JPH0690406A - Solid-state image pickup element - Google Patents

Solid-state image pickup element

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Publication number
JPH0690406A
JPH0690406A JP4240939A JP24093992A JPH0690406A JP H0690406 A JPH0690406 A JP H0690406A JP 4240939 A JP4240939 A JP 4240939A JP 24093992 A JP24093992 A JP 24093992A JP H0690406 A JPH0690406 A JP H0690406A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transfer register
vertical
horizontal transfer
charges
light receiving
Prior art date
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Pending
Application number
JP4240939A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Nishi
直樹 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP4240939A priority Critical patent/JPH0690406A/en
Publication of JPH0690406A publication Critical patent/JPH0690406A/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent unnecessary electric charge from being not completely discharged in the vertical blanking period at the time of sweeping out unnecessary electric charge in vertical transfer registers through a horizontal driving register with respect to the CCD solid-state image pickup element. CONSTITUTION:With respect to the solid-state image pickup element provided with plural photodetectors arranged in a matrix, vertical transfer registers corresponding to respective columns of these photodetectors, and a horizontal transfer register, the vertical overflow function (refer to potential state 18) is given to the horizontal transfer register 4, and unnecessary electric charge in vertical transfer registers is discharged to an output part from the horizontal transfer register 4, and the quantity of electric charge exceeding the quantity of electric charge handled by the horizontal transfer register out of unnecessary electric charge is discharged to the substrate side through the vertical overflow function.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、CCDイメージセンサ
等の固体撮像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD固体撮像素子として、FIT(フ
レームインターライン転送)型CCD固体撮像素子が知
られている。このFIT型CCD固体撮像素子は、複数
の受光素子(画素)がマトリックス状に配され、受光素
子の各垂直列に対応してCCD構造の垂直転送レジスタ
が設けられた撮像部と、この撮像部の各垂直転送レジス
タに対応する複数の垂直転送レジスタを有する蓄積部
と、この蓄積部の下側に配された水平転送レジスタを備
え、撮像部において、受光素子からの信号電荷を夫々対
応する垂直転送レジスタへ読み出した後、一旦蓄積部に
転送し、次いで蓄積部から1ライン毎に信号電荷を水平
転送レジスタに転送し、水平転送レジスタ内を転送して
出力部より信号を出力するように構成される。
2. Description of the Related Art As a CCD solid-state image pickup device, a FIT (frame interline transfer) type CCD solid-state image pickup device is known. This FIT type CCD solid-state image pickup device has a plurality of light receiving elements (pixels) arranged in a matrix and a vertical transfer register having a CCD structure corresponding to each vertical column of the light receiving elements, and the image pickup section. Each of the vertical transfer registers has a plurality of vertical transfer registers corresponding to each vertical transfer register, and a horizontal transfer register disposed below the storage unit. After being read out to the transfer register, it is once transferred to the accumulating unit, and then the signal charge is transferred from the accumulating unit to the horizontal transfer register for each line, transferred in the horizontal transfer register, and the signal is output from the output unit. To be done.

【0003】FIT型CCD固体撮像素子の信号読み出
しとしては、通常、フィールド読み出し、フレーム読み
出し等がある。
Signal reading of the FIT type CCD solid-state image pickup device generally includes field reading and frame reading.

【0004】フィールド読み出しは、図7に示すよう
に、垂直方向に連続した2つの受光素子(画素)6の信
号電荷を1/60秒(1フィールド)間に1回垂直転送
レジスタに読み出し、垂直転送レジスタ内で混合して垂
直転送を行う読み出し方式である。第1フィールドでは
ラインY1 とY2 ,ラインY3 とY4 ,‥‥の2つの受
光信号の信号電荷が加算され、第2フィールドではライ
ンY2 とY3 ,ラインY4とY5 ,‥‥の2つの受光素
子の信号電荷が加算される。図8はフィールド読み出し
動作における信号の空間的広がりを示すもので、O1
第1フィールド、E 1 は第2フィールドを示す。フィー
ルド読み出しの特徴は、信号をサンプリングする時間が
1/60秒であるため動解像度が高いことであり、半
面、垂直方向の2画素分の信号電荷を混合してしまうた
め、垂直方向の解像度が落ちてしまうことである。
Field reading is as shown in FIG.
The signal of two light receiving elements (pixels) 6 that are continuous in the vertical direction.
Vertical transfer of signal charge once in 1/60 second (1 field)
Read to register, mix in vertical transfer register and drop
This is a read method that performs direct transfer. In the first field
Line Y1And Y2, Line Y3And YFourTwo recipients
The signal charges of the optical signal are added, and in the second field, the light charges are added.
Y2And Y3, Line YFourAnd YFive, ... Two light-receiving elements
The signal charges of the child are added. Figure 8: Field reading
It shows the spatial spread of the signal in motion,1Is
First field, E 1Indicates the second field. Fee
The characteristic of the field readout is the time taken to sample the signal.
Since it is 1/60 second, the dynamic resolution is high,
The signal charges for two pixels in the vertical direction are mixed.
Therefore, the vertical resolution is reduced.

