JPS60165182A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPS60165182A
JPS60165182A JP59020515A JP2051584A JPS60165182A JP S60165182 A JPS60165182 A JP S60165182A JP 59020515 A JP59020515 A JP 59020515A JP 2051584 A JP2051584 A JP 2051584A JP S60165182 A JPS60165182 A JP S60165182A
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貴雄 木下
Shinji Sakai
堺 信二
Akira Suga
章 菅
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はブルーミングを効果的に抑制し得る撮像装置に
関する。
(従来技術) 従来、特開昭56−138371号公報に示される如<
COD等の固体イメージセンサにおいてブルーミング防
止の為に、受光面内にオーバー・フロー・ドレインを設
ける代わりに表面再結合を利用して過剰キャリアを消滅
させるものが考えられている。
この方法によるものでは、受光面内の開口率を犠牲にす
ることがないので感度が高く、又集積度を向上させるこ
とができるので水平解像度がアップする、等の利点を有
する。
第1図〜第3図はこのような表面再結合によるブルーミ
ング防止方法について説明する為の図で、第1図は一般
的なフレーム・トランスファー型イメiジセンサーの正
面図である。
図中1は受光部で、感光性を有する複数の垂直転送レジ
スタから成る。
又、2は蓄積部で、遮光された複数の垂直転送レジスタ
から成る。
3は水平転送レジスタであって、蓄積部2の各垂直転送
レジスタ内の情報を同時に1ビツトシフトすることによ
りこの水平転送レジスタに取り込み、次いでレジスタ3
を水平転送動作させることにより出力アンプ4からビデ
オ信号を得ることができる。OBは垂直方向に遮光され
た垂直転送レジスタ部であり、オプチカルブラックと呼
ぶ。
一般に、受光部1の各垂直転送レジスタ内で形成された
情報は標準テ1/ビジョン方式における垂直ブランヤン
グ期間内に、蓄積部2に垂直転送され、次の垂直走査期
間内に水平転送レジスタ3より順次1行ずつ読み出され
る。
尚、ここで受光部1、蓄積部2、水平転送レジスタ3は
夫々2相駆動されるものとし、夫々の転送電極をP、 
、 P2. P、 、 P、 、 P、 、 P、とし
、その転送りロックを(φPi、φP2)・(φP3・
φP4)・(φP5・φpg) とする。
第2図はこのような転送電極P1〜P、下のポテンシャ
ル・プロフィールを示す図であって、例えばP型シリコ
ン基板6に絶縁層5を介して設けられた各電極下には、
イオン注入等により電子から見てポテンシャルの低い部
分と高い部分とが形成されており、例えば電極P2.P
4.P6にローレベルの電圧−v8を印加し、電極P、
IP、IPI+にハイレベルの電圧v2を印加した時に
は、図中実線のようなポテンシャルが形成される。又、
電極P、 、 P、 、 P、にローレベル電圧■1を
印加し、N1極P2. P、 、 P6にハイレベル電
圧■2を印加した場合には図中破線のようなポテンシャ
ルが形成される。
従って電極P、 、 P3. P、と電極P、 、 P
、 、 P、とに交番電圧を互いに逆位相で印加するこ
とによりキャリアは一方向(図では右方向)に順次転送
されていく。
又、図中一点鎖線は%L極に大きな正の電圧V。
を印加した場合のポテンシャルを示し、このポテンシャ
ルのウェルは反転状態となる為、所定量以上の過剰なキ
ャリアは多数キャリアと再結合し消滅してしまう。
第3図はこのような電極電圧と内部のポテンシャルの形
