JPS59103475A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPS59103475A
JPS59103475A JP58210850A JP21085083A JPS59103475A JP S59103475 A JPS59103475 A JP S59103475A JP 58210850 A JP58210850 A JP 58210850A JP 21085083 A JP21085083 A JP 21085083A JP S59103475 A JPS59103475 A JP S59103475A
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JP
Japan
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signal line
vertical signal
charge
ctd
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP58210850A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinya Oba
大場 信彌
Shoji Hanamura
花村 昭次
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
Seiji Kubo
征治 久保
Masaaki Nakai
中井 正章
Kenji Takahashi
健二 高橋
Masakazu Aoki
正和 青木
Kayao Takemoto
一八男 竹本
Haruhisa Ando
安藤 治久
Ryuichi Izawa
井沢 龍一
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS59103475A publication Critical patent/JPS59103475A/en
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a solid-state image pickup element with less fixed pattern noise by signal after setting a potential of vertical signal line to a reference potential of a readout CTD provided above and under a photodetecting section comprising an MOS sensor. CONSTITUTION:A prescribed electric charge exists at each stage of a CTD82 at the end of a horizontal scanning period, the entering into horizontal blanking period and a TX2A and a BLGA are brought into a high level, a BLDA is brought into a level lower than the expected minimum potential of a vertical signal line and the BLDA is brought into high level, then a vertical signal line is clamped to a prescribed potential. When the TX1A goes to high level and an H1A goes to low level, an electric charge transmitted from an input section of a CTD82 is transferred to the vertical signal line. When the vertical signal line goes to high, the signal charge is transferred to the vertical signal line, mixed with a bias charge from the CTD and flows to the CTD82 when the transfer pulse H1A goes to high. Since the vertical signal line of the solid-state image pickup element is clamped to a reference level, the element is not susceptible to the variance in the threshold voltage of each gate and unnecessary charge.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は受光部にダイオードアレーを設け、読み出しレ
ジスタとして電荷移送素子(ChargeTransf
er Device :以下C’rDと略す)を設けた
二次元固体撮像装置(以下単にホトセンサと略す)に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a diode array in the light receiving section and uses a charge transfer element (ChargeTransf) as a readout register.
The present invention relates to a two-dimensional solid-state imaging device (hereinafter simply abbreviated as a photosensor) provided with an er Device (hereinafter abbreviated as C'rD).

ホトセンサには従来MOS方式とCCD方式の2種類が
知られている。前者は後者と比ベチップサイズに対する
利用率は高く感度も高いが、出力信号が小さく信号処理
が難かしいなど、それぞれ一長一短を有しており、実用
レベルの性能には今−歩欠けるところがあった。
Two types of photosensors are conventionally known: a MOS type and a CCD type. Compared to the latter, the former has a higher utilization rate for the chip size and higher sensitivity, but each has its own advantages and disadvantages, such as the output signal being small and signal processing difficult, and there are some areas where it lacks practical level performance. .

これを解決するホトセンサとして、第1図に示すような
、受光部にMOS方式を、読み出しレジスタCCD方式
を用いたホトセンサが提案されている。
As a photo sensor to solve this problem, a photo sensor as shown in FIG. 1 has been proposed, which uses a MOS method in the light receiving section and a readout register CCD method.

第1図は受光部にダイオードアレーを、読み出しレジス
タにCTDを設けたホトセンサの従来例を示すもので、
図中lはp−n接合から成るホトダイオード、2は垂直
スイッチ用MO8)ランジスタ(vMO8Tと略す)、
3Lt、m(7)MOS)−7ンジスタをクロックφ7
で順次スイッチングするスキャナ、4は垂直の信号線、
5は水平スイッチ用MO8)ランジスタ(以下8M08
Tと略す)、6は水平読み出し用CTD、7はCTD6
に接続するプリアンプである。スキャナ3からのパルス
φ7に同期してVMO8Tを介して垂直信号線4に読み
出された信号電荷は、パルスφ、に同期して5M08T
5を介してCTD6へ送られ、プリアンプ7から順次読
み出される。
Figure 1 shows a conventional example of a photosensor that has a diode array in the light receiving section and a CTD in the readout register.
In the figure, l is a photodiode consisting of a p-n junction, 2 is a vertical switch MO8) transistor (abbreviated as vMO8T),
3Lt, m(7) MOS)-7 register clock φ7
4 is a vertical signal line,
5 is MO8) transistor for horizontal switch (hereinafter 8M08)
(abbreviated as T), 6 is CTD for horizontal reading, 7 is CTD6
This is a preamplifier connected to the . The signal charge read out to the vertical signal line 4 via the VMO8T in synchronization with the pulse φ7 from the scanner 3 is 5M08T in synchronization with the pulse φ.
5 to the CTD 6 and sequentially read out from the preamplifier 7.