【0005】フレーム読み出しは、図9に示すように、
1/30秒(1フレーム)間に一回、1つ置きの受光素
子(画素)6の信号電荷を読み出し、転送していく読み
出し方式である。即ち、第1フィールドではライン
1 ,Y3 ,Y5 ‥‥の受光素子6の信号電荷が読み出
され、第2フィールドではラインY2 ,Y4 ,Y6 ‥‥
の受光素子6の信号電荷が読み出される。図11はフレ
ーム読み出し動作における信号の空間的広がりを示すも
ので、O2 は第1フィールド、E2 は第2フィールドを
示す。このフレーム読み出しは、それぞれの画素の信号
電荷を混合しないため、垂直解像度が劣化することがな
いが、半面、読み出しが、1/30秒に1回になるた
め、早い動きの被写体に対してはフレーム残像と呼ばれ
る残像が出てしまう。
For frame reading, as shown in FIG.
This is a readout method in which the signal charges of every other light receiving element (pixel) 6 are read out and transferred once every 1/30 second (one frame). That is, the signal charges of the light receiving elements 6 on the lines Y 1 , Y 3 , Y 5, ... Are read in the first field, and the lines Y 2 , Y 4 , Y 6 ,.
The signal charge of the light receiving element 6 is read out. FIG. 11 shows the spatial spread of the signal in the frame read operation. O 2 shows the first field and E 2 shows the second field. In this frame reading, since the signal charges of each pixel are not mixed, the vertical resolution does not deteriorate, but on the other hand, the reading is done once every 1/30 second, so for a fast-moving subject. An afterimage called a frame afterimage appears.

【0006】一方、FIT型CCD固体撮像素子の垂直
解像度を改善するために、上述のフィールド読み出しと
フレーム読み出しの中間のような動作で読み出す第3の
読み出し動作方法が提案されている。この第3の読み出
し動作方法は、図5に示すように、奇数ラインと偶数ラ
インの受光素子の感度に差をもたせ、それをフィールド
毎に反転し、2ラインの受光素子6の信号電荷を加算し
て読み出すというものである。図5では一方の受光素子
6の露光時間を1/60秒とし、他方の受光素子の露光
時間を之より短い例えば1/120秒として両受光素子
6の信号電荷を加算して読み出す。
On the other hand, in order to improve the vertical resolution of the FIT type CCD solid-state image pickup device, a third read operation method has been proposed in which the read operation is performed in the intermediate operation between the field read and the frame read. In the third read operation method, as shown in FIG. 5, the photosensing elements on the odd and even lines have a difference in sensitivity, which is inverted for each field, and the signal charges of the photosensors 6 on two lines are added. It is then read out. In FIG. 5, the exposure time of one light receiving element 6 is set to 1/60 seconds, and the exposure time of the other light receiving element is set to a shorter time, for example, 1/120 seconds, and signal charges of both light receiving elements 6 are added and read.

【0007】即ち、第1フィールドでは奇数ラインの受
光素子の露光時間を1/120秒とし偶数ラインの受光
素子の露光時間を1/60秒としてラインY1 とY2
3とY4 ,‥‥の2つの受光素子の信号電荷が加算さ
れ、第2フィールドでは奇数ラインの受光素子の露光時
間を1/60秒とし、偶数ラインの受光素子の露光時間
を1/120秒としてラインY2 とY3 ,Y4 とY5
‥‥の2つの受光素子の信号電荷が加算される。このよ
うにすると、1/60秒で読み出すためにフレーム残像
を出すことがなく、また垂直に連続した2画素を混合し
た信号の成分は、露光時間1/60秒の画素のものが重
きを占めることになり、2画素の信号を混合しない状態
に近くなり、垂直解像度が改善される。図6は、この読
み出し動作における信号の空間的広がりを示すもので、
3 は第1フィールド、E3 は第2フィールドを示す。
That is, in the first field, the exposure time of the light receiving elements on the odd lines is 1/120 seconds, and the exposure time of the light receiving elements on the even lines is 1/60 seconds, so that the lines Y 1 and Y 2 ,
The signal charges of the two light receiving elements Y 3 and Y 4 , ... Are added, and in the second field, the exposure time of the light receiving elements of the odd lines is set to 1/60 seconds, and the exposure time of the light receiving elements of the even lines is set to 1 / 120 seconds as lines Y 2 and Y 3 , Y 4 and Y 5 ,
The signal charges of the two light receiving elements are added. In this way, the frame afterimage does not appear in order to read in 1/60 seconds, and the component of the signal obtained by mixing two vertically continuous pixels is dominated by the pixel having an exposure time of 1/60 seconds. As a result, the state where the signals of two pixels are not mixed is approached, and the vertical resolution is improved. FIG. 6 shows the spatial spread of the signal in this read operation.
O 3 indicates the first field and E 3 indicates the second field.

【0008】ところで、FIT型CCD固体撮像素子に
おいては、本来の信号電荷の読み出し前に垂直転送レジ
スタに捨てられた不要電荷が本来の信号電荷と混ざるこ
とがあってはならない。通常の動作では、読み出して動
作を行う前に、高速の掃き捨て転送と呼ばれる動作を行
い、垂直転送レジスタ内の不要電荷を排出するようにし
ている。従来、この不要電荷を排出するために様々な方
法が行われている。
By the way, in the FIT type CCD solid-state image pickup device, the unnecessary charges discarded in the vertical transfer register before reading the original signal charges must not be mixed with the original signal charges. In a normal operation, an operation called high-speed sweep-out transfer is performed to discharge unnecessary charges in the vertical transfer register before reading and performing the operation. Heretofore, various methods have been used to discharge this unnecessary charge.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】垂直転送レジスタ内の
不要電荷を排出する方法として、例えば不要電荷を水平
転送レジスタ側へ排出し、水平転送レジスタでは通常も
しくはそれ以上の早さで水平転送を行い出力部側に排出
する方法がある。
As a method of discharging the unnecessary charges in the vertical transfer register, for example, the unnecessary charges are discharged to the horizontal transfer register side, and the horizontal transfer register performs the horizontal transfer at a normal speed or faster. There is a method of discharging to the output side.

