JPS61117980A - Solid-state image pickup element of charge transfer-type - Google Patents

Solid-state image pickup element of charge transfer-type

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JPS61117980A
JPS61117980A JP59239245A JP23924584A JPS61117980A JP S61117980 A JPS61117980 A JP S61117980A JP 59239245 A JP59239245 A JP 59239245A JP 23924584 A JP23924584 A JP 23924584A JP S61117980 A JPS61117980 A JP S61117980A
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signal
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transfer
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小池 紀雄
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中井 正章
Hideyuki Ono
秀行 小野
Shinya Oba
大場 信弥
Haruhisa Ando
安藤 治久
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce means and to remove completely an afterimage due to interlace by transferring two optical signals and one smear signal while the same numeric aperture as that of a conventional element is held and subtacting each optical signal and the smear signal. CONSTITUTION:Electric charges are generated in three electrodes and the remaining one is in the idle state among four electrodes. Then a vertical CCD is operated in a triple transfer mode where signals A, B and C are transferred to the idle electrode and subsequent two electrodes, whereby three-type of signals (two optical signals and one smear signal) can be transmitted with the same numeric aperture (35-45%) as that of the conventional element being held. Because signals in one group as shown by (m), (n), etc., include the same amount of smear signal components (black part in waveform in the figure) at waveforms of outputs 4-1-3 detected by electric charge detecting circuits 12-1-3 and at waveforms of outputs 14-1-2 of subtractors 13-1-2, a group of the outputs 4-1 and 4-2 and that of the outputs 4-3 and 4-2 are inputted to the subtractors 13-1 and 13-2, respectively, whereby real optical signals OA and OB free of a smear component can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電荷転送形固体撮像素子に関し、詳しくは半
導体基板上に光電変換素子、および各素子の光学情報を
取出す電荷転送素子(Charge Transf@r
 D・マioe )を搭載した画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 charge transfer type solid-state image sensor, and more specifically, a charge transfer type solid-state image sensor that includes a photoelectric conversion element on a semiconductor substrate and a charge transfer element that extracts optical information from each element. r
The present invention relates to an image sensor equipped with a D.

(発明の背景〕 画体撮像素子は、テレビジョン放送で従来より使用され
ている撮像泪電子管と同等以上の解像力を備えているこ
とが必要である。このため、半導体基板上には、垂直方
向に500個、水平方向に800〜1000個を配列し
た絵素(光電変換素子)マトリックスとそれに相当する
走査素子が必要となる。したがって、上記固体撮像素子
は、高集積化が可能なMOB大規模回路技術を用いて作
られる。光電変換素子に蓄積された信号電画を取り出す
電荷転送素子として、Ch&rg@Coupj@a D
(Background of the Invention) It is necessary for an image sensor to have a resolution equal to or higher than that of an imaging electron tube conventionally used in television broadcasting. A matrix of 500 picture elements (photoelectric conversion elements) and 800 to 1000 pixels arranged in the horizontal direction and a corresponding scanning element are required.Therefore, the above-mentioned solid-state image sensor is a large-scale MOB that can be highly integrated. Made using circuit technology.Ch&rg@Coupj@a D
.

マia・(以下、CCDと略称する)を用いた撮像素子
が開発されている。この形の素子は、例えばテレビジョ
ン学会創立30周年記念1980年全国大会予稿集、P
33〜P34に記載されてし)る。
An imaging device using a MIA (hereinafter abbreviated as CCD) has been developed. This type of element is used, for example, in Proceedings of the 1980 National Conference of the Television Society of Japan, commemorating the 30th anniversary of the founding of the Society of Television Engineers, P.
33-P34).

第9図は、従来のCCD形画体操像素子の基本構成図で
ある。
FIG. 9 is a basic configuration diagram of a conventional CCD type image element.

119図において、1は例えば光ダイオードから成る光
電変換素子、2および3は光電変換素子群に蓄積された
光信号を出力端養に取り出すための垂直CCDシフトレ
ジスタおよび水平CCDシフトレジスタ、5−1.5−
2.6−1.6−2をまそれぞれ垂直CCDシフトレジ
スタ2.水平CCDシフトレジスタ3を駆動するクロッ
クパルスを発生する発生器である。ここでは、2相のク
ロックパルス発生器を示しているが、4相なl/1t、
、 3相のいずれのクロック形態を採用してもよし1゜
また、7−1.7−2は光ダイオードに蓄積された電荷
を垂直シフトレジスタ2に送り込も転送ゲートを示して
いる。第9図の固体撮像素子は、このままの形態では白
黒撮像素子となり、上部にカラーフィルタを積層すると
、各党ダイオードは色情報を備えることKな・つて、カ
ラー撮像素子となる。
119, 1 is a photoelectric conversion element made of, for example, a photodiode, 2 and 3 are a vertical CCD shift register and a horizontal CCD shift register for taking out the optical signals accumulated in the photoelectric conversion element group to output terminals, 5-1 .5-
2.6-1.6-2 are vertical CCD shift registers 2. This is a generator that generates clock pulses that drive the horizontal CCD shift register 3. Here, a two-phase clock pulse generator is shown, but four-phase l/1t,
, any three-phase clock format may be adopted. 1. In addition, 7-1 and 7-2 indicate transfer gates that send the charges accumulated in the photodiodes to the vertical shift register 2. The solid-state image sensor shown in FIG. 9 becomes a monochrome image sensor in its current form, but if a color filter is laminated on top, each party diode is provided with color information, so it becomes a color image sensor.

