JPH02185174A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH02185174A
JPH02185174A JP1005446A JP544689A JPH02185174A JP H02185174 A JPH02185174 A JP H02185174A JP 1005446 A JP1005446 A JP 1005446A JP 544689 A JP544689 A JP 544689A JP H02185174 A JPH02185174 A JP H02185174A
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JP
Japan
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shift register
vertical shift
vertical
charge
solid
Prior art date
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Pending
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JP1005446A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Iizuka
哲也 飯塚
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電荷転送素子を用いた固体撮像素子に関し、
特に一垂直周期期間に複数回の電荷の加算が垂直シフト
レジスタで行われる所謂マルチストロボ動作を行う固体
撮像素子に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、転送ゲートの制御によってマトリクス状に配
される光電変換素子から電荷が一垂直周期期間中に複数
回垂直シフトレジスタへ転送されて加算される固体撮像
素子において、加算すべき電荷を垂直シフトレジスタ内
で複数ビット分揺動させることにより、固定パターン雑
音の低減等を実現するものである。
〔従来の技術〕
高速度の物体の動作解析等に使用して好適な固体撮像素
子として、一垂直周期期間に複数回の電荷の加算が垂直
シフトレジスタで行われる(所謂マルチストロボ動作)
を行う固体撮像素子が知られている(特開昭61−13
6388号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような一垂直周期期間に複数回の電荷の加算が行わ
れる固体撮像素子では、垂直シフトレジスタの暗電流に
よる固定パターン雑音が問題となる。
すなわち、通常のCODイメージヤの動作では、垂直シ
フトレジスタの特定のビットが成る画像情報を蓄積して
いる時間は短時間であり、また垂直シフトレジスタの転
送によって、その列の平均化が行われるために、垂直シ
フトレジスタの特定のビットでの暗電流による固定パタ
ーン雑音(FPN)が問題となることはない。しかしな
がら、上述のようなマルチストロボ動作を行う固体撮像
素子では、垂直シフトレジスタの特定のビットに、一垂
直周期期間の第1回度の読み出し時から電荷が蓄積され
ており、その蓄積時間は1フィールド近くにもなって、
暗電流による固定パターン雑音が問題となる。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、一垂直周
期期間に複数回の電荷の加算が垂直シフトレジスタで行
われる固体撮像素子において、暗電流による固定パター
ン雑音が低減されるような固体撮像素子の提供を目的と
する。
[課題を解決するための手段] 上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は
、マトリクス状に配された複数の光電変換素子と、電荷
を垂直方向に転送する垂直シフトレジスタと、上記各光
電変換素子によって発生した電荷の上記垂直シフトレジ
スタへの転送を制御する転送ゲートと、電荷を水平方向
に転送する水平シフトレジスタを有する。上記垂直シフ
トレジスタの構造は、蓄積部(ストレージ部)を有する
ものでも良く、すなわち本発明の固体撮像素子はFIT
(フレームインターライントランスファ)型、IT(イ
