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JP4438734B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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JP4438734B2 JP2005312149A JP2005312149A JP4438734B2 JP 4438734 B2 JP4438734 B2 JP 4438734B2 JP 2005312149 A JP2005312149 A JP 2005312149A JP 2005312149 A JP2005312149 A JP 2005312149A JP 4438734 B2 JP4438734 B2 JP 4438734B2
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俊文 尾崎
治彦 田中
秋元  肇
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Description

本発明は、駆動回路を内蔵したCCD型固体撮像素子に関し、高速駆動、低消費電力化、高集積化と単一電源駆動を可能とする駆動回路の回路構成、駆動回路に用いるタイミング発生手段、パルス電圧変換器、デバイス構造に関するものである。   The present invention relates to a CCD solid-state imaging device with a built-in drive circuit, a circuit configuration of a drive circuit that enables high-speed drive, low power consumption, high integration, and single power supply drive, timing generation means used in the drive circuit, The present invention relates to a pulse voltage converter and a device structure.

現在カメラ一体型ビデオテープレコーダー等に用いられる撮像デバイスとしては主としてインターライン方式CCD型固体撮像素子が用いられている。このインターライン方式CCD型撮像素子の飽和信号電荷量の増加、スメア抑圧、2行同時独立読みだし化を実現するために、本願発明者は特許文献1および特許文献2において図14に示す駆動回路を内蔵したCCD型固体撮像素子を提案した。図14で、125は2次元状に配置された光電変換を行なうホトダイオード、129はホトダイオード125の列間に設けられた信号電荷を垂直方向に転送するための埋め込み型チャネル構造を有する垂直電荷転送手段である。127はホトダイオード125の信号電荷を一水平行ずつ垂直電荷転送手段129に転送するための転送パルスを供給する行選択手段で、行選択を行なうシフトレジスタとシフトレジスタからの出力パルスから一水平走査期間に同時に読み出される2行の組の選択を行なうインターレス回路からなる。128はインターレス回路から出力される転送パルスを同一行の転送ゲート126に伝達するための転送パルス線、126は転送パルスにより開閉する転送ゲートである。また、130は垂直電荷転送のための駆動パルスを順次供給するための駆動手段で、駆動パルス列を発生するシフトレジスタとシフトレジスタから出力されるパルス列を反転するための反転回路からなるバッファ回路で構成される。131はバッファ回路から出力される駆動パルスを垂直電荷転送手段129の各電極に伝達する駆動パルス線である。さらに、132から125により水平走査手段が構成され、132、133はそれぞれスメア電荷を素子外部にはきだすためのはきだしゲートとはきだしドレイン、134-1〜134-3はそれぞれ第1の信号電荷、第2の信号電荷、スメア電荷を読み出す第1から第3の水平電荷転送素子、135-1〜135-3はそれぞれ第1から第3の水平電荷転送素子134-1〜134-3の出力回路、136-1〜136-3はそれぞれ垂直電荷転送手段129と第1の水平電荷転送素子134-1の間、第1の水平電荷転送素子134-1と第2の水平電荷転送素子134-2、第2の水平電荷転送素子134-2と第3の水平電荷転送素子128-3各水平電荷転送素子間を仕切るゲートである。なお、上記垂直電荷転送手段129の図中横実線で仕切られた1転送要素は互いに電気的に接続された2層のポリシリコン電極137、138からなり、かつ2電極下電位は電位差を持っている。行選択手段と駆動手段を構成するシフトレジスタは、特許文献3に記載の2相レシオレス ダイナミック シフトレジスタで、行選択手段を構成するインターレス回路は、特許文献4に記載の回路からなる。   Currently, an interline CCD solid-state imaging device is mainly used as an imaging device used in a camera-integrated video tape recorder or the like. In order to realize an increase in the saturation signal charge amount, smear suppression, and simultaneous reading of two lines in the interline CCD image sensor, the inventor of the present application disclosed a drive circuit shown in FIG. We proposed a CCD solid-state image sensor with a built-in. In FIG. 14, 125 is a two-dimensionally arranged photodiode for photoelectric conversion, 129 is a vertical charge transfer means having a buried channel structure for transferring a signal charge provided between columns of photodiodes 125 in the vertical direction. It is. 127 is a row selection means for supplying a transfer pulse for transferring the signal charges of the photodiode 125 to the vertical charge transfer means 129 one by one in parallel. A shift register for selecting a row and an output pulse from the shift register for one horizontal scanning period. Consists of an interlace circuit that selects a set of two rows to be read simultaneously. Reference numeral 128 denotes a transfer pulse line for transmitting a transfer pulse output from the interlace circuit to the transfer gate 126 in the same row, and 126 denotes a transfer gate that is opened and closed by the transfer pulse. Reference numeral 130 denotes a drive means for sequentially supplying drive pulses for vertical charge transfer, which is composed of a shift register for generating a drive pulse train and a buffer circuit comprising an inversion circuit for inverting the pulse train output from the shift register. Is done. Reference numeral 131 denotes a drive pulse line that transmits a drive pulse output from the buffer circuit to each electrode of the vertical charge transfer means 129. Further, the horizontal scanning means is constituted by 132 to 125, 132 and 133 are respectively a gate gate and a drain for discharging a smear charge to the outside of the device, 134-1 to 134-3 are a first signal charge and a second signal charge, respectively. The first to third horizontal charge transfer elements for reading out the signal charges and smear charges of the first to third horizontal charge transfer elements 135-1 to 135-3 are output circuits of the first to third horizontal charge transfer elements 134-1 to 134-3, respectively. -1 to 136-3 are respectively between the vertical charge transfer means 129 and the first horizontal charge transfer element 134-1; the first horizontal charge transfer element 134-1 and the second horizontal charge transfer element 134-2; This is a gate for partitioning between the horizontal charge transfer elements 134-2 and the third horizontal charge transfer element 128-3. Incidentally, one transfer element partitioned by a horizontal solid line in the figure of the vertical charge transfer means 129 is composed of two layers of polysilicon electrodes 137 and 138 electrically connected to each other, and the potential below the two electrodes has a potential difference. Yes. The shift register that constitutes the row selecting means and the driving means is a two-phase ratioless dynamic shift register described in Patent Document 3, and the interlace circuit that constitutes the row selecting means is a circuit described in Patent Document 4.

本回路の動作は、特許文献1および特許文献2に詳しく説明されているので、ここでは簡単に述べるにとどめる。まず、駆動手段127を構成するシフトレジスタに4つの走査開始パルスをシフトレジスタの2相シフトパルスの周期の整数倍の間隔で入力すると、このパルスがシフトレジスタ内をシフトし各行に出力される。この出力は駆動手段127を構成するバッファ回路で反転され、転送パルス線128を介して垂直電荷転送手段129の各電極に印加される。この結果、各垂直電荷転送手段129内に電位障壁で分離された複数の電極に渡る4種の電位の井戸が形成移動される。この4種の電位の井戸は、それぞれ、はきだされるスメア電荷、信号電荷と同時に読み出されるスメア電荷、第1の信号電荷、第2の信号電荷を転送するためのものである。第2の信号転送用の電位の井戸が行選択手段により選択された2行の内第n行目の近傍を通過するときに第n行目の転送パルス線131に転送パルスを印加し、第n行の信号電荷をホトダイオード125から第2の信号電荷転送用の電位井戸に転送する。ついで同様にして第n+1行の信号電荷を第1の信号電荷転送用の電位井戸に転送する。他の2種の空の電位井戸にはきだされるスメア電荷と信号と同時に読み出されるスメア電荷が垂直電荷転送手段内を電位井戸が移動するに従って蓄積されていく。これら4種の電荷は水平ブランキング期間にはきだしゲート132とゲート136-1〜136-3並びに水平電荷転送素子134-1〜134-3の動作により、はきだされるスミア電荷ははきだしドレイン133ヘはきだされ、スメア電荷は第3の水平電荷転送素子134-3ヘ、第n行の信号電荷は第2の水平電荷転送素子134-2ヘ、第n+1行の信号は第1の水平電荷転送素子134-1に転送される。次いで、水平走査期間には第1から第3の水平電荷転送素子134-1〜134-3内を電荷が転送され出力回路135-1〜135-3で増幅され出力される。このようにして出力された第n行の信号並びに第n+1行の信号からスメア信号を差し引くことにより、スメア信号の混入しない真の信号を得る。なお、次のフィールドでは、n-1行とn行を同時に読み出すことによりインターレス走査を行なう。このような切り替えは行選択手段を構成するインターレス回路に入力される2相インターレスパルスにより行なわれる。   Since the operation of this circuit is described in detail in Patent Document 1 and Patent Document 2, only a brief description will be given here. First, when four scanning start pulses are input to the shift register constituting the driving means 127 at an interval that is an integral multiple of the cycle of the two-phase shift pulse of the shift register, these pulses are shifted in the shift register and output to each row. This output is inverted by a buffer circuit constituting the driving means 127 and applied to each electrode of the vertical charge transfer means 129 via a transfer pulse line 128. As a result, four types of potential wells are formed and moved across the plurality of electrodes separated by the potential barrier in each vertical charge transfer means 129. These four types of potential wells are for transferring smear charges that are released, smear charges that are read simultaneously with signal charges, first signal charges, and second signal charges, respectively. A transfer pulse is applied to the transfer pulse line 131 of the n-th row when the second signal transfer potential well passes the vicinity of the n-th row of the two rows selected by the row selection means, The signal charges in n rows are transferred from the photodiode 125 to the second potential well for signal charge transfer. In the same manner, the signal charges in the (n + 1) th row are transferred to the first potential well for signal charge transfer. The smear charges emitted in the other two types of empty potential wells and the smear charges read out simultaneously with the signal are accumulated as the potential well moves in the vertical charge transfer means. These four kinds of charges are discharged in the horizontal blanking period by the operation of the discharge gate 132, the gates 136-1 to 136-3 and the horizontal charge transfer elements 134-1 to 134-3. The smear charge is transferred to the third horizontal charge transfer element 134-3, the signal charge of the nth row is transferred to the second horizontal charge transfer element 134-2, and the signal of the (n + 1) th row is transferred to the first horizontal charge transfer element 134-2. It is transferred to the charge transfer element 134-1. Next, in the horizontal scanning period, charges are transferred through the first to third horizontal charge transfer elements 134-1 to 134-3 and amplified and output by the output circuits 135-1 to 135-3. By subtracting the smear signal from the n-th row signal and the (n + 1) -th row signal output in this way, a true signal free from smear signal is obtained. In the next field, interlace scanning is performed by simultaneously reading out n-1 rows and n rows. Such switching is performed by a two-phase interlace pulse input to an interlace circuit constituting the row selection means.

一方、特許文献5公表には、通例のインターライン方式CCDの各垂直電荷転送素子毎に増幅器を設けこの出力を多重化する事により、水平CCDによる速度の制限をなくする事が示されている。また、本発明者は、上記方式において、特許文献6にて提案を行なった各増幅器毎に2容量を設け増幅器の通過帯域を下げ雑音低減を行なう回路を適用することを特許文献7に示した。   On the other hand, the publication of Patent Document 5 shows that an amplifier is provided for each vertical charge transfer element of a conventional interline CCD and that the output is multiplexed to eliminate the speed limitation by the horizontal CCD. . In addition, the present inventor has shown in Patent Document 7 that in the above method, the circuit proposed in Patent Document 6 is provided with two capacitors for each amplifier to reduce the passband of the amplifier and reduce noise. .

さらに、特許文献8には、CCD型撮像素子で信号電荷を容量帰還型増幅器で電圧に変換する事が提案されている。   Further, Patent Document 8 proposes that a signal charge is converted into a voltage by a capacitive feedback amplifier using a CCD type image pickup device.

なお、特許文献9、特許文献10には、図14の従来例と同様の駆動パルスを順次供給する駆動手段と、行選択手段の双方を備え、駆動手段がスミア電荷をはきだすため電荷転送手段の中に分離された複数個の電位の井戸を形成移動し、行選択手段が複数の電位井戸の内信号電荷を転送するための1電極からなる電位の井戸に信号電荷を転送し、かつ、転送ゲート126が垂直電荷転送手段129の電極と共用され、駆動パルス線128と転送パルス線131が共通になった従来例が示されている。また、特許文献11、特許文献12には垂直電荷転送を通例の電荷転送素子と同様の多相の外部パルスで行なう点で相違はあるものの、図14の従来例と同様の行選択手段を備え、複数個の電荷を転送するために電荷転送手段の中に複数電極に渡る分離された複数個の電位の井戸を形成移動し、行選択手段は複数の電位井戸の内信号電荷を転送するための電位の井戸に信号電荷を転送し、かつ、転送ゲート126が垂直電荷転送手段129の電極と共用され駆動パルス線128と転送パルス線131が共通になった従来例が示されている。さらに、特許文献13には、複数個の電荷を転送するという点ではことなるものの、他の点では以上の従来例と同様の特徴を有し、かつ、ホトダイオード125から垂直電荷転送手段129への転送を複数回行なった従来例が示されている。   Note that Patent Document 9 and Patent Document 10 include both a drive means for sequentially supplying drive pulses similar to the conventional example of FIG. 14 and a row selection means, and the drive means starts out smear charges, so that the charge transfer means. A plurality of potential wells separated and moved therein, and the row selection means transfers and transfers the signal charge to the potential well consisting of one electrode for transferring the signal charge in the plurality of potential wells. A conventional example is shown in which the gate 126 is shared with the electrode of the vertical charge transfer means 129, and the drive pulse line 128 and the transfer pulse line 131 are shared. Further, although Patent Documents 11 and 12 are different in that vertical charge transfer is performed by external pulses having the same multiphase as that of a typical charge transfer element, the same row selection means as in the conventional example of FIG. 14 is provided. In order to transfer a plurality of charges, a plurality of separated potential wells across a plurality of electrodes are formed and moved in the charge transfer means, and the row selection means transfers the signal charges in the plurality of potential wells. A conventional example is shown in which a signal charge is transferred to a well of a predetermined potential, the transfer gate 126 is shared with the electrode of the vertical charge transfer means 129, and the drive pulse line 128 and the transfer pulse line 131 are shared. Further, Patent Document 13 is different in that a plurality of charges are transferred, but has the same characteristics as those of the conventional example described above in other respects, and the photodiode 125 to the vertical charge transfer means 129. A conventional example in which the transfer is performed a plurality of times is shown.

また、特許文献14、特許文献15には、シフトレジスタの一つの出力により開く複数個のスイッチを設けて、シフトレジスタのシフト周期以上の幅を持つパルスを得るパルス幅伸長器が示されている。   Patent Documents 14 and 15 each show a pulse width expander that provides a plurality of switches that are opened by one output of a shift register to obtain a pulse having a width equal to or greater than the shift period of the shift register. .

なお、特許文献16には、電荷転送素子を駆動するための駆動パルス発生回路を内蔵した固体撮像素子において、駆動パルス発生回路のゲート酸化膜厚を電荷転送素子のゲート酸化膜厚より薄くした従来例が示されている。   In Patent Document 16, in a solid-state imaging device having a built-in drive pulse generation circuit for driving a charge transfer element, the gate oxide film thickness of the drive pulse generation circuit is made thinner than the gate oxide film thickness of the charge transfer element. An example is shown.

さらに、特許文献17には、図14に示した従来例と同様の駆動手段と行選択手段を備えた素子において、駆動手段127と行選択手段130と出力回路135-1から135-2を他の部分より高濃度のウエル内に形成した従来例が示されている。また、特許文献18には、駆動手段127のウエルを他の部分のウエルと分離し、他の部分より低いバイアス電圧を与える事が示されている。   Further, in Patent Document 17, other elements such as the driving means 127, the row selecting means 130, and the output circuits 135-1 to 135-2 are provided in the element having the driving means and the row selecting means similar to the conventional example shown in FIG. A conventional example formed in a well having a higher concentration than that of the portion is shown. Patent Document 18 discloses that the well of the driving means 127 is separated from the wells of other parts, and a lower bias voltage is applied than the other parts.

さらにまた、特許文献19は、感知ノードを非感知ノードで挟む事により、外部ノイズ源又は基板半導体から隔離された遮蔽プレートを提供する。   Furthermore, Patent Document 19 provides a shielding plate isolated from an external noise source or a substrate semiconductor by sandwiching a sensing node between non-sensing nodes.

一方、本発明者は、特許文献20にて、CCD型撮像素子でタイミング発生器からの単一電源値を持つパルスをトリガと2電源を供給することにより所定の電圧レベルのパルスを発生させるバッファ回路と所定の直流電圧を発生させる昇圧もしくは降圧回路を内蔵して、ドライバチップをなくしとDC−DC変換器の数を減らす事により、CCD型撮像素子の使い勝手を向上させ、撮像装置の低消費電力化を図る事を提案した。   On the other hand, the present inventor disclosed in Patent Document 20 a buffer that generates a pulse of a predetermined voltage level by supplying a trigger and two power sources with a pulse having a single power source value from a timing generator in a CCD type imaging device. Built-in booster or step-down circuit that generates a circuit and a specified DC voltage eliminates the driver chip and reduces the number of DC-DC converters, improving the usability of the CCD image sensor and reducing the consumption of the imaging device Proposed to use electric power.

また、特許文献21、特許文献22には、ブランキング期間に相当するシフトレジスタを設けリングカウンターを構成し、ブランンキング期間のシフトレジスタ出力から各種信号を得る事が記載されている。   Patent Documents 21 and 22 describe that a shift register corresponding to the blanking period is provided to form a ring counter, and various signals are obtained from the shift register output during the blanking period.

さらに、図14の従来例では、スメア電荷を素子外部にはきだすためのはきだしゲート132とはきだしドレイン133があるため、水平走査手段の高集積化が図れないという課題がある。また、垂直電荷転送手段129の不要電荷のはきだしと信号読み出しの分岐点となるXの部分で、電荷転送チャネル内の電位の山谷が生じ転送効率不良が発生するという課題がある。一方、特許文献5、特許文献7は、通例のインターライン方式CCDの水平走査手段の高速低消費電力化を意図したものであり、図14の従来例の持つ上記2つの課題については何等考慮されていない。従って、本発明の第2の目的は、はきだしゲート132とはきだしドレイン133をなくし、高集積で転送効率不良が起こらない水平走査手段を実現する事にある。   Further, the conventional example of FIG. 14 has a problem in that the horizontal scanning means cannot be highly integrated because there are the discharge gate 132 and the discharge drain 133 for extracting smear charges to the outside of the device. In addition, there is a problem that a potential peak in the charge transfer channel is generated at the portion X of the vertical charge transfer means 129 where an unnecessary charge starts and a signal is read and a transfer efficiency is poor. On the other hand, Patent Documents 5 and 7 are intended for high-speed and low-power consumption of a conventional interline CCD horizontal scanning means, and the above two problems of the conventional example of FIG. Not. Therefore, the second object of the present invention is to realize a horizontal scanning means that eliminates the gate gate 132 and the gate drain 133, and is highly integrated and does not cause poor transfer efficiency.

さて、通例のインターライン方式CCD型撮像素子では、2次元状に配置されたホトダイオード125と垂直電荷転送手段129をn型基板上のpウエル内に形成し、pウエルの電位を接地電位とし垂直電荷転送手段の各電極に印加される駆動パルスの低レベルを負値とすることにより、低レベル電圧印加時にpウエルと逆導電型の不純物層からなる埋め込チャネルの表面に反転層(pウエルの不純物層と同導電型)を誘起し、垂直電荷転送手段129で発生する暗電流を抑圧する技術は周知である。この方法を図14の従来例で実施するには、タイミング発生チップで発生した正の単一電源値を持つ駆動信号から低レベルを負値とする駆動手段127を構成するシフトレジスタを駆動するための2相シフトパルスおよび走査開始パルスの3つのパルスを発生するドライバを素子外もしくは素子内に設け、シフトレジスタ内の比較的大きなパルス線を駆動する必要がある。なかでも、シフトレジスタを駆動する2相シフトパルスは高速のパルスであるためドライバにおいて消費される電力が大きく、撮像装置の低消費電力化を阻む要因になっていた。従って、本発明の第3の目的は、シフトレジスタ内の比較的大きなパルス線を駆動する2相シフパルスを発生するドライバをなくし、撮像装置の低消費電力化を図る事にある。   In a conventional interline CCD image sensor, a photodiode 125 and a vertical charge transfer means 129 arranged two-dimensionally are formed in a p-well on an n-type substrate, and the potential of the p-well is set as a ground potential. By setting the low level of the drive pulse applied to each electrode of the charge transfer means to a negative value, an inversion layer (p well) is formed on the surface of the buried channel made of an impurity layer having a conductivity type opposite to that of the p well when a low level voltage is applied. A technique for inducing a dark current generated in the vertical charge transfer means 129 is known. In order to implement this method in the conventional example of FIG. 14, in order to drive the shift register constituting the driving means 127 that makes the low level a negative value from the driving signal having a positive single power supply value generated in the timing generation chip. It is necessary to provide a driver for generating three pulses of the two-phase shift pulse and the scan start pulse outside or inside the element and drive a relatively large pulse line in the shift register. In particular, since the two-phase shift pulse for driving the shift register is a high-speed pulse, a large amount of power is consumed in the driver, which has been a factor that hinders the reduction in power consumption of the imaging apparatus. Accordingly, a third object of the present invention is to eliminate a driver that generates a two-phase shift pulse that drives a relatively large pulse line in a shift register, and to reduce the power consumption of the imaging apparatus.

一方、図14に示す従来例では、通例のインターライン方式CCD型撮像素子と同様に、ホトダイオード125に蓄積される信号電荷量を大きくし、かつ、残像現象の発生を防止するために、転送ゲート126には15V程度の高い電圧振幅を持つ転送パルスが印加される。このために、図14の従来例では、タイミング発生器で発生された正の単一電源値を持つ駆動信号から転送パルスと同じ高い電圧振幅を持つ行選択手段127を構成するシフトレジスタを駆動するための2相シフトパルスと走査開始パルス、インターレス回路を駆動するための2相インターレスパルス
と2個の転送パルス線に供給される転送パルスを発生するドライバを素子外部あるいは素子内部に設け、行選択手段127を駆動していた。しかし、このような大きな電圧振幅を持つ回路を微細なトランジスタで構成する事は困難であるためにシフトレジスタとインターレス回路で構成される行選択手段127を高集積化できなかった。さらに、素子内部あるいは素子外部にもうけられたドライバは大面積を持つものとならざるを得ず装置の小型化を阻んでいた。従って、本発明の第4の目的は、行選択手段内の大きな電圧振幅を持つ部分をわずかにして行選択手段127の高集積化を図るとともに、転送パルスを除く5つのパルスを発生する高い電圧振幅を持つドライバをなくし装置の小型化を図る事にある。
On the other hand, in the conventional example shown in FIG. 14, in the same way as a conventional interline CCD image sensor, a transfer gate is used to increase the amount of signal charge accumulated in the photodiode 125 and to prevent the afterimage phenomenon. A transfer pulse having a high voltage amplitude of about 15V is applied to 126. For this reason, in the conventional example of FIG. 14, the shift register constituting the row selection means 127 having the same high voltage amplitude as the transfer pulse is driven from the drive signal having the positive single power supply value generated by the timing generator. A driver for generating a two-phase shift pulse and a scan start pulse for driving, a two-phase interlace pulse for driving an interlace circuit and a transfer pulse supplied to two transfer pulse lines is provided outside the element or inside the element, The row selection means 127 was driven. However, since it is difficult to construct a circuit having such a large voltage amplitude with a fine transistor, the row selection means 127 composed of a shift register and an interlace circuit cannot be highly integrated. Furthermore, the driver provided inside or outside the element has to have a large area, which prevents the miniaturization of the device. Accordingly, the fourth object of the present invention is to increase the integration of the row selection means 127 by reducing the portion having a large voltage amplitude in the row selection means, and to generate a high voltage that generates five pulses excluding the transfer pulse. The purpose is to reduce the size of the device by eliminating the driver having the amplitude.

特開昭61-184975号公報JP-A-61-184975

特開昭62-126383号公報JP 62-126383 A 特公昭62-045638号公報Japanese Patent Publication No.62-045638 特公昭61-061586号公報Japanese Patent Publication No. 61-061586 公表特許公報昭60-500396号Published Patent Publication No. 60-500396 特開昭62-185471号公報JP 62-185471 A 特開平6-97414号公報特許Japanese Patent No. 6-97414 特開昭57-72375号公報(特公平2-52424号公報)JP-A-57-72375 (JP-B-2-52424) 特開昭57-78167号公報(特公昭61-17152号公報)JP 57-78167 (JP-B 61-17152) 特開昭60-98774号公報JP-A-60-98774 特開昭63-62480号公報(特公平4-46504号公報)Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-62480 (Japanese Patent Publication No. 4-46504) 特開昭64-54879号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-54879 特開昭62-38677号公報(特公平3-74997号公報)JP 62-38677 (Japanese Patent Publication No. 3-74997) 特開昭61-157188号公報JP-A-61-157188 特開昭61-214871号公報JP 61-214871 特開平1-103861号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-103861 特開昭61-234670号公報JP-A-61-234670 特開昭61-145974号公報JP-A-61-145974 特開平5-283614号公報JP-A-5-283614 特開平5-103272号公報JP-A-5-103272 特開昭52-149022号公報JP 52-149022 A 特公平5-24711号公報Japanese Patent Publication No. 5-24711

図14の従来例においては、高い飽和信号電荷量を実現しつつ、スメアの掃きだし、スメアの差動、2行同時独立読みだしを行なうために、電荷転送手段129の中に分離された複数個の電位の井戸を形成移動し、複数の電位井戸の内信号電荷を転送するための電位の井戸が選択行の近傍を通過する時に転送パルスを印加し垂直電荷転送手段に信号電荷を転送している。このため、転送パルスと垂直電荷転送手段129の駆動パルスの印加タイミングを時間的に明確に分離できず、通例のインターライン方式CCD型撮像素子で行なわれている様に、転送ゲート126と垂直電荷転送手段129の電極、および、駆動パルス線128と転送パルス線131を共通にし、3値パルスを共通線に与える事により画素部の高集積化を図る事が困難であるという課題があった。この課題を解決する従来例としては特許文献9、特許文献10があげられる。しかし、特許文献9に記載されたシフトレジスタ出力をゲートに入力するMOSトランジスタと抵抗により多値パルスを発生させる方法では、MOSトランジスタがオン時に貫通電流が流れるという課題がある。しかも、各MOSトランジスタは容量の大きな転送パルスと共通化された駆動パルス線を高速にダイレクトに駆動するため、上記貫通電流を小さくする事ができない。この結果、消費電力が大きくなるという課題を有する。一方、特許文献10に記載された駆動手段と駆動パルス線間に直列に同時に動作する第1のスイッチと、電源と駆動パルス線間に行選択手段の出力により制御される第2のスイッチを設け、第1のスイッチをオフし、第2のスイッチをオンする事により転送パルスを駆動パルス線に供給し、他の期間においては第1のスイッチをオン、第2のスイッチをオフし、駆動パルスを駆動パルス線に印加する方法によれば、貫通電流が流れる事はない。しかし、第1のスイッチがオンオフする前後で駆動パルスの電圧値が変化し電荷の取り残しが発生しない様にするために、転送パルスの印加時間は駆動パルスのシフト周期以下とする必要がある。なお、特許文献11、特許文献12でも同様の転送パルスの印加方法がなされている。この結果、転送パルスが充分に立ち上がらず、残像が発生するという課題が生じる。従って、本発明の第5の目的は、図14の従来例において、消費電力の増加もなく、印加される転送パルスを駆動パルスのシフト周期以上にする事により残像の発生もなく、転送ゲート126と垂直電荷転送手段129の電極、および、駆動パルス線128と転送パルス線131を共通にする事により画素部の高集積化を図る事にある。   In the conventional example of FIG. 14, in order to perform smear sweeping, smear differential, and two-line simultaneous independent reading while realizing a high saturation signal charge amount, a plurality of separated charge transfer means 129 are provided. The potential well for transferring the signal charge in the plurality of potential wells passes the vicinity of the selected row and applies a transfer pulse to transfer the signal charge to the vertical charge transfer means. Yes. For this reason, the application timing of the transfer pulse and the drive pulse of the vertical charge transfer means 129 cannot be clearly separated in terms of time, and the transfer gate 126 and the vertical charge as in the usual interline CCD type image pickup device are used. There is a problem that it is difficult to achieve high integration of the pixel portion by sharing the electrode of the transfer unit 129, the drive pulse line 128, and the transfer pulse line 131, and applying a ternary pulse to the common line. As conventional examples for solving this problem, there are Patent Document 9 and Patent Document 10. However, the method of generating a multi-valued pulse by using a MOS transistor for inputting the shift register output to the gate and the resistor described in Patent Document 9 has a problem that a through current flows when the MOS transistor is turned on. Moreover, since each MOS transistor directly drives a drive pulse line shared with a transfer pulse having a large capacity at high speed, the through current cannot be reduced. As a result, there is a problem that power consumption increases. On the other hand, the first switch that operates simultaneously in series between the driving means and the driving pulse line described in Patent Document 10 and the second switch controlled by the output of the row selecting means are provided between the power source and the driving pulse line. When the first switch is turned off and the second switch is turned on, the transfer pulse is supplied to the drive pulse line. In other periods, the first switch is turned on, the second switch is turned off, and the drive pulse is supplied. According to the method of applying to the drive pulse line, no through current flows. However, the transfer pulse application time needs to be less than or equal to the shift period of the drive pulse so that the voltage value of the drive pulse changes before and after the first switch is turned on and off and no charge is left behind. In Patent Documents 11 and 12, the same transfer pulse application method is used. As a result, there arises a problem that the transfer pulse does not rise sufficiently and an afterimage is generated. Accordingly, the fifth object of the present invention is to increase the power consumption in the conventional example of FIG. 14 and to prevent the generation of afterimages by making the applied transfer pulse longer than the shift period of the drive pulse. In other words, the pixel portion is highly integrated by using the electrodes of the vertical charge transfer means 129 and the drive pulse line 128 and the transfer pulse line 131 in common.