固体撮像素子は、よく知られているように、小型、軽量
、メインテナンスフリー1低消費電力等の利点を、有し
ており、電子管撮像素子Kかわり次期撮像デバイスとし
て期待されている。
As is well known, solid-state imaging devices have advantages such as being small, lightweight, maintenance-free, and low power consumption, and are expected to be the next generation imaging device to replace the electron tube imaging device K.

しかしながら、従来のCCD形固体撮像素子には、次の
2つの問題点があり、そのために画質力1著しく損なわ
れている。
However, the conventional CCD type solid-state image sensing device has the following two problems, which significantly deteriorate the image quality.

(1)垂直方向にはインタレース走査が行われるため、
第1フイールドでは奇数列(1,3,5,・・・・・2
N−1)の画素信号が、第2フイールドで(i偶数列(
2,4,6,・・・・・2N)の画素信号力ζ、それぞ
れ読み出される。この結果、次のフレームの第1フイー
ルドにおいては、直前のフィールドで読み出しが行われ
なかった列(すなわち、奇数列)の信号が新しい信号に
加わって読み出される(この現象は、一般に残像と呼ば
れる)。固体撮像素子は、スイッチング速度が早いため
、残像を発生しないという利点を有しているが、実際に
G言上記のようなインタレースの読み出し方式にもとづ
く残像が発生する。
(1) Since interlaced scanning is performed in the vertical direction,
In the first field, odd number columns (1, 3, 5,...2
N-1) pixel signal is in the second field (i even column (
2, 4, 6, . . . 2N) pixel signal powers ζ are respectively read out. As a result, in the first field of the next frame, signals from columns that were not read in the previous field (that is, odd columns) are added to the new signals and read out (this phenomenon is generally called afterimage). . Solid-state image sensing devices have the advantage of not producing afterimages because of their fast switching speeds, but in reality, afterimages occur due to the interlaced readout method as described above.

この問題を解決する方法として、垂直CCDを2列ずつ
設け(すなわち、第9図に示す構成の2倍の垂直CCD
を設け)、いずれのフィールドにおいても奇数、偶数を
合わせた全列の画素の信号を読み出すことが考えられる
。しかし、垂直CCDの本数が2倍に増加するため、光
ダイオード°に許される面積は著しく低下しくすなわち
、開口率は従来の35〜40%から15〜20%に低下
し)、撮像素子の重要項目である光感度が低くなると1
1つ問題が生じる。
A method to solve this problem is to provide two columns of vertical CCDs (i.e., twice as many vertical CCDs as the configuration shown in FIG.
It is conceivable to read out the signals of all columns of pixels, including odd and even numbers, in any field. However, since the number of vertical CCDs is doubled, the area allowed for the photodiode is significantly reduced (i.e., the aperture ratio is reduced from the conventional 35 to 40% to 15 to 20%), which makes the imaging element more important. When the light sensitivity, which is an item, decreases, it becomes 1.
One problem arises.

(1)入射光量の弛いモニタ上では、入射光量の多し)
被写体像の上下に白い縦縞が発生しくこの現象&ま、一
般にスメアと呼ばれる)、前述の残像と同じように画質
が大きく損われる。
(1) On a monitor where the amount of incident light is loose, the amount of incident light is high)
This phenomenon (generally called smear), in which white vertical stripes appear above and below the subject image, greatly impairs the image quality, just like the afterimage mentioned above.

したがって、上記(1) (1)の問題点を解決するこ
とが、将来の固体撮像素子における大きな課題となって
いる。
Therefore, solving the problems (1) and (1) above is a major challenge for future solid-state imaging devices.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、これら2つの問題点、つまり残像およ
びスメアを取り除き、画質の良好な電荷転送形固体撮像
素子を提供することKある。
An object of the present invention is to eliminate these two problems, that is, afterimage and smear, and to provide a charge transfer type solid-state image pickup device with good image quality.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するため、本発明の電荷転送形固体搬像
素子は、同一半導体基板上に、光電変換素子群と、該素
子群に蓄積された光信号電荷を垂直方向および水平方向
に転送する垂直電荷転送素子と水平電荷転送素子とを集
積化した電荷転送形固体操像素千において、第1、@2
、第3の信号電荷が蓄積される3個の電極と、空の状n
にある1個の電極とからなる組を複数組有し、空の電極
に第1の信号電荷を、次に第1の信号電荷が先に進み空
になった電極に第2の信号電荷を、続いて第2の信号電
荷が先に進み空になった電極に第3の信号電荷を、それ
ぞれ移す動作を繰り返す垂直電荷転送素子を設けること
に特徴がある。
In order to achieve the above object, the charge transfer type solid-state image carrier of the present invention includes a group of photoelectric conversion elements and transfers optical signal charges accumulated in the element group in vertical and horizontal directions on the same semiconductor substrate. In the charge transfer type solid-state image element which integrates a vertical charge transfer element and a horizontal charge transfer element,
, three electrodes where the third signal charge is accumulated, and an empty state n
The first signal charge is applied to the empty electrode, and then the first signal charge advances and the second signal charge is applied to the empty electrode. The present invention is characterized in that a vertical charge transfer element is provided in which the second signal charge is transferred first and the third signal charge is transferred to the empty electrode repeatedly.

