JPH04343473A - Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup element - Google Patents
Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup elementInfo
- Publication number
- JPH04343473A JPH04343473A JP3115855A JP11585591A JPH04343473A JP H04343473 A JPH04343473 A JP H04343473A JP 3115855 A JP3115855 A JP 3115855A JP 11585591 A JP11585591 A JP 11585591A JP H04343473 A JPH04343473 A JP H04343473A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transfer
- ccd
- gate
- horizontal
- charges
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、CCD(電荷結合素
子)転送回路とCCD固体撮像素子に関するもので、例
えばCCD転送路における残留電荷の除去するものに利
用して有効な技術に関するものである。[Field of Industrial Application] The present invention relates to a CCD (charge-coupled device) transfer circuit and a CCD solid-state image sensor, and relates to a technique that is effective when used, for example, to remove residual charges in a CCD transfer path. .
【0002】0002
【従来の技術】CCDを利用した撮像デバイスにおいて
は、光ダイオードにより光電変換されて形成された信号
電荷は、PGゲートを介して一斉に対応する垂直CCD
に読み出され、この垂直CCDの転送動作と水平CCD
の転送動作によりOGゲートを通して出力拡散層に伝え
られて電圧信号に変換され、増幅回路により電力増幅さ
れて外部に出力される。このような撮像デバイスの例と
しては、1988年テレビジョン学会全国大会予稿集頁
53『可変シャッタ機能搭載1/2インチIL−CCD
型素子(1)』がある。2. Description of the Related Art In an imaging device using a CCD, signal charges formed by photoelectric conversion by a photodiode are sent to a corresponding vertical CCD all at once via a PG gate.
The vertical CCD transfer operation and the horizontal CCD
Through the transfer operation, the signal is transmitted to the output diffusion layer through the OG gate and converted into a voltage signal, and the power is amplified by the amplifier circuit and output to the outside. An example of such an imaging device is ``1/2-inch IL-CCD with variable shutter function'' in the proceedings of the 1988 National Conference of the Television Society, p. 53.
There is a type element (1).
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】CCDにより信号電荷
を転送する固体撮像素子において、CCDの転送効率が
固体撮像素子の電気的特性を左右する。この転送効率は
、固体撮像素子の光電変換部で発生した信号電荷と、そ
れを転送するCCD転送路での残留電荷により決定され
る。従来のCCD固体撮像素子では、上記残留電荷が信
号電荷に混入することにより、解像度の低下やS/N(
信号対雑音比)の劣化するという問題を有するものであ
る。この発明の目的は、残留電荷を外部に排除する機能
を備えたCCD転送回路とCCD固体撮像素子を提供す
ることにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的
と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明
らかになるであろう。Problems to be Solved by the Invention In a solid-state imaging device that transfers signal charges using a CCD, the transfer efficiency of the CCD influences the electrical characteristics of the solid-state imaging device. This transfer efficiency is determined by the signal charge generated in the photoelectric conversion section of the solid-state image sensor and the residual charge in the CCD transfer path that transfers the signal charge. In conventional CCD solid-state imaging devices, the residual charge mixes with the signal charge, resulting in a decrease in resolution and S/N (
The problem is that the signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio) deteriorates. An object of the present invention is to provide a CCD transfer circuit and a CCD solid-state image sensor that have a function of removing residual charges to the outside. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0004】0004
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、CCD転送回路又は固体撮
像素子を構成する水平CCD転送回路において、その途
中に一定間隔で微少電荷が留まるようなポティンシャル
井戸を形成し、信号電荷転送期間以外の非動作期間又は
水平帰線期間に転送動作を行わせて上記ポテンシャル井
戸に溜まる電荷を外部に掃き出す。[Means for Solving the Problems] A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows. That is, in a horizontal CCD transfer circuit that constitutes a CCD transfer circuit or a solid-state image sensor, potential wells are formed in which minute charges remain at regular intervals, and a non-operating period other than a signal charge transfer period or a horizontal retrace line is formed. A transfer operation is performed during the period to sweep out the charges accumulated in the potential well to the outside.
【0005】[0005]
【作用】上記した手段によれば、CCD転送路の途中に
一定間隔で設けられたポテンシャル井戸に溜まる残留電
荷を掃き出すものであるから、転送速度はそのままであ
るいは極端に速くすることなく残留電荷の排除を確実に
行うようにすることができる。[Operation] According to the above-mentioned means, the residual charges accumulated in the potential wells provided at regular intervals along the CCD transfer path are swept out, so the residual charges can be removed without changing the transfer speed or increasing it extremely. Exclusion can be ensured.
