JPH1118009A - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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Publication number
JPH1118009A
JPH1118009A JP9167462A JP16746297A JPH1118009A JP H1118009 A JPH1118009 A JP H1118009A JP 9167462 A JP9167462 A JP 9167462A JP 16746297 A JP16746297 A JP 16746297A JP H1118009 A JPH1118009 A JP H1118009A
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JP
Japan
Prior art keywords
vertical
pixel
ccd register
solid
pixels
Prior art date
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Pending
Application number
JP9167462A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsunehiro Morimoto
倫弘 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Priority to KR1019980023746A priority patent/KR100293774B1/en
Priority to CN98102523A priority patent/CN1203458A/en
Publication of JPH1118009A publication Critical patent/JPH1118009A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/15Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
    • H10F39/1534Interline transfer

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレビジョン用CCDイメージセンサで用い
られるインターレース方式に適した画素構成を基本とし
て、全画素同時読み出しも可能な正方画素を提供し、マ
ルチメディア用CCDイメージセンサを短期間で開発す
ることの可能な固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 単位画素は、フォトダイオード101
と、垂直CCDレジスタ102と、それらを分離するた
めの素子分離領域1と、フォトダイオード101から垂
直CCDレジスタ102に信号電荷を読み出すための読
み出しゲート領域2とから構成されている。垂直CCD
レジスタ102には、垂直転送電極3,4が設けられて
いる。垂直転送電極4は、読み出しゲート電極としても
機能している。ここで、画素のアスペクト比が1:2で
あることが特徴であり、それ以外の構成は従来の画素と
同様である。また、その駆動方法も従来と同様である。
(57) [Problem] To provide a square pixel capable of simultaneously reading out all pixels based on a pixel structure suitable for an interlace method used in a CCD image sensor for television, and to provide a CCD image sensor for multimedia in a short term. Provided is a solid-state imaging device that can be developed between devices. A unit pixel includes a photodiode 101.
, A vertical CCD register 102, an element isolation region 1 for separating them, and a read gate region 2 for reading signal charges from the photodiode 101 to the vertical CCD register 102. Vertical CCD
The register 102 is provided with vertical transfer electrodes 3 and 4. The vertical transfer electrode 4 also functions as a read gate electrode. Here, the feature is that the aspect ratio of the pixel is 1: 2, and the other configuration is the same as that of the conventional pixel. Also, the driving method is the same as the conventional one.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CCD型2次元の
固体撮像装置に関し、特にテレビジョン用及びマルチメ
ディア用の両方を短期間で開発するための画素構成を有
する固体撮像装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD type two-dimensional solid-state imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device having a pixel configuration for developing both television and multimedia devices in a short period of time. .

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、図5乃至図15に基づき従来技術
を説明する。
2. Description of the Related Art A conventional technique will be described below with reference to FIGS.

【0003】図5は、一般的なインターライン転送型の
固体撮像装置である。
FIG. 5 shows a general interline transfer type solid-state imaging device.

【0004】この固体撮像装置は、光電変換するための
複数のフォトダイオード101と、フォトダイオード1
01からの電荷を受け取って転送する垂直CCDレジス
タ102と、垂直CCDレジスタ102からの電荷を受
け取って転送する水平CCDレジスタ103と、水平C
CDレジスタ103により転送されてきた電荷を検出す
る電荷検出部104と、電荷検出部104で検出された
電荷に応じた電気信号を出力する出力増幅器105とか
ら構成される。ここで、二点鎖線で囲まれた部分が単位
画素106である。
This solid-state imaging device comprises a plurality of photodiodes 101 for photoelectric conversion and a photodiode 1
01, a vertical CCD register 102 for receiving and transferring the charge from the vertical CCD register 102, a horizontal CCD register 103 for receiving and transferring the charge from the vertical CCD register 102,
The charge detection unit 104 includes a charge detection unit 104 that detects charges transferred by the CD register 103 and an output amplifier 105 that outputs an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detection unit 104. Here, the portion surrounded by the two-dot chain line is the unit pixel 106.

【0005】図6は、インターレース方式を説明するた
めの模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the interlace method.

【0006】これまでに開発された固体撮像装置の多く
は、テレビジョン用途に適応させるためにインターレー
ス方式(飛び越し走査方式とも呼ばれる)に対応してい
た。ここでは、各水平ラインは、フォトダイオードの各
行に対応しているものとする。1フレーム(画面)は2
フィールドからなり、第1フィールドは奇数行の水平ラ
インからなり、第2フィールドは偶数行の水平ラインか
らなる。このように1行おきに飛び越し走査することで
疑似的に画面数を2倍にして、フリッカと呼ばれる画面
のちらつきを抑制する技術が、テレビジョンでは一般的
に用いられている。
Many of the solid-state imaging devices developed so far correspond to an interlace system (also called an interlaced scanning system) in order to be adapted for television use. Here, it is assumed that each horizontal line corresponds to each row of the photodiode. 1 frame (screen) is 2
The first field is composed of odd-numbered horizontal lines, and the second field is composed of even-numbered horizontal lines. The technique of suppressing the screen flicker called flicker by doubling the number of screens by skipping scanning every other line in this manner is generally used in television.

【0007】図7は、HDTVフォーマットに適合した
固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 7 is a pixel arrangement diagram of a solid-state imaging device conforming to the HDTV format.

【0008】有効撮像領域111のアスペクト比(縦横
比)は9:16である。HDTV方式に対応した2/3
インチ130万画素CCDイメージセンサの場合、有効
画素数は1258(H)×1035(V)、単位画素寸
法は7.6μm(H)×5.2μm(V)である。この
ように、テレビジョンフォーマットに適合した固体撮像
装置の単位画素は正方画素ではないのが一般的であり、
そのアスペクト比は光学フォーマットや画素数に応じて
異なる。
[0008] The aspect ratio (aspect ratio) of the effective imaging area 111 is 9:16. 2/3 compatible with HDTV system
In the case of a 1.3-million pixel CCD image sensor, the number of effective pixels is 1258 (H) × 1035 (V), and the unit pixel size is 7.6 μm (H) × 5.2 μm (V). As described above, the unit pixel of the solid-state imaging device conforming to the television format is generally not a square pixel,
The aspect ratio differs depending on the optical format and the number of pixels.

【0009】図8は、インターレース方式に適した従来
の固体撮像装置の単位画素の構成を説明するための模式
平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel of a conventional solid-state imaging device suitable for the interlaced system.

【0010】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、それらを分離するための
素子分離領域121と、フォトダイオード101から垂
直CCDレジスタ102に信号電荷を読み出すための読
み出しゲート領域122とから構成されている。垂直C
CDレジスタ102には、垂直転送電極123,124
が設けられている。垂直転送電極124は、読み出しゲ
ート電極としても機能している。また、垂直転送電極1
23,124は、垂直CCDレジスタ102上のみに形
成されているように描写しているが、実際には上下に隣
接するフォトダイオード101間にも延在しており、同
一水平行の画素同士では共通になっている。なお、垂直
転送電極123,124の上部には、絶縁膜を介して垂
直CCDレジスタ102を遮光するための遮光膜(図示
しない)が設けられている。
The unit pixel includes a photodiode 101,
It comprises a vertical CCD register 102, an element isolation region 121 for separating them, and a read gate region 122 for reading signal charges from the photodiode 101 to the vertical CCD register 102. Vertical C
The CD register 102 has vertical transfer electrodes 123 and 124
Is provided. The vertical transfer electrode 124 also functions as a read gate electrode. Also, the vertical transfer electrode 1
Although 23 and 124 are depicted as being formed only on the vertical CCD register 102, they actually extend between the vertically adjacent photodiodes 101. It is common. Note that a light-shielding film (not shown) for shielding the vertical CCD register 102 from light is provided above the vertical transfer electrodes 123 and 124 via an insulating film.

【0011】図9は、図8に示した単位画素を有する固
体撮像装置における、垂直CCDレジスタの電極と駆動
パルスとの対応を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing the correspondence between the electrodes of the vertical CCD register and the driving pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【0012】ここでは、垂直CCDレジスタが4相パル
ス(φV1〜φV4)で駆動される場合を示している。
半導体基板131表面に、絶縁膜132を介して垂直転
送電極123,124が設けられている。図8で示した
ように、1画素には2つの垂直転送電極123,124
が含まれているので、2画素分に対応する4つの垂直転
送電極で1転送段が構成される。
Here, a case is shown in which the vertical CCD register is driven by four-phase pulses (φV1 to φV4).
Vertical transfer electrodes 123 and 124 are provided on the surface of the semiconductor substrate 131 via an insulating film 132. As shown in FIG. 8, two vertical transfer electrodes 123 and 124 are provided for one pixel.
Are included, one transfer stage is constituted by four vertical transfer electrodes corresponding to two pixels.

【0013】図10は、4相駆動の垂直CCDレジスタ
における電荷転送動作を説明するための図であり、図
(a)は、各垂直転送電極に印加される転送パルスのタ
イミングチャート、図(b)は、図(a)における各時
刻t1〜t9に対応する、各垂直転送電極下部のチャネ
ル電位図である。ここで、チャネル電位は図面下側を正
としている。なお、説明を簡略化するため、1パケット
の信号電荷のみの転送の様子について説明する。
FIG. 10 is a diagram for explaining a charge transfer operation in a four-phase driven vertical CCD register. FIG. 10A is a timing chart of transfer pulses applied to each vertical transfer electrode, and FIG. 12) is a channel potential diagram under each vertical transfer electrode corresponding to each of the times t1 to t9 in FIG. Here, the channel potential is positive on the lower side of the drawing. In order to simplify the description, the transfer of only one packet of signal charges will be described.

【0014】時刻t1では、転送パルスがハイレベルと
なっているφV3及びφV4の印加された垂直転送電極
下部のチャネルに信号電荷が蓄積されている。時刻t2
では、さらにφV1がハイレベルとなり、信号電荷は3
電極の下部のチャネルに蓄積されている。時刻t3で
は、φV3がロウレベルとなり、信号電荷はφV4及び
φV1の印加された2電極の下部のチャネルに蓄積され
ている。すなわち、時刻t1〜t3への推移で、信号電
荷の位置が1電極分移動したことになる。以下、同様に
して、時刻t1〜t9までで4電極分(1転送段に相
当)移動する。この繰り返し動作により、信号電荷が垂
直CCDレジスタ102を転送される。
At time t1, signal charges are accumulated in the channel below the vertical transfer electrode to which φV3 and φV4, to which the transfer pulse is at a high level, are applied. Time t2
Then, φV1 further becomes a high level, and the signal charge becomes 3
It is stored in the channel below the electrode. At time t3, φV3 goes low, and signal charges are accumulated in the channel below the two electrodes to which φV4 and φV1 are applied. That is, in the transition from time t1 to t3, the position of the signal charge has moved by one electrode. Hereinafter, similarly, the electrodes move by four electrodes (corresponding to one transfer stage) from time t1 to t9. By this repetitive operation, signal charges are transferred to the vertical CCD register 102.

