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JPH0834565B2 - Charge transfer type solid-state image sensor - Google Patents
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JPH0834565B2 - Charge transfer type solid-state image sensor - Google Patents

Charge transfer type solid-state image sensor

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JPH0834565B2
JPH0834565B2 JP59239245A JP23924584A JPH0834565B2 JP H0834565 B2 JPH0834565 B2 JP H0834565B2 JP 59239245 A JP59239245 A JP 59239245A JP 23924584 A JP23924584 A JP 23924584A JP H0834565 B2 JPH0834565 B2 JP H0834565B2
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charge transfer
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pixel signal
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正章 中井
秀行 小野
信弥 大場
治久 安藤
俊文 尾崎
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電荷転送形固体撮像素子に関し、詳しくは
半導体基板上に光電変換素子、および各素子の光学情報
を取出す電荷転送素子(Charge Transfer Device)を搭
載した固体撮像素子に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a charge transfer type solid-state imaging device, and more specifically, to a photoelectric transfer device on a semiconductor substrate and a charge transfer device (Charge Transfer Device) for extracting optical information of each device. ) Is mounted on the solid-state imaging device.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

固体撮像素子は、テレビジヨン放送で従来より使用さ
れている撮像用電子管と同等以上の解像力を備えている
ことが必要である。このため、半導体基板上には、垂直
方向に500個、水平方向に800〜1000個を配列した絵素
(光電変換素子)マトリツクスとそれに相当する走査素
子が必要となる。したがつて、上記固体撮像素子は、高
集積化が可能なMOS大規模回路技術を用いて作られる。
光電変換素子に蓄積された信号電荷を取り出す電荷転送
素子として、Charge Coupled Device(以下、CCDと略称
する)を用いた撮像素子が開発されている。この形の素
子は、例えばテレビジヨン学会創立30周年記念1980年全
国大会予稿集、P33〜P34に記載されている。
The solid-state image pickup device is required to have a resolution equal to or higher than that of an image pickup electron tube conventionally used in television broadcasting. Therefore, a pixel (photoelectric conversion element) matrix in which 500 in the vertical direction and 800 to 1000 in the horizontal direction are arranged on the semiconductor substrate and a scanning element corresponding thereto are required. Therefore, the solid-state image pickup device is manufactured by using the MOS large-scale circuit technology capable of high integration.
An imaging device using a Charge Coupled Device (hereinafter abbreviated as CCD) has been developed as a charge transfer device for taking out signal charges accumulated in a photoelectric conversion device. This type of device is described in, for example, the 1980 National Convention Proceedings, P33-P34, which commemorates the 30th anniversary of the Television Society.

第9図は、従来のCCD形固体撮像素子の基本構成図で
ある。
FIG. 9 is a basic configuration diagram of a conventional CCD type solid-state imaging device.

第9図において、1は例えば光ダイオードから成る光
電変換素子、2および3は光電変換素子群に蓄積された
光信号を出力端4に取り出すための垂直CCDシフトレジ
スタおよび水平CCDシフトレジスタ、5−1,5−2,6−1,6
−2はそれぞれ垂直CCDシフトレジスタ2,水平CCDシフト
レジスタ3を駆動するクロツクパルスを発生する発生器
である。ここでは、2相のクロツクパルス発生器を示し
ているが、4相ないし3相のいずれのクロツク形態を採
用してもよい。また、7−1,7−2は光ダイオードに蓄
積された電荷を垂直シフトレジスタ2に送り込む転送ゲ
ートを示している。第9図の固体撮像素子は、このまま
の形態では白黒撮像素子となり、上部にカラーフイルタ
を積層すると、各光ダイオードは色情報を備えることに
なつて、カラー撮像素子となる。
In FIG. 9, 1 is a photoelectric conversion element formed of, for example, a photodiode, 2 and 3 are vertical CCD shift registers and horizontal CCD shift registers for taking out the optical signals accumulated in the photoelectric conversion element group to an output end 4, 5- 1,5-2,6-1,6
Reference numeral -2 is a generator for generating a clock pulse for driving the vertical CCD shift register 2 and the horizontal CCD shift register 3, respectively. Although a two-phase clock pulse generator is shown here, any of four-phase to three-phase clock forms may be adopted. Reference numerals 7-1 and 7-2 denote transfer gates for sending the charges accumulated in the photodiode to the vertical shift register 2. The solid-state image sensor of FIG. 9 is a black-and-white image sensor as it is, and when a color filter is stacked on the solid-state image sensor, each photodiode is provided with color information and becomes a color image sensor.

固体撮像素子は、よく知られているように、小型、軽
量、メインテナンスフリー、低消費電力等の利点を有し
ており、電子管撮像素子にかわり次期撮像デバイスとし
て期待されている。
As is well known, the solid-state image pickup device has advantages such as small size, light weight, maintenance-free, low power consumption, etc., and is expected as a next-generation image pickup device in place of the electron tube image pickup device.