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

以下、本発明の実施例を、図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す電荷転送形固体撮像
皐子の基本構成図である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a charge transfer type solid-state imaging device showing one embodiment of the present invention.

第1図において、l−1,1−2は光ダイオード、2′
はイオン注入領域6を備えた3重転送動作を行わせる垂
直CCD、2’−1,2’−2・・・は垂直CCD 2
’を構成する電極、3’−1,3’−2,3’−3は垂
直CCD 2’が送ってきた31111類の信号電荷Q
A t QB r (18を受は入れて、各電荷を出力
蛋−1,4−2,4−3に向けて転送する水平CCD、
 5’−1、5’−2、5’−3、5’−4は垂直CC
D 2’を駆動する垂直クロックパルス発生器である0
ここで、水平CCD 3’を駆動する水平クロックパル
スは、図面を簡単化するために記載が省略されているが
、第9図に示すような2相でも、・あるいは3相、4相
でもよい。垂直CCD 2’を構成する4つの電極2’
−1,2’−2,2’−3,2’−4のうちの3つの電
極の下には、2系列の光信号QA# QBとスメアq6
 が蓄積され、残る1つの電極は空の状態に置かれる。
In Fig. 1, l-1, 1-2 are photodiodes, 2'
2'-1, 2'-2, . . . are vertical CCDs 2, 2'-1, 2'-2, . . .
The electrodes 3'-1, 3'-2, and 3'-3 that constitute ' are the 31111 type signal charges Q sent by the vertical CCD 2'.
A t QB r (horizontal CCD that receives 18 and transfers each charge towards output elements 1, 4-2, 4-3;
5'-1, 5'-2, 5'-3, 5'-4 are vertical CCs
0 which is the vertical clock pulse generator driving D2'
Here, the horizontal clock pulse that drives the horizontal CCD 3' is omitted to simplify the drawing, but it may be two-phase as shown in FIG. 9, or three-phase or four-phase. . Four electrodes 2' forming vertical CCD 2'
-1, 2'-2, 2'-3, 2'-4, two series of optical signals QA# QB and smear q6 are placed under the three electrodes.
is accumulated and one remaining electrode is left empty.

そして、後述する3重転送モードにより、光信号Qえ+
 ’L@ m QB は水平CCD 3’−1,3−2
,3’−3VC送り込まれる。
Then, by using the triple transfer mode, which will be described later, the optical signal
'L@m QB is horizontal CCD 3'-1, 3-2
, 3'-3VC are sent.

11!2図(sL) (1))は、第1図のCCD形固
体撮像素子を構成する画素部の平面および断面構造図で
ある。
FIG. 11!2 (sL) (1)) is a plan view and a cross-sectional structural view of a pixel portion constituting the CCD type solid-state image sensor of FIG. 1.

2’−1(または2’−3)および2’−2(または2
’−4)は、垂直CCD 2’を構成する電極であり、
例えば2′−1は第1層目の多結晶シリコン、2′−2
は第2層目の多結晶シリコンで形成される。各電極2′
−1〜2′−4の下には、これら電極の製作以前に形成
されたイオン注入層8が形成されており、こり層8は例
えばボロン原子から構成される。
2'-1 (or 2'-3) and 2'-2 (or 2
'-4) is an electrode constituting the vertical CCD 2',
For example, 2'-1 is the first layer of polycrystalline silicon, 2'-2
is formed of the second layer of polycrystalline silicon. Each electrode 2'
An ion implantation layer 8 is formed under -1 to 2'-4, which was formed before the production of these electrodes, and the stiffness layer 8 is made of boron atoms, for example.

ここで、転送ゲー)7−1 (あるいは7−2)は、C
CD電極2′−1と兼用した場合を示したが、勿論CC
D[極2′−1とは別K、例えば第3層の多結晶シリコ
ンで形成しても差し支えない。
Here, transfer game) 7-1 (or 7-2) is C
The case where it is used also as CD electrode 2'-1 is shown, but of course CC
D[It may be formed of a material other than the pole 2'-1, for example, a third layer of polycrystalline silicon.

第2図(&)の平面をX −X’面て切断すると、第2
図(blに示す断面′a造となる。
When the plane of Figure 2 (&) is cut along the X-X' plane, the second
The cross section is shown in Figure (bl).

第2図(blにおいて、9はCCD電極2′と基板11
(例えばP型)を絶縁するゲート酸化膜、また10はC
CDの電荷転送チャネルを埋め込み形にする層(例えば
ユ型)である。なお、チャネルを表面形にする場合は、
この!10は不要である。
Figure 2 (in bl, 9 is the CCD electrode 2' and the substrate 11
(for example, P type), and 10 is a C
It is a layer that makes the charge transfer channel of the CD a buried type (for example, U-shaped). In addition, if the channel is made into a surface shape,
this! 10 is unnecessary.

第3図は、垂直CCDの3重転送動作を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the triple transfer operation of the vertical CCD.

第3図(→に示すように、クロックパルス・発生器5′
−1〜5′−4の各ラインには、各電極2−1゜2’−
2,2’−3,2’−蛋、2’−1,・・・が順次接続
されている。t1〜tnの時NIKおける各軍!!2′
−1,2’−2,2’−3,2’−蚤、・・・の下のボ
テンシアルが、第3図Q)に示され、各電極の位置は第
3図(&)に対応している。
As shown in Figure 3 (→), the clock pulse generator 5'
-1 to 5'-4, each electrode 2-1゜2'-
2, 2'-3, 2'-tag, 2'-1, . . . are connected in sequence. Each army in NIK from t1 to tn! ! 2'
-1,2'-2,2'-3,2'-bottoms,... are shown in Figure 3Q), and the positions of each electrode correspond to Figure 3 (&). ing.

