JPH01226283A - Solid state image pickup device - Google Patents

Solid state image pickup device

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JPH01226283A
JPH01226283A JP63051902A JP5190288A JPH01226283A JP H01226283 A JPH01226283 A JP H01226283A JP 63051902 A JP63051902 A JP 63051902A JP 5190288 A JP5190288 A JP 5190288A JP H01226283 A JPH01226283 A JP H01226283A
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unnecessary
charge
transfer
unnecessary charge
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Tatsuro Kawamura
達朗 河村
Yasumi Miyagawa
宮川 八州美
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a favorable picture free from a fixed pattern-shaped noise by transferring both an unnecessary charge and a signal charge in the same direction in a light receiving area and a storage area. CONSTITUTION:An unnecessary charge discharge area E is arranged on the extension of a horizontal transfer area C. Namely, it is arranged in a side contrary to the example of the past. An unnecessary charge discharge gate F is arranged between the horizontal transfer area C and the unnecessary charge discharge area E. An unnecessary charge discharge drain G is arranged on the extension of the unnecessary charge discharge gate. In such constitution, the unnecessary charge comes to be transferred in the same direction as the signal charge, and the respective potential wells of the light receiving area is the same at the time of the discharge of the unnecessary charge and at the time of the transfer of the signal charge. Therefore, the fixed pattern-shaped noise is never generated.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電荷結合素子を用いた固体撮像装置、特に撮
像領域、水平転送領域、電荷検出領域、不要電荷排出ゲ
ート、不要電荷排出領域を有する固体撮像装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a solid-state imaging device using a charge-coupled device, particularly a solid-state imaging device having an imaging region, a horizontal transfer region, a charge detection region, an unnecessary charge discharge gate, and an unnecessary charge discharge region. The present invention relates to an imaging device.

従来の技術 従来、固体撮像素子で垂直転送段を有するものの代表例
としては、電荷結合型固体撮像素子がある(以下、電荷
結合素子をCODと略す)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a typical example of a solid-state image sensor having a vertical transfer stage is a charge-coupled solid-state image sensor (hereinafter, charge-coupled device is abbreviated as COD).

COD型の固体撮像素子には、その構成によりインター
ライン転送型固体撮像素子、フレーム転送型固体撮像素
子、フレームインターライン転送型固体撮像素子の3種
類がある。以下インターライン転送型固体撮像素子は(
KL−COD)、フレーム転送型固体撮像素子は(FT
−1cD)。
There are three types of COD solid-state image sensors depending on their configuration: interline transfer solid-state image sensors, frame transfer solid-state image sensors, and frame interline transfer solid-state image sensors. The following interline transfer type solid-state image sensor is (
KL-COD), frame transfer solid-state image sensor (FT
-1 cD).

3、、−; フレームインターライン転送型固体撮像素子は(FIT
−COD)と略記する。
3,,-; The frame interline transfer type solid-state image sensor (FIT
-COD).

IL−COD、FT−CODの構成及び動作は周知であ
るのでその説明は省略する。
Since the configuration and operation of IL-COD and FT-COD are well known, their explanation will be omitted.

FIT−CODについては特開昭65−52676号公
報、特開昭55−163963号公報にその詳細が提案
されている。以下第6図を用いてその概要を説明する。
Details of FIT-COD are proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 65-52676 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-163963. The outline will be explained below using FIG. 6.

第6図はFIT−CODの基本構成を示すもので、受光
領域人、記憶領域B、水平転送領域C2電荷検出領域D
、不要電荷排出領域Σとにより構成されている。受光領
域Aは二次元配列の受光素子1と、この受光素子1に蓄
積された信号電荷を読出すためのゲート2と、このゲー
トを介して読出された信号電荷を垂直方向に転送するだ
めの垂直転送レジスタ3から成シ、受光素子1以外の部
分は遮光マスク4により遮光されている。垂直転送レジ
スタ3は垂直方向の上下例れの方向にも電荷を転送でき
るようにポリシリコンによる4相電極構造となっている
。これら4相電極には垂直転送パルスφv1〜φv4が
印加される。受光素子1に蓄積された信号電荷を受は取
る垂直転送電極をφv1、φv3とし、この垂直転送電
極φv1、φv3に印加する垂直転送パルスに信号読出
しパルスを重畳すれば、受光素子1に蓄積された信号電
荷を垂直転送レジスタ3に読み込むことが出来る。従っ
てφv1、φv3の2つの垂直転送パルスに信号読出し
パルスを1フイールドおきに重畳すれば2:1のインタ
ーレース走査を行なうことができる。
Figure 6 shows the basic configuration of FIT-COD, which includes a light receiving area, a storage area B, a horizontal transfer area C2, a charge detection area D
, and an unnecessary charge discharge region Σ. The light-receiving area A includes a two-dimensional array of light-receiving elements 1, a gate 2 for reading out signal charges accumulated in the light-receiving elements 1, and a gate 2 for vertically transferring the signal charges read out through this gate. Portions other than the vertical transfer register 3 and the light receiving element 1 are shielded from light by a light shielding mask 4. The vertical transfer register 3 has a four-phase electrode structure made of polysilicon so that charges can be transferred in both the upper and lower vertical directions. Vertical transfer pulses φv1 to φv4 are applied to these four-phase electrodes. Let φv1 and φv3 be the vertical transfer electrodes that receive and take the signal charge accumulated in the photodetector 1, and if a signal readout pulse is superimposed on the vertical transfer pulse applied to the vertical transfer electrodes φv1 and φv3, the signal charges accumulated in the photodetector 1 will be accumulated. The signal charges can be read into the vertical transfer register 3. Therefore, 2:1 interlaced scanning can be performed by superimposing a signal read pulse on every other field on the two vertical transfer pulses φv1 and φv3.

