JP2002165134A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2002165134A
JP2002165134A JP2000362635A JP2000362635A JP2002165134A JP 2002165134 A JP2002165134 A JP 2002165134A JP 2000362635 A JP2000362635 A JP 2000362635A JP 2000362635 A JP2000362635 A JP 2000362635A JP 2002165134 A JP2002165134 A JP 2002165134A
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horizontal
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JP2000362635A
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Toshiaki Azuma
俊明 東
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を削減するとともに画質劣化の防止
などを図る。 【解決手段】 垂直転送レジスター106は各列の光電
変換素子104が受光生成した電荷を垂直同期信号11
8に同期して取り込み、垂直転送クロックφV1〜4に
同期して順次水平転送レジスター110に転送する。水
平転送レジスター110は垂直転送レジスター106か
らの電荷を水平同期信号120に同期して取り込み水平
転送クロックφH1、2に同期してFD領域114の方
向に転送する。水平転送レジスター110からの電荷は
FD領域114において電圧に変換されて映像信号とな
り、出力回路116を通じて外部に出力される。そして
スイッチング制御部6は垂直および水平ブランキング期
間でスイッチング部4をオフさせるべく制御信号10を
出力し、その結果ブランキング期間では出力回路116
に電源は供給されず、出力回路116は動作を停止して
電力を消費しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の固体撮像素子の一例を示す
ブロック図である。図5に示した従来の固体撮像装置1
02は、一例としてインターライントランスファー方式
の固体撮像装置であり、マトリクス状に配列された多数
の光電変換素子104、垂直転送レジスター106、垂
直転送レジスター駆動回路108、水平転送レジスター
110、水平転送レジスター駆動回路112、フローテ
ィングディフュージョン(FD)領域114、ならびに
出力回路116を含んで構成されている。
【0003】垂直転送レジスター106および水平転送
レジスター110はいずれもCCD(Charge C
oupled Device)として形成され、垂直転
送レジスター106は、光電変換素子104の各列ごと
に設けられ各列の光電変換素子104が受光して生成し
た電荷を、垂直同期信号118に同期して同時に取り込
むとともに、垂直転送レジスター駆動回路108が生成
する4相の垂直転送クロックφV1、φV2、φV3、
φV4に同期して順次、水平転送レジスター110の方
向に転送する。
【0004】一方、水平転送レジスター110は、複数
の垂直転送レジスター106により転送された電荷を、
各垂直転送レジスター106から水平同期信号120に
同期して同時に取り込むとともに、水平転送レジスター
駆動回路112が生成する2相の水平転送クロックφH
1、φH2に同期して、取り込んだ電荷を順次、FD領
域114の方向に転送する。そして、水平転送レジスタ
ー110により転送された電荷はFD領域114におい
て電圧に変換されて映像信号115となり、この映像信
号は出力回路116を通じて低インピーダンスで固体撮
像装置102の外部に出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年撮影画
像の高精細化にともない、この種の固体撮像装置102
の画素数(したがって光電変換素子104の数)はます
ます増大する傾向にある。さらに、固体撮像装置102
を組み込む装置の小型化、軽量化のため、固体撮像装置
102のサイズはより小さいものとすることが要求され
ている。しかし、画素数が増大すると、フレーム周期は
一定であるから垂直転送レジスター106および水平転