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子では、駆動手段が駆動パルスのタイミング信号を発生するために少なくともシフトレジスタを備えるタイミング発生手段と、該駆動パルス線毎に該タイミング信号に基ずき開閉する該駆動パルス線を一端とし第1の電源を他端とする第1のスイッチと該駆動パルス線を一端とし第2の電源を他端とする第2のスイッチとを備え、行選択手段が非選択行においては常にオフし選択行において第1、第2のスイッチが共にオフの時にオンする駆動パルス線を一端とする第3のスイッチを備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the solid-state imaging device according to the present invention, the driving means generates at least a shift register for generating a timing signal of the driving pulse, and the timing signal is provided for each driving pulse line. A first switch having one end of the driving pulse line that opens and closes and the first power source as the other end; and a second switch having the second power source as the other end and the driving pulse line as one end. The selection means includes a third switch having a drive pulse line that is always turned off in a non-selected row and turned on when both the first and second switches are turned off in the selected row.

本発明の目的を達成する手段によれば、駆動手段を構成する第1のスイッチと第2のスイッチは、タイミング発生手段からのタイミング信号に基ずき、それぞれ、駆動パルスの立ち上がりと立ち下がり時間にだけオンし駆動パルス線を第1の電源もしくは第2の電源に接続し、他の期間においてはオフとなっている。一方、行選択手段を構成する第3のスイッチは、非選択行の全期間と転送パルスの印加時間を除く期間においてオフしている。従って、駆動パルス線に転送パルスを出力する期間を駆動パルスの立ち下がりと立ち下がり期間の間とし、かつ、駆動パルスの立ち上がりと立ち下がりの間を駆動パルスのシフト周期のn倍にすることにより、貫通電流が流れる事なく、転送パルスの印加時間を駆動パルスのシフト周期のn倍以下の任意の時間に設定できる。このようにして、消費電力の増加もなく、印加される転送パルスを駆動パルスのシフト周期以上にする事により残像の発生もなく、転送ゲート126と垂直電荷転送手段129の電極、および、駆動パルス線128と転送パルス線131を共通にし画素部の高集積化ができる。   According to the means for achieving the object of the present invention, the first switch and the second switch constituting the driving means are based on the timing signal from the timing generating means, respectively, and the drive pulse rise and fall times, respectively. The drive pulse line is connected only to the first power supply or the second power supply, and is turned off in other periods. On the other hand, the third switch constituting the row selection means is turned off during the entire period of the non-selected row and the period excluding the transfer pulse application time. Therefore, the period during which the transfer pulse is output to the drive pulse line is between the fall and fall periods of the drive pulse, and the period between the rise and fall of the drive pulse is n times the shift period of the drive pulse. The transfer pulse application time can be set to an arbitrary time not more than n times the shift period of the drive pulse without flowing through current. In this way, there is no increase in power consumption, and there is no afterimage by making the applied transfer pulse longer than the drive pulse shift period, the transfer gate 126 and the electrodes of the vertical charge transfer means 129, and the drive pulse. By using the line 128 and the transfer pulse line 131 in common, the pixel portion can be highly integrated.

本発明によれば、駆動パルス線と転送パルス線を共通にしても、貫通電流が流れる事なく、転送パルスの印加時間を駆動パルスのシフト周期のn倍の任意の時間に設定できるので、消費電力の増加や残像の発生もなく、画素部の高集積化ができる。さらに、低レベルを負値に持つ行選択手段の駆動パルスは前置転送パルスだけにでき、行選択手段127の駆動電圧振幅の高い部分を低減することにより行選択手段の高集積化が図れる。また、駆動手段の出力部に高い電圧がかかることなく高い信頼性を持つ駆動手段を実現する事ができる。   According to the present invention, even when the drive pulse line and the transfer pulse line are shared, the application time of the transfer pulse can be set to an arbitrary time n times the shift period of the drive pulse without flowing through current. The pixel portion can be highly integrated without increasing power or generating afterimages. Furthermore, the drive pulse of the row selection means having a low level as a negative value can be only the pre-transfer pulse, and the row selection means 127 can be highly integrated by reducing the portion of the row selection means 127 where the drive voltage amplitude is high. In addition, it is possible to realize a driving unit having high reliability without applying a high voltage to the output unit of the driving unit.

[実施例1]
第1の実施例
本発明の第1の実施例を図1から図13により説明する。図1は,第1の実施例の全体回路構成を示す図、図2は図1の素子の駆動パルスタイミング図である。図3(a)は、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第1の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図(a)で破線内が駆動パルス発生手段4の一行毎にもうけられた回路部分を示す。図4(a)は、駆動手段の第2の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図4(a)で破線内がタ
イミング発生手段3の一部をなすパルス幅伸長器の一行分の回路と駆動パルス発生手段4の一行毎にもうけられた回路部分を示す。図5は、駆動手段の第3の実施例の回路構成図である。図5で破線内がタイミング発生手段3の一部をなすパルス幅伸長器と駆動パルス発生手段4の一行分の回路を示す。図6は、駆動手段の第4の実施例の回路構成図である。図6で破線内が破線内がタイミング発生手段3の一部をなすパルス幅伸長器と駆動パルス発生手段4の一行分の回路を示す。図7(a)は、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第1の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図(a)で破線内が行選択制御手段6の一部をなすインターレス回路の一行分の回路と転送パルス発生手段7の一行毎にもうけられた回路部分を示す。図8(a)は、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第2の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図8(a)で破線内が行選択制御手段6の一部をなすインターレス回路と転送パルス発生手段7の一行分の回路を示す。図9は厚いゲート酸化膜を持ち低濃度の第1の不純物層内に形成された垂直電荷転送手段2の断面構造図である。本構造の不純物分布は、本願発明者が特開平03-289173号公報にて提案した低スメア化、高飽和化、低暗電流化を可能とするパンチスルー構造からなる。図10は垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3の不純物層内に形成されたnMOSトランジスタである。図11はソースドレインn型拡散層をフィールドp層オフセットをかけて形成した垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3の不純物層内に形
成されたnMOSトランジスタである。図12は、高速高集積化を可能にする垂直電荷転送手段2より薄いゲート酸化膜を持ち高濃度の第2の不純物層内に形成されたMOSトランジスタの構造図である。図13は第2導電型の不純物層内に設けられた光電変換素子を構成する第1導電型の不純物層を備える不純物層で構成された電極を持つ容量である。
[Example 1]
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing the overall circuit configuration of the first embodiment, and FIG. 2 is a drive pulse timing diagram of the element of FIG. FIG. 3 (a) is a circuit configuration diagram of the first embodiment of the driving means comprising the timing generating means 3 and the driving pulse generating means 4, and FIG. 3 (b) is a driving pulse timing chart of the circuit of FIG. 3 (a). It is. In the diagram (a), the inside of the broken line shows the circuit portion provided for each row of the drive pulse generating means 4. FIG. 4A is a circuit configuration diagram of the second embodiment of the drive means, and FIG. 4B is a drive pulse timing diagram of the circuit of FIG. In FIG. 4A, the inside of the broken line shows the circuit for one row of the pulse width expander forming part of the timing generating means 3 and the circuit portion provided for each row of the driving pulse generating means 4. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of the driving means. FIG. 5 shows a circuit for one row of the pulse width expander and the drive pulse generating means 4 forming part of the timing generating means 3 within the broken line. FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a fourth embodiment of the driving means. In FIG. 6, the inside of the broken line shows a circuit for one row of the pulse width expander and the driving pulse generating means 4 forming part of the timing generating means 3 within the broken line. FIG. 7A is a circuit configuration diagram of the first embodiment of the row selection means comprising the row selection control means 6 and the transfer pulse generation means 7, and FIG. 7B is a drive pulse for the circuit of FIG. It is a timing diagram. In FIG. 2A, the inside of the broken line shows a circuit for one row of an interlace circuit forming a part of the row selection control means 6 and a circuit portion provided for each row of the transfer pulse generating means 7. FIG. 8 (a) is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the row selection means comprising the row selection control means 6 and the transfer pulse generation means 7, and FIG. 8 (b) is a drive pulse for the circuit of FIG. 8 (a). It is a timing diagram. In FIG. 8A, an interlace circuit forming part of the row selection control means 6 and a circuit for one row of the transfer pulse generation means 7 are shown within the broken line. FIG. 9 is a cross-sectional structure diagram of the vertical charge transfer means 2 having a thick gate oxide film and formed in the low-concentration first impurity layer. The impurity distribution of this structure consists of a punch-through structure that enables the reduction of smear, the saturation, and the dark current proposed by the present inventor in Japanese Patent Laid-Open No. 03-289173. FIG. 10 shows an nMOS transistor formed in a third impurity layer having the same thick gate oxide thickness as that of the vertical charge transfer means 2 and having a lower surface concentration than other portions. FIG. 11 shows a source / drain n-type diffusion layer formed in a third impurity layer having the same thick gate oxide thickness as that of the vertical charge transfer means 2 formed by applying a field p layer offset and having a lower surface concentration than other portions. This is an nMOS transistor. FIG. 12 is a structural diagram of a MOS transistor having a gate oxide film thinner than the vertical charge transfer means 2 enabling high speed and high integration and formed in a second impurity layer having a high concentration. FIG. 13 shows a capacitor having an electrode composed of an impurity layer including a first conductivity type impurity layer constituting a photoelectric conversion element provided in the second conductivity type impurity layer.

以下、まず、図1、図2を用い全体構成と動作及び水平走査手段について説明する。
(1)全体構成と水平走査手段
図1では説明を簡単にするために光電変換素子が3x3のマトリックスの場合を示す。図1で、1は2次元状に配置したホトダイオードからなる光電変換素子、2はホトダイオード1の列間に設けられた信号電荷を垂直方向に転送するための埋め込み型チャネル構造を有する垂直電荷転送手段である。垂直電荷転送手段2は電極2-1で構成される繰り返し部と2-2から2-4からなる電荷転送制御部からなり、2-1が繰り返し部を構成する電極、fが繰り返し部最終電極、2-2が垂直電荷転送手段2と電荷蓄積ゲート2-3を仕切るゲート、2-3が電荷蓄積ゲート、2-4が電荷蓄積ゲート2-3と増幅器11を仕切る出力ゲートである。3、4は駆動手段を構成するもので、3が正の単一電源駆動信号が入力されるシフトレジスタを有するタイミング発生手段、4がタイミング信号と負電源から負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを駆動パルス線5に供給する駆動パルス発生手段、5は転送パルス線と共通の駆動パルス線、6、7は行選択手段を構成するもので、6が正の単一電源駆動信号が入力される選択行を特定するためのシフトレジスタとインターレス回路からなる行選択制御手段、7が特定された選択行に正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを出力し転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に負値電圧を発生し駆動パルス線をソースとする転送パルススイッチMOSトランジスタのゲートに印加する転送パルス発生手段である。8、9はそれぞれ端子SB、端子STから電荷転送制御部を構成するゲート2-2、電荷蓄積ゲート2-3に印加される駆動パルスを伝えるための電荷転送制御部駆動線で、10は端子OGに印加される直流電圧を出力ゲート2-4に伝える電荷転送制御部駆動線である。また、11から19で走査手段が構成される。11から18で増幅手段が構成され、11が垂直電荷転送手段2の出力端子毎に設けられた高電圧利得を持ち正の単一電源で動作するPチャネルトランジスタをドライバとする反転増幅回路からなる増幅器、12が増幅器11の入力端子と出力端子間に設けられた不要電荷はきだしゲートと兼用されたpチャネルMOSトランジスタからなるリセットスイッチ、13が帰還容量である。14から18は特開昭62-185471号公報にて本発明者が提案を行なった増幅器の通過帯域を下げ雑音低減を行なった後の信号出力を保持する出力保持手段で、14が増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1出力を保持する第1出力保持容量、17-1が増幅器入力端子ヘ第1の信号入力時の増幅器の第1の第2出力と増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1の第1出力20との差分値を保持する第1の第2出力保持容量、17-2が増幅器入力端子ヘ第2の信号入力時の増幅器の第2の第2出力と増幅器入力端子リセット時の増幅器の第2の第1出力20との差分値を保持する第2の第2出力保持容量、15は第1出力保持容量14の出力端子側電圧をクランプし差分処理を行なうクランプスイッチ、16-1、16-2はそれぞれ第1、第2の第2出力保持容量への信号書き込みスイッチ、18-1、18-2はそれぞれ第1、第2の第2出力保持容量からの信号読みだしスイッチである。19は読みだしスイッチ18-1、18-2を順次開閉し各第2出力保持手段に保持された差分値を選択的に読み出すための水平走査回路である。T1、T2、TINはタイミング発生手段4内のシフトレジスタを駆動するための単一正電源値駆動信号入力端子で、T1、T2が2相シフトパルス入力端子、TINが走査開始パルス入力端子、VLは転送パルスの低レベル電圧と等しい負電源電圧入力端子、VMは転送パルスの高レベル電圧入力端子、Vccは正電源電圧値入力端子、GNDは接地端子、V1、V2、VINは行選択制御手段6内のシフトレジスタを駆動するための単一正電源値駆動信号入力端子で、V1、V2が2相シフトパルス入力端子、VINが走査開始パルス入力端子、FA、FBはインターレス回路を駆動するための単一正電源値駆動信号である2相インターレスパルス入力端子、V3、V4は正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルス印加端子、V3L、V4Lは高レベルが正の電源電圧値vccより高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を高レベルに持つ前置転送パルス印加端子、SBはゲート2-2の駆動パルス印加端子、STは電荷蓄積ゲート2-3の駆動パルス印加端子、OGは出力ゲート2
-4への直流電圧印加端子、RG、CP、SH1、SH2は、増幅手段を駆動するための正の単一電源駆動信号で、RGはリセットスイッチ12へのリセットパルス入力端子、CPはクランプスイッチ15へのクランプパルス印加端子、SH1、SH2はそれぞれ読み込みスイッチ16-1、16-2へのサンプルホールドパルス印加端子、VCは直流クランプ電圧入力端子、O1、O2は信号出力端子、H1、H2、HINは水平走査回路19を駆動するための正の単一電源駆動信号で、H1、H2が水平走査回路19の2相シフトパルス入力端子、HINが水平走査回路19の走査開始パルス入力端子である。水平走査回路19は特公昭62-045638号公報に記載の2相レシオレス ダイナミック シフトレジスタからなる。なお、上記垂直電荷転送手段2の図中横実線は垂直電荷転送手段2を構成する電極の区切りを示し、垂直電荷転送手段は本願出願人が既に特開平03-60158で提案した単層電極構造からなる埋め込み型チャネル構造を有している。図2において、HBLは水平帰線期間を、φV1、φV2、φV3、V4、φV3L、V4L、φTIN、φT1、φT2、φSB、φST、φRG、φCP、φSH1、φSH2、φHIN、φH1、φH2は、それぞれ図1の端子V1、V2、V3、V4、V3L、V4L、TIN、T1、T2、SBST、RG、CP、SH1、SH2、HIN、H1、H2に印加されるパルス電圧を示す。さらに、vl、vmはそれぞれ垂直電荷転送手段2の駆動パルスの低レベル電圧値と高レベル電圧値、vhは正電源電圧値vccより高い第2の電圧値、vhmは正電源電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を示し、φV1、φV2、φTIN、φT1、φT2、φRG、φCP、φSH1、φSH2、φHIN、φH1、φH2の低レベルは接地電圧、高レベルが正電源電圧値vccである。なお、図2には図示はしていないが、図1のVIN、FA、FB端子の印加電圧も同様である。さらに、図1のOG端子にはvmとvlの中間の直流電圧、O1、O2端子には所定の直流バイアスが印加されている。また、VC端子とO1、O2端子の直流バイアスは、不用なオフセットの発生を防ぐために同一となっている。また、第2出力保持容量17-1、17-2に印加される電圧を下げるためこの直流バイアス電圧は0Vとする。一方、s、n1、n2はそれぞれ、第1の信号電荷もしくは第2の信号電荷、第1の不要電荷、第2の不要電荷を転送する電位井戸をつくるために入力される端子T1に印加される走査開始パルスの時間間隔で、Tは端子T1、T2に2相シフトパルスの一水平ブランキング期間内の印加時間を示す。特開昭62-126383号公報と同様に、各時間間隔は2相シフトパルスの周期の整数倍の値を有し、T=2s+n1+n2の関係を満たす。さらに、φV3、V4、φV3L、V4Lが高レベルとなるタイミングは読みだし行により異なるが、水平ブランキング期間内にある。Ts1、Ts2は、それぞれ、増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1出力を保持する第1出力保持容量14への第1出力書き込み時間、増幅器入力端子ヘ信号入力時の増幅器の第2出力と増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1出力との差分値を保持する第2出力保持容量17-1、17-2への差分値書き込み時間、Tnは不要電荷の掃きだし時間である。なお、増幅手段を動作させるパルス電圧φCP、φSH1、φSH2は、駆動手段を動作させるパルス電圧φT1、φT2に同期しており第1保持容量14への第1出力の書き込み時刻と第2保持容量14への第2出力の書き込み時刻のφT1、φT2の第1、第2出力への飛び込み雑音の影響が緩和されている。さらに、端子T1、T2に印加されるタイミング発生手段3の2相シフトパルスと端子H1、H2に印加される水平走査回路19の2相シフトパルスは同期した同一周波数のパルスであり、駆動信号発生の簡略化を図っている。
Hereinafter, first, the overall configuration and operation and the horizontal scanning means will be described with reference to FIGS.
(1) Overall Configuration and Horizontal Scanning Means FIG. 1 shows a case where the photoelectric conversion elements are 3 × 3 matrixes for the sake of simplicity. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a photoelectric conversion element composed of photodiodes arranged two-dimensionally, and 2 denotes vertical charge transfer means having a buried channel structure for transferring signal charges provided between columns of photodiodes 1 in the vertical direction. It is. The vertical charge transfer means 2 is composed of a repetitive part composed of an electrode 2-1 and a charge transfer control part composed of 2-2 to 2-4, 2-1 is an electrode constituting the repetitive part, and f is a final electrode of the repetitive part 2-2 is a gate for partitioning the vertical charge transfer means 2 and the charge storage gate 2-3, 2-3 is a charge storage gate, and 2-4 is an output gate for partitioning the charge storage gate 2-3 and the amplifier 11. 3 and 4 constitute the driving means, 3 is a timing generating means having a shift register to which a positive single power supply driving signal is inputted, and 4 has a negative voltage from the timing signal and the negative power supply at a low level. Drive pulse generating means for supplying drive pulses to the drive pulse line 5, 5 is a drive pulse line common to the transfer pulse line, 6 and 7 constitute row selection means, 6 is a positive single power supply drive signal A row selection control means consisting of a shift register and an interlace circuit for specifying the input selected row, transfer having a high second voltage value higher than the positive power supply voltage value to the selected selected row Transfer pulse generating means for outputting a pulse and generating a negative value voltage in a selected row and a non-selected row in a period in which no transfer pulse is applied and applying it to the gate of a transfer pulse switch MOS transistor having a drive pulse line as a source. 8 and 9 are a charge transfer control unit drive line for transmitting a drive pulse applied from the terminal SB and the terminal ST to the gate 2-2 and the charge storage gate 2-3 constituting the charge transfer control unit, respectively. This is a charge transfer controller drive line that transmits a DC voltage applied to the OG to the output gate 2-4. Further, 11 to 19 constitute scanning means. Amplifying means is composed of 11 to 18, and 11 is an inverting amplifier circuit having a high voltage gain provided for each output terminal of the vertical charge transfer means 2 and operating as a positive single power source as a driver. An amplifier, 12 is a reset switch composed of a p-channel MOS transistor also used as a discharge gate provided between an input terminal and an output terminal of the amplifier 11, and 13 is a feedback capacitor. 14 to 18 are output holding means for holding the signal output after reducing the passband of the amplifier proposed by the present inventor in Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-185471, and 14 is an amplifier input terminal. A first output holding capacitor for holding the first output of the amplifier at the time of reset, 17-1 is the first second output of the amplifier at the time of the first signal input to the amplifier input terminal and the first output of the amplifier at the time of resetting the amplifier input terminal 1st second output holding capacitor for holding a difference value from the first output 20 of 1 and 17-2 is the second output of the amplifier and the amplifier input terminal reset when the second signal is input to the amplifier input terminal A second second output holding capacitor that holds a difference value with the second first output 20 of the amplifier at the time, 15 is a clamp switch that clamps the output terminal side voltage of the first output holding capacitor 14 and performs difference processing, 16-1 and 16-2 are the signal write switches to the first and second output holding capacitors, respectively, and 18-1 and 18-2 are the first A signal readout switch from the second second output storage capacitor. A horizontal scanning circuit 19 selectively opens and closes the reading switches 18-1 and 18-2 to selectively read out the difference values held in the second output holding means. T1, T2, and TIN are single positive power supply value drive signal input terminals for driving the shift register in the timing generating means 4, T1 and T2 are two-phase shift pulse input terminals, TIN is a scan start pulse input terminal, VL Is a negative power supply voltage input terminal equal to the low level voltage of the transfer pulse, VM is a high level voltage input terminal of the transfer pulse, Vcc is a positive power supply voltage value input terminal, GND is a ground terminal, V1, V2 and VIN are row selection control means. 6 is a single positive power supply value drive signal input terminal for driving the shift register, V1 and V2 are two-phase shift pulse input terminals, VIN is a scan start pulse input terminal, and FA and FB are driving an interlace circuit. A two-phase interlace pulse input terminal, V3, V4, which is a single positive power supply value drive signal, is a transfer pulse signal having a second voltage value higher than the positive power supply voltage value at a high level. Terminal, V3L, V4L the location transfer pulse applying terminal before the high level has a positive third voltage value lower than the second voltage value higher than the power supply voltage value vcc to the high level, SB driving pulse of the gate 2-2 Application terminal, ST is a drive pulse application terminal for charge storage gate 2-3, OG is output gate 2
DC voltage application terminal to -4, RG, CP, SH1, SH2 are positive single power source drive signals for driving the amplification means, RG is a reset pulse input terminal to the reset switch 12, and CP is a clamp switch 15 is a clamp pulse application terminal, SH1 and SH2 are sample hold pulse application terminals to read switches 16-1 and 16-2, VC is a DC clamp voltage input terminal, O1 and O2 are signal output terminals, H1 and H2, HIN is a positive single power source driving signal for driving the horizontal scanning circuit 19, H1 and H2 are two-phase shift pulse input terminals of the horizontal scanning circuit 19, and HIN is a scanning start pulse input terminal of the horizontal scanning circuit 19. . The horizontal scanning circuit 19 includes a two-phase ratioless dynamic shift register described in Japanese Patent Publication No. 62-045638. The horizontal solid line in the figure of the vertical charge transfer means 2 indicates the partition of the electrodes constituting the vertical charge transfer means 2, and the vertical charge transfer means is a single-layer electrode structure already proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 03-60158. A buried channel structure. In FIG. 2, HBL is the horizontal retrace period, φV1, φV2, φV3, V4 , φV3L, V4L, φTIN, φT1, φT2, φ SB, φ ST, φRG, φCP, φSH1, φSH2, φHIN, φH1, the φH2 1 shows pulse voltages applied to the terminals V1, V2, V3, V4, V3L, V4L, TIN, T1, T2, SB , ST , RG, CP, SH1, SH2, HIN, H1, and H2, respectively. Furthermore, vl and vm are the low level voltage value and the high level voltage value of the drive pulse of the vertical charge transfer means 2, respectively, vh is a second voltage value higher than the positive power supply voltage value vcc, and vhm is higher than the positive power supply voltage value. The third voltage value is lower than the voltage value of 2, and φV1, φV2, φTIN, φT1, φT2, φRG, φCP, φSH1, φSH2, φHIN, φH1, and φH2 are ground voltages, and high levels are positive power supply voltages. The value is vcc. Although not shown in FIG. 2, the voltages applied to the VIN, FA, and FB terminals in FIG. 1 are the same. Further, a DC voltage intermediate between vm and vl is applied to the OG terminal in FIG. 1, and a predetermined DC bias is applied to the O1 and O2 terminals. The DC bias of the VC terminal and the O1 and O2 terminals are the same in order to prevent unnecessary offsets. The DC bias voltage is set to 0 V in order to reduce the voltage applied to the second output holding capacitors 17-1 and 17-2. On the other hand, s, n1, and n2 are respectively applied to a terminal T1 that is input to form a potential well for transferring the first signal charge, the second signal charge, the first unnecessary charge, or the second unnecessary charge. T represents the application time within one horizontal blanking period of the two-phase shift pulse at terminals T1 and T2. As in Japanese Patent Laid-Open No. 62-126383, each time interval has a value that is an integral multiple of the period of the two-phase shift pulse, and satisfies the relationship T = 2s + n1 + n2. Further, the timing at which φV3, V4, φV3L, and V4L become high level is within the horizontal blanking period, although it differs depending on the read row. Ts1 and Ts2 are the first output write time to the first output holding capacitor 14 that holds the first output of the amplifier when the amplifier input terminal is reset, and the second output and amplifier of the amplifier when a signal is input to the amplifier input terminal. The difference value writing time to the second output holding capacitors 17-1 and 17-2 for holding the difference value from the first output of the amplifier at the time of resetting the input terminal, Tn is the sweep time of unnecessary charges. The pulse voltages φCP, φSH1, and φSH2 for operating the amplifying means are synchronized with the pulse voltages φT1 and φT2 for operating the driving means, and the writing time of the first output to the first holding capacitor 14 and the second holding capacitor 14 The influence of the jumping noise on the first and second outputs of φT1 and φT2 at the writing time of the second output to is reduced. Further, the two-phase shift pulse of the timing generating means 3 applied to the terminals T1 and T2 and the two-phase shift pulse of the horizontal scanning circuit 19 applied to the terminals H1 and H2 are synchronized pulses having the same frequency, and generate a drive signal. Simplification.

