JPH0474908B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0474908B2
JPH0474908B2 JP58018588A JP1858883A JPH0474908B2 JP H0474908 B2 JPH0474908 B2 JP H0474908B2 JP 58018588 A JP58018588 A JP 58018588A JP 1858883 A JP1858883 A JP 1858883A JP H0474908 B2 JPH0474908 B2 JP H0474908B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
horizontal
vertical
signal output
solid
image sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58018588A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59144278A (en
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP58018588A priority Critical patent/JPS59144278A/en
Publication of JPS59144278A publication Critical patent/JPS59144278A/en
Publication of JPH0474908B2 publication Critical patent/JPH0474908B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、カラー・テレビカメラ用固体撮像素
子に関し、詳しくはX,Yのスイツチマトリクス
により光電変換素子を順次走査するMOS形の固
体撮像素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a solid-state image sensor for a color television camera, and more particularly to a MOS-type solid-state image sensor that sequentially scans photoelectric conversion elements using an X, Y switch matrix. It is something.

〔従来技術〕[Prior art]

固体撮像素子は、光電変換と蓄積の機能を有す
る2次元配列の画素群と、各画素に蓄積された信
号電荷を時系列で順次取り出す走査機能を有する
回路とを、一体構造として固体化したものであ
る。このうち、走査方式はX,Yのスイツチマト
リクスによるXYアドレス走査形(MOS形)と、
自己転送機能を有するCCD,BBD等を用いる電
荷転送形とに分けられる。
A solid-state image sensor is a solid-state device that combines a two-dimensional array of pixels with photoelectric conversion and storage functions, and a circuit with a scanning function that sequentially extracts signal charges accumulated in each pixel in time series. It is. Among these, the scanning method is an XY address scanning type (MOS type) using an X, Y switch matrix,
It can be divided into charge transfer types that use CCDs, BBDs, etc. that have self-transfer functions.

第1図は、XYアドレス走査形(MOS形)固
体撮像素子の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an XY address scanning type (MOS type) solid-state image sensor.

第1図の回路構成は、すでに提案されている特
願昭52−82965号明細書、あるいは
IEEETransED−29No.4PP745−750(1982,M・
Aoki etal)に詳述されている。
The circuit configuration shown in FIG.
IEEETransED-29No.4PP745-750 (1982, M.
Aoki et al.

第1図に示すMOS形固体撮像素子では、垂直
シフトレジスタ11の出力線によりインターレー
ス・スイツチ17を制御し、奇数フイールドでは
スイツチ17が端子18−1に切換え接続される
ため、水平出力線Oy1,Oyの2本が同時に順次送
出される。これによつて、最初の水平走査期間で
は1,1、1,2、1,3、1,4……と2,
1、2,2、2,3、2,4……の2行のMOS
トランジスタがすべてオン状態になるので、第1
行目の1,1、1,2、1,3、1,4……のフ
オト・ダイオード13R,13Gで得られた光信
号がそれぞれ垂直信号線14h,14gに移さ
れ、第2行目の2,1、2,2、2,3、2,4
……のフオト・ダイオード13G,13Bで得ら
れた光信号がそれぞれ垂直信号線14f,14i
に移される。
In the MOS type solid-state image sensor shown in FIG. 1, the interlace switch 17 is controlled by the output line of the vertical shift register 11, and in odd-numbered fields, the switch 17 is switched to the terminal 18-1, so the horizontal output line O y1 , O y are transmitted sequentially at the same time. As a result, in the first horizontal scanning period, 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1, 4... and 2,
2 lines of MOS: 1, 2, 2, 2, 3, 2, 4...
Since all transistors are on, the first
The optical signals obtained by the photo diodes 13R, 13G of the rows 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1, 4, etc. are transferred to the vertical signal lines 14h, 14g, respectively, and are transferred to the vertical signal lines 14h, 14g, respectively. 2,1,2,2,2,3,2,4
The optical signals obtained by the photo diodes 13G and 13B of ... are respectively transmitted to the vertical signal lines 14f and 14i.
will be moved to

一方、水平走査期間に水平シフトレジスタ12
から出力線Ox1,Ox2,Ox3……に順次送られる出
力パルスは同時に2つの水平スイツチ・トランジ
スタ15f,15hおよび15g,15iを順次
オン状態にし、それぞれに接続された垂直信号線
14f,14iおよび14h,14g上の信号
を、信号出力線16f,16iおよび16g,1
6hから出力する。すなわち、信号出力線16
g,16hからは、第1行目のフオト・ダイオー
ド13R,13Gの信号が得られ、信号出力線1
6f,16iからは、第2行目のフオト・ダイオ
ード13G,13Bの信号が同時に得られる。
On the other hand, during the horizontal scanning period, the horizontal shift register 12
The output pulses sequentially sent to the output lines O x1 , O x2 , O x3 . The signals on 14i and 14h, 14g are connected to signal output lines 16f, 16i and 16g, 1
Output from 6h. That is, the signal output line 16
The signals of the photo diodes 13R and 13G in the first row are obtained from the signal output lines 1 and 16h.
Signals from photo diodes 13G and 13B in the second row are simultaneously obtained from 6f and 16i.