【0010】しかし、この方法の場合、水平転送レジス
タに排出される不要電荷が多すぎ、水平転送レジスタの
取扱い電荷量を越えると、水平転送レジスタによる不要
電荷の転送を充分に行うことができてい。不要電荷が水
平転送レジスタの取扱い電荷量内であれば、それを排出
するのに必要な時間は1走査線期間(水平転送レジスタ
の端から端まで転送するのに必要な時間)でよい。しか
し、この排出動作では、水平転送レジスタの取扱い電荷
量以上の不要電荷が水平転送レジスタに転送されてくる
ことがある。その場合、水平転送レジスタにおいて、1
走査線期間では、排出に充分でなく多くの時間を必要と
する。もし、垂直ブランキング期間内に、この排出が完
了しない場合は、排出しきれなかった不要電荷が映像信
号に混入してしまう。
However, in the case of this method, if the amount of unnecessary charges discharged to the horizontal transfer register is too large and the amount of charges handled by the horizontal transfer register is exceeded, the unnecessary charges can be sufficiently transferred by the horizontal transfer register. . If the unnecessary charge is within the amount of charge handled by the horizontal transfer register, the time required to discharge it is one scan line period (the time required to transfer from end to end of the horizontal transfer register). However, in this discharging operation, unnecessary charges larger than the amount of charges handled by the horizontal transfer register may be transferred to the horizontal transfer register. In that case, in the horizontal transfer register,
In the scan line period, the discharge is insufficient and requires a lot of time. If this discharge is not completed within the vertical blanking period, unnecessary charges that cannot be completely discharged will be mixed into the video signal.

【0011】これを回避するために、水平転送レジスタ
の下側にドレイン部(スミアドレイン)を設けて水平転
送レジスタで取扱うことができない分の不要電荷をこの
ドレイン部に排出する方法もある。この方法では、
(a)ドレイン部を水平転送レジスタの近くに設けるた
めに、そのドレイン部のポテンシャルが深くなり、ブレ
ークダウンを引き起こす可能性がある、(b)ドレイン
部への排出を完全にするために水平転送レジスタとドレ
イン部間にゲートを設ける必要があり、必要なクロック
パルスが増える、等の問題がある。
In order to avoid this, there is also a method in which a drain portion (smear drain) is provided below the horizontal transfer register and unnecessary charges that cannot be handled by the horizontal transfer register are discharged to this drain portion. in this way,
(A) Since the drain part is provided near the horizontal transfer register, the potential of the drain part becomes deep, which may cause breakdown. (B) Horizontal transfer for complete discharge to the drain part. There is a problem that a gate needs to be provided between the register and the drain portion, and the number of necessary clock pulses increases.

【0012】その他、垂直転送レジスタ内の不要電荷を
排出する方法として、水平転送レジスタの出力部側とは
反対側にドレイン部を設けて水平転送レジスタを逆転送
して不要電荷を排出する方法、或は、垂直転送レジスタ
を逆転送して撮像部の上側(水平転送レジスタと反対
側)にドレイン部を設けて不要電荷を排出する方法等も
ある。しかし、これらの方法も上記と同様の問題を有し
ている。
In addition, as a method for discharging unnecessary charges in the vertical transfer register, a method is provided in which a drain section is provided on the side opposite to the output section side of the horizontal transfer register and the horizontal transfer register is reversely transferred to discharge unnecessary charges. Alternatively, there is also a method in which the vertical transfer register is reversely transferred and a drain part is provided on the upper side of the imaging unit (the side opposite to the horizontal transfer register) to discharge unnecessary charges. However, these methods also have the same problems as described above.

【0013】一方、通常の信号電荷の転送の際、水平転
送レジスタの取扱い電荷量を越える信号電荷があった場
合(いわゆる大光量時)には、その余剰電荷が水平方向
にあふれ、画面の流れが発生する可能性がある。
On the other hand, when there is a signal charge that exceeds the amount of charge handled by the horizontal transfer register during normal signal charge transfer (so-called large light amount), the surplus charge overflows in the horizontal direction and the screen flow. May occur.

【0014】本発明は、上述の点に鑑み、水平転送レジ
スタに取扱い電荷量を越える電荷が転送された場合に
も、余剰電荷を排出して適正に水平転送レジスタ内を電
荷転送できるようにした固体撮像素子を提供するもので
ある。
In view of the above-mentioned point, the present invention makes it possible to discharge excess charges and properly transfer charges in the horizontal transfer register even when charges exceeding the handled charge amount are transferred to the horizontal transfer register. A solid-state imaging device is provided.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、マトリックス
配列された複数の受光素子6と、この受光素子6の各列
に対応する垂直転送レジスタ7と、水平転送レジスタ4
を有する固体撮像素子において、水平転送レジスタ4に
縦型オーバーフロー機能をもたせ、垂直転送レジスタ7
からの電荷を水平転送レジスタ4より出力部5へ転送す
ると共に、電荷のうち水平転送レジスタ4の取扱い電荷
量を越える電荷分を縦型オーバーフロー機能を介して基
板側に排出するように構成する。
According to the present invention, a plurality of light receiving elements 6 arranged in a matrix, a vertical transfer register 7 corresponding to each column of the light receiving elements 6, and a horizontal transfer register 4 are provided.
In the solid-state image sensor having the above, the horizontal transfer register 4 has a vertical overflow function, and the vertical transfer register 7
Is transferred from the horizontal transfer register 4 to the output unit 5, and the charge exceeding the amount of charge handled by the horizontal transfer register 4 is discharged to the substrate side through the vertical overflow function.