【0015】図10の転送形態からわかるように、図8
に示したタイプの画素では、全画素の信号を同時に独立
に読み出して転送することはできない。通常は、垂直方
向に隣接する2画素の信号電荷を垂直CCDレジスタ1
02で加算して出力する。これにより、垂直方向の解像
度は全画素独立に読み出す場合に比べて劣化するもの
の、信号量が2倍になるのでS/Nの良い画像が得られ
る。なお、各フィールド毎に垂直方向2画素の組み合わ
せを1画素ずらして加算することで、インターレース方
式に対応している。
As can be seen from the transfer form shown in FIG.
In the pixels of the type shown in (1), the signals of all the pixels cannot be read and transferred simultaneously and independently. Normally, signal charges of two pixels adjacent in the vertical direction are transferred to the vertical CCD register 1
02 is added and output. As a result, although the resolution in the vertical direction is deteriorated as compared with the case where all pixels are read out independently, the signal amount is doubled, so that an image with a good S / N is obtained. In addition, the combination of two pixels in the vertical direction for each field is shifted by one pixel and added, thereby supporting the interlace method.

【0016】一方、近年盛んに開発されているマルチメ
ディア機器への画像入力装置に適応させるためには、ノ
ンインターレース方式(順次走査方式、プログレッシブ
スキャン方式とも呼ばれる)の固体撮像装置が好まし
い。これは、マルチメディア用途では静止画を取り扱う
ことが多いため、より高い解像度が要求されるからであ
る。
On the other hand, a non-interlace type (also called a progressive scanning type or a progressive scanning type) solid-state imaging device is preferable for adapting to an image input device for a multimedia device which has been actively developed in recent years. This is because still images are often handled in multimedia applications, and higher resolution is required.

【0017】図11は、ノンインターレース方式を説明
するための模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the non-interlace method.

【0018】ここで、各水平ラインは、フォトダイオー
ドの各行に対応している。1フレーム(画面)は、順次
走査されたすべての水平ラインからなるため、解像度の
高い画質が得られる。さらに、回転処理などの画像の加
工をする上では、画素のアスペクト比の補正回路を省略
できる正方画素が好ましい。
Here, each horizontal line corresponds to each row of the photodiode. One frame (screen) is composed of all the horizontal lines scanned sequentially, so that high-resolution image quality can be obtained. Furthermore, in processing an image such as a rotation process, a square pixel that can omit a pixel aspect ratio correction circuit is preferable.

【0019】図12は、SXGAフォーマットに適合し
た固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 12 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the SXGA format.

【0020】有効撮像領域141のアスペクト比は4:
5である。SXGA対応の2/3インチ130万画素C
CDイメージセンサの場合、有効画素数は1280
(H)×1024(V)、単位画素寸法は6.7μm
(H)×6.7μm(V)である。このように、マルチ
メディア用途に適合した固体撮像装置の単位画素は、正
方画素が主流である。
The aspect ratio of the effective imaging area 141 is 4:
5 SXGA compatible 2/3 inch 1.3 million pixels C
In the case of a CD image sensor, the number of effective pixels is 1280
(H) × 1024 (V), unit pixel size is 6.7 μm
(H) × 6.7 μm (V). As described above, square pixels are mainly used as unit pixels of a solid-state imaging device suitable for multimedia use.

【0021】図13は、ノンインターレース方式に適し
た固体撮像装置の単位画素の構成を説明するための模式
平面図である。
FIG. 13 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel of a solid-state imaging device suitable for a non-interlace system.

【0022】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、それらを分離するための
素子分離領域151と、フォトダイオード101から垂
直CCDレジスタ102に信号電荷を読み出すための読
み出しゲート領域152とから構成される。垂直CCD
レジスタ102には、垂直転送電極153〜156が設
けられている。垂直転送電極155は、読み出しゲート
電極としても機能している。また、垂直転送電極153
〜156は、垂直CCDレジスタ102上のみに形成さ
れているように描写しているが、実際には上下に隣接す
るフォトダイオード101間にも延在しており、同一水
平行の画素同士では共通になっている。なお、垂直転送
電極153〜156の上部には、絶縁膜を介して垂直C
CDレジスタ102を遮光するための遮光膜(図示しな
い)が設けられている。
The unit pixel includes a photodiode 101,
It comprises a vertical CCD register 102, an element isolation region 151 for separating them, and a read gate region 152 for reading signal charges from the photodiode 101 to the vertical CCD register 102. Vertical CCD
The register 102 is provided with vertical transfer electrodes 153 to 156. The vertical transfer electrode 155 also functions as a read gate electrode. Also, the vertical transfer electrode 153
156 are depicted as being formed only on the vertical CCD register 102, but actually extend between the vertically adjacent photodiodes 101, and are shared by pixels in the same horizontal row. It has become. Note that the vertical transfer electrodes 153 to 156 have a vertical C
A light shielding film (not shown) for shielding the CD register 102 from light is provided.

【0023】図14は、図13に示した単位画素を有す
る固体撮像装置における垂直CCDレジスタの電極と駆
動パルスとの対応を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the correspondence between the electrodes of the vertical CCD register and the driving pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【0024】ここでは、垂直CCDレジスタが4相パル
ス(φV1〜φV4)で駆動される場合を示している。
半導体基板161表面に、絶縁膜162を介して垂直転
送電極153〜156が設けられている。図13で示し
たように、1画素には4つの垂直転送電極153〜15
6が含まれており、これで1転送段が構成される。この
ように、1画素にl転送段を対応させることで、全画素
の信号を同時に独立に読み出して転送できる。全画素同
時読み出しは、ノンインターレース方式に適合させる上
で必要な機能である。
Here, a case is shown in which the vertical CCD register is driven by four-phase pulses (φV1 to φV4).
Vertical transfer electrodes 153 to 156 are provided on the surface of the semiconductor substrate 161 via an insulating film 162. As shown in FIG. 13, four vertical transfer electrodes 153 to 15 are provided for one pixel.
6 is included, and this constitutes one transfer stage. In this manner, by associating one transfer stage with one pixel, signals of all pixels can be read and transferred simultaneously and independently. Simultaneous readout of all pixels is a necessary function for adapting to the non-interlace method.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、テレ
ビジョン方式に適した画素とマルチメディア用途に適し
た画素とでは、その構成が互いに異なる。CCDイメー
ジセンサの開発においては、画素の特性を適切化するこ
とに費やされる時間が大半を占めると言っても過言では
ない。したがって、上記2種類のCCDイメージセンサ
の両方を開発するには、単純に約2倍の時間がかかると
いう問題がある。
As described above, the configuration of a pixel suitable for a television system and the configuration of a pixel suitable for a multimedia application are different from each other. It is not an exaggeration to say that in developing a CCD image sensor, most of the time spent optimizing the characteristics of pixels is spent. Therefore, there is a problem that it takes about twice as long to develop both of the above two types of CCD image sensors.

【0026】この問題を解決する1つの方法として、特
開平7−143410号公報に開示されている方法があ
る。この方法は、マルチメディア用途に適した画素を、
テレビジョンフォーマット(例えば、HDTVの場合は
アスペクト比9:16、NTSC方式の場合はアスペク
ト比3:4)に並べることで2種類のCCDイージセン
サの開発期間を短縮するというものである。
As one method for solving this problem, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-143410. This method uses pixels suitable for multimedia applications.
By arranging them in a television format (for example, an aspect ratio of 9:16 for HDTV, and an aspect ratio of 3: 4 for NTSC), the development period of two types of CCD easy sensors is shortened.

【0027】しかし、この方法では全画素同時読み出し
のできる正方画素を基本にしているため、単純にインタ
ーレース駆動をした場合、各信号電荷は1つのフォトダ
イオード分であり、十分なS/Nがとれないという問題
がある。4相駆動の垂直CCDレジスタにおいては、垂
直CCDレジスタ内で垂直方向に隣接する2つのフォト
ダイオードの信号電荷を加算するには、駆動パルスの種
類を少なくとも5種類以上に増加する必要があり、パッ
ド数や駆動回路の増加を招くため好ましくない。
However, since this method is based on square pixels capable of simultaneously reading out all pixels, each signal charge is equivalent to one photodiode when interlaced driving is performed, and sufficient S / N can be obtained. There is no problem. In a four-phase driven vertical CCD register, in order to add signal charges of two photodiodes adjacent in the vertical direction in the vertical CCD register, it is necessary to increase the number of drive pulses to at least five or more. This is not preferable because the number and the number of drive circuits increase.

【0028】駆動パルスの種類を増加することなく垂直
方向に隣接する2つのフォトダイオードの信号電荷を加
算する方法として、水平CCDレジスタで加算する方法
がある。以下に、この方法について説明する。
As a method of adding the signal charges of two photodiodes adjacent in the vertical direction without increasing the types of driving pulses, there is a method of adding the signal charges by a horizontal CCD register. Hereinafter, this method will be described.

【0029】図15は、垂直CCDレジスタから水平C
CDレジスタヘの電荷転送動作を説明するための図であ
る。図15(a)は、各転送電極に印加される転送パル
スの水平ブランキング期間内のタイミングチャートであ
る。図15(b)は、図15(a)における各時刻t1
〜t9に対応する、各電極下部のチャネル電位図であ
る。ここで、チャネル電位は図面下側を正としている。
なお、説明を簡略化するため、垂直方向に隣接する2つ
のフォトダイオードの信号電荷A及びBのみの転送の様
子について説明する。
FIG. 15 shows the relationship between the vertical CCD register and the horizontal C register.
FIG. 5 is a diagram for explaining a charge transfer operation to a CD register. FIG. 15A is a timing chart of a transfer pulse applied to each transfer electrode in a horizontal blanking period. FIG. 15B shows each time t1 in FIG.
It is a channel electric potential diagram of each electrode lower part corresponding to -t9. Here, the channel potential is positive on the lower side of the drawing.
Note that, for simplicity of description, a state of transfer of only the signal charges A and B of two photodiodes adjacent in the vertical direction will be described.