第3図(b)により、3重転送動作を説明する。The triple transfer operation will be explained with reference to FIG. 3(b).

(1) t −tエ では、1フイ一ルド期間に入射し
た光によって、光ダイオードl−1,1−2に蓄積され
た信号電荷QA + QBは、高電圧(″′H″レベル
)のクロックパルスvl # Vlが加わり、導通状態
にある(ポテンシャルの低下した)転送ゲート7−1.
7−2を通して垂直CCD 2’側に送り込まれ、ポテ
ンシャルの最も低い電極2’−1,2’−3の下に蓄積
される。
(1) At t-t, the signal charges QA + QB accumulated in the photodiodes l-1 and 1-2 due to the light incident during one field period rise to a high voltage (''H'' level). Clock pulse vl #Vl is applied, and transfer gate 7-1. is in a conductive state (potential is lowered).
It is sent to the vertical CCD 2' side through 7-2 and accumulated under the electrodes 2'-1 and 2'-3, which have the lowest potential.

(1) t −t、  では、各電極に印加さねるクロ
ックパルスは低電圧(”L”レベル)になり、各電極下
のポテンシャルは高くなるが、各電極下の一部に形成さ
れたイオン注入層8の形成する障壁VB により、電荷
QA + QBは時間1−1. のときと同−電澤下K
iF積される。
(1) At t - t, the clock pulse applied to each electrode becomes a low voltage ("L" level), and the potential under each electrode becomes high, but the ions formed in a part under each electrode Due to the barrier VB formed by the injection layer 8, the charge QA + QB increases during time 1-1. Same as when - K. Denzawa
iF is multiplied.

@ 1−1.  では、垂直走査期間に入るので、電荷
QAIQBが水平CCDに向けて転送される。なお、1
−+1..1.は、垂直帰一期間内の時刻である。
@ 1-1. Now, since the vertical scanning period begins, charges QAIQB are transferred toward the horizontal CCD. In addition, 1
-+1. .. 1. is the time within the vertical hoisting period.

先ず、電極2’−4重mわった中間電圧(1M″レベル
)Kより、電極2′−3に蓄積されていた電荷QBが電
極2′−4の下に転送される。
First, the charge QB accumulated on the electrode 2'-3 is transferred to the lower part of the electrode 2'-4 by the intermediate voltage (1M'' level) K which is multiplied by the electrode 2'-4.

Nt−t、  では、これ重でに電極2′−2に蓄積さ
レタスメア電N (L、 カ、’″M”レベルクはツク
パルスV、の加わった電極2′−3の下に転送される。
Nt-t, then the lettuce smear electric current N (L, F, ``M'' level) accumulated on the electrode 2'-2 is transferred to the bottom of the electrode 2'-3 to which the pick pulse V is applied.

ここで、スメア電荷は、光入射によって発生した電荷が
垂直CCDIIK漏洩することにより発生するもので、
これ以降の転送期間中(1,〜t!Iり)Cも漏洩して
くるため、時間の経過とともにスメア電荷量は多くなる
。一方、この漏洩電荷はどの電極にも入り込もので、信
号QA + QIIにもスメア電荷が混入し、信号中の
スメア成分は時間の経過とともにやはり大きくなる。
Here, the smear charge is generated when the charge generated by light incidence leaks from the vertical CCDIIK.
Since C also leaks during the subsequent transfer period (from 1 to t!I), the amount of smear charge increases as time passes. On the other hand, this leakage charge enters any electrode, and the smear charge also mixes into the signal QA + QII, and the smear component in the signal also increases with the passage of time.

(y)t−t、 では、電極2′−2に”M”レベルの
クロックパルスV、が加わり、電極2′−1に蓄積され
ていた電荷QAは電極2′−2の下に転送される。
(y) At t-t, an "M" level clock pulse V is applied to the electrode 2'-2, and the charge QA accumulated on the electrode 2'-1 is transferred to the bottom of the electrode 2'-2. Ru.

以上の時間t、〜1sの動作により、電荷QB e+1
. I Qえは電極1個分だけ、水平CCD側に転送さ
れたことになる。
Due to the above operation for the time t, ~1s, the charge QB e+1
.. This means that the IQ is transferred to the horizontal CCD side by one electrode.

このように、4個の電極のうち3個の電極に電荷を存在
させ、1(IIの電極を空の状態におき、空の電1it
(信号^、次に信号Aが先に進んで空になった電極に信
号B2続いて信号Bが先に進んで空になった電極に信号
Cを移す転送動作であるが、このような転送動作を、以
下3重転送動作と呼ぶことにする。
In this way, charges exist in three of the four electrodes, and the electrode 1(II is left empty, and the empty charge 1it
(Signal ^, then the signal A goes first and the signal B2 goes first, and then the signal C goes to the empty electrode. This is a transfer operation. The operation will hereinafter be referred to as a triple transfer operation.