【0016】また、本発明は、マトリックス配列された
複数の受光素子6と、この受光素子6の各列に対応する
垂直転送レジスタ7と、水平転送レジスタ4を有し、感
度差をもたせた隣り合う2ラインの受光素子6の信号電
荷を加算して読み出すようにしてなる固体撮像素子にお
いて、水平転送レジスタ4に縦型オーバーフロー機能を
もたせ、垂直転送レジスタ4内の不要電荷を水平転送レ
ジスタ4から出力部5へ排出すると共に、不要電荷のう
ち水平転送レジスタ4の取扱い電荷量を越える不要電荷
を縦型オーバーフロー機能を介して基板側に排出するよ
うに構成する。
Further, according to the present invention, a plurality of light receiving elements 6 arranged in a matrix, a vertical transfer register 7 corresponding to each column of the light receiving elements 6 and a horizontal transfer register 4 are provided. In the solid-state imaging device configured to add and read the signal charges of the light receiving elements 6 of two lines which match each other, the horizontal transfer register 4 is provided with a vertical overflow function so that unnecessary charges in the vertical transfer register 4 are removed from the horizontal transfer register 4. In addition to being discharged to the output unit 5, unnecessary charges exceeding the amount of charges handled by the horizontal transfer register 4 among the unnecessary charges are discharged to the substrate side via the vertical overflow function.

【0017】上記固体撮像素子において隣り合う2ライ
ンの受光素子6の感度の比を1:1/2とすることがで
きる。
In the above solid-state image pickup device, the sensitivity ratio of the light receiving elements 6 of two adjacent lines can be set to 1: 1/2.

【0018】また、電子シャッタ動作で隣り合う2ライ
ン間の受光素子6に感度差をもたせるようにすることが
できる。
Further, it is possible to make the light receiving element 6 between two adjacent lines have a sensitivity difference by the electronic shutter operation.

【0019】さらに、垂直転送レジスタ7内の不要電荷
は垂直ブランキング期間内で排出するようになす。
Further, the unnecessary charges in the vertical transfer register 7 are discharged within the vertical blanking period.

【0020】[0020]

【作用】本発明においては、水平転送レジスタに縦型オ
ーバーフロー機能をもたせることにより、水平転送レジ
スタにその取扱い電荷量を越える過大な電荷が転送され
てきても、取扱い電荷量を越える分はオーバーフロー機
能を介して基板側へ排出され、水平転送レジスタではそ
の取扱い電荷量以下の電荷分のみが水平方向に転送され
ることになり、不要電荷の完全掃き出し、或いは大光量
時の画面の流れを防ぐこと等が可能となる。
In the present invention, by providing the horizontal transfer register with the vertical overflow function, even if an excessive amount of charge exceeding the amount of charge to be handled is transferred to the horizontal transfer register, the overflow function is provided to the extent that the amount of charge to be handled exceeds. The charges are discharged to the substrate side through the horizontal transfer register, and only the charges less than the handled charge amount are transferred in the horizontal direction in the horizontal transfer register, so that the unnecessary charges are completely swept out or the screen flow at the time of a large amount of light is prevented. Etc. are possible.

【0021】また、本発明においては、水平転送レジス
タに縦型オーバーフロー機能をもたせ、垂直転送レジス
タ内の不要電荷を水平転送レジスタから出力部へ排出す
ると共に、不要電荷のうち水平転送レジスタの取扱い電
荷量を越える電荷分を縦型オーバーフロー機能を介して
基板方向に排出することにより、水平転送レジスタの取
扱い電荷量以上の不要電荷であっても、完全に排出する
ことができ、不要電荷が水平転送レジスタ内に残留する
ことはない。従って、映像信号と不要電荷が混ざること
がない。
Further, in the present invention, the horizontal transfer register is provided with a vertical overflow function so that unnecessary charges in the vertical transfer register are discharged from the horizontal transfer register to the output section, and at the same time, unnecessary charges in the horizontal transfer register are handled. By discharging the charge exceeding the amount toward the substrate via the vertical overflow function, even if the amount of unnecessary charge exceeds the amount handled by the horizontal transfer register, it can be completely discharged, and the unnecessary charge is transferred horizontally. It does not remain in the register. Therefore, the video signal and the unnecessary charges do not mix.

【0022】感度差をもたせた2受光素子の信号電荷を
加算して読み出す動作において、2受光素子の感度の比
を1:1/2とするときは、信号読み出しが適正に行わ
れる。
In the operation of adding and reading the signal charges of the two light receiving elements having a difference in sensitivity, when the sensitivity ratio of the two light receiving elements is set to 1: 1/2, signal reading is properly performed.

【0023】また電子シャッタ動作を利用することによ
り、容易に感度差をもたせることができる。
Further, by using the electronic shutter operation, it is possible to easily make a difference in sensitivity.

【0024】垂直ブランキング期間内で不要電荷の排出
を完了できるので、不要電荷が映像信号混入されない。
Since the discharge of the unnecessary charges can be completed within the vertical blanking period, the unnecessary charges are not mixed with the video signal.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を参照して本発明による固体撮像
素子の実施例を説明する。
Embodiments of the solid-state image pickup device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1はFIT型CCD固体撮像素子に適用
した場合である。同図において、1は本例に係るCCD
固体撮像素子を全体として示し、2はその撮像部、3は
蓄積部、4はCCD構造の水平転送レジスタ、5は水平
転送レジスタ4の終段に接続された出力部を示す。
FIG. 1 shows the case of application to a FIT type CCD solid-state image pickup device. In the figure, 1 is a CCD according to this example.
The solid-state image pickup device is shown as a whole, 2 is its image pickup unit, 3 is a storage unit, 4 is a horizontal transfer register having a CCD structure, and 5 is an output unit connected to the final stage of the horizontal transfer register 4.

