JPH0468879A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPH0468879A
JPH0468879A JP2178654A JP17865490A JPH0468879A JP H0468879 A JPH0468879 A JP H0468879A JP 2178654 A JP2178654 A JP 2178654A JP 17865490 A JP17865490 A JP 17865490A JP H0468879 A JPH0468879 A JP H0468879A
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JP
Japan
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charge transfer
signal
transfer path
vertical
row
Prior art date
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Pending
Application number
JP2178654A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Tanigawa
浩 谷川
Hideki Muto
秀樹 武藤
Tetsuo Toma
哲夫 笘
Kazuhiro Kawajiri
和廣 川尻
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a clear still picture with high vertical resolution by supplying the suitable number of timing signals corresponding to the number of gate electrodes to the gate electrode corresponding to a driving signal from a driving circuit, executing vertical charge transfer and executing full frame scan reading. CONSTITUTION:In a photodetecting area 7, photodiode P corresponding to picture elements/while being arranged in the shape of a matrix, and vertical charge transfer paths L1-Lm are provided. In the vertical charge transfer paths L1-Lm, the gate electrodes are arranged as prescribed and further at the terminal part of these paths, a horizontal charge transfer path 8 is formed. Signals for executing charge transfer operations synchronously to the vertical charge transfer paths L1-Lm at prescribed timing are supplied from first - third driving circuits 10-12 to the gate electrodes. A synchronizing control circuit 6 generates timing signals phiH, VL, phiG, phiFS, VS, phi1, phi2, phi3 and phi4 and a start pulse signal. Thus, full frame scan reading is enabled and the clear still picture can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電荷結合型固体撮像装置(CCD)に関し、
特に、高集積化、高画素化に好適な固体撮像装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a charge-coupled solid-state imaging device (CCD).
In particular, the present invention relates to a solid-state imaging device suitable for high integration and high pixel density.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、このような固体撮像装置としてインターライン転
送方式のものか知られており、電子カメラ、複写機その
他の映像機器に適用されている。
Heretofore, such solid-state imaging devices of the interline transfer type have been known, and are applied to electronic cameras, copying machines, and other video equipment.

この種の固体撮像装置は、画素に相当する複数のフォト
ダイオードを行方向及び列方向にマトリクス状に配列形
成し、列方向に並ぶ各フォトダイオード群に隣接して垂
直電荷転送路を形成し、更に各垂直電荷転送路の終端に
水平電荷転送路か設けられた構造を育している。尚、フ
ォトダイオード群及び垂直電荷転送路か形成される領域
を受光領域と呼び、垂直電荷転送路及び水平電荷転送路
の表面は入射光を遮断するための遮光層か積層されてい
る。
This type of solid-state imaging device has a plurality of photodiodes corresponding to pixels arranged in a matrix in the row and column directions, and a vertical charge transfer path is formed adjacent to each photodiode group arranged in the column direction. Furthermore, a structure is developed in which a horizontal charge transfer path is provided at the end of each vertical charge transfer path. The area where the photodiode group and the vertical charge transfer path are formed is called a light receiving area, and the surfaces of the vertical charge transfer path and the horizontal charge transfer path are laminated with a light shielding layer for blocking incident light.

第13図は受光領域の要部を受光面側から見た場合の概
略平面図てあり、同図に従って更に構造を説明すると、
半導体基板の表面部分に形成されたPウェル層内にn+
型不純物層をマトリクス状に埋設することにより複数の
フォトダイオードPd、、  Pd2  ・・・−か形
成され、夫々のフォトダイオードPd+ 、 Pdz 
、・−・−・ の間には、列方向Yに信号電荷を転送す
るための垂直電荷転送路L1L−,Ls  ・・・・−
か形成され、これらのフォトダイオード及び垂直電荷転
送路を除く領域(図中の点線で囲まれた斜JI!部分)
はチャンネルストップ領域となっている。
FIG. 13 is a schematic plan view of the main part of the light-receiving area when viewed from the light-receiving surface side, and the structure will be further explained according to the figure.
n+ in the P well layer formed on the surface of the semiconductor substrate.
By embedding the type impurity layer in a matrix, a plurality of photodiodes Pd, Pd2...- are formed, and each photodiode Pd+, Pdz
, . . . , there are vertical charge transfer paths L1L-, Ls . . . for transferring signal charges in the column direction Y.
The area excluding these photodiodes and vertical charge transfer paths (diagonal JI! area surrounded by dotted lines in the figure)
is the channel stop area.

垂直電荷転送路り、、L2.Lff   ・−m−の上
面には、列方向Yに沿ってポリシリコン層から成る複数
のゲート電極G、、G、、G、、G。
Vertical charge transfer path, L2. A plurality of gate electrodes G, , G, , G, , G made of a polysilicon layer are provided on the upper surface of Lff ·-m- along the column direction Y.

か並ぶように設けられ、4本のゲート電極を1組として
4相駆動方式に基つくクロック信号φφ2 φ、 φ4
か印加される。
Clock signals φφ2 φ, φ4 based on a four-phase drive system using four gate electrodes as one set.
or is applied.

即ち、フォトダイオード’ P d lか並ぶ行に対し
て2本のゲート電極G3.G2か対応して形成され、フ
すトダイオート’Pd2か並ふ行に対して2本のゲート
電極G3.G4か対応して形成され、図示していない他
のフォトダイオード及び垂直電荷転送路についても同様
の構造となっている。又、フォトダイオ−t” P d
、 、 P d2−一 −と垂直電荷転送路り、、L、
、L3   −は夫々トランスフアゲ−hTg、、’r
g2−・・を介して接続する構造となっており、クロッ
ク信号φ2又はφ4を所定の高電圧にすることによって
、フォトダイオードの信号電荷を垂直電荷転送路へ転送
する。
That is, two gate electrodes G3. G2 is formed correspondingly, and two gate electrodes G3. Other photodiodes and vertical charge transfer paths, which are formed corresponding to G4 and are not shown, have similar structures. In addition, photodiode t" P d
, , P d2-- and the vertical charge transfer path, , L,
, L3- are transferage-hTg, ,'r
g2-..., and by setting the clock signal φ2 or φ4 to a predetermined high voltage, the signal charge of the photodiode is transferred to the vertical charge transfer path.

そして、4相駆動方式に準じたタイミング信号φ1 φ
2 φ3.φ4の電圧変化に応して、第14図に示すよ
うな所定タイミングt0〜t4に同期したポテンシャル
井戸及びボテンル障壁を順次に発生させることにより、
垂直電荷転送路LL2.L3、−−−1か信号電荷を水
平電荷転送路の方向Yへ転送し、そして、水平電荷転送
路か各行毎に転送されてくる信号電荷を所定タイミング
に同期して水平転送することにより、時系列的に読み出
す。
Then, a timing signal φ1 φ according to the four-phase drive method
2 φ3. By sequentially generating potential wells and Botenl barriers in synchronization with predetermined timings t0 to t4 as shown in FIG. 14 in response to voltage changes in φ4,
Vertical charge transfer path LL2. By transferring the signal charge L3, ---1 in the direction Y of the horizontal charge transfer path, and horizontally transferring the signal charge transferred from the horizontal charge transfer path to each row in synchronization with a predetermined timing, Read out chronologically.

〔発明か解決しようとする課題〕[Invention or problem to be solved]

このような従来の電荷結合型固体撮像装置にあっては、
行方向の奇数番目に配列されたフォトダイオード群を奇
数フィールド、偶数番目に配列されたフォトダイオード
を偶数フィールドと定義して、まず、奇数フィールドに
該当するフォトダイオード群に発生した信号電荷を読出
した後、偶数フィールドに該当するフォトダイオードに
発生した信号電荷を読み出す、所謂インターレース・2
フィールド走査読出しにより、lフレーム画に相当する
全信号電荷を読み出すようにしていた。
In such conventional charge-coupled solid-state imaging devices,
The odd-numbered photodiode groups in the row direction were defined as odd fields, and the even-numbered photodiodes were defined as even fields. First, the signal charges generated in the photodiode groups corresponding to the odd fields were read out. After that, the so-called interlaced 2 signal charges generated in the photodiodes corresponding to even fields are read out.
All signal charges corresponding to one frame image were read out by field scanning readout.