垂直転送レジスタ3の延長上には記憶領域Bが配置され
ている。記憶領域Bは垂直転送レジスタ3により構成さ
れており、その画素数は受光領域人の半分であシ、転送
電極は4相構造となっている。記憶領域Bの垂直転送レ
ジスタの各電極にはφM1〜φM4の転送パルスが印加
される。記憶領域Bの他端には水平転送領域Cが配置さ
れている。
A storage area B is arranged on an extension of the vertical transfer register 3. The storage area B is constituted by a vertical transfer register 3, the number of pixels thereof is half that of the light receiving area, and the transfer electrodes have a four-phase structure. Transfer pulses φM1 to φM4 are applied to each electrode of the vertical transfer register in storage area B. At the other end of the storage area B, a horizontal transfer area C is arranged.

水平転送領域Cは3相の転送電極5,6.7から構成さ
れておシ、各転送電極には水平転送パルスφH1〜φH
3が印加される。水平転送領域Cの−6・・−2 端には電荷検出領域りが配置されている。まだ受光領域
人の他端には不要電荷排出領域Zが配置されている。電
荷検出領域りは周知のフローティングデイフィージョン
アンプにより構成されており、電荷吸収用のドレイン及
びフローティングデイフィージョンのリセットゲートを
有している。
The horizontal transfer area C is composed of three-phase transfer electrodes 5, 6.7, and each transfer electrode receives horizontal transfer pulses φH1 to φH.
3 is applied. At the -6...-2 ends of the horizontal transfer area C, charge detection areas are arranged. An unnecessary charge discharge region Z is still arranged at the other end of the light receiving region. The charge detection region is constituted by a well-known floating diffusion amplifier, and has a drain for charge absorption and a reset gate of the floating diffusion.

前記の構成によるFIT−CODにより受光領域人に蓄
積される信号電荷の蓄積時間を制御し、動解像度を向上
させる方法を第4図及び第6図を用いて説明する。
A method of controlling the accumulation time of signal charges accumulated in the light receiving area by FIT-COD having the above configuration and improving the dynamic resolution will be explained with reference to FIGS. 4 and 6.

第6図は第4図に示したFIT−CODの受光領域Aに
印加する垂直転送パルスφv1〜φv4及び、記憶領域
Bの垂直転送レジスタの各電極に印加する垂直転送パル
スφM1〜φM4の波形の概要を示したものである。
FIG. 6 shows the waveforms of the vertical transfer pulses φv1 to φv4 applied to the light receiving area A of the FIT-COD shown in FIG. 4 and the vertical transfer pulses φM1 to φM4 applied to each electrode of the vertical transfer register in the storage area B. This is an overview.

まず、受光領域Aの垂直転送段に蓄積されたスメア等の
擬似信号は垂直帰線期間の前半の期間tAO間に印加さ
れた垂直転送パルスφv1〜φv4により不要電荷排出
領域Eに転送され排除される。
First, pseudo signals such as smear accumulated in the vertical transfer stage of the light receiving area A are transferred to the unnecessary charge discharge area E and eliminated by the vertical transfer pulses φv1 to φv4 applied during the first half period tAO of the vertical retrace period. Ru.

次にφv1 もしくはφv3に重畳された信号読出6t
、−ノ しパルスφOHにより受光素子に蓄積された信号電荷は
φv1 もしくはφv3電極に読出される。
Next, read out the signal 6t superimposed on φv1 or φv3.
, -The signal charge accumulated in the light receiving element by the pulse φOH is read out to the φv1 or φv3 electrode.

垂直転送段に転送された信号電荷は高速転送期間tBの
期間にφv1〜φv4、φM1〜φM4により記憶領域
Bの所定の場所まで高速で転送される。
The signal charges transferred to the vertical transfer stage are transferred at high speed to a predetermined location in the storage area B by φv1 to φv4 and φM1 to φM4 during the high-speed transfer period tB.