また、偶数フイールドでは、スイツチ17が端
子18−2に切換え接続されるため、Oy,Oy2
2本が同時に順次送出される。これにより、垂直
シフトレジスタ11から加えられたパルスで水平
出力線Oy,Oy2の2本が同時に送出される。これ
により、最初の水平走査期間には、第2行目2,
1、2,2、2,3、2,4……のフオト・ダイ
オード13G,13Bの光信号がそれぞれ垂直信
号線14f,14iに移され、また第3行目3,
1、3,2、3,3、3,4……のフオト・ダイ
オード13R,13Gの光信号がそれぞれ垂直信
号線14h,14gに移される。この結果、水平
走査期間に信号出力線16f,16iからは第2
行目のフオト・ダイオード13G,13Bの光信
号が得られ、信号出力線16g,16hからは第
3行目のフオト・ダイオード13R,13Gの光
信号が得られる。
In the even field, the switch 17 is connected to the terminal 18-2, so that the two signals O y and O y2 are sequentially transmitted at the same time. As a result, the two horizontal output lines O y and O y2 are simultaneously sent out by the pulse applied from the vertical shift register 11 . As a result, during the first horizontal scanning period, the second row 2,
The optical signals of photo diodes 13G, 13B of 1, 2, 2, 2, 3, 2, 4... are transferred to vertical signal lines 14f, 14i, respectively, and the third row 3,
Optical signals from photo diodes 13R, 13G 1, 3, 2, 3, 3, 3, 4, . . . are transferred to vertical signal lines 14h, 14g, respectively. As a result, during the horizontal scanning period, the second
Optical signals from the photo diodes 13G and 13B in the row are obtained, and optical signals from the photo diodes 13R and 13G in the third row are obtained from the signal output lines 16g and 16h.

このようにして、信号出力線16f〜16iか
ら得られる信号を加算した信号は、空間的な位置
の重みがフイールドごとにフオト・ダイオードの
1行分だけ上下に移動するので、インターレース
動作が実現される。そして、このインターレース
動作によれば、すべての行のフオト・ダイオード
で得られる光信号が、各フイールドごとに信号出
力端子から出力されるので、被写体が動いたと
き、フオト・ダイオードに残る残像の長さは1フ
イールド期間(1/60秒)に動いた距離に対応した
量となり、視覚上目ざわりな残像を防止できる。
さらに、光ダイオードに配置されたマトリクス色
フイルタとの組み合わせによつて、カラー信号再
生に適した全く独立した2種の色信号を常時同時
に引き出すことができるため、単板カラー撮像素
子としてきわめて利点が大きい。
In this way, the signal obtained by adding the signals obtained from the signal output lines 16f to 16i has the spatial position weight shifted up or down by one row of photo diodes for each field, so that an interlaced operation is realized. Ru. According to this interlace operation, the optical signals obtained from the photo diodes in all rows are output from the signal output terminal for each field, so when the subject moves, the length of the afterimage that remains on the photo diodes is reduced. The distance corresponds to the distance traveled in one field period (1/60 second), which prevents visually disturbing afterimages.
Furthermore, in combination with the matrix color filter placed in the photodiode, it is possible to simultaneously draw out two completely independent color signals suitable for color signal reproduction, making it extremely advantageous as a single-chip color image sensor. big.

しかし、従来の固体撮像素子では、画面の一部
に強い光が入射した場合、再生画面上で光点の上
下に明るい線を生ずるブルーミングおよびスメア
という偽信号が生ずる。
However, in conventional solid-state image sensing devices, when strong light is incident on a part of the screen, false signals such as blooming and smear, which produce bright lines above and below the light spot on the playback screen, occur.

第2図は、第1図における基本画素の断面構造
図である。第2図により、ブルーミングとスメア
の現象を説明する。1はフオト・ダイオードの
n+拡散層、2はP形Si基板、3はn+拡散層、4
は垂直信号線、5はゲート、6,7は光電子、8
は入射光である。
FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram of the basic pixel in FIG. 1. The phenomena of blooming and smear will be explained with reference to FIG. 1 is the photo diode
n + diffusion layer, 2 is P type Si substrate, 3 is n + diffusion layer, 4
is a vertical signal line, 5 is a gate, 6 and 7 are photoelectrons, 8
is the incident light.

フオト・ダイオードを形成するn+拡散層1は、
入射光8によつて生成された光電子6を集める
が、入射光8が強すぎる場合には当然光電子6が
溢れる。この溢れた光電子6は、近接した垂直信
号線4につながるn+拡散層3すなわちドレイン
に流入し、垂直信号線4を共有する他の画素、つ
まり垂直に並んだ画素の信号に混入して偽信号を
発生する。これがブルーミング(Blooming)現
象である。これに対し、スメア(Smear)は、Si
基板2の内部で光電子7が熱拡散し、n+拡散層
3に流入、あるいは散乱光によりn+拡散層3が
感光することによつて、ゲート5の選択の有無に
よらず、垂直信号線4に光偽信号を生成するもの
である。
The n + diffusion layer 1 forming the photo diode is
The photoelectrons 6 generated by the incident light 8 are collected, but if the incident light 8 is too strong, the photoelectrons 6 naturally overflow. These overflowing photoelectrons 6 flow into the n + diffusion layer 3, that is, the drain, connected to the adjacent vertical signal line 4, and mix with the signals of other pixels that share the vertical signal line 4, that is, the pixels arranged vertically, causing false signals. Generate a signal. This is the blooming phenomenon. On the other hand, smear is Si
The photoelectrons 7 are thermally diffused inside the substrate 2 and flow into the n + diffusion layer 3, or the n + diffusion layer 3 is exposed to light by scattered light, so that the vertical signal line is connected regardless of whether the gate 5 is selected. 4, it generates an optical false signal.