ンターライントランスファ)型を間わない、そして、本
発明の固体撮像素子は、一垂直周期期間に上記光電変換
素子に蓄積された電荷を複数回にわたり上記転送ゲート
を介して上記垂直シフトレジスタに転送し、複数回転送
された電荷を上記垂直シフトレジスタ内で加算して、上
記水平シフトレジスタに転送するものであって、加算す
べき電荷を垂直シフトレジスタ内で複数ビット分揺動さ
せることを特徴とする。ここで、この複数ビット分の揺
動は、一方向の転送回数とその反対方向への転送数を同
じ回数実行させて行うことができる。また、複数ビット
分の揺動を行うために、揺動させた場合でも電荷が垂直
シフトレジスタ内にあるように、垂直シフトレジスタの
冗長領域を設けるようにしても良い。
〔作用〕
加算すべき電荷を垂直シフトレジスタ内で複数ビット分
揺動させることで、固定パターン雑音につながる暗電流
が複数ビット分に亘って平均化されることになり、ノイ
ズの低減が行われる。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
第1の実施例 本実施例は、フレームインターライントランスファ型(
以下、FIT型と称す。)のCCD固体撮像素子の例で
あり、所謂マルチストロボ動作を行うことができるもの
であって、加算すべき電荷が垂直シフトレジスタ内で複
数ビット分揺動されるために、固定パターン雑音の低減
がなされるものである。
まず、その構成は第2図に示すようにされ、そのイメー
ジ部6には、各画素に対応してマトリクス状に配される
複数の光電変換素子1の列に沿って、第1の垂直シフト
レジスタ2が配されている。
各光電変換素子1と第1の垂直シフトレジスタ2との間
には、各光電変換素子1に蓄積された光信号電荷を第1
の垂直シフトレジスタ2への転送を制御するための転送
ゲート3が配置される。この固体撮像素子は、横型オー
バーフロードレイン構造とされ、上記転送ゲート3の光
電変換素子lを挟んで反対側には、オーバーフローコン
トロールゲート5が配され、そのオーバーフローコント
ロールゲート5に隣接してオーバーフロードレイン4が
形成される。
上記第1の垂直シフトレジスタ2の一端に連続するよう
に第2の垂直シフトレジスタ8が設けられ、これら第1
と第2の垂直シフトレジスタ2゜8は電気的に結合する
。この第2の垂直シフトレジスタ8によってストレージ
部7が構成される。
そして、この第2の垂直シフトレジスタ8の第1の垂直
シフトレジスタ2と反対側の端部には、第2の垂直シフ
トレジスタ8と電気的に結合する水平シフトレジスタ9
が設けられ、この水平シフトレジスタ9によって、1水
平ライン毎の信号が電荷検出部10を介して出力される
ことになる。
このようなFIT型のCCD固体撮像素子は、例えば第
4図に示す信号によって、マルチストロボ動作する。
第4図(alは垂直周期期間を示す波形図であり、垂直
同期パルスVsyncによって一周期が定められている
。第4図伽)はオーバーフローコントロールゲート5に
供給される信号Φorcの波形を示し、一垂直周期期間
内に3度低レベルとなって、その低レベルとなる期間τ
で電荷の蓄積が行われる。
この信号Φ。1.のレベルが高レベルの時は、不要電荷
のオーバーフロードレイン4への掃き出しが行われる。
第4図(C)は転送ゲート3に供給される信号Φ次。。
の波形を示し、期間τで示す電荷の蓄積期間の終わり間
際に高レベルとなる。この高レベルの時、充電変換素子
1に蓄積された電荷が転送ゲート3を介して第1の垂直
シフトレジスタ2へ転送される。従って、当該第4図(
C)の波形では、電荷が3度断続的に転送され、それぞ
れ第1の垂直シフトレジスタ2で加算される。第4図(
d)は第1の垂直シフトレジスタ2から第2の垂直シフ
トレジスタ8への転送のタイミングを示し、期間T、で
その転送が行われる。
なお、その第2の垂直シフトレジスタ8への転送された
電荷は、続く一垂直周期期間の間に−ライン分ずつ水平
シフトレジスタ9に転送され、電荷検出部10より外部
に信号が出力される。
このようなマルチストロボ動作を行う本実施例の固体撮
像素子は、さらに、加算すべき電荷が垂直シフトレジス
タ内で複数ビット分揺動させられる。すなわち、第4図
(C)に示す期間t、は、電荷の光電変換素子1から第
1の垂直シフトレジスタ2への転送が行われた直後から
、その次の転送までの期間であり、この期間t1に加算