しかしながら、従来のCCD形固体撮像素子には、次の
2つの問題点があり、そのために画質が著しく損なわれ
ている。
However, the conventional CCD type solid-state image pickup device has the following two problems, which significantly impairs the image quality.

(i)垂直方向にはインタレース走査が行われるため、
第1フイールドでは奇数列(1,3,5,……2N−1)の画素
信号が、第2フイールドでは偶数列(2,4,6,……2N)の
画素信号が、それぞれ読み出される。この結果、次のフ
レームの第1フイールドにおいては、直前のフイールド
で読み出しが行われなかつた列(すなわち、奇数列)の
信号が新しい信号に加わつて読み出される(この現象
は、一般に残像と呼ばれる)。固体撮像素子は、スイツ
チング速度が早いため、残像を発生しないという利点を
有しているが、実際には上記のようなインタレースの読
み出し方式にもとづく残像が発生する。
(I) Since interlaced scanning is performed in the vertical direction,
Pixel signals of odd columns (1,3,5, ... 2N-1) are read in the first field, and pixel signals of even columns (2,4,6, ... 2N) are read in the second field. As a result, in the first field of the next frame, the signal of the column that has not been read in the previous field (that is, the odd column) is read in addition to the new signal (this phenomenon is generally called afterimage). . The solid-state image sensor has an advantage that it does not generate an afterimage because the switching speed is high, but actually, an afterimage is generated based on the interlace reading method as described above.

この問題を解決する方法として、垂直CCDを2列ずつ
設け(すなわち、第9図に示す構成の2倍の垂直CCDを
設け)、いずれのフイールドにおいても奇数、偶数を合
わせた全列の画素の信号を読み出すことが考えられる。
しかし、垂直CCDの本数が2倍に増加するため、光ダイ
オードに許される面積は著しく低下し(すなわち、開口
率は従来の35〜40%から15〜20%に低下し)、撮像素子
の重要項目である光感度が低くなるという問題が生じ
る。
As a method for solving this problem, two vertical CCDs are provided (that is, two times the vertical CCDs shown in FIG. 9 are provided), and the odd and even pixel combinations of all columns are combined in any field. It is conceivable to read out the signal.
However, since the number of vertical CCDs is doubled, the area allowed for the photodiode is significantly reduced (that is, the aperture ratio is reduced from 35-40% to 15-20%), which is important for the image sensor. A problem arises that the light sensitivity, which is an item, becomes low.

(ii)入射光量の強いモニタ上では、入射光量の多い被
写体像の上下に白い縦縞が発生し(この現象は、一般に
スメアと呼ばれる)、前述の残像と同じように画質が大
きく損われる。
(Ii) On a monitor with a large amount of incident light, white vertical stripes appear at the top and bottom of a subject image with a large amount of incident light (this phenomenon is generally called smear), and the image quality is greatly impaired as with the afterimage described above.

したがつて、上記(i)(ii)の問題点を解決するこ
とが、従来の固体撮像素子における大きな課題となつて
いる。
Therefore, solving the above-mentioned problems (i) and (ii) is a major problem in the conventional solid-state imaging device.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、これら2つの問題点、つまり残像お
よびスメアを取り除き、画質の良好な電荷転送形固体撮
像素子を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate these two problems, that is, afterimages and smears, and to provide a charge transfer type solid-state image pickup device having good image quality.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

上記目的を達成するため、本発明の電荷転送形固体撮
像素子は、同一半導体基板上に、行列状に配列された光
電変換素子群と、該光電変換素子群に蓄積された光信号
電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送素子と、該垂直
電荷転送素子からの出力電荷を水平方向に転送する水平
電荷転送素子とを集積し、上記光電変換素子群からの画
素信号を外部に読み出す方式の電荷転送形固体撮像素子
において、上記垂直電荷転送素子は、上記光電変換素子
群から第1の画素信号電荷と第2の画素信号電荷を取り
込む2つの電極と、スメア電荷を保持する1つの電極
と、電荷を保持しない1つの電極とからなる組を複数組
を有し、空の電極に第1の画素信号電荷を、次に第1の
画素信号電荷が先に進み空になった電極にスメア電荷
を、続いてスメア電荷が先に進み空になった電極に第2
の画素信号電荷を、それぞれ移動させる動作を順次繰り
返すように制御されるものであり、かつ上記水平電荷転
送素子の出力以降に、上記転送された第1の画素信号電
荷と第2の信号電荷から、上記転送されたスメア電荷を
差し引く引算器を設けたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a charge transfer type solid-state imaging device according to the present invention has photoelectric conversion element groups arranged in a matrix on the same semiconductor substrate and photoelectric signal charges accumulated in the photoelectric conversion element group. Charge of a method in which a vertical charge transfer element for transferring in the horizontal direction and a horizontal charge transfer element for transferring the output charge from the vertical charge transfer element in the horizontal direction are integrated and the pixel signal from the photoelectric conversion element group is read out to the outside. In the transfer-type solid-state imaging device, the vertical charge transfer device includes two electrodes for taking in a first pixel signal charge and a second pixel signal charge from the photoelectric conversion device group, and one electrode for holding a smear charge. There are a plurality of groups each consisting of one electrode that does not retain electric charge, and the first pixel signal charge is applied to the vacant electrode, and the smear charge is applied to the vacant electrode where the first pixel signal charge advances first. , Followed by smear charge The first to electrodes empty proceed to 2
Is controlled so as to sequentially repeat the operation of moving the pixel signal charges of the above, and after the output of the horizontal charge transfer element, the transferred first pixel signal charges and the second signal charges A subtractor for subtracting the transferred smear charge is provided.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を、図面により説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す電荷転送形固体撮
像素子の基本構成図である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a charge transfer type solid-state imaging device showing an embodiment of the present invention.