状を半導体基板6の厚さ方向について示した図で、図の
ように電極電圧■3に対してはポテンシャル・ウェルは
浅くなり、過剰キャリアは絶縁層との界面において多数
キャリアと再結合する第2の状態となる。
一方、電極電圧−v1においては第1の状態としてのア
キュムレーション状態となり、界面周辺に多数ギヤリア
が集まり易くなり、例えば不図示のチャネル・ストッパ
ー領域からこの多数キャリアが供給される。
従って例えば電極P2に電圧−■1を印加する小によっ
てバリアを形成した状伸で、電極P、に電圧−■1と■
3と2交互に印加する呈により、電極P、下に蓄積され
る少数キャリアは1りf定量以下に制限される。
しかし、反面過剰なキャリアを効果的に消滅させる為に
は、蓄積期間中に半導体基板内にアキュムレーション状
態と反転状態とを交互に、しかも高速で形成してやらな
くてはならない為、電力消費が大きいという問題がある
。又、このようなパルス制御を高速で行うとこのパルス
に起因するノイズが信号に混入するという問題がある。
第4 W (a) 、 (b)はこのような問題を説明
する為の図である。図中100は後述のドライバー回路
の一部であってやはり後述のクロックジェネレータから
のパルスγ人Bのタイミングに応じて所定のP(ピーク
)−P(ピーク)レベル−■1゜■3の駆動パルス(以
下ABパルスφABと呼ぶ)を供給する。
101.109は微分用コンデンサ、102゜108は
バイアス用ダイオード、104.107はトランジスタ
、103,106は平滑用コンデンサ、105は電極P
1の電極間に形成された容鍛である。
第4図(b)は各部の波形を示す図である。第4図(b
)に基づき第4図(a)の動作を説明する。
同図(b)の如くパルス”ABが入力されると、その立
ち上がりでトランジスタ107がONL、容量105か
ら電源−vlに向かって電流iAnが流れ容量105に
は電源−■1が印加されて充電される。
又、パルスvABの立ち上がりではトランジスタ104
がONL、電源+■3が容量Cに印加され、この電圧v
8で充電される。C−の場合、電極問答ff1105は
等測的に数1000PF’の入力容量を持っている為、
電圧−■1と■8のパルス(以下ABパルスφABと略
す)を印加すると瞬間的に数A(アンペア)の微分電流
が流れてしまう。この電流が撮像素子のシリコン基板を
流れると、シリコン基板の抵抗は数10n1Ωの値を有
するので結局、数10 mVのノイズ(ここではABノ
イズと呼ぶ)を発生してしまう。このノイズを軽減する
ために、シリコン基板の抵抗を小さくしたり、ABパル
スの立ち上がり、立ち下がり特性をゆるやかにして微分
電流の絶対値を小さくする方法が考えられるが、これら
の方法によっても数mVのABノイズは残る。
ところで撮像素子から出力される信号の標準的なレベル
は、通常数100mVであり、かつ撮像時のダイナミッ
クレンジを標準信号レベルの4倍程度にとれば、一般的
な映像信号レベルはやはり約100 mVオーダーとな
る。
従って一般的なムービー撮像に於いて、特に被写体が暗
い場合に上記のABノイズが無視し得ない程度に画面上
に表われる。
又、一般に撮像素子の出力信号は、クランプ回路と呼ば
れる直流再生回路において、光学的に遮光された部分O
Bに対応した信号が黒基準信号と、してクランプされる
。そしてこの黒基準信号の期間において、パルスを供給
すると、前記黒基準信号にABノイズが重畳してしまう
従って、この信号をクランプすると、前記ABノイズに
起因したクランプ電位の変動が生じ、ディスプレイ上で
は線引き状の低周波ノイズとなって画質を著しく劣化さ
せてしまう。
このクランプ電位の変動率は、前述の標準信号レベ/’
(100mV)とAB/イスルヘル(数mV)の比だけ
では決定されないが、クランプ効果、ガンマ特性等を考
慮してもNTSC信号レベルで数10mVのノイズとし
て残る事が確められた。又、このような現象は、特にA
