JPS6057746B2 - solid-state imaging device - Google Patents

solid-state imaging device

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JPS6057746B2
JPS6057746B2 JP52082964A JP8296477A JPS6057746B2 JP S6057746 B2 JPS6057746 B2 JP S6057746B2 JP 52082964 A JP52082964 A JP 52082964A JP 8296477 A JP8296477 A JP 8296477A JP S6057746 B2 JPS6057746 B2 JP S6057746B2
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JP
Japan
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signal
horizontal
vertical
state imaging
solid
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JP52082964A
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JPS5418619A (en
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信弥 大場
正章 中井
和弘 佐藤
俊之 秋山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の利用分野 本発明は、半導体表面に二次元的に配置した複数個の
ダイオードに蓄積された光情報を読み出す固体撮像装置
の性能向上に関するものてある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Field of Application of the Invention The present invention relates to improving the performance of a solid-state imaging device that reads out optical information accumulated in a plurality of diodes arranged two-dimensionally on a semiconductor surface.

(2)従来技術 第1図は固体撮像装置の原理的な構成
を示すものである。
(2) Prior Art FIG. 1 shows the basic configuration of a solid-state imaging device.

1、2は水平、垂直用の走査回路であり、通常2〜4相
のクロックパルスCPx、CPyを印加することにより
入力パルスVsx、Vsyがクロックのもつ一定のタイ
ミング時間ずつシフトした出力パルス列、Vox(1)
、Vox(2)・・・・・・、Vo■1)、Voy(2
)・・・・・・を走査回路各段の出力線Ox(1)、O
x(2)・・・・・・、0■1)、Oy(2)・・・・
・・に出力する。
Reference numerals 1 and 2 denote horizontal and vertical scanning circuits, which typically apply 2- to 4-phase clock pulses CPx and CPy to generate an output pulse train, Vox, in which the input pulses Vsx and Vsy are shifted by a fixed timing period of the clock. (1)
, Vox(2)..., Vo■1), Voy(2
)...... are the output lines Ox(1), O of each stage of the scanning circuit.
x(2)..., 0■1), Oy(2)...
Output to...

このパルス列により光電変換素子3に内含したスイッチ
ング素子を順次開閉し、2次元状に配列された個々の光
電変換素子からの信号をビデオ出力線4の上に取り出す
。光電変換素子からの信号はその上に投影された光学像
に対応するので上記動作により映像信号を取り出すこと
ができる。 この種の固体撮像装置では高い解像度を得
るため500×500@l程度の光電変換素子、スイッ
チング素子および走査用の単位回路が必要になる。
The switching elements included in the photoelectric conversion element 3 are sequentially opened and closed by this pulse train, and signals from the individual photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional manner are taken out onto the video output line 4. Since the signal from the photoelectric conversion element corresponds to the optical image projected thereon, a video signal can be extracted by the above operation. In order to obtain high resolution, this type of solid-state imaging device requires a photoelectric conversion element, a switching element, and a scanning unit circuit of approximately 500 x 500@l.

そのため通常は高集積化が比較的容易でしかも光電変換
素子とスイッチング素子が一体化構造でできる・ MO
S−LSI技術で用いて製作される。第2図に固体撮像
1Cの殆んどの面積を占める光電変換素子の構造を示す
。5,6は水平、垂直の位置を選択するためのMOSス
イッチでドレインおよびソースを作る拡散層7,27と
絶縁酸化膜8を介して設けたゲート電極9,29で作ら
れる。
Therefore, it is usually relatively easy to achieve high integration, and the photoelectric conversion element and switching element can be integrated into an integrated structure.
Manufactured using S-LSI technology. FIG. 2 shows the structure of a photoelectric conversion element that occupies most of the area of the solid-state image sensor 1C. 5 and 6 are MOS switches for selecting horizontal and vertical positions, and are made of diffusion layers 7 and 27 forming drains and sources, and gate electrodes 9 and 29 provided through an insulating oxide film 8.