記憶領域Bの所定の場所まで高速転送された信号電荷は
、1水平走査毎に1ラインづつ水平転送領域Cへ転送さ
れる。水平転送領域Cへ転送された信号電荷は水平転送
レジスタに印加された水平転送パルスφH1〜φH3に
よシ順次、電荷検出領域りへ転送され、信号電荷は信号
電圧に変換され固体撮像素子から外部へ取り出される。
The signal charges transferred at high speed to a predetermined location in the storage area B are transferred to the horizontal transfer area C one line at a time for each horizontal scan. The signal charge transferred to the horizontal transfer area C is sequentially transferred to the charge detection area by horizontal transfer pulses φH1 to φH3 applied to the horizontal transfer register, and the signal charge is converted into a signal voltage and transferred from the solid-state image sensor to the outside. taken out.

前述のように、受光素子からの信号電荷は垂直転送電極
φv1、φv3に印加する垂直転送ノくルスに信号読出
しパルスφOHを重畳し、垂直転送段のポテンシャルを
高くすることにより読出すことが出来る。従って第6図
に示すようにφv1、φv3に交互に信号読出しパルス
φOHを重畳することにより2:1のインターレース走
査を行なうことが出来る。
As mentioned above, the signal charge from the light receiving element can be read out by superimposing the signal readout pulse φOH on the vertical transfer pulse applied to the vertical transfer electrodes φv1 and φv3 and increasing the potential of the vertical transfer stage. . Therefore, as shown in FIG. 6, 2:1 interlaced scanning can be performed by alternately superimposing signal readout pulses φOH on φv1 and φv3.

7、−7 ところで、第6図に示すように受光領域Aを駆動する垂
直転送パルスφv1、φv3に任意の時間に新たな読出
しパルスφSを重畳すれば受光部に蓄積された信号電荷
は前記読出しパルスφSが印加された時点で垂直転送段
3に読出される。この読出された信号電荷はtAの期間
に印加された垂直転送パルスφv1〜φv4により不要
電荷排出領域Eへ転送され゛排出される。従って、受光
素子1には前記読出しパルスφSが終わってから次に読
出しパルスφOHが印加されて受光素子1の信号が読出
されるまでの時間、つまりtSの期間に相当する信号電
荷が蓄積されることになる。これは受光領域Aの露光時
間がtSになったことになる。
7, -7 By the way, as shown in FIG. 6, if a new readout pulse φS is superimposed at any time on the vertical transfer pulses φv1 and φv3 that drive the light-receiving area A, the signal charges accumulated in the light-receiving area can be read out. The data is read out to the vertical transfer stage 3 at the time when the pulse φS is applied. The read signal charges are transferred to the unnecessary charge discharge region E and discharged by vertical transfer pulses φv1 to φv4 applied during the period tA. Therefore, signal charges corresponding to the period tS are accumulated in the light receiving element 1, from the end of the read pulse φS to the time when the next read pulse φOH is applied and the signal of the light receiving element 1 is read out. It turns out. This means that the exposure time of the light receiving area A has become tS.

即ち固体撮像素子自体がシャッター機能を有したことに
なる。前記の状態で動きを持つ被写体を撮像すれば動解
像度が極めて良好な画像を得ることができる。ここでシ
ャッター用読出しパルスφSはtAのはじめとtBの終
了の期間以外の任意の時間に設定できるので任意のシャ
ッター速度の画像を得ることができる。
In other words, the solid-state image sensor itself has a shutter function. If a moving subject is imaged in the above state, an image with extremely good dynamic resolution can be obtained. Here, since the shutter readout pulse φS can be set at any time other than the period between the beginning of tA and the end of tB, an image at any shutter speed can be obtained.

このように、不要電荷を受光領域大の延長上に配置した
不要電荷排出領域Eの方向に排出し、信号電荷を受光領
域Aの延長上に配置した記憶領域Bに高速で転送し、記
憶領域Bに記憶された信号を1水平ライン毎に順次読出
せば、垂直スメアが極めて少なく、また動解像度の良好
な画像を得ることが可能である。
In this way, unnecessary charges are discharged in the direction of the unnecessary charge discharge area E arranged on the extension of the light receiving area, and signal charges are transferred at high speed to the storage area B arranged on the extension of the light receiving area A. If the signals stored in B are read out sequentially for each horizontal line, it is possible to obtain an image with extremely little vertical smear and good dynamic resolution.

発明が解決しようとする課題 ところが、上述した従来の構成の固体撮像装置では受光
領域への入射光が無い状態(暗状態)で画面全体にラン
ダムに固定パターン状のノイズが発生し、画質が著しく
劣化した。このランダムな固定パターン状のノイズの発
生原因を以下に説明する。
Problems to be Solved by the Invention However, in the solid-state imaging device with the conventional configuration described above, when there is no light incident on the light-receiving area (dark state), noise in the form of a fixed pattern occurs randomly over the entire screen, significantly reducing the image quality. Deteriorated. The cause of this random fixed pattern noise will be explained below.

