertical shift register 18, and the connection pin or the component can be selected. The number can be reduced to simplify the device circuit.

次に、本発明に関連する第5の参考例を第18図,第19
図により述べる。
Next, a fifth reference example related to the present invention is shown in FIGS.
This will be described with reference to the figure.

第18図はブルーミング現象を抑圧した場合の固体撮像
素子の回路構成図、第19図は第18図の駆動パルスのタイ
ミング図である。
FIG. 18 is a circuit configuration diagram of the solid-state image pickup device when the blooming phenomenon is suppressed, and FIG. 19 is a timing diagram of the drive pulse of FIG.

第18図において、35,36はブルーミング抑制を行うRAB
回路のゲートとそのドレイン、この他の番号は前記第12
図と同様である。
In FIG. 18, 35 and 36 are RABs for suppressing blooming.
Circuit gates and their drains
It is similar to the figure.

固体撮像素子に強い光が当ったとき、ホトダイオード
11が飽和して、過剰した電荷が垂直電荷転送素子12内に
溢れ込む、すなわちブルーミング現象が発生し、スメア
の場合と同様に、画面上に強い光の当った部分の上下に
白い帯状の擬信号が現われて、画質を劣化させる。本実
施例では、実願昭55−130240号公報に記載のRAB回路方
式を用いて、信号電荷を読出す直前に、ホトダイオード
11に蓄積された信号電荷の一部を素子外部に掃出し、非
飽和状態の信号電荷を読出して、ブルーミング現象を抑
圧する。
When the solid-state image sensor is exposed to strong light, the photodiode
11 is saturated, excess charge overflows into the vertical charge transfer element 12, that is, a blooming phenomenon occurs, and similar to the case of smear, white strip-shaped pseudo-overlaps are formed above and below the portion on the screen where strong light is applied. A signal appears, degrading image quality. In this embodiment, the RAB circuit method described in Japanese Patent Application No. 55-130240 is used to provide a photodiode just before the signal charge is read out.
A part of the signal charge accumulated in 11 is swept out of the element and the signal charge in the non-saturated state is read out to suppress the blooming phenomenon.

本回路は、垂直転送シフトレジスタ16によるパルス列
送出の一連の動作が終了し、次の送出動作を開始する直
前の期間に、第19図に示すように、先ず、RG端からRAB
回路のゲート35に高い電圧を加え、続いてRD端からRAB
回路のドレイン36に僅かな電圧を加えて、全画素(ホト
ダイオード11)のホトゲート15を僅かに開き、飽和して
いるホトダイオード11の電荷の一部を垂直電荷転送素子
12へ流し出す。その後RAB回路のドレイン36→ゲート35
の順に電圧を低くして、ホトゲート15を‘閉’にする。
この結果、スメア電荷の読出しと2つの信号読出し時に
は、ホトダイオード11は飽和以前の状態にあるので、ブ
ルーミング現象は生じない。なお、垂直電荷転送素子12
内に流し出された電荷は、スメア電荷と共に素子外部に
掃出される。また、この後の動作は前記第12図と全く同
様である。
In this circuit, a series of pulse train transmission by the vertical transfer shift register 16 is completed and immediately before starting the next transmission operation, as shown in FIG.
Apply a high voltage to the gate 35 of the circuit, then from the RD end to RAB
A small voltage is applied to the drain 36 of the circuit to slightly open the photogates 15 of all the pixels (photodiodes 11), and a part of the saturated charges of the photodiodes 11 are vertically transferred.
Pour to 12. After that, the drain 36 of the RAB circuit → gate 35
The voltage is lowered in the order of and the photogate 15 is'closed '.
As a result, at the time of reading the smear charge and the two signals, the photodiode 11 is in the state before the saturation, so that the blooming phenomenon does not occur. The vertical charge transfer device 12
The charges that have flowed in are swept out of the device along with the smear charges. The subsequent operation is exactly the same as that shown in FIG.

このように、ホトダイオード11から信号を読出す直前
に、飽和している電荷のみを素子外部に掃出して、ホト
ダイオード11を非飽和状態にするので、ブルーミング現
象を抑圧できる。
In this way, just before reading a signal from the photodiode 11, only the saturated charges are swept out of the element to bring the photodiode 11 into a non-saturated state, so that the blooming phenomenon can be suppressed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、インターライ
ンCCDにおいて、蓄積・転送する信号電荷を複数(m−
1)の転送段に分散して垂直電荷転送素子領域の面積を
小さくさせるので、開口部の割合が大巾に増加でき、感
度は向上する。また、2画素同時読出しとスメア差動法
が開口部の割合を低下させたり、画素部の平面構造を複
雑・過密化することなく実現でき、固体撮像素子は高感
度,高解像度,低スメア,高歩留りになる。
As described above, according to the present invention, in the interline CCD, a plurality of (m-
Since the area of the vertical charge transfer element region is reduced by being dispersed in the transfer stage of 1), the ratio of the opening can be greatly increased and the sensitivity is improved. In addition, the simultaneous readout of two pixels and the smear differential method can be realized without reducing the ratio of the openings or making the planar structure of the pixel section complicated and overcrowded, and the solid-state image sensor has high sensitivity, high resolution, low smear, High yield.