すべき電荷の複数ビット分の移動動作が第1の垂直シフ
トレジスタ2で行われる。
ここで第1図(A)〜(D)に示すような一本の垂直シ
フトレジスタV□と成る光電変換素子PDに着目しなが
ら、上記移動動作について簡単に説明する。
まず、第1図(A)に示すように、任意の光電変換素子
PDから転送ゲートTGを介して、その光電変換素子P
Dから蓄積されて加算すべき電荷e0が第1の垂直シフ
トレジスタVSIIに転送される。なお、この時、転送
ゲートTGのレベルは高レベルである。
次に、第1図(B)に示すように、転送ゲートTGのレ
ベルが低レベルとされ、転送ゲー)TGを介した電荷の
転送を停止させる。そして、第1の垂直シフトレジスタ
■□では、一方向(図中下方向)の電荷の移動動作を行
う。この移動動作は、第4図(C)の期間t1に行われ
、例えばnビット分(nは2以上の整数)のレジスタに
亘って行われる。
次に、第1図(C)に示すように、nビット分レジスタ
に亘って移動された電荷を元の位置に戻すため、逆方向
(図中上方向)に電荷を同じくnビット分転送する。こ
れで電荷が着目した光電変換素子PDにかかるレジスタ
の位置に戻ることになり、加算すべき電荷が元の位置に
戻ったところで上記期間1.が終了する。
次に、第1図(D)に示すように、上記光電変換素子P
Dから再び転送ゲートTGを介して、加算すべき電荷e
1が第1の垂直シフトレジスタVstに転送され、第1
の垂直シフトレジスタVSIIの電荷量はe、+e+ 
となる、ここで、各電荷eO+e1が第4図(b)の期
間τだけの電子シャッター動作によって蓄積されたもの
ならば、高速度の物体解析に好適なマルチストロボ動作
となる。
このような第1図(A)〜(D)の移動動作を一垂直周
期期間の転送回数(第4図の例では三回)に応じて行い
、最終的には第1の垂直シフトレジスタ2から第2の垂
直シフトレジスタ8へ、揺動されながら加算された電荷
を送り、さらにその電荷を水平シフトレジスタ9及び電
荷検出部10を介して信号として取り出す。
第5図(A)〜(C)は本実施例の固体撮像素子の効果
を模式的に説明するための図であり、第5図(A)は成
る第1の垂直シフトレジスタの列の暗電流による固定パ
ターン雑音の一例である。
そして、上述のような複数ビット分の移動動作を行った
場合には、第5図(B)に示すようなフィルター効果が
得られることになる。すなわち、第1図(B)、(C)
に示したような移動動作をnビット分のレジスタに対し
て行うものとし、転送ゲート3の転送時から次の転送時
までの期間をtとすると、t 1 / nが特定の電荷
が特定のビットに蓄積されている時間となる。このため
、特定のピントからの暗電流の発生時間もり、/nに低
減されることになり、暗電流がnビットの画像情報に分
配されて、そのレベルがn −+に低減されることにな
る。第5図(C)はその複数ビット分の移動動作後の成
る第1の垂直シフトレジスタの列の暗電流による固定パ
ターン雑音の例であり、急峻なピークがなだらかな曲線
になる。
このような複数ビット分の揺動が第1の垂直シフトレジ
スタ2で行われる本実施例の固体撮像素子には、例えば
第2図に示すような冗長領域11を設けることができる
。この冗長領域11は、第1の垂直シフトレジスタ2内
の電荷を複数ビット分だけ移動動作した場合に、該第1
の垂直シフトレジスタ2の端部の電荷も有効に移動動作
させるための領域である0例えば、初めに第1の垂直シ
フトレジスタ2の第2の垂直シフトレジスタ8側の反対
側へnビットだけ電荷を移動させる場合には、その反対
側に垂直シフトレジスタの冗長領域11を形成しておく
ことで端部の電荷を有効に扱うことができる。また、逆
に、初めに第1の垂直シフトレジスタ2の第2の垂直シ
フトレジスタ8側へ電荷をnビットだけ移動させる場合
には、そのための冗長領域を形成しても良く、或いは第
2の垂直シフトレジスタ8の一部を移動動作のために用
いる領域12としても良い、勿論、イメージ部6の端部
の電荷については、それを有効としない処理をすること
も可能である。
なお、上述の実施例において、一垂直周期期間中の転送
ゲート3による転送回数は3回に限定されず、2回以上
の整数であれば良い、また、揺動させるための移動動作
も一方に移動させて単純にまた元に戻すだけでなく、2
度以上方向を変化させるような移動動作も可能である。