したかって、静止画撮像の場合にフレーム画像を得よう
とするときは、各フィールドの時間的なずれか再生画像
の低下を招来する問題があった。
Therefore, when attempting to obtain a frame image in the case of still image capturing, there is a problem in that the time lag between each field or the quality of the reproduced image deteriorates.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたちのてあり、
従来技術のようなインターレース・2フィールド走査読
出しを行わずに、所謂ノンインターレース・フルフレー
ム読出し即ち、lフレーム画に相当する全画素信号を1
回のフレーム読出しによって読み出すことにより、鮮明
な再生画像を提供することのできる電荷結合型固体撮像
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these problems,
Instead of performing interlaced 2-field scanning readout as in the conventional technology, so-called non-interlaced full-frame readout, that is, all pixel signals corresponding to 1 frame image are read out in 1 frame.
An object of the present invention is to provide a charge-coupled solid-state imaging device that can provide a clear reproduced image by reading out multiple frames.

又、機械式のシャッターを使用しないで、電荷結合型固
体撮像装置自身に電子式シャッターの機能を持たせる場
合にも、従来技術のようなフィールド走査読出しを行わ
ずに、所謂ノンインターレース・フルフレーム走査読出
し即ち、lフレーム画に相当する全画素信号を1回のフ
レーム走査読出しによって読み出すことにより、鮮明な
再生画像を提供することのできる電荷結合型固体撮像装
置を提供することを目的とする。
In addition, when providing an electronic shutter function to the charge-coupled solid-state imaging device itself without using a mechanical shutter, the so-called non-interlaced full-frame An object of the present invention is to provide a charge-coupled solid-state imaging device that can provide a clear reproduced image by reading out all pixel signals corresponding to one frame image in one frame scanning readout.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

このような目的に対し本発明は、画素に相当する複数の
光電変換素子を行方向及び列方向にマトリクス状に配列
形成し、列方向に配列する各光電変換素子群に隣接して
垂直電荷転送路を形成し、画素に発生した画素信号を垂
直電荷転送路へ転送した後、該垂直電荷転送路のゲート
電極に所定タイミングのゲート信号を供給することによ
り画素信号を各行毎に垂直転送すると共に、水平電荷転
送路によって各行毎の画素信号を走査読出しする電荷結
合型固体撮像装置を対象とする。
To achieve this goal, the present invention forms a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to pixels arranged in a matrix in the row and column directions, and performs vertical charge transfer adjacent to each group of photoelectric conversion elements arranged in the column direction. After forming a pixel signal and transferring the pixel signal generated in the pixel to the vertical charge transfer path, a gate signal at a predetermined timing is supplied to the gate electrode of the vertical charge transfer path to vertically transfer the pixel signal for each row. , the subject is a charge-coupled solid-state imaging device that scans and reads out pixel signals for each row using a horizontal charge transfer path.

このような電荷結合型固体撮像装置を対象とする本発明
において、前記各光電変換素子に隣接して1対ずつ設け
られた各垂直転送ゲート電極と駆動信号電極の間に、各
転送ゲート電極毎にスイッチ素子を設け、前記水平電荷
転送路側のゲート電極から順番に所定数のゲート電極ず
つを一組として、前記スイッチ素子を導通状態にし、前
記各行毎に画素信号を水平電荷転送路へ転送する周期毎
に順次に各組に対応する駆動信号を発生する駆動回路を
設け、所定数のゲート電極数に対応する相数のタイミン
グ信号を、該駆動回路からの駆動信号に対応するゲート
電極に供給することにより垂直電荷転送を行うことで、
フルフレーム走査続出しを行うこととした。
In the present invention, which is directed to such a charge-coupled solid-state image pickup device, each transfer gate electrode is provided between each vertical transfer gate electrode and drive signal electrode, which are provided in pairs adjacent to each of the photoelectric conversion elements. A switch element is provided in the horizontal charge transfer path, and each set includes a predetermined number of gate electrodes in order from the gate electrode on the side of the horizontal charge transfer path, and the switch element is turned on to transfer pixel signals to the horizontal charge transfer path for each row. A drive circuit that sequentially generates drive signals corresponding to each set in each cycle is provided, and timing signals of a number of phases corresponding to a predetermined number of gate electrodes are supplied to gate electrodes corresponding to the drive signals from the drive circuit. By performing vertical charge transfer by
We decided to perform continuous full frame scanning.

〔作用〕[Effect]

このような構造を存する本発明の固体撮像装置によれは
、1回のフレーム走査読出しによって、■フレーム画に
対応する全画素信号を読み出すことかでき、更に、電子
シャッターによる露光を全ての画素信号に対して同一の
条件下で行うことかできる。したかって、垂直解像度の
高い鮮明な静止画像を得ることかできる。
According to the solid-state imaging device of the present invention having such a structure, all pixel signals corresponding to a frame image can be read out by one frame scanning readout, and furthermore, all pixel signals can be read out by exposure by an electronic shutter. can be carried out under the same conditions. Therefore, it is possible to obtain clear still images with high vertical resolution.

〔実施例] 以下、本発明による電荷結合型固体撮像装置の一実施例
を図面と共に説明する。尚、静止画を撮像するための電
子スチルカメラに適用した場合を説明する。
[Embodiment] Hereinafter, an embodiment of a charge-coupled solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. A case will be described in which the present invention is applied to an electronic still camera for capturing still images.

まず、電子スチルカメラの全体構造を第1図と共に説明
すると、第1図において、■は撮像レンズ等から成る撮
像光学系、2は機械式の絞り機構、3は本発明を適用し
た電荷結合型固体撮像装置であり、夫々か撮像光学系1
の光軸に合わせて順番に配列されると共に、被写体光学
像を電荷結合型固体撮像袋a3の受光領域に入射する構
成となっている。
First, the overall structure of an electronic still camera will be explained with reference to FIG. 1. In FIG. A solid-state imaging device, each with an imaging optical system 1
They are arranged in order along the optical axis of the image pickup bag a3, and are configured to make an optical image of the object incident on the light receiving area of the charge-coupled solid-state imaging bag a3.

更に、4は信号処理回路、5は記録機構であり、電荷結
合型固体撮像袋f13から出力される画素信号を信号処
理回路4て色分離やγ補正や白バランス調整等を行うと
共に輝度信号と色差信号を形成し、記録機構5において
これらの輝度信号と色差信号に対して記録可能な変調処
理を行ってから磁気記録媒体等に記録する。
Furthermore, 4 is a signal processing circuit, and 5 is a recording mechanism. The signal processing circuit 4 performs color separation, γ correction, white balance adjustment, etc. on the pixel signal output from the charge-coupled solid-state imaging bag f13, and converts it into a luminance signal. Color difference signals are formed, and the recording mechanism 5 performs recordable modulation processing on these luminance signals and color difference signals, and then records them on a magnetic recording medium or the like.

そして、同期制御回路6か、絞り機構2、電荷結合型固
体撮像装置3の読出しタイミング、信号処理回路4及び
記録機構5の動作を同期制御することにより、撮像から
記録までの一連の動作を処理する。
A series of operations from imaging to recording is processed by synchronously controlling the synchronous control circuit 6, the aperture mechanism 2, the readout timing of the charge-coupled solid-state imaging device 3, and the operation of the signal processing circuit 4 and recording mechanism 5. do.