以下、図1、図2を用い全体の動作を説明する。まず、端子T1、T2に2相シフトパルスを印加し端子TINに走査開始パルスをs、n1、s、n2の時間間隔で入力すると、タイミング発生手段3から発せられたタイミング信号から駆動パルス発生手段により低レベルを負値に持つ駆動パルスが駆動パルス線5に出力され、各垂直電荷転送手段2内に電位障壁で分離された複数の電極に渡る4種の電位の井戸が形成移動する。この4種の電位の井戸は、第1の信号電荷、第1の不要電荷、第2の信号電荷、第2の不要電荷を転送する。一方、端子V1、V2に2相シ
フトパルスを印加し端子TINに走査開始パルスを印加すると行選択制御手段7が各水平走査期間毎に順次隣接したn行とn+1行の2行を同時に選択する。この2行の組みあわせは端子FA、FBに印加される2相パルスにより動作するインターレス回路によりフィールド毎に切り替わる。このようにして選択された2行の内第n行目の近傍に第1の信号転送用の電位の井戸が通過するときに端子V3LとV3に前置転送パルスと転送パルスを印加すると転送パルス発生手段7が第n行目の駆動パルス線5に正電源電圧より遥かに高い転送パルスを出力し、第n
行の信号電荷をホトダイオード1から第1の信号電荷転送用の電位井戸に転送する。ついで端子V4LとV4に前置転送パルスと転送パルスを印加し同様にして第n+1行の信号電荷を第2の信号電荷転送用の電位井戸に転送する。他の2種の電位井戸にスメア電荷等の不要電荷が垂直電荷転送手段2内を電位井戸が移動するに従って蓄積されていく。一方、以上の3、4からなる駆動手段による垂直電荷転送手段2内の電荷転送と6、7からなる行選択手段の光電変換素子1から垂直電荷転送手段2への信号読みだしと並列に、垂直電荷転送手段2内のfから2-4と11から18よりなる増幅手段により、不要電荷のはきだしと信号電荷の出力が行なわれる。水平ブランキング期間の始まりには、まず、前行の第2の不要電荷がリセットスイッチ12からはきだされる。即ち、前行の第2の不要電荷を転送する電位井戸と第1の信号電荷を仕切る電位障壁がゲート2-2の直前に到達した後、端子SBの印加電圧φSBを低くしゲート2-2をオフし、ついで、端子STの印加電圧φSTを低くすると、電荷蓄積ゲート2-3に蓄えられた前行の第2の不要電荷が出力ゲート2-4を経て増幅器11の入力端子に転送され、直ちにオン状態にあるリセットスイッチ12から増幅器11の出力端子にはきだされる。(図2時刻t1)この後、第1の信号電荷による信号電圧の第1の第2出力保持容量17-1への書き込みが行なわれる。即ち、端子STの印加電圧φSTを再び高くし電荷蓄積ゲート2-4に電荷が蓄積できる状態にする。一方、時刻t1以降、第1の信号電荷を転送する電位井戸と第1の不要電荷を仕切る電位障壁がゲート2-2に向って移動し、第1の信号電荷は垂直電荷転送手段2の繰り返し部最終電極fに集められる。この電位障壁が最終電極fに到達し最終電極f下チャネル電位が低くなる前に端子SBの印加電圧φSBを高くしゲート2-2をオンする。次いで、最終電極fのチャネル電位が低くなり、端子SBの印加電圧φSBを低くし再びゲート2-2をオフすると、第1の信号電荷を転送する電位井戸内を転送されてきた信号電荷が全て電荷蓄積ゲート2-3に転送保持される。この後、ゲート2-2は第1の信号電荷の第1の第2出力保持容量への書き込みが終了するまで開く事はなく、第1の不要電荷が第1の信号に混入する事はない。なお、最終電極fは他の電極に較べ電荷容量が大きく第1の信号電荷全てを蓄積することができる。一電極で蓄積容量が不足する場合には、φSBを高くするタイミングを早め、垂直電荷転送手段2の繰り返し部の複数電極に電荷を蓄積すれば良い。さらに、φSTの高レベルをvmより高いvccとして、蓄積ゲート2-3の単位面積あたりに保持できる電荷量をふやして電荷蓄積ゲート2-3の長さをみじかくしてもよい。また、端子T1、T2に印加される2相シフトパルスの一水平ブランキング期間内の印加時間Tと、タイミング発生手段3の最終電極までの段数とを考慮して、端子TINに入力されるパルスの水平ブランキング内の位相を決定すれば、電位障壁の最終電極への到達時刻を所定の時刻に設定するのは容易である。(図2時刻t2)一方では、端子RGの電圧φRGを高くしてリセットスイッチ12をオフした後、Ts1時間後に端子CPの印加電圧φCPが低くなるとクランプスイッチ15が閉じ、増幅器11の入力端子リセット時の増幅器11の第1出力が第1出力保持容量14へ書き込まれ、この時刻以降の増幅器11の出力端子の電位変動が第1の第2出力保持容量17-1に伝達されることになる。また、この際、増幅器11の出力抵抗と第1出力保持容量14の容量により増幅器11の通過帯域は1/Ts1程度に小さく制限されている。(図2時刻t3)この状態で、端子STの印加電圧φSTを低くすると、電荷蓄積ゲート2-3に保持されていた第1の信号電荷が増幅器11の入力端子に転送される。(図2時刻t4)この信号電荷は、増幅器11と帰還容量13により信号電圧に変換され、増幅器11の出力端子に電位変動を生じさせる。この電位変動、即ち、増幅器入力端子ヘ信号入力時の増幅器の第2出力と増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1出力との差分値が、信号転送後Ts2時間後に端子SH1の印加電圧φSH1が低くなり信号書き込みスイッチ16-1がオフする事により、第1の第2出力保持容量17-1に書き込まれ保持される。また、この際、増幅器11の出力抵抗と第1出力保持容量14と第2出力保持容量17-1の直列容量により増幅器11の通過帯域は1/Ts2程度に小さく制限されている。以上のようにして、増幅器11の通過帯域をさげながら、リセットスイッチがオフする際に生じるリセット雑音と各増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音が除去された信号電荷による電圧変動を出力可能としている。(図2時刻t5)次いで、第2の不要電荷がリセットスイッチ12からはきだされる。即ち、端子STの印加電圧φSTを再び高くし電荷蓄積ゲート2-4に電荷が蓄積できる状態にする。時刻t2以降、第1の不要電荷を転送する電位井戸と第2の信号電荷
を転送する電位井戸を仕切る電位障壁がゲート2-2に向って移動し、第1の不要電荷は垂直電荷転送手段2の繰り返し部最終電極fに集められる。この電位障壁が垂直最終電極fに到達し最終電極f下チャネル電位が低くなる前に端子SBの印加電圧φSBを高くしゲート8をオンする。次いで、最終電極fのチャネル電位が低くなり、端子SBの印加電圧φSBを低くし再びゲート2-2をオフし、端子STの印加電圧φSTを低くすると第1の不要電荷がリセットスイッチ12から増幅器11の出力端子にはきだされる。なお、最終電極fは他の電極に較べ電荷容量が大き
く第1の不要電荷全てを蓄積することができる事は第1の信号の読みだし時と同様である。(図2時刻t6)この後、時刻t2からt5の動作により、第2の信号電荷による信号電圧の第2の第2出力保持容量17-2への書き込みが行なわれる。(図2時刻t7)水平走査期間に入ると、水平走査回路19の端子HINに走査開始パルスが入力され、端子H1、H2に印加されている2相の駆動パルスによりこのパルスが水平走査回路内をシフトし順次信号読みだしスイッチ18-1、18-2がオンオフしn行の信号が端子O1よりn+1行の信号が端子O2より順次出力される。
The overall operation will be described below with reference to FIGS. First, when a two-phase shift pulse is applied to the terminals T1 and T2 and a scan start pulse is input to the terminal TIN at time intervals of s, n1, s, and n2, a driving pulse generating means is generated from the timing signal generated from the timing generating means 3. As a result, a drive pulse having a low level as a negative value is output to the drive pulse line 5, and four types of potential wells are formed and moved across the plurality of electrodes separated by the potential barrier in each vertical charge transfer means 2. The four potential wells transfer the first signal charge, the first unnecessary charge, the second signal charge, and the second unnecessary charge. On the other hand, when a two-phase shift pulse is applied to the terminals V1 and V2 and a scanning start pulse is applied to the terminal TIN, the row selection control means 7 simultaneously selects two adjacent rows, n and n + 1, sequentially in each horizontal scanning period. . The combination of the two rows is switched for each field by an interlace circuit that operates by a two-phase pulse applied to the terminals FA and FB. When the pre-transfer pulse and the transfer pulse are applied to the terminals V3L and V3 when the first signal transfer potential well passes in the vicinity of the nth row of the two rows selected in this way, the transfer pulse is applied. The generation means 7 outputs a transfer pulse far higher than the positive power supply voltage to the driving pulse line 5 in the nth row, and the nth row
The row signal charges are transferred from the photodiode 1 to the first signal charge transfer potential well. Next, a pre-transfer pulse and a transfer pulse are applied to the terminals V4L and V4 to transfer the signal charges in the (n + 1) th row to the second signal charge transfer potential well. Unnecessary charges such as smear charges are accumulated in the other two types of potential wells as the potential wells move in the vertical charge transfer means 2. On the other hand, in parallel with the charge transfer in the vertical charge transfer means 2 by the driving means consisting of 3 and 4 and the signal reading from the photoelectric conversion element 1 of the row selection means 6 and 7 to the vertical charge transfer means 2, The amplifying means consisting of f to 2-4 and 11 to 18 in the vertical charge transfer means 2 extracts unwanted charges and outputs signal charges. At the beginning of the horizontal blanking period, first, the second unnecessary charge in the previous row is discharged from the reset switch 12. That is, after the potential barrier which divides the potential well of the first signal charge transferring second unwanted charges in the previous row has reached just before the gate 2-2, to lower the voltage applied phi SB terminal SB gate 2- 2 is turned off and then, lowering the applied voltage phi ST terminal ST, the input terminal of the second unwanted charge through the output gate 2-4 amplifier 11 lines before stored in the charge storage gates 2-3 The reset switch 12 that is transferred and immediately turned on is discharged from the output terminal of the amplifier 11. (Time t1 in FIG. 2) Thereafter, the signal voltage by the first signal charge is written to the first second output holding capacitor 17-1. That is, the applied voltage phi ST again raised charges in the charge accumulation gate 2-4 of the terminal ST is ready for storage. On the other hand, after time t1, the potential well separating the potential well transferring the first signal charge and the first unnecessary charge moves toward the gate 2-2, and the first signal charge is repeated by the vertical charge transfer means 2. Collected in the final electrode f. This potential barrier is turned high and the gate 2-2 the applied voltage phi SB terminal SB before the arrival to the final electrode f under the channel potential in the final electrode f is lower. Next, when the channel potential of the final electrode f is lowered, the applied voltage φ SB of the terminal SB is lowered and the gate 2-2 is turned off again, the signal charge transferred in the potential well for transferring the first signal charge is transferred. All are transferred and held in the charge storage gate 2-3. Thereafter, the gate 2-2 does not open until the writing of the first signal charge to the first second output holding capacitor is completed, and the first unnecessary charge is not mixed into the first signal. . Note that the final electrode f has a larger charge capacity than the other electrodes, and can store all the first signal charges. When insufficient storage capacity in one electrode, advancing the timing of increasing the phi SB, a plurality electrodes of repetition of the vertical charge transfer section 2 may be accumulated charge. Furthermore, the length of the charge storage gate 2-3 may be made small by increasing the amount of charge that can be held per unit area of the storage gate 2-3 by setting the high level of φST to vcc higher than vm. In addition, the pulse input to the terminal TIN in consideration of the application time T in one horizontal blanking period applied to the terminals T1 and T2 and the number of stages to the final electrode of the timing generating means 3 If the phase in the horizontal blanking is determined, it is easy to set the arrival time of the potential barrier to the final electrode at a predetermined time. (Time t2 in FIG. 2) On the other hand, after the voltage RG of the terminal RG is increased and the reset switch 12 is turned off, the clamp switch 15 is closed when the applied voltage φCP of the terminal CP becomes low after Ts1 time, and the input terminal of the amplifier 11 is reset. The first output of the amplifier 11 at that time is written to the first output holding capacitor 14, and the potential fluctuation at the output terminal of the amplifier 11 after this time is transmitted to the first second output holding capacitor 17-1. . At this time, the pass band of the amplifier 11 is limited to about 1 / Ts 1 by the output resistance of the amplifier 11 and the capacity of the first output holding capacitor 14. (Figure 2 time t3) in this state, lowering the voltage applied phi ST terminal ST, the first signal charge is transferred to the input terminal of the amplifier 11 which has been held in the charge accumulation gate 2-3. (Time t4 in FIG. 2) This signal charge is converted into a signal voltage by the amplifier 11 and the feedback capacitor 13, causing a potential fluctuation at the output terminal of the amplifier 11. This potential fluctuation, that is, the difference value between the second output of the amplifier at the time of signal input to the amplifier input terminal and the first output of the amplifier at the time of resetting the amplifier input terminal is the applied voltage φSH1 of the terminal SH1 after Ts2 time after signal transfer. When the signal writing switch 16-1 is turned off and turned off, the signal is written and held in the first second output holding capacitor 17-1. At this time, the pass band of the amplifier 11 is limited to about 1 / Ts 2 by the output resistance of the amplifier 11 and the series capacitance of the first output holding capacitor 14 and the second output holding capacitor 17-1. As described above, while reducing the pass band of the amplifier 11, it is possible to output the voltage fluctuation due to the signal charge from which the reset noise generated when the reset switch is turned off and the fixed pattern noise due to the DC voltage variation of each amplifier is removed. Yes. (Time t5 in FIG. 2) Next, the second unnecessary charge is ejected from the reset switch 12. That is, the applied voltage phi ST again raised charges in the charge accumulation gate 2-4 of the terminal ST is ready for storage. After time t2, the potential barrier separating the potential well for transferring the first unnecessary charge and the potential well for transferring the second signal charge moves toward the gate 2-2, and the first unnecessary charge is transferred to the vertical charge transfer means. 2 are collected on the final electrode f. This potential barrier is turned to high by gate 8 applied voltage phi SB terminal SB before the lower end electrode f under the channel potential reaches the final vertical electrode f. Then, the channel potential of the final electrode f is lowered, to lower the voltage applied phi SB terminal SB off the gate 2-2 again, lowering the applied voltage phi ST terminal ST first unnecessary charge reset switch 12 To the output terminal of the amplifier 11. Note that the final electrode f has a larger charge capacity than the other electrodes and can store all of the first unnecessary charge, as in the case of reading the first signal. (FIG. 2, time t6) Thereafter, the signal voltage by the second signal charge is written into the second second output holding capacitor 17-2 by the operation from time t2 to t5. (Time t7 in FIG. 2) In the horizontal scanning period, a scanning start pulse is input to the terminal HIN of the horizontal scanning circuit 19, and this pulse is generated in the horizontal scanning circuit by the two-phase driving pulses applied to the terminals H1 and H2. , And sequential signal reading switches 18-1 and 18-2 are turned on and off, so that signals in the nth row are sequentially output from the terminal O1 and signals in the (n + 1) th row from the terminal O2.

本実施例によれば、第1に、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段は垂直電荷転送手段2の一部に順次駆動パルスを出力しており負荷容量が小さく、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段は一行に転送パルスを出力するので行選択手段の負荷容量も小さく、また、垂直電荷転送手段2からの信号電荷を11から18よりなる増幅手段で増幅した後水平走査回路により増幅手段の出力となる第2出力保持手段17-1、17-2を選択して出力しているので平走査回路の負荷容量も小さい。この結果、駆動手段の駆動パルス入力端子T1、T2、TIN、駆動パルス入力端子V1、V2、VIN、V3L、V4L、V3、V4、FA、FB、水平走査手段の駆動パルス入力端子SBST、RG、CP、SH1、SH2、HIN、H1、H2の負荷容量は水平もしくは垂直の一ラインのパルス線だけになり駆動パルスの立ち上がりによる速度制限はなく高速駆動ができる。 According to this embodiment, firstly, the driving means composed of the timing generating means 3 and the driving pulse generating means 4 sequentially outputs driving pulses to a part of the vertical charge transfer means 2, the load capacity is small, and the row selection is performed. The row selection means consisting of the control means 6 and the transfer pulse generation means 7 outputs a transfer pulse to one line, so the load capacity of the row selection means is small, and the signal charge from the vertical charge transfer means 2 is amplified by 11 to 18 Since the second output holding means 17-1 and 17-2 which are the outputs of the amplifying means are selected and output by the horizontal scanning circuit after being amplified by the means, the load capacity of the flat scanning circuit is also small. As a result, drive pulse input terminals T1, T2, TIN of the drive means, drive pulse input terminals V1, V2, VIN, V3L, V4L, V3, V4, FA, FB, drive pulse input terminals SB , ST , The load capacity of RG, CP, SH1, SH2, HIN, H1, and H2 is only one horizontal or vertical pulse line, and there is no speed limitation due to the rise of the drive pulse, and high speed driving is possible.

第2に、本実施例によれば、リセットスイッチ12がはきだしゲートと兼用されているので、はきだしゲートとはきだしドレインが不要となり、高集積化で転送効率の良い水平走査手段を提供できる。即ち、リセットスイッチ12がオフの時間Ts2内に、垂直電荷転送手段2内に形成された第1の電位井戸により転送されてきた信号電荷が増幅器11の入力端子に転送され、電圧に変換され出力保持容量17-1もしくは17-2に保持される。一方、リセットスイッチがオンの時間Tn内に、垂直電荷転送手段2内に形成された第2の電位井戸により転送された不要電荷が
、出力の終った信号電荷と共にリセットスイッチ12を経て素子外部に掃きだされる。出力保持容量17-1、17-2に保持された出力は水平走査回路19により選択され端子O1,O2から素子外部に出力される。このようにして、はきだしゲートとはきだしドレインが不要となるので、高集積化が可能となり、かつ、信号電荷と不要電荷が電荷転送経路で分かれる事がなくなり転送効率不良が起こる事はない。なお、この効果は、垂直電荷転送手段2の2-2から2-4からなる電荷転送制御部をなくし、垂直電荷転送手段の最終電極fに高レベル印加時の電極下電位を増幅器11の入力端子の電位より低くして、垂直電荷転送手段2から信号が転送される時にはリセットスイッチ12をオフし信号を出力し保持容量17-1もしくは17-2に保持し、垂直電荷転送手段2から不要電荷が転送される時にはリセットスイッチ12をオンして不要電荷をはきだしても同様に得られる。さらに、この際、第1出力保持容量14とクランプスイッチ15をなくしてもよい。
Secondly, according to the present embodiment, since the reset switch 12 is also used as an extraction gate, an extraction gate and an extraction drain are not required, and it is possible to provide horizontal scanning means with high integration and good transfer efficiency. That is, the signal charge transferred by the first potential well formed in the vertical charge transfer means 2 is transferred to the input terminal of the amplifier 11 within the time Ts2 when the reset switch 12 is off, converted into a voltage and output. It is held in the holding capacitor 17-1 or 17-2. On the other hand, the unnecessary charge transferred by the second potential well formed in the vertical charge transfer means 2 within the time Tn when the reset switch is on is transferred to the outside of the element through the reset switch 12 together with the signal charge that has been output. Swept out. The outputs held in the output holding capacitors 17-1 and 17-2 are selected by the horizontal scanning circuit 19 and outputted from the terminals O1 and O2 to the outside of the element. In this way, the gate gate and the drain are not required, so that high integration is possible, and the signal charge and the unnecessary charge are not separated in the charge transfer path, so that transfer efficiency does not deteriorate. Note that this effect eliminates the charge transfer control unit consisting of 2-2 to 2-4 of the vertical charge transfer means 2, and applies the sub-electrode potential when the high level is applied to the final electrode f of the vertical charge transfer means to the input of the amplifier 11. When the signal is transferred from the vertical charge transfer means 2 at a voltage lower than the terminal potential, the reset switch 12 is turned off and a signal is output and held in the holding capacitor 17-1 or 17-2, which is unnecessary from the vertical charge transfer means 2. When the charge is transferred, the reset switch 12 is turned on and unnecessary charge is released, and the charge can be obtained similarly. Further, at this time, the first output holding capacitor 14 and the clamp switch 15 may be omitted.

さらに、リセットスイッチ12からスメアのはきだしを行なう際、垂直電荷転送手段2が増幅器11の入力端子間に2-2から2-4からなる電荷転送制御部を備える事により、増幅器雑音低減効果を損なう事なく、充分な掃きだしによるスメア抑圧効果を得る事ができる。即ち、2-2から2-4よりなる電荷転送制御部は垂直電荷転送手段2内の複数電極にわたる第2の電位井戸内を分散して転送された不要電荷を垂直電荷転送手段2の最終電極fに集めた後、一括して増幅器11の入力端子に転送しリセットスイッチ12をへてはきだす。この結果、リセットゲート12をオンにする必要のある期間は最終電極fに集められた不要電荷をはきだすために必要な期間Tnとなり、他の全ての期間をリセットゲート12をオフし信号電荷を電圧に変換し保持容量17-1もしくは17-2にするための増幅器11の動作期間とできる。このようにして、リセットスイッチ12からはきだしを行なう際に、保持容量への書き込み時間Ts1+Ts2を長くし増幅器11の通過帯域を低くして増幅器雑音を低減すると共に、全シフト時間Tの中の時間n1+n2の時間を長くしはきだしによる
スメア抑圧効果を高める事ができる。さらに、2-2から2-4からなる電荷転送制御部は、垂直電荷転送手段2内の複数電極にわたる第1の電位井戸内を分散して転送された信号電荷を垂直電荷転送手段2の最終電極fに集めた後、一括して増幅器11の入力端子に転送している。この結果、信号電荷は増幅器11の入力端子には第1の電位井戸内の移動に必要な時間sより短時間で入力でき、増幅器11の通過帯域を制限しても、充分な信号電圧を得る事ができる。なお、以上の効果は、電荷転送制御部をゲート2-2だけで構成し、かつ、端子SBに印加される電圧の高レベ
ルをvmから図1の出力ゲート2-4への印加電圧に等しい値にするか、もしくは電荷転送制御部を出力ゲート2-4だけで構成し、φCPのオフする時刻を時刻t2より前にすれば同様に得られる。
Further, when smearing out from the reset switch 12, the vertical charge transfer means 2 is provided with a charge transfer control unit consisting of 2-2 to 2-4 between the input terminals of the amplifier 11, thereby impairing the amplifier noise reduction effect. It is possible to obtain a smear suppression effect by sufficient sweeping without any problems. That is, the charge transfer control unit consisting of 2-2 to 2-4 distributes unnecessary charges distributed in the second potential well across the plurality of electrodes in the vertical charge transfer means 2 to the final electrode of the vertical charge transfer means 2 After collecting them in f, they are transferred all at once to the input terminal of the amplifier 11, and the reset switch 12 is turned off. As a result, the period in which the reset gate 12 needs to be turned on becomes the period Tn necessary to drive out the unnecessary charges collected at the final electrode f, and the reset gate 12 is turned off in all other periods and the signal charge is changed to the voltage. The operation period of the amplifier 11 can be converted into the holding capacitor 17-1 or 17-2. In this way, when performing resetting from the reset switch 12, the write time Ts1 + Ts2 to the storage capacitor is lengthened and the passband of the amplifier 11 is lowered to reduce amplifier noise, and the time n1 in the total shift time T is reduced. By increasing the time of + n2, it is possible to enhance the smear suppression effect due to the extraction. Further, the charge transfer control unit consisting of 2-2 to 2-4 distributes the signal charge distributed and transferred in the first potential well across the plurality of electrodes in the vertical charge transfer means 2 to the final charge transfer means 2 After being collected on the electrode f, it is collectively transferred to the input terminal of the amplifier 11. As a result, the signal charge can be input to the input terminal of the amplifier 11 in a shorter time than the time s required for movement in the first potential well, and a sufficient signal voltage can be obtained even if the pass band of the amplifier 11 is limited. I can do things. The above effect is that the charge transfer control unit is composed of only the gate 2-2, and the high level of the voltage applied to the terminal SB is equal to the applied voltage from vm to the output gate 2-4 in FIG. It can be obtained in the same manner if the value is set to a value, or if the charge transfer control unit is constituted by only the output gate 2-4 and the time when φCP is turned off is before the time t2.

さらにまた、電荷転送制御部をゲート2-2と電荷蓄積ゲート2-3と出力ゲート2-4で構成する事により、リセット雑音や増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去を行なう際に、増幅器の通過帯域の低減効果を向上できる。即ち、電荷蓄積ゲート2-3と出力ゲート2-4がなくゲート2-2だけの場合もしくは出力ゲート2-4だけの場合には不要電荷の混入や信号電荷の読み残しを防ぐために第1出力保持容量14の書き込み時間Ts1が時間sと同一にならざるを得ない。一方、スメアはきだしによるスメア抑圧効果を高めるためには時間sを短くしなければならない。この結果、第1保持容量14への増幅器入力端子リセット時の増幅器出力の書き込み時間が短くなり、書き込の時の増幅器の通過帯域を大きくせざるを得ず、増幅器雑音が大きくなる。これに対し、本実施例では、電荷転送制御部をゲート2-2と電荷蓄積ゲート2-3と出力ゲート2-4で構成する事により、第1の電位井戸で転送されてきた信号電荷を電荷蓄積ゲート2-3に一時保持した後、増幅器入力端子に転送している。この結果、第1出力保持容量14の書き込み時間Ts1を時間sと同一とする必要がなく、Ts1を長くし増幅器雑音を低減できる。   Furthermore, by configuring the charge transfer control unit with gate 2-2, charge storage gate 2-3, and output gate 2-4, when removing fixed pattern noise due to variations in reset noise and amplifier DC voltage The effect of reducing the passband of the amplifier can be improved. That is, when there is no charge storage gate 2-3 and output gate 2-4 and only gate 2-2 or only output gate 2-4, the first output is used to prevent the mixing of unnecessary charges and unread signal charges. The writing time Ts1 of the storage capacitor 14 must be the same as the time s. On the other hand, for the smear, the time s must be shortened in order to enhance the smear suppression effect by the extraction. As a result, the write time of the amplifier output at the time of resetting the amplifier input terminal to the first holding capacitor 14 is shortened, and the passband of the amplifier at the time of writing must be increased, and the amplifier noise increases. On the other hand, in this embodiment, the charge transfer control unit is configured by the gate 2-2, the charge accumulation gate 2-3, and the output gate 2-4, so that the signal charge transferred by the first potential well can be reduced. After being temporarily held in the charge storage gate 2-3, it is transferred to the amplifier input terminal. As a result, it is not necessary to make the writing time Ts1 of the first output holding capacitor 14 equal to the time s, and Ts1 can be lengthened to reduce amplifier noise.