Bパルスφ朋をTV同期(例えば水平同期)と非同期と
した場合、或いは被写体の輝度レベル再に応じてABパ
ルスの繰返えし周期を変化させた場合、クランプパルス
とABノイズの位相が変化した場合等に於いて著しい。
この場合数Hに亘って輝度レベルが変化してしまうとい
う欠点があった。
(目的) 本発明は上述の如き技術の欠点を解消し得る正確なりラ
ンプが可能な撮像装置を提供する事を目的としている。
本発明の他の目的は、ABノイズの混入が少なく、かつ
消費電力が少なく、シかもブルーミング防止効果の高い
撮像装置を提供する事にあるO 本発明の更に他の目的はABノイズによる映像信号の劣
化を効果的に抑制し得る撮像装置を提供する事にある。
(実施例) 以下実施例に基づき本発明を説明する。
第5図は本発明に係る撮像素子を用いた撮像装置の一例
を示す図である。本実施例では第6゜第7図に示すよう
な一相駆動方式のフレームトランスファー型CODを用
いた場合につき説明する。
図中第1〜第4図と同じ符番のものは同じ要素を示す。
Isは撮像手段としてのCCDイメージセンサ−である
。本実施例では受光部1に転送りロックφP!と共に、
過剰電荷を表面再結合中心でホールと再結合させて消滅
する為の超パルスφ劫が印加されている。
又、蓄積部2、水平転送レジスタ3には夫々転送用のク
ロックφPB Iφ8が印加されている。 。
506はこのCCDイメージセンサ−の転送に必要な上
記の転送パルスφPI Iφp8+φ8及び前述のAB
パルスφ朋を供給する読み出し手段としてのドライバー
回路であり、507はこれらパルスノ内φPI Iφp
s aφSのタイミング信号Fpz aV’p9 * 
’8を形成する第1のクロックジェネレーターである。
514は再結合制御手段としての第2のクロックジェネ
レーターであって、該クロックジェネレーター514の
タイミング信号”ABに基づき、ドライバー回路506
はABパルスφ朋を形成し、後述のイメージセンサ−の
電極PABに供給する。
508は基準発振器、509は水平クロックカウンタで
あり、発振器508の出力パルスをカウントし、水平同
期信号等を形成する。510は垂直クロックカウンタで
あり、水平クロックカウンタ509の出力としての水平
同期信号をカウントし垂直同期信号等を出力する。
511はデコーダーであって、カウンタ509゜510
の出力状態に応じて各種のタイミングパルスを出力する
即ち、複合同期信号C−5yncや複合ブランキング信
号C,BLK、転送パルスφ、□、φ2.すφS等の為
のタイミング信号を出力し、ドライバー回路506に供
給する。
又、デコーダー511はアンドゲート513と共に本発
明に係る禁止手段を形成している。
即ち、第9図示のようなタイミングで四−レベルのEN
ABIJ−AB倍信号出力する事により、第2クロツク
ジエネレーターの出力に対し禁止をかけている。512
はDフリップフロップであってQ出力をD入力端に入力
する事により分周器を形成している。
又、この7リツブ70ツブのり四ツク入力には発振器5
08の出力が入力されている。
又、フリップフロップ512のQ出力とBNABIJ、
AB倍信号の論理積がANDゲート513に於いてタイ
ミングパルスFABとして形成される。
又、デコーダー511は第9図示のようなタイミングで
クランプパルスCPOBを後述のクランプ回路503に
対して出力する。クランプパルスCPOBがハイレベル
の間クランプ動作が行なわれる。
又、デコーダー511はイメージセンサ−I8の水平転
送りロックと同期したサンブリンク°ノ1′ルスSUM
Pをサンプル・ホールド回路502に対して出力する。
又、ドライバー回路506の出力の1複合同期信号C−
5yncS複合ブランキンク゛信号C,BLK等はプロ
セス回路504に供給されてしする。
又、プロセス回路504の出力は記録装置505に供給
されている。
第6図はイメージセンサ−Isの受光部1と蓄積部2の