【0030】時刻t1では、転送パルスがハイレベルと
なっているφV3及びφV4の印加された垂直転送電極
下部のチャネルに信号電荷A及びBがそれぞれ蓄積され
ている。時刻t2では、さらにφV1がハイレベルとな
り、信号電荷AはハイレベルとなっているφV1の印加
されている水平転送電極下部に向かって転送される。な
お、信号電荷Bの転送は、図10で説明した通常の垂直
転送と同様であるので説明を省略する。その後、時刻t
5では、φV1がロウレベルとなり、信号電荷Aはほぼ
完全に水平転送電極下部に転送される。同様にして、水
平ブランキング期間内の2周期目の垂直転送パルス群に
よって、信号電荷Bが水平転送電極下部に転送される。
この時、信号電荷Aは水平転送電極下部に留まっている
ので、時刻t9に示すように、結果的に信号電荷Aと信
号電荷Bが加算されることになる。
At time t1, signal charges A and B are accumulated in the channel below the vertical transfer electrode to which φV3 and φV4, to which the transfer pulse is at a high level, respectively, are applied. At time t2, φV1 further goes to the high level, and the signal charge A is transferred toward the lower portion of the horizontal transfer electrode to which φV1 at the high level is applied. The transfer of the signal charge B is the same as the normal vertical transfer described with reference to FIG. Then, at time t
At 5, the signal .phi.V1 goes low, and the signal charge A is almost completely transferred to the lower part of the horizontal transfer electrode. Similarly, the signal charge B is transferred to the lower part of the horizontal transfer electrode by the vertical transfer pulse group in the second cycle in the horizontal blanking period.
At this time, since the signal charge A stays below the horizontal transfer electrode, the signal charge A and the signal charge B are eventually added as shown at time t9.

【0031】しかし、このような水平CCD103レジ
スタにおける信号電荷の加算には問題がある。すなわ
ち、テレビジョン規格により制限された水平ブランキン
グ期間内に、約2周期の垂直転送パルス群を挿入しなけ
ればならない点である。垂直CCDレジスタ102から
水平CCDレジスタ103への局所的な転送不良が生じ
ると、再生画像上では垂直方向に黒線が発生し画質を著
しく劣化させる。局所的な転送不良を抑制するには、垂
直最終電極に印加される転送パルスがロウレベルになっ
てから水平転送が開始するまでの期間Pをできるだけ長
く確保する必要がある。ところが、2周期分の垂直転送
パルス群を挿入した場合にはこの期間Pが大幅に減少す
ることは明白であり、したがって黒線不良が極めて発生
し易いという問題がある。
However, there is a problem in the addition of signal charges in such a horizontal CCD 103 register. That is, a vertical transfer pulse group of about two cycles must be inserted within the horizontal blanking period limited by the television standard. When a local transfer failure from the vertical CCD register 102 to the horizontal CCD register 103 occurs, a black line is generated in a vertical direction on a reproduced image, and the image quality is significantly deteriorated. In order to suppress the local transfer failure, it is necessary to secure as long a period P as possible from when the transfer pulse applied to the vertical final electrode becomes low level to when horizontal transfer starts. However, when two vertical transfer pulse groups are inserted, it is apparent that the period P is significantly reduced, and therefore, there is a problem that black line defects are extremely likely to occur.

【0032】[0032]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、テレビジョン
用CCDイメージセンサで用いられるインターレース方
式に適した画素構成を基本として、全画素同時読み出し
も可能な正方画素を提供し、マルチメディア用CCDイ
メージセンサを短期間で開発することの可能な固体撮像
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a square pixel capable of simultaneously reading out all pixels based on a pixel structure suitable for an interlace system used in a CCD image sensor for television, and to provide a CCD for multimedia. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of developing an image sensor in a short time.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の固体
撮像装置は、光電変換する複数のフォトダイオード及び
これらのフォトダイオードからの電荷を受け取って転送
する垂直CCDレジスタを含む単位画素が2次元状に配
列された撮像領域と、前記垂直CCDレジスタからの電
荷を受け取って転送する水平CCDレジスタと、この水
平CCDレジスタからの電荷を検出する電荷検出部と、
この電荷検出部で検出された電荷に応じた電気信号を出
力する出力増幅器とを備えたものである。そして、前記
単位画素の寸法の縦横比が1:2であることを特徴とし
ている。このとき、前記垂直CCDレジスタの1転送段
が前記単位画素の2画素分の垂直転送電極で構成される
ものとしてもよい。
That is, in the solid-state imaging device of the present invention, a unit pixel including a plurality of photodiodes for performing photoelectric conversion and a vertical CCD register for receiving and transferring electric charges from these photodiodes is formed in a two-dimensional form. An image pickup area arranged in the vertical CCD register, a horizontal CCD register for receiving and transferring charges from the vertical CCD register, a charge detection unit for detecting charges from the horizontal CCD register,
An output amplifier that outputs an electric signal corresponding to the electric charge detected by the electric charge detection unit. The aspect ratio of the dimensions of the unit pixel is 1: 2. At this time, one transfer stage of the vertical CCD register may be constituted by vertical transfer electrodes for two pixels of the unit pixel.

【0034】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
する複数のフォトダイオード及びこれらのフォトダイオ
ードからの電荷を受け取って転送する垂直CCDレジス
タを含む単位画素が2次元状に配列された撮像領域と、
前記垂直CCDレジスタからの電荷を受け取って転送す
る水平CCDレジスタと、この水平CCDレジスタから
の電荷を検出する電荷検出部と、この電荷検出部で検出
された電荷に応じた電気信号を出力する出力増幅器とを
備えたものである。そして、前記単位画素は、前記垂直
CCDレジスタの1/2転送段に相当する垂直転送電極
を含む縦横比がl:2である画素を縦方向に2個配列し
た正方画素であることを特徴としている。
Further, the solid-state imaging device according to the present invention has an imaging area in which unit pixels including a plurality of photodiodes for performing photoelectric conversion and a vertical CCD register for receiving and transferring charges from these photodiodes are two-dimensionally arranged. When,
A horizontal CCD register for receiving and transferring the charge from the vertical CCD register; a charge detection unit for detecting the charge from the horizontal CCD register; and an output for outputting an electric signal corresponding to the charge detected by the charge detection unit And an amplifier. The unit pixel is a square pixel in which two pixels having an aspect ratio of 1: 2, including a vertical transfer electrode corresponding to a half transfer stage of the vertical CCD register, are arranged in the vertical direction. I have.

【0035】本発明によれば、アスペクト比が1:2で
あることを除いては、インターレース方式に適した従来
と同様の画素構成のため、垂直方向に隣接した2画素の
信号電荷を垂直CCDレジスタで容易に加算できる。し
たがって、黒線不良の問題は生じない。また、そのアス
ペクト比が1:2の画素を垂直方向に2個配列したもの
を単位画素とみなすことで正方画素となり、かつ、その
正方画素内には垂直CCDレジスタの1転送段に相当す
る垂直転送電極が含まれるため、全画素同時読み出しが
できノンインターレース方式に対応できる。
According to the present invention, except that the aspect ratio is 1: 2, since the pixel configuration is the same as the conventional one suitable for the interlacing method, the signal charges of two pixels adjacent in the vertical direction are transferred to the vertical CCD. It can be easily added by a register. Therefore, the problem of black line failure does not occur. A pixel having an aspect ratio of 1: 2 and two pixels arranged in the vertical direction is regarded as a unit pixel, and becomes a square pixel. In the square pixel, a vertical pixel register corresponding to one transfer stage of a vertical CCD register is provided. Since the transfer electrodes are included, all pixels can be read simultaneously and can be compatible with the non-interlace method.

【0036】すなわち、画素の基本構成を、インターレ
ース方式及びノンインターレース方式の2種類のCCD
イメージセンサで共通化できるため、実質的には1種類
のデバイスを開発するのとほぼ等価な期間でテレビジョ
ン用及びマルチメディア用の2種類のデバイスを開発で
きる。
That is, the basic configuration of the pixel is divided into two types of CCDs, an interlaced type and a non-interlaced type.
Since the image sensor can be used in common, two types of devices for television and multimedia can be developed in a period substantially equivalent to developing one type of device.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態の
インターレース方式に適した固体撮像装置における単位
画素の構成を説明するための模式平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for an interlace system according to a first embodiment of the present invention.

【0038】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、それらを分離するための
素子分離領域1と、フォトダイオード101から垂直C
CDレジスタ102に信号電荷を読み出すための読み出
しゲート領域2とから構成されている。垂直CCDレジ
スタ102には、垂直転送電極3,4が設けられてい
る。垂直転送電極4は、読み出しゲート電極としても機
能している。また、垂直転送電極3,4は、垂直CCD
レジスタ102上のみに形成されているように描写して
いるが、実際には上下に隣接するフォトダイオード10
1間にも延在しており、同一水平行の画素同士では共通
になっている。なお、垂直転送電極3,4の上部には、
絶縁膜を介して垂直CCDレジスタ102を遮光するた
めの遮光膜(図示しない)が設けられている。ここで、
画素のアスペクト比が1:2であることが特徴であり、
それ以外の構成は図8に示した従来の画素と同様であ
る。また、その駆動方法も従来と同様である。
The unit pixel includes a photodiode 101,
A vertical CCD register 102, an element isolation region 1 for isolating them, and a vertical C
And a read gate region 2 for reading signal charges into the CD register 102. The vertical CCD register 102 is provided with vertical transfer electrodes 3 and 4. The vertical transfer electrode 4 also functions as a read gate electrode. The vertical transfer electrodes 3 and 4 are vertical CCDs.
Although illustrated as being formed only on the register 102, the photodiodes 10 vertically adjacent to each other are actually illustrated.
1 and are common to the pixels in the same horizontal row. Note that, above the vertical transfer electrodes 3 and 4,
A light shielding film (not shown) for shielding the vertical CCD register 102 from light through an insulating film is provided. here,
The aspect ratio of the pixel is 1: 2,
Other configurations are the same as those of the conventional pixel shown in FIG. Also, the driving method is the same as the conventional one.

【0039】図2は、本発明の第1実施形態の画素をH
DTVフォーマットに適合させた固体撮像装置の画素配
列図である。
FIG. 2 shows a pixel according to the first embodiment of the present invention as H
FIG. 2 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device adapted to the DTV format.