第1図において、1−1,1−2は光ダイオード、2′
はイオン注入領域8を備えた3重転送動作を行わせる垂
直CCD、2′−1,2′−2……は垂直CCD2′を構成する電
極、3′−1,3′−2,3′−3は垂直CCD2′が送つてきた
2種類の信号電荷QA,QB,qSを受け入れて、各電荷を出
力4−1,4−2,4−3に向けて転送する水平CCD、5′−
1,5′−2,5′−3,5′−4は垂直CCD2′を駆動する垂直
クロツクパルス発生器である。ここで、水平CCD3′を駆
動する水平クロツクパルスは、図面を簡単化するために
記載が省略されているが、第9図に示すような2相で
も、あるいは3相、4相でもよい。垂直CCD2′を構成す
る4つの電極2′−1,2′−2,2′−3,2′−4のうちの
3つの電極の下には、2系列の光信号QA,QBとスメアqS
が蓄積され、残る1つの電極は空の状態に置かれる。そ
して、後述する3重転送モードにより、光信号QA,qS
QBは水平CCD3′−1,3′−2,3′−3に送り込まれる。
In FIG. 1, 1-1 and 1-2 are photo diodes, 2 '
Is a vertical CCD provided with the ion implantation region 8 for performing a triple transfer operation, 2'-1,2'-2 ... Is an electrode constituting the vertical CCD 2 ', 3'-1,3'-2,3' -3 is a horizontal CCD that receives the two types of signal charges Q A , Q B , and q S sent by the vertical CCD 2'and transfers each charge toward the outputs 4-1, 4-2, 4-3, 5'-
1,5'-2,5'-3,5'-4 are vertical clock pulse generators for driving the vertical CCD 2 '. Here, the horizontal clock pulse for driving the horizontal CCD 3'is omitted in order to simplify the drawing, but it may be two phases as shown in FIG. 9, or three phases or four phases. Below the three electrodes of the four electrodes 2'-1, 2'-2, 2'-3, 2'-4 that constitute the vertical CCD 2 ', two series of optical signals Q A , Q B Smear q S
Are accumulated and the remaining one electrode is left empty. Then, by the triple transfer mode described later, the optical signals Q A , q S ,
Q B is fed to the horizontal CCD3'-1,3'-2,3'-3.

第2図(a)(b)は、第1図のCCD形固体撮像素子
を構成する画素部の平面および断面構造図である。
2 (a) and 2 (b) are a plan view and a cross-sectional structural view of a pixel portion constituting the CCD type solid-state imaging device of FIG.

2′−1(または2′−3)および2′−2(または
2′−4)は、垂直CCD2′を構成する電極であり、例え
ば2′−1は第1層目の多結晶シリコン、2′−2は第
2層目の多結晶シリコンで形成される。各電極2′−2
〜2′−4の下には、これら電極の製作以前に形成され
たイオン注入層8が形成されており、この層8は例えば
ボロン原子から構成される。ここで、転送ゲート7−1
(あるいは7−2)は、CCD電極2′−1と兼用した場
合を示したが、勿論CCD電極2′−1とは別に、例えば
第3層の多結晶シリコンで形成しても差し支えない。
2'-1 (or 2'-3) and 2'-2 (or 2'-4) are electrodes forming a vertical CCD 2 ', for example, 2'-1 is polycrystalline silicon of the first layer, 2'-2 is formed of the second layer of polycrystalline silicon. Each electrode 2'-2
Underlying 2'-4 is an ion implantation layer 8 formed prior to fabrication of these electrodes, which layer 8 is composed of, for example, boron atoms. Here, the transfer gate 7-1
(Or 7-2) shows the case where it is also used as the CCD electrode 2'-1, but it may be formed of polycrystalline silicon of the third layer, for example, separately from the CCD electrode 2'-1.

第2図(a)の平面をx−x′面で切断すると、第2
図(b)に示す断面構造となる。
When the plane of FIG. 2 (a) is cut along the xx ′ plane, the second
The sectional structure shown in FIG.