境界領域の断面の′電極構造及びポテンシャルの概略を
示す図である。
図中PPIは受光部の転送りロックφPIを印加する転
送電極、PABは再結合クロックφABを印加する為の
再結合手段としての再結合制御電極、PPsは蓄積部の
転送りロックφpsを印加する転送電極、図の実線のポ
テンシャル状態はφPI 1φPsとしてローレベルの
電圧を印加し、φABとしてハイレベルの電圧を印加し
た場合のものであり、破線はφPI lφP8を71イ
レベル、φABをローレベルとした場合のものである。
尚、基板6内にはイオン注入により図示のようなポテン
シャルの階段が形成されている。又、5は絶縁層である
。又、電極PPI t PpB 、 ”AB によって
蔽われていない、絶縁層の下部即ち絶縁層と半導体基板
との境界部分には図示はしていないが仮想電極(Vir
tual electrode )を構成するための例
えばP型反転層が形成されている。
従って電極に蔽われていない半導体領域内のポテンシャ
ルは各電極へのバイアスによって変化しないようになっ
ている。
第7図は第6図示の領域における電極パターンの例を示
す図である。C8はチャネルストップであって水平方向
の電荷の移動を阻止する。
第5〜第7図示の実施例によれば電荷再結合の為の電極
PAEの巾を転送電極PPIの巾よりも充分小さくでき
るので過剰電荷を除去する場合に除去効率を高くできる
又、−相駆動方式のCODイメージセンサ−に於いて電
荷の再結合動作を転送動作と独立して行なうことができ
る。
しかも本実施例の撮像素子の再結合制御用構造はチャネ
ルストップと同一プロセスで製造可能な電極用のポリシ
リコンゲート形成ステップ及び内部ポテンシャルの階段
を形成する為のイオン注入ステップで形成することがで
きる。
第8図は第5図示の撮像素子を駆動する為にクロックド
ライバー506より出力されるクロックパルスφ人8.
φPI lφps +φ8及びアンプ4の出力Vout
l等の波形図である。lテレビジョンフィールド毎に得
られる垂直同期信号V、)に同期して時刻t、〜t、及
び14〜t6の間に垂直ブランキング信号VBLKが出
力される。
又、HBLKは水平ブランキング信号である。先ず時刻
〜”* * *s−t、、 1.〜にかけての蓄積期間
中にφPIのレベルを一■1とV2の略中間レベルであ
る■、レベル(第6図示一点鎖線の状態)に固定する。
又、各蓄積期間の終了時点でフィールド毎にφPIを立
上げるか立下げるかを切換えている。
これにつ□き説明すると、蓄積期間中はφP1を■、レ
ベルにすることにより、転送電極PPr下の基板内(X
領域)と仮想電極下の基板内(X領域)に夫々ポテンシ
ャルウェルが形成され、夫々のウェルに電荷が蓄積され
る。
この蓄積期間の内の各水平ブランキング期間より若干長
い期間に第8図の如<、ABパルスφ劫が複数個供給さ
れる。このとき電極PAB下のポテンシャルは上下する
が、このポテンシャルが下がった時にできるウェル内の
電荷の内の過剰電荷はポテンシャルが上がった時にはホ
ールと再結合するので消滅し隣りのウェルには漏れ込ま
ない。
次いで時刻t1〜t2及びt4〜t、にかけてφ超を複
数パルス供給することにより垂直転送直前の過剰電荷を
除去する。更に、時刻t2〜t、及びt5〜t、の間に
受光部1と蓄積部2の垂直方向の画素数に相当する数の
クロックφPI lφpsが同相で供給される。これに
より受光部1内の各画素セル内の電荷は蓄積部内の対応
する蓄積セル内に転送される。
この時、本発明では再結合電極PABに印加するクロッ
クφABを■4に固定する。この電圧■4は’FIX、
 fa PAB 下のポテンシャルレベルが仮想電極部
のポテンシャルレベルの上限と下限の間に位置するよう
な電圧値である。
ここで前述した如く、各蓄積期間の終了時点でφPIを
立上げるか立下げるかをフィールド毎に切換えている。
即ち、第8図時刻t、までの第1フイールドの蓄積期間