■1−1.  では、再び電荷QBの転送が始まり、1
012’−1に加わる中間電圧(”M−レベル)により
電極2’−4tC蓄積されていた電荷QB が電極2′
−1の下に転送される。このようにして、順次3重転送
動作を繰り返すことにより、3つの信号Q!I + (
、* QA は水平CCD側に転送され、垂直CCDの
最終電極まで到達すると、信号QB+q@yQAが各々
の水平CCD3’−1,3’−2,3’−3に送り込ま
れる。水平CCDへの電荷の送り込みは水平走査期間内
に行われ、水平走査期間に入ると、信号Q、q、QAは
水平CCD内を同時に出力養−1,4−2,4−3に向
けて転送される。
■1-1. Now, the transfer of charge QB starts again, and 1
Due to the intermediate voltage (M-level) applied to 012'-1, the charge QB accumulated on electrode 2'-4tC is transferred to electrode 2'
Transferred under -1. In this way, by sequentially repeating the triple transfer operation, the three signals Q! I + (
, *QA are transferred to the horizontal CCD side, and when they reach the final electrode of the vertical CCD, the signal QB+q@yQA is sent to each horizontal CCD 3'-1, 3'-2, 3'-3. Feeding charges to the horizontal CCD is performed during the horizontal scanning period, and once the horizontal scanning period begins, signals Q, q, and QA simultaneously flow within the horizontal CCD toward the outputs -1, 4-2, and 4-3. be transferred.

なお、水平CCD3’−1,3’−2,3’−3は、各
信号に対して1個ずつ与えられているので、水平CCD
の電荷は従来における水平CCDと同じ単一転送動作(
3重転送動作に対する通常動作の表現)で転送させれば
よい。
Note that the horizontal CCDs 3'-1, 3'-2, and 3'-3 are provided one for each signal, so the horizontal CCDs 3'-1, 3'-2, and 3'-3 are
The charge is transferred by the same single transfer operation as the conventional horizontal CCD (
It is sufficient to perform the transfer using the expression (expression of normal operation for triple transfer operation).

また、第3図(6)の時間t s−tnの状態は、時間
の経過とともに転送が進むに伴って、スメア電荷量が増
加することを示している(黒の太線がスメア電荷量)。
Further, the state at time ts-tn in FIG. 3(6) shows that the amount of smear charge increases as the transfer progresses over time (the thick black line is the amount of smear charge).

この場合、隣接するグループ内(例えば、(Q工)+ 
(lゆ) 、QA(旬〕のグループ、(QII (11
+1) ? ’@m (n−H) l QA (Zl+
1) )のグープ)でのスメア電荷は殆んど同一量とな
る。すなわち、信号QAll) ’ QE6x)に漏洩
したスメア電荷量はq、(1)IC等しくなる。
In this case, within the adjacent group (for example, (Q) +
(lyu), QA (Shun) group, (QII (11)
+1)? '@m (n-H) l QA (Zl+
1) The smear charges in (Goop) in ) are almost the same amount. That is, the amount of smear charge leaked to the signal QAll)'QE6x) is equal to q,(1)IC.

次ニ、スメア電荷の引算について述べる〇第4図は、ス
メア#*回路の基本構成を示す図である。
Next, subtraction of smear charges will be described. FIG. 4 is a diagram showing the basic configuration of the smear #* circuit.

12−1.12−2.12−3は水平CCD 3’−1
,3’−2,3’−3の最終攻に設けられた電荷検出回
路であって、一般VcMOSソースホロア回路が使用さ
れる。4−1.4−2.4−3は電荷検出回路の出力、
13−1.13−2は!1算器である。この引算器13
−1.13−2は、市販の差動増幅器を利用して素子外
部に設けてもよく、あるいは素子内部<M□s差動増幅
器を集積化する形態にしてもよい。
12-1.12-2.12-3 is horizontal CCD 3'-1
, 3'-2, 3'-3, and a general VcMOS source follower circuit is used. 4-1.4-2.4-3 is the output of the charge detection circuit,
13-1.13-2 is! It is a 1 calculator. This subtractor 13
-1.13-2 may be provided outside the element by using a commercially available differential amplifier, or may be formed by integrating a <M□s differential amplifier inside the element.

第5図は、第1図における光信号電荷Q、l(L、TQ
B の出力波形を示す図である。
FIG. 5 shows the optical signal charges Q, l(L, TQ
It is a figure which shows the output waveform of B.

第5図には、電荷検出回路12−1.12−2゜12−
3で検出された出力4−1.4−2.4−3の波形、お
よび引算器13−1.13−2の出力14−1.14−
2の波形が示されている。
FIG. 5 shows a charge detection circuit 12-1, 12-2゜12-
The waveform of the output 4-1.4-2.4-3 detected at 3 and the output 14-1.14- of the subtracter 13-1.13-2
2 waveforms are shown.

前述のように、m、n等で表示された同一グループの信
号には、同量のスメア信号成分が含まねているので(第
5図の波形の黒の部分がスメア信号)、出力4−1と4
−2を!1算器13−1に入力することKより、出力1
4−1にはスメア成分のない真の光信号OAが、また出
力4−3と4−2を引算W13−2に入力することKよ
り、出力14−2にはやけりスメア成分のない真の光信
号OBがそれぞれ得られる。
As mentioned above, the signals of the same group indicated by m, n, etc. do not contain the same amount of smear signal components (the black part of the waveform in Fig. 5 is the smear signal), so the output 4- 1 and 4
-2! From the input K to the 1 calculator 13-1, the output 1
4-1 is the true optical signal OA without smear components, and by inputting outputs 4-3 and 4-2 to subtraction W13-2, output 14-2 is almost free of smear components. A true optical signal OB is obtained respectively.