なお、本実施例では、増幅器雑音を低減しつつリセット雑音や増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去を、増幅器入力端子リセット時の増幅器の第1出力を保持する第1出力保持容量14と第1出力保持容量に保持された第1出力と増幅器入力端子への信号電荷入力時の上記増幅器の第2出力との差分値を保持する第2出力保持容量17-1、17-2と第2出力保持容量に保持された差分値を選択して出力する水平走査回路19で行なったが、本実施例で述べた効果は具体的回路方式によらず実施できる。即ち、特開昭6f85471号公報にて本発明者が提案を行なったもう一つの回路形式、増幅器11の入力端子がリセットされた後の増幅器出力と信号電荷が有る時の増幅器出力をそれぞれ独立の保持容量に保持した後水平走査を行ない素子内部あるいは素子外部に設けられた差動器により差分処理を行なっても同様に得られる。さらに、以上述べた回路方式の具体的形態は例えば、特開昭64-39880号公報、特開平4-32379号公報、特開平5-500891号公報等に記載されたもの等様々なものがあるが、同様に本発明は実施できる。   In the present embodiment, the first output holding capacitor 14 for holding the first output of the amplifier at the time of resetting the amplifier input terminal is used to remove the fixed pattern noise due to variations in the reset noise and the DC voltage of the amplifier while reducing the amplifier noise. And second output holding capacitors 17-1 and 17-2 for holding a difference value between the first output held in the first output holding capacitor and the second output of the amplifier at the time of signal charge input to the amplifier input terminal, The horizontal scanning circuit 19 that selects and outputs the difference value held in the second output holding capacitor is used. However, the effects described in this embodiment can be implemented regardless of a specific circuit system. That is, another circuit type proposed by the present inventor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6f85471, the amplifier output after the input terminal of the amplifier 11 is reset and the amplifier output when there is signal charge are independent of each other. The same result can be obtained by performing horizontal scanning after holding in the holding capacitor and performing differential processing with a differential provided inside or outside the element. Further, the specific form of the circuit system described above includes various ones such as those described in JP-A 64-39880, JP-A 4-32379, JP-A-5-500891, etc. However, the present invention can be similarly implemented.

第3に、本実施例によれば、図14の従来例と同様に垂直電荷転送手段2の中に複数の信号電荷を運ぶ複数の分離された電位井戸を形成し、かつ、各垂直電荷転送手段2毎に複数の増幅器出力保持容量17-1、17-2を設ける事により増幅器の通過帯域を下げ増幅器雑音を低減しつつ2行同時独立読みだしを実現できる。   Third, according to the present embodiment, a plurality of separated potential wells carrying a plurality of signal charges are formed in the vertical charge transfer means 2 as in the conventional example of FIG. By providing a plurality of amplifier output holding capacitors 17-1 and 17-2 for each means 2, two rows can be read independently while lowering the passband of the amplifier and reducing amplifier noise.

なお、本実施例では、いままで述べた帯域制限は、増幅器11の出力抵抗と第1出力保持容量14もしくは増幅器11の出力抵抗と第1出力保持容量14と第2出力保持容量17-1、17-2の直列容量により行なわれているが、他の方法を用いてもよい。即ち、クランプスイッチ15と信号書き込スイッチ16-1、16-2のオン抵抗を大きくすることにより増幅器出力の低周波成分だけを通過させる様にしても良いし、特開昭62-185471号公報で本発明者が提案した電荷転送型の低域フィルタを増幅器11と第1出力保持容量14の間に設ける様にしても良い。さらに、クランプスイッ
チ15と信号書き込スイッチ16-1、16-2のチャネルに誘起される電荷が各スイッチが閉じる時に信号に混入する事により生じる固定パターン雑音が問題となる時には、特開平02-224481で本発明者が提案した様に各スイッチの高インピーダンスとなる端子側に直列に高抵抗を設けチャネル電荷を信号に混入させない様にすれば良い。この高抵抗は、ゲートに直流電圧の印加されたMOSトランジスタやノンドープポリシリコンで構成される。また、水平方向の画素数と同数の増幅器11が並列に動作する為に消費電力が問題となる時には、特開平1-279681号公報で本発明者が提案した様に水平帰線期間期間だけに増幅器を動作させる様にすれば良い。この時第1出力保持容量に不要な電圧が印加されない様に増幅器11の非動作期間の出力は0vになる様に増幅器11に印加されるバイアス電圧をパルス動作する。例えば、増幅器が周知のカスコードアンプからなる時には、ドライバ側のpMOSカスコードMOSのゲート電圧をvccとすればよい。更に、増幅器11の並列動作により増幅器11の接地線もしくは電源線に大電流が流れ電圧降下により、シェーデイング等の擬信号が発生する場合には、特開平1-243462号公報で本発明者が提案した様に各増幅器毎に電源線を基板と接続し、接地線を遮光膜と接続することにより、接地線と電源線の抵抗を下げればよい。また、増幅器11のドライバに本発明者が特開昭63-318874号公報、特開平2-224480、特開平2-224481で提案した様なリセット雑音の発生しない入力端子が空乏化した素子を用いてより一層の低雑音化を図っても良い。
In the present embodiment, the band limitation described so far is the output resistance of the amplifier 11 and the first output holding capacitor 14 or the output resistance of the amplifier 11 and the first output holding capacitor 14 and the second output holding capacitor 17-1. Although this is done with a series capacitance of 17-2, other methods may be used. That is, by increasing the on-resistance of the clamp switch 15 and the signal write switches 16-1 and 16-2, only the low frequency component of the amplifier output may be passed, or Japanese Patent Laid-Open No. 62-185471. Thus, a charge transfer type low-pass filter proposed by the present inventor may be provided between the amplifier 11 and the first output holding capacitor 14. Furthermore, when fixed pattern noise caused by mixing of charges induced in the channels of the clamp switch 15 and the signal writing switches 16-1 and 16-2 into the signal when each switch is closed becomes a problem, As proposed by the present inventor 224481, a high resistance may be provided in series on the high impedance terminal side of each switch so that channel charge is not mixed into the signal. This high resistance is composed of a MOS transistor or a non-doped polysilicon having a DC voltage applied to the gate. Also, when power consumption becomes a problem because the same number of amplifiers 11 as the number of pixels in the horizontal direction operate in parallel, only the horizontal blanking period is proposed as proposed by the present inventor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-279681. The amplifier may be operated. At this time, the bias voltage applied to the amplifier 11 is pulsed so that the output during the non-operation period of the amplifier 11 becomes 0 V so that an unnecessary voltage is not applied to the first output holding capacitor. For example, when the amplifier is a known cascode amplifier, the gate voltage of the pMOS cascode MOS on the driver side may be set to vcc. Further, when a large current flows through the ground line or power supply line of the amplifier 11 due to the parallel operation of the amplifier 11 and a pseudo signal such as shading is generated due to a voltage drop, the present inventor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-243462. As proposed, the power line is connected to the substrate for each amplifier, and the ground line is connected to the light shielding film, thereby reducing the resistance of the ground line and the power line. Further, as the driver of the amplifier 11, an element in which the input terminal that does not generate reset noise is depleted, such as the one proposed by the present inventor in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-318874, 2-224480, and 2-224811, is used. Thus, further noise reduction may be achieved.

第4に、本実施例では、以下の3点の理由により増幅器の電源電圧を下げ増幅手段の低消費電力化低電圧化ができる。第1に、増幅器入力端子に接続するゲート2-2と電荷蓄積ゲート2-3と出力ゲート2-4を設け、かつ、垂直電荷転送手段2内の出力ゲート2-4の直前の転送電極である電荷蓄積ゲート2-3を低レベルが負値の駆動パルスで駆動することにより、増幅器11の入力端子電圧を低くでき、増幅器11の電源電圧を下げられる。即ち、電荷蓄積ゲート2-3の印加電圧の低レベルは電極下にチャネル層と反導電型の反転層を誘起する負値電圧であるので、電荷蓄積ゲート2-3に低レベル電圧が印加された時のチャネル電圧をチャネルが取り得る最低の電圧とできる。更に、周知の様に、出力ゲート2-4を設ける事により、(出力ゲート2-4の直前の転送電極に低レベルを印加したときのチャネル電圧)<(出力ゲート2-4のチャネル電圧)<(増幅器11の入力端子のリセット電圧値)という関係を満たす事により電荷転送ができる。従って、増幅器11の入力端子電圧を低くでき、増幅器11の電源電圧を下げられる。なお、先に述べた電荷転送制御部が高レベルが出力ゲート2-4と同じパルスで駆動されるゲート2-2だけで構成される場合、もしくは従来のインターライン型CCDと同様に直流電圧の印加された出力ゲート2-4だけで構成される場合には、3、4からなる駆動手段を低レベルが電極下にチャネル層と反導電型の反転層を誘起する負値電圧を持つ駆動パルスで駆動すれば同様の効果が得られる。第2に、信号電荷が垂直電荷転送手段2の複数の電極にわたり形成される電位井戸内を転送されるので、チャネル濃度を低くし出力ゲート2-4の直前の転送電極に低レベルを印加したときのチャネル電圧を低くでき、さらなる低電圧化が可能になっている。第3に、信号電荷の電圧へ
の変換を11から13よりなる容量帰還型電荷電圧変換器で構成する事により、一層の低電圧化を実現している。即ち、増幅器11は高利得の反転増幅回路で構成されており、その入出力端子間には帰還容量13が設けられているので、増幅器11の入力端子は仮想接地点となり、信号電荷が入力されても電圧変動は起こらない。以上の3点の結果、電荷転送に悪影響を及ぼす事なく増幅器11の電源電圧を下げ増幅手段の低消費電力化低電圧化ができる。更に、増幅器11の電源は正電源電圧値を持ち、電源数の減少を実現している。また、信号電荷による電圧変動は高々1から2v程度なので増幅器11を通例のインターライン型CCD撮像素子で行なわれている様にソースフォロワー回路で構成し、帰還容量13をなくし、リセットスイッチを正電源に接続されたnMOSとしても第1と第2の効果により低電圧化は可能である。
Fourth, in this embodiment, the power supply voltage of the amplifier can be lowered for the following three reasons, and the power consumption of the amplifier can be reduced. First, a gate 2-2, a charge storage gate 2-3, and an output gate 2-4 connected to the amplifier input terminal are provided, and a transfer electrode immediately before the output gate 2-4 in the vertical charge transfer means 2 is provided. By driving a certain charge storage gate 2-3 with a drive pulse whose low level is negative, the input terminal voltage of the amplifier 11 can be lowered and the power supply voltage of the amplifier 11 can be lowered. That is, the low level of the voltage applied to the charge storage gate 2-3 is a negative voltage voltage that induces a channel layer and an anti-conductive inversion layer under the electrode, so that a low level voltage is applied to the charge storage gate 2-3. The channel voltage at that time can be the lowest voltage that the channel can take. Furthermore, as is well known, by providing the output gate 2-4, (channel voltage when a low level is applied to the transfer electrode immediately before the output gate 2-4) <(channel voltage of the output gate 2-4) Charges can be transferred by satisfying the relationship <(reset voltage value of the input terminal of the amplifier 11). Therefore, the input terminal voltage of the amplifier 11 can be lowered, and the power supply voltage of the amplifier 11 can be lowered. In addition, when the charge transfer control unit described above is configured only by the gate 2-2 whose high level is driven by the same pulse as the output gate 2-4, or in the same manner as the conventional interline CCD, When composed of only the applied output gate 2-4, the drive means consisting of 3 and 4 has a low level drive pulse with a negative voltage that induces the channel layer and the anticonductive inversion layer under the electrode The same effect can be obtained by driving with. Second, since the signal charge is transferred through the potential well formed across the plurality of electrodes of the vertical charge transfer means 2, the channel concentration is lowered and a low level is applied to the transfer electrode immediately before the output gate 2-4. The channel voltage at the time can be lowered, and further voltage reduction is possible. Third, the voltage of the signal charge is further reduced by configuring the conversion of the signal charge into a voltage using a capacitive feedback type charge / voltage converter composed of 11 to 13. That is, the amplifier 11 is composed of a high gain inverting amplifier circuit, and a feedback capacitor 13 is provided between its input and output terminals. Therefore, the input terminal of the amplifier 11 serves as a virtual ground point, and signal charges are input. However, no voltage fluctuation occurs. As a result of the above three points, the power supply voltage of the amplifier 11 can be reduced without adversely affecting the charge transfer, and the power consumption and the voltage of the amplifier can be reduced. Further, the power supply of the amplifier 11 has a positive power supply voltage value, and the number of power supplies is reduced. In addition, since the voltage fluctuation due to the signal charge is at most 1 to 2 V, the amplifier 11 is configured with a source follower circuit as is done with a typical interline CCD image sensor, eliminating the feedback capacitor 13, and the reset switch as a positive power supply Even with an nMOS connected to, the voltage can be lowered by the first and second effects.

一方、11から13よりなる容量帰還型増幅器によれば、電荷電圧の変換係数は増幅器11の入力端子に付随する寄生容量によらず帰還容量値だけで決り、帰還容量を高精度に形成する事により、電荷電圧変換係数のばらつきによる固定パターン雑音を低減できる。更に、増幅器11を構成する増幅器入力端子にゲートの接続されたドライバとリセットスイッチを信号電荷と極性の逆のPMOSで構成する事により、特開昭63-294182号公報に記載の様に増幅器のダイナミックレンジ向上が図れる。   On the other hand, according to the capacitive feedback type amplifier composed of 11 to 13, the charge-voltage conversion coefficient is determined only by the feedback capacitance value regardless of the parasitic capacitance associated with the input terminal of the amplifier 11, and the feedback capacitance can be formed with high accuracy. Thus, fixed pattern noise due to variations in charge-voltage conversion coefficients can be reduced. Further, by configuring the driver and the reset switch whose gates are connected to the amplifier input terminal constituting the amplifier 11 with the PMOS having the opposite polarity to the signal charge, as described in JP-A-63-294182, The dynamic range can be improved.

なお、本実施例では、説明を簡単にするため図14に述べたスメア差動は実施していない。もちろん、垂直電荷転送手段2の中にスメア差動用のもう一つの分離された電位井戸を形成し、各垂直電荷転送手段2毎にスメア電荷保持用の第3の第2出力手段を設けることにより、垂直電荷転送手段2内にあるスミア等の疑似信号と疑似信号の混入した信号を各水平走査期間ごとに独立に出力した後、2信号の差分処理により真の信号を検知して、スメア差動を行ない、スミアを更に低減できる。また、既に本発明者が特開昭62-185471号公報に提案したクランプ回路の様な差動手段を増幅器11ごとに設け、差動処理後の真の信号を水平走査してもよい。更に、スミア差動に伴うランダム雑音の増加が問題となる場合には、スミア電荷を転送する電位井戸の形成されている段数msを、信号電荷を転送する電位井戸の形成されている段数m1、m2より大きくすることにより、スミア信号だけを取り出す場合のスミア電荷量を信号に混入するスミア電荷量より多くすることにより、スミア差動に伴うランダム雑音の増加を防ぐことができる。   In this embodiment, the smear differential described in FIG. 14 is not performed for the sake of simplicity. Of course, another separate potential well for smear differential is formed in the vertical charge transfer means 2, and a third second output means for holding smear charge is provided for each vertical charge transfer means 2. Thus, after the pseudo signal such as smear in the vertical charge transfer means 2 and the signal mixed with the pseudo signal are output independently for each horizontal scanning period, the true signal is detected by differential processing of the two signals, and the smear is detected. Differential operation can be performed to further reduce smear. Further, a differential means such as a clamp circuit already proposed by the present inventor in Japanese Patent Laid-Open No. 62-185471 may be provided for each amplifier 11, and the true signal after differential processing may be horizontally scanned. Furthermore, when an increase in random noise accompanying smear differential becomes a problem, the number of stages ms in which the potential well for transferring smear charges is formed is changed to the number m1 of stages in which the potential well for transferring signal charges is formed, By making it larger than m 2, it is possible to prevent an increase in random noise due to smear differential by increasing the amount of smear charge when taking out only the smear signal from the amount of smear charge mixed in the signal.

また、本実施例では、駆動信号発生の簡略化のため、端子T1、T2に印加されるタイミング発生手段3の2相シフトパルスと端子H1、H2に印加される水平走査回路19の2相シフトパルスは同期した同一周波数のパルスとした。しかし、3、4からなる駆動手段は一水平行の垂直電荷転送手段の電極を駆動しており、水平走査回路より負荷容量が大きい。この結果、垂直電荷転送手段2の電荷転送の転送効率が劣化する等の問題が生じる時には、タイミング発生手段3の2相シフトパルスを水平走査回路19の2相シフトパルスの周波数より低くすれば良い。こ
の際、図2に示したφT1、φT2とφH1、φH2のオーバーラップ部分がないようにすれば、増幅器11の通過帯域は端子O1,O2に順次出力される映像信号出力の帯域以下なので、タイミング発生手段3の2相シフトパルスを映像信号帯域以下にしても何等問題は生じない。
In this embodiment, in order to simplify the drive signal generation, the two-phase shift pulse of the timing generating means 3 applied to the terminals T1 and T2 and the two-phase shift of the horizontal scanning circuit 19 applied to the terminals H1 and H2. The pulse was a synchronized pulse of the same frequency. However, the drive means consisting of 3 and 4 drives the electrodes of the vertical charge transfer means parallel to one horizontal line, and has a larger load capacity than the horizontal scanning circuit. As a result, when problems such as deterioration of the charge transfer efficiency of the vertical charge transfer means 2 occur, the two-phase shift pulse of the timing generation means 3 may be set lower than the frequency of the two-phase shift pulse of the horizontal scanning circuit 19. . At this time, if there is no overlap between φT1, φT2 and φH1, φH2 shown in FIG. 2, the pass band of the amplifier 11 is less than the band of the video signal output sequentially output to the terminals O1, O2. There is no problem even if the two-phase shift pulse of the generating means 3 is less than the video signal band.

以上、本発明の全体構成を図1の実施例に即し述べたが、本発明は以下の変形が可能である。   The overall configuration of the present invention has been described above in accordance with the embodiment of FIG. 1, but the present invention can be modified as follows.

垂直電荷転送手段の一水平行の電極を結ぶ駆動パルス線に垂直電荷転送のための駆動パルスを順次供給する駆動手段と、該光電変換素子の信号電荷を光電変換素子の信号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送手段に転送するための転送パルスを該光電変換素子の一水平行毎に設けられた転送パルス線に供給する行選択手段と、上記垂直電荷転送手段の出力端子毎に設けられた増幅器と該増幅器の入力端子に接続されたリセットスイッチを有する増幅手段と、該増幅手段の出力を選択して出力する水平走査回路からなる水平走査手段とを備える事により駆動手段、行選択手段、水平走査手段の駆動パルスの立ち上がりによる速度制限を解消し素子の全ての部分の高速駆動が可能として、超高精細撮像素子の様な高速駆動素子を実現する事は、駆動手段、行選択手段、水平走査手段が上記特徴を持てばその具体的形態によらず実施できる。例えば、図14で示した従来技術の駆動手段と選択手段を用いても良い。更に、行選択手段、水平走査手段がランダムアクセスのできるデコーダで構成されても良い。また、水平走査手段内の増幅手段は既に述べた様な変形が可能であり、保持容量を用いない特開昭62-122372号公報に記載された増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去回路を使用しても良い。さらに、垂直電荷転送手段が電荷制御部を持たなくてもよい。   Driving means for sequentially supplying a driving pulse for vertical charge transfer to a driving pulse line connecting one horizontal parallel electrode of the vertical charge transferring means; and a signal charge of the photoelectric conversion element for a signal charge of the photoelectric conversion element Row selection means for supplying a transfer pulse for transferring to the vertical charge transfer means one by one to a transfer pulse line provided for each parallel of the photoelectric conversion element, and provided for each output terminal of the vertical charge transfer means. Drive means and row selection means by comprising amplifying means having a reset switch connected to the amplifier and an input terminal of the amplifier, and horizontal scanning means comprising a horizontal scanning circuit for selecting and outputting the output of the amplification means Realizing a high-speed drive element such as an ultra-high-definition image sensor is possible by eliminating the speed limitation caused by the rise of the drive pulse of the horizontal scanning means and enabling high-speed drive of all parts of the element. Stage, row selection means, a horizontal scanning means can be implemented regardless of the specific form The underbarrel above features. For example, the conventional driving means and selection means shown in FIG. 14 may be used. Further, the row selection means and the horizontal scanning means may be constituted by a decoder capable of random access. Further, the amplification means in the horizontal scanning means can be modified as described above, and removal of fixed pattern noise due to variations in the DC voltage of the amplifier described in JP-A-62-122372 which does not use a storage capacitor. A circuit may be used. Further, the vertical charge transfer means may not have the charge control unit.

また、水平走査手段を、垂直電荷転送手段の出力端子毎に設けられた増幅器と該増幅器の入力端子に接続された不要電荷のはきだしゲートと兼用されたリセットスイッチと増幅器の出力を保持する出力保持容量を有する増幅手段と、出力保持容量に保持された出力を選択して出力する水平走査回路とで構成する事により、はきだしゲート132とはきだしドレイン133をなくし、高集積で転送効率不良が起こらない水平走査手段を実現する事は、駆動手段が垂直電荷転送手段内に信号電荷を保持しつつ転送するための第1の電位井戸と上記垂直電荷転送手段内に流入するスメア電荷等の不要電荷を保持しつつ転送するための上記垂直電荷転送手段の複数電極に渡る第2の電位井戸を同時に形成させ、増幅手段が少なくとも一つの保持容量を持てば、駆動手段、行選択手段、水平走査手段の具体的構成やその駆動方法によらず実施できる。例えば、駆動手段や行選択手段は本発明と同様だが信号電荷が一電極下に限定された特開昭57-78167号公報に記載された素子、行選択手段が図1と同様に一水平行を選択するものであるが、駆動がインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭60-247382号公報、特開昭62-230270号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記
載の素子で実施できる。さらに、図1と同じ様に駆動手段が順次駆動パルスを供給するものであるが、選択手段が通例のインターラインCCDと同様に垂直電荷転送素子への転送を一括して行なう特開昭62-237871号公報、特開平4-286282号公報に記載の素子でも実施できる。また、図14で示した従来技術の駆動手段と選択手段を用いても良い。更に、行選択手段、水平走査手段がランダムアクセスのできるデコーダで構成されても良い。また、水平走査手段内の増幅手段は先に述べた様々な変形が可能である。さらに、垂直電荷転送手段が電荷転送制御部を持たない場合にも実施できる。
Also, the horizontal scanning means has an output provided to hold the output of the amplifier and an amplifier provided for each output terminal of the vertical charge transfer means, a reset switch which is also used as an uncharged charge gate connected to the input terminal of the amplifier, and the amplifier. By comprising the amplification means having the capacity and the horizontal scanning circuit for selecting and outputting the output held in the output holding capacity, the gate gate 132 and the source drain 133 are eliminated, resulting in high integration and no poor transfer efficiency. Realization of the horizontal scanning means means that the driving means removes unnecessary charges such as a smear charge flowing into the first potential well and the vertical charge transfer means for transferring the signal charge while holding the signal charge in the vertical charge transfer means. If a second potential well is formed at the same time across a plurality of electrodes of the vertical charge transfer means for holding and transferring, and the amplifying means has at least one holding capacitor, the drive Means, row selection means can be performed regardless of the specific configuration and a driving method of the horizontal scanning means. For example, the driving means and the row selection means are the same as in the present invention, but the signal charge is limited to one electrode and the element and row selection means described in JP-A-57-78167 are parallel to each other as in FIG. Are driven by multi-phase external pulses similar to an interline CCD, Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-247382, 62-230270, and 63-62480. The device described in JP-A-64-54879 can be implemented. Further, as in FIG. 1, the driving means sequentially supplies the driving pulses, but the selecting means collectively transfers to the vertical charge transfer elements in the same manner as a conventional interline CCD. The device described in Japanese Patent No. 237871 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-286282 can also be implemented. Further, the conventional driving means and selection means shown in FIG. 14 may be used. Further, the row selection means and the horizontal scanning means may be constituted by a decoder capable of random access. The amplification means in the horizontal scanning means can be modified in various ways as described above. Further, the present invention can also be implemented when the vertical charge transfer means does not have a charge transfer control unit.

以上、本発明の全体構成を説明したが、以下ではタイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4から構成される駆動手段の4つの実施例の詳細な回路構成と動作を図3から図6を用いて、また、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7から構成される行選択手段の2つの実施例の詳細な回路構成と動作を図7と図8を用いて説明し、図9から図13により以上の回路に用いられるデバイスの構造について説明する。   The overall configuration of the present invention has been described above. In the following, detailed circuit configurations and operations of four embodiments of the driving unit including the timing generating unit 3 and the driving pulse generating unit 4 will be described with reference to FIGS. In addition, the detailed circuit configuration and operation of two embodiments of the row selection means composed of the row selection control means 6 and the transfer pulse generation means 7 will be described with reference to FIG. 7 and FIG. 13 explains the structure of the device used in the above circuit.

(2)駆動手段
(イ)駆動手段の第1の実施例
図3(a)は、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第1の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図(a)中21はタイミング発生手段3を構成する単一の正電源で動作する従来と同様の2相レシオレス ダイナミック シフトレジスタである。
シフトレジスタ21の中の実線は1段の区切りを示し、本実施例では一行毎に一段が設けられている。20、22から29により負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを駆動パルス線に供給する駆動パルス発生手段4が構成され、破線内が駆動パルス発生手段4の一行毎にもうけられた回路部分を示す。20、22、23、27でタイミング信号の低レベルを負値にシフトする前置駆動パルス電圧変換器が構成され、20が配列の外に設けられ図1に示した行選択制御手段6の端子VINに印加される単一正電源値の走査開始パルスの低レベルを負値にシフトする走査開始パルス電圧変換器20である。走査開始パルス電圧変換器20は例えば図5に示す41から43からなる電圧変換器でバッファnMOS41をなくしてPMOS42のソースとなるc点に端子VINを接続する。また、22-1、22-2はタイミング信号を伝達するための第1と第2の結合容量、23-1、23-2はバイアス電圧設定スイッチ、27は駆動パルスの低レベル電圧を供給する負電源線である。また、24から27で負値の駆動パルスを駆動パルス線に供給するドライバが構成され、25は駆動パルスの高レベル電圧を供給する電源線、24は負電源線27の電圧を駆動パルス線5に伝えるための第1のスイッチ、26は電源線25の電圧を駆動パルス線5に伝えるための第2のスイッチである。28は高耐圧化MOSトランジスタ、29はシフトレジスタ21を駆動する単一の正電源駆動信号と同じ電圧値を持つ正電源線、5は駆動パルス線である。また、T1、T2、TIN、VIN、VL、VM、Vcc、GNDは図1と同様である。なお、更にまた、φn、φn+1はシフトレジスタ21のn行、n+1行出力を示す。一方、図3(b)において、vl、vm、vccは図2と同じである。fcはシフトレジスタ21の2相シフトパルスのシフト周波数、tfは駆動パルス線電圧の立ち下がり時間、trは駆動パルス線電圧の立ち下がり時間である。以下、動作を説明する。
(2) Driving means (a) First embodiment of driving means FIG. 3A is a circuit configuration diagram of a first embodiment of driving means comprising timing generating means 3 and driving pulse generating means 4, FIG. (B) is a drive pulse timing chart of the circuit of FIG. In FIG. 1A, reference numeral 21 denotes a conventional two-phase ratioless dynamic shift register that operates with a single positive power source constituting the timing generating means 3.
A solid line in the shift register 21 indicates a single-stage break, and one level is provided for each row in this embodiment. The drive pulse generating means 4 for supplying a drive pulse having a negative voltage at a low level to the drive pulse line is configured by 20, 22 to 29, and the circuit portion in which the broken line is provided for each row of the drive pulse generating means 4 Indicates. 20, 22, 23, and 27 constitute a pre-drive pulse voltage converter that shifts the low level of the timing signal to a negative value, and 20 is provided outside the array and is a terminal of the row selection control means 6 shown in FIG. A scan start pulse voltage converter 20 that shifts the low level of the scan start pulse of a single positive power supply value applied to VIN to a negative value. The scan start pulse voltage converter 20 is, for example, a voltage converter composed of 41 to 43 shown in FIG. 5 and eliminates the buffer nMOS 41 and connects the terminal VIN to the point c serving as the source of the PMOS 42. 22-1 and 22-2 are first and second coupling capacitors for transmitting a timing signal, 233-1 and 23-2 are bias voltage setting switches, and 27 is a low-level voltage of a drive pulse. Negative power line. In addition, a driver for supplying a negative drive pulse to the drive pulse line from 24 to 27 is configured. A first switch 26 for transmitting to the power supply line 25 is a second switch for transmitting the voltage of the power supply line 25 to the drive pulse line 5. 28 is a high breakdown voltage MOS transistor, 29 is a positive power supply line having the same voltage value as a single positive power supply drive signal for driving the shift register 21, and 5 is a drive pulse line. Further, T1, T2, TIN, VIN, VL, VM, Vcc, and GND are the same as those in FIG. Furthermore, φn and φn + 1 indicate the outputs of the n and n + 1 rows of the shift register 21, respectively. On the other hand, in FIG. 3B, vl, vm, and vcc are the same as those in FIG. fc is the shift frequency of the two-phase shift pulse of the shift register 21, tf is the fall time of the drive pulse line voltage, and tr is the fall time of the drive pulse line voltage. The operation will be described below.