送レジスター110における電荷の転送速度を高めなけ
ればならず、垂直転送レジスター106および水平転送
レジスター110の駆動周波数が高くなって固体撮像装
置102の消費電力が増大する結果となる。
【0006】また、固体撮像装置102のサイズを小さ
くするためには各光電変換素子104のサイズを小さく
しなければならないが、これにより各光電変換素子10
4により生成される電荷の量は減少する。したがって、
出力回路116では、必要なSN比を確保すべく電源電
圧および回路を流れる電流は十分に大きな値となるよう
に設計しなければならない。その結果、出力回路116
においても消費電力が増大する。
【0007】このように固体撮像装置102の消費電力
が大きくなると、固体撮像装置102の温度が上昇し、
半導体光電変換素子およびCCDよる固体撮像装置の特
性として、固定パターンノイズや、暗電流ショットノイ
ズが増加して、画質の劣化が生じる。また、温度上昇が
激しい場合には、固体撮像装置の絶対最大定格を越えて
しまい、熱破損や寿命の低下を招いてしまう。
【0008】本発明はこれら問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、消費電力を抑えるとともに、
温度上昇にともなう画質の劣化などを防止した固体撮像
装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、一列に配置された複数の光電変換素子と、各
光電変換素子が受光して生成した電荷を同期信号に同期
して取り込み、取り込んだ電荷を転送クロックに同期し
て順次転送する電荷転送レジスターと、前記電荷転送レ
ジスターにより転送された電荷から生成した映像信号を
低インピーダンスで外部に出力する出力回路とを含み、
前記電荷転送レジスターからは、同期信号の各周期にお
けるブランキング期間外の期間で前記光電変換素子一列
分の電荷が順次出力される固体撮像装置であって、前記
出力回路への電源供給をオン/オフするスイッチング部
と、前記スイッチング部に制御信号を供給して前記スイ
ッチング部を制御し、前記ブランキング期間、または同
ブランキング期間にほぼ一致する期間において前記出力
回路への電源供給をオフさせるスイッチング制御部とを
備えたことを特徴とする。
【0010】また、本発明は、マトリクス状に配列され
た多数の光電変換素子と、前記光電変換素子の列ごとに
設けられ各列の前記光電変換素子が受光して生成した電
荷を垂直同期信号に同期して同時に取り込み、取り込ん
だ電荷を垂直転送クロックに同期して順次転送する複数
の垂直転送レジスターと、前記複数の垂直転送レジスタ
ーにより転送された電荷を水平同期信号に同期して同時
に取り込み、取り込んだ電荷を水平転送クロックに同期
して順次転送する水平転送レジスターと、前記水平転送
レジスターにより転送された電荷から生成した映像信号
を低インピーダンスで外部に出力する出力回路とを含
み、前記垂直転送レジスターからは、垂直同期信号の各
周期における垂直ブランキング期間外の期間で全光電変
換素子の電荷が順次出力され、前記水平転送レジスター
からは、水平同期信号の各周期における水平ブランキン
グ期間外の期間で、各垂直転送レジスターから前記水平
転送レジスターに一度に取り込まれた電荷が順次出力さ
れる固体撮像装置であって、前記出力回路への電源供給
をオン/オフするスイッチング部と、前記スイッチング
部に制御信号を供給して前記スイッチング部を制御し、
前記垂直ブランキング期間および前記水平ブランキング
期間、またはこれらのブランキング期間にほぼ一致する
期間において前記出力回路への電源供給をオフさせるス
イッチング制御部とを備えたことを特徴とする。
【0011】本発明の固体撮像装置では、スイッチング
制御部は、スイッチング部に制御信号を供給してスイッ
チング部を制御し、ブランキング期間、またはブランキ
ング期間にほぼ一致する期間において出力回路への電源
供給をオフさせる。そのため、映像信号を出力する必要
のないブランキング期間中は出力回路は動作を停止し、
電力を消費しないので、固体撮像装置の消費電力を抑制
することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明による固体撮
像装置の一例を示すブロック図である。図2は図1の固
体撮像装置の駆動パルスを示すタイミングチャートであ
り、(A)は垂直転送クロックを示し、(B)は時間軸
を引き延ばした場合の垂直転送クロック、(C)は水平
