JPS5871771A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a reproduced picture having a high contrast, by subtracting the register output of a non-output period from the register output of an output period of a charge transfer register to obtain picture signals and therefore offsetting the dark current level voltage. CONSTITUTION:A reset transistor (TR) f2 of an output circuit 62 is turned on in a false transfer period, and a charge storing region 52 is set at constant voltage VDD. Then an output gate electrode is turned on to lead the charge produced by the dark current which is transferred by charge transfer registers 2 and 3 into the region 52. Thus the voltage V0 of the dark current level is obtained at a load resistance R2 of a TR e2. This voltage is turned into the output voltage Vout2 of the circuit 62 and transferred in an optical charge transfer period. By this period, the optical charge produced at each photoelectric converting element (a) is transferred through the registers 2 and 3. Then the optical charge is led into a charge storing region 51 and added with the voltage corresponding to the level V0 and the photoelectric quantity through an output circuit 61. Thus the output voltage Vout1 is obtained. The voltage Vout2 is subtracted from the voltage Vout1 through a differential amplifier 7. Thus a picture signal Vout3 which receives no effect of the level V0 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は画像を撮像する事のできる半導体構成の固体撮
像装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device having a semiconductor structure and capable of capturing images.

この種装置としては、第１図に示す如く、複数の光電変
換素子（ａ）・・・を−列に配列した光電変換素子列（
１）の両辺に沿って第１、及び第２の電荷転送レジスタ
（２）、＋３）が並列配置され、光電変換素子列（１）
の各光電変換素子（ａ）（ａ）・・・に生じる光電荷を
上記両電荷転送レジスタ（２）、（３）に依って振り分
は転送するデュアルチャンネル方式のものが一般的であ
る。斯る従来の固体撮像装置は、その両電荷転送レジス
タ（２）、（３）の終端部がゲートパルスｄａが印加さ
れる出力ゲート電極（４）を介してモ９の蓄積頷。As shown in FIG. 1, this type of device includes a photoelectric conversion element array (
The first and second charge transfer registers (2), +3) are arranged in parallel along both sides of the photoelectric conversion element array (1).
A dual channel system is generally used in which the photoelectric charges generated in each of the photoelectric conversion elements (a), (a), . . . are distributed and transferred by the charge transfer registers (2), (3). In such a conventional solid-state imaging device, the terminal ends of both charge transfer registers (2) and (3) are charged with a charge transfer signal via an output gate electrode (4) to which a gate pulse da is applied.

［（５１に連なってセリ、出力ゲート電極（４）がＯＮ
期間中、即ち光電荷出力期間中に於いてこの領域（５）
に両電荷転送レジスタ（２）、（３）から交互に転送さ
れて来る光電荷が順次蓄積される。（６）は該蓄積−域
（５）に転送されてくる光電荷量に応じた出力電圧Ｖｏ
ｕｔを得る為の出力回路である。この出力回路に於−い
て（ｅ）は上記蓄積領域（４）にそのゲートが接続さ　
　　。[(Sequential to 51, output gate electrode (4) is ON
During the period, that is, during the photocharge output period, this area (5)
The photocharges alternately transferred from both charge transfer registers (2) and (3) are sequentially accumulated. (6) is the output voltage Vo according to the amount of photocharge transferred to the storage area (5).
This is an output circuit for obtaining ut. In this output circuit, (e) has its gate connected to the storage region (4).
.

れたＭｏ　８　ＩＰＫＴからなる出力トランジスタであ
り、そのソースは定電圧源ＶＤＨに連なり、そのドレイ
ンは負荷抵抗Ｒに接続され、この負荷抵抗Ｒ間の電位が
出力電圧ＶＯｕｔとなる。（うは上記蓄積領域（４）Ｋ
そのドレインが接続されたＭＯ８Ｆ］Ｉ！Ｔからなるリ
セットトランジスタであり、そのソースは定電圧源ＶＤ
Ｄに連なり、そのゲートにはリセットパルスＩＩＩＲが
印加される。The source is connected to a constant voltage source VDH, the drain is connected to a load resistor R, and the potential across the load resistor R becomes the output voltage VOut. (Uha, the above accumulation area (4) K
MO8F whose drain is connected]I! It is a reset transistor consisting of T, and its source is a constant voltage source VD.
D, and a reset pulse IIIR is applied to its gate.