【0040】有効撮像領域11のアスペクト比(縦横
比)は9:16である。例えば、単位画素寸法を10.
4μm(H)×5.2μm(V)として、有効画素数を
923(H)×1035(V)とすることで、HDTV
方式に対応した2/3インチ100万画素CCDイメー
ジセンサを構成できる。
The aspect ratio (aspect ratio) of the effective image pickup area 11 is 9:16. For example, if the unit pixel size is 10.
By setting 4 μm (H) × 5.2 μm (V) and the number of effective pixels to 923 (H) × 1035 (V), HDTV
A 2/3 inch 1 million pixel CCD image sensor corresponding to the system can be constructed.

【0041】図3は、本発明の第2実施形態のノンイン
ターレース方式に適した固体撮像装置における単位画素
の構成を説明するための模式平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for a non-interlace system according to a second embodiment of the present invention.

【0042】ここで、単位画素は、図1に示したインタ
ーレース方式に対応した画素を縦方向に2個配列したも
のであり、アスペクト比が1:1の正方画素となってい
る点に特徴がある。図1と同一の構成要素には同一符号
を添付し、説明は省略する。正方画素の中には垂直転送
電極が4つ含まれているため1画素が1転送段に対応
し、全画素の信号を同時に独立に読み出して転送でき
る。したがって、ノンインターレース方式に適応でき
る。なお、正方画素の1画素あたりの信号量は、2つの
フォトダイオード101の信号が垂直CCDレジスタ1
02で加算されたものに相当する。2つのフォトダイオ
ード101の信号の加算が従来のインターレース方式で
行われている垂直方向の2画素加算と同様にできること
は説明するまでもない。
Here, the unit pixel is formed by arranging two pixels corresponding to the interlace system shown in FIG. 1 in the vertical direction, and is characterized in that it is a square pixel having an aspect ratio of 1: 1. is there. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Since four square transfer electrodes are included in the square pixels, one pixel corresponds to one transfer stage, and signals of all pixels can be read and transferred simultaneously and independently. Therefore, it can be applied to the non-interlace method. It should be noted that the signal amount per pixel of the square pixel is such that the signals of the two photodiodes 101 correspond to the vertical CCD register 1.
02 corresponds to the value added. It goes without saying that the addition of the signals of the two photodiodes 101 can be performed in the same manner as the vertical two-pixel addition performed by the conventional interlace method.

【0043】図4は、本発明の第2実施形態の正方画素
をVGAフォーマットに適合させた固体撮像装置の画素
配列図である。
FIG. 4 is a pixel arrangement diagram of a solid-state imaging device in which square pixels according to the second embodiment of the present invention are adapted to the VGA format.

【0044】有効撮像領域21のアスペクト比(縦横
比)は3:4である。例えば、単位画素寸法を10.4
μm(H)×10.4μm(V)として、有効画素数を
640(H)×480(V)とすることで、VGAフォ
ーマットに適合した約1/2インチ系の30万画素CC
Dイメージセンサを構成できる。すなわち、図1に示し
たインターレース方式に適した単位画素を利用して図3
に示した正方画素が構成されているため、図2及び図4
に示すテレビジョン用、及びマルチメディア用の2種類
のCCDイメージセンサを短期間で開発することが可能
になる。
The aspect ratio (aspect ratio) of the effective image pickup area 21 is 3: 4. For example, if the unit pixel size is 10.4
μm (H) × 10.4 μm (V) and the number of effective pixels to be 640 (H) × 480 (V), so that approximately 1 / 2-inch 300,000 pixel CC compatible with the VGA format
A D image sensor can be configured. That is, by using unit pixels suitable for the interlace method shown in FIG.
Since the square pixel shown in FIG.
It is possible to develop two types of CCD image sensors for television and for multimedia in a short time.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば次の効果を奏する。垂直
CCDレジスタの1/2転送段に相当する垂直転送電極
を含むインターレース方式に対応する画素のアスペクト
比を1:2で構成する。一方、インターレース方式に対
応する画素を垂直方向に2個配列したもので単位画素を
構成することにより正方画素となり、かつ、その正方画
素内には垂直CCDレジスタの1転送段に相当する垂直
転送電極が含まれるので、全画素同時読み出しができノ
ンインターレース方式に対応できる。すなわち、画素の
基本構成を、インターレース方式及びノンインターレー
ス方式の2種類のCCDイメージセンサで共通化できる
ため、実質的には1種類のデバイスを開発するのとほぼ
等価な期間でテレビジョン用及びマルチメディア用の2
種類のデバイスを開発できる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. The aspect ratio of the pixel corresponding to the interlace method including the vertical transfer electrode corresponding to the 1/2 transfer stage of the vertical CCD register is set to 1: 2. On the other hand, a unit pixel is formed by arranging two pixels corresponding to the interlace method in the vertical direction to form a square pixel, and within the square pixel, a vertical transfer electrode corresponding to one transfer stage of a vertical CCD register is provided. Is included, so that all pixels can be read simultaneously, and it is possible to support a non-interlace method. In other words, the basic configuration of pixels can be shared by two types of CCD image sensors, the interlaced type and the non-interlaced type, so that for a television and a multi-type in a period substantially equivalent to developing one type of device. 2 for media
Different types of devices can be developed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態のインターレース方式に
適した固体撮像装置における単位画素の構成を説明する
ための模式平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for an interlaced system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態の画素をHDTVフォー
マットに適合させた固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 2 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device in which pixels according to the first embodiment of the present invention are adapted to the HDTV format.

【図3】本発明の第2実施形態のノンインターレース方
式に適した固体撮像装置における単位画素の構成を説明
するための模式平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for a non-interlaced system according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態の正方画素をVGAフォ
ーマットに適合させた固体撮像装置の画素配列図であ
る。
FIG. 4 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention in which square pixels are adapted to a VGA format.

【図5】一般的なインターラインCCD型固体撮像装置
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a general interline CCD solid-state imaging device.

【図6】インターレース方式を説明するための模式図で
ある。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an interlace method.

【図7】HDTVフォーマットに適合した固体撮像装置
の画素配列図である。
FIG. 7 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the HDTV format.

【図8】インターレース方式に適した従来の固体撮像装
置の単位画素の構成を説明するための模式平面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel of a conventional solid-state imaging device suitable for an interlaced system.

【図9】図8に示した単位画素を有する固体撮像装置に
おける垂直CCDレジスタの電極と駆動パルスとの対応
を示す断面図である。
9 is a cross-sectional view illustrating correspondence between electrodes of a vertical CCD register and drive pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels illustrated in FIG.

【図10】4相駆動の垂直CCDレジスタにおける電荷
転送動作を説明するための図であり、図10(a)は各
垂直転送電極に印加される転送パルスのタイミングチャ
ート、図10(b)は図10(a)における各時刻t1
〜t9に対応する各垂直転送電極下部のチャネル電位図
である。
10A and 10B are diagrams for explaining a charge transfer operation in a four-phase driven vertical CCD register. FIG. 10A is a timing chart of transfer pulses applied to each vertical transfer electrode, and FIG. Each time t1 in FIG.
It is a channel electric potential diagram of the lower part of each vertical transfer electrode corresponding to -t9.

【図11】ノンインターレース方式を説明するための模
式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a non-interlace method.

【図12】VGAフォーマットに適合した固体撮像装置
の画素配列図である。
FIG. 12 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the VGA format.

【図13】ノンインターレース方式に適した固体撮像装
置の単位画素の構成を説明するための模式平面図であ
る。
FIG. 13 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel of a solid-state imaging device suitable for a non-interlace method.

【図14】図13に示した単位画素を有する固体撮像装
置における垂直CCDレジスタの電極と駆動パルスとの
対応を示す断面図である。
14 is a cross-sectional view showing the correspondence between electrodes of a vertical CCD register and drive pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【図15】垂直CCDレジスタから水平CCDレジスタ
ヘの電荷転送動作を説明するための図であり、図15
(a)は各転送電極に印加される転送パルスの水平ブラ
ンキング期間内のタイミングチャート、図15(b)は
図15(a)における各時刻t1〜t9に対応する各電
極下部のチャネル電位図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a charge transfer operation from a vertical CCD register to a horizontal CCD register;
15A is a timing chart of a transfer pulse applied to each transfer electrode in a horizontal blanking period, and FIG. 15B is a channel potential diagram under each electrode corresponding to each time t1 to t9 in FIG. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、121、151 素子分離領域 2、122、152 読み出しゲート領域 3、4、123、124、153〜156 垂直転送電
極 101 フォトダイオード 102 垂直CCDレジスタ 103 水平CCDレジスタ 104 電荷検出部 105 出力増幅器 106 単位画素 111、141 有効撮像領域 131、161 半導体基板 132 絶縁膜
1, 121, 151 element isolation region 2, 122, 152 read gate region 3, 4, 123, 124, 153 to 156 vertical transfer electrode 101 photodiode 102 vertical CCD register 103 horizontal CCD register 104 charge detection unit 105 output amplifier 106 unit Pixels 111, 141 Effective imaging area 131, 161 Semiconductor substrate 132 Insulating film

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年9月7日[Submission date] September 7, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 固体撮像装置[Title of the Invention] Solid-state imaging device

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CCD型2次元の
固体撮像装置に関し、特にテレビジョン用及びマルチメ
ディア用の両方を短期間で開発するための画素構成を有
する固体撮像装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD type two-dimensional solid-state imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device having a pixel configuration for developing both television and multimedia devices in a short period of time. .

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、図5乃至図15に基づき従来技術
を説明する。
2. Description of the Related Art A conventional technique will be described below with reference to FIGS.

【0003】図5は、一般的なインターライン転送型の
固体撮像装置である。
FIG. 5 shows a general interline transfer type solid-state imaging device.

【0004】この固体撮像装置は、光電変換するための
複数のフォトダイオード101と、フォトダイオード1
01からの電荷を受け取って転送する垂直CCDレジス
タ102と、垂直CCDレジスタ102からの電荷を受
け取って転送する水平CCDレジスタ103と、水平C
CDレジスタ103により転送されてきた電荷を検出す
る電荷検出部104と、電荷検出部104で検出された
電荷に応じた電気信号を出力する出力増幅器105とか
ら構成される。ここで、二点鎖線で囲まれた部分が単位
画素106である。
This solid-state imaging device comprises a plurality of photodiodes 101 for photoelectric conversion and a photodiode 1
01, a vertical CCD register 102 for receiving and transferring the charge from the vertical CCD register 102, a horizontal CCD register 103 for receiving and transferring the charge from the vertical CCD register 102,
The charge detection unit 104 includes a charge detection unit 104 that detects charges transferred by the CD register 103 and an output amplifier 105 that outputs an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detection unit 104. Here, the portion surrounded by the two-dot chain line is the unit pixel 106.