垂直帰線期間内に端子VINに行選択制御手段6の走査開始パルスがシフトレジスタ21に入力されると全段の出力が接地電圧にリセットされる。この時、同時に走査開始パルス電圧変換器20からの出力パルスにより、バイアス電圧設定スイッチ23-1、23-2がオンし、第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子電圧が端子VLに印加されている負電圧値vlに設定され、第1と第2のスイッチ24、26がオフし、各行の駆動パルス線5はフローテイング状態になる。次いで、スイッチ23-1、23-2がオフし、第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子電圧は負電圧値vlに保持される。この後、2相シフトパルスが端子T1、T2に印加されている状態で1つめの走査開始パルスがTINに印加されると、2相シフトパルスの周波数fcの逆数の時間間隔でパルスがシフトレジスタ21内をシフトしていく。このパルスがn行目に到達しシフトレジスタ21のn行目出力φnが接地電圧から正電圧vccになると、第1の結合容量22-1介して、第1のスイッチ24のゲート端子が負電圧値vlから正方向に変化し、スイッチ26がオンし、n行の駆動パルス線5の電圧はvmから負電源線27に印加された負電圧値vlに立ち下がる。(図3(b)
時刻t1)次いで、1/2fc時間後には、n行目の出力φnが接地電圧になり、第1のスイッチ24のゲート端子電圧は再びvlとなり、スイッチ24がオフし、n行の駆動パルス線5の電圧は負電圧値vlに保持される。(図3(b)時刻T2)更に、1/fc時間後に、n+1行目出力φn+1が接地電圧から正電圧vccになると、第2の結合容量22-2を介して、第2のスイッチ26のゲート端子電圧が負電圧値vlから正方向に変化し、スイッチ26がオンし、n行の駆動パルス線5の電圧はvlから電源線25に印加されたvmに立ち上がる。(図3(b)時刻t3)3/2*1/fc時間後にn+1行目φn+1が接地電圧になると、第2のスイッチ26のゲート端子電圧は再びvlとなり、スイッチ26がオフし、n行の駆動パルス線5の電圧はvmに保持される。(図3(b)時刻t4)この状態は次ぎの走査開始パルスがn行目に到達するまで保持される。以上の動作が各走査開始パルスに対し行なわれ、垂直電荷転送手段2内に所望の電位井戸が形成される。後述する行選択手段の動作により発生した転送パルスを駆動パルス線5に印加する事により、信号はホトダイオードからこのようにして形成された電位の井戸に転送される。n行目の転送パルスは、第1のスイッチ24と第2のスイッチ26が共にオフ状態にある、n行目の信号を転送するための電位井戸を形成するための第1の走査開始パルスがn行目に到達した後の図3(b)のt3以降以降で、第2の走査パルスがn行目に到達するまでの時刻までの間に印加される。この際、転送パルスが図3(a)の駆動パルス線5に図の左側から印加されると、第1のスイッチ24と第2のスイッチ26の駆動パルス出力点Aの電圧もvmから転送パルスの高レベル電圧値に向って上昇する。しかし、高耐圧化MOSトランジスタ28のゲート端子電圧はvccに固定されているので、A点電圧はvcc-vthd以上に上昇する事はない。ここに、vthdはトランジスタ28を構成する図11のデプレッション型nMOSのしきい電圧である。従って、転送パルスの高レベルとvlもしくはvm間の電圧は、高耐圧化MOSトランジスタ28と第1のスイッチ24もしくは第2のスイッチで分圧され各トランジスタのソースドレイン間に印加される。
When the scanning start pulse of the row selection control means 6 is input to the terminal VIN during the vertical blanking period, the outputs of all stages are reset to the ground voltage. At the same time, the bias voltage setting switches 23-1, 23-2 are turned on by the output pulse from the scanning start pulse voltage converter 20, and the gate terminal voltages of the first and second switches 24, 26 are applied to the terminal VL. The applied negative voltage value vl is set, the first and second switches 24 and 26 are turned off, and the drive pulse line 5 in each row is in a floating state. Next, the switches 23-1 and 23-2 are turned off, and the gate terminal voltages of the first and second switches 24 and 26 are held at the negative voltage value vl. Thereafter, when the first scan start pulse is applied to TIN in a state where the two-phase shift pulse is applied to the terminals T1 and T2, the pulse is shifted at a time interval of the reciprocal of the frequency fc of the two-phase shift pulse. Shift in 21. When this pulse reaches the n-th row and the n-th row output φn of the shift register 21 changes from the ground voltage to the positive voltage vcc, the gate terminal of the first switch 24 becomes a negative voltage via the first coupling capacitor 22-1. The value vl changes in the positive direction, the switch 26 is turned on, and the voltage of the driving pulse line 5 in the n rows falls from vm to the negative voltage value vl applied to the negative power supply line 27. (Fig. 3 (b)
Time t1) Next, after 1/2 fc time, the output φn of the n-th row becomes the ground voltage, the gate terminal voltage of the first switch 24 becomes vl again, the switch 24 is turned off, and the driving pulse line of the n-th row The voltage of 5 is held at the negative voltage value vl. (FIG. 3 (b) time T2) Further, after 1 / fc time, when the (n + 1) th row output φn + 1 changes from the ground voltage to the positive voltage vcc, the second coupling capacitor 22-2 causes the second The gate terminal voltage of the switch 26 changes in the positive direction from the negative voltage value vl, the switch 26 is turned on, and the voltage of the driving pulse line 5 in the n row rises from vl to vm applied to the power supply line 25. (Fig. 3 (b) time t3) When the n + 1-th row φn + 1 becomes the ground voltage after 3/2 * 1 / fc time, the gate terminal voltage of the second switch 26 becomes vl again, and the switch 26 is turned off. In addition, the voltage of the driving pulse line 5 in n rows is held at vm. (FIG. 3B, time t4) This state is maintained until the next scanning start pulse reaches the nth row. The above operation is performed for each scan start pulse, and a desired potential well is formed in the vertical charge transfer means 2. By applying a transfer pulse generated by the operation of the row selection means described later to the drive pulse line 5, the signal is transferred from the photodiode to the potential well formed in this way. The transfer pulse for the n-th line is the first scan start pulse for forming a potential well for transferring the signal for the n-th line when both the first switch 24 and the second switch 26 are in the OFF state. After t3 in FIG. 3B after reaching the n-th row, the second scanning pulse is applied until the time until it reaches the n-th row. At this time, when the transfer pulse is applied to the drive pulse line 5 in FIG. 3A from the left side of the figure, the voltage at the drive pulse output point A of the first switch 24 and the second switch 26 is also transferred from vm. Rises toward the high level voltage value of. However, since the gate terminal voltage of the high breakdown voltage MOS transistor 28 is fixed at vcc, the voltage at the point A does not rise above vcc-vthd. Here, vthd is a threshold voltage of the depletion type nMOS of FIG. Accordingly, the high level of the transfer pulse and the voltage between vl or vm are divided by the high breakdown voltage MOS transistor 28 and the first switch 24 or the second switch and applied between the source and drain of each transistor.

本実施例によれば、第1に、タイミング発生チップから単一正電源値駆動信号が端子T1、T2、TINに印加されると、シフトレジスタ21がn行、n+1行にタイミング信号となるφn、φn+1を出力する。このタイミング信号と、負電源入力端子VLに印加された負電源とから、20、22から29からなる駆動パルス発生手段が低レベルが負値の電圧値を低レベルに有する駆動パルスを駆動パルス線5に供給する。この結果、シフトレジスタ21内の比較的大きなパルス線を駆動する2相シフパルスを発生するドライバが不要になり、撮像装置の低消費電力化が可
能となるという効果を有する。なお、前置駆動パルス電圧変換器20を設けず外部から負値パルスをバイアス設定スイッチ23-1、23-2に与えるようにしても、バイアス設定スイッチ23-1、23-2は一フィールドに一回動作するだけなので、撮像装置の低消費電力化という効果には変りはない。
According to the present embodiment, first, when a single positive power supply value driving signal is applied from the timing generation chip to the terminals T1, T2, and TIN, the shift register 21 receives the timing signal in the nth row and the n + 1th row. Φn and φn + 1 are output. From this timing signal and the negative power supply applied to the negative power supply input terminal VL, the drive pulse generating means composed of 20, 22 to 29 sends a drive pulse having a low voltage value of a low level to a low level as a drive pulse line. Supply to 5. As a result, there is no need for a driver that generates a two-phase shift pulse for driving a relatively large pulse line in the shift register 21, and the power consumption of the imaging apparatus can be reduced. The bias setting switches 23-1 and 23-2 can be provided in one field even if a negative pulse is externally applied to the bias setting switches 23-1 and 23-2 without providing the pre-drive pulse voltage converter 20. Since the operation is performed only once, the effect of reducing the power consumption of the imaging apparatus remains unchanged.

また、端子VMに印加されている駆動パルスの高レベル電圧を通例のインターライン型CCDで行なわれている様に接地電圧とすることにより、駆動手段を動作させるための電源数を低減でき、端子VMと端子GNDは共通化できる。   Further, by setting the high level voltage of the drive pulse applied to the terminal VM to the ground voltage as is done in the conventional interline CCD, the number of power sources for operating the drive means can be reduced, and the terminal The VM and the terminal GND can be shared.

さらに、通例、単一正電源で動作する微細なnMOSが形成されるpウエルには、基板効果係数の低減、フィールドの寄生MOSのしきい電圧の確保、接合容量の低減のため負値のバックバイアスvbbが印加される。このバックバイアス電圧と、端子VLに印加されている駆動パルスの低レベル電圧を等しい値にして
、駆動手段を動作させるための電源数を低減し、端子VLをバックバイアス印加端子(図示せず)は共通としてもよい。
In addition, a p-well in which a fine nMOS operating with a single positive power supply is typically formed has a negative value back to reduce the substrate effect factor, secure the threshold voltage of the field parasitic MOS, and reduce the junction capacitance. A bias vbb is applied. The back bias voltage and the low level voltage of the drive pulse applied to the terminal VL are made equal to reduce the number of power sources for operating the drive means, and the terminal VL is connected to a back bias application terminal (not shown). May be common.

以上述べた2つの電源数低減を本実施例で実施する事により、駆動手段の全てを、単一の正電圧値を持つ駆動信号と、駆動信号と等しい電圧値を持つ正電源並びに一負電源とにより駆動できる。
第2に、本実施例によれば、シフトレジスタ21の出力φn、φn+1に基ずき第1のスイッチ24と第2のスイッチ26をオンオフし、負電源線27に印加された負電圧と電源線25に印加された駆動パルスの高レベル電圧を切り変える事により、駆動パルスを駆動パルス線5に発生させているので、駆動パルス線5は駆動パルスの立ち上がり期間tf、立ち下がり期間trを除く全ての期間でフローテイング状態となる。従って、走査開始パルスの印加時間間隔を駆動パルスのシフト周期のn倍とし、転送パルスの印加時間をこの時間間隔以下の充分な時間に設定すれば、貫通電流が流れることによる消費電力の増加や、残像の発生もなく、駆動パルス線と転送パルスの共通化し、画素部を高集積化できるという効果を有する。
By implementing the two power supply reductions described above in this embodiment, all of the drive means can be divided into a drive signal having a single positive voltage value, a positive power supply having a voltage value equal to the drive signal, and one negative power supply. And can be driven.
Secondly, according to this embodiment, the first switch 24 and the second switch 26 are turned on and off based on the outputs φn and φn + 1 of the shift register 21, and the negative voltage applied to the negative power supply line 27 is turned on. Since the drive pulse is generated in the drive pulse line 5 by switching the high level voltage of the drive pulse applied to the power line 25, the drive pulse line 5 has a drive pulse rising period tf and a falling period tr. Floating state is entered in all periods except for. Therefore, if the application time interval of the scan start pulse is set to n times the shift period of the drive pulse and the application time of the transfer pulse is set to a sufficient time equal to or less than this time interval, an increase in power consumption due to the flow of through current or There is no generation of afterimages, and there is an effect that the drive pulse line and the transfer pulse can be made common and the pixel portion can be highly integrated.

第3に、本実施例によれば、ゲート端子電圧がvccに設定された高耐圧化MOSトランジスタ28により、駆動パルス線5と負電源線27間の転送パルスの高レベル電圧vhと負電圧vlの電圧もしくは駆動パルス線5と電源線5間の転送パルスの高レベル電圧vhと電圧vmの電圧は、高耐圧化MOSトランジスタ28と第1のスイッチ24もしくは第2のスイッチで分圧され各トランジスタのソースドレイン間に印加されるので、駆動パルス発生手段の高信頼度化を図れるという効果がある。しかも、トランジスタ28のしきい電圧を負としそのゲートに正電圧vccが印加されているので、駆動パルスの駆動線5への印加速度への影響は少なくできる。   Thirdly, according to the present embodiment, the high voltage MOS transistor 28 whose gate terminal voltage is set to vcc causes the high level voltage vh and negative voltage vl of the transfer pulse between the drive pulse line 5 and the negative power supply line 27 to be increased. The high level voltage vh and voltage vm of the transfer pulse between the drive pulse line 5 and the power supply line 5 are divided by the high breakdown voltage MOS transistor 28 and the first switch 24 or the second switch. Since the voltage is applied between the source and the drain, there is an effect that the drive pulse generating means can be highly reliable. In addition, since the threshold voltage of the transistor 28 is negative and the positive voltage vcc is applied to its gate, the influence of the drive pulse on the drive line 5 can be reduced.

なお、本実施例では一行毎にシフトレジスタ21の一段を設けたが、シフトレジスタ21の各段から2相シフトパルスの双方に同期して180度位相のずれたパルスを出力させ、この双方をタイミング信号として用いて、2行にシフトレジスタ21の1段を設ける様にして、シフトレジスタ21を構成する素子数を1/2にしてもよい。   In this embodiment, one stage of the shift register 21 is provided for each row. However, each stage of the shift register 21 outputs a pulse that is 180 degrees out of phase in synchronization with both of the two-phase shift pulses. The number of elements constituting the shift register 21 may be halved by using the timing register as one stage of the shift register 21 in two rows.

(ロ)駆動手段の第2の実施例
通例のインターライン型CCDでは、2次元状に配置されたホトダイオード1と垂直電荷転送手段2をpウエル内に形成し、n基板に正電圧を行なう事によりホトダイオードの過剰電荷を排出している。しかし、オーバーフローのための電圧が与えられる基板電圧は基板濃度等のばらつきにより各チップでばらつく。この結果、n基板上にpMOSを直接形成するとそのバックバイアスがチップ毎に変化することになるため、pMOSを用いた回路にはこの変化を考慮した裕度をとらなくてはならないという課題が生じる。第1の実施例において用いた2相のレシオレスダイナミックシフトレジスタはウエル内に形成されたnMOSだけで構成されるため、以上述べた課題は存在しない。しかし、n行の出力φnが2相シフトパルスの内片方に同期して出力されるため、第1の実施例の構成では駆動パルスのtf、trをシフトレジスタシフト周期1/fcの1/2程度にしかできず、fcが高い場合に駆動パルスの振幅が低下する。一方、特開昭61-157188号公報、特開昭61-214871号公報に記載されたパルス幅伸長器は、伸長のために必要なスイッチの数が多く、高集積化が困難である。本実施例は、以上の課題を解決するために、タイミング発生手段を2相ダイナミック型シフトレジスタと、第1のシフトレジスタの出力によりオンし正電源線と出力を接続する第1のスイッチと該第1の出力よりシフト周期の1/2のN倍(Nは2以上の整数)だけ遅れたシフトレジスタの第2の出力によりオンし接地線と出力を接続する第2のスイッチからなるパルス幅伸長器で構成したものである。図4(a)は、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第2の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図(a)で破線内がタイミング発生手段3の一部を構成するパルス幅伸長器の一行分の回路と駆動パルス発生手段4の一行毎にもうけられた回路部分を示す。図4(a)中21から33によりタイミング発生手段3が構成され、21は図3(a)と同様、29から33でパルス幅伸長器が構成され、30、31はスイッチ、32はバイアス設定用スイッチ、33は接地線である
。また、20、22から29は図3(a)と同様で駆動パルス発生手段を構成する。5、T1、T2、TIN、VIN、VL、VM、Vcc、GNDは図3(a)と同様である。更にまた、φn、φn+1、φn+2、φn+3はシフトレジスタ21のn行、n+1行、n+2行、n+3行出力を示す。一方、図4(b)において、vl、vm、vcc、fc、tf、trは図3(b)と同様である。以下、駆動パルスのtf、trをシフトレジスタシフト周期1/2fc以上にするための動作を説明する。
(B) Second embodiment of driving means In a typical interline CCD, a photodiode 1 and a vertical charge transfer means 2 arranged two-dimensionally are formed in a p-well, and a positive voltage is applied to an n substrate. The excess charge of the photodiode is discharged. However, the substrate voltage to which a voltage for overflow is applied varies from chip to chip due to variations in substrate concentration and the like. As a result, when the pMOS is directly formed on the n substrate, the back bias changes from chip to chip. Therefore, there is a problem that a circuit using the pMOS must have a tolerance considering this change. . Since the two-phase ratioless dynamic shift register used in the first embodiment is composed only of an nMOS formed in a well, there is no problem described above. However, since the output φn of n rows is output in synchronization with one of the two-phase shift pulses, in the configuration of the first embodiment, tf and tr of the drive pulse are ½ of the shift register shift period 1 / fc. The amplitude of the drive pulse decreases when fc is high. On the other hand, the pulse width expanders described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-157188 and 61-214871 have a large number of switches required for expansion and are difficult to achieve high integration. In this embodiment, in order to solve the above problems, the timing generation means is turned on by the output of the first shift register, the first switch that connects the positive power supply line and the output, and the first switch Pulse width comprising a second switch that is turned on by the second output of the shift register that is delayed by N times half the shift period (N is an integer of 2 or more) from the first output and connects the ground line and the output It is composed of an expander. FIG. 4A is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the driving means comprising the timing generating means 3 and the driving pulse generating means 4, and FIG. 4B is a driving pulse timing diagram of the circuit of FIG. It is. In FIG. 2A, the inside of the broken line shows the circuit for one row of the pulse width expander constituting a part of the timing generating means 3 and the circuit portion provided for each row of the driving pulse generating means 4. In FIG. 4 (a), the timing generation means 3 is composed of 21 to 33. As in FIG. 3 (a), 21 is a pulse width expander composed of 29 to 33, 30, 31 is a switch, and 32 is a bias setting. The switch 33 is a ground wire. Reference numerals 20, 22 to 29 are the same as in FIG. 3A and constitute drive pulse generating means. 5, T1, T2, TIN, VIN, VL, VM, Vcc, and GND are the same as those in FIG. Furthermore, φn, φn + 1, φn + 2, and φn + 3 indicate outputs of the n-row, n + 1-row, n + 2-row, and n + 3-row of the shift register 21, respectively. On the other hand, in FIG. 4B, vl, vm, vcc, fc, tf, tr are the same as those in FIG. Hereinafter, an operation for setting tf and tr of the drive pulse to a shift register shift period of 1/2 fc or more will be described.

第1の実施例と同様に、垂直帰線期間内に端子VINに行選択制御手段6の走査開始パルスがシフトレジスタ21に入力されると全段の出力が接地電圧にリセットされるとともに、走査開始パルス電圧変換器20からの出力パルスにより、バイアス電圧設定スイッチ23-1、23-2がオンし、第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子電圧が負電源線27に印加された負電圧値vlにリセットされる。これと同時に、端子VINに印加された行選択制御手段6の走査開始パルスによりバイアス設定用スイッチ32がオンし、結合容量22-1、22-2の他端子Bも接地線33に印加された接地電圧にバイアスされる。この後、n行目の出力φnが接地電圧からvccになると、スイッチ30がオンし端子Bの電圧が接地電圧から上昇し、(図4(b)時刻t1)次いで、n+1行目の出力φn+1がvccになると、スイッチ31がオンし端子Bの電圧が接地電圧になる。(図4(b)時刻T2)このようにして端子Bに発生した1/fcの幅を持つ第1のタイミング信号により、スイッチ24がオンし、n行の駆動パルス線電圧は1/fcの時間内にvmからvlに立ち下がる。この後、同様にして、φn+2とφn+3から第n+2行目のパルス幅伸長器により、1/fcの幅を持つ第2のタイミング信号が発生し、(図4(b)時刻t3からt4)第2のスイッチ26がオンし、n行の駆動パルス線電圧は1/fcの時間内にvlからvmに立ちあがる。   As in the first embodiment, when the scanning start pulse of the row selection control means 6 is input to the terminal VIN within the vertical blanking period, the outputs of all the stages are reset to the ground voltage, and scanning is performed. By the output pulse from the start pulse voltage converter 20, the bias voltage setting switches 23-1, 23-2 are turned on, and the gate terminal voltages of the first and second switches 24, 26 are applied to the negative power line 27. The negative voltage value vl is reset. At the same time, the bias setting switch 32 is turned on by the scanning start pulse of the row selection control means 6 applied to the terminal VIN, and the other terminals B of the coupling capacitors 22-1 and 22-2 are also applied to the ground line 33. Biased to ground voltage. Thereafter, when the output φn in the nth row changes from the ground voltage to vcc, the switch 30 is turned on, and the voltage at the terminal B rises from the ground voltage (time t1 in FIG. 4 (b)). When the output φn + 1 becomes vcc, the switch 31 is turned on and the voltage at the terminal B becomes the ground voltage. (FIG. 4 (b) time T2) The first timing signal having the 1 / fc width generated at the terminal B in this way turns on the switch 24, and the n-th driving pulse line voltage is 1 / fc. Fall from vm to vl in time. Thereafter, similarly, a second timing signal having a width of 1 / fc is generated by the pulse width expander in the (n + 2) th row from φn + 2 and φn + 3 (FIG. 4B). From time t3 to t4) the second switch 26 is turned on, and the driving pulse line voltage of the n-th row rises from vl to vm within 1 / fc.

本実施例によれば、第1に、2相のレシオレスダイナミックシフトレジスタ21と2つスイッチ30、31で構成されるパルス幅伸長器を設けることにより、タイミング発生手段にpMOSを用いる事なく、また、集積度を損なう事なく、駆動パルス線の駆動パルス電圧の立ち上がり立ち下がり時間を1/fcにする事ができ、シフトレジスタの高速走査を行なっても、充分な立ち上がり立ち下がり特性を得る事ができる。   According to this embodiment, first, by providing a pulse width expander composed of a two-phase ratioless dynamic shift register 21 and two switches 30 and 31, without using a pMOS as a timing generation means, Further, the rise / fall time of the drive pulse voltage of the drive pulse line can be reduced to 1 / fc without impairing the degree of integration, and sufficient rise / fall characteristics can be obtained even when the shift register is scanned at high speed. Can do.

第2に、本実施例によれば、n行目の駆動パルス線電圧を立ち下げるタイミング信号を発生するパルス幅伸長器とn+2行目の駆動パルス線電圧を立ちあげるタイミング信号を発生するパルス幅伸長器を共用化する事により、パルス幅伸長器を構成するトランジスタ数を減らせるという効果がある。   Second, according to the present embodiment, a pulse width expander for generating a timing signal for lowering the driving pulse line voltage of the nth row and a timing signal for raising the driving pulse line voltage of the n + 2th row are generated. By sharing the pulse width expander, there is an effect that the number of transistors constituting the pulse width expander can be reduced.

なお、本実施例では、タイミング信号を1/fcに伸長した例を示したが、シフトレジスタのシフト周期の1/2のN倍(Nは2以上の整数)のパルス幅であれば、任意の幅であればよい。シフトレジスタのシフト周期の非整数倍のパルス幅を得るためには、実施例の様にシフトレジスタの2相シフトパルスの片方に同期した
出力だけを用いるのでなく2相シフトパルスの双方に同期する出力も用いればよい。
In this embodiment, an example in which the timing signal is expanded to 1 / fc is shown. However, any pulse width that is N times N times the shift cycle of the shift register (N is an integer of 2 or more) is arbitrary. It is sufficient if the width is. In order to obtain a pulse width that is a non-integer multiple of the shift period of the shift register, not only the output synchronized with one of the two-phase shift pulses of the shift register is used, but also the two-phase shift pulses are synchronized. The output can also be used.

以上、本実施例で図1の電荷転送手段2の駆動パルスを発生するために用いた、2相ダイナミック型シフトレジスタと、シフトレジスタの第1の出力によりオンし正電源線と出力を接続する第1のスイッチとシフトレジスタの第2の出力によりオンし接地線と出力を接続する第2のスイッチからなるパルス幅伸長器を有するタイミング発生手段は、2つのトランジスタを付加するだけで、nMOSからなる2相のダイナミックシフトレジスタシフトを用いシフト周期の1/2のN倍(Nは2以上の整数)のパルス幅を持つ発生できるという効果を有し、広く実施できる。   As described above, the two-phase dynamic shift register used for generating the drive pulse of the charge transfer means 2 of FIG. 1 in this embodiment and the first output of the shift register are turned on to connect the positive power supply line and the output. The timing generation means having a pulse width expander comprising a second switch which is turned on by the first switch and the second output of the shift register and connects the ground line and the output can be obtained from the nMOS only by adding two transistors. The two-phase dynamic shift register shift can be used and can be generated with a pulse width that is N times half the shift period (N is an integer of 2 or more).