この固体撮像装置では、不要電荷を受光領域大の延長上
に配置した不要電荷排出領域に高速転送を行って排出し
、信号電荷を受光領域Aの延長上に配置した記憶領域に
高速で転送し、信号を得ている。従って受光領域大は正
方向と負方向の両方に各々垂直走査されることになる。
In this solid-state imaging device, unnecessary charges are transferred and discharged at high speed to an unnecessary charge discharge area located on an extension of the light receiving area A, and signal charges are transferred at high speed to a storage area located on an extension of the light receiving area A. , getting a signal. Therefore, the large light receiving area is vertically scanned in both the positive direction and the negative direction.

不要電荷の掃9 t+ −/ き出し時と信号電荷の転送時とは必然的に転送パルスの
波形が異なってしまう、そのだめ受光領域の各ポテンシ
ャルが不要電荷の掃き出し時と信号電荷の転送時とは必
然的に異なる。これは垂直転送段に残留する電荷量が不
要電荷の掃き出し時と信号電荷の転送時とで異なること
を意味する。
Sweeping out unnecessary charges 9 t+ -/ The waveform of the transfer pulse is inevitably different between when sweeping out unnecessary charges and when transferring signal charges, so each potential in the light receiving area is different between when sweeping out unnecessary charges and when transferring signal charges. is necessarily different. This means that the amount of charge remaining in the vertical transfer stage differs between when unnecessary charges are swept out and when signal charges are transferred.

従って、不要電荷の掃き出し時に受光領域の各ポテンシ
ャルウェルにわずかの量だけ残留した電荷が信号電荷の
転送時に加算されて読出されるその結果、画面全体にラ
ンダムに固定パターン状のノイズが発生する。
Therefore, a small amount of charge remaining in each potential well in the light-receiving area when unnecessary charges are swept out is added and read out during signal charge transfer, and as a result, noise in a fixed pattern is generated randomly on the entire screen.

次に、不要電荷掃き出し方向と信号電荷転送方向を同一
にしだ時を考える。この時は不要電荷も水平転送領域C
を介して電荷検出領域りから排出されるため、シャッタ
ー動作時のように不要電荷−の量が信号電荷の量の数倍
から数百倍になる場合は、この過剰な不要電荷によシ水
平転送領域Cがオーバーフローし、このオーバーフロー
した不要電荷が記憶領域Bに侵入して残留してしまい、
画面を侵す。又、この過剰な不要電荷によシ水平転1o
へ一7′ 送領域Cが、オーバーフローしない様に、小量づつ転送
しようとすると、時間がかかり、垂直帰線期間内にすべ
ての不要電荷を排出することが不可能となる。
Next, consider the case where the unnecessary charge sweeping direction and the signal charge transfer direction are made the same. At this time, unnecessary charges are also transferred to the horizontal transfer area C.
Therefore, when the amount of unnecessary charge is several to several hundred times the amount of signal charge, such as during shutter operation, this excess unnecessary charge Transfer area C overflows, and this overflowed unnecessary charge enters storage area B and remains.
invade the screen. Also, due to this excessive unnecessary charge, horizontal rotation 1o
If the transfer region C attempts to transfer small amounts at a time so as not to overflow, it will take time and it will be impossible to discharge all unnecessary charges within the vertical retrace period.

本発明は上記問題点に鑑み、画面上にランダムな固定パ
ターン状のノイズを発生させず、シャッター動作時のよ
うに不要電荷の量が信号電荷の量の数倍から数百倍にな
る場合でも、画面を侵さない固体撮像装置を提供するも
のである。
In view of the above problems, the present invention does not generate random fixed pattern noise on the screen, and even when the amount of unnecessary charge is several times to hundreds of times the amount of signal charge, such as during shutter operation. , to provide a solid-state imaging device that does not invade the screen.

課題を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、同一半導体基板上
に、受光領域と、記憶領域と、水平転送領域と、電荷検
出領域と、不要電荷排出ゲートと、不要電荷排出領域と
を有し、前記受光領域は水平転送方向(列方向)にm個
、垂直転送方向(行方向)にn個の光電変換素子と列方
向に沿って配置された電荷結合素子からなるm列の垂直
転送部とにより構成され、前記記憶領域は前記垂直転送
部の行方向の延長上に配置され、前記水平転送領域は、
前記記憶領域の行方向の延長上に配置され、前記電荷検
出領域は前記水平転送領域の転送方向(列方向)に配置
され、前記不要電荷排出ゲートは前記水平転送領域の行
方向の延長上に配置され、前記不要電荷排出領域は前記
不要電荷排出ゲートの行方向の延長上に配置された固体
撮像装置である。
Means for Solving the Problems The present invention solves the above problems by providing a light receiving area, a storage area, a horizontal transfer area, a charge detection area, an unnecessary charge discharge gate, and an unnecessary charge discharge gate on the same semiconductor substrate. The light receiving area includes m photoelectric conversion elements in the horizontal transfer direction (column direction), n photoelectric conversion elements in the vertical transfer direction (row direction), and charge coupled devices arranged along the column direction. m columns of vertical transfer sections, the storage area is arranged on an extension of the vertical transfer section in the row direction, and the horizontal transfer area is
The charge detection region is arranged in the row direction extension of the storage area, the charge detection region is arranged in the transfer direction (column direction) of the horizontal transfer region, and the unnecessary charge discharge gate is arranged in the row direction extension of the horizontal transfer region. The unnecessary charge discharge region is a solid-state imaging device arranged on an extension of the unnecessary charge discharge gate in the row direction.