同期信号近辺の水平転送クロックをそれぞれ示してい
る。また、図3の(A)は、図1の固体撮像装置を構成
するスイッチング制御部が生成する制御信号を示すタイ
ミングチャート、(B)は同制御信号を時間軸を引き延
ばして詳しく示すタイミングチャートである。なお、図
1において、図5と同一の要素には同一の符号が付され
ており、それらに関する詳しい説明はここでは省略す
る。
【0013】図1に示した固体撮像装置2は、スイッチ
ング部4およびスイッチング制御部6を新たに設けた点
で、図5に示した従来の固体撮像装置と異なっている。
スイッチング部4は、出力回路116への電源供給をオ
ン/オフすべく、電源線8に直列に挿入されている。そ
して、スイッチング制御部6は、このスイッチング部4
に制御信号10を供給してスイッチング部4を制御し、
垂直同期信号118および水平同期信号120のブラン
キング期間、または同ブランキング期間にほぼ一致する
期間において出力回路116への電源供給をオフさせ
る。
【0014】次に、このように構成された固体撮像装置
2の動作について説明する。まず、垂直転送レジスター
106および水平転送レジスター110の駆動について
タイミングチャートを参照して説明する。垂直転送レジ
スター駆動回路108は、図2の(A)に示したよう
に、垂直同期信号118および水平同期信号120にも
とづいて、これらの同期信号に同期した4相の垂直転送
クロックφV1、φV2、φV3、φV4を生成し、各
垂直転送レジスター106に供給する。なお、図2の
(A)は一例として偶数フィールドの期間を示してお
り、実際にはこの偶数フィールドに奇数フィールドがつ
づき、これら偶数フィールドおよび奇数フィールドによ
って各フレームが構成されている。
【0015】図2の(B)は、図2の(A)における期
間ta付近を詳しく示し、垂直転送クロックφV1、φ
V3は、水平同期信号120がローレベルとなる期間、
すなわち水平ブランキング期間12においてそれぞれ所
定タイミングでローレベルおよびミドルレベルとなり、
それ以外の箇所ではそれぞれミドルレベルおよびローレ
ベルとなる。ただし、垂直転送クロックφV1、φV3
はともに、垂直同期信号118がローレベルからハイレ
ベルに変化するタイミング、すなわち垂直ブランキング
期間14(図2の(A))が終了したタイミングでハイ
レベルとなる。また、垂直転送クロックφV3は、この
ハイレベルとなるタイミングの近辺ではミドルレベルと
なる。
【0016】垂直転送クロックφV2、φV4は、水平
ブランキング期間12の箇所でそれぞれローレベルおよ
びミドルレベルとなり、それ以外の箇所ではそれぞれミ
ドルレベルおよびローレベルとなる。ただし、垂直転送
クロックφV2は、垂直転送クロックφV1が上述のよ
うにハイレベルとなるタイミング付近でローレベルとな
る。
【0017】一方、水平転送レジスター駆動回路112
は、図2の(C)に時間軸を引き延ばして示したよう
に、水平同期信号120にもとづき、水平同期信号12
0に同期した相互に逆相の水平転送クロックφH1、φ
H2を生成して水平転送レジスター110に供給する。
水平転送クロックφH1、φH2は、水平ブランキング
期間12ではそれぞれハイレベルおよびローレベルと一
定であり、水平ブランキング期間12以外の期間では、
一定周波数のデューティー比の等しい逆相のクロックと
なっている。
【0018】上述のように垂直転送クロックφV1、φ
V3が、垂直ブランキング期間14が終了したタイミン
グでハイレベルになると、各光電変換素子104から対
応する垂直転送レジスター106に、各光電変換素子1
04が受光して生成した信号電荷が一度に取り込まれ
る。その際、上述のように一定期間、垂直転送クロック
φV2がローレベル、φV4がミドルレベルとなること
から、垂直転送レジスター106に取り込まれた電荷の
逆流が防止される。
【0019】その後、垂直転送クロックφV1〜φV4
が上述のように各水平ブランキング期間12においてロ
ーレベルおよびハイレベルになるごとに、垂直転送レジ
スター106に取り込まれた信号電荷は、垂直転送レジ
スター106の2セル(電荷蓄積単位)分ずつ水平転送
レジスター110の方向に転送される。なお、ここで1
つの水平ブランキング期間中に2セル分だけ電荷が転送
されるのは、インターレース動作のためである。
【0020】このとき各垂直転送レジスター106から
出力される信号電荷は水平同期信号に同期して水平転送