【0027】撮像部2は画素となる多数の受光素子6を
マトリックス状に配列すると共に、受光素子の各垂直列
の1側に受光素子6の信号電荷を垂直方向に転送するC
CD構造の垂直転送レジスタ7を配してなる。
The image pickup section 2 arranges a large number of light receiving elements 6 to be pixels in a matrix and transfers the signal charges of the light receiving elements 6 to one side of each vertical column of the light receiving elements in the vertical direction.
A vertical transfer register 7 having a CD structure is arranged.

【0028】蓄積部3は撮像部2の垂直方向の下側に配
され、撮像部2で発生した信号電荷を一時蓄積するため
のもので、撮像部2の各垂直転送レジスタ7と1対1で
対応する同様にCCD構造の複数の垂直転送レジスタ8
を有してなる。
The storage unit 3 is arranged below the image pickup unit 2 in the vertical direction, and is for temporarily storing the signal charges generated in the image pickup unit 2, and has a one-to-one correspondence with each vertical transfer register 7 of the image pickup unit 2. Similarly, a plurality of vertical transfer registers 8 of CCD structure
To have.

【0029】撮像部2の垂直転送レジスタ7及び蓄積部
3の垂直転送レジスタ8は、いずれも例えば4相の駆動
パルスφIM1 ,φIM2 ,φIM3 ,φIM4 及びφST1 ,φ
ST2,φST3 ,φST4 で制御される4相駆動方式を採用
しており、転送電極を有する4つの転送部を1ビットと
している。撮像部2の垂直転送レジスタ7では、φIM 1
及びφIM2 が印加される2つの転送部及びφIM3 及びφ
IM4 が印加される2つの転送部が夫々1つの受光素子6
に対応するように形成される。
Vertical transfer register 7 and storage unit of the image pickup unit 2
The vertical transfer registers 8 of 3 are all driven by, for example, 4 phases.
Pulse φIM1, ΦIM2, ΦIM3, ΦIMFourAnd φST1, Φ
ST2, ΦST3, ΦSTFour4 phase drive system controlled by
The four transfer units having transfer electrodes are set to 1 bit.
is doing. In the vertical transfer register 7 of the image pickup unit 2, φIM 1
And φIM2Transfer section to which is applied and φIM3And φ
IMFourThe two transfer units to which the
Is formed to correspond to.

【0030】水平転送レジスタ4は、2相の駆動パルス
φH1 及びφH2 で制御される2相駆動方式を採用して
おり、図2に示すように半導体基板11上に絶縁膜12
を介して夫々転送電極11を形成してなる第1のストレ
ージ部St1 、第1のトランスファ部Tr1 、第2のス
トレージ部St2 及び第2のトランスファ部Tr2 で1
ビットを形成し、この1ビットが1つの垂直転送レジス
タ8に対応するように形成される。
The horizontal transfer register 4 employs a two-phase drive system controlled by two-phase drive pulses φH 1 and φH 2. As shown in FIG. 2, the insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 11.
The first storage section St 1 , the first transfer section Tr 1 , the second storage section St 2, and the second transfer section Tr 2 each having a transfer electrode 11 formed through
A bit is formed, and one bit is formed so as to correspond to one vertical transfer register 8.

【0031】撮像部2の各受光素子6では、信号電荷を
基板側にオーバーフローさせる縦型オーバーフロー機能
を有するように構成され、露光時は図4の実線15で示
すポテンシャル状態を呈し、信号電荷eが蓄積され、過
剰電荷はポテンシャルバリア部16を越える基板側にオ
ーバーフローされる。同時に、露光期間内に印加される
電子シャッタパルスにより基板電位が変化し、図4の破
線17で示すポテンシャル状態となしてそれまで蓄積さ
れた電荷を基板側に排出し、以後の露出時間で蓄積され
た信号電荷のみを読み出すようになす電子シャッタ機能
を有している。
Each light receiving element 6 of the image pickup section 2 is constructed to have a vertical overflow function for overflowing the signal charges to the substrate side, and at the time of exposure, the potential state shown by the solid line 15 in FIG. Are accumulated and excess charges overflow to the substrate side beyond the potential barrier section 16. At the same time, the substrate potential is changed by the electronic shutter pulse applied during the exposure period, the potential state shown by the broken line 17 in FIG. 4 is established, and the charges accumulated up to that point are discharged to the substrate side, and accumulated in the subsequent exposure time. It has an electronic shutter function for reading out only the generated signal charges.

【0032】しかして、本例では、特に水平転送レジス
タ4をストレージ部St1 (又はSt2 )がオン状態の
とき、深さ方向におけるポテンシャル分布が、図3の実
線18の状態となるようにし、ポテンシャルバリア部
(所謂オーバーフロー部)19を越える電荷を基板側に
オーバーフローさせる構造、即ち縦型オーバーフロー機
能を有する構造に構成する。
However, in this example, the potential distribution in the depth direction is set to the state of the solid line 18 in FIG. 3 especially when the storage unit St 1 (or St 2 ) is in the ON state. The structure is such that electric charges that exceed the potential barrier portion (so-called overflow portion) 19 overflow to the substrate side, that is, a structure having a vertical overflow function.