ドレインで発生した光電子は、MOSトランジ
スタのオン・オフにかかわらず垂直信号線4に移
されるが、垂直信号線には上下に並んだ数100の
MOSトランジスタのすべてのドレインが接続さ
れているので、各MOSトランジスタ上に投影さ
れたこの種光情報は垂直信号線4に混合加算され
て蓄積される。つまり、各垂直信号線4には、投
影された被写体像の垂直方向の積分光量に対応し
た信号電流が蓄積されることになる。この信号
は、画面上に各水平走査期ごとに通常の信号に重
畳して出てくるので、一部に明るい部分の存在す
る被写体像を撮像した場合、再生画面上では、上
下方向に尾引き状の偽信号が発生する。これは、
固体撮像素子に特有の垂直スメアと呼ばれる。
The photoelectrons generated at the drain are transferred to the vertical signal line 4 regardless of whether the MOS transistor is on or off.
Since all the drains of the MOS transistors are connected, this type of optical information projected onto each MOS transistor is mixed and added to the vertical signal line 4 and stored. That is, each vertical signal line 4 accumulates a signal current corresponding to the vertical integrated light amount of the projected subject image. This signal appears on the screen superimposed on the normal signal at each horizontal scanning period, so if a subject image with some bright areas is captured, there will be a tail in the vertical direction on the playback screen. A false signal is generated. this is,
This is called vertical smear, which is unique to solid-state image sensors.

これらの現象を抑止するため、第3図に示すよ
うな画素構造が提案されている(特公昭57−
30350号公報および前記引用文献参照)。
In order to suppress these phenomena, a pixel structure as shown in Fig.
(See Publication No. 30350 and the cited documents above).

第3図では、画素構造を、n+拡散層1と薄い
P形ウエル22と、n形Si基板24の3層構造と
し、寄生バイポーラ・トランジスタ25により余
剰光電子をn形基板24に吸い出してブルーミン
グをほぼ完全に抑止し、スメア電荷も拡散成分は
P形ウエル22とn形基板24の間の障壁のため
大幅に低下する。なおp+領域23は、信号容量
を増加するための補助手段である。
In FIG. 3, the pixel structure is a three-layer structure consisting of an n + diffusion layer 1, a thin P-type well 22, and an n-type Si substrate 24, and a parasitic bipolar transistor 25 sucks out excess photoelectrons to the n-type substrate 24 to cause blooming. The smear charge is almost completely suppressed, and the diffusion component of the smear charge is significantly reduced due to the barrier between the P-type well 22 and the N-type substrate 24. Note that the p + region 23 is an auxiliary means for increasing signal capacity.

しかしながら、入射光量には際限がなく、実用
的にはさらに1桁以上のスメア抑圧が必要であ
り、前記引用文献(M.Aoki etal)の素子におい
ても、実用化に際しては、外部補助回路によりさ
らに1桁のスメア抑圧が行われている。
However, there is no limit to the amount of incident light, and in practice it is necessary to suppress smear by an order of magnitude or more, and even in the device of the cited document (M. Aoki etal), when put into practical use, it is necessary to further suppress smear by an external auxiliary circuit. Single digit smear suppression is being performed.

また、従来の固体撮像素子は、感度つまり信号
対雑音比の面で問題がある。
Furthermore, conventional solid-state imaging devices have problems in terms of sensitivity, ie, signal-to-noise ratio.

先ず、信号の方は、第1図に示すように画素配
列1列当り2本の垂直信号線を配置しているが、
垂直信号線14は最も高速な信号を扱うため、ア
ルミニウム(Al)等の金属を用いることが不可
欠であり、この信号線を2本設けることが画素の
光入射用開口を制限し、光感度を損つている。
First, for signals, as shown in Figure 1, two vertical signal lines are arranged per column of pixel array.
Since the vertical signal line 14 handles the highest-speed signals, it is essential to use metal such as aluminum (Al). Providing two of these signal lines limits the light entrance aperture of the pixel and reduces the light sensitivity. It's a loss.

また、雑音の方は、やはり前記引用文献(M.
Aoki etal)に詳述されているように、大きく分
ければ、水平走査において大きな寄生容量(第1
図の19)を有する垂直信号線14をサンプリン
グすることにより発生する内部雑音I2 N1、および
水平信号線16の寄生容量、パツケージのピン容
量を含めた容量Coとプリアンプ入力容量Ciの和
とプリアンプ入力部の等価抵抗Reで定まるプリ
アンプ雑音I2 N2がある。
Also, regarding the noise, the cited document (M.
As detailed in Aoki et al., there are two main types of parasitic capacitance (first parasitic capacitance) in horizontal scanning.
The internal noise I 2 N1 generated by sampling the vertical signal line 14 having 19) in the figure, the parasitic capacitance of the horizontal signal line 16, the sum of the capacitance Co including the package pin capacitance and the preamplifier input capacitance Ci, and the preamplifier There is preamplifier noise I 2 N2 determined by the equivalent resistance Re of the input section.