電荷結合型固体撮像装置3は第2図に示す構成となって
いる。
The charge-coupled solid-state imaging device 3 has a configuration shown in FIG.

即ち、被写体光学像を受光するための受光領域7は、列
方向Y及び行方向Xに沿ってマトリクス状に配列形成さ
れる画素に相当する複数のフtトダイ才一ド(図中、P
で示す部分)と、列方向Yに配列される各フォトダイオ
ード群に隣接して形成される垂直電荷転送路L1〜L、
か設けられている。
That is, the light-receiving area 7 for receiving the optical image of the object is formed by a plurality of front-ends (P in the figure) corresponding to pixels arranged in a matrix along the column direction Y and the row direction
), vertical charge transfer paths L1 to L formed adjacent to each photodiode group arranged in the column direction Y,
Or is provided.

これらの垂直電荷転送路り、〜L、の夫々の終端部に水
平電荷転送路8か形成され、水平電荷転送路8の終端部
に出力アンプ9か形成されている。
A horizontal charge transfer path 8 is formed at the end of each of these vertical charge transfer paths .about.L, and an output amplifier 9 is formed at the end of the horizontal charge transfer path 8.

更に、垂直電荷転送路L1〜L、には、後述するように
所定配置のゲート電極か設けられ、更にそれらの上面に
は光の入射を阻止するための遮光層か積層されている。
Furthermore, the vertical charge transfer paths L1 to L are provided with gate electrodes arranged in a predetermined manner, as will be described later, and furthermore, a light shielding layer for blocking the incidence of light is laminated on the upper surface of these gate electrodes.

これらのゲート電極には、垂直電荷転送路L〜L、に所
定タイミングに同期して電荷転送動作を行わせるための
信号か第1.第2.第3の駆動回路10,11.12か
ら供給される。尚、夫々の駆動回路10,11.12に
供給されるタイミング信号φH,VL  φ。 φFI
1.V8  φ。
These gate electrodes are supplied with a signal for causing the vertical charge transfer paths L to L to perform a charge transfer operation in synchronization with a predetermined timing. Second. It is supplied from the third drive circuit 10, 11.12. Note that the timing signals φH and VL φ are supplied to the respective drive circuits 10, 11, and 12. φFI
1. V8φ.

φ、 φ2 φ4とスタートパルス信号は同期制御回路
6が発生する。
The synchronous control circuit 6 generates φ, φ2, φ4 and the start pulse signal.

又、水平電荷転送路8は、垂直電荷転送路L〜L、から
転送されてくる信号電荷を受信し、更に出力アンプ8側
へ水平転送するためのゲート電極か設けられており、こ
れらの動作を行うためにゲート電極に印加するゲート信
号α1 G2 α、。
Further, the horizontal charge transfer path 8 is provided with a gate electrode for receiving signal charges transferred from the vertical charge transfer paths L to L and further horizontally transferring them to the output amplifier 8 side, and these operations are performed. Gate signals α1 G2 α, applied to the gate electrodes to perform the following.

G4が同期制御回路6から供給される。G4 is supplied from the synchronous control circuit 6.

次に、受光領域7の構造を及びそれに接続する駆動回路
10,11.12の回路構成を第3図、第4図及び第5
図と共に詳述する。尚、第3図は受光領域7の要部の構
造を受光面側から見た場合、第4図は第3図中のX−X
線矢視縦断面図、第5図は第3図のy−y線矢視縦断面
図である。
Next, the structure of the light receiving area 7 and the circuit configuration of the drive circuits 10, 11, and 12 connected thereto are shown in FIGS. 3, 4, and 5.
This will be explained in detail with figures. In addition, FIG. 3 shows the structure of the main part of the light-receiving area 7 when viewed from the light-receiving surface side, and FIG.
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view taken along the line y--y of FIG. 3.

これらの図において、n形半導体基板13の表面側に、
受光領域7を形成するためのpウェル層14と、第1の
駆動回路IOを形成するためのpウェル層15、及び第
2.第3の駆動回路11゜I2を形成するためのpウェ
ル層16が埋設され、これらのpウェル層14.15.
16内に夫々所定の回路を形成している。
In these figures, on the surface side of the n-type semiconductor substrate 13,
A p-well layer 14 for forming the light receiving region 7, a p-well layer 15 for forming the first drive circuit IO, and a second . A p-well layer 16 for forming the third drive circuit 11°I2 is buried, and these p-well layers 14, 15 .
Predetermined circuits are formed in each of the 16.

まず、受光領域7は、pウェル層14内にn+形不純物
からなる複数の不純物層I7を列方向Y及び行方向Xに
沿ってマトリクス状に配列形成することにより、第2図
中のPて示すフォトダイオードか形成され、更に、列方
向Yに配列される各不純物層17に隣接してn形の不純
物層(第5図中の点線で示す部分)18を形成すること
により、第2図の垂直電荷転送路り、−L、か形成され
ている。そして、第3図のTgて示す(1カ所たけ代表
して示す)トランスファゲートとなる部分とフォトダイ
オードの部分及び垂直電荷転送路の部分を除く周囲にp
1形の不純物層19を形成することで、チャンネルスト
ッパ領域(第3図の点線で囲む斜線部分)を形成してい
る。
First, the light receiving region 7 is formed by arranging a plurality of impurity layers I7 made of n+ type impurities in a matrix along the column direction Y and the row direction X in the p well layer 14. A photodiode shown in FIG. A vertical charge transfer path, -L, is formed. Then, there is a p
By forming the type 1 impurity layer 19, a channel stopper region (the shaded area surrounded by the dotted line in FIG. 3) is formed.

尚、第3図では、第2図中のフォトダイオードPを各行
毎にP、、P、、P、、P、 −・・・で示している。
In FIG. 3, the photodiodes P in FIG. 2 are indicated by P, , P, , P, , P, -... for each row.

更に、第3図において、垂直電荷転送路り、〜L、の上
面には、各行毎に配列されたフォトダイオードP1.P
t 、Ps 、P4・・・・・に隣接する領域に、夫々
図示するように、2本ずつの別個のポリシリコン層から
成るゲート電極G、、−G。
Furthermore, in FIG. 3, photodiodes P1 . P
In the regions adjacent to t, Ps, P4, .

、612〜G 42. G12〜G42.・−−・−へ
G Is〜G 4 aか積層され、更に、ゲート電極G
 I +を第1番目のゲート電極とすると、第3図及び
第4図に示すように、奇数番目のゲート電極G + I
+ 0211 G +□。
, 612-G 42. G12-G42.・---・- are stacked with G Is to G 4 a, and furthermore, the gate electrode G
Assuming that I + is the first gate electrode, as shown in FIGS. 3 and 4, the odd-numbered gate electrode G + I
+ 0211 G +□.

G22.Gn+  023.−−・・−・の輻Wlを狭
くし、偶数番目のゲート電極G 21+ 04++ 0
221 G42゜G21+G41’−・−・−の輻W2
を広く形成しである。
G22. Gn+ 023. --- Narrow the radius Wl of the even-numbered gate electrode G 21+ 04++ 0
221 G42゜G21+G41'-・-・-radius W2
It is widely formed.