第1図に示すホトセンサは、MO8方式、CCD方式の
長所を組合わせた装置として秀れた特性が期待されたが
、実際には次のような理由から極めて不十分な性能しか
得られていない。
The photo sensor shown in Figure 1 was expected to have excellent characteristics as a device that combines the advantages of the MO8 method and the CCD method, but in reality, it has achieved extremely inadequate performance for the following reasons. .

第2図は第1図に示したホトセンサの問題点を説明する
回路図で、図中lOはVMO8Tの1つを取り出したも
の、IIは対応するホトダイオード、12は5M08T
の1つ、13は水平レジスタであるCTDの1蓄積電極
を各々模式的に示したものである。
Fig. 2 is a circuit diagram explaining the problem of the photo sensor shown in Fig. 1, in which lO is one taken out of VMO8T, II is the corresponding photodiode, and 12 is 5M08T.
13 schematically shows one storage electrode of the CTD, which is a horizontal register.

第2図に示したホトダイオード11.垂直信号線14、
CTDの蓄積電極13の各々の容量をc、  、 cv
、及びCc とすると、通例Cv ” CF −CC−
−−(11 となる。垂直信号線に取出された信号電荷QvO内CT
Dへ取込まれるtQcは であるのでQc<Qv  となって、信号電荷を十分C
VDへ取込むことができない。さらに垂直信号線14に
取出された電荷Qvによる電位変化ΔVは、ホトダイオ
ード部における光信号による電位変化ΔvPに比べ と非常に小さいので、5M08T12はパルスφ8がオ
ン状態になっても十分導通状態にならず、電荷の転送時
間は非常に長く、十分な移送が行なえない。
Photodiode 11 shown in FIG. vertical signal line 14,
Let the capacitance of each storage electrode 13 of CTD be c, , cv
, and Cc, then Cv ” CF -CC-
--(11) CT in the signal charge QvO taken out to the vertical signal line
Since tQc taken into D is, Qc<Qv, and the signal charge is sufficiently
Unable to import to DVD. Furthermore, the potential change ΔV due to the charge Qv taken out to the vertical signal line 14 is very small compared to the potential change ΔvP due to the optical signal in the photodiode section, so the 5M08T12 will not be sufficiently conductive even when the pulse φ8 is turned on. First, the charge transfer time is very long, and sufficient transfer cannot be performed.

第3図は上記問題を解決した従来例を説明する等価回路
図である。図中10,14は第2図におけると同一であ
る。第3図では垂直信号線14と5M08T12との間
に、転送ゲート15、蓄積容量16、リセットトランジ
スタ17が設けられている。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram illustrating a conventional example that solves the above problem. 10 and 14 in the figure are the same as in FIG. In FIG. 3, a transfer gate 15, a storage capacitor 16, and a reset transistor 17 are provided between the vertical signal line 14 and the 5M08T12.

第4図は従来例になるホトセンサの駆動パルスのタイミ
ングの一例を示す図であって矢印30に示す方向がオン
状態である。以下第4図のタイミングを用いて第3図の
回路の動作を説明する。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the timing of drive pulses of a conventional photosensor, and the direction indicated by arrow 30 is in the on state. The operation of the circuit shown in FIG. 3 will be explained below using the timing shown in FIG. 4.