【0005】図6は、インターレース方式を説明するた
めの模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the interlace method.

【0006】これまでに開発された固体撮像装置の多く
は、テレビジョン用途に適応させるためにインターレー
ス方式(飛び越し走査方式とも呼ばれる)に対応してい
た。ここでは、各水平ラインは、フォトダイオードの各
行に対応しているものとする。1フレーム(画面)は2
フィールドからなり、第1フィールドは奇数行の水平ラ
インからなり、第2フィールドは偶数行の水平ラインか
らなる。このように1行おきに飛び越し走査することで
疑似的に画面数を2倍にして、フリッカと呼ばれる画面
のちらつきを抑制する技術が、テレビジョンでは一般的
に用いられている。
Many of the solid-state imaging devices developed so far correspond to an interlace system (also called an interlaced scanning system) in order to be adapted for television use. Here, it is assumed that each horizontal line corresponds to each row of the photodiode. 1 frame (screen) is 2
The first field is composed of odd-numbered horizontal lines, and the second field is composed of even-numbered horizontal lines. The technique of suppressing the screen flicker called flicker by doubling the number of screens by skipping scanning every other line in this manner is generally used in television.

【0007】図7は、HDTVフォーマットに適合した
固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 7 is a pixel arrangement diagram of a solid-state imaging device conforming to the HDTV format.

【0008】有効撮像領域111のアスペクト比(縦横
比)は9:16である。HDTV方式に対応した2/3
インチ130万画素CCDイメージセンサの場合、有効
画素数は1258(H)×1035(V)、単位画素寸
法は7.6μm(H)×5.2μm(V)である。この
ように、テレビジョンフォーマットに適合した固体撮像
装置の単位画素は正方画素ではないのが一般的であり、
そのアスペクト比は光学フォーマットや画素数に応じて
異なる。
[0008] The aspect ratio (aspect ratio) of the effective imaging area 111 is 9:16. 2/3 compatible with HDTV system
In the case of a 1.3-million pixel CCD image sensor, the number of effective pixels is 1258 (H) × 1035 (V), and the unit pixel size is 7.6 μm (H) × 5.2 μm (V). As described above, the unit pixel of the solid-state imaging device conforming to the television format is generally not a square pixel,
The aspect ratio differs depending on the optical format and the number of pixels.

【0009】図8は、インターレース方式に適した従来
の固体撮像装置の単位画素の構成を説明するための模式
平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel of a conventional solid-state imaging device suitable for the interlaced system.

【0010】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、フォトダイオード101
と垂直CCDレジスタ102とを分離するための素子分
離領域121と、フォトダイオード101から垂直CC
Dレジスタ102に信号電荷を読み出すための読み出し
ゲート領域122とから構成されている。垂直CCDレ
ジスタ102には、垂直転送電極123,124が設け
られている。垂直転送電極124は、読み出しゲート電
極としても機能している。また、垂直転送電極123,
124は、垂直CCDレジスタ102上のみに形成され
ているように描写しているが、実際には図面上下に隣接
するフォトダイオード101間にも延在しており、同一
水平行の画素同士では共通になっている。なお、垂直転
送電極123,124の上部には、絶縁膜を介して垂直
CCDレジスタ102を遮光するための遮光膜(図示し
ない)が設けられている。
The unit pixel includes a photodiode 101,
A vertical CCD register 102 and a photodiode 101
An element isolation region 121 for isolating the vertical CCD register 102 from the vertical CCD register 102;
And a read gate region 122 for reading signal charges into the D register 102. The vertical CCD register 102 is provided with vertical transfer electrodes 123 and 124. The vertical transfer electrode 124 also functions as a read gate electrode. Also, the vertical transfer electrodes 123,
Although 124 is depicted as being formed only on the vertical CCD register 102, it actually extends between the photodiodes 101 adjacent vertically above and below in the drawing , and is shared by pixels in the same horizontal row. It has become. Note that a light-shielding film (not shown) for shielding the vertical CCD register 102 from light is provided above the vertical transfer electrodes 123 and 124 via an insulating film.

【0011】図9は、図8に示した単位画素を有する固
体撮像装置における、垂直CCDレジスタの電極と駆動
パルスとの対応を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing the correspondence between the electrodes of the vertical CCD register and the driving pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【0012】ここでは、垂直CCDレジスタが4相パル
ス(φV1〜φV4)で駆動される場合を示している。
半導体基板131表面に、絶縁膜132を介して垂直転
送電極123,124が設けられている。図8で示した
ように、1画素には2つの垂直転送電極123,124
が含まれているので、2画素分に対応する4つの垂直転
送電極で1転送段が構成される。なぜなら、4相パルス
で駆動されるからである。
Here, a case is shown in which the vertical CCD register is driven by four-phase pulses (φV1 to φV4).
Vertical transfer electrodes 123 and 124 are provided on the surface of the semiconductor substrate 131 via an insulating film 132. As shown in FIG. 8, two vertical transfer electrodes 123 and 124 are provided for one pixel.
Are included, one transfer stage is constituted by four vertical transfer electrodes corresponding to two pixels. Because the four-phase pulse
This is because it is driven by.

【0013】図10は、4相駆動の垂直CCDレジスタ
における電荷転送動作を説明するための図であり、図
(a)は、各垂直転送電極に印加される転送パルスのタ
イミングチャート、図(b)は、図(a)における各時
刻t1〜t9に対応する、各垂直転送電極下部のチャネ
ル電位図である。ここで、チャネル電位は図面下側を正
としている。なお、説明を簡略化するため、1パケット
の信号電荷のみの転送の様子について説明する。
FIG. 10 is a diagram for explaining a charge transfer operation in a four-phase driven vertical CCD register. FIG. 10A is a timing chart of transfer pulses applied to each vertical transfer electrode, and FIG. 12) is a channel potential diagram under each vertical transfer electrode corresponding to each of the times t1 to t9 in FIG. Here, the channel potential is positive on the lower side of the drawing. In order to simplify the description, the transfer of only one packet of signal charges will be described.

【0014】時刻t1では、転送パルスがハイレベルと
なっているφV3及びφV4の印加された垂直転送電極
下部のチャネルに信号電荷が蓄積されている。時刻t2
では、さらにφV1がハイレベルとなり、信号電荷は3
電極の下部のチャネルに蓄積されている。時刻t3で
は、φV3がロウレベルとなり、信号電荷はφV4及び
φV1の印加された2電極の下部のチャネルに蓄積され
ている。すなわち、時刻t1〜t3の推移で、信号電荷
の位置が1電極分移動したことになる。以下、同様にし
て、信号電荷が時刻t1〜t9までで4電極分(1転送
段に相当)移動する。この繰り返し動作により、信号電
荷が垂直CCDレジスタ102内を転送される。
At time t1, signal charges are accumulated in the channel below the vertical transfer electrode to which φV3 and φV4, to which the transfer pulse is at a high level, are applied. Time t2
Then, φV1 further becomes a high level, and the signal charge becomes 3
It is stored in the channel below the electrode. At time t3, φV3 goes low, and signal charges are accumulated in the channel below the two electrodes to which φV4 and φV1 are applied. That is, in the transition from time t1 to t3, the position of the signal charge has moved by one electrode. Hereinafter, similarly, the signal charges move by four electrodes (corresponding to one transfer stage) from time t1 to time t9. This repeated operation, the signal charges are transferred in the vertical CCD register 102.

【0015】図10の転送形態からわかるように、図8
に示したタイプの画素では、全画素の信号を同時に独立
に読み出して転送することはできない。通常は、垂直方
向に隣接する2画素の信号電荷を垂直CCDレジスタ1
02で加算して出力する。これにより、垂直方向の解像
度は全画素独立に読み出す場合に比べて劣化するもの
の、信号量が2倍になるのでS/Nの良い画像が得られ
る。なお、各フィールド毎に垂直方向2画素の組み合わ
せを1画素ずらして加算することで、インターレース方
式に対応している。
As can be seen from the transfer form shown in FIG.
In the pixels of the type shown in (1), the signals of all the pixels cannot be read and transferred simultaneously and independently. Normally, signal charges of two pixels adjacent in the vertical direction are transferred to the vertical CCD register 1
02 is added and output. As a result, although the resolution in the vertical direction is deteriorated as compared with the case where all pixels are read out independently, the signal amount is doubled, so that an image with a good S / N is obtained. In addition, the combination of two pixels in the vertical direction for each field is shifted by one pixel and added, thereby supporting the interlace method.

【0016】一方、近年盛んに開発されているマルチメ
ディア機器での画像入力装置に適応させるためには、ノ
ンインターレース方式(順次走査方式、プログレッシブ
スキャン方式とも呼ばれる)の固体撮像装置が好まし
い。これは、マルチメディア用途では静止画を取り扱う
ことが多いため、より高い解像度が要求されるからであ
る。
On the other hand, a non-interlace type (also called a progressive scanning type or a progressive scanning type) solid-state imaging device is preferable for adapting to an image input device in a multimedia device which has been actively developed in recent years. This is because still images are often handled in multimedia applications, and higher resolution is required.

【0017】図11は、ノンインターレース方式を説明
するための模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the non-interlace method.

【0018】ここで、各水平ラインは、フォトダイオー
ドの各行に対応している。1フレーム(画面)は、順次
走査されたすべての水平ラインからなるため、解像度の
高い画質が得られる。さらに、回転処理などの画像の加
工をする上では、画素のアスペクト比の補正回路を省略
できる正方画素が好ましい。
Here, each horizontal line corresponds to each row of the photodiode. One frame (screen) is composed of all the horizontal lines scanned sequentially, so that high-resolution image quality can be obtained. Furthermore, in processing an image such as a rotation process, a square pixel that can omit a pixel aspect ratio correction circuit is preferable.

【0019】図12は、SXGAフォーマットに適合し
た固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 12 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the SXGA format.