ちなみに、上記各雑音I2 N1,I2 N2は次式で表わさ
れる。
Incidentally, each of the above-mentioned noises I 2 N1 and I 2 N2 is expressed by the following equation.

I2 N1=2kTCvfsB ……(1) I2 N2= 16/3π2(Co+Ci)2kTReB3 ……(2) ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、
fsは水平走査周波数、Bは信号帯域である。これ
らが固体撮像素子の感度を制限しているわけであ
るが、内部雑音I2 N1は素子固有の成分であつて、
どのように優れたプリアンプを用いても改良され
ず、また雑音の周波数スペクトラムが平坦であ
り、低周波の成分は同じ雑音エネルギでも再生画
像で目立ち易い性質があるため、感度を制限する
支配的要素となつている。
I 2 N1 = 2kTC v f s B ……(1) I 2 N2 = 16/3π 2 (Co+Ci) 2 kTR e B 3 ……(2) Here, k is Boltzmann constant, T is absolute temperature,
fs is the horizontal scanning frequency, and B is the signal band. These things limit the sensitivity of the solid-state image sensor, but the internal noise I 2 N1 is a component specific to the device.
No matter how good a preamplifier is, it cannot be improved, and the frequency spectrum of the noise is flat, and low frequency components are more noticeable in the reproduced image even with the same noise energy, so this is the dominant factor that limits sensitivity. It is becoming.

第4図は、従来の改良形固体撮像素子の回路構
成図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional improved solid-state image sensor.

例えば、テレビジヨン学会誌Vol.26、No.1PP33
〜46(1972安藤他)等の文献に、第4図の構成に
ついて報告されている。これは、画素に、垂直、
水平の2つのMOSトランジスタ・スイツチ31,
32を配設したもので、信号は垂直走査線33で
選択された水平信号線36、垂直走査線34を介
して引き出される。第4図から明らかなように、
この素子では、映像期間内に大きな寄生容量を有
する信号線のサンプリングは行われないため、上
記の内部雑音I2/N1は発生しない。また、ブルーミ
ングおよびスメアについては、偽信号が水平信号
線36に流入した場合に限られるわけであるが、
連続した画素の読み取りの度に偽信号がクリアさ
れる形になり、その時間が最も短い水平走査1画
素分の読み取り時間に限られるため、例えば標準
の垂直500画素、水平400画素の素子の場合、単純
には第1図に示す素子に比べて1/400程度に低下
する。
For example, Journal of the Television Society Vol.26, No.1PP33
46 (Ando et al., 1972), etc., the structure of FIG. 4 is reported. This is perpendicular to the pixel,
two horizontal MOS transistor switches 31,
32, and signals are extracted via the horizontal signal line 36 selected by the vertical scanning line 33 and the vertical scanning line 34. As is clear from Figure 4,
In this element, since sampling of a signal line having a large parasitic capacitance is not performed within the video period, the above-mentioned internal noise I 2/N1 does not occur. Furthermore, blooming and smearing are limited to cases where a false signal flows into the horizontal signal line 36;
The false signal is cleared every time consecutive pixels are read, and the time is limited to the shortest reading time of one pixel in the horizontal scan.For example, in the case of a standard 500 vertical pixel and 400 horizontal pixel element. , simply, it is reduced to about 1/400 compared to the element shown in FIG.

しかし、第4図の素子においては、光ダイオー
ド13に接続されたMOSトランジスタ31は、
その画素が選択されていない間いたずらにスイツ
チ動作を続けるわけであるが、この場合、MOS
トランジスタ共通の現象として、フオト・ダイオ
ード13から電子を引き出し基板に叩き込むチヤ
ージ・ポンプ現象が生ずる。この量が各画素ごと
にばらつくために、画素ごとに固有の固定雑音を
生じ、画面上では場所によつて固定した大きなば
らつきとなり、一様性が悪くなるため、結局は感
度が高くならない。
However, in the device shown in FIG. 4, the MOS transistor 31 connected to the photodiode 13 is
The switching operation continues while the pixel is not selected, but in this case, the MOS
As a common phenomenon in transistors, a charge pump phenomenon occurs in which electrons are extracted from the photo diode 13 and pumped into the substrate. Since this amount varies from pixel to pixel, a fixed noise unique to each pixel is generated, and large fixed variations occur depending on the location on the screen, resulting in poor uniformity and, as a result, sensitivity does not become high.

さらに、水平信号線36は、非選択期間、つま
り(1フイールド期間)マイナス(1水平走査期
間)の長い間、ブルーミング電荷およびスメア電
荷を1水平ライン分だけ貯え続けるわけである
が、この量は第1図の素子に比べて250倍にも及
び、これが各水平走査の第1画素読み出し時に読
み出されることになるため、光量が大きくなると
短時間では読み出しきれず、画面が不安定になつ
てしまう。
Furthermore, the horizontal signal line 36 continues to store blooming charges and smear charges for one horizontal line during the non-selection period, that is, for a long period (one field period) minus (one horizontal scanning period), and this amount is This is 250 times larger than the element shown in Figure 1, and this is read out when reading out the first pixel in each horizontal scan, so if the amount of light increases, it will not be possible to read out all in a short time, and the screen will become unstable. .

