JPH0748828B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH0748828B2
JPH0748828B2 JP63135864A JP13586488A JPH0748828B2 JP H0748828 B2 JPH0748828 B2 JP H0748828B2 JP 63135864 A JP63135864 A JP 63135864A JP 13586488 A JP13586488 A JP 13586488A JP H0748828 B2 JPH0748828 B2 JP H0748828B2
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JP
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signal charges
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康隆 中柴
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NEC Corp
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  • Picture Signal Circuits (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に関し、特にそのホトセンサの採
光時間を制御する電子シャッターの構造に関する。
〔従来の技術〕
この種の従来の固体撮像素子のブロック図を第7図に、
セル部の平面図を第8図(a)に、垂直レジスタの断面
図(第8図(a)のY−Y′線断面図)を第8図(b)
に、電子シャッタ動作時の垂直シフトレジスタ2の読出
転送ゲートに印加されるクロックパルスの一例を第11図
に、通常動作時の垂直シフトレジスタ2の読出兼転送ゲ
ートに印加されるクロックパルスの一例を第12図に、垂
直転送時各ゲートに印加されるクロックパルスφV1〜φ
V4の信号波形を第9図に、垂直転送時のポテンシャル分
布推移図を第10図に示す。
複数個のホトセンサ1が複数列に形成され、そのホトセ
ンサ1の各縦配列と近接平行して、読出兼転送ゲート1
1′,12′と転送ゲート21′,21′を交互に配置して構成
される垂直シフトレジスタ2がそれぞれ形成され、その
垂直シフトレジスタ2の各一端に水平シフトレジスタ3
が形成され、その一端に信号出力部5が、形成されてい
る。
ホトセンサ1に入射した光の光量に応じて信号電荷が、
ホトセンサ1に蓄積され、第12図に示した読み出しパル
スφH2(約15V)により垂直シフトレジスタ2に読み出
される。垂直シフトレジスタ2の全電荷パターンは、第
9図に示したクロックパルスにより、第10図に示したよ
うに、行単位で、一水平走査線毎に水平シフトレジスタ
3に並列転送され信号出力部5より順次ビデオ信号とし
て出力される。
また、電子シャッタ動作の場合には、垂直ブランキング
期間内にそれまでホトセンサ1に蓄積されていた不要な
映像信号電荷は、第11図に示した不要電荷読み出しパル
スVH1により垂直シフトレジスタ2に読み出され、通常
のクロックパルスの50〜100倍の周波数の高速掃き出し
パルス7による高速動作で垂直シフトレジスタ2の水平
シフトレジスタ3と反対側に設けられた掃き出しドレイ
ン6に除去されホトセンサ1の採光時間Tを経た後、映
像信号の信号電荷は読み出しパルスVH2により垂直シフ
トレジスタ2に読み出され、以下前述と同様の動作によ
り、順次信号出力部4よりビデオ信号として出力され
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の固体撮像素子は、不要な映像信号の信号
電荷を垂直ブランキング期間内に通常のクロックパルス
の50〜100倍の周波数の高速度の転送により、垂直シフ
トレジスタの一端に設けられた掃き出しドレインに転送
するため、本来垂直シフトレジスタが有しているバイア
スチャージ的存在である暗電流も同時に除去され、映像
信号の上下方向にシェーディングが発生したり、順方向
の転送不良が生じたり、また不用電荷の掃き出し不良が
生じたりするという動作上の欠点があり、またテレビジ
ョンカメラシステムとして使用した場合、消費電力が非
常に大きくなるという欠点がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の固体撮像素子は、入射光量に応じて信号電荷を
蓄積するホトセンサを複数個配置したホトセンサ列、前
記ホトセンサから信号電荷を読出す読出兼転送ゲート、
第1〜第3の転送ゲートの組を前記各ホトセンサ列と平
行に配置してなる垂直シフトレジスタ、不要な信号電荷
を排出する掃き出しドレイン及び前記掃き出しドレイン
と前記垂直シフトレジスタの出力段間に設けられた第4
の転送ゲートからなる画素列を複数個有し、行単位で一
水平走査期間毎に前記垂直シフトレジスタより転送され
てくる信号電荷を順次転送する水平シフトレジスタと、
前記水平シフトレジスタの出力段に接続された信号出力
部とを有し、1フィールド期間内の第1のタイミングで
奇数行(または偶数行)の前記読出兼転送ゲートに第1
の読出しパルスを印加することにより奇数行(または偶
数行)の前記ホトセンサから信号電荷を前記垂直シフト