第6図は、本発明の他の実施例を示すCCD形撮像素子
の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a CCD type image sensor showing another embodiment of the present invention.

第1図の実施例では、3個の信号電荷QA ? ’Ll
#Q、  を3列の水平CCDで転送しているが、第6
図においては、311の信号電荷QAF+1.IQB 
を2列の水平CCDで転送する。この場合、一方の水平
CCDにより2個の信号(例えば、QA e Q!I)
を送り、他方の水平CCDにより1個の信号(Nえば、
q、 )を送ればよい。
In the embodiment of FIG. 1, three signal charges QA? 'Ll
#Q, is transferred by three horizontal CCDs, but the sixth
In the figure, 311 signal charges QAF+1. IQB
is transferred by two horizontal CCDs. In this case, two signals (e.g. QA e Q!I) are detected by one horizontal CCD.
is sent, and the other horizontal CCD outputs one signal (for example,
q, ) can be sent.

したがって、2個の信号を転送する水平CCD 3’−
2には2重転送動作を行わせ、1個の信号を転送する水
平CCD3’−1には単一転送動作を行わせる。2重転
送動作は、りはツクパルス発生器からのティンに接続さ
れた3個の電極のうちの2[の電極に電荷を存在させ、
1個の電極を空の状態において、この空の電極に信号A
t−移し、次に信号人が先に進んで空になった電極に信
号Bを移す転送動作である。
Therefore, the horizontal CCD 3'-
The horizontal CCD 3'-1, which transfers one signal, is caused to perform a single transfer operation. The double transfer operation causes a charge to be present on two of the three electrodes connected to the pin from the pulse generator;
When one electrode is in an empty state, a signal A is applied to this empty electrode.
This is a transfer operation in which the signal person moves forward and transfers the signal B to the empty electrode.

第7図、第8図は、それぞれ本発明のさらに他の実11
6iflを示すCCD形撮像素子の構成図である。
FIGS. 7 and 8 respectively show further embodiments 11 of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a CCD type image sensor showing 6ifl.

第7図においては、3個の信号Qk1+1.IQBを1
列の水平CCDで転送するようにしている。
In FIG. 7, three signals Qk1+1. IQB 1
The data is transferred using horizontal CCDs in columns.

この場合には、水平CCDも垂直CCDと同じように、
3重転送動作を行わせる必要がある。
In this case, the horizontal CCD is the same as the vertical CCD.
It is necessary to perform triple transfer operation.

第1図および第6図の実施例の場合のように5複数列の
水平〇CDを配列するときには、各水平CCDのチャネ
ル幅を同一にする必要はない。
When five or more rows of horizontal CCDs are arranged as in the embodiments of FIGS. 1 and 6, it is not necessary that the channel widths of each horizontal CCD be the same.

例えば、一般にスメア電荷量は、光信号電荷量に比べて
1桁以上少ないので、第8図に示すように、スメア電荷
転送用水平CCD3”2のチャネル幅W、を他の光信号
転送用水平CCDのチャネル幅W1. W、に比べて小
さくしてもよい。ここで、各水平CCDのチャネル幅の
大小関係として、次の3N類の場合を考えることができ
る。
For example, since the amount of smear charge is generally one or more orders of magnitude smaller than the amount of optical signal charge, as shown in FIG. It may be smaller than the channel width W1.W of the CCD.Here, the following 3N cases can be considered as the magnitude relationship of the channel width of each horizontal CCD.

W、 < W、 m W、(QAとQBのチャネル幅を
等しくする)W、 < Wl< W、 (QAのチャネ
ル幅をQBより小さくする)W、<W、<Wよ(QAの
チャネル幅をQBより大きくする)また、第1図の実施
例では、スメア電荷転送用の水平C0D3’−2を、信
号電荷QA r QBを転送する水平CCD3’−1と
3′−30間に配置しているが、垂直CCD 2’の信
号電荷転送順序は前述の(QB= q、、QA)の他に
、駆動のさせ方を変えることKよって、(qs++ Q
B# QA)lあるいは(QA。
W, < W, m W, (make the channel widths of QA and QB equal) W, <Wl< W, (make the channel width of QA smaller than QB) W, < W, <W (make the channel width of QA Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 1, the horizontal CCD 3'-2 for smear charge transfer is placed between the horizontal CCDs 3'-1 and 3'-30 that transfer the signal charge QA r QB. However, in addition to the above-mentioned (QB = q,, QA), the signal charge transfer order of the vertical CCD 2' is changed to (qs++ Q) by changing the driving method.
B# QA)l or (QA.

QB、q、)等の順序にすることができる。QB, q, ), etc.

したがって、例えば、水平〇CD3’−1をスメア電荷
転送用に、水平CCD3’−2,3’−3を信号電荷転
送用にしても、何ら差し支えない。
Therefore, for example, there is no problem even if the horizontal CD3'-1 is used for smear charge transfer and the horizontal CCD3'-2 and 3'-3 are used for signal charge transfer.

また、第1図、第6図、第7図および第8図においては
、垂直CCDが3個の信号QA+ QB、ct。
In addition, in FIGS. 1, 6, 7, and 8, the vertical CCD has three signals QA+QB, ct.