作用 この構成によって本発明では、受光領域及び記憶領域に
おいて、不要電荷と信号電荷を同一方向に転送すること
により、不要電荷掃き出し時と信号電荷転送時の各ポテ
ンシャルウェルが異ならない様にする。すなわち、不要
電荷は受光領域の垂直転送段から記憶領域、水平転送領
域、不要電荷排出ゲートを介して不要電荷排出領域に転
送され排出される。
Operation With this configuration, in the present invention, unnecessary charges and signal charges are transferred in the same direction in the light receiving area and the storage area, so that potential wells are not different when unnecessary charges are swept out and when signal charges are transferred. That is, unnecessary charges are transferred and discharged from the vertical transfer stage of the light receiving region to the unnecessary charge discharge region via the storage region, the horizontal transfer region, and the unnecessary charge discharge gate.

実施例 以下、本発明による第1の実施例を図面を用いて説明す
る。第1図は本発明の第1の実施例の固体撮像装置を示
すものである。
Embodiment A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

第1図において、Aは受光領域、Cは水平転送領域、D
は電荷検出領域、Eは不要電荷排出領域、Fは不要電荷
排出ゲート、Gは不要電荷排出ドレイン、Bは記憶領域
で、説明の便宜上、その垂直方向の画素数は受光領域人
の垂直方向の画素数の半分とする。受光領域A、記憶領
域B、水平転送領域C1電荷検出領域りは第6図で詳細
を説明したものと同一である。不要電荷排出領域Eは水
平転送領域Cの延長上に配置される。すなわち第5図に
示す従来例の場合とは反対側に配置される。
In Figure 1, A is a light receiving area, C is a horizontal transfer area, and D is a horizontal transfer area.
is a charge detection area, E is an unnecessary charge discharge area, F is an unnecessary charge discharge gate, G is an unnecessary charge discharge drain, and B is a storage area.For convenience of explanation, the number of pixels in the vertical direction is the same as the vertical direction of the light receiving area. Set to half the number of pixels. The light receiving area A, the storage area B, the horizontal transfer area C1, and the charge detection area are the same as those explained in detail in FIG. The unnecessary charge discharge region E is arranged on an extension of the horizontal transfer region C. That is, it is placed on the opposite side from the conventional example shown in FIG.

不要電荷排出ゲートFは水平転送領域Cと不要電荷排出
領域Eの間に配置される。不要電荷排出ドレインGは不
要電荷排出ゲートの延長上に配置される。
The unnecessary charge discharge gate F is arranged between the horizontal transfer region C and the unnecessary charge discharge region E. The unnecessary charge discharge drain G is arranged on an extension of the unnecessary charge discharge gate.

第2図は第1図に示したFIT−CODの受光領域Aに
印加する垂直転送パルスφv1〜φv4及び、記憶領域
Bの垂直転送レジスタの各電極に印加する垂直転送パル
スφM1〜φM4及び不要電荷排出ゲートパルスφDG
の波形の概要を示しだものである。
FIG. 2 shows the vertical transfer pulses φv1 to φv4 applied to the light receiving area A of the FIT-COD shown in FIG. 1, the vertical transfer pulses φM1 to φM4 applied to each electrode of the vertical transfer register in the storage area B, and unnecessary charges. Ejection gate pulse φDG
This shows an outline of the waveform.

次に動作を説明する。Next, the operation will be explained.

13、〜−ノ まず、受光領域Aの垂直転送段に蓄積されたスメア等の
擬似信号は垂直帰線期間の前半の期間tA間に印加され
た垂直転送パルスφv1〜φv4、φM1〜φM4によ
り記憶領域Bを介して水平転送領域Cへ転送される。こ
のtA間においては水平転送領域Cのすべての電極に電
圧を印加しておく。
13. ~- First, pseudo signals such as smear accumulated in the vertical transfer stage of the light receiving area A are stored by vertical transfer pulses φv1 to φv4 and φM1 to φM4 applied during the first half period tA of the vertical retrace period. It is transferred to the horizontal transfer area C via area B. During this period tA, voltage is applied to all electrodes of the horizontal transfer region C.