【0020】有効撮像領域141のアスペクト比は4:
5である。SXGA対応の2/3インチ130万画素C
CDイメージセンサの場合、有効画素数は1280
(H)×1024(V)、単位画素寸法は6.7μm
(H)×6.7μm(V)である。このように、マルチ
メディア用途に適合した固体撮像装置の単位画素は、正
方画素が主流である。
The aspect ratio of the effective imaging area 141 is 4:
5 SXGA compatible 2/3 inch 1.3 million pixels C
In the case of a CD image sensor, the number of effective pixels is 1280
(H) × 1024 (V), unit pixel size is 6.7 μm
(H) × 6.7 μm (V). As described above, square pixels are mainly used as unit pixels of a solid-state imaging device suitable for multimedia use.

【0021】図13は、ノンインターレース方式に適し
た固体撮像装置の単位画素の構成を説明するための模式
平面図である。
FIG. 13 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel of a solid-state imaging device suitable for a non-interlace system.

【0022】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、フォトダイオード101
と垂直CCDレジスタ102とを分離するための素子分
離領域151と、フォトダイオード101から垂直CC
Dレジスタ102に信号電荷を読み出すための読み出し
ゲート領域152とから構成される。垂直CCDレジス
タ102には、垂直転送電極153〜156が設けられ
ている。垂直転送電極155は、読み出しゲート電極と
しても機能している。また、垂直転送電極153〜15
6は、垂直CCDレジスタ102上のみに形成されてい
るように描写しているが、実際には図面上下に隣接する
フォトダイオード101間にも延在しており、同一水平
行の画素同士では共通になっている。なお、垂直転送電
極153〜156の上部には、絶縁膜を介して垂直CC
Dレジスタ102を遮光するための遮光膜(図示しな
い)が設けられている。
The unit pixel includes a photodiode 101,
A vertical CCD register 102 and a photodiode 101
An element isolation region 151 for isolating the vertical CCD register 102 from the vertical CCD register 102;
And a read gate region 152 for reading signal charges into the D register 102. The vertical CCD register 102 is provided with vertical transfer electrodes 153 to 156. The vertical transfer electrode 155 also functions as a read gate electrode. Also, the vertical transfer electrodes 153 to 15
Although 6 is depicted as being formed only on the vertical CCD register 102, it actually extends between the photodiodes 101 that are vertically adjacent to each other in the drawing , and is common to pixels in the same horizontal row. It has become. Note that the vertical transfer electrodes 153 to 156 have a vertical CC
A light shielding film (not shown) for shielding the D register 102 from light is provided.

【0023】図14は、図13に示した単位画素を有す
る固体撮像装置における垂直CCDレジスタの電極と駆
動パルスとの対応を示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing the correspondence between the electrodes of the vertical CCD register and the driving pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【0024】ここでは、垂直CCDレジスタが4相パル
ス(φV1〜φV4)で駆動される場合を示している。
半導体基板161表面に、絶縁膜162を介して垂直転
送電極153〜156が設けられている。図13で示し
たように、1画素には4つの垂直転送電極153〜15
6が含まれており、これで1転送段が構成される。この
ように、1画素にl転送段を対応させることで、全画素
の信号を同時に独立に読み出して転送できる。全画素同
時読み出しは、ノンインターレース方式に適合させる上
で必要な機能である。
Here, a case is shown in which the vertical CCD register is driven by four-phase pulses (φV1 to φV4).
Vertical transfer electrodes 153 to 156 are provided on the surface of the semiconductor substrate 161 via an insulating film 162. As shown in FIG. 13, four vertical transfer electrodes 153 to 15 are provided for one pixel.
6 is included, and this constitutes one transfer stage. In this manner, by associating one transfer stage with one pixel, signals of all pixels can be read and transferred simultaneously and independently. Simultaneous readout of all pixels is a necessary function for adapting to the non-interlace method.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、テレ
ビジョン方式に適した画素とマルチメディア用途に適し
た画素とでは、その構成が互いに異なる。CCDイメー
ジセンサの開発においては、画素の特性を適切化するこ
とに費やされる時間が大半を占めると言っても過言では
ない。したがって、上記2種類のCCDイメージセンサ
の両方を開発するには、単純に計算すると約2倍の時間
がかかるという問題がある。
As described above, the configuration of a pixel suitable for a television system and the configuration of a pixel suitable for a multimedia application are different from each other. It is not an exaggeration to say that in developing a CCD image sensor, most of the time spent optimizing the characteristics of pixels is spent. Therefore, there is a problem that it takes about twice as long to develop both of the above two types of CCD image sensors if it is simply calculated .

【0026】この問題を解決する1つの方法として、特
開平7−143410号公報に開示されている方法があ
る。この方法は、マルチメディア用途に適した画素を、
テレビジョンフォーマット(例えば、HDTVの場合は
アスペクト比9:16、NTSC方式の場合はアスペク
ト比3:4)に並べることで2種類のCCDイージセン
サの開発期間を短縮するというものである。
As one method for solving this problem, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-143410. This method uses pixels suitable for multimedia applications.
By arranging them in a television format (for example, an aspect ratio of 9:16 for HDTV, and an aspect ratio of 3: 4 for NTSC), the development period of two types of CCD easy sensors is shortened.

【0027】しかし、この方法では全画素同時読み出し
のできる正方画素を基本にしているため、単純にインタ
ーレース駆動をした場合、各信号電荷は1つのフォトダ
イオード分であり、十分なS/Nがとれないという問題
がある。4相駆動の垂直CCDレジスタにおいては、垂
直CCDレジスタ内で垂直方向に隣接する2つのフォト
ダイオードの信号電荷を加算するには、駆動パルスの種
類を少なくとも5種類以上に増加する必要があり、パッ
ド数や駆動回路の増加を招くため好ましくない。
However, since this method is based on square pixels capable of simultaneously reading out all pixels, each signal charge is equivalent to one photodiode when interlaced driving is performed, and sufficient S / N can be obtained. There is no problem. In a four-phase drive vertical CCD register, the number of drive pulses must be increased to at least five or more in order to add signal charges of two photodiodes adjacent in the vertical direction in the vertical CCD register. This is not preferable because the number and the number of drive circuits increase.

【0028】駆動パルスの種類を増加することなく垂直
方向に隣接する2つのフォトダイオードの信号電荷を加
算する方法として、水平CCDレジスタで加算する方法
がある。以下に、この方法について説明する。
As a method of adding the signal charges of two photodiodes adjacent in the vertical direction without increasing the types of driving pulses, there is a method of adding the signal charges by a horizontal CCD register. Hereinafter, this method will be described.

【0029】図15は、垂直CCDレジスタから水平C
CDレジスタヘの電荷転送動作を説明するための図であ
る。図15(a)は、各転送電極に印加される転送パル
スの水平ブランキング期間内のタイミングチャートであ
る。図15(b)は、図15(a)における各時刻t1
〜t9に対応する、各電極下部のチャネル電位図であ
る。ここで、チャネル電位は図面下側を正としている。
なお、説明を簡略化するため、垂直方向に隣接する2つ
のフォトダイオードの信号電荷A及びBのみの転送の様
子について説明する。
FIG. 15 shows the relationship between the vertical CCD register and the horizontal C register.
FIG. 5 is a diagram for explaining a charge transfer operation to a CD register. FIG. 15A is a timing chart of a transfer pulse applied to each transfer electrode in a horizontal blanking period. FIG. 15B shows each time t1 in FIG.
It is a channel electric potential diagram of each electrode lower part corresponding to -t9. Here, the channel potential is positive on the lower side of the drawing.
Note that, for simplicity of description, a state of transfer of only the signal charges A and B of two photodiodes adjacent in the vertical direction will be described.

【0030】時刻t1では、転送パルスがハイレベルと
なっているφV3及びφV4の印加された垂直転送電極
下部のチャネルに信号電荷A及びBがそれぞれ蓄積さ
れている。時刻t2では、さらにφV1がハイレベルと
なり、信号電荷AはハイレベルとなっているφV1の印
加されている水平転送電極下部に向かって転送される。
なお、信号電荷Bの転送は、図10で説明した通常の垂
直転送と同様であるので説明を省略する。その後、時刻
t5では、φV1がロウレベルとなり、信号電荷Aはほ
ぼ完全に水平転送電極下部に転送される。同様にして、
水平ブランキング期間内の2周期目の垂直転送パルス群
によって、信号電荷Bが水平転送電極下部に転送され
る。この時、信号電荷Aは水平転送電極下部に留まって
いるので、時刻t9に示すように、結果的に信号電荷A
と信号電荷Bが加算されることになる。
At time t1, signal charges A and B are accumulated in channels below the vertical transfer electrodes to which φV3 and φV4 whose transfer pulse is at a high level are applied , respectively. At time t2, φV1 further goes to the high level, and the signal charge A is transferred toward the lower portion of the horizontal transfer electrode to which φV1 at the high level is applied.
The transfer of the signal charge B is the same as the normal vertical transfer described with reference to FIG. Thereafter, at time t5, φV1 becomes low level, and the signal charge A is almost completely transferred to the lower portion of the horizontal transfer electrode. Similarly,
The signal charge B is transferred to the lower part of the horizontal transfer electrode by the vertical transfer pulse group in the second cycle in the horizontal blanking period. At this time, since the signal charge A remains below the horizontal transfer electrode, as shown at time t9, as a result, the signal charge A
And the signal charge B are added.

【0031】しかし、このような水平CCDレジスタ1
03における信号電荷の加算には問題がある。すなわ
ち、テレビジョン規格により制限された水平ブランキン
グ期間内に、約2周期の垂直転送パルス群を挿入しなけ
ればならない点である。垂直CCDレジスタ102から
水平CCDレジスタ103への局所的な転送不良が生じ
ると、再生画像上では垂直方向に黒線が発生し画質を著
しく劣化させる。局所的な転送不良を抑制するには、垂
直最終電極に印加される転送パルスがロウレベルになっ
てから水平転送が開始するまでの期間Pをできるだけ
長く確保する必要がある。ところが、2周期分の垂直転
送パルス群を挿入した場合にはこの期間Pが大幅に減少
することは明白であり、したがって黒線不良が極めて発
生し易いという問題がある。
However, such a horizontal CCD register 1
There is a problem with the addition of the signal charges at 03 . That is, a vertical transfer pulse group of about two cycles must be inserted within the horizontal blanking period limited by the television standard. When a local transfer failure from the vertical CCD register 102 to the horizontal CCD register 103 occurs, a black line is generated in a vertical direction on a reproduced image, and the image quality is significantly deteriorated. To suppress the local transfer failure, transfer pulses applied to the final vertical electrodes the period P from becoming to the low level before starting the horizontal transfer, it is necessary to ensure as long as possible. However, when two vertical transfer pulse groups are inserted, it is apparent that the period P is significantly reduced, and therefore, there is a problem that black line defects are extremely likely to occur.