レジスター110に同時に取り込まれ、その後、水平ブ
ランキング期間12が終了したところで、図2の(C)
に示した水平転送クロックφH1、φH2に同期して順
次FD領域114に転送される。転送された信号電荷は
FD領域114において電圧に変換され、映像信号11
5として出力回路116に供給される。出力回路116
はこの映像信号を、低インピーダンスで固体撮像装置2
の外部に出力する。
【0021】そして、このような動作がくり返されるこ
とで、各垂直転送レジスター106に取り込まれた信号
電荷が映像信号に変換されて出力回路116から出力さ
れ、1フィールド分の動作が完了する。つづくフィール
ドにおいても、インターレース動作のため垂直転送レジ
スター106から水平転送レジスター110に供給され
る信号電荷が1セル分ずれる点を除いて、同様の動作に
より映像信号が生成される。
【0022】本実施の形態例の固体撮像装置2では、こ
の動作と同時に、スイッチング制御部6は、垂直同期信
号118および水平同期信号120にもとづき、図3に
示したように、垂直ブランキング期間14および水平ブ
ランキング期間12において、ローレベルとなる制御信
号10を生成し、スイッチング部4に出力する。そし
て、スイッチング部4は、制御信号10がハイレベルの
ときはオン、ローレベルのときはオフとなる。したがっ
て、制御信号10がハイレベルのときのみ出力回路11
6に電源が供給されて出力回路116は動作し、制御信
号10がローレベルのときは出力回路116に電源は供
給されず出力回路116は動作を停止する。
【0023】このように水平ブランキング期間12で出
力回路116の動作を停止させても、この期間には水平
転送レジスター110から信号電荷は出力されず、した
がってFD領域114から映像信号は出力されないの
で、なんら問題はない。また、垂直ブランキング期間1
4で出力回路116の動作を停止させても、垂直ブラン
キング期間14外の期間で、光電変換素子104から垂
直転送レジスター106に取り込まれた信号電荷の転送
がすべて完了し、1フィールド分の映像信号がFD領域
114から出力されているので、なんら問題は生じな
い。
【0024】そして、このように出力回路116の動作
を垂直ブランキング期間14および水平ブランキング期
間12で停止させることにより、これらの期間中、出力
回路116では電力が消費されず、したがって固体撮像
装置2における消費電力を削減することができる。また
その結果、固体撮像装置2の温度上昇にともなう固定パ
ターンノイズや、暗電流ショットノイズの増加により画
質が劣化するといった問題や、大幅な温度上昇により固
体撮像装置2の熱破損や寿命の低下を招くといった問題
を解決することが可能となる。
【0025】なお、スイッチング制御部6は、光電変換
素子104や各電荷転送レジスターと同一の半導体チッ
プ上に形成してもよく、また同半導体チップの外部に設
けて外部から制御信号10をスイッチング部4に供給す
る構成としてもよい。ここでは、インターライントラン
スファー方式の固体撮像装置2に本発明を適用した場合
を例に説明したが、フレームトランスファー方式やフレ
ームインターライントランスファー方式の固体撮像装置
に対しても本発明は無論、有効である。本実施の形態例
では、垂直同期信号118および水平同期信号120の
ローレベルの期間がそれぞれ垂直ブランキング期間14
および水平ブランキング期間12であるとしたが、同期
信号が特定論理レベルである期間とブランキング期間と
はかならずしも一致している必要はなく、同期信号がた
とえばローレベルである期間はブランキング期間より短
くても、あるいは長くてもよい。
【0026】また、光電変換素子104をマトリクス状
に配列した固体撮像装置2は、一列に配置された複数の
光電変換素子と、各光電変換素子が受光して生成した電
荷を取り込み転送クロックに同期して順次転送する電荷
転送レジスターなどから成るリニアセンサーの構成を含
んでいるため、本実施の形態例をもとにリニアセンサー
において本発明を実施することは当業者にとって容易で
ある。
【0027】
【実施例】図4は図1に示した出力回路116およびス
イッチング部4の具体例を示す回路図である。この例で
は、出力回路116は3段のソースフォロワー回路16
により構成されている。各ソースフォロワー回路16は
電界効果トランジスター18、20からなり、電界効果
トランジスター18のドレインは電源線8に、ソースは
電界効果トランジスター20のドレインに接続され、電