【0006】[0006]
【実施例】図5には、この発明が適用されるCCD固体
撮像素子の一実施例の概略回路構成図が示されている。
同図の各回路は、公知の半導体集積回路の製造技術によ
り、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上におい
て形成される。同図では、CCD固体撮像素子全体の理
解を容易にするため2行2列の合計4個からなる光ダイ
オードD1〜D4が代表として例示的に示されている。
実際には、複数行と複数列に光ダイオードをマトリック
ス状に配置して、公知のように全体で約20万から約4
0万のような多数の光ダイオードが設けられるものであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a CCD solid-state imaging device to which the present invention is applied. Each circuit in the figure is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon using a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique. In the figure, in order to facilitate understanding of the entire CCD solid-state image sensing device, photodiodes D1 to D4 consisting of a total of four photodiodes D1 to D4 arranged in two rows and two columns are shown as a representative example. In reality, photodiodes are arranged in a matrix in multiple rows and columns, resulting in a total of about 200,000 to about 4
A large number of photodiodes, such as 00,000, are provided.
【0007】光ダイオードD1のアノード側は回路の接
地電位点に接続され、カソード側にフォトゲート(以下
単にPGゲートという)が設けられて、光電変換された
信号電荷が垂直CCD(以下、VCCDという)のV1
ゲートに転送される。同じ列の他の光ダイオードD2は
、PGゲートを介してVCCDのV3ゲートに転送され
る。他の列の光ダイオードD3,D4も上記同様にPG
ゲートを介してそれに対応したVCCDに転送される。The anode side of the photodiode D1 is connected to the ground potential point of the circuit, and a photogate (hereinafter simply referred to as PG gate) is provided on the cathode side, and the photoelectrically converted signal charge is transferred to a vertical CCD (hereinafter referred to as VCCD). )'s V1
Transferred to gate. The other photodiode D2 in the same column is transferred to the V3 gate of VCCD via the PG gate. The photodiodes D3 and D4 in other rows are also PG in the same way as above.
The signal is transferred to the corresponding VCCD via the gate.
【0008】VCCDの最終段の信号電荷は、水平CC
D(以下、HCCDという)に転送される。HCCDは
、VCCDから次の信号電荷が転送されるまでの間に転
送パルスH1,H2に同期して高速に電荷転送動作を行
い、信号電荷を電圧信号に変換する上記のような検出容
量Cに伝える。HCCDの出力部に設けられるOGはア
ウトプットゲートであり、バイアス電圧VGが供給され
てHCCDの信号電荷がスムーズに検出容量Cに転送さ
せるよう作用する。The signal charge at the final stage of VCCD is horizontal CC
D (hereinafter referred to as HCCD). The HCCD performs a charge transfer operation at high speed in synchronization with the transfer pulses H1 and H2 until the next signal charge is transferred from the VCCD, and converts the signal charge into a voltage signal using the detection capacitor C as described above. tell. OG provided at the output part of the HCCD is an output gate, and a bias voltage VG is supplied to the gate OG, which acts to smoothly transfer the signal charge of the HCCD to the detection capacitor C.
【0009】上記のような検出容量Cに伝えられた信号
電荷は、電圧信号に変換され、FDA(Floatin
g Diffusion Amplifier) と呼
ばれるようなアンプAmpにより増幅されて出力端子V
outから送出される。上記検出容量Cに転送された信
号電荷は、上記アンプAmpを通して電圧信号として出
力されると、リセットMOSFETQ1により1画素毎
にリセット、言い換えるならば掃き出される。RGはリ
セットゲートパルスでありRDはリセット電圧である。The signal charge transmitted to the detection capacitor C as described above is converted into a voltage signal and sent to the FDA (Floatin
The output terminal V is amplified by an amplifier called Diffusion Amplifier).
Sent from out. When the signal charge transferred to the detection capacitor C is output as a voltage signal through the amplifier Amp, it is reset pixel by pixel by the reset MOSFET Q1, in other words, it is swept out. RG is a reset gate pulse and RD is a reset voltage.
【0010】CCD固体撮像素子の信号電荷の読み出し
動作の概略を次に説明する。PGパルスがハイレベルに
されると、PGゲートと接続されるVCCDのV1ゲー
トとV3ゲートがハイレベルにされる。これにより、光
ダイオードD1,D2(D3,D4)の光電変換電荷が
VCCDのV1,V3ゲートに読み出される。次に、例
えば奇数フィールドではV2ゲートがハイレベルにされ
る。これにより、V1とV3ゲート下の信号電荷が混合
されてV2ゲート下に一旦集められる。以下、次のタイ
ミングではV3ゲートがハイレベルに、更に次のタイミ
ングではV4ゲートがハイレベルにされて上記信号電荷
が下方向に転送される。以下、V1〜V4の順序で各ゲ
ートがハイレベルにされて、それより上に配置される光
ダイオードにより変換された光電変換電荷を上記同様に
転送するものである。[0010] An outline of the signal charge readout operation of the CCD solid-state image pickup device will be described below. When the PG pulse is set to high level, the V1 gate and V3 gate of VCCD connected to the PG gate are set to high level. As a result, the photoelectric conversion charges of the photodiodes D1 and D2 (D3 and D4) are read out to the V1 and V3 gates of the VCCD. Next, for example, in an odd field, the V2 gate is set to high level. As a result, the signal charges under the V1 and V3 gates are mixed and once collected under the V2 gate. Thereafter, at the next timing, the V3 gate is set to high level, and at the next timing, the V4 gate is set to high level, and the signal charge is transferred downward. Thereafter, each gate is set to a high level in the order of V1 to V4, and the photoelectric conversion charge converted by the photodiode arranged above it is transferred in the same manner as described above.