まずホトダイオード11に蓄積した信号を読み出す前に
φ8.φS、φRを22.23.24に示すように順次
オン状態にして水平読み出し時間tH(29)中に蓄積
した暗電流などによる擬信号をリセットトランジスタ1
7から取出し、蓄積容量16下の電位をvRにリセット
する。次にφ7゜φ1.φ8.φ、を25,26,27
.28に示すように順次オン状態にして信号をCTD蓄
積ゲ−)13へ移送する。ここでφ、がオン状態になっ
たとき蓄積ゲート16下をソースとしてここから電荷が
垂直信号線14側へ流入するようにvRを設定しておく
と、垂直信号線14の電位を下げることができ、転送ゲ
ートは十分な導通状態になる。このため続いてφ、がオ
ン状態になって蓄積ゲー)16下が逆に、ドレイン側に
なったとき、唾直信号線14側から、さきに流入した電
荷と信号電荷とを短かい時間に蓄積ゲート16側へ移す
ことができる。すなわち一定量の電荷をリセットグ−)
17側から垂直信号線14へ送り込み、これをダイオー
ドアレー11側から送られてきた信号電荷と共に蓄積容
量16個へ逆流させ、さらにCTDへ移すことにより、
短時間の内に大部分の信号電荷をCTDへ送り込むこと
が可能になる。
First, before reading out the signal accumulated in the photodiode 11, φ8. φS and φR are turned on sequentially as shown in 22.23.24, and the pseudo signal due to the dark current accumulated during the horizontal readout time tH (29) is reset to the reset transistor 1.
7 and reset the potential under the storage capacitor 16 to vR. Next, φ7゜φ1. φ8. φ, 25, 26, 27
.. As shown at 28, the signals are sequentially turned on and transferred to the CTD storage gate 13. If vR is set so that when φ is turned on, the electric charge flows from below the storage gate 16 to the vertical signal line 14 side as a source, the potential of the vertical signal line 14 can be lowered. The transfer gate becomes fully conductive. Therefore, when φ is turned on and the storage gate 16 (lower side) becomes the drain side, the charge that previously flowed in from the direct signal line 14 side and the signal charge are combined in a short time. It can be moved to the storage gate 16 side. In other words, a certain amount of charge is reset (
By sending it from the 17 side to the vertical signal line 14, making it flow back to the 16 storage capacitors together with the signal charge sent from the diode array 11 side, and further transferring it to the CTD,
It becomes possible to send most of the signal charges to the CTD within a short time.

(なお以上の転送動作は水平帰線期間1. (第4図2
1)の中ですべて行なわれる。) ここで、リセットグ−)17は、これを例えば垂直信号
線14に直接接続することも考えられる。
(The above transfer operation is performed during the horizontal retrace period 1. (Fig. 4 2)
Everything is done in 1). ) Here, it is also conceivable that the reset group (17) is directly connected to the vertical signal line 14, for example.

しかしそのような接続ではCv>C,、Cc。However, in such a connection, Cv>C,,Cc.

C1であることから、vRのわずかの変化でも電荷量の
変化は大きくなり、蓄積容量16.CTD蓄積ゲー)1
3における電位変化は大きなものになるので、vRの厳
密な制御が必要となり実際には十分な特性が得にくい。
Since it is C1, even a slight change in vR causes a large change in the amount of charge, and the storage capacitance is 16. CTD accumulation game) 1
Since the potential change at 3 is large, strict control of vR is required, and in reality it is difficult to obtain sufficient characteristics.

このためリセットグー)17を転送ゲート15と5M0
8T12の間に設けることは極めて重要である。
Therefore, reset 17 to transfer gate 15 and 5M0
It is extremely important to provide between 8T12.

第5図は上記原理による従来例を示した図であって、1
〜7は第1図に示したと同じであり、41は転送ゲート
、42は蓄積容量、43はリセットゲートである。
FIG. 5 is a diagram showing a conventional example based on the above principle, 1
7 are the same as shown in FIG. 1, 41 is a transfer gate, 42 is a storage capacitor, and 43 is a reset gate.

しかし、この従来方式では、各列の蓄積容量(第3図の
16 、 C,あるいは第5図42)のばらつきが、各
列毎の信号電荷のばらつきになり、この固体撮像装置で
撮したモニタ画面には薄い縦縞の、いわゆる固定パター
ン雑音が見られる事になる。したがって、この雑音の対
策が必要である。
However, in this conventional method, variations in the storage capacitance of each column (16, C in FIG. 3, or 42 in FIG. 5) result in variations in signal charge for each column, and the monitor image taken with this solid-state imaging device So-called fixed pattern noise, consisting of thin vertical stripes, can be seen on the screen. Therefore, countermeasures against this noise are required.