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

第1図,第9図,第12図,第15図,第18図は本発明に関
連する参考例および本発明の実施例を示す固体撮像素子
の回路構成図、第2図,第5図,第7図,第10図,第13
図,第19図は駆動パルスのタイミング図、第3図,第8
図,第11図は垂直電荷転送素子,転送ゲート,水平電荷
転送素子のポテンシャル図、第4図は従来の固体撮像素
子の回路構成図、第6図,第14図(a)は垂直電荷転送
素子のポテンシャル図、第14図(b)は掃出しゲートお
よびドレイン,水平電荷転送素子,転送ゲートのポテン
シャル図、第16図は行選択回路の1段分の回路構成図、
第17図は第16図の動作タイミング図である。 1,11:ホトダイオード、2,12,12−1:垂直電荷転送素子、
3,13,13−1〜13−3:水平電荷転送素子、4,14,14−1〜
14−3:出力部、5,15:ホトゲート、16:垂直転送シフトレ
ジスタ、17:バッファ回路、18:垂直シフトレジスタ、1
9,19−1〜19−3:転送ゲート、20:蓄積領域、21:転送領
域、31:スメア掃出しゲート、32:スメア掃出しドレイ
ン、33:インターレース回路、34:行選択回路、35:RAB回
路のゲート、36:RAB回路のドレイン、41:掃出されるス
メア電荷、42:読出されるスメア電荷、43:n行目の信号
電荷、44:n+1行目の信号電荷、50:垂直ゲート線、51:
垂直パルス線。
1, FIG. 9, FIG. 12, FIG. 15, and FIG. 18 are reference circuit diagrams relating to the present invention and a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device showing an embodiment of the present invention, FIG. 2, FIG. , Fig. 7, Fig. 10, Fig. 13
Fig. 19 and Fig. 19 are timing diagrams of drive pulses, Fig. 3 and Fig. 8 respectively.
Figures and 11 are potential diagrams of vertical charge transfer elements, transfer gates, and horizontal charge transfer elements. Figure 4 is a circuit diagram of a conventional solid-state image sensor. Figures 6 and 14 (a) are vertical charge transfer elements. Fig. 14 (b) is a potential diagram of the device, Fig. 14 (b) is a potential diagram of the sweep gate and drain, the horizontal charge transfer device, and the transfer gate. Fig. 16 is a circuit configuration diagram of one stage of the row selection circuit,
FIG. 17 is an operation timing chart of FIG. 1, 11: photodiode, 2, 12, 12-1: vertical charge transfer device,
3,13,13-1 to 13-3: Horizontal charge transfer device, 4,14,14-1
14-3: Output part, 5, 15: Photogate, 16: Vertical transfer shift register, 17: Buffer circuit, 18: Vertical shift register, 1
9,19-1 to 19-3: Transfer gate, 20: Storage area, 21: Transfer area, 31: Smear sweep gate, 32: Smear sweep drain, 33: Interlace circuit, 34: Row selection circuit, 35: RAB circuit , 36: Drain of RAB circuit, 41: Smear charge to be swept out, 42: Smear charge to be read out, 43: nth signal charge, 44: n + 1th signal charge, 50: Vertical gate line, 51:
Vertical pulse line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 信弥 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−68970(JP,A) 特開 昭58−156272(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinya Oba 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP 59-68970 (JP, A) JP 58-156272 (JP, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2次元状に配置した光電変換素子と、該光
電変換素子からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の
電極を有する垂直電荷転送素子と、該光電変換素子の信
号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送素子に選択的に転
送するための行選択手段と、該垂直電荷転送素子の各電
極に駆動パルスを送出するためのシフトレジスタと、該
垂直電荷転送素子からの信号電荷を出力するための水平
走査手段を備えた固体撮像素子において、上記駆動パル
スにより該垂直電荷転送素子内に信号電荷を転送するた
めの複数の電極に渡る電位井戸が形成移動することを特
徴とする固体撮像素子。
1. A photoelectric conversion element arranged two-dimensionally, a vertical charge transfer element having a plurality of electrodes for vertically transferring a signal charge from the photoelectric conversion element, and a signal charge of the photoelectric conversion element. Row selection means for selectively transferring to the vertical charge transfer element in horizontal rows, a shift register for sending a drive pulse to each electrode of the vertical charge transfer element, and a signal charge from the vertical charge transfer element In the solid-state image pickup device having a horizontal scanning means for outputting, a potential well across a plurality of electrodes for transferring signal charges in the vertical charge transfer device is formed and moved by the drive pulse. Solid-state image sensor.
【請求項2】上記駆動パルスは上記シフトレジスタのデ
ータシフト周期のn倍(n:3以上の整数)の間隔で上記
垂直電荷転送素子の電極下に電位障壁を形成するもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体
撮像素子。
2. The drive pulse forms a potential barrier under the electrode of the vertical charge transfer element at intervals of n times (n: an integer of 3 or more) the data shift cycle of the shift register. The solid-state image sensor according to claim 1.
【請求項3】上記シフトレジスタは水平ブランキング内
の所定の時刻にデータシフトを終了し、かつ、信号電荷
が上記光電変換素子から上記垂直電荷転送素子内に形成
された上記電位井戸に転送されるように上記行選択手段
により選択された行に加えられる信号転送パルスの印加
時刻が各行毎に異なることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の固体撮像素子。