【0011】また、偶数フィールドでは、上記のV2ゲ
ートに代わってV4がハイレベルにされる。これにより
、1行ずれてV3とV1ゲート下の信号電荷が混合され
てV4ゲート下に一旦集められる。以下、次のタイミン
グではV1ゲートがハイレベルに、更に次のタイミング
ではV2ゲートがハイレベルにされて上記信号電荷が下
方向転送される。このように奇数フィールドと偶数フィ
ールドとで信号電荷の組み合わせを1行シフトすること
より等価的にインタレースでの読み出しが行われる。Further, in an even field, V4 is set to high level instead of the V2 gate described above. As a result, the signal charges under the V3 and V1 gates are mixed by one row and are once collected under the V4 gate. Thereafter, at the next timing, the V1 gate is set to high level, and at the next timing, the V2 gate is set to high level, and the signal charge is transferred downward. In this way, by shifting the combination of signal charges by one row between odd and even fields, interlaced reading is equivalently performed.
【0012】図1には、この発明に係るCCD転送回路
とその途中に設けられた残留電荷掃き出し部とその動作
を説明するためのポテンシャル電位分布図が示されてい
る。図1の(A)には、CCD転送回路とその途中に設
けられた残留電荷掃き出し部の概略素子構造断面図が示
されている。CCD転送回路は、p型基板(又はn型基
板上に形成されたp型ウェル領域)表面に形成される。
CCDの転送路は表面にn− 層が形成される埋め込み
チャンネルと、その上に形成された2層構造の転送ゲー
トとから構成される。第1層目のゲートをマスクとして
p型不純物が導入されてn−−層が形成され、その上に
第2層目のゲートが上記第1層目ゲートとオーバーラッ
プされるように形成される。これらの2つのゲートを一
対として上記転送パルスH2又はH1を共通に供給する
ことにより電位勾配を設ける。同図のように右側に第2
ゲートとn−−層を設けた場合には、左側のポテンシャ
ル電位が高く(図面の(B)〜(F)のポテンシャル電
位分布図では、下側に向かって電位が高くなる)なり、
電荷は右側から左側に向かって転送される。FIG. 1 shows a potential distribution diagram for explaining the CCD transfer circuit according to the present invention, a residual charge sweep-out section provided therebetween, and its operation. FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of the element structure of a CCD transfer circuit and a residual charge sweeping section provided in the middle thereof. The CCD transfer circuit is formed on the surface of a p-type substrate (or a p-type well region formed on an n-type substrate). The transfer path of a CCD is composed of a buried channel having an n- layer formed on its surface, and a two-layer transfer gate formed thereon. A p-type impurity is introduced using the first layer gate as a mask to form an n- layer, and a second layer gate is formed on the n-layer so as to overlap with the first layer gate. . A potential gradient is created by making these two gates a pair and commonly supplying the transfer pulse H2 or H1. The second one is on the right side as shown in the same figure.
When a gate and an n- layer are provided, the potential potential on the left side becomes high (in the potential potential distribution diagrams (B) to (F) in the drawings, the potential increases toward the bottom),
Charge is transferred from the right side to the left side.
【0013】この実施例では、上記のような1組のCC
D転送路の途中に残留電荷掃き出し部が設けられる。こ
の残留電荷掃き出し部は上記HCCDの出力部に設けら
れるアウトプットゲートOG、リセットMOSFETQ
1及びリセットゲートパルスRG及びリセット電圧RD
と実質的に等価である。すなわち、転送パルスH1が供
給される蓄積ゲートに隣接して、転送ゲートと同様に形
成されたゲートが設けられ、そこにはバイアス電圧OG
’が与えられる。この電圧OG’は、特に制限されない
が、転送パルスH1のハイレベルに対応した電圧にされ
る。上記ゲートと転送パルスH2が供給される転送ゲー
トとの間には、n+ の拡散層が設けられる。この拡散
層n+ には、掃き出しタイミングパルスRG’を受け
るスイッチMOSFETQ1’を介して掃き出し用のリ
セット電圧RD’に接続される。In this embodiment, a set of CCs as described above is used.
A residual charge sweeping section is provided in the middle of the D transfer path. This residual charge sweeping section is connected to the output gate OG and reset MOSFETQ provided at the output section of the HCCD.