10は垂直MOSスイッチのソースを利用した光ダイオ
ードである。
10 is a photodiode using the source of a vertical MOS switch.

MOSシフトレジスタ等を利用した走査回路の出力パル
スV。x(N),■0y(N)が出力線0x(N),0
y(N)を通してMOSスイッチのゲートに同時に印加
された位置のダイオード10から入射光量を比例して放
電していた電荷がビデオ電圧11より充電される。その
時の充電電流が負荷抵抗12を通してビデオ信号として
読み出される。しかし、このような従来素子では、次に
示すような原因で、固定パターンノイズ(FixedP
atternNOise)が発生し、致命的な欠陥とな
つている。
Output pulse V of a scanning circuit using a MOS shift register or the like. x(N), ■0y(N) is the output line 0x(N), 0
Through y(N), the video voltage 11 charges the charge that was being discharged from the diode 10 at the same time applied to the gate of the MOS switch in proportion to the amount of incident light. The charging current at that time is read out as a video signal through the load resistor 12. However, in such conventional elements, fixed pattern noise (FixedP
NOISE) has occurred, which has become a fatal defect.

第3図aは第2図の構造をさらに簡単に描いたもので、
30はたとえばp形シリコン基板、10は1つのホトダ
イオードでn+拡散層から成つている。
Figure 3a is a simpler depiction of the structure in Figure 2,
30 is, for example, a p-type silicon substrate, and 10 is one photodiode made of an n+ diffusion layer.

また27は第1図に示した縦の信号線、第3図A7は第
1図の共通水平出力線4に対応しており、第3図27,
7はそれぞれアルミニウムなどの金属やn+拡散層など
の導電材料から成つている。第3図のbからeはaに対
応したチャネル電位を示してある。
Further, 27 corresponds to the vertical signal line shown in FIG. 1, A7 in FIG. 3 corresponds to the common horizontal output line 4 in FIG.
7 are each made of a metal such as aluminum or a conductive material such as an n+ diffusion layer. 3. b to e in FIG. 3 show channel potentials corresponding to a.

いまnチャネルの素子を考えているので、電位は正方向
を下にとつてある。第3図bは、ホトダイオード10に
信号電荷31が蓄積されており、垂直トランジスタ(以
下■Trと略す)32のゲート29と水平トランジスタ
(以下HTrと略す)33のゲート9には0Vが印加さ
れており、両トランジスタとも0ffになつている。
Since we are currently considering an n-channel device, the potential is set in the positive direction. In FIG. 3b, a signal charge 31 is accumulated in the photodiode 10, and 0V is applied to the gate 29 of the vertical transistor (hereinafter abbreviated as Tr) 32 and the gate 9 of the horizontal transistor (hereinafter abbreviated as HTr) 33. Both transistors are set to 0ff.

第3図cはVTr32が0nし、信号電荷が■Tr32
のゲート29の下と垂直信号線27に広がつた状態を示
している。
In Figure 3c, VTr32 is 0n and the signal charge is ■Tr32.
It shows a state in which the signal line is spread under the gate 29 and to the vertical signal line 27.