このtA間においては、不要電荷排出ゲートは開かれて
いるため、水平転送領域Cへ転送された前記擬似信号す
なわち不要電荷は、不要電荷排出領域Eに吸収され排出
される。
During this period tA, the unnecessary charge discharge gate is open, so the pseudo signal, that is, the unnecessary charge transferred to the horizontal transfer region C is absorbed into the unnecessary charge discharge region E and discharged.

なお、水平転送領域CはtA間においてすべての電極に
電圧を印加しておくとしたが、電荷検出領域りのリセッ
ト用ゲートをON状態にし、水平転送領域Cは通常の転
送動作を行なわせてもよい。
Although voltage was applied to all electrodes in the horizontal transfer region C during tA, the reset gate in the charge detection region was turned on and the horizontal transfer region C was allowed to perform normal transfer operations. Good too.

この場合、不要電荷のごく一部は、電荷検出領域りに転
送されドレインに吸収され排出される。
In this case, a small portion of the unnecessary charge is transferred to the charge detection region, absorbed by the drain, and discharged.

そして、tA間後、φv1もしくはφv3に重畳された
信号読出しパルスφOHにより受光素子に蓄積された信
号電荷はφv1 もしくはφv3電極に読出される。垂
直転送段に転送された信号型14ベーノ 荷は高速転送期間tBの期間にφv1〜φv4、φM1
〜φM4によシ記憶領域Bの所定の場所まで高速で転送
される。記憶領域Bの所定の場所まで高速転送された信
号電荷は、1水平走査毎に1ラインづつ水平転送領域C
へ転送される。水平転送領域Cへ転送された信号電荷は
水平転送レジスタに印加された水平転送パルスφH1〜
φH3により順次、電荷検出領域りへ転送され、信号電
荷は信号電圧に変換され固体撮像素子から外部へ取り出
される。
Then, after a period of tA, the signal charge accumulated in the light receiving element is read out to the φv1 or φv3 electrode by the signal readout pulse φOH superimposed on φv1 or φv3. The signal type 14 vane loads transferred to the vertical transfer stage are φv1 to φv4, φM1 during the high-speed transfer period tB.
~φM4 is transferred to a predetermined location in storage area B at high speed. The signal charges transferred at high speed to a predetermined location in the storage area B are transferred to the horizontal transfer area C one line at a time for each horizontal scan.
will be forwarded to. The signal charge transferred to the horizontal transfer area C is the horizontal transfer pulse φH1~ applied to the horizontal transfer register.
The signal charge is sequentially transferred to the charge detection area by φH3, and the signal charge is converted into a signal voltage and taken out from the solid-state image sensor.

このようにすれば、不要電荷も信号電荷と同一方向に転
送することになり、受光領域の各ポテンシャルウェルが
不要電荷の掃き出し時と信号電荷の転送時とで同一とな
る。
In this way, unnecessary charges are also transferred in the same direction as signal charges, and each potential well in the light-receiving region is the same when unnecessary charges are swept out and when signal charges are transferred.

従って、垂直転送段に残留する電荷量が不要電荷の掃き
出し時と信号電荷の転送時とで同一となシ、しかも常に
電荷の転送方向が同一のだめ垂直転送段のトラップレベ
ルが埋められるため、固定パターン状のノイズが発生す
ることは無くな名。
Therefore, the amount of charge remaining in the vertical transfer stage is not the same when sweeping out unnecessary charges and when transferring signal charges, and since the direction of charge transfer is always the same, the trap level of the vertical transfer stage is filled, so it is fixed. No pattern-like noise occurs.

前述のように、受光素子からの信号電荷は垂直15へ−
7 転送電極φv1、φv3に印加する垂直転送パルスに信
号読出しパルスφOHを重畳し、垂直転送段のポテンシ
ャルを高くすることにより読出すことが出来る。従って
第2図に示すようにφv1、φv3に交互に信号読出し
パルスφGHを重畳することにより2:1のインターレ
ース走査を行なうことが出来る。
As mentioned above, the signal charge from the light receiving element is directed vertically to 15 -
7. Reading can be performed by superimposing a signal readout pulse φOH on the vertical transfer pulse applied to the transfer electrodes φv1 and φv3 to increase the potential of the vertical transfer stage. Therefore, as shown in FIG. 2, 2:1 interlaced scanning can be performed by alternately superimposing signal readout pulses φGH on φv1 and φv3.