1 and reset gate pulse RG and reset voltage RD
is substantially equivalent to That is, a gate formed similarly to the transfer gate is provided adjacent to the storage gate to which the transfer pulse H1 is supplied, and the bias voltage OG is applied thereto.
' is given. Although this voltage OG' is not particularly limited, it is set to a voltage corresponding to the high level of the transfer pulse H1. An n+ diffusion layer is provided between the gate and the transfer gate to which the transfer pulse H2 is supplied. This diffusion layer n+ is connected to a sweep reset voltage RD' via a switch MOSFET Q1' that receives a sweep timing pulse RG'.
【0014】上記のような残留電荷掃き出し部は、HC
CDの途中に一定間隔で設けられる。例えば、水平方向
の画素が全体で400個あるときには、それに対応して
HCCDは400ビット分の転送動作を行うようにされ
る。そして、図2のタイミング図に示すように、水平帰
線期間Bに残留電荷の掃き出しのために10ビット分の
転送動作が許される場合には、400/10=40のよ
うに10個置きに全体で40個の残留電荷掃き出し部が
設けられる。これにより、水平転送クロックの周波数を
そのままで、10回の転送動作によりHCCDの残留電
荷を全部掃き出すことができる。なお、タイミング信号
CHDがハイレベルのときには、信号読み出し期間Aで
あり、この間に1走査線分対応した400画素の出力動
作が行われる。上記水平帰線期間Bには、オプチカルブ
ラックを出力するための出力期間が数ビット設けられる
ので、水平帰線期間Bの全部を上記残留電荷の掃き出し
の転送動作に用いることができなく、NTSC方式の場
合には上記のように10ビット程度の余裕は残されてい
る。[0014] The residual charge sweeping section as described above is an HC
They are provided at regular intervals in the middle of the CD. For example, when there are a total of 400 pixels in the horizontal direction, the HCCD is configured to perform a corresponding transfer operation for 400 bits. As shown in the timing diagram of FIG. 2, if a transfer operation for 10 bits is allowed to sweep out the residual charge during the horizontal retrace period B, every 10 bits are transferred as 400/10=40. A total of 40 residual charge sweeping sections are provided. As a result, all the residual charges in the HCCD can be swept out by ten transfer operations while keeping the frequency of the horizontal transfer clock unchanged. Note that when the timing signal CHD is at a high level, it is a signal readout period A, during which an output operation of 400 pixels corresponding to one scanning line is performed. In the horizontal retrace period B, several bits are provided as an output period for outputting optical black, so the entire horizontal retrace period B cannot be used for the transfer operation to sweep out the residual charge, and the NTSC system In this case, as mentioned above, there is a margin of about 10 bits.
【0015】図1の(B)には、上記信号CHDがハイ
レベルにされる走査期間において、図3のタイミング図
に示すように、転送パルスH1がハイレベルで、転送パ
ルスH2がロウレベルで、かつタイミングパルスRG’
がロウレベルの通常の転送動作のポテンシャル電位分布
図が示されている。このときには、転送パルスH2のロ
ウレベルに対応して、転送ゲート(2層目ゲート)、蓄
積ゲート(1層目ゲート)、転送パルスH1のハイレベ
ルに対応して転送ゲート(2層目ゲート)、蓄積ゲート
(1層目ゲート)の順にポテンシャル電位が高くなる。
したがって、信号電荷は、最もポテンシャル電位の高い
転送パルスH1が供給される蓄積ゲート下に集まってい
る。FIG. 1B shows that during the scanning period in which the signal CHD is set to high level, the transfer pulse H1 is at high level, the transfer pulse H2 is at low level, as shown in the timing diagram of FIG. and timing pulse RG'
A potential distribution diagram of a normal transfer operation when is at a low level is shown. At this time, a transfer gate (second layer gate), an accumulation gate (first layer gate) corresponds to the low level of the transfer pulse H2, a transfer gate (second layer gate) corresponds to the high level of the transfer pulse H1, The potential potential increases in the order of the storage gate (first layer gate). Therefore, the signal charges are concentrated under the storage gate to which the transfer pulse H1 having the highest potential potential is supplied.