そして、夫々のゲート電極に、後述する所定タイミング
のゲート信号φ3. φ2. φ31  φ4φ12 
 φ22  φコ2 φ4.を印加することにより、各
ゲート電極下の垂直電荷転送路に電荷転送のためのポテ
ンシャル井戸(以下、転送ビクセルという)とポテンシ
ャル障壁を発生させる。又、偶数番目のゲート電極G 
21+ G411 Gtt+ G4!I G!2104
3.・−・・に所定の高電圧の信号を印加すると、トラ
ンスファゲートTgが導通状態となって、各フォトダイ
オードP、、P、、pg、P、・・−1〜・と夫々に隣
接する偶数番目のゲート電極G !I+ G41+G 
121041.0!21 G42.・−・−・・の下に
発生する転送ビクセルが導通状態となり、フすトダイオ
ードから転送ビクセルへ信号電荷を転送させることがで
きる構造となっている。
Then, a gate signal φ3. φ2. φ31 φ4φ12
φ22 φ2 φ4. By applying , potential wells (hereinafter referred to as transfer pixels) and potential barriers for charge transfer are generated in the vertical charge transfer path under each gate electrode. In addition, even-numbered gate electrodes G
21+ G411 Gtt+ G4! IG! 2104
3. When a predetermined high voltage signal is applied to . th gate electrode G! I+G41+G
121041.0!21 G42. . . . The structure is such that the transfer vixel generated below becomes conductive and the signal charge can be transferred from the foot diode to the transfer pixel.

更に、第3図に示すように、垂直電荷転送路L1〜L1
の終端部分に水平電荷転送路8か形成され、4相駆動力
式又は2相駆動力式に準したタイミングで信号電荷を水
平方向へ転送するためのゲート電極か設けられている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, vertical charge transfer paths L1 to L1
A horizontal charge transfer path 8 is formed at the terminal end of the gate electrode, and a gate electrode is provided for horizontally transferring signal charges at a timing similar to the four-phase drive force type or the two-phase drive force type.

次に、第1の駆動回路IOの回路構成を第3図及び第5
図と共に説明する。水平電荷転送路8に最も近いゲート
電極C11を第1番目のゲート電極とすると、奇数番目
のケート電極G 11+ G 211G 121 G 
3m、 G 13+ G 31  ・・・の各先端部か
NMOSトランジスタM、1. Mu□+ M121 
 Mn2. M+3+M22.−・−を介して、信号V
Lの信号線に接続し、偶数番目のゲート電極 G 11
 + G 41 + G 22 * G 42G 22
+ G 42− −  の各先端部かNMO3hランジ
スタM 21+ M411 Mzt+ M42. Mn
2. M42を介して、駆動信号φ□の信号線に接続し
ている。
Next, the circuit configuration of the first drive circuit IO is shown in FIGS. 3 and 5.
This will be explained with figures. If the gate electrode C11 closest to the horizontal charge transfer path 8 is the first gate electrode, then the odd-numbered gate electrodes G 11+ G 211G 121 G
3m, each tip of G 13 + G 31 ... or NMOS transistor M, 1. Mu□+ M121
Mn2. M+3+M22. −・−, the signal V
Connected to the L signal line, even numbered gate electrode G 11
+ G 41 + G 22 * G 42G 22
+ G 42- - Each tip of NMO3h transistor M 21+ M411 Mzt+ M42. Mn
2. It is connected to the signal line of the drive signal φ□ via M42.

又、これらのトランジスタのゲート接点には、駆動信号
φ。か供給される。
Further, a drive signal φ is applied to the gate contacts of these transistors. or supplied.

更に、偶数番目のゲート電極G 11+ 0411 G
221G 4m+ 022.G 42−−’−’−”の
各先端部には、npnトランジスタQ 211  Qa
l+  Q221  Q42.Q2*。
Furthermore, even-numbered gate electrodes G 11+ 0411 G
221G 4m+ 022. An npn transistor Q 211 Qa is installed at each tip of the G 42--'-'-"
l+ Q221 Q42. Q2*.

Q 42.  ’−−−の各エミッタ接点か接続し、各
npnトランジスタのベース接点には駆動信号φ、3、
コレクタ接点には電圧V8か印加される。
Q42. The emitter contacts of '---- are connected, and the drive signals φ, 3,
A voltage V8 is applied to the collector contact.

そして、これらのNMO3)ランジスタは、第5図のP
ウェル層15内の構造に示すように、対のn3形不純物
層20.21と、表面部分にゲート電極を積層した構造
から成り、ドレイン接点となるn+形不純物層20に駆
動信号φ8が印加され、ソース接点となるn゛形不純物
層21か垂直電荷転送路上のゲート電極に接続している
。又、信号VLはpウェル層I5に埋設されたpゝ形不
純物層22に印加される。又、npn トランジスタは
、pウェル層15に埋設されたp+形不純物層23とn
1形不純物層24及びn形の半導体基板13からから成
り、エミッタ接点となるn°形不純物層24か各ゲート
電極に接続し、ベース接点となるpウェル層15及びp
11形不純物23にタイミング信号φ1か印加され、コ
レクタ接点となるn形の半導体基板13には基板13の
バイアス電圧V、か印加される。
These NMO3) transistors are connected to P in FIG.
As shown in the structure in the well layer 15, it consists of a pair of n3 type impurity layers 20 and 21 and a gate electrode laminated on the surface portion, and a drive signal φ8 is applied to the n+ type impurity layer 20, which serves as a drain contact. , the n-type impurity layer 21 serving as a source contact is connected to the gate electrode on the vertical charge transfer path. Further, the signal VL is applied to the p-type impurity layer 22 buried in the p-well layer I5. Further, the npn transistor has a p+ type impurity layer 23 buried in the p well layer 15 and an npn transistor.
Consisting of a type 1 impurity layer 24 and an n type semiconductor substrate 13, an n° type impurity layer 24 serving as an emitter contact is connected to each gate electrode, and a p well layer 15 and a p well layer 15 serving as a base contact are connected to each gate electrode.
A timing signal φ1 is applied to the 11-type impurity 23, and a bias voltage V of the substrate 13 is applied to the n-type semiconductor substrate 13 serving as a collector contact.

次に、第2の駆動回路11は、同期制御回路6から供給
されるタイミング信号φ1〜φ4を第3の駆動回路12
からの駆動信号s、、s2.s3.s。
Next, the second drive circuit 11 transfers the timing signals φ1 to φ4 supplied from the synchronous control circuit 6 to the third drive circuit 12.
Drive signals s, , s2 . s3. s.

Sゎに同期して切換え動作するNMOSトランジスタf
f1z 、m2+ 、m3+ 、m4+ −一  −か
ら成り、4個ずつのNMO3)ランジスタを1組として
、それらのゲート接点に順番に第3の駆動回路12の駆
動信号s、、s2.s、、s4か印加され、各組の第1
番目のNMOSトランジスタmz 、m+2.m+s 
、rrlz ・””’−のトレイン接点にタイミング信
号φ1、第2番目のNMOSトランジスタmz+ 、m
t2.mxs 、m2< −・−−一〇ドレイン接点に
タイミング信号φ2、第3番目のNMO8)ランジスタ
m 3+ 、 m 32 、 m 3 :l 、 m 
ff4・・のトレイン接点にタイミング信号φ2、第4
番目のNMOSトランジスタm<+ 、m<□、rni
3m44  ・・ −のトレイン接点にタイミング信号
φ4か供給されている。尚、第3図中、NMOSトラン
ジスタm + + 、 m 21 、 m 31 、 
m 41   の各ソース接点側の信号φ1. φ21
  φ31  φ4かタイミング信号φ1φ2φ3φ4
に対応した信号である。
NMOS transistor f that switches in synchronization with S
f1z , m2+ , m3+ , m4+ -1 -, a set of four NMO3) transistors is connected to their gate contacts in order with drive signals s, , s2 . s,, s4 are applied, and the first of each set
NMOS transistor mz, m+2. m+s
, rrlz ・""'-, the timing signal φ1 is applied to the train contact, and the second NMOS transistor mz+ , m
t2. mxs, m2<--・--10 Timing signal φ2 at drain contact, third NMO8) transistor m3+, m32, m3:l, m
The timing signal φ2, the fourth
th NMOS transistor m<+, m<□, rni
Timing signal φ4 is supplied to the train contact of 3m44...-. In addition, in FIG. 3, NMOS transistors m + + , m 21 , m 31 ,
The signal φ1 on each source contact side of m 41 . φ21
φ31 φ4 or timing signal φ1φ2φ3φ4
This is a signal corresponding to

そして、図示するように、最も水平電荷転送路8に近い
ゲート電極G l lから順番に各N0M5トランジス
タのソース接点か接続している。
As shown in the figure, the source contacts of each N0M5 transistor are connected in order from the gate electrode G l l closest to the horizontal charge transfer path 8 .