界効果トランジスター20のソースはグランド22に接
続されている。
【0028】先頭のソースフォロワー回路16を成す電
界効果トランジスター18のゲートに、FD領域114
からの映像信号が入力され、一方、各段の電界効果トラ
ンジスター20のゲートにはバイアス電圧Vggが印加
されている。そして、2段目、3段目の電界効果トラン
ジスター18のゲートは前段の電界効果トランジスター
18のソースに接続され、最終段の電界効果トランジス
ター18のソースから出力信号として映像信号が取り出
され、固体撮像装置2の外部に出力されている。また、
スイッチング部4は本例では電界効果トランジスター2
4により構成され、電界効果トランジスター24のドレ
インは電源Vddに、ソースは電源線8に接続され、ゲ
ートに上記スイッチング制御部6から制御信号10が供
給されている。
【0029】そして、スイッチング制御部6からハイレ
ベルの制御信号10が供給されると電界効果トランジス
ター24はオンし、各ソースフォロワー回路16に電源
が供給されて出力回路116は動作し、一方、スイッチ
ング制御部6からローレベルの制御信号10が供給され
ると電界効果トランジスター24はオフして、各ソース
フォロワー回路16に電源は供給されず、出力回路11
6は動作を停止する。
【0030】なお、図4に示したように、制御信号10
を電界効果トランジスター24のゲートに直接供給する
以外にも、制御信号10の信号レベルを調整するための
抵抗を介して供給してもよく、さらに制御信号10に混
入したノイズを除去するためにゲート周辺にコンデンサ
を接続するといった構成にすることも有効である。
【0031】また、制御信号10の波形に鈍りがある場
合には、スイッチング部4がオンして出力回路116に
電力が供給されるまでに若干遅れが生じることになる。
したがって、制御信号10は、この遅れを見越して、各
ブランキング期間の終了にやや先だってハイレベルとな
るように生成することが有効である。また、制御信号1
0のレベル切り替え時に映像信号にスイッチングノイズ
が混入するような場合には、制御信号10は、各ブラン
キング期間の開始よりやや遅れてローレベルとなるよう
に生成することが有効である。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置では、スイッチング制御部は、スイッチング部に制御
信号を供給してスイッチング部を制御し、ブランキング
期間、またはブランキング期間にほぼ一致する期間にお
いて出力回路への電源供給をオフさせる。そのため、映
像信号を出力する必要のないブランキング期間中は出力
回路は動作を停止し、電力を消費しないので、固体撮像
装置の消費電力を抑制することができる。またその結
果、固体撮像装置の温度上昇にともなう固定パターンノ
イズや、暗電流ショットノイズの増加により画質が劣化
するといった問題や、大幅な温度上昇により固体撮像装
置の熱破損や寿命の低下を招くといった問題を解決する
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体撮像装置の一例を示すブロッ
ク図である。
【図2】(A)は固体撮像装置の垂直転送クロックを示
すタイミングチャート、(B)は時間軸を引き延ばした
場合の垂直転送クロックを示すタイミングチャート、
(C)は水平同期信号近辺の水平転送クロックを示すタ
イミングチャートである。
【図3】(A)は、図1の固体撮像装置を構成するスイ
ッチング制御部が生成する制御信号を示すタイミングチ
ャート、(B)は同制御信号を時間軸を引き延ばして詳
しく示すタイミングチャートである。
【図4】図1に示した出力回路およびスイッチング部の
具体例を示す回路図である。
【図5】従来の固体撮像素子の一例を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
2……固体撮像装置、4……スイッチング部、6……ス
イッチング制御部、8……電源線、10……制御信号、
12……水平ブランキング期間、14……垂直ブランキ
ング期間、16……ソースフォロワー回路、18……電
界効果トランジスター、20……電界効果トランジスタ
ー、22……グランド、24……電界効果トランジスタ
ー、102……固体撮像装置、104……光電変換素
子、106……垂直転送レジスター、108……垂直転
送レジスター駆動回路、110……水平転送レジスタ
ー、112……水平転送レジスター駆動回路、114…
…FD領域、116……出力回路、118……垂直同期