【0033】この場合、図2のストレージ部St1 (又
はSt2 )のオン状態(電位が高いレベル)のときのポ
テンシャルをφmin 、トランスファ部Tr1 (又はTr
2 )のポテンシャルをφmax 、その間のポテンシャルバ
リアの高さをφbar1とし、また、図3(図2のA−A線
上のポテンシャル図)に示すように、ストレージ部St
1 (又はSt2 )の深さ方向のポテンシャルバリア部1
9のポテンシャルをφOF、その間のポテンシャルバリア
の高さをφbar2とするとき、 φmin <φOF<φmax φbar2<φbar1 の関係が満足されるように設定する。
In this case, the potential when the storage unit St 1 (or St 2 ) in FIG. 2 is in the ON state (high potential level) is φ min, and the transfer unit Tr 1 (or Tr) is
2 ) the potential is φ max, the height of the potential barrier between them is φ bar 1, and as shown in FIG. 3 (potential diagram on the line AA in FIG. 2), the storage unit St
1 (or St 2 ) depth barrier 1
When the potential of 9 is φOF and the height of the potential barrier between them is φbar 2 , it is set so that the relation of φmin <φOF <φmax φbar 2 <φbar 1 is satisfied.

【0034】次に、上述のCCD固体撮像素子の動作を
説明する。
Next, the operation of the above CCD solid-state image pickup device will be described.

【0035】垂直ブランキング期間内において、垂直転
送レジスタ7内の不要電荷の排出、受光素子6から垂直
転送レジスタ7への信号電荷の読み出し、撮像部2から
蓄積部3への信号電荷の転送等の一連の動作が行われ
る。
During the vertical blanking period, unnecessary charges in the vertical transfer register 7 are discharged, signal charges are read from the light receiving element 6 to the vertical transfer register 7, signal charges are transferred from the image pickup section 2 to the storage section 3, and the like. A series of operations is performed.

【0036】即ち、受光素子6の信号電荷を垂直転送レ
ジスタ7に読み出す前に、垂直転送レジスタ7内の不要
電荷を撮像部2の垂直転送レジスタ7及び蓄積部3の垂
直転送レジスタ8に高速排出パルスを印加して水平転送
レジスタ4に高速転送すると共に、水平転送レジスタ4
内を転送して出力部5へ排出する。
That is, before reading the signal charge of the light receiving element 6 to the vertical transfer register 7, the unnecessary charge in the vertical transfer register 7 is discharged to the vertical transfer register 7 of the image pickup unit 2 and the vertical transfer register 8 of the storage unit 3 at high speed. Apply a pulse to transfer to the horizontal transfer register 4 at high speed, and
The contents are transferred and discharged to the output unit 5.

【0037】不要電荷が水平転送レジスタ4に転送され
た際、その不要電荷の内、水平転送レジスタ4の取扱い
電荷量を越える電荷は、図3のポテンシャル分布で示す
ように縦型オーバーフロー機能により基板側に排出され
る。従って、水平転送レジスタ4では取扱い電荷量以下
の不要電荷を転送することになり、その不要電荷の排出
に必要な時間は、垂直転送レジスタ8から水平転送レジ
スタ7への不要電荷の排出が完了してから1走査線時間
(水平転送レジスタの端から端まで転送する必要な時
間)でよい。従って、不要電荷が水平転送レジスタの取
扱い電荷量以上であっても、水平転送レジスタ4におい
て、1水平走線査期間で排出を完了させることができ
る。
When unnecessary charges are transferred to the horizontal transfer register 4, any charges exceeding the amount of charges handled by the horizontal transfer register 4 among the unnecessary charges are transferred to the substrate by the vertical overflow function as shown by the potential distribution in FIG. Discharged to the side. Therefore, the horizontal transfer register 4 transfers unnecessary charges less than the handled charge amount, and the discharge of the unnecessary charges from the vertical transfer register 8 to the horizontal transfer register 7 is completed during the time required to discharge the unnecessary charges. 1 scan line time (the time required to transfer from end to end of the horizontal transfer register). Therefore, even if the amount of unnecessary charges is equal to or more than the amount of charges handled by the horizontal transfer register, the horizontal transfer register 4 can complete the discharge in one horizontal scanning period.

【0038】次いで、読み出しパルスで受光素子6の信
号電荷が読み出しゲートを通して垂直シフトレジスタ7
に読み出された後、垂直転送レジスタ7及び8に高速転
送パルスが与えられ、垂直転送レジスタ7から蓄積部3
に転送される。
Next, the read pulse causes the signal charge of the light-receiving element 6 to pass through the read gate to the vertical shift register 7.
After being read by the vertical transfer registers 7 and 8, a high-speed transfer pulse is applied to the vertical transfer registers 7 and 8 and the vertical transfer registers 7 and 8 accumulate the data in the storage unit 3.
Transferred to.

【0039】そして、水平ブランキング期間毎に蓄積部
3から1水平ライン毎の信号電荷が水平転送レジスタ4
に転送される。水平転送レジスタ4に転送された1水平
ラインの信号電荷は水平転送レジスタ4内を水平方向に
転送されて出力部5より出力される。
Then, in each horizontal blanking period, the signal charges for each horizontal line from the storage unit 3 are transferred to the horizontal transfer register 4.
Transferred to. The signal charge of one horizontal line transferred to the horizontal transfer register 4 is horizontally transferred in the horizontal transfer register 4 and output from the output unit 5.