第3の駆動回路12は、後述する所定タイミングの駆動
信号S、、S2 、S3.S4−、−、、、Sゎを出力
するシフトレジスタで形成されている。
The third drive circuit 12 receives drive signals S, S2, S3, . It is formed of a shift register that outputs S4-, -, , S4.

尚、これらの第2.第3の駆動回路11.12は、第5
図に示すpウェル層16中に形成したNMO3構造のト
ランジスタ及び電子素子で形成される。第5図のpウェ
ル層16中には、−例として、NMO3)ランジスタを
構成するn゛形不純物層25.26及びゲート接点を示
している。
In addition, these second. The third drive circuit 11.12 includes a fifth drive circuit 11.12.
It is formed of an NMO3 structure transistor and an electronic element formed in the p-well layer 16 shown in the figure. In the p-well layer 16 of FIG. 5, for example, an n-type impurity layer 25, 26 and a gate contact forming an NMO3 transistor are shown.

次に、かかる構造を有する電荷結合型固体撮像装置の作
動を静止画を撮影する電子スチルカメラに適用した場合
について説明する。
Next, a case will be described in which the operation of the charge-coupled solid-state imaging device having such a structure is applied to an electronic still camera that takes still images.

まず、静止画を撮影するための概略動作を第6図と共に
説明する。図中の期間T viかNTSC等の標準テレ
ヒソヨン方式の垂直ブランキング期間に相当するものと
すると、同期間T v s中の所定時点て画素から垂直
電荷転送路へ移す所謂フィールドシフト動作を行う。そ
して、電子ンヤッター機能によれば、このフィールドシ
フト動作の時点かシャッターの閉しる時点に対応し、露
光完了時点となる。したかって、この時点から先の時点
て露光動作か開始しそしてフィールドシフト動作の開始
時点までか露光期間となるように動作する。更に、垂直
電荷転送路L1〜L、及び水平電荷転送路8中のスメア
成分や暗電流成分となるような不要電荷は、フィールド
シフト動作の開始前に電荷転送動作によって掃き出され
る。更に、露光開始直前までに、フォトダイオード中の
不要電荷を縦型オーバーフロードレイン構造による基板
側−2の廃棄で完了させる。
First, the general operation for photographing a still image will be explained with reference to FIG. 6. Assuming that the period T vi in the figure corresponds to the vertical blanking period of a standard television system such as NTSC, a so-called field shift operation is performed to transfer the charge from the pixel to the vertical charge transfer path at a predetermined time during the period T v s. According to the electronic shutter function, the exposure completion point corresponds to the point of this field shift operation or the point of closing of the shutter. Therefore, the exposure operation starts from this point forward, and the exposure period continues until the field shift operation starts. Further, unnecessary charges such as smear components and dark current components in the vertical charge transfer paths L1 to L and the horizontal charge transfer path 8 are swept out by the charge transfer operation before the start of the field shift operation. Further, just before the start of exposure, unnecessary charges in the photodiode are completely disposed of on the substrate side -2 using the vertical overflow drain structure.

次に、NTSC等の標準テレヒンヨン方式の垂直ブラン
キング期間に相当する期間T veにおいて、全フォト
ダイオードの画素信号を同時に垂直電荷転送路L1〜L
1の転送ビクセルへ転送し、次の水平ブランキング期間
に相当する期間T、l、lにおいて、最も水平電荷転送
路8に近い側の転送ピクセルの画素信号を水平電荷転送
路8へ転送し、次に、水平走査期間(所謂、IH期間)
に相当する期間T I Hにおいて、水平電荷転送路8
か1行分の画素信号を水平転送することによって第1行
目の画素信号を読み出す。
Next, during a period Tve corresponding to the vertical blanking period of a standard telephony system such as NTSC, the pixel signals of all photodiodes are simultaneously transferred to the vertical charge transfer paths L1 to L.
1 transfer pixel, and during periods T, l, l corresponding to the next horizontal blanking period, transfer the pixel signal of the transfer pixel closest to the horizontal charge transfer path 8 to the horizontal charge transfer path 8, Next, the horizontal scanning period (so-called IH period)
During the period T I H corresponding to , the horizontal charge transfer path 8
The pixel signals of the first row are read out by horizontally transferring the pixel signals of one row.

そして、次の水平ブランキング期間に相当する期間Tイ
、において、垂直電荷転送路L1〜L、か次の行の画素
信号を水平電荷転送路8へ転送し、更に、次の水平走査
期間に相当する期間T、イにおいて水平電荷転送路8か
水平転送することによって、第2行目の画素信号を読み
出す。
Then, in a period Ti corresponding to the next horizontal blanking period, the pixel signals of the next row from the vertical charge transfer paths L1 to L are transferred to the horizontal charge transfer path 8, and then in the next horizontal scanning period. During the corresponding periods T and A, pixel signals in the second row are read out by performing horizontal transfer through the horizontal charge transfer path 8.

更に、次の水平ブランキング期間と水平走査期間に相当
する各期間THBとT INにおいて第3行目の画素信
号を読出す。そして、残りの行の画素信号も同様の処理
を繰り返すことによって順番に読出し、最終的に1フレ
一ム画に対応する全画素信号を読み出す。
Furthermore, the pixel signals of the third row are read out during each period THB and TIN corresponding to the next horizontal blanking period and horizontal scanning period. Then, the pixel signals of the remaining rows are read out in order by repeating the same process, and finally all the pixel signals corresponding to one picture of one frame are read out.

次に、第7図に示す各駆動信号及びタイミング信号につ
いてのタイミングチャートに基づいて走査読出し動作を
詳述する。尚、第7図中の期間T1.、か垂直ブランキ
ング期間、期間T Heか水平ブランキング期間、期間
T INか水平走査期間に対応している。又、図中の符
号“H”は12ポルト、“M”はOホルト、“L”は−
8ボルト、“HH”は基板の電圧と等しい約15〜25
ポルトの電圧レベルを示す。
Next, the scanning readout operation will be described in detail based on the timing chart for each drive signal and timing signal shown in FIG. Note that the period T1 in FIG. , corresponds to a vertical blanking period, period T He corresponds to a horizontal blanking period, and period T IN corresponds to a horizontal scanning period. In addition, the symbol "H" in the figure is 12 ports, "M" is O ports, and "L" is -
8 volts, "HH" equals the board voltage approximately 15-25
Indicates the voltage level of Porto.

まず、垂直ブランキング期間に対応する期間T v a
ては、タイミング信号φ□は所定の時点t2て“H”レ
ベルとなる外は“M”レベルとなり、タイミング信号φ
。は常に“M“レベルとなり、タイミング信号φ、3は
タイミング信号φ□か“H”レベルとなるのに同期して
“H”レベルとなる外は“L″レベルなり、第3の駆動
回路12から出力される全ての駆動信号81〜Soは常
に“L”レベルとなる。
First, the period T v a corresponding to the vertical blanking period
In this case, the timing signal φ□ goes to the “H” level at a predetermined time t2, and otherwise goes to the “M” level.
. is always at the "M" level, and the timing signal φ,3 is at the "H" level in synchronization with the timing signal φ□ being at the "H" level. All the drive signals 81 to So outputted from are always at "L" level.