(ハ)駆動手段の第3の実施例
第1、第2の実施例では、前置駆動パルス電圧変換器内の結合容量22-1、22-2によりタイミング信号の低レベル電圧を負値にシフトした前置駆動パルスを発生し、これにより第1と、第2のスイッチ24、26を駆動している。このような容量結合による低レベル電圧を負値にシフトする前置駆動パルスの発生方法は、以下の3つの課題を有する。第1に駆動パルス線5の電圧を制御する第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子がほとんどの期間フローテイング状態にあるため、ノイズにより各スイッチがオンし駆動パルス線電圧に不用の電圧変化もたらす場合がある。第2に第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子の電圧振幅は前置駆動パルスの電圧振幅vcc以下であり、第1と第2のスイッチ24、26の駆動パルス線の駆動能力が低い。第3に、バイアス電圧設定スイッチ23-1、23-2に低レベルを負値とするパルスを印加しなければならず、単一正電源値駆動信号の走査開始パルスの低レベルを負値にシフトするための走査開始パルス電圧変換器20を必要とする。本実施例は、前置駆動パルス電圧変換器をタイミング発生手段の正電圧出力パルスをソースに入力する負のしきい電圧値を持つPMOSトランジスタと、PMOSのドレインをドレインとし上記負の電源線をソースとし常時オン状態にあるnMOSトランジスタを構成する事により以上の課題を解決するものである。図5は、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第3の実施例の回路構成図である。図5で破線内がタイミング発生手段3の一部をなすパルス幅伸長器と駆動パルス発生手段4の一行分の回路を示す。図中21、29から31、33は図4(a)と同様でタイミング発生手段を構成する。41から43、24から28により駆動パルス発生手段が構成され、41から43で前置駆動パルス電圧変換器が構成され、41はパルス幅伸長器の出力保持するためのバッファnMOSトランジスタ、42はPMOSトランジスタ、43は負のしきい電圧値vthdを持ち常時オンしているnMOSトランジスタで、24から28は図4(a)と同様である。5、T1、T2、TIN、VIN、VL、VM、Vcc、GND、φn、φn+1、φn+2、φn+3は図4(a)と同様である。以下、本実施例における低レベル電圧を負値にシフトした前置駆動パルスの発生のための動作を説明する。 本実施例ではPMOS42のゲートが接地され、PMOSのしきい値電圧が負なので、タイミング信号を発生するパルス幅伸長器の出力が接地電圧の時にはPMOS42はかならずオフしている。即ち、パルス幅伸長器の出力が接地電圧の時にはバッファnMOS41がオフし、正電圧がPMOS42のソースとなるC点がPMOSがオンする正電圧になる事はないからである。従って、パルス幅伸長器の出力が接地電圧の時には負電源線27をソースとし常時オン状態にあるnMOS43を介して、第1のスイッチ24のゲート端子には負電源線27の負電圧値が印加される。一方、パルス幅伸長器の出力が正電圧になると、まず、バッファnMOS41がオンし、C点電圧にはパルス幅伸長器の出力よりバッファnMOS41のしきい値電圧分だけ低い電圧が印加される。この結果、PMOS42がオンし、第1のスイッチ24のゲート端子が正電圧となる。この後、パルス幅伸長器の出力が再度接地電圧になると、バッファnMOS41がオフし、オン状態にあるnMOS43により第1のスイッチ24のゲート端子が負電源線27に印加された負電圧値になる。以上のようにして、タイミング信号の低レベルを負値にシフトした前置駆動パルスを発生している。
(C) Third embodiment of the driving means In the first and second embodiments, the low level voltage of the timing signal is made negative by the coupling capacitors 22-1 and 22-2 in the pre-drive pulse voltage converter. A shifted pre-driving pulse is generated, thereby driving the first and second switches 24 and 26. Such a method for generating a pre-driving pulse for shifting a low level voltage due to capacitive coupling to a negative value has the following three problems. First, since the gate terminals of the first and second switches 24 and 26 that control the voltage of the drive pulse line 5 are in a floating state for most of the period, each switch is turned on by noise and is unnecessary for the drive pulse line voltage. It may cause a voltage change. Second, the voltage amplitude of the gate terminals of the first and second switches 24 and 26 is equal to or less than the voltage amplitude vcc of the pre-driving pulse, and the driving capability of the driving pulse lines of the first and second switches 24 and 26 is high. Low. Third, a low level pulse must be applied to the bias voltage setting switches 23-1, 23-2, and the low level of the scan start pulse of the single positive power supply value drive signal is set to a negative value. A scan start pulse voltage converter 20 for shifting is required. In the present embodiment, a PMOS transistor having a negative threshold voltage value for inputting a positive voltage output pulse of a timing generation means to a source of a pre-driving pulse voltage converter, a drain of the PMOS as a drain, and the negative power supply line as described above. By constructing an nMOS transistor that is always on as a source, the above problems are solved. FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of driving means comprising timing generating means 3 and driving pulse generating means 4. In FIG. FIG. 5 shows a circuit for one row of the pulse width expander and the drive pulse generating means 4 forming part of the timing generating means 3 within the broken line. In the figure, numerals 21, 29 to 31, 33 form the timing generating means in the same manner as in FIG. 41 to 43 and 24 to 28 form drive pulse generating means, 41 to 43 form a pre-drive pulse voltage converter, 41 is a buffer nMOS transistor for holding the output of the pulse width expander, and 42 is a PMOS The transistor 43 is an nMOS transistor which has a negative threshold voltage value vthd and is always turned on, and 24 to 28 are the same as those in FIG. 5, T1, T2, TIN, VIN, VL, VM, Vcc, GND, φn, φn + 1, φn + 2, and φn + 3 are the same as those in FIG. Hereinafter, an operation for generating a pre-driving pulse in which the low level voltage is shifted to a negative value in the present embodiment will be described. In this embodiment, since the gate of the PMOS 42 is grounded and the threshold voltage of the PMOS is negative, the PMOS 42 is always turned off when the output of the pulse width expander that generates the timing signal is the ground voltage. That is, when the output of the pulse width expander is at the ground voltage, the buffer nMOS 41 is turned off, and the point C at which the positive voltage becomes the source of the PMOS 42 does not become the positive voltage at which the PMOS is turned on. Therefore, when the output of the pulse width expander is the ground voltage, the negative voltage value of the negative power supply line 27 is applied to the gate terminal of the first switch 24 through the nMOS 43 that is always on with the negative power supply line 27 as the source. Is done. On the other hand, when the output of the pulse width expander becomes a positive voltage, the buffer nMOS 41 is first turned on, and a voltage lower than the output of the pulse width expander by the threshold voltage of the buffer nMOS 41 is applied to the C point voltage. As a result, the PMOS 42 is turned on, and the gate terminal of the first switch 24 becomes a positive voltage. Thereafter, when the output of the pulse width expander becomes the ground voltage again, the buffer nMOS 41 is turned off, and the gate terminal of the first switch 24 becomes the negative voltage value applied to the negative power supply line 27 by the nMOS 43 in the on state. . As described above, the pre-driving pulse in which the low level of the timing signal is shifted to a negative value is generated.

本実施例によれば、41から43からなるパルス電圧変換器で前置駆動パルス電圧変換器を構成する事により、パルスタイミング信号の低レベルを負値にシフトした前置駆動パルスを発生する際に、駆動パルス線5の電圧を制御する第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子がフローテイング状態になることがなく、駆動パルス線電圧に不用の電圧変化が発生する事はない。また、第1と第2のスイッチ24、26のゲート端子の電圧振幅はvcc-vl-2vth程度となり、タイミング信号の電圧振幅vcc以上にできる。さらに走査開始パルスの低レベルを負値にシフトするための走査開始パルス電圧変換器20も必要なくなる。なお、パルス幅伸長を行なわない場合にはスイッチ30、31とバッファnMOS41をなくし、直接シフトレジスタ21の出力φnをPMOS42のソースに入力すればよい。   According to the present embodiment, when the pre-driving pulse voltage converter is composed of the pulse voltage converters 41 to 43, the pre-driving pulse in which the low level of the pulse timing signal is shifted to the negative value is generated. In addition, the gate terminals of the first and second switches 24 and 26 that control the voltage of the drive pulse line 5 are not in a floating state, and an unnecessary voltage change does not occur in the drive pulse line voltage. The voltage amplitude of the gate terminals of the first and second switches 24 and 26 is about vcc-vl-2vth, which can be made equal to or higher than the voltage amplitude vcc of the timing signal. Further, the scan start pulse voltage converter 20 for shifting the low level of the scan start pulse to a negative value is not necessary. When pulse width expansion is not performed, the switches 30 and 31 and the buffer nMOS 41 may be eliminated, and the output φn of the shift register 21 may be directly input to the source of the PMOS 42.

なお、本実施例では、駆動パルス線が第1と第2のスイッチで駆動されているが、上記した本発明の効果は駆動パルス線を駆動するための具体的回路構成によらず得られる。例えば、従来例と同様の反転回路で駆動パルス線を駆動するものでもよい。   In this embodiment, the drive pulse line is driven by the first and second switches. However, the above-described effects of the present invention can be obtained regardless of the specific circuit configuration for driving the drive pulse line. For example, the driving pulse line may be driven by an inverting circuit similar to the conventional example.

(ニ)駆動手段の第4の実施例
第3の実施例では、nMOS43に流れる電流値により第1もしくは第2スイッチ24、26のゲート端子の放電が起き第1もしくは第2のスイッチがオフする。この放電のスピードを早めるためには、nMOS43に流れる電流値を大きくする必要があり、パルス幅伸長器の出力が正電圧になりPMOS42がオンした時の正電圧線29と負電源線27間には貫通電流を小さくできないという課題がある。本実施例は、パルス幅伸長器の出力が接地電圧になりPMOSがオフすると同時に、負の電源線をソースとするnMOSトランジスタのゲート端子に正電圧を与える事により、この課題を解決するものである。図6は、タイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第4の実施例の回路構成図である。図6で破線内が破線内がタイミング発生手段3の一部をなすパルス幅伸長器と駆動パルス発生手段4の一行分の回路を示す。図6中51がバッファnMOS41をオフすると同時にゲート端子により正の電圧が与えられるnMOSトランジスタでそのゲートにはスイッチ31と同じシフトレジスタ21の出力パルスが印加される。5、21、24から31、33、41、42、T1、T2、TIN、VL、VM、Vcc、GND、φn、φn+1、φn+2、φn+3は図5と同様である。以下、n行の第1スイッチ24のゲート端子の放電が起き第1のスイッチ24がオフする動作を例に取り説明する。
(D) Fourth Embodiment of Driving Means In the third embodiment, the gate terminal of the first or second switch 24, 26 is discharged by the value of the current flowing through the nMOS 43, and the first or second switch is turned off. . In order to increase the speed of this discharge, it is necessary to increase the value of the current flowing through the nMOS 43. The output of the pulse width expander becomes a positive voltage, and the PMOS 42 is turned on between the positive voltage line 29 and the negative power line 27 Has a problem that the through current cannot be reduced. This embodiment solves this problem by applying a positive voltage to the gate terminal of an nMOS transistor whose source is a negative power supply line at the same time that the output of the pulse width expander becomes the ground voltage and the PMOS is turned off. is there. FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a fourth embodiment of driving means comprising timing generating means 3 and driving pulse generating means 4. In FIG. 6, the inside of the broken line shows a circuit for one row of the pulse width expander and the driving pulse generating means 4 forming part of the timing generating means 3 within the broken line. In FIG. 6, 51 is an nMOS transistor to which a positive voltage is applied by the gate terminal simultaneously with turning off the buffer nMOS 41, and the same output pulse of the shift register 21 as that of the switch 31 is applied to the gate. 5, 21, 24 to 31, 33, 41, 42, T1, T2, TIN, VL, VM, Vcc, GND, φn, φn + 1, φn + 2, and φn + 3 are the same as those in FIG. Hereinafter, an operation in which the discharge of the gate terminal of the first switch 24 in the nth row occurs and the first switch 24 is turned off will be described as an example.

シフトレジスタ21が出力パルスφn+1を出力するとスイッチ31がオンしパルス幅伸長器の出力が接地電圧になりバッファnMOS41がオフしPMOS42がオフする。これと同時に、nMOSトランジスタ51のゲートは正電圧vccとなり、第1のスイッチ24のゲート端子が負電源線27に印加された負電圧値に高速に放電される。この大きな放電電流は出力φn+1がvccになっている1/2fc期間だけ流れ、他の期間においては、nMOS51のゲート端子には接地電圧になっている。従って、第1のスイッチ24のゲート端子と正電圧線29の間の電流経路がオンした時の貫通電流を小さくできる。なお、パルス幅伸長を行なわない場合にはスイッチ30、31とバッファnMOS41をなくし、直接シフトレジスタ21の出力φnをPMOS42のソースに入力すればよい。   When the shift register 21 outputs the output pulse φn + 1, the switch 31 is turned on, the output of the pulse width expander becomes the ground voltage, the buffer nMOS 41 is turned off, and the PMOS 42 is turned off. At the same time, the gate of the nMOS transistor 51 becomes the positive voltage vcc, and the gate terminal of the first switch 24 is rapidly discharged to the negative voltage value applied to the negative power supply line 27. This large discharge current flows only during a 1/2 fc period in which the output φn + 1 is vcc, and in the other period, the gate terminal of the nMOS 51 is at the ground voltage. Therefore, the through current when the current path between the gate terminal of the first switch 24 and the positive voltage line 29 is turned on can be reduced. When pulse width expansion is not performed, the switches 30 and 31 and the buffer nMOS 41 may be eliminated, and the output φn of the shift register 21 may be directly input to the source of the PMOS 42.

本実施例によれば、前置駆動パルス電圧変換器の負の電源線をソースとし常時オン状態にあるnMOSトランジスタ51のゲートにPMOS42がオフすると同時にに正電圧が与えられるので、nMOSトランジスタ51による放電のスピードが早く、かつ、PMOS42がオンした時にはnMOS51のゲート電圧は接地電圧なので正電圧線29と負電源線27間には貫通電流を小さくできる。   According to the present embodiment, since the negative power supply line of the pre-drive pulse voltage converter is used as a source, a positive voltage is applied to the gate of the nMOS transistor 51 which is always on at the same time as the PMOS 42 is turned off. When the discharge speed is fast and the PMOS 42 is turned on, the gate voltage of the nMOS 51 is the ground voltage, so that the through current can be reduced between the positive voltage line 29 and the negative power supply line 27.

以上第3、第4の実施例で述べた前置駆動パルス電圧変換器を構成する低レベルが接地電圧で高レベルが正の電圧を持つパルス入力部をソースとし、接地線をゲートとする負のしきい電圧値を持つPMOSトランジスタと、出力となるPMOSのドレインをドレインとし負の電源線をソースとし常時オン状態にあるnMOSトランジスタとを備えることを特徴とするパルス電圧変換器は、フローテイング端子がなく、かつ、その端子をリセットするための負値パルスを必要とせず、電圧変換後のパルス振幅も大きいという優れた効果を有するものであり、低レベルが接地電圧で高レベルが正の電圧を持つパルスの低レベルを負値に変換する際に広く用いる事ができる。   As described above in the third and fourth embodiments, the pulse input unit having the low level of the ground voltage and the high level of the positive voltage constituting the pre-driving pulse voltage converter described above is a source, and the ground line is a negative. A pulse voltage converter comprising: a PMOS transistor having a threshold voltage value of: There is no terminal, there is no need for a negative pulse to reset the terminal, and the pulse amplitude after voltage conversion is large, and the low level is the ground voltage and the high level is positive. It can be widely used when converting a low level of a pulse having a voltage into a negative value.

以上、本発明の駆動手段の4つの実施例を、図1で述べた全体構成と駆動方式を持つ素子に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲は図1の素子に限定されるものではなく、以下に述べる変形が可能である。   As described above, the case where the four embodiments of the driving means of the present invention are applied to the element having the overall configuration and the driving system described in FIG. 1 has been described, but the scope of the present invention is limited to the element of FIG. The following modifications are possible.

駆動手段が正の単一電源で動作するシフトレジスタを有するタイミング発生手段と、タイミング信号に基ずき負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを駆動パルス線に供給する負電源を有する駆動パルス発生手段備える事により、シフトレジスタ内の比較的大きなパルス線を駆動する2相シフトパルスを発生するドライバをなくし、撮像装置の低消費電力化を図る事は、駆動手段が垂直電荷転送手段の一水平行を結ぶ駆動パルス線に駆動パルスを順次供給するものであれば、駆動手段の駆動方法、選択手段、水平走査手段の具体的構成動作によらず実施できる。例えば、水平走査手段が図14と同様に電荷転送素子で構成され、図1と同じ様に順次駆動パルスを供給する駆動手段と行選択手段を共に持つが駆動法の異なる例として、特開昭58-188156号公報に記載された一水平走査期間に一つの信号しか運ばないもの、特開昭57-78167号公報に記載された信号電荷が一電極下に限定されたものがあげられる。さらに、行選択手段が通例のインターラインCCDと同様に垂直電荷転送素子への転送を一括して行なう特開昭62-237871号公報に記載の素子でも実施できる。   Timing generating means having a shift register whose driving means operates with a single positive power source, and a driving pulse having a negative power source for supplying a driving pulse having a negative voltage at a low level to the driving pulse line based on the timing signal By providing the generating means, the driver that generates the two-phase shift pulse that drives the relatively large pulse line in the shift register is eliminated, and the power consumption of the imaging device is reduced. As long as the driving pulses are sequentially supplied to the driving pulse lines connecting the horizontal rows, the driving method of the driving means, the selecting means, and the specific configuration operation of the horizontal scanning means can be implemented. For example, the horizontal scanning means is composed of a charge transfer element as in FIG. 14, and has both a driving means for sequentially supplying driving pulses and a row selection means as in FIG. Examples include those that carry only one signal in one horizontal scanning period described in Japanese Patent No. 58-188156, and those in which signal charges described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-78167 are limited to one electrode. Further, the device described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-237871 in which the row selection means collectively transfers data to the vertical charge transfer device as in the case of a conventional interline CCD can be implemented.

駆動手段が駆動パルス線との間にゲートが直流電圧に接続された高耐圧化MOSトランジスタを設け、駆動手段の出力部に高い電圧がかかることなく高い信頼性を持つ駆動手段を実現する事は、駆動パルス線128と転送パルス線131が共通化した素子であれば、駆動手段、行選択手段や水平走査手段の具体的構成によらず実施できる。例えば、水平走査手段が図14と同様に電荷転送素子で構成され、行選択手段が図1と同様に一水平行を選択するものであるが、駆動がインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭57-207486号公報、特開昭58-107670号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記載の素子に適用できる。さらに、図1と同じ様に駆動手段が順次駆動パルスを供給するものであるが、選択手段が通例のインターラインCCDと同様に垂直電荷転送素子への転送を一括して行なう特開昭62-237871号公報、特開平4-286282号公報に記載の素子でも実施できる。   It is possible to provide a high-reliability driving means without applying a high voltage to the output part of the driving means by providing a high voltage MOS transistor whose gate is connected to a DC voltage between the driving means and the driving pulse line. As long as the driving pulse line 128 and the transfer pulse line 131 are common elements, the driving pulse line 128 and the transfer pulse line 131 can be implemented regardless of the specific configuration of the driving means, row selection means, and horizontal scanning means. For example, the horizontal scanning means is composed of charge transfer elements as in FIG. 14, and the row selection means selects one parallel line as in FIG. 1, but the driving is a multiphase type similar to the interline CCD. The present invention can be applied to the elements described in JP-A-57-207486, JP-A-58-107670, JP-A-63-62480, and JP-A-64-54879 performed by an external pulse. Further, as in FIG. 1, the driving means sequentially supplies the driving pulses, but the selecting means collectively transfers to the vertical charge transfer elements as in the case of a conventional interline CCD. The device described in Japanese Patent No. 237871 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-286282 can also be implemented.

(3)行選択手段
(イ)行選択手段の第1の実施例
図7(a)は、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第1の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図(a)で破線内が行選択制御手段6の一部をなすインターレス回路の一行分の回路と転送パルス発生手段7の一行毎にもうけられた回路部分を示す。図中61から65により正の単一電源で動作する行選択制御手段6が構成される。61は従来と同様の2相レシオレス ダイナミック シフトレジスタで、シフトレジスタ61の中の実線は1段の区切りを示し、2行毎に一段が設けられている。62から65は従来と同様のインターレス回路を構成するスイッチである。また、60、66から73により転送パルス印加線75に印加された正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを転送パルス線と共用化された駆動パルス線5に出力する転送パルス発生手段が構成される。内、60、66から68により制御信号に基ずき端子V3LもしくはV4Lに印加された正の電源の電圧値vccより高く第2の電圧値vhより低い第3の電圧値vhmを高レベルに有する前置転送パルスから正の電源の電圧値vccより高く第3の電圧値vhmより低い第4の電圧値vcc-vthdを高レベルに有し、転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に低レベルが負値電圧のパルスを発生する前置転送パルス電圧変換器が構成される。60は配列の外に設けられたV3LもしくはV4L端子に印加される前置転送パルスの低レベルを負値にシフトする前置転送パルス負値電圧変換器で、例えば図5に示す一行分の41から43からなる電圧変換器でバッファnMOS41をなくして、PMOS42のソースとなるc点に端子V3LもしくはV4Lを接続して構成する。66から68は前置転送パルス電圧変換器のうち各行毎に設けられた回路部分で、66は前置転送パルススイッチのブートストラップ容量、67は前置転送パルススイッチMOS、68はブートストラップ用MOSである。69は転送パルススイッチMOS、70は転送パルススイッチMOSのブートストラップ容量、71から73は転送パルススイッチMOSの耐圧を向上させるためのもので、71は転送パルススイッチMOS高耐圧化MOS、72は高耐圧化MOS71のブートストラップ用容量、73は高耐圧化MOS71のブートストラップ用MOSである。74は前置転送パルス印加線、75は転送パルス印加線である。5、29は図3と同様である。また、V1、V2、VIN、FA、FB、V3L、V4L、V3、V4、GND、VL、Vccは図1と同様、イは転送パルススイッチMOS69のゲート端子、ロは転送パルススイッチMOS高耐圧化MOS71のゲート端子である。また、図7(b)において、vm、vl、vcc、vh、vhmは図2と同様、vh’はゲート端子イの最大電圧値、vh”はゲート端子ロの最大電圧値、vthdはブートストラップ用MOS68を構成する図11のデプレッション型nMOSのしきい値電圧(負値)、vtheはブートストラップ用MOS73を構成する図11のエンハンスメント型nMOSのしきい値電圧である。なお、68、71のトランジスタのしきい電圧はvthdで、62から65、67、73、69のトランジスタのしきい電圧はすべてvtheである。更に、n行とn+1行では、インターレス回路を構成するスイッチの配線が異なり、また、2本の転送パルス線75、前置転送パルス線74に一行おきに接続されるが、説明を簡単にするためここではn行の回路の詳細だけを示した。以下、n行を例に取り本実施例の動作を説明する。
(3) Row selection means (a) First embodiment of row selection means FIG. 7A shows a circuit configuration of a first embodiment of row selection means comprising row selection control means 6 and transfer pulse generation means 7. FIG. 4B is a drive pulse timing chart of the circuit of FIG. In FIG. 2A, the inside of the broken line shows a circuit for one row of an interlace circuit forming a part of the row selection control means 6 and a circuit portion provided for each row of the transfer pulse generating means 7. In the figure, 61 to 65 constitute row selection control means 6 that operates with a single positive power source. 61 is a two-phase ratioless dynamic shift register similar to the conventional one. The solid line in the shift register 61 indicates one stage of separation, and one stage is provided for every two rows. Reference numerals 62 to 65 denote switches constituting an interlace circuit similar to the conventional one. In addition, a drive pulse line 5 that shares a transfer pulse having a second voltage value higher than the voltage value of the positive power supply applied to the transfer pulse application line 75 by 60, 66 to 73 with the transfer pulse line. The transfer pulse generating means for outputting to is configured. Among them, the third voltage value vhm higher than the voltage value vcc of the positive power supply applied to the terminal V3L or V4L based on the control signal by 60, 66 to 68 is lower than the second voltage value vh. A fourth voltage value vcc-vthd that is higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the third voltage value vhm is set to a high level from the pre-transfer pulse, and the selected row in the period when the transfer pulse is not applied A pre-transfer pulse voltage converter is configured to generate a low level negative voltage pulse in the selected row. Reference numeral 60 denotes a pre-transfer pulse negative voltage converter for shifting the low level of the pre-transfer pulse applied to the V3L or V4L terminal provided outside the array to a negative value. For example, 41 for one row shown in FIG. The buffer nMOS 41 is eliminated by a voltage converter consisting of the following terminals 43 and the terminal V3L or V4L is connected to the point c serving as the source of the PMOS 42. 66 to 68 are circuit portions provided for each row of the pre-transfer pulse voltage converter, 66 is a bootstrap capacitor of the pre-transfer pulse switch, 67 is a pre-transfer pulse switch MOS, and 68 is a bootstrap MOS. It is. 69 is a transfer pulse switch MOS, 70 is a bootstrap capacity of the transfer pulse switch MOS, 71 to 73 are for improving the withstand voltage of the transfer pulse switch MOS, 71 is a transfer pulse switch MOS high withstand voltage MOS, 72 is a high voltage A bootstrap capacitor 73 of the withstand voltage MOS 71, and a bootstrap MOS 73 of the withstand voltage MOS 71. 74 is a pre-transfer pulse application line, and 75 is a transfer pulse application line. 5 and 29 are the same as in FIG. V1, V2, VIN, FA, FB, V3L, V4L, V3, V4, GND, VL, and Vcc are the same as in FIG. This is the gate terminal of the MOS 71. In FIG. 7B, vm, vl, vcc, vh, and vhm are the same as those in FIG. 11 constituting the MOS 68 for the depletion type, and vthe is the threshold voltage of the enhancement type nMOS shown in FIG. 11 constituting the bootstrap MOS 73. The threshold voltage of the transistors is vthd, and the threshold voltages of the transistors 62 to 65, 67, 73, and 69 are all vthe. In addition, although every other row is connected to two transfer pulse lines 75 and a pre-transfer pulse line 74, only the details of the circuits of n rows are shown here for the sake of simplicity. Example line Take the operation of this embodiment will be described.