【0040】一方、画素の読み出し動作は、感度差をも
たせた垂直方向に隣り合う2画素の信号電荷を加算して
読み出す前述の第3の読み出し方法がとられる。
On the other hand, the pixel reading operation is performed by the above-mentioned third reading method in which the signal charges of two vertically adjacent pixels having a difference in sensitivity are added and read.

【0041】本例では、図6で説明したと同様に、上下
2ラインの受光素子6のうち、一方のラインの受光素子
6の露光時間を通常のフィールド読み出しと同じ1/6
0秒とし、他方のラインの受光素子の露光時間を電子シ
ャッタを作動して1/120秒として、両ラインの画素
間の感度差を1:1/2となして、上下2つの受光素子
6の信号電荷を垂直転送レジスタ7内で加算する。そし
て、之を奇数フィールドと偶数フィールドで加算する組
を交互に変えて出力する。
In this example, as described with reference to FIG. 6, of the light receiving elements 6 of the upper and lower two lines, the exposure time of the light receiving element 6 of one line is ⅙, which is the same as in the normal field reading.
0 seconds, the exposure time of the light receiving elements on the other line is set to 1/120 seconds by operating the electronic shutter, and the sensitivity difference between the pixels on both lines is set to 1: 1/2. The signal charges are added in the vertical transfer register 7. Then, the groups for addition in the odd field and the even field are alternately changed and output.

【0042】上述の構成によれば、信号電荷の読み出し
前の垂直転送レジスタ7内の不要電荷の高速掃き出しの
際に、水平転送レジスタ4に転送された不要電荷のう
ち、水平転送レジスタの取扱い電荷量を越える電荷分は
基板側にオーバーフローさせて排出し、取扱い電荷量以
下の電荷分のみを水平転送レジスタ7内を転送して出力
部5から排出するので、上記読み出し動作を行った際に
問題となる不要電荷が水平転送レジスタ内に残留してし
まうことを完全に防止することができる。
According to the above configuration, of the unnecessary charges transferred to the horizontal transfer register 4 during the high-speed sweeping of the unnecessary charges in the vertical transfer register 7 before reading the signal charges, the charges handled by the horizontal transfer register are included. The charge exceeding the amount overflows to the substrate side and is discharged, and only the charge less than the handled charge is transferred in the horizontal transfer register 7 and discharged from the output unit 5. Therefore, there is a problem in performing the above reading operation. It is possible to completely prevent unnecessary electric charges that would otherwise remain in the horizontal transfer register.

【0043】即ち、垂直ブランキング期間内で不要電荷
の排出を完了することができ、不要電荷が有効映像信号
に混入することを防止することができる。
That is, the discharge of the unnecessary charges can be completed within the vertical blanking period, and it is possible to prevent the unnecessary charges from being mixed into the effective video signal.

【0044】また、通常の信号電荷の転送の際、水平転
送レジスタ4の取扱い電荷量を越える信号電荷があって
も、その余剰電荷が水平方向にあふれることがないの
で、大光量時に発生する可能性のあるいわゆる画面の流
れを防ぐことができる。
Further, during normal signal charge transfer, even if there is a signal charge that exceeds the amount of charge handled by the horizontal transfer register 4, the excess charge does not overflow in the horizontal direction, so that it can occur when the amount of light is large. It is possible to prevent a so-called screen flow having a certain characteristic.

【0045】また、感度差をもたせた2画素の信号電荷
を加算して読み出す読み出し動作において、その上下2
画素の感度の比として1:1/2(即ち1/60秒:1
/120秒)とするときは、信号読み出しを適正に動作
させることができる。
In addition, in the read operation in which the signal charges of the two pixels having the sensitivity difference are added and read, the upper and lower two
The ratio of pixel sensitivity is 1: 1/2 (ie 1/60 seconds: 1
/ 120 seconds), the signal reading can be properly operated.

【0046】また電子シャッタ動作を利用することによ
り、容易に感度差をもたせることができる。
Further, by utilizing the electronic shutter operation, it is possible to easily make a difference in sensitivity.

【0047】尚、上例では上下2画素の感度の比を1:
1/2としたが、之に限らず、任意の感度比に設定する
ことも可能である。
In the above example, the sensitivity ratio of the upper and lower two pixels is 1 :.
Although it has been set to 1/2, the sensitivity ratio is not limited to this, and can be set to any sensitivity ratio.

【0048】また、本発明は、フィールド読み出し、フ
レーム読み出しの動作を行うFIT型CCD撮像素子に
も適用できる。
The present invention can also be applied to a FIT type CCD image pickup device which performs field reading and frame reading operations.

【0049】更に、上例では本発明の縦型オーバーフロ
ー機能をもつ水平転送レジスタをFIT型CCD固体撮
像素子に適用したが、その他、インターライントランス
ファ(IT)型のCCD固体撮像素子にも適用すること
ができる。
Further, in the above example, the horizontal transfer register having the vertical overflow function of the present invention is applied to the FIT type CCD solid state image pickup device, but it is also applied to the interline transfer (IT) type CCD solid state image pickup device. be able to.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子におい
て、信号電荷の読み出し前の垂直転送レジスタ内の不要
電荷を水平転送レジスタを通して排出する際、不要電荷
が水平転送レジスタの取扱い電荷量を越える場合にも水
平転送レジスタ内に残留させることなく、垂直ブランキ
ング期間内に全て排出させることができる。従って、不
要電荷が有効映像信号に混入することを防ぐことができ
る。
According to the present invention, in the solid-state image pickup device, when the unnecessary charge in the vertical transfer register before reading the signal charge is discharged through the horizontal transfer register, the unnecessary charge exceeds the amount of charge handled by the horizontal transfer register. Also in this case, all the particles can be discharged within the vertical blanking period without being left in the horizontal transfer register. Therefore, it is possible to prevent unnecessary charges from being mixed into the effective video signal.