レジスタに読み出し、次に1サイクル分前記垂直シフト
レジスタで転送することにより偶数行(または奇数行)
の前記読出兼転送ゲートに移した後、前記1フィールド
期間内の第2のタイミングで奇数行(または偶数行)の
前記読出兼転送ゲートに第2の読出しパルスを印加する
ことにより奇数行(または偶数行)の前記ホトセンサか
ら信号電荷を前記垂直シフトレジスタに読み出し、次に
前記第1,第2のタイミングで読み出された信号電荷を同
時に前記垂直シフトレジスタで転送し、前記第1のタイ
ミングで読み出され前記垂直シフトレジスタを転送され
てきた各信号電荷を前記第4の転送ゲートを介して前記
掃き出しドレインに排出し、前記第2のタイミングで読
み出され前記垂直シフトレジスタを転送されてきた信号
電荷を一水平走査線分の映像信号として前記水平シフト
レジスタに転送する電子シャッタ動作を行う制御手段を
有することを特徴とする。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
(a)はこの実施例のセル部を示す平面図、第2図
(b)は第2図(a)のY−Y′線断面図、第3図
(a)はこの実施例の掃き出しドレインを示す平面図、
第3図(b)は第3図(a)のX−X′線断面図であ
る。
この実施例は、入射光量に応じて信号電荷を蓄積するホ
トセンサ1を複数個配置したホトセンサ列、ホトセンサ
1から信号電荷を読出す読出兼転送ゲート11、第1〜第
3の転送ゲート21−1〜21−3の組を各ホトセンサ列と
平行に配置してなる垂直シフトレジスタ2、不要な信号
電荷を排出する掃き出しドレイン6及び掃き出しドレイ
ン6と垂直シフトレジスタ2の出力段間に設けられた第
4の転送ゲート30からなる画素列を複数個有し、行単位
で一水平走査期間毎に垂直シフトレジスタ6より転送さ
れてくる信号電荷を順次転送する水平シフトレジスタ3
と、水平シフトレジスタ3の出力段に接続された信号出
力部4とを有している。
次に、この実施例の動作について説明する。
第4図は、この実施例において、垂直転送時各ゲートに
印加されるクロックパルスφV11〜φV14V21〜φ24
信号波形図、第5図は同じく垂直転送時のポテンシャル
分布推移図、第6図(a)は同じく電子シャッタ動作時
の垂直シフトレジスタの読出兼転送ゲートに印加される
クロックパルスの一例を示す信号波形図、第6図(b)
は同じく通常動作時の垂直シフトレジスタの読出兼転送
ゲートに印加されるクロックパルスの一例を示す信号波
形図、第6図(c)は第4の転送ゲートに印加されるク
ロックパルスの信号波形図である。なお水平シフトレジ
スタについては従来例と全く同じである。
まず電子シャッタ動作について説明すると、ホトセンサ
1に蓄積されていた不要な映像信号の信号電荷は、第6
図(a)に示すように、垂直ブランキング期間内に、読
出しパルスVH1(約15V)を例えば奇数フィールド期間に
は奇数行の読出兼転送ゲート11,13,…に加えると、垂直
シフトレジスタ2に読み出され、ホトセンサ1の採光時
間Tが終るまでの間に1サイクル分(例えば読出兼転送
ゲート11下部から12下部へ)転送される。ホトセンサの
採光時間Tが経過すると、ホトセンサに採光時間Tの間
に蓄積された電荷が映像信号の信号電荷として読出しパ
ルスVH2により垂直レジスタ2に読み出される。
垂直シフトレジスタ2上に存在する不要な映像信号の信
号電荷(第5図に太丸で示す)と映像信号の信号電荷
(第5図にで示す)は、第4図に示したような位相関
係を有する従来のクロック周波数の2倍の周波数で第5
図に示した様に同時に水平シフトレジスタに向い転送さ
れる。
第4の転送ゲート30には第6図(c)に示した様なクロ
ックパルスが印加されているが、不要な映像信号の信号
電荷が転送されて来たタイミングで不要電荷掃き出しパ
ルスVH3によりゲートをオンさせ、不要な映像信号の信
号電荷を近接して設けられた掃き出しドレイン6に除去
し映像信号の信号電荷が転送されて来たタイミングで
は、VM3のクロックパルスレベル(約OV)を使用し掃き
出しドレイン6に除去されないようにすれば読出しパル
スVH2のタイミングで読み出された信号電荷を一水平走
査線分の映像信号として水平シフトレジスタ3に転送さ
れ順次信号出力部4よりビデオ信号として出力される。
偶数フィールド期間には偶数行の読出兼転送レジスタ1
2,…に読出しパルスVH1,VH2を印加するようにすればよ
い。
尚、第6図(b)に示した様な不要電荷読み出しパルス
を挿入しないクロックパルスを用いることにより通常動
作も可能であることは、改めて詳述するまでもないこと
である。
通常動作は従来例の2倍のクロック周波数となるが、電
子シャッタ動作も同じ周波数で垂直シフトレジスタを駆
動すればよく、従来例より一桁以上も低い周波数でよい
ので、消費電力は著しく低くなる。
又、不要な映像信号の信号電荷だけを逆方向に転送する
ものではないので、従来のような逆方向転送に起因する
上下方向のシューディングや転送不良が発生することは
ない。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明はホトセンサから信号電荷を
読出す転送ゲート、第1〜第3の転送ゲートの組を含ん
でなる垂直シフトレジスタの出力段に第4の転送ゲート
と掃き出しドレインを配置することにより、映像信号の
信号電荷と不要な映像信号の信号電荷を個別に蓄積し、
同時に転送して、信号電荷を水平シフトレジスタに転送