第3図dはHTr33も0nし、信号電荷が水平出力線
7にも広がり、出力されている途中の電位を示している
。そして第3図一eは、信号電荷が一応読み出され、次
の絵素の信号を読んでいる段階である。即ち、信号電荷
31はVTr32を介して垂直信号線27に最初に蓄積
され、次にHTr33を介して水平出力線7に蓄積され
るとともに、出力端に設けられた信号読み出し装置によ
つてビデオ信号として読み出される。一般に水平パルス
は2!S−4Hz〜10MHzで駆動されるので、第3
図のc段階からe段階へは、500r1S〜100ns
の短い時間で動作を完了しなければならない。出力信号
の読み出し時定数は主に水平トランジスタHTr33の
抵抗と、垂直信号線の容量Cvで決められる。前に述べ
たように固体撮像装置では多くのトランジスタが高密度
に集積化されBているので、十分低い抵抗を持つトラン
ジスタは得難い。したがつて10%〜1%程度の信号が
残留電荷34として読み残されることになる。この残留
電荷34は二次元固体撮像装置の垂直方向の分解能を極
端に劣化させる原因となつている。
FIG. 3d shows a potential in the process of being output, with the HTr 33 also turned ON and the signal charge spreading to the horizontal output line 7. FIG. 3(e) shows a stage where the signal charge has been read out and the signal of the next picture element is being read. That is, the signal charge 31 is first accumulated in the vertical signal line 27 via the VTr 32, and then accumulated in the horizontal output line 7 via the HTr 33, and the signal charge 31 is read out from the video signal by the signal readout device provided at the output end. It is read as . Generally, the horizontal pulse is 2! Since it is driven at S-4Hz to 10MHz, the third
From stage c to stage e in the figure, it takes 500r1S to 100ns.
The operation must be completed in a short period of time. The read time constant of the output signal is mainly determined by the resistance of the horizontal transistor HTr33 and the capacitance Cv of the vertical signal line. As mentioned above, in solid-state imaging devices, many transistors are integrated at high density, so it is difficult to obtain transistors with sufficiently low resistance. Therefore, about 10% to 1% of the signal is left unread as the residual charge 34. This residual charge 34 causes extreme deterioration of the vertical resolution of the two-dimensional solid-state imaging device.

(3)発明の目的 本発明は二次元固体撮像装置の垂直方向の分解能を向上
させる事を目的としたものである。
(3) Purpose of the Invention The purpose of the present invention is to improve the vertical resolution of a two-dimensional solid-state imaging device.

(4)実施例以下、本発明を実施例を参照して詳細に説
明する。
(4) Examples Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to examples.

第4図に本発明の一実施例を示す。FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.

第4図において、41は各垂直信号線をリセットするた
めのリセットトランジスタ、42はリセットパルスゲー
ト、43はリセットドレインである。第5図には各パル
スのタイミングチャートを示してあるが、時刻ちでリセ
ットパルスが0nするようになつている。
In FIG. 4, 41 is a reset transistor for resetting each vertical signal line, 42 is a reset pulse gate, and 43 is a reset drain. FIG. 5 shows a timing chart of each pulse, and the reset pulse is set to 0n at a certain time.

水平ブランキング時間として約11μSあるが、その期
間内にリセットパルスを発生するようにすれば、リセッ
トパルスの幅TRは原理上11μSまで、実際上10p
s程度までとられる。
The horizontal blanking time is about 11 μS, but if the reset pulse is generated within that period, the width TR of the reset pulse can be reduced to 11 μS in principle, and 10 ps in practice.
It can be taken up to about s.

したがつて、水平パルスで1つの信号を読み出す時間に
比べ10〜10@長い時間にすることが出来るので、少
々抵抗の高いトランジスタをリセットトランジスタ41
に用いたとしても十分なS/Nでもつて各垂直信号出力
線をリセット電圧VOにクリアする事が出来る。したが
つて、本発明適用によつて、垂直方向の分解能を著しく
向上させる事が可能となる。
Therefore, the time can be 10 to 10 times longer than the time to read one signal with a horizontal pulse, so the reset transistor 41 can be replaced with a transistor with a slightly higher resistance.
Even if it is used for this purpose, each vertical signal output line can be cleared to the reset voltage VO with sufficient S/N ratio. Therefore, by applying the present invention, it is possible to significantly improve the resolution in the vertical direction.

なお、リセット電圧43の値は、出力バイアス電圧44
のV。に等しく選んでおく事が望ましい事は言うまでも
ない。また、本発明の別の効果として、ブルーミング抑
圧があげられる。
Note that the value of the reset voltage 43 is equal to the output bias voltage 44.
V. It goes without saying that it is desirable to choose the same value. Another effect of the present invention is suppression of blooming.