【0051】また、通常の信号電荷の転送の際、水平転
送レジスタの取扱い電荷量を越える信号電荷があって
も、その余剰電荷が水平方向にあふれることがないの
で、大光量時に発生する可能性がある画面の流れを防ぐ
ことができる。
In addition, during normal signal charge transfer, even if there is a signal charge that exceeds the amount of charge handled by the horizontal transfer register, the excess charge does not overflow in the horizontal direction, so there is a possibility that it will occur when there is a large amount of light. There is a screen flow that can be prevented.

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

【図1】本発明に係るFIT型CCD固体撮像素子の例
を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a FIT type CCD solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】水平転送レジスタの断面及びポテンシャルを示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross section and a potential of a horizontal transfer register.

【図3】図2のA−A線上のポテンシャル図である。FIG. 3 is a potential diagram on the line AA of FIG.

【図4】電子シャッタ動作の説明に供するポテンシャル
図である。
FIG. 4 is a potential diagram used to explain an electronic shutter operation.

【図5】第3の読み出し動作の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a third read operation.

【図6】図5の読み出し動作における信号の空間的広が
りを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a spatial spread of a signal in the read operation of FIG.

【図7】フィールド読み出し動作の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a field read operation.

【図8】図7のフィールド読み出し動作における信号の
空間的広がりを示す図である。
8 is a diagram showing a spatial spread of a signal in the field read operation of FIG.

【図9】フレーム読み出し動作の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a frame reading operation.

【図10】図9のフレーム読み出し動作における信号の
空間的広がりを示す図である。
10 is a diagram showing a spatial spread of a signal in the frame read operation of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FIT型CCD固体撮像素子 2 撮像部 3 蓄積部 4 水平転送レジスタ 5 出力部 6 受光素子 7,8 垂直転送レジスタ 1 FIT CCD solid-state imaging device 2 imaging unit 3 storage unit 4 horizontal transfer register 5 output unit 6 light-receiving device 7, 8 vertical transfer register

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックス配列された複数の受光素子
と、該受光素子の各列に対応する垂直転送レジスタと、
水平転送レジスタを有する固体撮像素子において、上記
水平転送レジスタに縦型オーバーフロー機能をもたせ、
上記垂直転送レジスタからの電荷を上記水平転送レジス
タより出力部へ転送すると共に、該電荷のうち上記水平
転送レジスタの取扱い電荷量を越える電荷分を上記縦型
オーバーフロー機能を介して基板側に排出するようにし
て成ることを特徴とする固体撮像素子。
1. A plurality of light receiving elements arranged in a matrix, and a vertical transfer register corresponding to each column of the light receiving elements,
In a solid-state imaging device having a horizontal transfer register, the horizontal transfer register is provided with a vertical overflow function,
The charges from the vertical transfer register are transferred from the horizontal transfer register to the output section, and the charges exceeding the amount of charges handled by the horizontal transfer register are discharged to the substrate side through the vertical overflow function. A solid-state image sensor having the above-mentioned structure.
【請求項2】 マトリックス配列された複数の受光素子
と、該受光素子の各列に対応する垂直転送レジスタと、
水平転送レジスタを有し、感度差をもたせた隣り合う2
ラインの受光素子の信号電荷を加算して読み出すように
してなる固体撮像素子において、上記水平転送レジスタ
に縦型オーバーフロー機能をもたせ、上記垂直転送レジ
スタ内の不要電荷を上記水平転送レジスタから出力部へ
排出すると共に、該不要電荷のうち上記水平転送レジス
タの取扱い電荷量を越える不要電荷を上記縦型オーバー
フロー機能を介して基板側に排出するようにして成るこ
とを特徴とする固体撮像素子。
2. A plurality of light receiving elements arranged in a matrix, and a vertical transfer register corresponding to each column of the light receiving elements,
Adjacent two with a horizontal transfer register and different sensitivity
In a solid-state imaging device configured to add and read out signal charges of light receiving elements of a line, the horizontal transfer register is provided with a vertical overflow function, and unnecessary charges in the vertical transfer register are transferred from the horizontal transfer register to an output section. A solid-state image pickup device, characterized in that unnecessary charges exceeding the amount of charges handled by the horizontal transfer register among the unnecessary charges are discharged to the substrate side through the vertical overflow function.
【請求項3】 隣り合う2ラインの受光素子の感度の比
を1:1/2としたことを特徴とする請求項2記載の固
体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the sensitivity ratio of the light receiving elements of two adjacent lines is set to 1: 1/2.
【請求項4】 電子シャッタ動作で隣り合う2ライン間
の受光素子に感度差をもたせることを特徴とする請求項
2又は請求項3記載の固体撮像素子。
4. The solid-state image pickup device according to claim 2, wherein a light receiving element between two adjacent lines is provided with a sensitivity difference by an electronic shutter operation.
【請求項5】 垂直ブランキング期間内で垂直転送レジ
スタ内の不要電荷を排出することを特徴とする請求項
2、請求項3又は請求項4記載の固体撮像素子。
5. The solid-state image pickup device according to claim 2, wherein unnecessary charges in the vertical transfer register are discharged within the vertical blanking period.
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