従来と同様にシフトレジスタ61とスイッチ62から65からなるインターレス回路で選択行が特定され、選択行の前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子がvcc-vtheの電圧になる。また、非選択行のシフトレジスタ61の出力は全て接地電圧となっているので前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子は全て接地電圧となっている。端子V3Lに印加されている前置転送パルスの低レベルは前置転送パルス負値電圧変換器60により負値にシフトされ前置転送パルス印加線74に印加されているので、全ての前置転送パルススイッチMOS67が全てオンし、転送パルスイッチ69のゲート端子イの電圧は、駆動パルスの低レベルと同じ負電圧値vlとなっている。従って、駆動パルス線5に駆動手段から負値の低レベル電圧vlが印加されても全ての転送パルススイッチMOSがオンする事はない。(図7(b)時刻t1)次いで、端子V3Lに印加されている前置転送パルスの印加電圧が0から正の電源電圧値vccより高く第2の電圧値vhより第3の電圧値vhmになると、前置転送パルス負値電圧変換器60の出力である前置転送パルス印加線74もvhmとなる。この時、選択行においては、インターレス回路のスイッチ63がオフしているので、第1のブートストラップ容量66により前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子はvhm以上に昇圧され、前置転送パルススイッチMOS67のソース端子はvhmに上昇する。vhmの電圧値は正電圧vccの印加されたブートストラップ用MOS68下の電位vcc-vthd(vthdは負値)より高く設定されているので、ブートストラップMOS68がオフし転送パルスイッチ69のゲート端子イの電圧は第4の電圧値vcc-vthdになり、選択行の転送パルススイッチMOS69はオンする。一方、非選択行においても、前置転送パルススイッチMOS67のソース端子は上昇する。しかし、前置転送パルススイッチMOS67の接地電圧に接続されているので、第1のブートストラップ容量66による前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子の昇圧は起こらない。この結果、前置転送パルススイッチMOS67のソース端子は−vtheまでしか上昇せず、転送パルスイッチ69のゲート端子イの電圧もこの電圧値になる。転送パルススイッチMOS69のしきい電圧と前置転送パルススイッチMOS67のしきい電圧の和2vtheは駆動パルスの低レベル電圧値vlの絶対値より大きく設定されているので、駆動手段から駆動パルス線5に低レベル電圧値vlが印加されている行においても転送パルススイッチMOSが開く事はない。(図7(b)時刻t2)さらに、端子V3、V4の印加電圧がvmからvhになる。
この時、選択行においては、転送パルススイッチMOS69がオンし、ブートストラップMOS68がオフしているので、ブートストラップ容量70により、転送パルススイッチMOS67のゲート端子イの電圧はvhより高いvh’電圧まで昇圧され、駆動パルス線5の電圧はvhに上昇する。この際、高耐圧化MOSのブートストラップ用MOS73がオフしているので、高耐圧化MOS71のゲート端子ロも、ブートストラップ容量72によりvcc-vtheからvh”まで昇圧され、駆動パルス線5の電圧上昇を妨げる事はない。一方、非選択行においては、転送パ
ルススイッチMOS69がオフしているので、駆動パルス線5の電圧は、転送パルス印加線75の電圧がvmからvhになっても何等影響を受けない。ただし、端子ハの電圧は、vcc-vthe-vthdとなり、転送パルス印加線75に印加された転送パルスの高レベルvhと駆動パルス線5に印加された駆動パルスのvlもしくはvm間の電圧は、高耐圧化MOSトランジスタ71と転送パルススイッチMOS24で分圧され各トランジスタのソースドレイン間に印加される。(図7(b)時刻t3)次ぎに、端子V3の印加電圧がvhからvmになると、選択行では、駆動パルス線5の電圧がvmになり、容量結合により上昇していた端子イ、ロの電圧も、時刻t2の電圧に戻る。(図7(b)時刻t4)最後に、端子V3Lの印加電圧が0になると、前置駆動パルス印加線74の電圧がvlとなり、選択行、非選択行の端子イの電圧、前置転送パルススイッチMOS67のソース端子が全てvlになり、前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子も時刻t1の電圧に戻る。(図7(b)時刻t5)なお、以上の動作は、選択行における選択手段の第1と第2のスイッチ24、26がオフとなり、駆動パルス線5がvmの時に行なわれる。
As in the prior art, the selected row is specified by an interlace circuit comprising the shift register 61 and the switches 62 to 65, and the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS 67 in the selected row becomes the voltage of vcc-vthe. Further, since all the outputs of the shift registers 61 in the non-selected rows are at the ground voltage, all the gate terminals of the pre-transfer pulse switch MOS67 are at the ground voltage. Since the low level of the pre-transfer pulse applied to the terminal V3L is shifted to a negative value by the pre-transfer pulse negative voltage converter 60 and applied to the pre-transfer pulse application line 74, all the pre-transfers are transferred. All the pulse switches MOS67 are turned on, and the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch 69 has the same negative voltage value vl as the low level of the drive pulse. Accordingly, even if a negative low level voltage vl is applied to the drive pulse line 5 from the drive means, not all the transfer pulse switches MOS are turned on. (FIG. 7 (b) time t1) Next, the applied voltage of the pre-transfer pulse applied to the terminal V3L is higher than the positive power supply voltage value vcc from 0 to the third voltage value vhm from the second voltage value vh. Then, the pre-transfer pulse application line 74, which is the output of the pre-transfer pulse negative value voltage converter 60, also becomes vhm. At this time, since the switch 63 of the interlace circuit is off in the selected row, the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS 67 is boosted to vhm or more by the first bootstrap capacitor 66, and the pre-transfer pulse switch The source terminal of the MOS 67 rises to vhm. The voltage value of vhm is set higher than the potential vcc-vthd (vthd is a negative value) below the bootstrap MOS 68 to which the positive voltage vcc is applied. Becomes the fourth voltage value vcc-vthd, and the transfer pulse switch MOS69 in the selected row is turned on. On the other hand, even in the non-selected row, the source terminal of the pre-transfer pulse switch MOS67 rises. However, since it is connected to the ground voltage of the pre-transfer pulse switch MOS67, the first bootstrap capacitor 66 does not boost the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS67. As a result, the source terminal of the pre-transfer pulse switch MOS67 only rises to -vthe, and the voltage at the gate terminal A of the transfer pal switch 69 becomes this voltage value. Since the sum 2vthe of the threshold voltage of the transfer pulse switch MOS69 and the threshold voltage of the pretransfer pulse switch MOS67 is set to be larger than the absolute value of the low level voltage value vl of the drive pulse, the drive means supplies the drive pulse line 5. Even in the row to which the low level voltage value vl is applied, the transfer pulse switch MOS is not opened. (FIG. 7 (b), time t2) Further, the voltage applied to the terminals V3 and V4 changes from vm to vh.
At this time, since the transfer pulse switch MOS 69 is turned on and the bootstrap MOS 68 is turned off in the selected row, the voltage of the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS 67 reaches a voltage vh ′ higher than vh by the bootstrap capacitor 70. The voltage of the drive pulse line 5 is increased to vh by being boosted. At this time, since the bootstrap MOS 73 of the high breakdown voltage MOS is turned off, the gate terminal B of the high breakdown voltage MOS 71 is also boosted from vcc-vthe to vh ″ by the bootstrap capacitor 72, and the voltage of the drive pulse line 5 is increased. On the other hand, in the non-selected row, since the transfer pulse switch MOS 69 is turned off, the voltage of the drive pulse line 5 does not change even if the voltage of the transfer pulse application line 75 changes from vm to vh. However, the voltage at the terminal C becomes vcc-vthe-vthd, and the high level vh of the transfer pulse applied to the transfer pulse application line 75 and the drive pulse vl or vm applied to the drive pulse line 5 are not affected. The voltage between them is divided by the high breakdown voltage MOS transistor 71 and the transfer pulse switch MOS 24 and applied between the source and drain of each transistor (FIG. 7B). (Time t3) Next, when the applied voltage at the terminal V3 changes from vh to vm, the voltage of the drive pulse line 5 becomes vm in the selected row, and the voltages at the terminals A and B that have risen due to the capacitive coupling are also at the time t2. Finally, when the voltage applied to the terminal V3L becomes 0, the voltage of the pre-driving pulse application line 74 becomes vl, and the voltage of the terminal a of the selected row and the non-selected row is changed to v1. The voltage and the source terminal of the pre-transfer pulse switch MOS67 all become vl, and the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS67 also returns to the voltage at time t1 (FIG. 7 (b) time t5). This is performed when the first and second switches 24 and 26 of the selection means in the selected row are turned off and the drive pulse line 5 is vm.

本実施例によれば、第1に、タイミング発生チップから正の単一電源駆動信号を端子V1、V2、VIN、FA、FBに印加すると、シフトレジスタ61と62から65からなるインターレス回路で構成される行選択制御手段が選択行を特定するための制御信号を発生し、この制御信号に基ずき66から73よりなる転送パルス発生手段が転送パルス印加線75に印加された正の電源の電圧値vccより高い第2の電圧値vhを高レベルに持つ転送パルスを選択行の駆動パルス線5に出力する。この結果、転送パルスの高レベルvh以上の印加される箇所を転送パルス印加線75と駆動パルス線5に直接接続された転送パルススイッチMOS69とその高耐圧化MOS71とおよびそのゲート端子イ、ロに接続されたブートストラップ用MOS73ブートストラップMOS68だけにする事ができるので行選択手段の高集積化を図る事ができ、かつ、転送パルスV3、V4、V3L、V4Lを除く行選択手段の駆動パルスを発生するためのドライバチップは不要となり装置の小型化が図れる。なお、以上の効果は、行選択制御手段の具体的構成によらず得られるもので、例えば、ランダムアクセスを行なう時には、シフトレジスタ61の変りにデコーダを使ってもよい。   According to the present embodiment, first, when a positive single power source drive signal is applied from the timing generation chip to the terminals V1, V2, VIN, FA, and FB, an interlace circuit composed of shift registers 61 and 62 to 65 is used. The row selection control means configured generates a control signal for specifying the selected row, and the transfer pulse generation means consisting of 66 to 73 is applied to the transfer pulse application line 75 based on this control signal. A transfer pulse having a second voltage value vh higher than the first voltage value vcc at a high level is output to the drive pulse line 5 of the selected row. As a result, the transfer pulse switch MOS 69 directly connected to the transfer pulse application line 75 and the drive pulse line 5 and its high breakdown voltage MOS 71 and its gate terminals A Since only the connected bootstrap MOS 73 and bootstrap MOS 68 can be used, the row selection means can be highly integrated, and the drive pulses for the row selection means excluding the transfer pulses V3, V4, V3L, and V4L can be used. A driver chip for generation is unnecessary, and the device can be miniaturized. The above effect can be obtained regardless of the specific configuration of the row selection control means. For example, when performing random access, a decoder may be used instead of the shift register 61.

さらに、66から68からなる前置転送パルス電圧変換器が、前置転送パルス線74に印加された正の電源の電圧値vccより高く第2の電圧値vhより低い第3の電圧値hmを高レベルに有する前置転送パルスを選択行に出力し転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧を正の電源の電圧値vccより高く第3の電圧値vhmより低い第4の電圧値vcc-vthdとした後に、転送パルスを印加する事によりブートストラップ容量70により転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧を昇圧している。この転送パルス発生手段の構成により、従来の1段のブートストラップでは出力が不可能であった正の電源の電圧vccの3倍以上の電圧を持つ転送パルスを、正の電源の電圧値vcc以下の制御信号をトリガーとして選択行に出力する事が可能になっている。なお、ブートストラップの段数は必要なら3段以上にしてもよい。また、本構成では、nMOSだけで回路が構成されているので、基板電圧より高い転送パルスを選択行に出力する事が可能になっている。   Further, the pre-transfer pulse voltage converter composed of 66 to 68 generates a third voltage value hm which is higher than the positive power supply voltage value vcc applied to the pre-transfer pulse line 74 and lower than the second voltage value vh. A pre-transfer pulse having a high level is output to the selected row, and the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS 69 is higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the third voltage value vhm. After that, the voltage of the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS 69 is boosted by the bootstrap capacitor 70 by applying the transfer pulse. Due to the configuration of this transfer pulse generating means, a transfer pulse having a voltage more than three times the positive power supply voltage vcc, which could not be output by the conventional one-stage bootstrap, is less than the positive power supply voltage value vcc. It is possible to output the selected control signal as a trigger to the selected line. Note that the number of bootstrap stages may be three or more if necessary. Further, in this configuration, since the circuit is configured only by the nMOS, it is possible to output a transfer pulse higher than the substrate voltage to the selected row.

第2に、本実施例によれば、タイミング発生チップから正の単一電源駆動信号を端子V1、V2、VIN、FA、FBに印加すると、シフトレジスタ61と62から65からなるインターレス回路で構成される行選択制御手段が選択行を特定するための制御信号を発生する。この制御信号に基ずき60、66から68よりなる前置転送パルス電圧変換器が、転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に負値電圧を発生し駆動パルス線5をソースとする転送パルススイッチMOSトランジスタ69のゲート端子イに印加する。この結果、駆動パルス線128と転送パ
ルス線131を共通化しても、低レベルを負値に持つ行選択手段の駆動パルスは前置転送パルスだけとなり、低レベルを負値とする事により印加電圧振幅の増加するのは前置転送パルススイッチ67と転送パルススイッチ69だけとする事ができ、行選択手段の高集積化が図れる。
Secondly, according to the present embodiment, when a positive single power source drive signal is applied from the timing generation chip to the terminals V1, V2, VIN, FA, and FB, an interlace circuit composed of shift registers 61 and 62 to 65 is used. The constituted row selection control means generates a control signal for specifying the selected row. Based on this control signal, the pre-transfer pulse voltage converter consisting of 60, 66 to 68 generates a negative voltage in the selected row and the non-selected row during the period when the transfer pulse is not applied, and causes the drive pulse line 5 to This is applied to the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS transistor 69 as a source. As a result, even if the drive pulse line 128 and the transfer pulse line 131 are made common, the drive pulse of the row selection means having a negative low level is only the pre-transfer pulse, and the applied voltage can be reduced by setting the low level to a negative value. Only the pre-transfer pulse switch 67 and the transfer pulse switch 69 can increase the amplitude, so that the row selection means can be highly integrated.

なお、駆動パルスの高レベル電圧vmを接地電圧とする事により、端子V3もしくはV4に印加される転送パルスの低電圧が接地電圧とでき、選択手段を動作させるための電源数を低減できる。   By using the high level voltage vm of the drive pulse as the ground voltage, the low voltage of the transfer pulse applied to the terminal V3 or V4 can be the ground voltage, and the number of power sources for operating the selection means can be reduced.

さらに、通例、微細なnMOSが形成されるpウエルに印加される負値のバックバイアスバックバイアス電圧vbbと、端子VLに印加されている駆動パルスの低レベル電圧vlを等しい値にして、行選択手段を動作させるための電源数を低減し、端子VLをバックバイアス電圧vbbの印加端子(図示せず)を共通化してもよい。   Further, the row selection is generally performed by setting the negative back bias back bias voltage vbb applied to the p-well in which the fine nMOS is formed and the low level voltage vl of the drive pulse applied to the terminal VL to the same value. The number of power supplies for operating the means may be reduced, and the terminal VL may be shared with the application terminal (not shown) for the back bias voltage vbb.

以上述べた2つの電源数低減を本実施例で実施すれ事により、行選択手段の全てを、単一の正電圧値を持つ駆動信号と、低レベルが接地電圧で高レベルにが単一の正電圧値より高い正電圧値を持つ前置転送パルスと転送パルス、駆動信号と等しい電圧値を持つ正電源並びに一負電源とにより駆動できる。   By implementing the two power supply reductions described above in this embodiment, all of the row selection means can be driven by a drive signal having a single positive voltage value, a low level is a ground voltage, and a high level is a single level. It can be driven by a pre-transfer pulse having a positive voltage value higher than the positive voltage value, a transfer pulse, a positive power source having a voltage value equal to the drive signal, and one negative power source.

第3に、本実施例では、高耐圧化MOS71を設けているので、転送パルス印加時に非選択行において生じる駆動パルス線5と転送パルス印加線75間の転送パルスの高レベル電圧vhと負電圧vlの電圧もしくは転送パルスの高レベル電圧vhと電圧vmの電圧は、高耐圧化MOSトランジスタ71と転送スイッチ69で分圧され、各トランジスタのソースドレイン間電圧を低くでき、転送パルス発生手段の高信頼度化を図れる。しかも、高耐圧化MOS71のしきい電圧を負とし、ブートストラップ容量72を設け高耐圧化MOS71のゲート端子ロを転送パルスで昇圧しているので、転送パルスの駆動線5への印加速度への影響は少なくできる。更に、ブートストラップ容量72とブートストラップ用MOS73を設ける事により、非選択行における転送パルス印加時の高耐圧化MOS71のゲート端子ロと転送パルス印加線75間の電圧をvh-(vcc-vthe)とする事ができ、高耐圧化MOS71のゲート酸化膜の破壊もしくは劣化現象を防ぎ、高信頼度化を図れる。   Third, since the high breakdown voltage MOS 71 is provided in this embodiment, the high level voltage vh and negative voltage of the transfer pulse between the drive pulse line 5 and the transfer pulse application line 75 generated in the non-selected row when the transfer pulse is applied. The voltage vl or the high level voltage vh and the voltage vm of the transfer pulse is divided by the high voltage MOS transistor 71 and the transfer switch 69, and the source-drain voltage of each transistor can be lowered. Increase reliability. In addition, since the threshold voltage of the high breakdown voltage MOS 71 is negative, the bootstrap capacitor 72 is provided, and the gate terminal B of the high breakdown voltage MOS 71 is boosted by the transfer pulse, the transfer pulse to the driving line 5 The impact can be reduced. Further, by providing the bootstrap capacitor 72 and the bootstrap MOS 73, the voltage between the gate terminal B of the high breakdown voltage MOS 71 and the transfer pulse applying line 75 at the time of applying the transfer pulse in the non-selected row is set to vh− (vcc−vthe). Therefore, the breakdown or deterioration phenomenon of the gate oxide film of the high breakdown voltage MOS 71 can be prevented, and high reliability can be achieved.

(ロ)行選択手段の第2の実施例
第1の本実施例では、非選択行においても、前置転送パルス印加時に転送パルスイッチ69のゲート端子イの電圧がvl電圧より上昇するため、駆動手段から駆動パルス線に低レベル電圧値vlが印加されている行において転送パルススイッチMOS69が開かない様にするために、転送パルススイッチMOS69のしきい電圧と前置転送パルススイッチMOS67のしきい電圧の和を駆動パルスの低レベル電圧値vlの絶対値より大きく設定する必要があった。更に、この時には、前置転送パルススイッチMOSが飽和動作しているのでブートストラップ容量70によるチャージポンピング現象が生じ、駆動パルスがvlからvmに変化する時に端子イが正方向にシフトし転送パルススイッチMOSが開くという課題も生じた。また、行選択手段に低レベルを負値とする駆動パルスを供給するドライバチップをなくすために前置転送パルス負値電圧変換器60を必要とする課題もある。第2の実施例はこれらの課題を解決するために、前置転送パルス電圧変換器を行選択手段の出力パルス入力部をゲートとしドレインを前置転送パルスの入力部とする正のしきい電圧値を持つパルス入力用nMOSトランジスタと、接地線をゲートとし該パルス入力用nMOSのソースをソースとする負のしきい電圧値を持つPMOSトランジスタと、出力となるPMOSのドレインをドレインとし上記負値電源をソースとする常時オン状態にあるnMOSトランジスタとからなるパルス電圧変換器で構成したものである。図8(a)は、行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第2の実施例の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図8(a)で破線内が行選択制御手段6の一部をなすインターレス回路と転送パルス発生手段7の一行分の回路を示す。図(a)で破線内が一行分の転送パルス発生手段7と行選択制御手段6の一部を示す。図8(a)中66、76から78で正の電源の電圧値vccより高く第2の電圧値vhより低い第3の電圧値vhmを高レベルに有する前置転送パルスから正の電源の電圧値vccより高く第3の電圧値vhmより低い第4の電圧値vcc-vthdを高レベルに有し、転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に負値電圧を発生する前置転送パルスを選択行に発生する前置転送パルス電圧変換器が構成され、76が正のしきい電圧vtheを持つパルス入力用nMOSトランジスタ、77がPMOSトランジスタ、78が負のしきい電圧値vthdを持つnMOSトランジスタである。また、61から66、69から75、5、29、V1、V2、VIN、FA、FB、V3L、V4L、V3、V4、Vcc、VL、GND、イ、ロ、は図7(a)と同様であり、27は図3(a)と同様である。図8(b)において、vh、vm、vcc、vhm、vh’、vh”、vthd、vtheは図7(b)と同様である。なお、シフトレジスタ61の中の実線は1段の区切りを示し、2行毎に一段が設けられている。更に、n行とn+1行では、インターレス回路を構成するスイッチの配線が異なり、また、2本の転送パルス線75、前置転送パルス線74に一行おきに接続されるが、説明を簡単にするためここではn行の回路の詳細だけを示した。以下、n行を例に取り本実施例の動作を説明する。
(B) Second embodiment of row selection means In the first embodiment, the voltage of the gate terminal A of the transfer pulse switch 69 rises above the vl voltage when the pre-transfer pulse is applied even in the non-selected row. In order to prevent the transfer pulse switch MOS69 from opening in the row where the low level voltage value vl is applied from the drive means to the drive pulse line, the threshold voltage of the transfer pulse switch MOS69 and the threshold of the pretransfer pulse switch MOS67 It was necessary to set the sum of voltages larger than the absolute value of the low level voltage value vl of the drive pulse. Further, at this time, since the pre-transfer pulse switch MOS operates in saturation, a charge pumping phenomenon occurs due to the bootstrap capacitor 70, and when the drive pulse changes from vl to vm, the terminal a shifts in the positive direction and the transfer pulse switch The problem of opening the MOS also occurred. In addition, there is also a problem that the pre-transfer pulse negative value voltage converter 60 is required in order to eliminate a driver chip that supplies a drive pulse whose negative value is low level to the row selection means. In the second embodiment, in order to solve these problems, a positive threshold voltage having a pre-transfer pulse voltage converter with the output pulse input section of the row selection means as the gate and the drain as the pre-transfer pulse input section. NMOS transistor for pulse input having a value, a PMOS transistor having a negative threshold voltage value using the ground line as a gate and the source of the pulse input nMOS as a source, and the above-described negative value using a drain of a PMOS serving as an output as a drain The pulse voltage converter is composed of an nMOS transistor that is always on with a power supply as a source. FIG. 8 (a) is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the row selection means comprising the row selection control means 6 and the transfer pulse generation means 7, and FIG. 8 (b) is a drive pulse for the circuit of FIG. 8 (a). It is a timing diagram. In FIG. 8A, an interlace circuit forming part of the row selection control means 6 and a circuit for one row of the transfer pulse generation means 7 are shown within the broken line. In FIG. 2A, the broken line indicates a part of the transfer pulse generation means 7 and the row selection control means 6 for one row. The positive power supply voltage from the pre-transfer pulse having a third voltage value vhm higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the second voltage value vh at 66, 76 to 78 in FIG. A fourth voltage value vcc-vthd that is higher than the value vcc and lower than the third voltage value vhm is at a high level, and before a negative voltage is generated in a selected row and a non-selected row in a period in which no transfer pulse is applied. A pre-transfer pulse voltage converter for generating a pre-transfer pulse in a selected row is constructed, 76 is a pulse input nMOS transistor having a positive threshold voltage vthe, 77 is a PMOS transistor, and 78 is a negative threshold voltage value vthd. Is an nMOS transistor. 61 to 66, 69 to 75, 5, 29, V1, V2, VIN, FA, FB, V3L, V4L, V3, V4, Vcc, VL, GND, A, B are the same as in FIG. 7A. 27 is the same as FIG. 3 (a). In FIG. 8B, vh, vm, vcc, vhm, vh ′, vh ″, vthd, and vthe are the same as those in FIG. 7B. The solid line in the shift register 61 is delimited by one stage. In addition, one row is provided for every two rows, and the wiring of the switches constituting the interlace circuit is different between the n-th row and the n + 1-th row, and there are two transfer pulse lines 75 and a pre-transfer pulse. Although every other row is connected to the line 74, only the details of the n-row circuit are shown here for the sake of simplicity, and the operation of this embodiment will be described below taking n rows as an example.

本実施例では、非選択行では前置転送パルススイッチMOS76のゲート端子は全て接地電圧となり、端子V3Lの電圧が正の電圧であるので、パルス入力用MOS76とPMOS77はオフしている。従って、全ての期間において、非選択行の転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧は負電源線27をソースとし常時オン状態にあるnMOS78を介して、負電圧値vlが印加される。この結果、駆動パルス線5に駆動手段から負値の低レベル電圧vlが印加されても非選択行の転送パルススイッチMOSがオンする事はない。一方、選択行では、まず、前置転送パルススイッチMOS76のゲート端子がvcc-vtheの電圧になり、nMOS76がオンする。しかし、端子V3Lの電圧は0vであるので、PMOS77はオンする事なく、nMOS78が開いているので、転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧はvl電圧のままとなる。(図8(b)時刻t1)次いで、端子V3Lの印加電圧が接地電圧から正の電源電圧値vccより高く第2の電圧値vhより低い第3の電圧値vhmになる。nMOS76はオンしているので、PMOS77もオンし、nMOS78のドレイン端子がvl電圧から正電圧に上昇する。この時、選択行においては、インターレス回路のスイッチ63がオフしているので、第1のブートストラップ容量66により前置転送パルススイッチMOS67のゲート端子はvhm以上に昇圧され、nMOS83のドレイン端子はドレイン端子と前置転送パルス印加線74間並びに負電源線27間の抵抗により決るある正電圧値となる。この電圧値は正電圧vccの印加されたブートストラップ用MOS68下の電位vcc-vthdより高く設定されているので、ブートストラップMOS68がオフし転送パルスイッチ69のゲート端子イの電圧はvcc-vthdになり、転送パルススイッチMOS69はオンする。(図8(b)時刻t2)さらに、端子V3の印加電圧がvmからvhになると、図8と同様にして駆動パルス線5の電圧はvhに上昇する。(図7(b)時刻t3)次ぎに、端子V3、V4の印加電圧がvhからvmになると、駆動パルス線電圧がvmになり、容量結合により上昇していた端子イ、ロの電圧も、時刻t2の電圧に戻る。(図8(b)時刻t4)最後に、端子V3Lの印加電圧が0vになると、PMOS77がオフし、転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧が負電源線27をソースとし常時オン状態にあるnMOS78を介して、負電源線27の負電圧値vlになる。(図8(b)時刻t5)
本実施例によれば、行選択手段の出力パルス入力部をゲートとしドレインを前置転送パルスの入力部とする正のしきい電圧値を持つパルス入力用nMOSトランジスタと、接地線をゲートとし該パルス入力用nMOSのソースをソースとする負のしきい電圧値を持つPMOSトランジスタと、出力となるPMOSのドレインをドレインとし上記負値電源をソースとする常時オン状態にあるnMOSトランジスタとからなるパルス電圧変換器が、選択行では転送パルスが印加されていない期間、非選択行では全ての期間に、転送パルススイッチMOS69のゲート端子イに駆動パルスの低レベルと同一の値の負値電圧を出力する。この結果、転送パルススイッチMOS69のしきい電圧と前置転送パルススイッチMOS76のしきい電圧の和を駆動パルスの低レベル電圧値vlの絶対値より大きく設定しなくても、低レベルを負値とする駆動パルスの駆動パルス線5への印加時に行選択手段の出力を構成する転送パルススイッチMOS69はオンすることない。かつ、前置転送パルス負値電圧変換器60も必要がない。
In this embodiment, in the non-selected rows, all the gate terminals of the pre-transfer pulse switch MOS76 are at the ground voltage, and the voltage at the terminal V3L is a positive voltage, so the pulse input MOS76 and the PMOS77 are off. Therefore, in all periods, the negative voltage value vl is applied to the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS 69 of the non-selected row via the nMOS 78 that is always on with the negative power supply line 27 as the source. As a result, even when a negative low level voltage vl is applied to the drive pulse line 5 from the drive means, the transfer pulse switch MOS in the non-selected row is not turned on. On the other hand, in the selected row, first, the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS76 becomes a voltage of vcc-vthe, and the nMOS 76 is turned on. However, since the voltage at the terminal V3L is 0v, the PMOS 77 is not turned on and the nMOS 78 is open, so the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS 69 remains at the vl voltage. (FIG. 8 (b) time t1) Next, the voltage applied to the terminal V3L changes from the ground voltage to the third voltage value vhm which is higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the second voltage value vh. Since the nMOS 76 is turned on, the PMOS 77 is also turned on, and the drain terminal of the nMOS 78 rises from the vl voltage to the positive voltage. At this time, since the switch 63 of the interlace circuit is turned off in the selected row, the gate terminal of the pre-transfer pulse switch MOS 67 is boosted to vhm or more by the first bootstrap capacitor 66, and the drain terminal of the nMOS 83 is A positive voltage value determined by the resistance between the drain terminal and the pre-transfer pulse application line 74 and between the negative power supply line 27 is obtained. Since this voltage value is set higher than the potential vcc-vthd under the bootstrap MOS 68 to which the positive voltage vcc is applied, the bootstrap MOS 68 is turned off and the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch 69 becomes vcc-vthd. Thus, the transfer pulse switch MOS69 is turned on. (FIG. 8 (b) time t2) Further, when the applied voltage at the terminal V3 changes from vm to vh, the voltage of the drive pulse line 5 rises to vh as in FIG. (FIG. 7 (b) time t3) Next, when the applied voltage at the terminals V3 and V4 changes from vh to vm, the drive pulse line voltage becomes vm, and the voltages at the terminals a and b that have risen due to capacitive coupling are also: The voltage returns to the voltage at time t2. (FIG. 8 (b) time t4) Finally, when the applied voltage at the terminal V3L becomes 0v, the PMOS 77 is turned off, and the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS69 is always on with the negative power supply line 27 as the source. It becomes the negative voltage value vl of the negative power supply line 27 via the nMOS 78. (Fig. 8 (b) time t5)
According to this embodiment, the pulse input nMOS transistor having a positive threshold voltage value having the output pulse input portion of the row selection means as the gate and the drain as the input portion of the pre-transfer pulse, and the ground line as the gate, A pulse composed of a PMOS transistor having a negative threshold voltage value with the source of the pulse input nMOS as a source, and an nMOS transistor which is always on with the drain of the PMOS serving as the drain as the drain and the negative power supply as the source. The voltage converter outputs a negative voltage with the same value as the low level of the drive pulse to the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS69 in the period when the transfer pulse is not applied in the selected row and in all the periods in the non-selected row To do. As a result, even if the sum of the threshold voltage of the transfer pulse switch MOS 69 and the threshold voltage of the pre-transfer pulse switch MOS 76 is not set larger than the absolute value of the low level voltage value vl of the drive pulse, the low level is set to a negative value. When the drive pulse to be applied is applied to the drive pulse line 5, the transfer pulse switch MOS 69 constituting the output of the row selection means is not turned on. In addition, the pre-transfer pulse negative voltage converter 60 is not necessary.