たとえば第4図において上から第m列に強い光が照射さ
れてブルーミングがおきていると考える。もし本発明を
適用しない場合は次の(m+1)列目の信号に強い信号
が混ざり、縦じまにブルーミング現象が現われる。本発
明を適用した場合、第m列と第(m+1)列の間の水平
ブランキング時間の間に垂直出力線をクリアするので、
その間に蓄積されたブルーミング電荷もクリアされる。
第6図に垂直シフトレジスタの一構成例を示してある。
For example, in FIG. 4, consider that strong light is irradiated on the m-th column from the top, causing blooming. If the present invention is not applied, a strong signal will be mixed into the signal of the next (m+1)th column, and a blooming phenomenon will appear in the vertical stripes. When the present invention is applied, the vertical output line is cleared during the horizontal blanking time between the mth column and the (m+1)th column, so
Blooming charges accumulated during that time are also cleared.
FIG. 6 shows an example of the configuration of the vertical shift register.

Iはインバータである。また、その時の各パルスのタイ
ミングチャートを下に示してある。垂直同期パルスφy
1とそれから少し遅延したパルスφY2の2つで垂直シ
フトレジスタを動作させ、第6図に示したように垂直パ
ルス■。
I is an inverter. Also, a timing chart of each pulse at that time is shown below. Vertical synchronization pulse φy
The vertical shift register is operated with two pulses, φY1 and φY2, which are slightly delayed from the pulse φY2, and the vertical pulse ■ is generated as shown in FIG.

y(n)、VOy(n+1)を取り出すとV。y(n)
、■。y(n+1)はφY2に同期して状態を変化させ
る。したがつてこの場合のリセットパルスφ1をφy1
と同一にしても本発明の原理に何ら支障のない事が第5
図と第6図とから分る。つまり、第5図のリセットパル
スφRは垂直同期パルスの一つと併用可能であり、本発
明適用によつてパルス数が増えるという事はない。
Taking out y(n) and VOy(n+1) yields V. y(n)
,■. y(n+1) changes its state in synchronization with φY2. Therefore, the reset pulse φ1 in this case is φy1
The fifth point is that there is no problem with the principle of the present invention even if the
It can be seen from the figure and Fig. 6. In other words, the reset pulse φR shown in FIG. 5 can be used together with one of the vertical synchronizing pulses, and the number of pulses will not increase by applying the present invention.

(5)まとめ 以上説明したように、本発明を二次元固体撮像装置に適
用させる事によつて、垂直方向の分解能を著しく向上さ
せる事が出来る。
(5) Summary As explained above, by applying the present invention to a two-dimensional solid-state imaging device, the resolution in the vertical direction can be significantly improved.

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

第1図と第2図は従来例を説明する図、第3図は従来例
の問題点を説明する図である。
FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining a conventional example, and FIG. 3 is a diagram for explaining problems in the conventional example.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板上に二次元的に設けられた複数個のホト
ダイオードと、該ホトダイオードに蓄積した信号電荷を
出力端に転送する水平及び垂直のMOSスイッチと、該
水平及び垂直のMOSスイッチによる該信号電荷の転送
時に該信号電荷を一時的に蓄積する信号線と、該水平及
び垂直のMOSスイッチの開閉を制御する水平及び垂直
のシフトレジスタと、該出力端に転送された該信号電荷
を続み出す信号読み出し装置とを備えた固体撮像装置に
おいて、該ホトダイオードからの該信号電荷を最初に蓄
積する該信号線を水平ブランキング期間内にクリアする
手段を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
1. A plurality of photodiodes two-dimensionally provided on a semiconductor substrate, horizontal and vertical MOS switches that transfer the signal charges accumulated in the photodiodes to the output end, and the signal charges generated by the horizontal and vertical MOS switches. A signal line that temporarily accumulates the signal charge during transfer, a horizontal and vertical shift register that controls opening and closing of the horizontal and vertical MOS switches, and a signal line that continues the signal charge transferred to the output terminal. What is claimed is: 1. A solid-state imaging device comprising a signal readout device, further comprising means for clearing the signal line in which the signal charge from the photodiode is first accumulated within a horizontal blanking period.
JP52082964A 1977-07-13 1977-07-13 solid-state imaging device Expired JPS6057746B2 (en)

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