さらに垂直MOSトランジスタ・スイツチ32
は水平信号線36に接続されているが、MOSト
ランジスタはオン状態においてゲートとドレイン
の結合容量が非常に大きく、この接続では信号読
み出し時に1行のMOSトランジスタが全てこの
状態になり、垂直走査線33と水平信号線36の
間に大きな寄生容量を生じ、この結果プリアンプ
雑音が大きくなり、感度低下をきたす。
Additionally, a vertical MOS transistor switch 32
is connected to the horizontal signal line 36, but the coupling capacitance between the gate and drain of the MOS transistor is very large in the on state, and with this connection, all the MOS transistors in one row are in this state when reading signals, and the vertical scanning line A large parasitic capacitance is generated between the signal line 33 and the horizontal signal line 36, resulting in increased preamplifier noise and reduced sensitivity.

さらに、第4図のままの構成では、複数の色信
号を常時読み出すことができないので、カラー素
子に適さず、またインターレース方式にも合わせ
ることができない。
Furthermore, the configuration as shown in FIG. 4 cannot read out a plurality of color signals at all times, so it is not suitable for color elements and cannot be adapted to interlaced systems.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、このような従来の問題を改善
するため、感度を高めるとともに、ブルーミン
グ、スメアを大幅に低下させることができる固体
撮像素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can improve sensitivity and significantly reduce blooming and smear, in order to improve these conventional problems.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の固体撮像素子は、光電変換素子および
スイツチ素子からなる画素のアレーと、これら画
素のアレーを順次選択走査する水平および垂直走
査回路を有する固体撮像素子において、上記画素
内では、上記光電変換素子と、垂直走査回路で駆
動されるスイツチ素子と、水平信号出力線に接続
され、かつ水平走査回路で駆動されるスイツチ素
子とが、この接続順序で直列に接続され、さらに
上記水平信号出力線が上記垂直走査回路によつて
駆動されるスイツチ素子を介して垂直信号線に接
続されることに特徴がある。
The solid-state image sensor of the present invention has a pixel array including a photoelectric conversion element and a switch element, and horizontal and vertical scanning circuits for sequentially selectively scanning the pixel array. The element, the switch element driven by the vertical scanning circuit, and the switch element connected to the horizontal signal output line and driven by the horizontal scanning circuit are connected in series in this connection order, and further the horizontal signal output line is connected to the vertical signal line via a switch element driven by the vertical scanning circuit.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第5図は、本発明の実施例を示す固体撮像素子
の回路構成図である。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device showing an embodiment of the present invention.

第5図に示す本発明の構成は、第4図、第1図
の従来の構成に比較して、次の点で異なつてお
り、それによる利点も下記のとおりである。
The configuration of the present invention shown in FIG. 5 differs from the conventional configurations shown in FIGS. 4 and 1 in the following points, and the advantages thereof are also as follows.

先ず()画素に2個のMOSトランジスタ・
スイツチ31,32を直列接続するが、その接続
順序を第4図の場合と逆にして、フオト・トラン
ジスタ13からMOSトランジスタ32,31の
順序で接続し、水平信号線36に光信号を送出し
ている。これにより、水平走査においてチヤー
ジ・ポンプ現象がフオト・ダイオード13に影響
を及ぼさないようにしている。()リセツト・
ライン47を設けて、スメア信号、チヤージ・ポ
ンプ電流を排除し、かつフイールドごとに全画素
の信号を読み出すようにして、残像をなくしてい
る。()スイツチ17を設けてインターレース
方式を可能にしている。()複数本の信号出力
線49,50を設け、単板カラー撮像に適した水
平2行の同時走査を可能にしている。
First, two MOS transistors are installed in the pixel ().
Switches 31 and 32 are connected in series, but their connection order is reversed from that shown in FIG. 4, and they are connected in the order from photo transistor 13 to MOS transistors 32 and 31, and an optical signal is sent to horizontal signal line 36. ing. This prevents the charge pump phenomenon from affecting the photodiode 13 during horizontal scanning. () Reset/
Line 47 is provided to eliminate smear signals and charge pump currents, and to read out the signals of all pixels for each field, eliminating afterimages. () A switch 17 is provided to enable the interlaced system. () A plurality of signal output lines 49 and 50 are provided to enable simultaneous scanning of two horizontal lines suitable for single-chip color imaging.

これらの動作について、さらに詳しく説明す
る。
These operations will be explained in more detail.