ところで、第2図に示すように受光領域Aを駆動する垂
直転送パルスφv1、φv3に任意の時間に新たな読出
しパルスφSを重畳すれば受光部に蓄積された信号電荷
は前記読出しパルスφSが印加された時点で垂直転送段
3に読出される。この読出された信号電荷は不要電荷と
してtAの期間に印加された垂直転送パルスφv1〜φ
v4、φM1〜φM4により記憶領域B、水平転送領域
Cを介して不要電荷排出領域Eに転送され排出される。
By the way, as shown in FIG. 2, if a new readout pulse φS is superimposed at an arbitrary time on the vertical transfer pulses φv1 and φv3 that drive the light-receiving area A, the signal charge accumulated in the light-receiving area is transferred to the signal charge that is applied to the readout pulse φS. The data is read out to the vertical transfer stage 3 at the time when the data is read out. This read signal charge is used as an unnecessary charge by the vertical transfer pulses φv1 to φ applied during the period tA.
v4, φM1 to φM4, the charges are transferred to the unnecessary charge discharge region E via the storage region B and the horizontal transfer region C, and are discharged.

以上の構成によれば、受光素子1には前記読出しパルス
φSが終わってから次に読出しパルスφGHが印加され
て受光素子1の信号が読出されるまでの時間、つ壕りt
Sの期間に相当する信号電荷が蓄積されることになる。
According to the above configuration, the time from the end of the readout pulse φS until the next readout pulse φGH is applied to the light receiving element 1 and the signal of the light receiving element 1 is read out is the time t.
Signal charges corresponding to the period S are accumulated.

これは受光領域人の露光時間がtSになったことになる
。すなわち固体撮像素子自体がシャッター機能を有した
ことに々る。前記の状態で動きを持つ被写体を撮像すれ
ば動解像度が極めて良好な画像を得ることかで  −き
る。ここでシャッター用読出しパルスφ5idtAのは
じめとtBの終了の期間以外の任意の時間に設定できる
ので任意のシャッター速度の画像を得ることができる。
This means that the exposure time of the person in the light receiving area has become tS. That is, this is because the solid-state image sensor itself has a shutter function. If a moving subject is imaged under the above conditions, an image with extremely good dynamic resolution can be obtained. Here, since it can be set to any time other than the period between the beginning of the shutter readout pulse φ5idtA and the end of tB, an image at any shutter speed can be obtained.

次に第2の実施例について説明する。本実施例は、水平
転送領域C以外は、第1の実施例と構成。
Next, a second embodiment will be described. This embodiment has the same configuration as the first embodiment except for the horizontal transfer area C.

動作ともに全く同一である。第3図は水平転送領域Cの
平面図である。第4図は第3図におけるX−Yに沿う断
面図である。第3図、第4図において、8は81基板、
9は酸化膜、11,12゜13はそれぞれ本実施例で新
だに導入する不要電荷排出促進用電極AD1 、AD2
.ADa、6,6゜7はそれぞれ水平転送用電極である
Both operations are exactly the same. FIG. 3 is a plan view of the horizontal transfer area C. FIG. 4 is a sectional view taken along the X-Y line in FIG. 3. In FIGS. 3 and 4, 8 is the 81 board,
9 is an oxide film, 11, 12, and 13 are unnecessary charge discharge promotion electrodes AD1 and AD2, respectively, which are newly introduced in this embodiment.
.. ADa, 6, and 6°7 are horizontal transfer electrodes, respectively.

前記のように構成された本実施例の動作につい17ヘー
・ て説明する。第2図に示す、不要電荷を排出する期間、
tA間において、水平転送領域Cに転送されて来た大量
の不要電荷を滞ることはなく、不要電荷排出ゲートF、
不要電荷排出領域Eに転送するために、水平転送領域C
内に、電荷が排出方向へ移動しやすいように、ポテンシ
ャルの傾斜を設ける。すなわち、ADl 、AD2 、
ADa に前記のようなポテンシャルが発生するように
電圧を印加しておき、期間tA間においては、水平転送
用電極s、e、7をフローティング(ハイインピーダン
ス)状態にしておく。
The operation of this embodiment configured as described above will be explained in Section 17. The period for discharging unnecessary charges as shown in FIG.
During the period tA, the large amount of unnecessary charges transferred to the horizontal transfer region C is not held up, and the unnecessary charge discharge gate F,
In order to transfer unnecessary charges to the unnecessary charge discharge region E, the horizontal transfer region C
A potential gradient is provided within the capacitor to facilitate the movement of charges in the discharge direction. That is, ADl, AD2,
A voltage is applied to ADa so as to generate the potential as described above, and the horizontal transfer electrodes s, e, and 7 are kept in a floating (high impedance) state during the period tA.

以上のように、本実施例によれば、不要電荷排出促進用
電極AD1 、AD2.ADa を設けることにより、
水平転送領域Cに転送されて来た大量の不要電荷を滞る
ことなく不要電荷排出ゲートF、不要電荷排出領域Eに
転送し排出することができる。
As described above, according to this embodiment, the unnecessary charge discharge promoting electrodes AD1, AD2. By providing ADa,
A large amount of unnecessary charge transferred to the horizontal transfer region C can be transferred and discharged to the unnecessary charge discharge gate F and the unnecessary charge discharge region E without delay.