したかって、この期間T、では、“M”レベルのタイミ
ング信号φ。によって、第1の駆動回路IOの全てのN
MO3)ランジスタか導通状態となり、一方、第3の駆
動回路12の全ての駆動信号s、、s、、s、−s、か
“L”レベルとなるので、第2の駆動回路11中の全て
のNMOSトランジスタは非導通状態となり、全てのゲ
ート電極G、、、G2..G、、、G、、−G、  、
G2゜G 3 nG 4 nは第1の駆動回路IOによ
って制御される。
Therefore, during this period T, the timing signal φ is at the "M" level. Accordingly, all N of the first drive circuit IO
MO3) transistor becomes conductive, and on the other hand, all the drive signals s, s, , s, -s of the third drive circuit 12 become "L" level, so all of the transistors in the second drive circuit 11 become conductive. The NMOS transistors become non-conductive, and all gate electrodes G, , G2 . .. G, ,G, ,-G, ,
G2°G 3 nG 4 n is controlled by the first drive circuit IO.

即ち、タイミング信号φ□とφF8か“H”レベルとな
らないときは、奇数番目のゲート電極GG、、、G、、
、03□〜G Is 、 G 2cに印加されるゲート
信号φ、I φ21  φi、 φ、2〜φ1a  φ
3、は、“L”レベルの信号VL (この信号は常に一
8ボルトに設定されている)と等しくなり、これらのゲ
ート電極下の垂直電荷転送路L1〜L、にはポテンシャ
ル障壁が発生する。
That is, when the timing signals φ□ and φF8 are not at the "H" level, the odd-numbered gate electrodes GG, , G, .
, 03□~G Is , gate signal φ applied to G 2c, I φ21 φi, φ, 2~φ1a φ
3 is equal to the "L" level signal VL (this signal is always set to 18 volts), and a potential barrier is generated in the vertical charge transfer paths L1 to L under these gate electrodes. .

一方、偶数番目のゲート電極G 21 、 G41 、
 G22G42〜G 2m 、 G 4mに印加される
ゲート信号φ21φ41.φ、2 φ42〜φ、φ4.
.は、“M”レベルの信号φ□と等しくなり、これらの
ゲート電極下の垂直電荷転送路L1〜L、には転送ピク
セルか発生する。
On the other hand, even-numbered gate electrodes G 21 , G41 ,
Gate signals φ21φ41. applied to G22G42 to G2m and G4m. φ, 2 φ42~φ, φ4.
.. becomes equal to the "M" level signal φ□, and transfer pixels are generated in the vertical charge transfer paths L1 to L under these gate electrodes.

したかって、トランスファゲート’rgi::隣接する
部分(第3図参照)か全て転送ピクセルとなり、これら
の転送ピクセルはポテンシャル障壁で分離された状態と
なる。
Therefore, all of the transfer gate 'rgi::adjacent portions (see FIG. 3) become transfer pixels, and these transfer pixels are separated by a potential barrier.

このような状態で、所定時点t2において、タイミング
信号φ8とφF5か“H”レベルとなると、全てのnp
n )ランンスタQ2..Q、、、Q6か導通状態とな
り、偶数番目のゲート電極G2G 41 、 G22 
、 G42〜G2n 、 G4nたけに約12ボルトの
“H”レベルの電圧かかかるので、全てのトランスファ
ケートTgか導通状態となり、全てのフォトダイオード
の画素信号は夫々隣りの転送ピクセルへ転送される。
In this state, when timing signals φ8 and φF5 go to “H” level at a predetermined time t2, all np
n) Runstar Q2. .. Q, , Q6 become conductive, and even-numbered gate electrodes G2G 41 , G22
, G42 to G2n, and G4n, an "H" level voltage of about 12 volts is applied, so all the transfer gates Tg become conductive, and the pixel signals of all the photodiodes are transferred to the adjacent transfer pixels.

尚、第6図のタイミングで説明したように、時点t2の
直前で露光面完了し、又、不要電荷の廃棄処理も完了し
ている。
Incidentally, as explained with reference to the timing of FIG. 6, the exposed surface is completed just before time t2, and the process of discarding unnecessary charges is also completed.

このように、期間T vnては、所謂フィールドシフト
動作か行われ、第11図中の時点t2に示すように、各
画素信号(黒印の部分か各画素信号を示す)か垂直転送
路へ移される。尚、第11図は、成る1つの垂直電荷転
送路の電荷転送動作を示している。
In this way, during the period T vn, a so-called field shift operation is performed, and as shown at time t2 in FIG. be transferred. Note that FIG. 11 shows the charge transfer operation of one vertical charge transfer path.

次に、最初の水平ブランキング期間に相当する期III
IT、、では、タイミング信号φ。か常時“L”レベル
と成るのて、第1の駆動回路10中の全てのNMO3t
−ランジスタか非導通状態となり、全てのゲート電極か
ら分離される。
Next, period III corresponds to the first horizontal blanking period.
In IT, , the timing signal φ. All NMO3t in the first drive circuit 10 is always at "L" level.
- The transistor becomes non-conducting and is isolated from all gate electrodes.

一方、第3の駆動回路I2の最初の出力端子の駆動信号
Sまたけか“M”レベル、他の駆動信号82〜S、は“
L”レベルとなることにより、第2の駆動回路11中の
駆動信号S1に関わる第1粗目のNMOSトランジスタ
m ++ 、 m 21 、 m 3m4Iたけが導通
状態となる。
On the other hand, the drive signal S at the first output terminal of the third drive circuit I2 is at "M" level, and the other drive signals 82 to S are "
By reaching the L'' level, only the first coarse NMOS transistors m ++ , m 21 , m 3m4I related to the drive signal S1 in the second drive circuit 11 become conductive.

そして、駆動信号S、たけか“M”レベルとなる期間中
に、垂直電荷転送を行うための4相のタイミング信号φ
1 φ2 φ3 φ4か第2の駆動回路11に入力する
ので、第1〜第4番目の最初の組のゲート信号φ13.
φ21  φ31  φ41だけかタイミング信号φ1
  φ2 φ3.φ4と等しくなり、最初の組の第1〜
第4番目のゲート電極G z、  G21.  Gff
l、  G<+て電荷転送動作を行うこととなる。尚、
この期間T88(時=、 t s〜t4まての期M)の
各信号波形を第8図に拡大して示す。
During the period when the drive signal S is at the "M" level, a four-phase timing signal φ for performing vertical charge transfer is generated.
1 φ2 φ3 φ4 are input to the second drive circuit 11, so that the first to fourth gate signals φ13.
φ21 φ31 Only φ41 or timing signal φ1
φ2 φ3. is equal to φ4, and the first to
Fourth gate electrode Gz, G21. Gff
1, G<+, a charge transfer operation is performed. still,
Each signal waveform during this period T88 (time = period M from ts to t4) is shown in an enlarged manner in FIG.

この結果、信号電荷は、第8図のゲート信号φ1、 φ
21  φ31  φ4、のタイミング(符号の12、
 3. 4. 5. 6. 7て示す)に合わせて第1
1図に示す第1回目の転送のように水平電荷転送路8側
へ移され、最も水平電荷転送路8に近い第1行目の画素
信号q1か水平電荷転送路8へ転送されると共に、2行
目の画素信号q2か第1行目の位置まで移動する。
As a result, the signal charges are equal to the gate signals φ1 and φ in FIG.
21 φ31 φ4, timing (sign 12,
3. 4. 5. 6. 7))
As in the first transfer shown in FIG. 1, the pixel signal q1 of the first row closest to the horizontal charge transfer path 8 is transferred to the horizontal charge transfer path 8, and The pixel signal q2 of the second row moves to the position of the first row.