すなわち、画素においては、フオト・ダイオー
ド13に垂直MOSトランジスタ・スイツチ32
を接続し、このトランジスタ32と水平信号線3
6の間に水平MOSトランジスタ・スイツチ31
を接続する。これによつて、非選択時のチヤージ
ポンプは水平信号線36に対して生ずるのみであ
り、フオト・ダイオード13の信号に影響を及ぼ
さない。周知のように、水平走査の周期、つまり
水平シフト・レジスタ12からの出力の周期は非
常に短時間であり、高速走査が行われるのに対し
て、垂直走査の周期、つまり垂直シフト・レジス
タ11からの出力の周期は非常に長く、画面1枚
に1回、すなわち光信号の読み取り時に1回出力
されるのみである。したがつて、第5図では、フ
オト・ダイオード13から電荷を引き出して基板
に叩き込むチヤージ・ポンプ現象が垂直走査時に
だけ(1フイールドに1回のみ)起るため、水平
走査時ごとに起る第4図の場合より固定雑音が著
しく少なくなり、画面上での一様性は良好となつ
て、感度が高くなる。
That is, in the pixel, a photo diode 13 is connected to a vertical MOS transistor switch 32.
This transistor 32 and the horizontal signal line 3
Horizontal MOS transistor switch 31 between 6
Connect. As a result, the charge pump when not selected occurs only on the horizontal signal line 36 and does not affect the signal of the photo diode 13. As is well known, the period of horizontal scanning, that is, the period of the output from the horizontal shift register 12 is very short, and high-speed scanning is performed, whereas the period of vertical scanning, that is, the period of the output from the vertical shift register 11 is very short. The period of the output from the optical sensor is very long, and it is output only once per screen, that is, once when reading an optical signal. Therefore, in FIG. 5, since the charge pump phenomenon in which charge is extracted from the photodiode 13 and pumped into the substrate occurs only during vertical scanning (once per field), the charge pump phenomenon that occurs during each horizontal scanning is Fixed noise is significantly smaller than in the case of FIG. 4, the uniformity on the screen is good, and the sensitivity is high.

次に、走査については、第1図の素子の場合と
同じく、インターレース・スイツチ17により2
行同時に行う。すなわち、インターレース・スイ
ツチ17が上方に切換え接続されると、垂直シフ
トレジスタ11の出力により、最初の水平走査期
間には2行の垂直MOSトランジスタ32がすべ
てオン状態になり、さらに短かい周期で水平走査
期間に移つて、水平シフト・レジスタ12からの
出力により2行の水平MOSトランジスタ31が
次々にオン状態となる。これにより、フオト・ダ
イオード13R,13Gの光信号が水平信号線3
6に移され、垂直シフト・レジスタ11の出力に
よつて垂直スイツチMOSトランジスタ37がオ
ン状態となるので、2行分の水平信号線36に送
出された光信号は、それぞれ別個の垂直信号線4
1,42に移される。これによつて、水平2行の
光信号を独立した信号出力線49,50に同時に
出力することができる。
Next, regarding scanning, as in the case of the device shown in FIG.
Do rows at the same time. That is, when the interlace switch 17 is switched upward, the output of the vertical shift register 11 turns on all the vertical MOS transistors 32 in the two rows during the first horizontal scanning period, and the horizontal scanning continues in a shorter period. In the scanning period, the horizontal MOS transistors 31 in two rows are turned on one after another by the output from the horizontal shift register 12. As a result, the optical signals of the photo diodes 13R and 13G are transferred to the horizontal signal line 3.
6, and the vertical switch MOS transistor 37 is turned on by the output of the vertical shift register 11, so that the optical signals sent to the horizontal signal lines 36 for two rows are transferred to separate vertical signal lines 4.
Moved to 1,42. Thereby, optical signals in two horizontal rows can be simultaneously output to independent signal output lines 49 and 50.

インターレース方式が実現できるので、各フイ
ールドごとに全画素の信号を読み出すことがで
き、視覚上目ざわりな等価残像は生じない。ま
た、カラー現像では、複数の色信号を同時に出力
しなければならないが、第5図では、垂直信号線
を複数本設けているため、カラー化が可能であ
り、特に単板カラー化に適したものとなる。な
お、モノクロ素子として用いる場合には、垂直信
号線41,42を1本にまとめてもよい。
Since an interlaced system can be realized, the signals of all pixels can be read out for each field, and no visually disturbing equivalent afterimages occur. In addition, in color development, multiple color signals must be output simultaneously, but as shown in Figure 5, multiple vertical signal lines are provided, making it possible to perform color development. Become something. Note that when used as a monochrome element, the vertical signal lines 41 and 42 may be combined into one.