信号、120……水平同期信号。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一列に配置された複数の光電変換素子
    と、各光電変換素子が受光して生成した電荷を同期信号
    に同期して取り込み、取り込んだ電荷を転送クロックに
    同期して順次転送する電荷転送レジスターと、前記電荷
    転送レジスターにより転送された電荷から生成した映像
    信号を低インピーダンスで外部に出力する出力回路とを
    含み、前記電荷転送レジスターからは、同期信号の各周
    期におけるブランキング期間外の期間で前記光電変換素
    子一列分の電荷が順次出力される固体撮像装置であっ
    て、 前記出力回路への電源供給をオン/オフするスイッチン
    グ部と、 前記スイッチング部に制御信号を供給して前記スイッチ
    ング部を制御し、前記ブランキング期間、または同ブラ
    ンキング期間にほぼ一致する期間において前記出力回路
    への電源供給をオフさせるスイッチング制御部とを備え
    たことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 マトリクス状に配列された多数の光電変
    換素子と、前記光電変換素子の列ごとに設けられ各列の
    前記光電変換素子が受光して生成した電荷を垂直同期信
    号に同期して同時に取り込み、取り込んだ電荷を垂直転
    送クロックに同期して順次転送する複数の垂直転送レジ
    スターと、前記複数の垂直転送レジスターにより転送さ
    れた電荷を水平同期信号に同期して同時に取り込み、取
    り込んだ電荷を水平転送クロックに同期して順次転送す
    る水平転送レジスターと、前記水平転送レジスターによ
    り転送された電荷から生成した映像信号を低インピーダ
    ンスで外部に出力する出力回路とを含み、前記垂直転送
    レジスターからは、垂直同期信号の各周期における垂直
    ブランキング期間外の期間で全光電変換素子の電荷が順
    次出力され、前記水平転送レジスターからは、水平同期
    信号の各周期における水平ブランキング期間外の期間
    で、各垂直転送レジスターから前記水平転送レジスター
    に一度に取り込まれた電荷が順次出力される固体撮像装
    置であって、 前記出力回路への電源供給をオン/オフするスイッチン
    グ部と、 前記スイッチング部に制御信号を供給して前記スイッチ
    ング部を制御し、前記垂直ブランキング期間および前記
    水平ブランキング期間、またはこれらのブランキング期
    間にほぼ一致する期間において前記出力回路への電源供
    給をオフさせるスイッチング制御部とを備えたことを特
    徴とする固体撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記スイッチング制御部は、前記ブラン
    キング期間の開始時点よりやや後に電源供給をオフする
    前記制御信号を前記出力回路へ供給し、前記ブランキン
    グ期間の終了時点にやや先だって電源供給をオンする前
    記制御信号を前記出力回路へ供給することを特徴とする
    請求項1または2記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記スイッチング部は電界効果トランジ
    スターにより構成され、前記電界効果トランジスターの
    チャネルは、前記出力回路の電源線に直列に挿入され、
    前記スイッチング制御部は前記制御信号を前記電界効果
    トランジスターのゲートに供給することを特徴とする請
    求項1または2記載の固体撮像装置。
  5. 【請求項5】 前記出力回路は多段ソースフォロワー回
    路により構成されていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の固体撮像装置。
  6. 【請求項6】 インターライントランスファー方式、フ
    レームトランスファー方式、またはフレームインターラ
    イントランスファー方式の固体撮像装置であることを特
    徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
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