中に第6図示のX領域及びX領域内のウェルにはいる屯
荷量奈それぞれ客オ#中陣−ヶ’ XINT * YI
NTとする。次に第8図時刻t2から始まる垂直転送時
は転送のはじめにφPIを中間レベルV、から■2レベ
ルに立上げることによって又、第27・イールドは転送
のはじめにφPIを中間レベル■、から−■1に立下げ
ることによって第6図中のX領域の左隣りのX領域の電
荷がX領域に入り加算される。このようにフィールド毎
に加算される電荷の組合わせを変えることによってイン
タレース動作をおこなわせる。
これにより少ない画素数でインターレース効果を持たせ
る乙、とができると共に、暗電流レベルもフィールド毎
に変化せずフリッカも生じにくい。
垂直転送が終了すると、時刻13〜1..16〜の間に
クロックφPaとφSとによって蓄積部の電荷が水平周
期に同期して1行ずつ読み出され、水平“ライン信号と
して出力される。この期間t2〜1s、1.〜は標準テ
レビジョン信号の垂直走査期間に相当している。
次に第9図は第5図示回路の詳細な動作タイミングを示
す図である。
イメージセンサISがら読み出される、点順次信号をサ
ンプル・ホールド回路5021C於いて順次サンプルホ
ールドする事により、前記点順次信号のデユーティ−を
広げる。従ってこのサンプル・ホールド回路502の出
力Vout2は第9図示のようになる。尚、ここでイメ
ージセンサISの逆光部OBの出方は水平ブランキング
期間H−B L Kのバックポーチに於いて得られる。
又、このサンプルホールド回路502の出方はクランプ
回路503に於いて、第9図示のクランプパルスCPO
Bによってクランプされる。
クランプ回路503の出方はプロセス回路504に於い
てγ補正、アパーチャー補正等の補正を受けると共に複
合同期信号や複合ブランキング信号と混合されてから、
記録装置505に導びかれる。
又、本実施例では、禁止手段として機能するデコーダー
511の出力ENABLE−ABによりクランプパルス
CPOBの出力が少なくともハイレベルの期間(時刻t
、o% t、、 )即ちクランプ動作が行なわれる間A
BパルスφABはカットされ、一定の電位−vlが供給
される、 従って、パルスφABの印加に伴なって発生するノイズ
(第9図AB N0ISE)によりクランプレベルが変
動するおそれはない。
又、本実施例では、クランプパルスCPOBがハイレベ
ルとなるタイミングt、。より時間τだけ余裕をみた早
いタイミングt、からクランプ終了時点である時点t1
1までの間ABパルスφABの変動を禁止しているが、
これはABノイズの立下り部分がクランプ時に於いてビ
デオ信号に混入しないようにする為である。
又、本実施例では光学像をイメージセンサに入射し蓄積
している間、常時ABパルスを供給するのではなく、は
ぼ水平ブランキング期間にのみ供給しているので画面上
のノイズを抑制し得る。しかも節電効果も高い。
更に又、本実施例では水平ブランキング期間(時刻t8
〜t12)を水平期間の数φ程度越えた期間t7〜t1
3に於いてABパルスを印加するようにしているのでm
−プルーミング抑制効果が大きい。
即ち、ブンンキング期間H−BLKの直前の第1の付加
期間t7〜t8及び直後の第2の付加期間t12〜t1
3においてもφAB ”供給しているのでよりプルーミ
ングを防止し得る、 更に、第1の付加期間を第2の付加期間よりも長くした
ので受像機の画面範囲(第9図IZ)にノイズが出てこ
ない。即ち一般に第5図示回路502〜504等におい
て信号を処理する過程で信号に時間遅れが生じる。
例えば第9図示のVout 2とVout 3との間で
示されるような遅延が生じる。
従って期間H−B L Kを数多上まわって、しかもφ
AB ”供給する場合に第1の付加期間と第2の付加期
間とが共に同じ長さであると、画面の範囲IZには第2
の付加期間のABノイズが出て来てしまう。勿論、第1