次に、リセツト用MOSトランジスタ48には、
各水平走査のブランキング期間ごとにリセツト・
ライン47を介して正のパルスが印加され、全水
平信号線36をビデオ電源40の電圧にリセツト
する。この手段により、水平信号線36の受け取
るブルーミング電荷、スメア電荷、およびチヤー
ジ・ポンプ電荷は、水平走査期間ごとに排出さ
れ、全く問題とならなくなる。すなわち、水平信
号線36には大きな寄生容量が存在し、ここにブ
ルーミング電荷およびスメア電荷が1水平走査期
間の長い間蓄積されるが、リセツト用MOSトラ
ンジスタ48によりこれらをすべて放電させるの
で、スメアは第4図の場合の1/400に低下する。
また、このリセツト用MOSトランジスタ48は、
水平信号線36に接続しているために、放電過程
で発生するサンプリング雑音は垂直スイツチ
MOSトランジスタ37の起動により、信号読み
出し前に一掃されてしまい、信号に混入すること
はない。これは、例えば第1図に示す従来例にお
いて、垂直信号線14を上記と同じように放電す
るような場合と比べ、ランダム雑音(サンプリン
グ雑音)の発生量を著しく低減できることを意味
し、低雑音化にも極めて効果が大きい。なお、水
平走査線36はアルミニウム(AL)等の金属を
用い、垂直走査線33は多結晶シリコン(Si)等
のゲート配線材料を用いるが、殆んどの部分を重
畳して形成することができる。この結果として、
フオト・ダイオード13の開口を増加させること
ができ、しかも前述のように内部雑音がなくなる
ので、感度が大幅に向上する。
Next, in the reset MOS transistor 48,
Reset for each blanking period of each horizontal scan.
A positive pulse is applied via line 47 to reset all horizontal signal lines 36 to the voltage of video power supply 40. By this means, the blooming charges, smear charges, and charge pump charges received by the horizontal signal line 36 are discharged every horizontal scanning period and no longer become a problem. That is, there is a large parasitic capacitance in the horizontal signal line 36, and blooming charges and smear charges are accumulated here for a long period of one horizontal scanning period, but since they are all discharged by the reset MOS transistor 48, the smear does not occur. This decreases to 1/400 of the case in Figure 4.
Moreover, this reset MOS transistor 48 is
Since it is connected to the horizontal signal line 36, the sampling noise generated during the discharge process is removed from the vertical switch.
By activating the MOS transistor 37, it is wiped out before the signal is read out, so that it will not be mixed into the signal. This means that, in the conventional example shown in FIG. 1, for example, the amount of random noise (sampling noise) generated can be significantly reduced compared to the case where the vertical signal line 14 is discharged in the same way as above, and the amount of random noise (sampling noise) can be significantly reduced. It is also extremely effective. Note that the horizontal scanning line 36 uses metal such as aluminum (AL), and the vertical scanning line 33 uses gate wiring material such as polycrystalline silicon (Si), but most parts can be formed by overlapping. . As a result of this,
Since the aperture of the photo diode 13 can be increased and, as mentioned above, internal noise is eliminated, the sensitivity is greatly improved.

なお、第5図における画素構造に対して、フオ
ト・ダイオードをフオト・トランジスタに変更し
たり、あるいは第3図に示す改良された画素構造
を適用することができ、これによつてさらに高性
能の素子を実現することができる。また、水平走
査線36の各水平ブランキング期間におけるリセ
ツト方法、出力方法等は、最も簡単な方法を実施
例で説明したが、リセツト動作および複数信号の
独立な出力動作という基本概念が同一であれば、
これに限定されることなく、他の方法も適用可能
である。さらに、実施例では、nチヤネル素子で
説明したが、pチヤネル素子に対しても極性を逆
に接続することにより、全く同じように適用する
ことができる。
Note that it is possible to change the photodiode to a phototransistor for the pixel structure shown in FIG. 5, or apply the improved pixel structure shown in FIG. 3, thereby achieving even higher performance. element can be realized. Furthermore, regarding the reset method, output method, etc. in each horizontal blanking period of the horizontal scanning line 36, the simplest method has been explained in the embodiment, but even though the basic concepts of the reset operation and the independent output operation of multiple signals are the same, Ba,
Other methods are also applicable without being limited to this. Furthermore, although the embodiments have been described using an n-channel element, the present invention can be applied to a p-channel element in exactly the same way by connecting the polarities in reverse.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、光電変
換素子と水平信号線の間に、垂直走査回路により
駆動されるスイツチ素子、および水平走査回路に
より駆動されるスイツチ素子の直列接続を、光電
変換素子よりこの接続順序で挿入したので、ブル
ーミングやスメア等の光偽信号が発生することな
く、かつ高感度の固体撮像素子を実現することが
できる。
As explained above, according to the present invention, a switch element driven by a vertical scanning circuit and a switch element driven by a horizontal scanning circuit are connected in series between a photoelectric conversion element and a horizontal signal line. Since the elements are inserted in this connection order, it is possible to realize a high-sensitivity solid-state image sensor without generating optical false signals such as blooming or smear.