また、オーバーフロードレインは縦型構造でも良い。
第2の実施例 本実施例は、第3図に示すように、インターライントラ
ンスファ型(以下、IT型と称す。)のCCD固体撮像
素子の例である。その構成は、マトリクス状に光電変換
素子21が配列され、垂直シフトレジスタ22が光電変
換素子21の一列に沿って設けられる。垂直シフトレジ
スタ22の一端部には電気的に該垂直シフトレジスタ2
2と接続した水平シフトレジスタ23が設けられ、その
水平シフトレジスタ23のP、端部に設けられた電荷検
出部24により信号が取り出される。なお、転送ゲート
、オーバーフロードレインやそのオーバーフローコント
ロールゲートは簡単のため図示を省略する。
このようなIT型の構造の固体撮像素子であっても、マ
ルチストロボ動作が可能であり、一垂直周期期間中に複
数回垂直シフトレジスタ22に転送された電荷を第1図
(A)〜(D)に示したように複数ビット分揺動させて
、暗電流による垂直シフトレジスタ22の固定パターン
雑音を低減させることができる。
また、第3図中、斜線で示す冗長領域25を設けること
も可能であり、冗長領域25により垂直シフトレジスタ
22の端部の電荷も有効に取り扱うことができる。
[発明の効果] 本発明の固体撮像素子は、一垂直周期期間に電荷が複数
回にわたり上記垂直シフトレジスタに転送されて加算さ
れるマルチストロボ動作を行う素子であって、その加算
すべき電荷が垂直シフトレジスタ内で複数ビット分揺動
させられるために、暗電流の特定のレジスタへの集中が
緩和され、固定パターン雑音が低減されることになる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A3−(D)は本発明の固体撮像素子の一例の
垂直シフトレジスタ内の電荷の移動動作を説明するため
のそれぞれ模式図、第2図は本発明の固体撮像素子の一
例の構成を示す構成図、第3図は本発明の固体撮像素子
の他の一例の構成を示す構成図、第4図(al〜(dl
は本発明の固体撮像素子の一例の所謂マルチストロボ動
作を説明するためのそれぞれ波形図、第5図(A)〜(
C)は本発明の固体撮像素子の一例の固定パターン雑音
の低減の効果を説明するためのそれぞれ説明図である。 l・・・光電変換素子 2・・・第1の垂直シフトレジスタ 3・・・転送ゲート 4・・・オーバーフロードレイン 5・・・オーバーフローコントロールゲート8・・・第
2の垂直シフトレジスフ 9・・・水平シフトレジスタ 10・・・電荷検出部 特許出願人   ソニー株式会社 代理人弁理士 小部 晃(他2名) IT  %! 第3図 マIL+ストロボ初午

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 マトリクス状に配された複数の光電変換素子と、電荷を
    垂直方向に転送する垂直シフトレジスタと、上記各光電
    変換素子によって発生した電荷の上記垂直シフトレジス
    タへの転送を制御する転送ゲートと、電荷を水平方向に
    転送する水平シフトレジスタを有し、一垂直周期期間に
    上記光電変換素子に蓄積された電荷を複数回にわたり上
    記転送ゲートを介して上記垂直シフトレジスタに転送し
    、複数回転送された電荷を上記垂直シフトレジスタ内で
    加算して、上記水平シフトレジスタに転送するようにし
    た固体撮像素子において、 加算すべき電荷を垂直シフトレジスタ内で複数ビット分
    揺動させることを特徴とする固体撮像素子。
JP1005446A 1989-01-12 1989-01-12 固体撮像素子 Pending JPH02185174A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2700091A1 (fr) * 1992-12-30 1994-07-01 Thomson Csf Semiconducteurs Détecteur d'image thermique avec période d'obturation rapide et procédé de fonctionnement.
JP2017103575A (ja) * 2015-12-01 2017-06-08 旭光電機株式会社 2次元ccd撮像装置

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