【0032】[0032]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、テレビジョン
用CCDイメージセンサで用いられるインターレース方
式に適した画素構成を基本として、全画素同時読み出し
も可能な正方画素を提供し、マルチメディア用CCDイ
メージセンサを短期間で開発することの可能な固体撮像
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a square pixel capable of simultaneously reading out all pixels based on a pixel structure suitable for an interlace system used in a CCD image sensor for television, and to provide a CCD for multimedia. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of developing an image sensor in a short time.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の固体
撮像装置は、光電変換するフォトダイオード及びこの
ォトダイオードからの電荷を受け取って転送する垂直C
CDレジスタを含む単位画素が2次元状に配列された撮
像領域と、前記垂直CCDレジスタからの電荷を受け取
って転送する水平CCDレジスタと、この水平CCDレ
ジスタからの電荷を検出する電荷検出部と、この電荷検
出部で検出された電荷に応じた電気信号を出力する出力
増幅器とを備えたものである。そして、前記単位画素
横比が1:2であり、この単位画素の1個を1画素と
してインターレース方式に対応するとともに、この単位
画素の縦方向の2個を1画素としてノンインターレース
方式に対応する、ことを特徴としている。このとき、前
記垂直CCDレジスタの1転送段が前記単位画素の2画
素分の垂直転送電極で構成されるものとしてもよい。
That SUMMARY OF THE INVENTION The solid-state imaging device of the present invention, the vertical transfers receive charge from that converts photoelectrically off photodiode and the full <br/> photodiode C
An imaging area in which unit pixels including a CD register are two-dimensionally arranged; a horizontal CCD register for receiving and transferring charges from the vertical CCD register; a charge detection unit for detecting charges from the horizontal CCD register; An output amplifier that outputs an electric signal corresponding to the electric charge detected by the electric charge detection unit. Then, the unit pixel
Vertical Horizontal ratio of 1: 2 der is, a one-pixel one of the unit pixels
To support the interlaced system
Non-interlaced with two vertical pixels as one pixel
It corresponds to the method . At this time, one transfer stage of the vertical CCD register may be constituted by vertical transfer electrodes for two pixels of the unit pixel.

【0034】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
るフォトダイオード及びこのフォトダイオードからの
電荷を受け取って転送する垂直CCDレジスタを含む単
位画素が2次元状に配列された撮像領域と、前記垂直C
CDレジスタからの電荷を受け取って転送する水平CC
Dレジスタと、この水平CCDレジスタからの電荷を検
出する電荷検出部と、この電荷検出部で検出された電荷
に応じた電気信号を出力する出力増幅器とを備えたもの
である。そして、前記単位画素は、前記垂直CCDレジ
スタの1/2転送段に相当する垂直転送電極を含む縦横
比がl:2である画素を縦方向に2個配列した正方画
素であり、この画素の1個を1画素としてインターレー
ス方式に対応するとともに、この画素の縦方向の2個を
1画素としてノンインターレース方式に対応する、こと
を特徴としている。
Further, the solid-state imaging device of the present invention, the unit pixel including the vertical CCD registers for transferring receive charge from full photodiode and the photodiode you photoelectric conversion <br/> are arranged two-dimensionally Imaging area and the vertical C
Horizontal CC that receives and transfers charge from CD register
It includes a D register, a charge detecting section for detecting charges from the horizontal CCD register, and an output amplifier for outputting an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detecting section. Then, the unit pixel aspect ratio including vertical transfer electrode corresponding to 1/2 transfer stage of said vertical CCD registers l: a pixel is 2, Ri square pixel der that two vertically arranged, the Interlacing one pixel as one pixel
And two pixels in the vertical direction
It is characterized in that one pixel corresponds to the non-interlace method .

【0035】本発明によれば、アスペクト比が1:2で
あることを除いては、インターレース方式に適した従来
と同様の画素構成のため、垂直方向に隣接した2画素の
信号電荷を垂直CCDレジスタで容易に加算できる。し
たがって、黒線不良の問題は生じない。また、そのアス
ペクト比が1:2の画素を垂直方向に2個配列したもの
を単位画素とみなすことで正方画素となり、かつ、その
正方画素内には垂直CCDレジスタの1転送段に相当す
る垂直転送電極が含まれるため、全画素同時読み出しが
できノンインターレース方式に対応できる。
According to the present invention, except that the aspect ratio is 1: 2, since the pixel configuration is the same as the conventional one suitable for the interlacing method, the signal charges of two pixels adjacent in the vertical direction are transferred to the vertical CCD. It can be easily added by a register. Therefore, the problem of black line failure does not occur. A pixel having an aspect ratio of 1: 2 and two pixels arranged in the vertical direction is regarded as a unit pixel, and becomes a square pixel. In the square pixel, a vertical pixel register corresponding to one transfer stage of a vertical CCD register is provided. Since the transfer electrodes are included, all pixels can be read simultaneously and can be compatible with the non-interlace method.

【0036】すなわち、画素の基本構成を、インターレ
ース方式及びノンインターレース方式の2種類のCCD
イメージセンサで共通化できるため、実質的には1種類
のデバイスを開発するのとほぼ等価な期間でテレビジョ
ン用及びマルチメディア用の2種類のデバイスを開発で
きる。
That is, the basic configuration of the pixel is divided into two types of CCDs, an interlaced type and a non-interlaced type.
Since the image sensor can be used in common, two types of devices for television and multimedia can be developed in a period substantially equivalent to developing one type of device.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態の
インターレース方式に適した固体撮像装置における単位
画素の構成を説明するための模式平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for an interlace system according to a first embodiment of the present invention.

【0038】単位画素は、フォトダイオード101と、
垂直CCDレジスタ102と、フォトダイオード101
と垂直CCDレジスタ102とを分離するための素子分
離領域1と、フォトダイオード101から垂直CCDレ
ジスタ102に信号電荷を読み出すための読み出しゲー
ト領域2とから構成されている。垂直CCDレジスタ1
02には、垂直転送電極3,4が設けられている。垂直
転送電極4は、読み出しゲート電極としても機能してい
る。また、垂直転送電極3,4は、垂直CCDレジスタ
102上のみに形成されているように描写しているが、
実際には図面上下に隣接するフォトダイオード101間
にも延在しており、同一水平行の画素同士では共通にな
っている。なお、垂直転送電極3,4の上部には、絶縁
膜を介して垂直CCDレジスタ102を遮光するための
遮光膜(図示しない)が設けられている。ここで、画素
のアスペクト比が1:2であることが特徴であり、それ
以外の構成は図8に示した従来の画素と同様である。ま
た、その駆動方法も従来と同様である。
The unit pixel includes a photodiode 101,
A vertical CCD register 102 and a photodiode 101
And a vertical CCD register 102, and a read gate area 2 for reading signal charges from the photodiode 101 to the vertical CCD register 102. Vertical CCD register 1
02 is provided with vertical transfer electrodes 3 and 4. The vertical transfer electrode 4 also functions as a read gate electrode. Although the vertical transfer electrodes 3 and 4 are depicted as being formed only on the vertical CCD register 102,
In practice it extends also between the photodiode 101 adjacent the drawings vertically, are common in the pixels to the same horizontal row. Note that a light-shielding film (not shown) for shielding the vertical CCD register 102 from light is provided above the vertical transfer electrodes 3 and 4 via an insulating film. Here, the feature is that the aspect ratio of the pixel is 1: 2, and the other configuration is the same as that of the conventional pixel shown in FIG. Also, the driving method is the same as the conventional one.

【0039】図2は、本発明の第1実施形態の画素をH
DTVフォーマットに適合させた固体撮像装置の画素配
列図である。
FIG. 2 shows a pixel according to the first embodiment of the present invention as H
FIG. 2 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device adapted to the DTV format.

【0040】有効撮像領域11のアスペクト比(縦横
比)は9:16である。例えば、単位画素寸法を10.
4μm(H)×5.2μm(V)として、有効画素数を
923(H)×1035(V)とすることで、HDTV
方式に対応した2/3インチ100万画素CCDイメー
ジセンサを構成できる。
The aspect ratio (aspect ratio) of the effective image pickup area 11 is 9:16. For example, if the unit pixel size is 10.
By setting 4 μm (H) × 5.2 μm (V) and the number of effective pixels to 923 (H) × 1035 (V), HDTV
A 2/3 inch 1 million pixel CCD image sensor corresponding to the system can be constructed.

【0041】図3は、本発明の第2実施形態のノンイン
ターレース方式に適した固体撮像装置における単位画素
の構成を説明するための模式平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view for explaining a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for a non-interlace system according to a second embodiment of the present invention.

【0042】ここで、単位画素は、図1に示したインタ
ーレース方式に対応した画素を縦方向に2個配列したも
のであり、アスペクト比が1:1の正方画素となってい
る点に特徴がある。図1と同一の構成要素には同一符号
を添付し、説明は省略する。正方画素の中には垂直転送
電極が4つ含まれているため1画素が1転送段に対応
し、全画素の信号を同時に独立に読み出して転送でき
る。したがって、ノンインターレース方式に適応でき
る。なお、正方画素の1画素あたりの信号量は、2つの
フォトダイオード101の信号が垂直CCDレジスタ1
02で加算されたものに相当する。2つのフォトダイオ
ード101の信号の加算が従来のインターレース方式で
行われている垂直方向の2画素加算と同様にできること
は説明するまでもない。
Here, the unit pixel is formed by arranging two pixels corresponding to the interlace system shown in FIG. 1 in the vertical direction, and is characterized in that it is a square pixel having an aspect ratio of 1: 1. is there. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Since four square transfer electrodes are included in the square pixels, one pixel corresponds to one transfer stage, and signals of all pixels can be read and transferred simultaneously and independently. Therefore, it can be applied to the non-interlace method. It should be noted that the signal amount per pixel of the square pixel is such that the signals of the two photodiodes 101 correspond to the vertical CCD register 1.
02 corresponds to the value added. It goes without saying that the addition of the signals of the two photodiodes 101 can be performed in the same manner as the vertical two-pixel addition performed by the conventional interlace method.

【0043】図4は、本発明の第2実施形態の正方画素
をVGAフォーマットに適合させた固体撮像装置の画素
配列図である。
FIG. 4 is a pixel arrangement diagram of a solid-state imaging device in which square pixels according to the second embodiment of the present invention are adapted to the VGA format.