次に、第1回目の水平走査期間T、、(時点t4〜t5
の期間)では、ゲート電極への信号の変化が停止し、一
方、水平電荷転送路8か4相駆動力式又は2相駆動力式
に準じた所定タイミングのゲート信号α1〜α4に同期
して水平転送を行うことにより、最初の1行分の画素信
号を読み出す。
Next, the first horizontal scanning period T, (times t4 to t5
(period), the signal to the gate electrode stops changing, and on the other hand, the horizontal charge transfer path 8 changes in synchronization with the gate signals α1 to α4 at a predetermined timing according to the four-phase drive force type or the two-phase drive force type. By performing horizontal transfer, pixel signals for the first row are read out.

次に、時点t5〜t7の期間において、時点t、〜t5
と同様の動作を繰り返すことにより、次の行の画素信号
の読出しを行う。但し、時点t、〜t4の水平ブランキ
ング期間THBでは、第3の駆動回路I2の駆動信号S
1と82か同時に“M″しベル、残りの駆動信号83〜
S6か“L”レベルとなる。尚、この期間T HBでの
各ゲート信号の波形を第9図に拡大して示す。
Next, in the period from time t5 to t7, time t, ~t5
By repeating the same operation as above, pixel signals of the next row are read out. However, during the horizontal blanking period THB from time t to t4, the drive signal S of the third drive circuit I2
1 and 82 "M" at the same time and the remaining drive signals 83~
S6 or "L" level. Incidentally, the waveforms of each gate signal during this period THB are shown in an enlarged manner in FIG.

この結果、第1〜第4番目の第1組のゲート電極G l
 1 ’= 041と、第5〜第8番目の第2組のデー
l−電極012〜G4□か、タイミング信号φ1〜φ4
に等しいゲート信号φ、1〜φ41とφ1□〜φ42に
よって駆動されることとなり、これらのゲート電極下の
画素信号か垂直転送される。
As a result, the first to fourth gate electrodes G l
1' = 041 and the fifth to eighth data l-electrodes 012 to G4□ or the timing signals φ1 to φ4
The pixel signals under these gate electrodes are vertically transferred.

即ち、第9因に示すタイミングによると、第11図の第
2番目の垂直走査で示すように、第2行目の画素信号q
、が水平電荷転送路8へ移り、第3行目のq3か2行分
、第4行目のq4か1行分、夫々水平電荷転送路8側へ
転送される。
That is, according to the timing shown in the ninth factor, as shown in the second vertical scan in FIG.
, are transferred to the horizontal charge transfer path 8, and the third row q3 or two rows and the fourth row q4 or one row are transferred to the horizontal charge transfer path 8 side.

そして、時点t、〜t7の水平走査期間T INにおい
て、水平電荷転送路8か第2行目の画素信号q2を読み
出す。
Then, during the horizontal scanning period TIN from time t to t7, the horizontal charge transfer path 8 reads out the pixel signal q2 of the second row.

次に、時点t7から第3回目の走査読出しを開始すると
、第3の駆動回路I2の駆動信号S1、S2とS、か“
M″しベルとなり、残りの駆動信号84〜Soか“L”
レベルとなるので、第1〜第3組の第1番目〜第12番
目のケート電極G〜G 41.012〜G4□、G I
ff〜G43によって垂直電荷転送か行われる。したか
って、第11図の第3番目の転送のように第3行目の画
素信号q、が水平電荷転送路8へ転送されると共に、第
4〜第7行目の画素信号Q4.qs、qs、q−,か夫
々1行分ずつ水平電荷転送路8側へ転送される。
Next, when the third scanning readout is started from time t7, the drive signals S1, S2 and S of the third drive circuit I2 are
M'' becomes a bell, and the remaining drive signals 84~So or “L”
level, so the 1st to 12th gate electrodes of the 1st to 3rd sets G to G 41.012 to G4□, G I
Vertical charge transfer is performed by ff~G43. Therefore, like the third transfer in FIG. 11, the pixel signal q of the third row is transferred to the horizontal charge transfer path 8, and the pixel signal Q4 of the fourth to seventh rows are transferred. One row of each of qs, qs, and q- is transferred to the horizontal charge transfer path 8 side.

そして、水平電荷転送路8によって第3行目の画素信号
q、か読み出される。
Then, the pixel signal q of the third row is read out by the horizontal charge transfer path 8.

以後は、各行の画素信号を読み出す毎に、第3の駆動回
路I2の駆動信号84〜Soか順番に“M″しベルに反
転して行くことにより、駆動されるゲート電極か4個ず
つを組として順次に拡大していき、最後の水平ブランキ
ング期間T、B(時点t、〜t1゜)ては、第10図に
示すように、全てのゲート信号φ1.〜φ4oかタイミ
ング信号φ〜φ4に等しい波形となり、最後の走査読出
しで最終行の画素信号を読み出すことかできる。
Thereafter, each time the pixel signals of each row are read out, the drive signals 84 to So of the third drive circuit I2 are inverted to "M" in order, and the gate electrodes to be driven are inverted four by four. As shown in FIG. 10, all gate signals φ1. .about..phi.4o has a waveform equal to the timing signal .phi..about..phi.4, and the pixel signals of the last row can be read out in the final scanning readout.

第12図は、任意の順番、即ち第に番目と第に+1番目
の垂直電荷転送動作をポテンシャルプロフィールで示し
ているか、図示するように、水平電荷転送路8側の転送
ビクセルから順番に拡大あるいは空状態の転送ビクセル
の間隔か増えていくことにより、水平電荷転送路8に近
い側の画素信号から順に読出していくこととなる。
FIG. 12 shows potential profiles of vertical charge transfer operations in arbitrary order, that is, the 1st and +1st vertical charge transfer operations. As the interval between empty transfer pixels increases, pixel signals are read out in order from the side closest to the horizontal charge transfer path 8.

このようにこの実施例によれば、■フレーム画に相当す
る画素信号を1回のフレーム走査読出しで読み出すこと
かできる。
As described above, according to this embodiment, pixel signals corresponding to a frame image can be read out by one frame scanning readout.

又、この実施例では、奇数番目のゲート電極幅より偶数
番目のゲート電極幅を広くしたので、トランスファゲー
トに隣接する転送ビクセルの電荷保持容量を大きくする
ことかでき、又、垂直電荷転送時にも必ず偶数番目のゲ
ート電極下の転送ビクセルで電荷転送を行うので、転送
効率か向上する。
Furthermore, in this embodiment, since the width of the even-numbered gate electrodes is made wider than the width of the odd-numbered gate electrodes, it is possible to increase the charge retention capacity of the transfer pixel adjacent to the transfer gate, and also to increase the charge retention capacity during vertical charge transfer. Since charge is always transferred in the transfer pixel under the even-numbered gate electrode, the transfer efficiency is improved.

尚、この実施例では、各水平ブランキング期間に相当す
る期間T Haでは、4相のタイミング信号φ、〜φ4
に同期して電荷転送を行うようにしたか、4相以上の適
宜の数のタイミング信号で、相数に応したゲート電極を
駆動するように構成してもよい。
In this embodiment, during the period THa corresponding to each horizontal blanking period, the four-phase timing signals φ, ~φ4
The charge transfer may be performed in synchronization with the number of phases, or the gate electrodes may be driven in accordance with the number of phases using an appropriate number of timing signals of four or more phases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の電荷結合型固体撮像装置
によれば、画素に相当する光電変換素子群で露光を行い
、これらの光電変換素子に発生した画素信号を垂直電荷
転送路及び水平電荷転送路を介してフルフレーム走査読
出しによって読み出すことかできるので、鮮明か静止画
像を提供することかできる。
As explained above, according to the charge-coupled solid-state imaging device of the present invention, exposure is performed using a group of photoelectric conversion elements corresponding to pixels, and pixel signals generated in these photoelectric conversion elements are transferred to a vertical charge transfer path and a horizontal charge transfer path. Since it can be read out by full frame scanning readout via the transfer path, a clear or still image can be provided.