【0016】図1の(C)には、上記信号CHDがハイ
レベルにされる走査期間において、図3のタイミング図
に示すように、転送パルスH1がロウレベルに、転送パ
ルスH2がハイレベルに変化し、かつタイミングパルス
RG’がロウレベルの通常の転送動作のポテンシャル電
位分布図が示されている。このときには、転送パルスH
2のハイレベルへの変化及び転送パルスH1のロウレベ
ルへの変化に対応して、ポテンシャル電位の最も高い部
分が左側に半ビット移動し、それに対応して信号電荷が
左側に転送される。このとき、残留電荷掃き出し部を構
成するゲートOG’とn+ 拡散層及び転送パルスH2
のハイレベルが供給される転送ゲートとにより、浅いポ
テンシャル井戸が形成されて意図的に信号電荷を残留さ
せられる。しかし、最初の画素を除き他の信号電荷は、
上記転送前に既にある意図的な残留電荷に信号電荷とが
混合されるが、次段に転送されるときには上記意図的な
残留電荷が留まるから上記信号電荷がそのままに転送さ
れることになる。FIG. 1C shows that during the scanning period in which the signal CHD is set to high level, the transfer pulse H1 changes to low level and the transfer pulse H2 changes to high level, as shown in the timing diagram of FIG. In addition, a potential distribution diagram of a normal transfer operation when the timing pulse RG' is at a low level is shown. At this time, the transfer pulse H
In response to the change of H2 to high level and the change of transfer pulse H1 to low level, the highest potential portion moves to the left by half a bit, and correspondingly, the signal charge is transferred to the left. At this time, the gate OG', the n+ diffusion layer and the transfer pulse H2 forming the residual charge sweeping section
A shallow potential well is formed by the transfer gate to which the high level of is supplied, and signal charges are intentionally left behind. However, other signal charges except the first pixel are
The signal charge is mixed with the intentional residual charge that already exists before the transfer, but when the signal charge is transferred to the next stage, the intentional residual charge remains, so the signal charge is transferred as is.
【0017】図1の(D)には、上記信号CHDがロウ
レベルにされる水平帰線期間において、図4のタイミン
グ図に示すように、転送パルスH1がロウレベルで、転
送パルスH2がハイレベルに変化し、かつタイミングパ
ルスRG’がロウレベルのポテンシャル電位分布図が示
されている。このときには、前記(B)と同様に転送パ
ルスH2のロウレベルに対応して、転送ゲート(2層目
ゲート)、蓄積ゲート(1層目ゲート)、転送パルスH
1のハイレベルに対応して転送ゲート(2層目ゲート)
、蓄積ゲート(1層目ゲート)の順にポテンシャル電位
が高くなる。したがって、上記走査期間での転送動作に
おいて発生した残留電荷は、最もポテンシャル電位の高
い転送パルスH1が供給される蓄積ゲート下に集まって
いる。In (D) of FIG. 1, during the horizontal retrace period when the signal CHD is set to a low level, the transfer pulse H1 is at a low level and the transfer pulse H2 is at a high level, as shown in the timing diagram of FIG. A potential distribution diagram is shown in which the timing pulse RG' changes and the timing pulse RG' is at a low level. At this time, similarly to (B) above, in response to the low level of the transfer pulse H2, the transfer gate (second layer gate), the storage gate (first layer gate), the transfer pulse H
Transfer gate (second layer gate) corresponding to the high level of 1
, the storage gate (first layer gate), the potential potential increases in this order. Therefore, the residual charges generated in the transfer operation during the scanning period are collected under the storage gate to which the transfer pulse H1 having the highest potential potential is supplied.
【0018】図1の(E)には、上記信号CHDがロウ
レベルにされる水平帰線期間において、図4のタイミン
グ図に示すように、転送パルスH1がロウレベルに、転
送パルスH2がハイレベルに変化し、かつタイミングパ
ルスRG’がまだロウレベルにあるときのポテンシャル
電位分布図が示されている。このときには、転送パルス
H2のハイレベルへの変化及び転送パルスH1のロウレ
ベルへの変化に対応して、ポテンシャル電位の最も高い
部分が左側に半ビット移動し、それに対応して残留電荷
が左側に転送される。このとき、残留電荷掃き出し部を
構成するゲートOG’とn+ 拡散層及び転送パルスH
2のハイレベルが供給される転送ゲートとにより、浅い
ポテンシャル井戸が形成されてここに残留電荷を留まら
せることができる。In (E) of FIG. 1, during the horizontal retrace period when the signal CHD is set to a low level, the transfer pulse H1 is set to a low level and the transfer pulse H2 is set to a high level, as shown in the timing diagram of FIG. A potential distribution diagram is shown when the timing pulse RG' is still at a low level. At this time, in response to the change of transfer pulse H2 to high level and the change of transfer pulse H1 to low level, the part with the highest potential moves to the left by half a bit, and correspondingly, the residual charge is transferred to the left. be done. At this time, the gate OG', the n+ diffusion layer, and the transfer pulse H that constitute the residual charge sweep-out section are
A shallow potential well is formed by the transfer gate to which the high level of 2 is supplied, and the residual charge can be kept there.