ところで、単板カラー固体撮像素子では、インタレース
操作をして、且つ、各画素の色信号を読み出さねばなら
ない。信号読み出しに関して各種の方式があるが、MO
Sセンチにおいて、残像がなく、解像度の良い画質が得
られる方式に、2線同時読み取り方法がある。(N、K
oike et a11979  l5SCCDige
st pp 193.Figurel、)第6図はこの
方式を示す図である。61は光ダイオードlとVMO8
T2からなる一画素、62は5M08T回路、63は水
平走査回路である。あるフィールド(Aフィールド)の
−水平走査期間に、たとえばn行と(n+1)行の2行
の信号を2本の出力線4.4/を用いて同時に翳み出し
、次のフィールド(Bフィールド)の−水平走査期間に
(n−1)行とn行の信号を読み出すものである。しか
し、第6図から容易に分る様に素子の平面構造として、
一画素に等測的に2本の垂直出力線が必要となり、一画
素のホトダイオードの占める面積が小さくなる。この事
は、感度低下につながり、また、平面構造が相対的に複
雑、過密化する事になるので、低歩留り、高コストとな
る。
By the way, in a single-chip color solid-state image sensor, it is necessary to perform an interlacing operation and read out the color signal of each pixel. There are various methods for signal readout, but MO
At S centimeters, there is a two-line simultaneous reading method that can provide high-resolution images with no afterimages. (N, K
oike et a11979 l5SCCDige
st pp 193. Figure 6 shows this method. 61 is photodiode l and VMO8
One pixel consists of T2, 62 is a 5M08T circuit, and 63 is a horizontal scanning circuit. During the -horizontal scanning period of a certain field (A field), the signals of two lines, for example, the nth line and the (n+1) line, are projected simultaneously using two output lines 4.4/, and the next field (B field) ) The signals of the (n-1) row and the n row are read out during the -horizontal scanning period. However, as can be easily seen from Fig. 6, the planar structure of the element is
Two vertical output lines are equimetrically required for one pixel, and the area occupied by the photodiode of one pixel is reduced. This leads to a decrease in sensitivity and also makes the planar structure relatively complex and dense, resulting in low yield and high cost.

MOSセンナにおいて上記問題点を解決する為に、第7
図に示した発明が同一出願人によって出願されている。
In order to solve the above problems in MOS Senna, the seventh
The inventions shown in the figures have been filed by the same applicant.

これは、Aフィールドのある水平走査期間に、n行と(
n+1)行の信号を読み取る場合、水平ブランキング期
間の前半に、n行目の信号を蓄積容量列71(第3図に
おける蓄積容量16に対応)に、水平ブランキング期間
の後半に(n+1)行の信号を蓄積容量行72に移送し
、その後、水平走査期間に水平シフトレジスタ73を動
作させて2行の信号を同時に読み取るものである。
This means that n rows and (
When reading the signal of the (n+1) row, the signal of the nth row is transferred to the storage capacitor column 71 (corresponding to the storage capacitor 16 in FIG. 3) in the first half of the horizontal blanking period, and the signal of the (n+1) row is read in the second half of the horizontal blanking period. The row signals are transferred to the storage capacitor row 72, and then the horizontal shift register 73 is operated during the horizontal scanning period to read the two row signals simultaneously.

しかし、第5図で前述した様に、第7図においても2つ
の蓄積容量列71.72のそれぞれのしきい電圧や容量
のばらつきによる電荷が各列の信号に雑音として混入す
るので、単に、第7図のMOSセンチと第5図のCCD
センナを組み合わせるだけでは、良好な画質を得る事は
出来ない。
However, as described above with reference to FIG. 5, in FIG. 7 as well, charges due to variations in the threshold voltages and capacitances of the two storage capacitor columns 71 and 72 are mixed into the signals of each column as noise. MOS cm in Figure 7 and CCD in Figure 5
Good image quality cannot be obtained just by combining senna.

本発明は、受光部にMOSセンチ(フォトダイオードと
VMO8Tからなる画素をマトリックス状に並べたセン
ナ)を配し、その上下に読み出し用CTDを設けた固体
撮像素子において、垂直信号線の電位を、上下それぞれ
の基準電圧に設定してから一行分の信号を読み出し用C
TDレジスタより説明する。
The present invention provides a solid-state image sensor in which a MOS centimeter (a sensor in which pixels each consisting of a photodiode and a VMO8T are arranged in a matrix) is arranged in the light receiving part, and readout CTDs are provided above and below the MOS centimeter. C for reading one line of signals after setting the upper and lower reference voltages.
I will explain from the TD register.