第２図に上述の如き従来装置に用いるゲートパルスクＧ
、リセットノ）′ｅルスｆ６Ｒ，出力電圧Ｖｏｕｔ、を
示す。尚、これ等の波形は、１０個の光電変換素子（ａ
）・・・を有する光電変換素子列（１）と各５ビツト構
成の第１及び第２の電荷転送レジスタ（２）、（３）と
を用いた場合を示している。同図に於いて、（ロ）は光
電荷出力期間であり、この期間中に、１０個の光電変換
素子（ａ）・・・Ｋ依って得られた一次元の光電荷列が
電荷転送レジスタ（２）、（３）Ｋ依って振り分は転送
され、ｄａに示す如く、ＯＮ状態の出力ゲート電極（４
）を介して、蓄積領域（５）に導入される。そして、こ
の蓄積領域（５）に１ビット単位の光電荷が導入される
毎に１ｇ５ｘに示す如く、ＯＮ状態となるリセットパル
スｆ６Ｒが印加されるリセットトランジスタ（ｆ）Ｋ依
って、蓄積領域（５）を定電圧ＶＤＤＫｉ＆７セツトし
、出力トランジスタ（・）に依って、１ビット単位の光
電荷量に応じた出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。一方、（
１）は空転送期間であり、この期間（１）は、第１及び
第２の電荷シフトレジスタ（２）、ｆ３）が光電荷を転
送していない期間であり、即ち、光電変換素子列（１）
に光が入射される前の初期状態にある期間、及び、各光
電変換素子（ａ）・・・Ｋ充分な光電荷が発生する迄の
時間を得る為に光電変換素子（ｅＬ）・・・か尤両電荷
転送レジスタ（２）、（３）との結合を中断している期
間、である。Figure 2 shows a gate pulse shield G used in the conventional device as described above.
, reset pulse f6R, and output voltage Vout. Note that these waveforms are generated by 10 photoelectric conversion elements (a
), and first and second charge transfer registers (2) and (3) each having a 5-bit configuration are used. In the same figure, (b) is the photocharge output period, and during this period, the one-dimensional photocharge train obtained by the 10 photoelectric conversion elements (a)...K is transferred to the charge transfer register. (2), (3) The allocated amount is transferred depending on K, and as shown in da, the output gate electrode (4) in the ON state is transferred.
) into the storage area (5). Then, each time a 1-bit photocharge is introduced into the accumulation region (5), the reset transistor (f)K to which the reset pulse f6R that turns ON is applied, as shown in 1g5x, ) is set to a constant voltage VDDKi&7, and an output voltage Vout corresponding to the amount of photocharge in units of 1 bit is obtained by the output transistor (.). on the other hand,(
1) is an idle transfer period, and this period (1) is a period in which the first and second charge shift registers (2), f3) are not transferring photocharges, that is, the photoelectric conversion element array ( 1)
In order to obtain the period in which the photoelectric conversion elements (a) are in the initial state before light is incident on them, and the time until sufficient photoelectric charge is generated in each photoelectric conversion element (a), the photoelectric conversion elements (eL)... This is the period during which the coupling with both charge transfer registers (2) and (3) is interrupted.