【0019】図1の(E)には、上記信号CHDがロウ
レベルにされる水平帰線期間において、図4のタイミン
グ図に示すように、転送パルスH1がロウレベルに、転
送パルスH2がハイレベルに変化した後に、タイミング
パルスRGをハイレベルにしたときのポテンシャル電位
分布図が示されている。上記タイミングパルスRG’の
ハイレベルに応じてMOSFETQ1’がオン状態にな
り、n+ 拡散層に捕らえられていた残留電荷がリセッ
ト電圧RD’に掃き出される。以下、同様な転送動作と
タイミングパルスRGのハイレベルにより、上記n+
拡散層に次々に転送させられた残留電荷を順次掃き出さ
せることができる。なお、HCCDの出力側の10ビッ
ト分は、上記出力回路が残留電荷掃き出し部としても動
作する。それ故、水平帰線期間では出力回路のタイミン
グパルスRGとタイミングパルスRG’は同じタイミン
グパルスとされる。In (E) of FIG. 1, during the horizontal retrace period when the signal CHD is set to low level, the transfer pulse H1 is set to low level and the transfer pulse H2 is set to high level, as shown in the timing diagram of FIG. A potential distribution diagram is shown when the timing pulse RG is set to high level after the change. In response to the high level of the timing pulse RG', the MOSFET Q1' is turned on, and the residual charge trapped in the n+ diffusion layer is swept out by the reset voltage RD'. Thereafter, by similar transfer operations and the high level of the timing pulse RG, the n+
The residual charges transferred to the diffusion layer one after another can be sequentially swept out. Note that for the 10 bits on the output side of the HCCD, the output circuit also operates as a residual charge sweeping section. Therefore, during the horizontal blanking period, the timing pulse RG and the timing pulse RG' of the output circuit are the same timing pulse.
【0020】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。
(1) CCD転送回路又は固体撮像素子を構成する
水平CCD転送回路において、その途中に一定間隔で微
少電荷が留まるようなポティンシャル井戸を形成してお
き、信号電荷転送期間以外の非動作期間又は水平帰線期
間に転送動作を行わせて上記ポテンシャル井戸に溜まる
電荷を外部に掃き出す。この構成では、多数ビットから
なるCCD転送回路又は水平CCDにおいても、転送路
の途中に一定間隔で設けられたポテンシャル井戸に溜ま
る残留電荷を掃き出すものであるから、転送速度はその
ままであるいは極端に速くすることなく残留電荷の排除
を確実に行うようにすることができるという効果が得ら
れる。
(2) 上記(1)により、1水平走査毎の残留電荷
を掃き出させることができるから、解像度が高く、高S
/Nの出力信号を得ることができるという効果が得られ
る。The effects obtained from the above embodiments are as follows. (1) In a horizontal CCD transfer circuit that constitutes a CCD transfer circuit or a solid-state image sensor, potential wells are formed in which minute charges remain at regular intervals, and during non-operation periods other than the signal charge transfer period or A transfer operation is performed during the horizontal retrace period to sweep out the charges accumulated in the potential well to the outside. With this configuration, even in a CCD transfer circuit consisting of multiple bits or a horizontal CCD, the residual charge accumulated in potential wells provided at regular intervals along the transfer path is swept out, so the transfer speed remains the same or is extremely high. The effect is that the residual charge can be reliably removed without having to do so. (2) Due to (1) above, it is possible to sweep out the residual charge for each horizontal scan, resulting in high resolution and high S.
The effect is that an output signal of /N can be obtained.
【0021】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、水
平方向の画素が全体で400個あるとき、水平帰線期間
に残留電荷の掃き出しのための転送クロックの周波数を
2倍にし、実質的に20画素分の転送動作を行わせるよ
うにすれば、400/10×2=20のように20個置
きに全体で20個の残留電荷掃き出し部を設ける構成に
するものであってもよい。ただし、このようにすると、
水平帰線期間での残留電荷の掃き出しのための転送と、
オプチカルブラック信号の出力転送及び走査動作での転
送とで転送クロックパルスH1,H2の周波数を切り替
える必要がある。このように、上記残留電荷の掃き出し
部の配置は、CCD転送回路のビット数、残留電荷の掃
き出しに許される時間、及びそのときの転送クロックの
周波数の組み合わせから種々の実施形態を採ることがで
きる。[0021] Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on examples, the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Needless to say. For example, when there are a total of 400 pixels in the horizontal direction, the frequency of the transfer clock for sweeping out the residual charge during the horizontal retrace period can be doubled to effectively perform the transfer operation for 20 pixels. For example, a total of 20 residual charge sweeping portions may be provided every 20 such as 400/10×2=20. However, if you do this,
Transfer for sweeping out residual charge during the horizontal retrace period,
It is necessary to switch the frequencies of the transfer clock pulses H1 and H2 between the output transfer of the optical black signal and the transfer during the scanning operation. In this way, the arrangement of the residual charge sweeping section can take various embodiments depending on the combination of the number of bits of the CCD transfer circuit, the time allowed for sweeping out the residual charge, and the frequency of the transfer clock at that time. .