.第2の付加期間を共に短くすると画面範囲には出ない
が、その分群結合の能力が劣化する。そこで本実施例で
は上述の如く第1の付加期間を第2の付加期間より長く
しているのでφABを最大限供給する事ができる。
更に又、パルスφABは、フレーム転送期間の直前に所
定時間供給され、転送直前の過剰電荷が除去されるので
スミアを起こすことがない。
尚、以上の説明では一相駆動方式のフレーム転送型CC
D0側圧ついて述べたが、本発明は多相駆軸方式のCO
Dイメージセンサ−においても同様に適用可能であるこ
とは言うまでもない。又、CODに限らず画像信号を電
荷に変換して蓄積するタイプのイメージセンサ−全てに
適用可能であることも明らかである。
又、本実施例ではABパルスの周波数が比較的高い例を
示しているが、この周波数は低くても良く、その場合に
本発明はクランプ動作中にこのパルスの立上りや立下り
等の変動部が入り込まないようにする為にABパルスの
立上り、立下りを禁止するものも含む。
(効果) このように本発明によれば、蓄積期間中の内でも水平ブ
ランキング期間だけφABを動作させているので節電効
果が高く、ノイズが目立たない、 水平ブランキング期間内のほぼ全期間及びこの直前の第
1の付加期間及び第1の付加期間より短かく、前記水平
ブランキング期間直後の第2の付加期間中に再結合をさ
せているので撮像素子からの読み出し信号にノイズが乗
らず、しかも節電効果が高く、更に受像機の画面にもノ
イズが現われず、又5プルーミング防止効果も高い0
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCCDイメージセンサ−の模式図、第2
図は第1図示センサーの駆動方法を説明する図、第3図
は表面電荷再結合の原理を説明する図、第4図(a)は
従来のクロックドライバーの構成図、同図(b)はその
波形を示す図、第5図は本発明の撮像装置の構成例を示
す図、第6図は本発明の撮像装置に適した撮像素子の構
造例を示す断面模式図、第7図は第5図示素子の電極パ
ターン例を示す図、第8図は本発明の撮像装置の駆動タ
イミングチャート、第9図はクロックドライバーのタイ
ミング図。 IS・°撮は手段としてのイヌ−5゛℃し立−1・・・
・受光部 PAB・・・再結合手段としての再結合制御電極506
・・制御手段としてのクロックドライバー出願人 キャ
ノン株式会社 8〜Pk; 5 G 第4図(b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学像を電気信号に変換する撮像手段と、該撮像
    手段内の電荷の一部を多数キャリアと再結合させる為の
    再結合手段と、 前記撮像手段内の電気信号を標準テレビジョン周期で読
    み出す際に水平ブランキング期間内のほぼ全期間及び該
    水平ブランキング期間の直前の第1の付加期間及び該第
    1の付加期間よりも短かく前記水平ブランキング期間の
    直後の第2の付加期間において前記再結合手段を動作さ
    せる再結合制御手段とを有する撮像装置。
JP59020515A 1984-02-01 1984-02-07 撮像装置 Granted JPS60165182A (ja)

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JP59020515A JPS60165182A (ja) 1984-02-07 1984-02-07 撮像装置
US06/694,842 US4663669A (en) 1984-02-01 1985-01-25 Image sensing apparatus
US07/008,380 US4780764A (en) 1984-02-01 1987-01-29 Image sensing apparatus

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