ここで、第２図の出力電圧Ｖｏｕｔに注目してみると、
光電荷量に対応する出力電圧値の基準電圧は、リセット
トランジスタ（幻のソースに印加されている定電圧ＶＤ
Ｄではなく、これより低い値ｖＯとなっている。これは
、光電変換素子（ＩＬ）・・・ｋ生じる光電荷に無関係
に、駆動されている電荷転送レジスタ（２）、（３）自
体に生じる暗電流に起因する電荷が出力回路（６）に導
入される為であり、しかもこの暗電流に依る電圧レベル
■ｏは、破線で示す如く、斯る装置の温度及び電荷転送
レジスタ伐）、（３）での電荷転送速度によってもかな
り変動するものである。従って、上述の如くして得られ
る出力電圧Ｖｏｕｔをそのまま面像信号として用いてい
たのでは、正確な明度の判定ができなくなり、再生画像
のコントランスストを劣化せしめる原因となっていた。Now, if we pay attention to the output voltage Vout in Fig. 2,
The reference voltage of the output voltage value corresponding to the amount of photocharge is the reset transistor (constant voltage VD applied to the phantom source).
It is not D, but a lower value vO. This is because the dark current generated in the driven charge transfer registers (2) and (3) itself is transferred to the output circuit (6), regardless of the photoelectric charge generated by the photoelectric conversion element (IL). In addition, the voltage level caused by this dark current varies considerably depending on the temperature of the device and the charge transfer speed in (3) (3), as shown by the broken line. It is. Therefore, if the output voltage Vout obtained as described above is used as a surface image signal as it is, it becomes impossible to accurately determine the brightness, which causes the contrast of the reproduced image to deteriorate.

本発明は斯る欠点を解消する目的で為されたものであり
、暗電流による電圧レベルを相殺した画像信号を得る固
体撮像装置を提供するものである。The present invention has been made to eliminate such drawbacks, and provides a solid-state imaging device that obtains an image signal in which the voltage level due to dark current is canceled out.

第３図に本発明の固体撮像装置の一実施例を示す。同図
に於いて、（１）、伐）、（３）は夫々第１図の従来例
と同様に光電変換素子列、第１の電荷転送レジスタ、第
２の電荷転送レジスタ、を示している。FIG. 3 shows an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. In the figure, (1), (3) respectively indicate a photoelectric conversion element array, a first charge transfer register, and a second charge transfer register, similar to the conventional example shown in FIG. .

（９）、（転）は夫々第１及び第２の出力ゲート電極で
あり、共に上記第１及び第２の電荷転送レジスタの結合
された終端部位置に設けられている。（ロ）、（至）は
夫々第１及び第２の電荷蓄積領域であり、この第１の領
Ｈ，（財）は上記第１の出力ゲート電極１υ位置に連な
って設けられ、第２の領域＠は上記第２の出力ゲート電
極圏位置に連なって設けられている。(9) and (9) are first and second output gate electrodes, respectively, and both are provided at the combined end positions of the first and second charge transfer registers. (B) and (To) are the first and second charge storage regions, respectively, and this first region H, (T) is provided in series with the first output gate electrode 1υ position, and the second The region @ is provided in succession to the second output gate electrode area position.

（２）、輸は該第１及び第２の蓄積領域（５１１，（至
）に夫々接続された第１及び第２の出力回路であり、こ
れ等各出力回路は、出力トランジスタ（・１）又は（８
２）とリセットトランジスタ（ｆｌ）又は（ｆ２）と負
荷抵抗（Ｒ１）又は（Ｒ２）とを有し、両者共に第１図
の出力回路（６）と同様の構成となっている。（７）は
差動増′巾器であり、第１の出力回路（財）の出力電圧
Ｖｏｕｔ　１から第２の出力回路（弓の出力電圧Ｖｏｕ
ｔ２を減じて増巾した面像信号ｖｏυ、ｔ３が得られる
。(2) and port are the first and second output circuits connected to the first and second storage regions (511, (to), respectively), and each of these output circuits is connected to the output transistor (.1). Or (8
2), a reset transistor (fl) or (f2), and a load resistor (R1) or (R2), both of which have the same configuration as the output circuit (6) in FIG. (7) is a differential amplifier, which converts the output voltage Vout 1 of the first output circuit (product) to the output voltage Vout 1 of the second output circuit (output voltage Vout of the bow).
An amplified plane image signal voυ, t3 is obtained by subtracting t2.