第8図は本発明の一実施例の素子構成ブロックダイアグ
ラム、第9図は回路模式図、第1O図はAチャネル(第
8.9図の上側読み出し回路、A表示)に関する各パル
スのタイミングチャート、第11図はCTD(ここでは
BCDを利用)と垂直出力線の結合部の断面構造図であ
る。第11図において、110は絶縁膜(SiO□等)
、111はP形Si基板、112はn−形層、113は
n+形層、114はSiO2層、115,116はゲー
ト電極、117.118はCTDの移送ゲート電極であ
る。
FIG. 8 is a block diagram of an element configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 9 is a schematic circuit diagram, and FIG. , FIG. 11 is a cross-sectional structural diagram of a connecting portion between a CTD (BCD is used here) and a vertical output line. In FIG. 11, 110 is an insulating film (SiO□, etc.)
, 111 is a P-type Si substrate, 112 is an n-type layer, 113 is an n+-type layer, 114 is a SiO2 layer, 115 and 116 are gate electrodes, and 117 and 118 are CTD transfer gate electrodes.

第8図において81.85はCTD(CCD。In Fig. 8, 81.85 is CTD (CCD).

BCD等)の入力部、87.88は出力部、82゜86
は電荷転送部である。83は垂直走査回路、84はバッ
ファ回路である。89はホトダイオードと垂直スイッチ
MOSトランジスタ(VMO8T)からなるMOSセン
チ受光部、100,105は第1転送ゲート、101,
104は第2転送ゲート、102,103はブレーミ/
グ防止回路で、それぞれの具体的回路を第9図に示しで
ある。
BCD, etc.) input part, 87.88 is output part, 82°86
is a charge transfer section. 83 is a vertical scanning circuit, and 84 is a buffer circuit. 89 is a MOS centimeter light receiving section consisting of a photodiode and a vertical switch MOS transistor (VMO8T); 100 and 105 are first transfer gates;
104 is the second transfer gate, 102 and 103 are Bremi/
FIG. 9 shows specific circuits of each of the anti-corrosion circuits.

この素子の動作上のポイントは垂直信号線の信号電荷を
水平ブランキング期間内にCTDレジスタへ転送する点
であるので、以下、第10図のパルスタイミング図と第
11図の断面図を用いて説明する。第11図(alは第
8図のブロック図においてX−X′に相当す名部分の断
面図である。また、(blから(glは第1θ図の(b
)から(g)に対応した時のチャネル電位を示している
。さらに破線で示したのはBLGAのゲート下の電位、
B T、 D Aの電位である。
The key point in the operation of this element is to transfer the signal charge on the vertical signal line to the CTD register within the horizontal blanking period, so below we will use the pulse timing diagram in Figure 10 and the cross-sectional view in Figure 11. explain. FIG. 11 (al is a sectional view of the part corresponding to X-X' in the block diagram of FIG. 8. Also, from (bl to (gl is
) to (g). Furthermore, the broken line shows the potential under the BLGA gate.
These are the potentials of BT and DA.

水平走査期間にCTDが動作し、各信号を出力段へ転送
すると同時に、入力部から一定のノくイアスミ荷を順次
転送してきて、水平走査期間の終りには信号が全て読み
出されているとともに、CTDの各段には一定量の電荷
が存在している状態となる。これを第11図(b)に示
す。
The CTD operates during the horizontal scanning period, and at the same time transfers each signal to the output stage, it sequentially transfers a certain amount of insulating material from the input section, and at the end of the horizontal scanning period, all the signals have been read out. , a certain amount of charge exists in each stage of the CTD. This is shown in FIG. 11(b).

水平ブランキング期間に入り、Tx2AとBLGAがh
ighに、BLDAがlow になると、BLDAから
電荷が垂直信号線へ流入する。(第11図(C)。その
後BLDAfhtghにすると、逆に垂直信号線から電
荷がBLDAへ流出し、垂直信号線は次式で示される電
位vvcAにクランプされ、電荷の流出は止まる。(第
11図(山)vyCA =vX2A  ’+ kX2A
     ””””’(”ココテ、v  、v   は
T  のh1ghレベル、x2ム    tkX2A 
    X2A第2転送ゲート101の実効しきい電圧
(基板バイアス効果含む)である。
Entering the horizontal blanking period, Tx2A and BLGA are h
When BLDA goes low, charge flows from BLDA into the vertical signal line. (Fig. 11 (C). After that, when BLDAfhtgh is set, charge flows from the vertical signal line to BLDA, and the vertical signal line is clamped to the potential vvcA shown by the following equation, and the flow of charge stops. Figure (mountain) vyCA = vX2A '+ kX2A
``''''''(''Kokote, v, v is T's h1gh level, x2mu tkX2A
This is the effective threshold voltage (including substrate bias effect) of the X2A second transfer gate 101.