を送る構造を有しているが、最終的には光信号電荷QA
 r QBのみを使用し、スメア電荷q、は垂直CCD
の最終段に吸収ドレインを設けて捨てるようにしてもよ
い。勿論、水平CCDの最終段に吸収ドレインを設けて
、スメア電荷を捨てることもてきる。この場合、第4図
に示した引算器は不要になるが、![算をしないので、
光信号の中に含まれたスメア電荷を除去することができ
なくなる。
However, ultimately the optical signal charge QA
Using only r QB, smear charge q, is vertical CCD
An absorption drain may be provided at the final stage for disposal. Of course, an absorption drain can be provided at the final stage of the horizontal CCD to discard the smear charges. In this case, the subtractor shown in Figure 4 becomes unnecessary, but! [Since I don't do calculations,
It becomes impossible to remove the smear charges contained in the optical signal.

また、第9図に示した従来素子と同じように、1列(第
1フイールドで奇数列、第2フイールドで偶数列)の光
ダイオードの光信号を読み出してもよい。この場合には
、1個の光信号QAまたはQBとスメア信号qlIが転
送されることになるため、水平CCDは2個以下でよい
。ただし、光信号QAまたはQB の中に′含まれたス
メア電荷は除去できるが、従来素子と同じくインタレー
スにもとづく残像が発生する。
Further, in the same way as the conventional element shown in FIG. 9, the optical signals of the photodiodes in one column (odd columns in the first field, even columns in the second field) may be read out. In this case, since one optical signal QA or QB and the smear signal qlI are transferred, the number of horizontal CCDs may be two or less. However, although the smear charge contained in the optical signal QA or QB can be removed, an afterimage due to interlacing occurs as in the conventional element.

本発明においては、垂直CCDを3重転送モードで動作
させることにより、従来の素子と同一の開口率(35〜
40%)を維持したまま3種類の信号(2つの光信号と
1つのスメア信号)を転送することができる。そして、
これらの211!類の光信号の各々とスメア信号を引算
することにより、スメア信号のない2種類(つまり、奇
数列と偶数列)の真の光信号を得ることができる。
In the present invention, by operating the vertical CCD in triple transfer mode, the aperture ratio (35~
40%), three types of signals (two optical signals and one smear signal) can be transferred. and,
These 211! By subtracting the smear signal from each type of optical signal, two types of true optical signals (that is, odd-numbered columns and even-numbered columns) without smear signals can be obtained.

本発明者らが行った実験により評価した結果、従来の素
子で間11になっていた約50%のインタレース残像は
完全になくなり(0%になる)、さらにスメアを従来の
素子に比べて約40+IB低減てきることが明らかとな
った。
As a result of experiments conducted by the present inventors, the interlace afterimage of about 50%, which was 11% with the conventional element, has completely disappeared (to 0%), and the smear has been reduced compared to the conventional element. It has become clear that approximately 40+IB can be reduced.

なお、実施例では、従来の固体撮像素子として代表的な
インターライン方式のCCD形素子を翁にとり説明した
が、本発明はこの方式に限定されず、他の方式、例えば
7レ一ムトランス7ア方式のCCD彩青子等〈も全く同
じように′iM眉できる。
In the embodiment, an interline type CCD element, which is typical as a conventional solid-state image sensor, was explained. However, the present invention is not limited to this type, and may be applied to other types, such as 7-rem transformer 7-area. The CCD system of Ayoko et al. can perform 'iM eyebrows in exactly the same way.

(望明の効果) 以上説明したように、本発明によれd1従来の素子と同
じ開口率を保持したまま、2つの光信号と1つのスメア
信号を転送し、各光信号とスメア信号とを引算するので
、スメアを従来のものより格段に低減することができる
とともに1インタレースによる残像を完全に取除くこと
により、CCD形固体撮像素子の画質を向上することが
できる。
(Effect of brightness) As explained above, according to the present invention, two optical signals and one smear signal are transferred while maintaining the same aperture ratio as the conventional d1 element, and each optical signal and smear signal are Since subtraction is performed, smear can be significantly reduced compared to the conventional method, and the image quality of the CCD solid-state image sensor can be improved by completely removing the afterimage caused by one interlace.

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

第1図は本発明の一実施例を示す電荷転送形固体撮像素
子の基本構成図、第2図は第1図のCCD形固体揖像素
子の画素部の平面および断面構造図、jl!3図は垂直
CCDの3重転送動作を示す図、第4図は本発明のスメ
ア除去回路の基本構成図、第5図は第1図における光信
号電荷の出力波形を示す図、第6図、第7図、第8図は
それぞれ本発明の他の実施例を示すCCD形固体撮像素
子の構成図、第9図は従来のCCD形固体撮像素子の基
本構成図である。 1−1.1−2:光ダイオード、2′:垂直CCD、 
2’−1,2’−2,2’−3,2’−47電極、3′
−1,3’−2,3’−3,3’−2,3”’:水平C
CD。 蚤、4−1.4−2.4−3:出力端子、7−1゜7−
2:転送ゲート、5−1.5−2.6−1゜6−2:ク
ロックパルス発生器。 ビ、−レグ′ 第2図 第3図 藁牛図 藁5図 第6図 第7図 2′ 纂8図
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a charge transfer type solid-state imaging device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and cross-sectional structural diagram of a pixel portion of the CCD type solid-state imaging device shown in FIG. 1. 3 is a diagram showing the triple transfer operation of the vertical CCD, FIG. 4 is a basic configuration diagram of the smear removal circuit of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the output waveform of the optical signal charge in FIG. 1, and FIG. , FIG. 7, and FIG. 8 are block diagrams of a CCD type solid-state image pickup device showing other embodiments of the present invention, and FIG. 9 is a basic block diagram of a conventional CCD type solid-state image pickup device. 1-1.1-2: Photodiode, 2': Vertical CCD,
2'-1, 2'-2, 2'-3, 2'-47 electrode, 3'
-1,3'-2,3'-3,3'-2,3"': Horizontal C
CD. Flea, 4-1.4-2.4-3: Output terminal, 7-1°7-
2: Transfer gate, 5-1.5-2.6-1° 6-2: Clock pulse generator. B, - Leg' Figure 2 Figure 3 Straw Ox Figure Straw 5 Figure 6 Figure 7 Figure 2' Summary Figure 8