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

第1図は従来のMOS形固体撮像素子の構成図、
第2図は第1図における基本画素の断面構造図、
第3図は従来の改良形基本画素の断面構造図、第
4図は従来の改良形固体撮像素子の回路構成図、
第5図は本発明の実施例を示す固体撮像素子の回
路構成図である。 1,3……n+拡散層、2……P形Si基板、4…
…垂直信号線、5……ゲート、11……垂直走査
回路(シフト・レジスタ)、12……水平走査回
路(シフト・レジスタ)、13……フオト・ダイ
オード、17……インターレース・スイツチ、3
3……垂直走査線、36……水平信号線、34,
41,42……垂直信号線、31……水平MOS
トランジスタ・スイツチ、32……垂直MOSト
ランジスタ・スイツチ、37……垂直スイツチ
MOSトランジスタ、48……リセツト・トラン
ジスタ、38,45,46……プリアンプ。
Figure 1 is a configuration diagram of a conventional MOS type solid-state image sensor.
Figure 2 is a cross-sectional structural diagram of the basic pixel in Figure 1;
FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a conventional improved basic pixel, and FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional improved solid-state image sensor.
FIG. 5 is a circuit diagram of a solid-state imaging device showing an embodiment of the present invention. 1, 3...n + diffusion layer, 2...P-type Si substrate, 4...
... Vertical signal line, 5 ... Gate, 11 ... Vertical scanning circuit (shift register), 12 ... Horizontal scanning circuit (shift register), 13 ... Photo diode, 17 ... Interlace switch, 3
3...Vertical scanning line, 36...Horizontal signal line, 34,
41, 42...Vertical signal line, 31...Horizontal MOS
Transistor switch, 32... Vertical MOS transistor switch, 37... Vertical switch
MOS transistor, 48...reset transistor, 38, 45, 46...preamplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光電変換素子およびスイツチ素子からなる画
素のアレーと、該画素のアレーを順次選択走査す
る水平および垂直走査回路を有する固体撮像素子
において、上記画素内では、上記光電変換素子
と、垂直走査回路で駆動されるスイツチ素子と、
水平信号出力線に接続され、かつ水平走査回路で
駆動されるスイツチ素子とが、この接続順序で直
列に接続され、さらに上記水平信号出力線は上記
垂直走査回路で駆動される別のスイツチ素子を介
して垂直信号出力線に接続されることを特徴とす
る固体撮像素子。 2 前記水平信号出力線に対し、水平走査のブラ
ンキング期間ごとに所定の電圧にリセツトする機
構を有す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 前記水平信号出力線は、フイールドごとに組
合わせの変わる水平2行が同時に選択走査され、
光信号が送出されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項または第2項記載の固体撮像素子。 4 前記水平信号出力線は、それぞれ独立した垂
直信号出力線に接続されることを特徴とする特許
請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の固
体撮像素子。
[Scope of Claims] 1. A solid-state image sensor having a pixel array including a photoelectric conversion element and a switch element, and a horizontal and vertical scanning circuit for sequentially selectively scanning the pixel array, in which the photoelectric conversion element is and a switch element driven by a vertical scanning circuit,
Switch elements connected to the horizontal signal output line and driven by the horizontal scanning circuit are connected in series in this connection order, and furthermore, the horizontal signal output line connects another switch element driven by the vertical scanning circuit. A solid-state image sensor, characterized in that it is connected to a vertical signal output line through a vertical signal output line. 2. Claim 1, further comprising a mechanism for resetting the horizontal signal output line to a predetermined voltage every blanking period of horizontal scanning.
The solid-state image sensor described in . 3 The horizontal signal output lines are selectively scanned simultaneously in two horizontal rows whose combinations change for each field;
3. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein an optical signal is transmitted. 4. The solid-state imaging device according to claim 1, 2, or 3, wherein the horizontal signal output lines are connected to independent vertical signal output lines.
JP58018588A 1983-02-07 1983-02-07 Solid-state image pickup element Granted JPS59144278A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58018588A JPS59144278A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Solid-state image pickup element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58018588A JPS59144278A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Solid-state image pickup element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59144278A JPS59144278A (en) 1984-08-18
JPH0474908B2 true JPH0474908B2 (en) 1992-11-27

Family

ID=11975787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58018588A Granted JPS59144278A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Solid-state image pickup element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59144278A (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6276547A (en) * 1985-09-28 1987-04-08 Hitachi Ltd Solid-state image pickup element
JPH0789655B2 (en) * 1985-10-17 1995-09-27 株式会社日立製作所 Solid-state imaging device
JP4552240B2 (en) * 1999-09-09 2010-09-29 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP4670386B2 (en) * 2005-02-21 2011-04-13 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59144278A (en) 1984-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7586487B2 (en) Solid state imaging apparatus and method for driving the same
KR100763442B1 (en) Dual conversion gain imagers
US7209166B2 (en) Wide dynamic range operation for CMOS sensor with freeze-frame shutter
JP5233828B2 (en) Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
US20090180015A1 (en) Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (aps)
EP0757476A2 (en) Solid state image pickup apparatus
JPS63100879A (en) Solid-state image pickup device
JPH09205589A (en) Solid-state image pickup device
JPH11103420A (en) Solid-state image pickup device and driving method therefor
JPH04262679A (en) Driving method for solid-state image pickup device
JPH0824352B2 (en) Solid-state imaging device
JP3173851B2 (en) CSD type solid-state imaging device
JP2695824B2 (en) Solid-state imaging device
JPH0474908B2 (en)
JPH0834558B2 (en) High quality camcorder
JPS59144169A (en) Solid state image pickup element
US4532549A (en) Solid-state imaging device with high quasi-signal sweep-out efficiency and high signal charge transfer efficiency
JP5553121B2 (en) Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
Villani et al. Performance of generation III 640 x 480 PtSi MOS array
Miyatake et al. Transversal-readout architecture for CMOS active pixel image sensors
JPH0150156B2 (en)
JPS6373658A (en) Solid-state image sensing device
KR890006330Y1 (en) Solid state image scanner
JPS604379A (en) Solid-state camera
JPH0720215B2 (en) Solid-state imaging device