3. The shift register ends data shift at a predetermined time within horizontal blanking, and signal charges are transferred from the photoelectric conversion element to the potential well formed in the vertical charge transfer element. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the application time of the signal transfer pulse applied to the row selected by the row selecting means is different for each row.
【請求項4】上記シフトレジスタは一水平ブランキング
期間を含む一水平走査期間内にデータシフトを完了する
ものであり、上記行選択手段は上記シフトレジスタの各
水平走査期間毎の各行への第1の出力と外部から印加さ
れる行選択パルスの論理積を取ることにより行選択を行
うものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の固体撮像素子。
4. The shift register completes a data shift within one horizontal scanning period including one horizontal blanking period, and the row selecting means sets a first row for each horizontal scanning period of the shift register. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein row selection is performed by taking a logical product of the output of 1 and a row selection pulse applied from the outside.
【請求項5】2次元状に配置した光電変換素子と、該光
電変換素子からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の
電極を有する垂直電荷転送素子と、該光電変換素子の信
号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送素子に選択的に転
送するための行選択手段と、該垂直電荷転送素子を駆動
するためのパルス列を送出するシフトレジスタと、該垂
直電荷転送素子からの信号電荷を出力するための水平走
査手段を備えた固体撮像素子において、該シフトレジス
タにより送出されるパルス列により該垂直電荷転送素子
内に複数の信号電荷を独立に転送するための複数個の電
位井戸が形成移動することを特徴とする固体撮像素子。
5. A photoelectric conversion element arranged two-dimensionally, a vertical charge transfer element having a plurality of electrodes for vertically transferring a signal charge from the photoelectric conversion element, and a signal charge of the photoelectric conversion element Row selection means for selectively transferring to the vertical charge transfer element in horizontal rows, a shift register for sending out a pulse train for driving the vertical charge transfer element, and outputting a signal charge from the vertical charge transfer element In the solid-state imaging device having the horizontal scanning means for performing the above, a plurality of potential wells for independently transferring a plurality of signal charges are formed and moved in the vertical charge transfer device by the pulse train transmitted by the shift register. A solid-state image sensor characterized by the above.
【請求項6】2次元状に配置した光電変換素子と、該光
電変換素子からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の
電極を有する垂直電荷転送素子と、該光電変換素子の信
号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送素子に選択的に転
送するための行選択手段と、該垂直電荷転送素子を駆動
するためのパルス列を送出するシフトレジスタと、該垂
直電荷転送素子からの信号電荷を出力するための水平走
査手段を備えた固体撮像素子において、該シフトレジス
タにより送出されるパルス列により該垂直電荷転送素子
に少なくとも1つの信号電荷を転送するための電位井戸
と該垂直電荷転送素子に混入するスミア電荷を転送する
ための電位井戸を形成移動し、該垂直電荷転送素子より
独立に読み出された信号電荷とスミア電荷を減算し純粋
な信号電荷分の信号を得るスミア差動手段を備えること
を特徴とする固体撮像素子。
6. A photoelectric conversion element arranged two-dimensionally, a vertical charge transfer element having a plurality of electrodes for vertically transferring a signal charge from the photoelectric conversion element, and a signal charge of the photoelectric conversion element. Row selection means for selectively transferring to the vertical charge transfer element in horizontal rows, a shift register for sending out a pulse train for driving the vertical charge transfer element, and outputting a signal charge from the vertical charge transfer element In the solid-state imaging device including the horizontal scanning means for performing the operation, the pulse train transmitted by the shift register mixes the potential well for transferring at least one signal charge to the vertical charge transfer device and the vertical charge transfer device. A potential well for transferring smear charges is formed and moved, and signal charges and smear charges independently read from the vertical charge transfer element are subtracted to transfer signals of pure signal charges. Solid-state imaging device characterized in that it comprises a smear differential means for obtaining.
【請求項7】上記スミア電荷を転送するための電位井戸
を形成する垂直電荷転送素子の電極数が信号電荷を転送
するための電位井戸を形成する垂直電荷転送素子の電極
数より多いことを特徴とする特許請求の範囲第6項記載
の固体撮像素子。
7. The number of electrodes of the vertical charge transfer element forming the potential well for transferring the smear charge is larger than that of the vertical charge transfer element forming the potential well for transferring the signal charge. The solid-state image sensor according to claim 6.
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