第４図に、第・１及び第２の出力ゲート電極（社）、（
転）Ｋ印加する各ゲートパルスｊ’Ｇ　１ｓ　ｊ’Ｇ２
と、第１及ヒ第２のリセットトランジスタ（ｆｌ）、（
ｆ２）　ＩＩＣ印加する各リセットパルスｌＲｔ、ｌＲ
２と、第１及び第２の出力回路Ｌ！ＢＪ９−ノ各出力電
正出力電圧　１、Ｖ。ｕｔ２と、差動増巾器（７）から
得られる画像信号Ｖｏｕｔ　３と、を夫々示す。FIG. 4 shows the first and second output gate electrodes (
) Each gate pulse to apply K j'G 1s j'G2
and the first and second reset transistors (fl), (
f2) Reset pulses lRt, lR applied to IIC
2, and the first and second output circuits L! BJ9-Each output voltage: 1, V. ut2 and an image signal Vout3 obtained from the differential amplifier (7).

斯る本発明の固体撮像装置は、第４図に示す空転送期間
（１）に於いて、予じめ第２の出力回路（至）のリセッ
トトランジスタ（ｆ２）を１２１Ｒ２に示す如（ＯＮし
て第２の電荷蓄積領域−を定電圧’ＶＤＤにリセットし
た後、第２の出力ゲート電極（転）をｌＧｔに示す如く
ＯＮして、第１及びｊＩ２の電荷軛送レジスタ（２）、
（３）に依って転送される暗電流沈漬る電荷をこの第２
の電荷蓄積領域（至）に導入する。これに依って、第２
の出力トランジスタ（ｅ２）のドレインとアース間に設
けられた負荷抵抗Ｒ２間に、暗電流レベルの電圧ｖｏが
得られ、これが第２の出力回路−の出力電圧ｖｏｕｔ　
２となる。そして、この出力電圧Ｖｏｕｔ　２は、ｖＯ
値を保持した状態で光電荷転送期間（ロ）Ｋ移る。この
光電荷転送期間（ｈ）では、まず、第１の出力ゲート電
極がｌＲ１に示す如（ＯＮとなり、各光電変換素子（ａ
）・・・で生じた光電荷が第１及び第２のシフトレジス
タ（２）、（３）を転送され、順次第１の電荷蓄積領域
に導入される。そして、これらの光電荷が第１図の従来
装置の出力回路（６）と同様の動作をなすリセットトラ
ンジスタ（ｆｌ）と出力トランジスタ（ｅｌ）と負荷抵
抗（？１）とからなる出力回路（６υに依って、暗電流
レベルｖＯと光電荷量に応じた電圧とが加え合わされた
出力電圧Ｖｏｕｔ　１が得られる。そして、差動増巾器
（７）に於いて、斯る第１の出力回路−の出力電圧’Ｖ
ｏｕｔ　１から、上述の第２の出力回路（（支）の出力
電圧”Ｏｕｔ　２を減じる事に依り、暗電流レベルｖｏ
の影響を除去した出力電圧、即ち、照射光量に応じて発
生する光電荷量にのみ依存する電圧を示す画像信号”０
ｕｔ３が得られる。The solid-state imaging device of the present invention turns on the reset transistor (f2) of the second output circuit (to) in advance as shown in 121R2 during the idle transfer period (1) shown in FIG. After resetting the second charge storage region to a constant voltage 'VDD, the second output gate electrode (transfer) is turned on as shown at lGt, and the first and jI2 charge transfer registers (2),
(3) The dark current sinking charge transferred by this second
into the charge accumulation region (to). Based on this, the second
A dark current level voltage vo is obtained between the load resistor R2 provided between the drain of the output transistor (e2) and the ground, and this is the output voltage vout of the second output circuit.
It becomes 2. And this output voltage Vout 2 is vO
The photocharge transfer period (b) K moves while the value is held. During this photocharge transfer period (h), first, the first output gate electrode is turned ON as shown by lR1, and each photoelectric conversion element (a
)... are transferred to the first and second shift registers (2) and (3), and are sequentially introduced into the first charge storage region. These photocharges then generate an output circuit (6υ) consisting of a reset transistor (fl), an output transistor (el), and a load resistor (?1) that operates similarly to the output circuit (6) of the conventional device shown in FIG. As a result, an output voltage Vout 1 is obtained, which is the sum of the dark current level vO and a voltage corresponding to the amount of photocharge.Then, in the differential amplifier (7), the first output circuit − output voltage 'V
By subtracting the output voltage "Out 2" of the second output circuit ((sub)) from out 1, the dark current level vo
An image signal "0" that indicates an output voltage from which the influence of
ut3 is obtained.