第2図(b)において、9はCCD電極2′と基板11
(例えばP型)を絶縁するゲート酸化膜、また10はCCD
の電極転送チヤネルを埋め込み形にする層(例えばn
型)である。なお、チヤネルを表面形にする場合は、こ
の層10は不要である。
In FIG. 2 (b), 9 is the CCD electrode 2'and the substrate 11
Gate oxide film that insulates (for example, P type), and 10 is CCD
Layer for making the electrode transfer channel of
Type). If the surface of the channel is used, this layer 10 is not necessary.

第3図は、垂直CCDの3重転送動作を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the triple transfer operation of the vertical CCD.

第3図(a)に示すように、クロツクパルス発生器
5′−1〜5′−4の各ラインには、各電極2′−1,
2′−2,2′−3,2′−4,2′−1……が順次接続されてい
る。t1〜tnの時刻における各電極2′−1,2′−2,2′−
3,2′−4,……の下のポテンシアルが、第3図(b)に
示され、各電極の位置は第3図(a)に対応している。
As shown in FIG. 3A, each line of the clock pulse generators 5'-1 to 5'-4 has electrodes 2'-1,
2'-2, 2'-3, 2'-4, 2'-1 ... Are sequentially connected. Electrodes 2'- 1, 2'-2, 2'- at times t 1 to t n
The potential under 3,2'-4, ... Is shown in FIG. 3 (b), and the positions of the electrodes correspond to those in FIG. 3 (a).

第3図(b)により、3重転送動作を説明する。 The triple transfer operation will be described with reference to FIG.

(i)t=t1では、1フイールド期間に入射した光によ
つて、光ダイオード1−1,1−2に蓄積された信号電荷Q
A,QBは、高電圧(“H"レベル)のクロツクパルスV1,V
3が加わり、導通状態にある(ポテンシヤルの低下し
た)転送ゲート7−1,7−2を通して垂直CCD2′側に送
り込まれ、ポテンシヤルの最も低い電極2′−1,2′−
3の下に蓄積される。
(I) At t = t 1 , the signal charge Q accumulated in the photodiodes 1-1 and 1-2 is caused by the light incident in one field period.
A and Q B are high-voltage (“H” level) clock pulses V 1 and V
3 is added and is fed to the vertical CCD 2'side through the transfer gates 7-1 and 7-2 in the conductive state (potential lowered), and the lowest electrodes 2'-1 and 2'- of the potential.
Accumulated under 3.

(ii)t=t2では、各電極に印加されるクロツクパルス
は低電圧(“L"レベル)になり、各電極下のポテンシヤ
ルは高くなるが、各電極下の一部に形成されたイオン注
入層8の形成する障壁VBにより、電荷QA,QBは時間t=
t1のときと同一電極下に蓄積される。
(Ii) At t = t 2 , the clock pulse applied to each electrode is at a low voltage (“L” level) and the potential under each electrode is high, but the ion implantation formed at a part under each electrode Due to the barrier V B formed by the layer 8, the charges Q A and Q B have a time t =
It is stored under the same electrode as at t 1 .

(iii)t=t3では、垂直走査期間に入るので、電荷
QA,QBが水平CCDに向けて転送される。なお、t=t1,t
2は、垂直帰線期間内の時刻である。
(Iii) At t = t 3 , the vertical scanning period starts, so
Q A and Q B are transferred to the horizontal CCD. Note that t = t 1 , t
2 is the time within the vertical blanking period.

先ず、電極2′−4に加わった中間電圧(“H"レベ
ル)により、電極2′−3に蓄積されていた電荷QBが電
極2′−4の下に転送される。
First, by the intermediate voltage (“H” level) applied to the electrode 2′-4, the charge Q B accumulated in the electrode 2′-3 is transferred to the lower side of the electrode 2′-4.

(iv)t=t4では、これまでに電極2′−2に蓄積され
たスメア電荷qSが、“M"レベルクロツクパルスV3の加わ
つた電極2′−3の下に転送される。ここで、スメア電
荷は、光入射によつて発生した電荷が垂直CCD側に漏洩
することにより発生するもので、これ以降の転送期間中
(t4〜tm)にも漏洩してくるため、時間の経過とともに
スメア電荷量は多くなる。一方、この漏洩電荷はどの電
極にも入り込むので、信号QA,QBにもスメア電荷が混入
し、信号中のスメア成分は時間の経過とともにやはり大
きくなる。
(Iv) At t = t 4 , the smear charge q S accumulated so far in the electrode 2′-2 is transferred to the lower side of the electrode 2′-3 to which the “M” level clock pulse V 3 is applied. . Here, the smear charge is generated by the charge generated by the light incident leaking to the vertical CCD side, and also leaks during the subsequent transfer period (t 4 to t m ). The amount of smear charge increases with the passage of time. On the other hand, since the leaked electric charge enters any of the electrodes, smear electric charge is mixed into the signals Q A and Q B, and the smear component in the signal also increases with the passage of time.