又、半導体基板に適宜の電圧を印加して不要な電荷を半
導体基板側へ廃棄し、その廃棄した時点から露光を行う
所謂電子シャッター機能を持たせ且つフルフレーム走査
読出しを行うことかできる電荷結合型固体撮像装置を提
供することかできる。
In addition, charge coupling has a so-called electronic shutter function that applies an appropriate voltage to the semiconductor substrate, discards unnecessary charges to the semiconductor substrate side, and performs exposure from the point of discarding the charge, and can perform full-frame scanning readout. It is possible to provide a type solid-state imaging device.

又、相互に隣接関係にある一対のゲート電極で転送ビク
セルとポテンシャル障壁を発生させて電荷混合を生じな
いように転送することかできるのて、最も効率の良い転
送を実現しており、垂直解像度の向上を図る上で効果的
な手段を提供している。
In addition, the most efficient transfer is achieved by generating transfer vixels and potential barriers between a pair of gate electrodes that are adjacent to each other to avoid charge mixing, resulting in the highest vertical resolution. It provides an effective means to improve one's performance.

【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の電荷結合型固体撮像装置を
適用した電子スチルカメラの概略構成図、第2図は実施
例の電荷結合型固体撮像装置の概略構成図、 第3図は実施例における受光領域の要部構造及び周辺回
路構成を示す説明図、 第4図は第3図中のX−X線矢視縦断面図、第5図は第
3図中のy−y線矢視縦断面図、第6図は実施例の走査
読出し動作を概略的に示す説明図、 第7図は実施例の走査読出し動作を詳細に示したタイミ
ングチャート、 第8図、第9図及び第10図は第7図中の要部タイミン
グを拡大して示したタイミングチャート、第11図は走
査読出し時の電荷転送動作を概念的に示した図、 第12図は走査読出し時の電荷転送動作をポテンシャル
プロフィールで示した図、 第13図は従来の電荷結合型固体撮像装置の要部構造を
示した構造説明図、 第14図は従来の走査読出しの動作をポテンシャルプロ
フィールで示した説明図である。 図中の符号: 1:撮像光学系 2、機械式の絞り機構 3、電荷結合型固体撮像装置 4、信号処理回路 5:記録機構 6、同期制御回路 7、受光領域 8:水平電荷転送路 9、出力アンプ 10.11,12;駆動回路 L1〜L、、垂直電荷転送路 M、1.M2□、M2I、M4I〜;NMOSトランジ
スタm2 mff+ 〜;NMO3hランジスタ G。 041〜 ゲート電極 手続補正書 平成2年8月 9 日 特許字長宮 殿 1、事件の表示 平成2年特許l!j第1 ”、 8654号2、発明の
名称 固体撮像装置 3 補正をする者 事件との関係 持許出顆人 名 称 (520)富士写真フィルム株式会社4、代理
人 5、補正命令の日付= (自発) 6、補正の対象  明細書及び図面
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electronic still camera to which a charge-coupled solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a charge-coupled solid-state imaging device according to an embodiment, and FIG. An explanatory diagram showing the main part structure and peripheral circuit configuration of the light receiving area in the example, FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view taken along the line X-X in FIG. 3, and FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the scanning readout operation of the embodiment; FIG. 7 is a timing chart showing the scanning readout operation of the embodiment in detail; FIGS. 8, 9, and Fig. 10 is a timing chart showing an enlarged view of the main timing in Fig. 7, Fig. 11 is a diagram conceptually showing the charge transfer operation during scanning readout, and Fig. 12 is a diagram showing charge transfer during scanning readout. Figure 13 is a structural diagram showing the main structure of a conventional charge-coupled solid-state imaging device. Figure 14 is an explanatory diagram showing the operation of conventional scanning readout using a potential profile. It is. Symbols in the figure: 1: Imaging optical system 2, mechanical aperture mechanism 3, charge-coupled solid-state imaging device 4, signal processing circuit 5: recording mechanism 6, synchronization control circuit 7, light receiving area 8: horizontal charge transfer path 9 , output amplifiers 10, 11, 12; drive circuits L1 to L, , vertical charge transfer path M, 1. M2□, M2I, M4I ~; NMOS transistor m2 mff+ ~; NMO3h transistor G. 041~ Gate Electrode Procedure Amendment August 9, 1990 Patent Character Chomiya 1, Case Indication 1990 Patent 1! J No. 1'', No. 8654 2, Name of the invention Solid-state imaging device 3 Relationship with the case by the person making the amendment Name of the person issuing the license (520) Fuji Photo Film Co., Ltd. 4, Agent 5, Date of amendment order = ( 6. Subject of amendment Description and drawings

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 画素に相当する複数の光電変換素子を行方向及び列方向
にマトリクス状に配列形成し、列方向に配列する各光電
変換素子群に隣接して垂直電荷転送路を形成し、画素に
発生した画素信号を垂直電荷転送路へ転送した後、該垂
直電荷転送路のゲート電極に所定タイミングのゲート信
号を供給することにより画素信号を各行毎に垂直転送す
ると共に、水平電荷転送路によって各行毎の画素信号を
走査読出しする電荷結合型固体撮像装置において、前記
各光電変換素子に隣接して1対ずつ設けられた各垂直転
送ゲート電極と駆動信号電極の間に、各転送ゲート電極
毎にスイッチ素子を設け、前記水平電荷転送路側のゲー
ト電極から順番に所定数のゲート電極ずつを一組として
、前記スイッチ素子を導通状態にし、前記各行毎に画素
信号を水平電荷転送路へ転送する周期毎に順次に各組に
対応する駆動信号を発生する駆動回路を設け、所定数の
ゲート電極数に対応する相数のタイミング信号を、該駆
動回路からの駆動信号に対応するゲート電極に供給する
ことにより垂直電荷転送を行うことで、フルフレーム走
査読出しを行うことを特徴とする電荷結合型固体撮像装
置。
A plurality of photoelectric conversion elements corresponding to pixels are arranged in a matrix in the row and column directions, and a vertical charge transfer path is formed adjacent to each group of photoelectric conversion elements arranged in the column direction. After the signal is transferred to the vertical charge transfer path, the pixel signal is vertically transferred for each row by supplying a gate signal at a predetermined timing to the gate electrode of the vertical charge transfer path, and the pixel signal for each row is transferred by the horizontal charge transfer path. In a charge-coupled solid-state imaging device that scans and outputs signals, a switch element is provided for each transfer gate electrode between each vertical transfer gate electrode and a drive signal electrode provided in pairs adjacent to each of the photoelectric conversion elements. a set of a predetermined number of gate electrodes in order from the gate electrode on the horizontal charge transfer path side, turn on the switch element, and sequentially at every cycle of transferring the pixel signal to the horizontal charge transfer path for each row. A drive circuit that generates a drive signal corresponding to each set is provided in A charge-coupled solid-state imaging device that performs full-frame scanning readout by performing charge transfer.
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US08/372,667 US5705837A (en) 1990-07-06 1995-01-13 Solid-state image pick-up device of the charge-coupled device type synchronizing drive signals for a full-frame read-out
US08/971,292 US5894143A (en) 1990-07-06 1997-11-17 Solid-state image pick-up device for the charge-coupled device type synchronizing drive signals for a full-frame read-out

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0729268A3 (en) * 1995-02-23 1997-08-20 Mitsubishi Electric Corp Solid state image sensor and method of controlling the same
JP2007175294A (en) * 2005-12-28 2007-07-12 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc Image sensor, control method thereof, X-ray detector and X-ray CT apparatus

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