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)同一半導体基板上に、光電変換素子群と、該素子
群に蓄積された光信号電荷を垂直方向および水平方向に
転送する垂直電荷転送素子と水平電荷転送素子とを集積
化した電荷転送形固体撮像素子において、第1、第2、
第3の信号電荷が蓄積される3個の電極と、空の状態に
ある1個の電極とからなる組を複数組有し、空の電極に
第1の信号電荷を、次に第1の信号電荷が先に進み空に
なつた電極に第2の信号電荷を、続いて第2の信号電荷
が先に進み空になつた電極に第3の信号電荷を、それぞ
れ移す動作を繰り返す垂直電荷転送素子を設けることを
特徴とする電荷転送形固体撮像素子。
(1) Charge transfer in which a group of photoelectric conversion elements, a vertical charge transfer element and a horizontal charge transfer element that transfer optical signal charges accumulated in the element group in the vertical and horizontal directions are integrated on the same semiconductor substrate. In the type solid-state image sensor, the first, second,
It has multiple sets of three electrodes in which third signal charges are accumulated and one electrode in an empty state, and the first signal charge is applied to the empty electrode, and then the first signal charge is Vertical charge that repeats the operation of transferring the second signal charge to the electrode where the signal charge went first and became empty, and then the third signal charge to the electrode where the second signal charge went first and became empty. A charge transfer type solid-state image sensor characterized by being provided with a transfer element.
(2)同一半導体基板上に、光電変換素子群と、該素子
群に蓄積された光信号電荷を垂直方向および水平方向に
転送する垂直電荷転送素子と水平電荷転送素子とを集積
化した電荷転送形固体撮像素子において、第1、第2、
第3の信号電荷が蓄積される3個の電極と、空の状態に
ある1個の電極とからなる組を複数組有し、空の電極に
第1の信号電荷を、次に第1の信号電荷が先に進み空に
なつた電極に第2の信号電荷を、続いて第2の信号電荷
が先に進み空になつた電極に第3の信号電荷を、それぞ
れ移す動作を繰り返す垂直電荷転送素子、および上記水
平電荷転送素子の出力以降に配置されて、転送された第
1と第2の光信号電荷から信号転送中に漏洩する第3の
信号電荷をそれぞれ差し引く引算器を設けることを特徴
とする電荷転送形固体撮像素子。
(2) Charge transfer in which a group of photoelectric conversion elements, a vertical charge transfer element and a horizontal charge transfer element that transfer optical signal charges accumulated in the element group in the vertical and horizontal directions are integrated on the same semiconductor substrate. In the type solid-state image sensor, the first, second,
It has multiple sets of three electrodes in which third signal charges are accumulated and one electrode in an empty state, and the first signal charge is applied to the empty electrode, and then the first signal charge is Vertical charge that repeats the operation of transferring the second signal charge to the electrode where the signal charge went first and became empty, and then the third signal charge to the electrode where the second signal charge went first and became empty. A transfer element, and a subtracter disposed after the output of the horizontal charge transfer element to subtract third signal charges leaking during signal transfer from the transferred first and second optical signal charges, respectively. A charge transfer solid-state image sensor featuring:
(3)前記水平電荷転送素子は、第1、第2、第3の信
号電荷を3列の水平CCDで転送するか、2列の水平C
CDで転送するか、あるいは1列の水平CCDで転送す
ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電荷転
送形固体撮像素子。
(3) The horizontal charge transfer element transfers the first, second, and third signal charges using three horizontal CCD columns, or transfers the first, second, and third signal charges using two horizontal CCD columns.
3. The charge transfer type solid-state image pickup device according to claim 2, wherein the charge transfer type solid-state image pickup device is characterized in that transfer is performed by a CD or by a single row of horizontal CCDs.
(4)前記水平CCDを2列または3列設ける場合、チ
ャネル幅に大小関係を設けることを特徴とする特許請求
の範囲第2項または第3項記載の電荷転送形固体撮像素
子。
(4) The charge transfer type solid-state image pickup device according to claim 2 or 3, wherein when two or three rows of horizontal CCDs are provided, a size relationship is provided for channel width.
JP59239245A 1984-11-13 1984-11-13 Charge transfer type solid-state image sensor Expired - Lifetime JPH0834565B2 (en)

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JP59239245A JPH0834565B2 (en) 1984-11-13 1984-11-13 Charge transfer type solid-state image sensor
US06/796,752 US4689687A (en) 1984-11-13 1985-11-12 Charge transfer type solid-state imaging device

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5612179A (en) * 1979-07-12 1981-02-06 Sony Corp Solid image pickup unit

Patent Citations (1)

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JPS5612179A (en) * 1979-07-12 1981-02-06 Sony Corp Solid image pickup unit

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