【0022】CCD転送回路は、前記のようなCCD固
体撮像素子における水平CCDの他、ラインセンサを構
成するCCD転送回路、あるいはアナログシフトレジス
タやアナログ遅延回路等として用いられる各種CCD転
送回路に広く適用することができるものである。CCD
転送回路の素子構造は、前記のような信号電荷をクロッ
クパルスに同期して転送させるものであれば何であって
もよい。そして、残留電荷を留まらせるポテンシャル井
戸を持つ素子構造も、その信号転送時のポテンシャル分
布を考慮して形成されればよい。この発明は、CCD転
送回路とCCD固体撮像素子に広く利用することができ
る。[0022] The CCD transfer circuit is widely applied to not only the horizontal CCD in the CCD solid-state imaging device as described above, but also to CCD transfer circuits constituting line sensors, and various CCD transfer circuits used as analog shift registers, analog delay circuits, etc. It is something that can be done. CCD
The element structure of the transfer circuit may be of any type as long as it transfers the signal charge as described above in synchronization with a clock pulse. The element structure having a potential well for retaining residual charges may also be formed in consideration of the potential distribution during signal transfer. This invention can be widely used in CCD transfer circuits and CCD solid-state image sensors.
【0023】[0023]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、CCD転送回路又は固体撮
像素子を構成する水平CCD転送回路において、その途
中に一定間隔で微少電荷が留まるようなポティンシャル
井戸を形成しておき、信号電荷転送期間以外の非動作期
間又は水平帰線期間に転送動作を行わせて上記ポテンシ
ャル井戸に溜まる電荷を外部に掃き出す。この構成では
、多数ビットからなるCCD転送回路又は水平CCDに
おいても、転送路の途中に一定間隔で設けられたポテン
シャル井戸に溜まる残留電荷を掃き出すものであるから
、転送速度はそのままであるいは極端に速くすることな
く残留電荷の排除を確実に行うようにすることができる
。Effects of the Invention A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows. In other words, in a horizontal CCD transfer circuit constituting a CCD transfer circuit or a solid-state image sensor, a potential well is formed in which a small amount of charge remains at regular intervals, and during non-operating periods other than the signal charge transfer period or horizontally. A transfer operation is performed during the retrace period to flush out the charges accumulated in the potential well to the outside. With this configuration, even in a CCD transfer circuit consisting of multiple bits or a horizontal CCD, the residual charge accumulated in potential wells provided at regular intervals along the transfer path is swept out, so the transfer speed remains the same or is extremely high. This makes it possible to ensure that residual charges are removed without having to do so.
【図1】この発明に係るCCD転送回路とその途中に設
けられた残留電荷掃き出し部とその動作を説明するため
のポテンシャル電位分布図である。FIG. 1 is a potential potential distribution diagram for explaining a CCD transfer circuit according to the present invention, a residual charge sweeping section provided in the middle thereof, and its operation.
【図2】CCD固体撮像素子の動作を説明するための全
体のタイミング図である。FIG. 2 is an overall timing chart for explaining the operation of a CCD solid-state image sensor.
【図3】CCD固体撮像素子の動作のうち、走査期間で
の転送動作を説明するためのクロックパルスのタイミン
グ図である。FIG. 3 is a timing chart of clock pulses for explaining a transfer operation during a scanning period among operations of a CCD solid-state image sensor.
【図4】CCD固体撮像素子の動作のうち、水平帰線期
間での残留電荷掃き出し動作を説明するためのクロック
パルスのタイミング図である。FIG. 4 is a timing diagram of clock pulses for explaining a residual charge sweeping operation during a horizontal retrace period among operations of a CCD solid-state image sensor.
【図5】この発明が適用されるCCD固体撮像素子の概
略ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram of a CCD solid-state image sensor to which the present invention is applied.
H1,H2…転送クロックパルス、RG…リセットパル
ス、RG’…残留電荷用リセットパルス、VCCD…垂
直CCD、HCCD…水平CCD、D1〜D4…光電変
換素子、Amp…増幅回路、C…検出容量、Q1,Q1
’…MOSFET。H1, H2...Transfer clock pulse, RG...Reset pulse, RG'...Reset pulse for residual charge, VCCD...Vertical CCD, HCCD...Horizontal CCD, D1-D4...Photoelectric conversion element, Amp...Amplification circuit, C...Detection capacitor, Q1, Q1
'...MOSFET.
Claims (5)
電荷が留まるようなポティンシャル井戸を形成し、信号
電荷転送期間以外の非動作期間に転送動作を行わせて上
記ポテンシャル井戸に溜まる電荷を外部に掃き出すよう
にしたことを特徴とするCCD転送回路。1. Potential wells are formed in the middle of a CCD transfer path in which minute charges remain at regular intervals, and a transfer operation is performed during a non-operating period other than a signal charge transfer period to remove the charges accumulated in the potential wells. A CCD transfer circuit characterized by sweeping out the air to the outside.