【0044】有効撮像領域21のアスペクト比(縦横
比)は3:4である。例えば、単位画素寸法を10.4
μm(H)×10.4μm(V)として、有効画素数を
640(H)×480(V)とすることで、VGAフォ
ーマットに適合した約1/2インチ系の30万画素CC
Dイメージセンサを構成できる。すなわち、図1に示し
たインターレース方式に適した単位画素を利用して図3
に示した正方画素が構成されているため、図2及び図4
に示すテレビジョン用、及びマルチメディア用の2種類
のCCDイメージセンサを短期間で開発することが可能
になる。
The aspect ratio (aspect ratio) of the effective image pickup area 21 is 3: 4. For example, if the unit pixel size is 10.4
μm (H) × 10.4 μm (V) and the number of effective pixels to be 640 (H) × 480 (V), so that approximately 1 / 2-inch 300,000 pixel CC compatible with the VGA format
A D image sensor can be configured. That is, by using unit pixels suitable for the interlace method shown in FIG.
Since the square pixel shown in FIG.
It is possible to develop two types of CCD image sensors for television and for multimedia in a short time.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば次の効果を奏する。垂直
CCDレジスタの1/2転送段に相当する垂直転送電極
を含むインターレース方式に対応する画素のアスペクト
比を1:2で構成する。一方、インターレース方式に対
応する画素を垂直方向に2個配列したもので単位画素を
構成することにより正方画素となり、かつ、その正方画
素内には垂直CCDレジスタの1転送段に相当する垂直
転送電極が含まれるので、全画素同時読み出しができノ
ンインターレース方式に対応できる。すなわち、画素の
基本構成を、インターレース方式及びノンインターレー
ス方式の2種類のCCDイメージセンサで共通化できる
ため、実質的には1種類のデバイスを開発するのとほぼ
等価な期間でテレビジョン用及びマルチメディア用の2
種類のデバイスを開発できる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. The aspect ratio of the pixel corresponding to the interlace method including the vertical transfer electrode corresponding to the 1/2 transfer stage of the vertical CCD register is set to 1: 2. On the other hand, a unit pixel is formed by arranging two pixels corresponding to the interlace method in the vertical direction to form a square pixel, and within the square pixel, a vertical transfer electrode corresponding to one transfer stage of a vertical CCD register is provided. Is included, so that all pixels can be read simultaneously, and it is possible to support a non-interlace method. In other words, the basic configuration of pixels can be shared by two types of CCD image sensors, the interlaced type and the non-interlaced type, so that for a television and a multi-type in a period substantially equivalent to developing one type of device. 2 for media
Different types of devices can be developed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態のインターレース方式に
適した固体撮像装置における単位画素の構成を説明する
ための模式平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for an interlaced system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態の画素をHDTVフォー
マットに適合させた固体撮像装置の画素配列図である。
FIG. 2 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device in which pixels according to the first embodiment of the present invention are adapted to the HDTV format.

【図3】本発明の第2実施形態のノンインターレース方
式に適した固体撮像装置における単位画素の構成を説明
するための模式平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel in a solid-state imaging device suitable for a non-interlaced system according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態の正方画素をVGAフォ
ーマットに適合させた固体撮像装置の画素配列図であ
る。
FIG. 4 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention in which square pixels are adapted to a VGA format.

【図5】一般的なインターラインCCD型固体撮像装置
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a general interline CCD solid-state imaging device.

【図6】インターレース方式を説明するための模式図で
ある。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an interlace method.

【図7】HDTVフォーマットに適合した固体撮像装置
の画素配列図である。
FIG. 7 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the HDTV format.

【図8】インターレース方式に適した従来の固体撮像装
置の単位画素の構成を説明するための模式平面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel of a conventional solid-state imaging device suitable for an interlaced system.

【図9】図8に示した単位画素を有する固体撮像装置に
おける垂直CCDレジスタの電極と駆動パルスとの対応
を示す断面図である。
9 is a cross-sectional view illustrating correspondence between electrodes of a vertical CCD register and drive pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels illustrated in FIG.

【図10】4相駆動の垂直CCDレジスタにおける電荷
転送動作を説明するための図であり、図10(a)は各
垂直転送電極に印加される転送パルスのタイミングチャ
ート、図10(b)は図10(a)における各時刻t1
〜t9に対応する各垂直転送電極下部のチャネル電位図
である。
10A and 10B are diagrams for explaining a charge transfer operation in a four-phase driven vertical CCD register. FIG. 10A is a timing chart of transfer pulses applied to each vertical transfer electrode, and FIG. Each time t1 in FIG.
It is a channel electric potential diagram of the lower part of each vertical transfer electrode corresponding to -t9.

【図11】ノンインターレース方式を説明するための模
式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a non-interlace method.

【図12】VGAフォーマットに適合した固体撮像装置
の画素配列図である。
FIG. 12 is a pixel array diagram of a solid-state imaging device conforming to the VGA format.

【図13】ノンインターレース方式に適した固体撮像装
置の単位画素の構成を説明するための模式平面図であ
る。
FIG. 13 is a schematic plan view illustrating a configuration of a unit pixel of a solid-state imaging device suitable for a non-interlace method.

【図14】図13に示した単位画素を有する固体撮像装
置における垂直CCDレジスタの電極と駆動パルスとの
対応を示す断面図である。
14 is a cross-sectional view showing the correspondence between electrodes of a vertical CCD register and drive pulses in the solid-state imaging device having the unit pixels shown in FIG.

【図15】垂直CCDレジスタから水平CCDレジスタ
ヘの電荷転送動作を説明するための図であり、図15
(a)は各転送電極に印加される転送パルスの水平ブラ
ンキング期間内のタイミングチャート、図15(b)は
図15(a)における各時刻t1〜t9に対応する各電
極下部のチャネル電位図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a charge transfer operation from a vertical CCD register to a horizontal CCD register;
15A is a timing chart of a transfer pulse applied to each transfer electrode in a horizontal blanking period, and FIG. 15B is a channel potential diagram under each electrode corresponding to each time t1 to t9 in FIG. It is.

【符号の説明】 1、121、151 素子分離領域 2、122、152 読み出しゲート領域 3、4、123、124、153〜156 垂直転送電
極 101 フォトダイオード 102 垂直CCDレジスタ 103 水平CCDレジスタ 104 電荷検出部 105 出力増幅器 106 単位画素 111、141 有効撮像領域 131、161 半導体基板 132 絶縁膜
[Description of Signs] 1, 121, 151 Element isolation region 2, 122, 152 Read gate region 3, 4, 123, 124, 153 to 156 Vertical transfer electrode 101 Photodiode 102 Vertical CCD register 103 Horizontal CCD register 104 Charge detector 105 output amplifier 106 unit pixel 111, 141 effective imaging area 131, 161 semiconductor substrate 132 insulating film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換する複数のフォトダイオード及
びこれらのフォトダイオードからの電荷を受け取って転
送する垂直CCDレジスタを含む単位画素が2次元状に
配列された撮像領域と、前記垂直CCDレジスタからの
電荷を受け取って転送する水平CCDレジスタと、この
水平CCDレジスタからの電荷を検出する電荷検出部
と、この電荷検出部で検出された電荷に応じた電気信号
を出力する出力増幅器とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記単位画素の寸法の縦横比が1:2であることを特徴
とする固体撮像装置。
1. An imaging area in which unit pixels including a plurality of photodiodes for photoelectric conversion and a vertical CCD register for receiving and transferring electric charges from these photodiodes are two-dimensionally arranged; A solid-state image sensor comprising: a horizontal CCD register for receiving and transferring charges; a charge detection unit for detecting charges from the horizontal CCD register; and an output amplifier for outputting an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detection unit. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an aspect ratio of a dimension of the unit pixel is 1: 2.
【請求項2】 光電変換する複数のフォトダイオード及
びこれらのフォトダイオードからの電荷を受け取って転
送する垂直CCDレジスタを含む単位画素が2次元状に
配列された撮像領域と、前記垂直CCDレジスタからの
電荷を受け取って転送する水平CCDレジスタと、この
水平CCDレジスタからの電荷を検出する電荷検出部
と、この電荷検出部で検出された電荷に応じた電気信号
を出力する出力増幅器とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記垂直CCDレジスタの1転送段が前記単位画素の2
画素分の垂直転送電極で構成され、かつ前記単位画素の
寸法の縦横比が1:2であることを特徴とする固体撮像
装置。
2. An imaging area in which unit pixels including a plurality of photodiodes for photoelectric conversion and a vertical CCD register for receiving and transferring electric charges from these photodiodes are two-dimensionally arranged. A solid-state image sensor comprising: a horizontal CCD register for receiving and transferring charges; a charge detection unit for detecting charges from the horizontal CCD register; and an output amplifier for outputting an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detection unit. In the image pickup apparatus, one transfer stage of the vertical CCD register is a unit pixel of 2
A solid-state imaging device comprising vertical transfer electrodes for pixels, wherein the aspect ratio of the dimensions of the unit pixel is 1: 2.
【請求項3】 光電変換する複数のフォトダイオード及
びこれらのフォトダイオードからの電荷を受け取って転
送する垂直CCDレジスタを含む単位画素が2次元状に
配列された撮像領域と、前記垂直CCDレジスタからの
電荷を受け取って転送する水平CCDレジスタと、この
水平CCDレジスタからの電荷を検出する電荷検出部
と、この電荷検出部で検出された電荷に応じた電気信号
を出力する出力増幅器とを備えた固体撮像装置におい
て、 前記単位画素は、前記垂直CCDレジスタの1/2転送
段に相当する垂直転送電極を含む縦横比が1:2である
画素を縦方向に2個配列した正方画素であることを特徴
とする固体撮像装置。
3. An imaging area in which unit pixels including a plurality of photodiodes for performing photoelectric conversion and a vertical CCD register for receiving and transferring electric charges from these photodiodes are two-dimensionally arranged. A solid-state image sensor comprising: a horizontal CCD register for receiving and transferring charges; a charge detection unit for detecting charges from the horizontal CCD register; and an output amplifier for outputting an electric signal corresponding to the charges detected by the charge detection unit. In the imaging apparatus, the unit pixel is a square pixel in which two pixels having an aspect ratio of 1: 2 including a vertical transfer electrode corresponding to a half transfer stage of the vertical CCD register are arranged in a vertical direction. Characteristic solid-state imaging device.
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