(v)t=t5では、電極2′−2に“M"レベルのクロツ
クパルスV2が加わり、電極2′−1に蓄積されていた電
荷QAは電極2′−2の下に転送される。
(V) At t = t 5 , the “M” level clock pulse V 2 is applied to the electrode 2′-2, and the charge Q A accumulated in the electrode 2′-1 is transferred to the lower part of the electrode 2′-2. It

以上の時間t3〜t5の動作により、電荷QB,qS,QAは電
極1個分だけ、水平CCD側に転送されたことになる。
By the above operation time t 3 ~t 5, a charge Q B, q S, Q A is one minute electrodes only, will have been transferred to the horizontal CCD side.

このように、4個の電極のうち3個の電極に電荷を存
在させ、1個の電極を空の状態におき、空の電極に信号
A、次に信号Aが先に進んで空になつた電極に信号B、
続いて信号Bが先に進んで空になつた電極に信号Cを移
す転送動作であるが、このような転送動作を、以下3重
転送動作と呼ぶことにする。
In this way, charge is made to exist in three of the four electrodes, one electrode is placed in an empty state, and signal A is passed to the empty electrode and then signal A advances and becomes empty. Signal B to the electrode
Next, the transfer operation is a transfer operation of moving the signal C to an electrode which has become emptied due to the advance of the signal B. Such a transfer operation will be hereinafter referred to as a triple transfer operation.

(vi)t=t6では、再び電荷QBの転送が始まり、電極
2′−1に加わる中間電圧(“M"レベル)により電極
2′−4に蓄積されていた電荷QBが電極2′−1の下に
転送される。このようにして、順次3重転送動作を繰り
返すことにより、3つの信号QB,qS,QAは水平CCD側に
転送され、垂直CCDの最終電極まで到達すると、信号
QB,qS,QAが各々の水平CCD3′−1,3′−2,3′−3に送
り込まれる。水平CCDへの電荷の送り込みは水平帰線期
間内に行われ、水平走査期間に入ると、信号QB,qS,QA
は水平CCD内を同時に出力4−1,4−2,4−3に向けて転
送される。なお、水平CCD3′−1,3′−2,3′−3は、各
信号に対して1個ずつ与えられているので、水平CCDの
電荷は従来における水平CCDと同じ単一転送動作(3重
転送動作に対する通常動作の表現)で転送させればよ
い。
(Vi) t = At t 6, starts again the charge Q B transfer, the intermediate voltage ( "M" level) by the charge accumulated in the electrode 2'-4 Q B is electrode 2 applied to the electrodes 2'-1 '-1. By repeating the triple transfer operation in this manner, the three signals Q B , q S , and Q A are transferred to the horizontal CCD side, and when reaching the final electrode of the vertical CCD,
Q B, q S, Q A is fed to the horizontal CCD3'-1,3'-2,3'-3 each. The charges are sent to the horizontal CCD within the horizontal blanking period, and when the horizontal scanning period starts, the signals Q B , q S , and Q A are input.
Are simultaneously transferred in the horizontal CCD toward outputs 4-1, 4-2 and 4-3. Since one horizontal CCD 3'-1, 3'-2, 3'-3 is provided for each signal, the charge of the horizontal CCD is the same as that of the conventional horizontal CCD (3. The transfer may be performed by expressing the normal operation for the double transfer operation).

また、第3図(b)の時間t=tnの状態は、時間の経
過とともに転送が進むに伴つて、スメア電荷量が増加す
ることを示している(黒の太線がスメア電荷量)。この
場合、隣接するグループ内(例えば、〔QB(n),qS(n)
QA(n)〕のグループ、〔QB(n+1),qS(n+1),QA(n+1)〕の
グループ)でのスメア電荷は殆んど同一量となる。すな
わち、信号QA(n),QB(n)に漏洩したスメア電荷量はq
S(n)に等しくなる。
The state of time t = t n in FIG. 3B shows that the smear charge amount increases as the transfer progresses with the passage of time (the thick black line indicates the smear charge amount). In this case, within adjacent groups (eg [Q B (n) , q S (n) ,
The smear charges in the group of Q A (n) ] and the group of [Q B (n + 1) , q S (n + 1) , Q A (n + 1) ] are almost the same. That is, the amount of smear charge leaked to the signals Q A (n) and Q B (n) is q
It is equal to S (n) .

次に、スメア電荷の引算について述べる。 Next, the subtraction of smear charges will be described.

第4図は、スメア除去回路の基本構成を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the basic configuration of the smear removing circuit.

12−1,12−2,12−3は水平CCD3′−1,3′−2,3′−3
の最終段に設けられた電荷検出回路であつて、一般にMO
Sソースホロア回路が使用される。4−1,4−2,4−3は
電荷検出回路の出力、13−1,13−2は引算器である。こ
の引算器13−1,13−2は、市販の差動増幅器を利用して
素子外部に設けてもよく、あるいは素子内部にMOS差動
増幅器を集積化する形態にしてもよい。
12-1, 12-2, 12-3 are horizontal CCDs 3'-1, 3'-2, 3'-3
The charge detection circuit provided at the final stage of the
An S source follower circuit is used. 4-1, 4-2 and 4-3 are outputs of the charge detection circuit, and 13-1 and 13-2 are subtractors. The subtracters 13-1 and 13-2 may be provided outside the device using a commercially available differential amplifier, or may be a form in which a MOS differential amplifier is integrated inside the device.