する前に不要な映像信号の信号電荷のみを掃き出しドレ
インに除去することにより、従来の固体撮像素子に比べ
シェーディング、転送不良を抑圧することが出来るばか
りでなく、テレビジョンカメラシステムとして使用した
場合、低消費電力の安定した電子シャッタシステムを提
供することが出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
(a)は一実施例のセル部を示す平面図、第2図(b)
は第2図(a)のY−Y′線断面図、第3図(a)は一
実施例の掃き出しドレインを示す平面図、第3図(b)
は第3図(a)のX−X′線断面図、第4図は一実施例
において垂直転送時各ゲートに印加されるクロックパル
スφV11〜φV14V21〜φ24の信号波形図、第5図は一
実施例における垂直転送時のポテンシャル分布推移図、
第6図(a)は一実施例の電子シャッタ動作時の読出兼
転送ゲートに印加されるクロックパルスの信号波形図、
第6図(b)は一実施例の通常動作時の読出兼転送ゲー
トに印加されるクロックパルスの信号波形図、第6図
(c)は第4の転送ゲートに印加されるクロックパルス
の信号波形図である。 第7図は従来例を示すブロック図、第8図(a)は従来
例のセル部を示す平面図、第8図(b)は第8図(a)
のY−Y′線断面図、第9図は従来例において垂直転送
時各ゲートに印加されるクロックパルスφV1〜φV4の信
号波形図、第10図は従来例の垂直転送時のポテンシャル
分布推移図、第11図は従来例の電子シャッタ動作時の読
出兼転送ゲートに印加されるクロックパルスの信号波形
図、第12図は垂直転送時各ゲートに印加されるクロック
パルスφV1〜φV4の信号波形図である。 1……ホトセンサ、2……垂直シフトレジスタ、3……
水平シフトレジスタ、4……信号出力部、5……チャン
ネルストッパ、6……掃き出しドレイン、7……高速掃
き出しパルス、8−1……ゲート酸化膜、8−2……カ
バー酸化膜、9……N型層、10……P型シリコン基板、
11,11′……読出兼転送ゲート、21−1,22−1,23−1…
…第1の転送ゲート、21−2,22−2,23−2……第2の転
送ゲート、21−3,22−3,23−3……第3の転送ゲート、
21′,22′……転送ゲート、30……第4の転送ゲート。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光量に応じて信号電荷を蓄積するホト
    センサを複数個配置したホトセンサ列、前記ホトセンサ
    から信号電荷を読出す読出兼転送ゲート、第1〜第3の
    転送ゲートの組を前記各ホトセンサ列と平行に配置して
    なる垂直シフトレジスタ、不要な信号電荷を排出する掃
    き出しドレイン及び前記掃き出しドレインと前記垂直シ
    フトレジスタの出力段間に設けられた第4の転送ゲート
    からなる画素列を複数個有し、行単位で一水平走査期間
    毎に前記垂直シフトレジスタより転送されてくる信号電
    荷を順次転送する水平シフトレジスタと、前記水平シフ
    トレジスタの出力段に接続された信号出力部とを有し、
    1フィールド期間内の第1のタイミングで奇数行(また
    は偶数行)の前記読出兼転送ゲートに第1の読出しパル
    スを印加することにより奇数行(または偶数行)の前記
    ホトセンサから信号電荷を前記垂直シフトレジスタに読
    み出し、次に1サイクル分前記垂直シフトレジスタで転
    送することにより偶数行(または奇数行)の前記読出兼
    転送ゲートに移した後、前記1フィールド期間内の第2
    のタイミングで奇数行(または偶数行)の前記読出兼転
    送ゲートに第2の読出しパルスを印加することにより奇
    数行(または偶数行)の前記ホトセンサから信号電荷を
    前記垂直シフトレジスタに読み出し、次に前記第1,第2
    のタイミングで読み出された信号電荷を同時に前記垂直
    シフトレジスタで転送し、前記第1のタイミングで読み
    出され前記垂直シフトレジスタを転送されてきた各信号
    電荷を前記第4の転送ゲートを介して前記掃き出しドレ
    インに排出し、前記第2のタイミングで読み出され前記
    垂直シフトレジスタを転送されてきた信号電荷を一水平
    走査線分の映像信号として前記水平シフトレジスタに転
    送する電子シャッタ動作を行う制御手段を有することを
    特徴とする固体撮像素子。
JP63135864A 1988-06-01 1988-06-01 固体撮像素子 Expired - Lifetime JPH0748828B2 (ja)

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JPH01303975A JPH01303975A (ja) 1989-12-07
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US5668597A (en) * 1994-12-30 1997-09-16 Eastman Kodak Company Electronic camera with rapid automatic focus of an image upon a progressive scan image sensor
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