なお第1.第2の実施例においては、記憶領域18t1
−ノ 素数は任意で良いことは明らかである。
Note that the first thing. In the second embodiment, the storage area 18t1
It is clear that the - prime number can be any arbitrary number.

発明の効果 以上のように本発明によれば、不要電荷を受光領域Aの
延長上に配置した記憶領域B、水平転送領域C1不要電
荷排出ゲートFを介して不要電荷排出領域Eへ転送し排
出した後、信号電荷を受光領域Aの延長上に配置した記
憶領域Bに高速で転送し、記憶領域Bに記憶された信号
を1水平ライン毎に順次読出せば、垂直スメアが極めて
少なくシャッター動作時においても、大量の不要電荷に
よって水平転送領域Cがオーバーフローせず、垂直帰線
期間内にこの大量の不要電荷をすべて排出することがで
き、しかも固定パターン状のノイズの無い良好な画像を
得ることができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, unnecessary charges are transferred and discharged to the unnecessary charge discharge area E via the storage area B arranged on the extension of the light receiving area A, the horizontal transfer area C1, and the unnecessary charge discharge gate F. After that, if the signal charges are transferred at high speed to the storage area B arranged on the extension of the light receiving area A, and the signals stored in the storage area B are read out sequentially for each horizontal line, vertical smear is extremely reduced and shutter operation is possible. Even when the horizontal transfer area C is not overflowed by a large amount of unnecessary charge, all of this large amount of unnecessary charge can be discharged within the vertical retrace period, and a good image without fixed pattern noise can be obtained. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例による固体撮像装置の概
略図、第2図は同固体撮像装置の垂直転送パルスの概略
波形図、第3図は本発明における第2の実施例の固体撮
像装置の一部を示す平面図、第4図は第3図の要部断面
図、第6図は従来の固191、−。 体操像装置の概略図、第6図は従来の固体撮像装置の垂
直転送パルスの概略波形図である。 A・・・・・・受光領域、B・・・・・記憶領域、C・
・・・・水平転送領域、D・・・・・・電荷検出領域、
E・・・・・不要電荷排出領域、F・・・・・・不要電
荷排出ゲート。
FIG. 1 is a schematic diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic waveform diagram of a vertical transfer pulse of the same solid-state imaging device, and FIG. 3 is a schematic diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a main part of FIG. 3, and FIG. 6 is a plan view showing a part of a solid-state imaging device. FIG. 6 is a schematic diagram of a gymnastics imaging device, and is a schematic waveform diagram of vertical transfer pulses of a conventional solid-state imaging device. A... Light receiving area, B... Storage area, C...
...Horizontal transfer area, D...Charge detection area,
E: Unnecessary charge discharge area, F: Unnecessary charge discharge gate.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)同一半導体基板上に、受光領域と、記憶領域と、
水平転送領域と、電荷検出領域と、不要電荷排出ゲート
と、不要電荷排出領域とを設け、前記受光領域は、水平
転送方向(列方向)にm(mは整数)個、垂直転送方向
(行方向)にn(nは整数)個の光電変換素子と列方向
に沿って配置された電荷結合素子からなるm列の垂直転
送部とにより構成され、前記記憶領域は前記垂直転送部
の行方向の延長上に配置され、前記水平転送領域は、前
記記憶領域の行方向の延長上に配置され、前記電荷検出
領域は、前記水平転送領域の転送方向(列方向)に配置
され、前記不要電荷排出ゲートは、前記水平転送領域の
行方向の延長上に配置され、前記不要電荷排出領域は、
前記不要電荷排出ゲートの行方向の延長上に配置するこ
とを特徴とする固体撮像装置。
(1) A light receiving area and a storage area on the same semiconductor substrate,
A horizontal transfer area, a charge detection area, an unnecessary charge discharge gate, and an unnecessary charge discharge area are provided. direction) and n (n is an integer) photoelectric conversion elements and m columns of vertical transfer sections each consisting of charge-coupled devices arranged along the column direction, and the storage area is arranged along the row direction of the vertical transfer section. , the horizontal transfer area is arranged as an extension of the storage area in the row direction, the charge detection area is arranged in the transfer direction (column direction) of the horizontal transfer area, and the charge detection area is arranged in the transfer direction (column direction) of the horizontal transfer area. The discharge gate is arranged on an extension of the horizontal transfer region in the row direction, and the unnecessary charge discharge region is
A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is arranged on an extension of the unnecessary charge discharge gate in the row direction.
(2)水平転送領域内に、前記不要電荷排出ゲート方向
に電荷が流れるようなポテンシャルの傾きをつくる電極
を備えたことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置
(2) The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an electrode in the horizontal transfer region that creates a potential gradient such that charges flow in the direction of the unnecessary charge discharge gate.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6194466A (en) * 1984-10-15 1986-05-13 Nec Corp Solid-state image pickup element
JPS6319976A (en) * 1986-07-14 1988-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Driving method for solid-state image pickup device

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