第5図は、第1図における光信号電荷QA,qS,QBの出
力波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing output waveforms of the optical signal charges Q A , q S , and Q B in FIG.

第5図には、電荷検出回路12−1,12−2,12−3で検出
された出力4−1,4−2,4−3の波形、および引算器13−
1,13−2の出力14−1,14−2の波形が示されている。前
述のように、m,n等で表示された同一グループの信号に
は、同量のスメア信号成分が含まれているので(第5図
の波形の黒の部分がスメア信号)、出力4−1と4−2
を引算器13−1に入力することにより、出力14−1には
スメア成分のない真の光信号OAが、また出力4−3と4
−2を引算器13−2に入力することにより、出力14−2
にはやはりスメア成分のない真の光信号OBがそれぞれ得
られる。
FIG. 5 shows the waveforms of the outputs 4-1, 4-2 and 4-3 detected by the charge detection circuits 12-1, 12-2 and 12-3, and the subtractor 13-.
The waveforms of the outputs 14-1, 14-2 of 1, 13-2 are shown. As described above, since signals of the same group represented by m, n, etc. contain the same amount of smear signal components (the black portion of the waveform in FIG. 5 is the smear signal), the output 4- 1 and 4-2
The by inputting the subtractor 13-1, the true optical signal O A no smear component in the output 14-1 and the output 4-3 and 4
-2 is input to the subtractor 13-2 to output 14-2
Again true light signal O B without smear component is obtained each of the.

第6図は、本発明の他の実施例を示すCCD形撮像素子
の構成図である。
FIG. 6 is a block diagram of a CCD type image pickup device showing another embodiment of the present invention.

第1図の実施例では、3個の信号電荷QA,qS,QBを3
列の水平CCDで転送しているが、第6図においては、3
個の信号電荷QA,qS,QBを2列の水平CCDで転送する。
この場合、一方の水平CCDにより2個の信号(例えば、Q
A,QB)を送り、他方の水平CCDにより1個の信号(例え
ば、qS)を送ればよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, three signal charges Q A , q S , and Q B are set to 3
The data is transferred by the horizontal CCD of the column, but in FIG.
The signal charges Q A , q S , and Q B are transferred by the horizontal CCD in two columns.
In this case, two signals (for example, Q
It suffices to send A , Q B ) and send one signal (for example, q S ) by the other horizontal CCD.

したがつて、2個の信号を転送する水平CCD3″−2に
は2重転送動作を行わせ、1個の信号を転送する水平CC
D3′−1には単一転送動作を行わせる。2重転送動作
は、クロツクパルス発生器からのラインに接続された3
個の電極のうちの2個の電極に電荷を存在させ、1個の
電極を空の状態において、この空の電極に信号Aを移
し、次に信号Aが先に進んで空になつた電極に信号Bを
移す転送動作である。
Therefore, the horizontal CCD 3 ″ -2 that transfers two signals is made to perform the double transfer operation, and the horizontal CC that transfers one signal.
D3'-1 is made to perform a single transfer operation. The double transfer operation is 3 connected to the line from the clock pulse generator.
Electrodes that have electric charges present in two of the electrodes and one electrode is in an empty state, and transfer the signal A to this empty electrode, and then the signal A advances and becomes empty This is a transfer operation of transferring the signal B to.

第7図,第8図は、それぞれ本発明のさらに他の実施
例を示すCCD形撮像素子の構成図である。
FIG. 7 and FIG. 8 are configuration diagrams of a CCD image pickup device showing still another embodiment of the present invention.

第7図においては、3個の信号QA,qS,QBを1列の水
平CCDで転送するようにしている。この場合には、水平C
CDも垂直CCDと同じように、3重転送動作を行わせる必
要がある。
In FIG. 7, the three signals Q A , q S , and Q B are transferred by one row of horizontal CCDs. In this case, horizontal C
Like the vertical CCD, the CD also needs to perform triple transfer operation.

第1図および第6図の実施例の場合のように、複数列
の水平CCDを配列するときには、各水平CCDのチヤネル幅
を同一にする必要はない。例えば、一般にスメア電荷量
は、光信号電荷量に比べて1桁以上少ないので、第8図
に示すように、スメア電荷転送用水平CCD3′−2のチヤ
ネル幅W2を他の光信号転送用水平CCDのチヤネル幅W1,W
3に比べて小さくしてもよい。ここで、各水平CCDのチヤ
ネル幅の大小関係として、次の3種類の場合を考えるこ
とができる。
When arranging a plurality of rows of horizontal CCDs as in the case of the embodiment of FIGS. 1 and 6, it is not necessary to make the channel width of each horizontal CCD the same. For example, since the smear charge amount is generally smaller than the light signal charge amount by one digit or more, as shown in FIG. 8, the channel width W 2 of the horizontal CCD 3'-2 for smear charge transfer is set to another optical signal transfer. Horizontal CCD channel width W 1 , W
It may be smaller than 3 . Here, the following three types of cases can be considered as the magnitude relationship of the channel width of each horizontal CCD.