第11図(elではBI、GAがlowになり、以下の
動作ではBLGAとBLDAは関与しない。次にTxl
Aがhighになり、CTDの移送パルスであるHlA
をlowにすると、CTDの入力部から送られてきた各
バイアス電荷がそれぞれの垂直信号線へ転送される。こ
のH1□がlowになる時、電荷がCTDの隣りの電極
へ移送しないように各電位関係を設定しておく必要があ
る。具体的には、CTDチャネルのしきい電圧、第1転
送ゲート100のしきい電圧、CTDの移送パルスH2
□vXIA−vIkXIA”H2AL−vIIA  ”
””(”であればよい。
Figure 11 (BI and GA are low in el, BLGA and BLDA are not involved in the following operation. Next, Txl
A goes high and HlA, the transport pulse of the CTD,
When set to low, each bias charge sent from the input section of the CTD is transferred to each vertical signal line. It is necessary to set each potential relationship so that when this H1□ becomes low, the charge is not transferred to the electrode adjacent to the CTD. Specifically, the threshold voltage of the CTD channel, the threshold voltage of the first transfer gate 100, and the transfer pulse H2 of the CTD.
□vXIA-vIkXIA"H2AL-vIIA"
“”(” is fine.

この時ある垂直ゲート線(第9図90に相当、電位VG
)がhighになると、ある行のホトダイオードの信号
電荷は、それぞれの垂直信号線へ移り、CTDからのバ
イアス電荷と混合する。
At this time, a certain vertical gate line (corresponding to FIG. 90, potential VG
) goes high, the signal charge of the photodiode in a certain row moves to the respective vertical signal line and mixes with the bias charge from the CTD.

次にCTDの移送パルスI−I、□をhigh  にす
ると、(第11図(f))垂直信号線にあるバイアス電
荷と信号電荷が垂直信号線が(4)式のvvcAになる
までCTDへ流れる。
Next, when the CTD transfer pulse I-I, □ is set to high (Fig. 11(f)), the bias charges and signal charges in the vertical signal line are transferred to the CTD until the vertical signal line reaches vvcA in equation (4). flows.

転送パルスTxIAをlowにすると垂直信号線とCT
Dは電気的に切れるが、この時CTDには、元あったバ
イアス電荷に加え、ホトダイオードからの信号電荷もあ
る事になる。(@11図(g))以上がAチャネルのC
T D K n行目の信号を入れる動作を示したが、同
じ水平ブランキング期間の後半にもう一方のBチャネル
CTDに(n+1)行目の信号を移す同じ動作が行なわ
れる。そして、水平走査期間にA、B両チャネルのCT
Dが動作し、2行の信号が2つの出力段から順次読み出
される事になる。
When the transfer pulse TxIA is set low, the vertical signal line and CT
D is electrically cut off, but at this time, the CTD now has a signal charge from the photodiode in addition to the original bias charge. (@11 (g)) Above is C of A channel
T D K Although the operation of inputting the n-th row signal has been shown, the same operation of transferring the (n+1)-th row signal to the other B channel CTD is performed in the latter half of the same horizontal blanking period. Then, CT of both channels A and B during the horizontal scanning period.
D operates, and the signals of two rows are read out sequentially from the two output stages.

しかしながら、この素子内で、各ゲートのしきい電圧は
多少(200mV〜10mV)ばらつくのが普通であり
、(4)式で表わされるクランプ電圧が、同一の垂直信
号線に着目しても、Aチャネルのクランプ電圧とBチャ
ネルのクランプ電圧が異なる事になる。この素子内のB
LD、BLGはこのばらつきの悪効果をなくする働きを
する。
However, within this element, the threshold voltage of each gate usually varies to some extent (200 mV to 10 mV), and even if the clamp voltage expressed by equation (4) is focused on the same vertical signal line, The channel clamp voltage and the B channel clamp voltage will be different. B in this element
LD and BLG function to eliminate the negative effects of this variation.

つまり、第11図(b)において、信号を読み出す初期
では、垂直信号線にブルーミング電荷や暗電流電荷も蓄
えられており、また、AチャネルとBチャネルとのしき
い電圧のばらつきのため、垂直信号線の電位がどうなっ
ているか全く分らない。
In other words, in FIG. 11(b), at the beginning of signal readout, blooming charges and dark current charges are also stored in the vertical signal line, and due to variations in the threshold voltage between the A channel and the B channel, the vertical I have no idea what the potential of the signal line is.