ートに対応したゲート電極と、上記ゲート電極に対して
転送方向に配置され、上記ゲート電極下の転送チャンネ
ルと同一導電型の拡散層とからなり、上記拡散層にはそ
こに留まる信号電荷を掃きだすスイッチ素子が接続され
るものであることを特徴とする請求項1のCCD転送回
路。2. The potential well includes a gate electrode substantially corresponding to the transfer gate, and a diffusion layer disposed in the transfer direction with respect to the gate electrode and having the same conductivity type as the transfer channel under the gate electrode, 2. The CCD transfer circuit according to claim 1, wherein a switch element is connected to said diffusion layer to sweep out signal charges remaining there.
荷を水平方向に転送する水平CCDとを備え、上記この
水平CCD転送路の途中に一定間隔で微少電荷が留まる
ようなポティンシャル井戸を形成し、信号電荷の読み出
し期間以外の非動作期間に水平CCDの転送動作を行わ
せて上記ポテンシャル井戸に溜まる電荷を外部に掃き出
すようにしたことを特徴とするCCD固体撮像素子。3. A horizontal CCD that horizontally transfers the signal charge formed by the photoelectric conversion element, and a potential well is formed in the middle of the horizontal CCD transfer path so that minute charges remain at regular intervals. . A CCD solid-state image pickup device, characterized in that a horizontal CCD transfer operation is performed during a non-operating period other than a signal charge readout period to sweep out the charges accumulated in the potential well to the outside.
荷を垂直方向に転送する垂直CCDと、この垂直CCD
により転送された信号電荷を受けて水平方向に転送する
水平CCDとを備え、上記この水平CCD転送路の途中
に一定間隔で微少電荷が留まるようなポティンシャル井
戸を形成し、水平帰線期間に水平CCDの転送動作を行
わせて上記ポテンシャル井戸に溜まる電荷を外部に掃き
出すようにしたことを特徴とするCCD固体撮像素子。4. A vertical CCD that vertically transfers signal charges formed by a photoelectric conversion element;
A horizontal CCD receives the signal charge transferred by the horizontal CCD and transfers it in the horizontal direction, and a potential well is formed in the middle of the horizontal CCD transfer path so that minute charges remain at regular intervals, and during the horizontal retrace period. A CCD solid-state imaging device characterized in that a horizontal CCD transfer operation is performed to sweep out charges accumulated in the potential well to the outside.
ートに対応したゲート電極と、上記ゲート電極に対して
転送方向に配置され、上記ゲート電極下の転送チャンネ
ルと同一導電型の拡散層とからなり、上記拡散層にはそ
こに留まる信号電荷を掃きだすスイッチ素子が接続され
るものであることを特徴とする請求項3又は請求項4の
CCD固体撮像素子。5. The potential well includes a gate electrode substantially corresponding to the transfer gate, and a diffusion layer disposed in the transfer direction with respect to the gate electrode and having the same conductivity type as the transfer channel under the gate electrode, 5. The CCD solid-state imaging device according to claim 3, wherein a switch element is connected to said diffusion layer to sweep out signal charges remaining therein.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115855A JPH04343473A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115855A JPH04343473A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04343473A true JPH04343473A (en) | 1992-11-30 |
Family
ID=14672811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115855A Pending JPH04343473A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04343473A (en) |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP3115855A patent/JPH04343473A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6876019B2 (en) | Charge transfer apparatus | |
| JPS63100879A (en) | solid-state imaging device | |
| US20080143861A1 (en) | Solid-state imaging device driving method | |
| US5274459A (en) | Solid state image sensing device with a feedback gate transistor at each photo-sensing section | |
| JP3337976B2 (en) | Imaging device | |
| JP3311004B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| KR900005875B1 (en) | Solid state imaging element | |
| EP0022323B1 (en) | Solid-state imaging device | |
| US5757427A (en) | Image pick-up apparatus having a charge coupled device with multiple electrodes, a buffer layer located below some of the electrodes | |
| US6882022B2 (en) | Dual gate BCMD pixel suitable for high performance CMOS image sensor arrays | |
| JP2000340784A (en) | Solid-state imaging device | |
| US5825056A (en) | Scanning switch transistor for solid state imaging device | |
| EP0523781B1 (en) | Charge-coupled imaging device | |
| JPH01154678A (en) | solid state imaging device | |
| EP0216426A1 (en) | Imaging devices comprising photovoltaic detector elements | |
| JP3447326B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US4862487A (en) | Solid-state imaging device | |
| JP4672976B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JPH04343473A (en) | Ccd transfer circuit and ccd solid-state image pickup element | |
| Weimer et al. | Self-scanned image sensors based on charge transfer by the bucket-brigade method | |
| JP2855291B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JPH06104418A (en) | Solid-state image sensor | |
| JPH08279608A (en) | Charge transfer element and method of driving charge transfer element | |
| JPH05183820A (en) | Ccd solid-state image pickup device | |
| JPH06339081A (en) | Driving method for solid-state imaging device |