W2<W1=W3(QAとQBのチヤネル幅を等しくする) W2<W1<W3(QAのチヤネル幅をQBより小さくする) W2<W3<W1(QAのチヤネル幅をQBより大きくする) また、第1図の実施例では、スメア電荷転送用の水平
CCD3′−2を、信号電荷QA,QBを転送する水平CCD3′−
1と3′−3の間に配置しているが、垂直CCD2′の信号
電荷転送順序は前述の(QB,qS,QA)の他に、駆動のさ
せ方を変えることによつて、(qS,QB,QA),あるいは
(QA,QB,qS)等の順序にすることができる。
W 2 <W 1 = W 3 (makes the channel widths of Q A and Q B equal) W 2 <W 1 <W 3 (makes the channel width of Q A smaller than Q B ) W 2 <W 3 <W 1 (Q greater than Q B the channel width a) in the embodiment of FIG. 1, horizontal for smear charge transfer
CCD3'-2 is a horizontal CCD3'- which transfers signal charges Q A and Q B
While disposed between the 1 and 3'-3, the signal charge transfer sequence of the aforementioned vertical CCD2 '(Q B, q S , Q A) in addition to, Yotsute to varying the way of driving , (Q S , Q B , Q A ), or (Q A , Q B , q S ), and so on.

したがって、例えば、水平CCD3′−1をスメア電荷転
送用に、水平CCD3′−2,3′−3を信号電荷転送用にし
ても、何ら差し支えない。
Therefore, for example, the horizontal CCD 3'-1 may be used for smear charge transfer, and the horizontal CCDs 3'-2, 3'-3 may be used for signal charge transfer.

本発明においては、垂直CCDを3重転送モードで動作
させることにより、従来の素子と同一の開口率(35〜40
%)を維持したまま3種類の信号(2つの光信号と1つ
のスメア信号)を転送することができる。そして、これ
らの2種類の光信号の各々とスメア信号を引算すること
により、スメア信号のない2種類(つまり、奇数列と偶
数列)の真の光信号を得ることができる。
In the present invention, by operating the vertical CCD in the triple transfer mode, the same aperture ratio (35 to 40
%), Three types of signals (two optical signals and one smear signal) can be transferred. Then, by subtracting each of these two types of optical signals and the smear signal, it is possible to obtain two types of true optical signals (that is, odd-numbered columns and even-numbered columns) without smear signals.

本発明者らが行つた実験により評価した結果、従来の
素子で問題になつていた約50%のインタレース残像は完
全になくなり(0%になる)、さらにスメアを従来の素
子に比べて約40dB低減できることが明らかとなつた。
As a result of evaluation by an experiment conducted by the present inventors, about 50% of the interlace afterimage, which had been a problem in the conventional device, completely disappeared (becomes 0%), and smear was reduced by about 10% compared with the conventional device. It became clear that it could be reduced by 40 dB.

なお、実施例では、従来の固体撮像素子として代表的
なインターライン方式のCCD形素子を例にとり説明した
が、本発明はこの方式に限定されず、他の方式、例えば
フレームトランスフア方式のCCD形素子等にも全く同じ
ように適用できる。
In addition, in the embodiment, the description has been made by taking a typical interline CCD element as a conventional solid-state image sensor, but the present invention is not limited to this method, and another method, for example, a frame transfer CCD. The same can be applied to shaped elements and the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、従来の素子と
同じ開口率を保持したまま、2つの光信号と1つのスメ
ア信号を転送し、各光信号とスメア信号とを引算するの
で、スメアを従来のものより格段に低減することができ
るとともに、インタレースによる残像を完全に取除くこ
とにより、CCD形固体撮像素子の画質を向上することが
できる。
As described above, according to the present invention, two optical signals and one smear signal are transferred while maintaining the same aperture ratio as the conventional element, and each optical signal and the smear signal are subtracted. The smear can be significantly reduced compared to the conventional one, and the image quality of the CCD type solid-state image pickup device can be improved by completely removing the afterimage due to interlacing.