BLDのlowレベルを、垂直信号線の予想される最低
電位より低く選んでおけば、近期電位がどうであれ第1
1図(dlでは、垂直信号線は(4)式のvvcでクラ
ンプされる事になる。即ち、BLD。
If the low level of BLD is selected to be lower than the expected lowest potential of the vertical signal line, no matter what the recent potential is, the first
In Figure 1 (dl), the vertical signal line is clamped by vvc of equation (4). That is, BLD.

BLGはAチャネルならAチャネルの基準レベルvvc
Aに、BチャネルならBチャネルの基準レベルvvcB
に垂直信号線をクランプするように働き、同時にブルー
ミングや暗電流による不要電荷も一掃する効果、がある
。このBLDとBLGが本考案のポイントの一つである
BLG is the A channel reference level vvc if it is the A channel.
If A is B channel, B channel reference level vvcB
It works to clamp the vertical signal line, and at the same time has the effect of sweeping away unnecessary charges caused by blooming and dark current. This BLD and BLG are one of the points of the present invention.

各垂直信号線がvvcでクランプされた後、バイアス電
荷や所望の信号電荷が垂直信号線に入つてきて、信号が
CTDへ移送された後に再びvvcでクランプされるの
で、各段、各列のしきい電圧や容量がばらついていても
、従来例に見られるような固定パターン雑音が生じない
。つまり、高画質高S/Nを得る事が出来る。
After each vertical signal line is clamped at VVC, bias charges and desired signal charges enter the vertical signal line, and after the signal is transferred to the CTD, it is clamped at VVC again, so each stage and column Even if the threshold voltage or capacitance varies, fixed pattern noise as seen in the conventional example does not occur. In other words, high image quality and high S/N can be obtained.

垂直信号線からCTDへの電荷の移送速度、即ち移送効
率lは近似的に次式を示される。
The charge transfer rate from the vertical signal line to the CTD, ie, the transfer efficiency l, is approximately expressed by the following equation.

ここでtxは転送時間で、@10図では2μsとなって
いる。また、Tは次式で表わせる。
Here, tx is the transfer time, which is 2 μs in Figure @10. Moreover, T can be expressed by the following formula.

ここで、Cvは垂直出力線容険、βは転送ゲート100
と101のトランジスタの直列コソダクタンス(単位■
/v2)、QsRはバイアス電荷と信号電荷の和である
。たとえば、Cv=3pF、 β冨200 (p I/
V”)、Q、B−(1,5T)Cトtルト、7’=0.
2X10−’(81となり、(6)式の移送効率はダは
90%となる。
Here, Cv is the vertical output line capacity, β is the transfer gate 100
and the series cosodoductance of a transistor of 101 (unit: ■
/v2), QsR is the sum of bias charge and signal charge. For example, Cv=3pF, β-value 200 (p I/
V"), Q, B-(1,5T)Ctort, 7'=0.
2X10-' (81), and the transfer efficiency of equation (6) is 90%.

10%の電荷が垂直信号線に残る事になるが、信号の読
み出しの前に必ず垂直信号線をクリアしているので、感
度が10%低下するだけで、解像度の劣化になる事はな
い。
Although 10% of the charge will remain on the vertical signal line, since the vertical signal line is always cleared before reading out the signal, the sensitivity will only decrease by 10% and the resolution will not deteriorate.

以上、2行分同時読み出し方式について説明したが、本
発明は、勿論、これに限定されるものではない。発明の
ポイントは2点ある。
Although the simultaneous reading method for two lines has been described above, the present invention is of course not limited to this. There are two points to this invention.

■ 信号を読み出す前にBLDから電荷を一度垂直信号
線に入れ、初期電圧の如何を問わず、垂直信号線をクリ
アする。
(2) Before reading a signal, charge is once put into the vertical signal line from the BLD to clear the vertical signal line regardless of the initial voltage.

■ バイアス電荷をMOSセンサのようにドレインから
注入するのではなく、CTDで移送してきた電荷を利用
する。
(2) Rather than injecting bias charges from the drain as in a MOS sensor, charges transferred by CTD are used.

本発明を白黒センサ、あるいは三板カラーまたは、単板
カラーであり一水千期間に一行分の信号を読み出す場合
には、上記動作の1チャネル分だけの動作を行なってや
れば良い。
If the present invention is a monochrome sensor, a three-chip color sensor, or a single-chip color sensor and one row of signals is to be read out in one period, it is sufficient to perform the above operations for only one channel.