本発明の固体撮像装置は、以上の説明から明らかな如く
、光電荷を転送する為の電荷転送レジスタの光電荷転送
期間中処於いてこのレジスタからの出力電圧を得る第１
の出力回路と、光電荷非出力期間中に於いてこのレジス
タからの出力電圧を得る第２の出力回路と、を個別に備
え、第１の出力回路の出力電圧から第２の出力回路の出
力電圧を減じた画像信号を得る構成であるので、この画
像信号は光電荷に無関係にこの電荷転送レジスタ自体で
生じる暗電流に起因した暗電流レベルの電圧が相殺され
たものとなる。As is clear from the above description, in the solid-state imaging device of the present invention, the first charge transfer register for transferring photocharges obtains the output voltage from the register during the photocharge transfer period.
and a second output circuit that obtains the output voltage from this register during the photocharge non-output period, and the output of the second output circuit is changed from the output voltage of the first output circuit. Since the configuration is such that an image signal with a reduced voltage is obtained, this image signal is obtained by canceling out the voltage at the dark current level caused by the dark current generated in the charge transfer register itself, regardless of the photocharge.

従って、温度とかの環境条件等に依存して変動する暗電
流レベルに依存しない画像信号を得る事ができ、この画
像信号を用いれば、全ゆる環境条件下に於ても正確な明
度の判定が可能となり、コントラストの良好な再生画像
が得られる。Therefore, it is possible to obtain an image signal that does not depend on the dark current level, which varies depending on environmental conditions such as temperature, etc., and by using this image signal, accurate brightness judgment can be made under all environmental conditions. This makes it possible to obtain a reproduced image with good contrast.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の固体撮像装置の模式回路図、第２図は従
来装置に用いられるパルスタイミング図並びに出力電圧
波形図、第３図は本発明に用いら（１）・・・光電変換
素子列、＋２１　（３１・・・電荷転送レジスタ、［４
）（４１）　＋４２・・・出力ゲート電極、（５）６υ
＠・・・電荷蓄積領域、ｆ６）　＋６１１１ｅ：２ｊ・
・・出力回路、（７）・・・差動増巾器。 第１図 第２図Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a conventional solid-state imaging device, Fig. 2 is a pulse timing diagram and output voltage waveform diagram used in the conventional device, and Fig. 3 is a photoelectric conversion element used in the present invention. column, +21 (31...charge transfer register, [4
)(41) +42...output gate electrode, (5)6υ
@...Charge accumulation region, f6) +6111e:2j・
...Output circuit, (7)...Differential amplifier. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 複数の光電変換素子が配列された光電変換素子列と、該
光電変換素子列の各光電変換素子に依って生じる光電荷
を転送する為の電荷転送レジスタ゛と、該電荷転送レジ
スタの終端部釦設けられ、光電荷出力期間中に該レジス
タからの出力電圧を得る第１の出力回路と、該第１の出
力回路と共に上記電荷転送レジスタの終端部に設けられ
、光電荷非出力期間中に該レジスタからの出力電圧を得
る第２の出力回路と、からなり、上記第１の出力回路の
出力電圧から上記第２の出力回路の出力電圧を減じる事
に依って画像信号を得る事を特徴とした固体撮像装置。A photoelectric conversion element array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged, a charge transfer register for transferring photocharges generated by each photoelectric conversion element of the photoelectric conversion element array, and a termination button of the charge transfer register. a first output circuit that receives the output voltage from the register during the photocharge output period; and a first output circuit that is provided at the terminal end of the charge transfer register together with the first output circuit, and that outputs the output voltage from the register during the photocharge non-output period. a second output circuit that obtains an output voltage from the second output circuit, and is characterized in that an image signal is obtained by subtracting the output voltage of the second output circuit from the output voltage of the first output circuit. Solid-state imaging device.