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

第1図は本発明の一実施例を示す電荷転送形固体撮像素
子の基本構成図、第2図は第1図のCCD形固体撮像素子
の画素部の平面および断面構造図、第3図は垂直CCDの
3重転送動作を示す図、第4図は本発明のスメア除去回
路の基本構成図、第5図は第1図における光信号電荷の
出力波形を示す図、第6図,第7図,第8図はそれぞれ
本発明の他の実施例を示すCCD形固体撮像素子の構成
図、第9図は従来のCCD形固体撮像素子の基本構成図で
ある。 1−1,1−2:光ダイオード、2′:垂直CCD、2′−1,
2′−2,2′−3,2′−4:電極、3′−1,3′−2,3′−3,
3″−2,3:水平CCD、4,4−1,4−2,4−3:出力端子、7
−1,7−2:転送ゲート、5−1,5−2,6−1,6−2:クロツク
パルス発生器。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a charge transfer type solid-state image pickup device showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view and a sectional structure diagram of a pixel portion of the CCD type solid-state image pickup device of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a triple transfer operation of a vertical CCD, FIG. 4 is a basic configuration diagram of a smear removing circuit of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing output waveforms of optical signal charges in FIG. 1, FIG. 6, and FIG. FIG. 8 and FIG. 8 are configuration diagrams of a CCD type solid-state image pickup device showing another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a basic configuration diagram of a conventional CCD type solid-state image pickup device. 1-1, 1-2: Photo diode, 2 ': Vertical CCD, 2'-1,
2'-2,2'-3,2'-4: electrode, 3'-1,3'-2,3'-3,
3 ″ -2,3: Horizontal CCD, 4,4-1-1,4-2,4-3: Output terminal, 7
-1,7-2: Transfer gate, 5-1, 5-2,6-1,6-2: Clock pulse generator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 信弥 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 安藤 治久 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 尾崎 俊文 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−12179(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shinya Oba 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Haruhisa Ando 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Toshifumi Ozaki 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-56-12179 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同一半導体基板上に、行列状に配列された
光電変換素子群と、該光電変換素子群に蓄積された光信
号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送素子と、該垂
直電荷転送素子からの出力電荷を水平方向に転送する水
平電荷転送素子とを集積し、上記光電変換素子群からの
画素信号を外部に読み出す方式の電荷転送形固体撮像素
子において、上記垂直電荷転送素子は、上記光電変換素
子群から第1の画素信号電荷と第2の画素信号電荷を取
り込む2つの電極と、スメア電荷を保持する1つの電極
と、電荷を保持しない1つの電極とからなる組を複数組
を有し、空の電極に第1の画素信号電荷を、次に第1の
画素信号電荷が先に進み空になった電極にスメア電荷
を、続いてスメア電荷が先に進み空になった電極に第2
の画素信号電荷を、それぞれ移動させる動作を順次繰り
返すように制御されるものであり、かつ上記水平電荷転
送素子の出力以降に、上記転送された第1の画素信号電
荷と第2の信号電荷から、上記転送されたスメア電荷を
差し引く引算器を設けたことを特徴とする電荷転送形固
体撮像素子。
1. A photoelectric conversion element group arranged in a matrix on the same semiconductor substrate, a vertical charge transfer element for vertically transferring optical signal charges accumulated in the photoelectric conversion element group, and the vertical charge. In the charge transfer type solid-state imaging device of the type in which a horizontal charge transfer device that transfers the output charge from the transfer device in the horizontal direction is integrated, and the pixel signal from the photoelectric conversion device group is externally read out, the vertical charge transfer device is , A plurality of pairs of two electrodes for taking in the first pixel signal charge and the second pixel signal charge from the photoelectric conversion element group, one electrode for holding smear charge, and one electrode for not holding charge A pair of empty electrodes with a first pixel signal charge, followed by a first pixel signal charge with a smear charge to the emptied electrode, followed by a smear charge with a vacancy. Second to the electrode
Is controlled so as to sequentially repeat the operation of moving the pixel signal charges of the above, and after the output of the horizontal charge transfer element, the transferred first pixel signal charges and the second signal charges A charge transfer type solid-state image pickup device comprising a subtracter for subtracting the transferred smear charges.
【請求項2】上記水平電荷転送素子は、第1の画素信号
電荷と第2の画素信号電荷とスメア電荷を3列の水平電
荷転送素子で転送するか、2列の水平電荷転送素子で転
送するか、あるいは1列の水平電荷転送素子で転送する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電荷転送
形固体撮像素子。
2. The horizontal charge transfer element transfers a first pixel signal charge, a second pixel signal charge and a smear charge by three columns of horizontal charge transfer elements or two columns of horizontal charge transfer elements. The charge transfer type solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the charge transfer is performed by one row of horizontal charge transfer elements.
【請求項3】上記水平電荷転送素子を2列または3列設
ける場合、電荷転送素子のチャネル幅に大小関係を設
け、電荷転送能力を変えることを特徴とする特許請求の
範囲第1項または第2項記載の電荷転送形固体撮像素
子。
3. When the horizontal charge transfer elements are provided in two rows or three rows, the channel widths of the charge transfer elements are set to have a magnitude relation to change the charge transfer ability. 2. A charge transfer type solid-state image sensor according to item 2.
JP59239245A 1984-11-13 1984-11-13 Charge transfer type solid-state image sensor Expired - Lifetime JPH0834565B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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