また、説明ではB CD (Bulk Charge 
−transfer Device)をCTDとして用
いたが、表面型のCCDやBBDであっても良いし、電
極構造、材料などには、本発明は限定されない。
Also, in the explanation, B CD (Bulk Charge
-transfer device) was used as the CTD, but a surface-type CCD or BBD may be used, and the present invention is not limited to the electrode structure, material, etc.

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

第1図は従来の受光部にMOSセンチ、読み出し部にC
CDを用いたホトセンサの概略を示す略回路図、第2図
は第1図のホトセンサの等価回路図、第3図は他の従来
例のホトセンサの等価回路図、第4図は第3図のホトセ
ンサの駆動パルスを示す図、第5図は第3図のホトセン
サの略回路図、第6図は別の従来例のホトセンサのブロ
ック図、第7図はさらに別の従来例のホトセンサのブロ
ック図、第8図は本発明のホトセンサの実施例を示すブ
ロック図、第9図は第8図のホトセンサの略回路図、第
10図は第8図のAチャンネルに関するパルスタイミン
グチャート図、第11図は第8図のホトセyすのCTD
と垂直出力線の結合部の断面構造図である。 82.86.・・CTD、81.85.、、CTDの入
力部、87.88・・・CTT)の出力部、891MO
8第1図 第2図 第 3 図 すγ1介X ψc、p 1o−↑I4↑了。5↑/’L4つI3C了)健ざ1“ 第4図 Od 第S図 第 6  図 第 7 図 第1頁の続き 0発 明 者 中井正章 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 高橋健二 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 青木正和 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 竹本−へ男 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 安藤治久 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 461−
Figure 1 shows a conventional MOS centimeter in the light receiving section and C in the readout section.
A schematic circuit diagram showing the outline of a photosensor using a CD, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the photosensor shown in Fig. 1, Fig. 3 is an equivalent circuit diagram of another conventional photosensor, and Fig. 4 is an equivalent circuit diagram of the photosensor shown in Fig. 3. 5 is a schematic circuit diagram of the photosensor shown in FIG. 3, FIG. 6 is a block diagram of another conventional photosensor, and FIG. 7 is a block diagram of yet another conventional photosensor. , FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the photosensor of the present invention, FIG. 9 is a schematic circuit diagram of the photosensor shown in FIG. 8, FIG. 10 is a pulse timing chart regarding the A channel of FIG. 8, and FIG. is the CTD of the photo shoot in Figure 8.
FIG. 3 is a cross-sectional structural diagram of a connecting portion between the vertical output line and the vertical output line. 82.86. ...CTD, 81.85. ,, input section of CTD, output section of 87.88...CTT), 891MO
8 Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 5↑/'L4 I3C completed) Kenza 1" Figure 4 Od Figure S Figure 6 Figure 7 Continuation of Figure 1 page 0 Inventor Masaaki Nakai 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Hitachi, Ltd. Author: Kenji Takahashi, Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory, 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji-shi.0 author: Masakazu Aoki, Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory, 1-280 Higashi-Koigakubo, Kokubunji City.0 author: Takemoto-Heo Kokubunji. Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory, 1-280 Koigakubo, Kokubunji City 0 Inventor: Haruhisa Ando 1-280-461, Koigakubo, Kokubunji City

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、受光部として、フォトダイオードと垂直スイッチM
O8Tからなる画素をマトリクス状に配列してなるMO
Sセンナを用い、該MOSセンチからの信号を2チヤン
ネルに分けて読み出す2組の読み出し用CTDを設けた
固体撮像装置において、垂直信号線の電位を、各チャン
ネルの基準電圧に設定してから、−行分の信号を各読み
出し用CTDレジスタに転送してなることを特徴とする
固体撮像装置。
1. Photodiode and vertical switch M as light receiving part
MO consisting of O8T pixels arranged in a matrix
In a solid-state imaging device using an S sensor and equipped with two sets of readout CTDs that read out signals from the MOS centimeter divided into two channels, the potential of the vertical signal line is set to the reference voltage of each channel, and then, - A solid-state imaging device characterized in that the signal for a row is transferred to each readout CTD register.
JP58210850A 1983-11-11 1983-11-11 Solid-state image pickup device Pending JPS59103475A (en)

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