なお、本実施例では、前置パルス発生手段にPMOS77が使われているが、ブートストラップ用MOSの働きによりPMOS77のソースドレイン拡散層はV3L、V4Lに印加される前置転送パルスの高レベルvhm以上になる事はなく、vhmを基板電圧以下にすれば、基板電圧より高い電圧値を持つ転送パルスを駆動パルス線5に印加可能である。   In this embodiment, the PMOS 77 is used as the pre-pulse generating means. However, the source / drain diffusion layer of the PMOS 77 has a high level vhm of the pre-transfer pulse applied to V3L and V4L by the action of the bootstrap MOS. The transfer pulse having a voltage value higher than the substrate voltage can be applied to the drive pulse line 5 by setting vhm to the substrate voltage or less.

本実施例で述べた低レベルが接地電圧で高レベルが正の電圧を持つ第1のパルス入力部をゲートとし低レベルが接地電圧で高レベルが正の電圧を持つ第2のパルスの入力部をドレインとする正のしきい電圧値を持つパルス入力用nMOSトランジスタと、接地線をゲートとし該パルス入力用nMOSのソースをソースとする負のしきい電圧値を持つPMOSトランジスタと、出力となるPMOSのドレインをドレインとし上記負値電源をソースとする常時オン状態にあるnMOSトランジスタとからなるパルス電圧変換器は、正電圧値を持つ第1の入力パルスと第2の入力パルスの論理積をとりかつ出力パルスの低レベルを負値とする事ができるという効果を有し、広く適用する事ができる。   The first pulse input section having a low level is the ground voltage and the high level is a positive voltage described in this embodiment, and the second pulse input section having the low level is the ground voltage and the high level is a positive voltage. The output is a pulse input nMOS transistor having a positive threshold voltage value with a drain as the drain, a PMOS transistor having a negative threshold voltage value with the ground line as the gate and the source of the pulse input nMOS as the source, and an output. A pulse voltage converter consisting of an nMOS transistor that is always on with the drain of the PMOS as the drain and the negative power supply as the source, calculates the logical product of the first input pulse having the positive voltage value and the second input pulse. In addition, it has the effect that the low level of the output pulse can be set to a negative value, and can be widely applied.

以上、本発明の行選択手段の2つの実施例を、図1で述べた全体構成と駆動方式を持つ素子に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲は図1の素子に限定されるものではなく、以下に述べる変形が可能である。   As described above, the two examples of the row selection means of the present invention are applied to the element having the overall configuration and the driving method described in FIG. 1, but the scope of the present invention is limited to the element of FIG. The modifications described below are possible.

選択手段が選択行を特定するための制御信号を発生する正の単一電源で動作する行選択制御手段と、該制御信号に基ずき転送パルス印加線に印加された該正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを選択行の転送パルス線に出力する転送パルス発生手段とを備える事により、行選択手段内の大きな電圧が印加されるのは転送パルス発生手段内の転送パルスの供給経路だけにして行選択手段127の高集積化を図るとともに、転送パルスを除く5つのパルスを発生する高い電圧振幅を持つドライバをなくし装置の小型化を図る事は、行選択手段が光電変換素子の信号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送手段に転送するための転送パルスを光電変換素子の一水平行毎に設けられた転送パルス線に供給するものであれば、駆動手段、水平走査手段の具体的構成動作によらず実施できる。例えば、水平走査手段が図14と同様に電荷転送素子で構成され、図1と同じ様に順次駆動パルスを供給する駆動手段と行選択手段を共に持つが駆動法の異なる例として、特開昭58-188156号公報に記載された一水平走査期間に一つの信号しか運ばないもの、特開昭57-78167号公報に記載された信号電荷が一電極下に限定されたものがあげられる。さらに、駆動がインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭54-75927、特開昭57-207486号公報、特開昭58-107670号公報、特開昭62-230270号公報、特開昭60-247382号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記載の素子に適用できる。 行選択手段が低レベルが接地電圧で動作する行選択制御手段と、転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に負値電圧を発生する負電源を有する前置転送パルス電圧変換器と、前置転送パルス電圧変換器の出力部をゲートとし上記駆動パルス線をソースとする転送パルススイッチMOSトランジスタとを有する転送パルス発生手段とからなる転送パルス発生手段を備え、駆動パルス線128と転送パルス線131を共通化しても、低レベルを負値に持つのは前置転送パルスだけとして、行選択手段127の駆動電圧振幅の高い部分を低減することにより行選択手段の高集積化を図る事は、駆動パルス線128と転送パルス線131が共通化した素子であって、行選択手段が光電変換素子の信号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送手段に転送するための転送パルスを光電変換素子の一水平行毎に設けられた転送パルス線に供給するものであれば、駆動手段、水平走査手段の具体的構成動作によらず実施できる。例えば、水平走査手段が図14と同様に電荷転送素子で構成され、図1と同じ様に順次駆動パルスを供給する駆動手段と行選択手段を共に持つが駆動法の異なる例として、特開昭58-188156号公報に記載された一水平走査期間に一つの信号しか運ばないもの、特開昭57-78167号公報に記載された信号電荷が一電極下に限定されたものがあげられる。また、駆動がインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭57-207486号公報、特開昭58-107670号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記載の素子に
も適用できる。
A row selection control unit that operates with a single positive power source that generates a control signal for specifying a selected row by the selection unit, and a voltage of the positive power source applied to the transfer pulse application line based on the control signal A transfer pulse generating means for outputting a transfer pulse having a second voltage value higher than the value at a high level to the transfer pulse line of the selected row, so that a large voltage in the row selecting means is applied to the transfer pulse. It is possible to achieve high integration of the row selection means 127 by using only the transfer pulse supply path in the generation means, and to reduce the size of the apparatus by eliminating a driver having a high voltage amplitude that generates five pulses excluding the transfer pulse. The row selection means supplies a transfer pulse for transferring the signal charges of the photoelectric conversion elements to the vertical charge transfer means one by one in parallel to the transfer pulse line provided for each horizontal parallel of the photoelectric conversion elements. If you drive It can be carried out regardless of the specific configuration operations of the horizontal scanning means. For example, the horizontal scanning means is composed of a charge transfer element as in FIG. 14, and has both a driving means and a row selection means for sequentially supplying drive pulses as in FIG. Examples include those that carry only one signal in one horizontal scanning period described in Japanese Patent No. 58-188156, and those in which signal charges described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-78167 are limited to one electrode. Further, the driving is performed by multi-phase external pulses similar to the interline CCD, Japanese Patent Laid-Open Nos. 54-75927, 57-207486, 58-107670, 62-230270. The present invention can be applied to the elements described in JP-A-60-247382, JP-A-63-62480, and JP-A-64-54879. A row selection control means in which the row selection means operates with a ground voltage at a low level, and a pre-transfer pulse voltage conversion having a negative power source for generating a negative value voltage in a selected row and a non-selected row during a period when no transfer pulse is applied. And a transfer pulse generating means having a transfer pulse generating means having a transfer pulse switch MOS transistor having the output part of the pre-transfer pulse voltage converter as a gate and the drive pulse line as a source. Even if the transfer pulse line 131 is shared, only the pre-transfer pulse has a low level as a negative value, and the row selection unit 127 is highly integrated by reducing the high drive voltage amplitude portion. This is an element in which the drive pulse line 128 and the transfer pulse line 131 are used in common, and the row selection means transfers the signal charge of the photoelectric conversion element to the vertical charge transfer means one by one in parallel. As long as it supplies feed pulses to the transfer pulse line provided for each one horizontal row of the photoelectric conversion element, the driving means can be performed regardless of the specific configuration operations of the horizontal scanning means. For example, the horizontal scanning means is composed of a charge transfer element as in FIG. 14, and has both a driving means and a row selection means for sequentially supplying drive pulses as in FIG. Examples include those that carry only one signal in one horizontal scanning period described in Japanese Patent No. 58-188156, and those in which signal charges described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-78167 are limited to one electrode. Further, driving is performed by external pulses having the same multiphase as in the interline CCD, Japanese Patent Laid-Open Nos. 57-207486, 58-107670, 63-62480, and 64. -54879 can also be applied to the device.

(4)デバイス構造
(イ)トランジスタ
本発明では、既に述べた様に水平走査手段を11から19で構成するとともに、垂直電荷転送手段を負値で駆動しかつ増幅器を11から13からなる容量帰還型増幅回路とし、駆動パルス電圧変換器4、転送パルス電圧変換器7を設ける事により素子のほとんどの部分が単一正電源で動作する。しかし、垂直転送に電荷転送手段を用いる以上、高電圧の転送パルスの印加箇所を皆無にすることはできない。これに対し、図3から図5に示す高耐圧化MOS28、図7と図8に示す高耐圧化MOS71により印加電圧の分圧を行ないソースドレイン間に印加される電圧を下げトランジスタがオフ時のソースドレイン間の耐圧向上を図る。図7と図8に示す回路構成により直流の高電圧を使う事なくV3、V4端子に印加される転送パルス、V3L、V4L端子に印加される前置転送パルスを駆動パルス線5に出力可能として、高電圧の印加デユーテイを下げ、かつ、転送パルスの印加経路にある高耐圧化MOS71、転送パルススイッチ69、高耐圧化MOS28のソースドレイン間に実質的に印加される電圧を下げ、トランジスタがオン時のホットキャリアによるトランジスタ特性の劣化を防ぐなどの回路的工夫を行なった。しかし、以上の回路的工夫にも関わらず、以下の2つの課題が残る。
(4) Device structure (a) Transistor In the present invention, as described above, the horizontal scanning means is composed of 11 to 19, and the vertical charge transfer means is driven with a negative value, and the amplifier is a capacitive feedback consisting of 11 to 13 By providing the type amplifier circuit and providing the drive pulse voltage converter 4 and the transfer pulse voltage converter 7, most of the elements operate with a single positive power source. However, as long as the charge transfer means is used for the vertical transfer, it is impossible to eliminate the application portion of the high voltage transfer pulse. In contrast, the high breakdown voltage MOS 28 shown in FIGS. 3 to 5 and the high breakdown voltage MOS 71 shown in FIGS. 7 and 8 divide the applied voltage to reduce the voltage applied between the source and drain, and when the transistor is off. Improve the breakdown voltage between the source and drain. The circuit configuration shown in FIGS. 7 and 8 can output the transfer pulse applied to the V3 and V4 terminals and the pre-transfer pulse applied to the V3L and V4L terminals to the drive pulse line 5 without using a high DC voltage. Lower the high voltage application duty, and substantially lower the voltage applied between the source and drain of the high breakdown voltage MOS 71, transfer pulse switch 69, and high breakdown voltage MOS 28 in the transfer pulse application path, and the transistor is turned on. Circuit measures such as preventing deterioration of transistor characteristics due to hot carriers at the time were made. However, in spite of the above-mentioned circuit design, the following two issues remain.

第1に、特開平1-103861号公報記載されている様な駆動パルス発生回路のゲート酸化膜厚を電荷転送素子のゲート酸化膜厚より薄くする事により、駆動パルス発生器の高速化、高集積化を図る事が困難である。即ち、垂直電荷転送手段2に高い転送パルスを印加し無残像読みだしを実現するため転送パルス発生手段7と駆動パルス発生手段4内の高い電圧値を持つ転送パルスの並びに前置転送パルスの印加経路にトランジスタのゲートソース間電圧もしくはゲートドレイン間の電圧が高い箇所が残る。この結果、図1に示す3、4よりなる転送手段、6、7よりなる行選択手段を垂直電荷転送手段2よりゲート酸化膜の薄いトランジスタで構成すると、ゲート酸化膜の破壊もしくは信頼度劣化が生じる。従って、ゲート酸化膜を薄くする事はできない。そこで、本発明では、ゲートソース間電圧もしくはゲートドレイン間の電圧が高い転送パルス発生手段7を構成する図7と図8の転送スイッチMOS69、ブートストラップ用MOS73、高耐化MOS71、ブートストラップ用MOS68、図7の前置転送パルススイッチ67もしくは図8のパルス入力用nMOS76、図8のnMOS78と、駆動パルス発生手段4を構成する図3から図6の高耐化MOS28、第1と第2のスイッチ24、26、図6のnMOS51のゲート酸化膜厚を垂直電荷転送手段2のゲート酸化膜厚と等しく厚くし、他のMOSトランジスタのゲート酸化膜厚は薄くした。   First, by making the gate oxide film thickness of the drive pulse generator circuit as described in JP-A-1-103861 thinner than the gate oxide film thickness of the charge transfer element, the drive pulse generator can be made faster. It is difficult to achieve integration. That is, in order to apply a high transfer pulse to the vertical charge transfer means 2 and to realize no afterimage reading, the transfer pulse generation means 7 and the drive pulse generation means 4 apply a transfer pulse having a high voltage value and a pre-transfer pulse application. A portion where the voltage between the gate and source of the transistor or the voltage between the gate and drain is high remains in the path. As a result, if the transfer means consisting of 3 and 4 and the row selection means consisting of 6 and 7 shown in FIG. Arise. Therefore, the gate oxide film cannot be thinned. Therefore, in the present invention, the transfer switch MOS 69, the bootstrap MOS 73, the high-resistance MOS 71, the bootstrap MOS 68, and the boot strap MOS 68 shown in FIGS. 7 and 8 constituting the transfer pulse generating means 7 having a high gate-source voltage or gate-drain voltage. 7, the forward transfer pulse switch 67 of FIG. 7 or the pulse input nMOS 76 of FIG. 8, the nMOS 78 of FIG. 8, and the high-resistance MOS 28 of FIGS. 3 to 6 constituting the drive pulse generating means 4, the first and second The gate oxide film thickness of the switches 24 and 26 and the nMOS 51 of FIG. 6 is made equal to the gate oxide film thickness of the vertical charge transfer means 2, and the gate oxide film thicknesses of the other MOS transistors are reduced.

第2に、特開昭61-234670記載された様に、駆動手段と行選択手段とを光電変換素子1と垂直電荷転送手段2の形成される第1の不純物層より高濃度の第2の不純物層に形成する際に以下の課題が生じる。即ち、駆動手段と行選択手段を高集積化するためにはゲート電極の長さを短くしてもパンチスルー現象が起きない様に、第2の不純物層の表面濃度を高くする必要がある。この結果、第1に、図7、7の転送パルススイッチ69、高耐圧化MOS71の基板バイアス効果がおおきくなり、転送パルスを通過させるには、ゲート端子イないしロを転送パルスの高レベル電圧vhより遥かに高いvh’、vh’’に昇圧しなければならず、さらなる耐圧向上策が必要になる。第2には、転送パルス発生手段7を構成する図7と図8の転送スイッチMOS69、高耐化MOS71、ブートストラップ用MOS68、図7の前置転送パルススイッチ67もしくは図8のパルス入力用nMOS76、図8のnMOS78と、駆動パルス発生手段4を構成する図3から図6の高耐化MOS28にはデユーテイは短いといえ、トランジスタがオン時に高いソースドレイン電圧が印加され、ホットキャリアによる特性劣化が生じる。この課題を解決するために、上記した箇所のMOSトランジスタを表面濃度が駆動手段と行選択手段の他の部分より低濃度の第3不純物層内に設け、基板効果の低減とホットキャリア耐圧の向上を図った。なお、光電変換素子1と垂直電荷転送手段2の形成される第1の不純物層はオーバーフロー動作を行なうために非常に低濃度であるので、第3の不純物層と兼用すると、基板効果低減やホットキャリア耐圧向上はできるが、パンチスルー現象を防ぐためにはゲート電極長を非常に長くする必要がある。これを防ぐため、第3不純物層は第1の不純物層以上の表面濃度を有し、所望の基板効果と耐圧を実現しつつゲート電極長の短縮を可能にしている。さらに、本願発明者が既に特願平5-219531で提案したごとく、第3の不純物層は第1の不純物層内に第1の不純物層内より浅く形成され、ゲート電極に高い電圧が印加されると基板までの全領域が空乏化し、基板バイアス効果によるしきい電圧上昇が更に軽減される。   Secondly, as described in JP-A-61-234670, the driving means and the row selection means have a second concentration higher than that of the first impurity layer in which the photoelectric conversion element 1 and the vertical charge transfer means 2 are formed. The following problems occur when forming the impurity layer. That is, in order to highly integrate the driving means and the row selection means, it is necessary to increase the surface concentration of the second impurity layer so that punch-through does not occur even if the length of the gate electrode is shortened. As a result, firstly, the substrate bias effect of the transfer pulse switch 69 and the high breakdown voltage MOS 71 of FIGS. 7 and 7 becomes large, and in order to pass the transfer pulse, the gate terminals A to B are set to the high level voltage vh of the transfer pulse. The voltage must be boosted to vh ′ and vh ″ that are much higher, and further measures for improving the breakdown voltage are required. Second, the transfer switch MOS 69 in FIG. 7 and FIG. 8 constituting the transfer pulse generating means 7, the MOS transistor 71 for high resistance, the bootstrap MOS 68, the pre-transfer pulse switch 67 in FIG. 7, or the nMOS 76 for pulse input in FIG. 8 and the high-resistance MOS 28 of FIGS. 3 to 6 constituting the drive pulse generating means 4 are short in duty, but a high source / drain voltage is applied when the transistor is turned on, and the characteristics deteriorate due to hot carriers. Occurs. In order to solve this problem, the MOS transistors at the above-described locations are provided in the third impurity layer whose surface concentration is lower than that of other portions of the driving means and the row selection means, thereby reducing the substrate effect and improving the hot carrier breakdown voltage. I planned. Note that the first impurity layer in which the photoelectric conversion element 1 and the vertical charge transfer means 2 are formed has a very low concentration for performing an overflow operation. Although the carrier breakdown voltage can be improved, it is necessary to make the gate electrode length very long in order to prevent the punch-through phenomenon. In order to prevent this, the third impurity layer has a surface concentration higher than that of the first impurity layer, and the gate electrode length can be shortened while realizing a desired substrate effect and withstand voltage. Further, as already proposed by the inventor in Japanese Patent Application No. 5-19531, the third impurity layer is formed shallower in the first impurity layer than in the first impurity layer, and a high voltage is applied to the gate electrode. As a result, the entire region up to the substrate is depleted, and the threshold voltage increase due to the substrate bias effect is further reduced.

以下、図9から図12を用いて本発明のトランジスタの構造を説明する。図9は図1の厚いゲート酸化膜と低濃度の第1のpウエルを持つ垂直電荷転送手段2のA−A’の断面構造図、図10は図1の転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の一部に用いられる垂直電荷転送手段2のゲート酸化膜厚と等しい厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3のpウエルに形成されたMOSトランジスタの断面構造図、図11は図1の転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の他の一部に用いられる垂直電荷転送手段2のゲート酸化膜厚と等しい厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3のpウエルに形成されたMOSトランジスタの断面構造図、図12は図1の行選択制御手段6とタイミング発生手段3、転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の残りの部分に用いられる薄いゲート酸化膜厚を持ち、高濃度の第2の不純物層内に形成されたMOSトランジスタの断面構造図である。   Hereinafter, the structure of the transistor of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of the vertical charge transfer means 2 having the thick gate oxide film and the first p-well with a low concentration in FIG. 1, and FIG. 10 is a transfer pulse generation means 7 and drive pulse in FIG. Cross section of a MOS transistor formed in a third p-well having a thick gate oxide film thickness equal to the gate oxide film thickness of the vertical charge transfer means 2 used for a part of the generating means 4 and having a lower surface concentration than other parts FIG. 11 shows a structure having a thick gate oxide film thickness equal to that of the vertical charge transfer means 2 used for the transfer pulse generation means 7 and the drive pulse generation means 4 in FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of a MOS transistor formed in a third p-well having a lower surface concentration than the portion, and FIG. 12 shows the row selection control means 6, the timing generation means 3, the transfer pulse generation means 7 and the drive pulse generation means 4 of FIG. Used for the rest of the FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a MOS transistor having a gate oxide film thickness and formed in a high-concentration second impurity layer.

図9は厚いゲート酸化膜を持つ図1に示す垂直電荷転送手段2のA-A’部の断面構造図である。本構造の不純物分布は、本願発明者が特開平03-289173号公報にて提案した低スメア化、高飽和化、低暗電流化を可能とするパンチスルー構造からなる。また、各電極は本願出願人が既に特開平03-60158で提案した単層電極構造からなる。図9中81はn型基板で縦型オーバーフロードレイン動作を行なうため接地された第1のPウエルに対して正電圧vsubが印加されている。82は接地電圧0vの印加された非常に濃度の低い第1のPウェル、83はオーバーフロー電圧を低くするための第1のホトダイオードnウエル、84は素子分離のための第2のホトダイオードnウエル、85はホトダイオードを構成するn層、86は暗電流低減のためのホトダイオード表面p層、87はスメアを抑圧するための2重ウエルp層、88は垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層、89はゲート電極、90は厚いゲート酸化膜、vsubはn基板印加電圧である。本構造を一例として示したインターライン型CCDにおいては、ホトダイオードn層85から垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層88への信号読みだしを無残像で行なうために高い電圧をゲート電極89に印加する必要がある。この際電極と接地電位を持つホトダイオードp層90間の電圧によりゲート酸化膜90の破壊もしくはキャリアの注入による劣化を起こさないために、ゲート酸化膜90を薄くする事はできない。なお、図1中の電荷転送制御部を構成するゲート2-2、電荷蓄積ゲート2-3、出力ゲート2-4はホトダイオードを構成するn層85、ホトダイオード表面p層86を設けないデバイス構造を持つ。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the A-A ′ portion of the vertical charge transfer means 2 shown in FIG. 1 having a thick gate oxide film. The impurity distribution of this structure consists of a punch-through structure that enables the reduction of smear, the saturation, and the dark current proposed by the present inventor in Japanese Patent Laid-Open No. 03-289173. Each electrode has a single-layer electrode structure that the applicant of the present application has already proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 03-60158. In FIG. 9, a positive voltage vsub is applied to the grounded first P-well 81 for performing a vertical overflow drain operation on an n-type substrate. 82 is a first P well having a very low concentration to which a ground voltage of 0 v is applied, 83 is a first photodiode n well for reducing the overflow voltage, 84 is a second photodiode n well for element isolation, 85 is an n layer constituting the photodiode, 86 is a photodiode surface p layer for reducing dark current, 87 is a double well p layer for suppressing smear, 88 is an n-type channel layer of the vertical charge transfer means 2, 89 is a gate electrode, 90 is a thick gate oxide film, and vsub is an n-substrate applied voltage. In the interline CCD in which this structure is shown as an example, a high voltage is applied to the gate electrode 89 in order to read the signal from the photodiode n layer 85 to the n-type channel layer 88 of the vertical charge / charge transfer means 2 without image lag. It is necessary to apply. At this time, the gate oxide film 90 cannot be made thin because the voltage between the electrode and the photodiode p layer 90 having the ground potential does not cause destruction of the gate oxide film 90 or deterioration due to carrier injection. In addition, the gate 2-2, the charge storage gate 2-3, and the output gate 2-4 constituting the charge transfer control unit in FIG. 1 have a device structure in which the n layer 85 constituting the photodiode and the photodiode surface p layer 86 are not provided. Have.

図12は、高速高集積化を可能にする垂直電荷転送手段2より薄いゲート酸化膜を持ち、高濃度の第2のpウエルとnウエルに形成されたMOSトランジスタの構造図である。図12中111はnMOSの形成される高濃度の第2のPウェル、112はnMOSトランジスタフィールドp層、113はnMOSトランジスタソースドレインn型拡散層、114はpMOSの形成されるnウエル、115はpMOSトランジスタフィールドn層、116はpMOSトランジスタソースドレインp型拡散層、117はロコス酸化膜、118は薄いゲート酸化膜である。81、89、vsubは図9と同様である。また、vbbは第2のPウエルには印加される負のバックバイアスである。図12のnMOSにより、駆動が単一正電源で行なわれる図1に示す水平走査手段を構成する増幅器11を構成するMOSの一部、クランプスイッチ15、信号書き込スイッチ16-1、16-2、信号読みだしスイッチ18-1、18-2、水平走査回路19、図1のタイミング発生手段3を構成する図3から図6に示すシフトレジスタ21及び図4から図6のパルス伸長器を構成するスイッチ30から32、図1の行選択制御手段6を構成する図7と図8に示すシフトレジスタ61が構成される。また、単一正電源で駆動はされないが、ソース電圧がほぼ0V程度以下にならない駆動パルス電圧変換器3を構成する図5と図6に示すバッファnMOS41も同様である。また、図12のPMOSにより図1に示す水平走査手段を構成する増幅器11のドライバ、リセットスイッチ12、図1の駆動パルス電圧変換器4を構成する図5と図6に示すPMOS42、転送パルス電圧変換器3を構成する図8に示すPMOS77が構成される。PMOS42においては、電源振幅はvcc-vl(vl;負)となるが、ソース端子電圧はvcc-2vth以上に上昇せずゲートは接地されているので各端子間には実質的にはvcc程度の電圧しか印加されず、薄いゲート酸化膜を用いる。また、PMOS77においては、選択行において前置駆動パルス印加時にゲートソース間電圧がvhmとなり正電圧値vccを越えるが、印加デユーテイは10-4以下であるので薄いゲート酸化膜を用いる。なお既に本願発明者が特開平5-103272号公報に提案したように、nウエル114と第2のホトダイオードnウエル84を兼用しpMOSトランジスタソースドレインp型拡散層116と暗電流低減のためのホトダイオード表面p層86を兼用すればプロセス工程の簡略化を図る事ができる。   FIG. 12 is a structural diagram of a MOS transistor having a gate oxide film thinner than the vertical charge transfer means 2 that enables high-speed and high-integration, and is formed in a high-concentration second p-well and n-well. In FIG. 12, 111 is a high-concentration second P well in which nMOS is formed, 112 is an nMOS transistor field p layer, 113 is an nMOS transistor source / drain n-type diffusion layer, 114 is an n well in which pMOS is formed, and 115 is The pMOS transistor field n layer, 116 is a pMOS transistor source / drain p-type diffusion layer, 117 is a LOCOS oxide film, and 118 is a thin gate oxide film. 81, 89, and vsub are the same as those in FIG. Further, vbb is a negative back bias applied to the second P well. 12 is driven by a single positive power source, a part of the MOS constituting the amplifier 11 constituting the horizontal scanning means shown in FIG. 1, a clamp switch 15, signal write switches 16-1, 16-2 The signal reading switches 18-1 and 18-2, the horizontal scanning circuit 19, the shift register 21 shown in FIGS. 3 to 6 constituting the timing generating means 3 in FIG. 1, and the pulse expander shown in FIGS. The switches 30 to 32, and the shift register 61 shown in FIGS. 7 and 8 constituting the row selection control means 6 of FIG. The same applies to the buffer nMOS 41 shown in FIG. 5 and FIG. 6 that constitutes the drive pulse voltage converter 3 that is not driven by a single positive power source but the source voltage does not drop below about 0V. 12, the driver of the amplifier 11 constituting the horizontal scanning means shown in FIG. 1, the reset switch 12, the PMOS 42 shown in FIG. 5 and FIG. 6 constituting the drive pulse voltage converter 4 in FIG. 1, and the transfer pulse voltage A PMOS 77 shown in FIG. 8 constituting the converter 3 is configured. In the PMOS 42, the power supply amplitude is vcc-vl (vl; negative), but the source terminal voltage does not rise above vcc-2vth and the gate is grounded. Only a voltage is applied, and a thin gate oxide film is used. In the PMOS 77, when the pre-driving pulse is applied in the selected row, the gate-source voltage becomes vhm and exceeds the positive voltage value vcc, but since the applied duty is 10-4 or less, a thin gate oxide film is used. As already proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-103272 by the present inventor, the p-type transistor source / drain p-type diffusion layer 116 and the photodiode for reducing dark current are used as the n-well 114 and the second photodiode n-well 84. If the surface p layer 86 is also used, the process steps can be simplified.

図10は垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3のウエルに形成されたnMOSトランジスタである。図中81、82、88、89、90、vsubは図9と同様、112、113、117は図12と同様である。なお、91は表面濃度が第2のPウエル111より高く第1のpウエル82より低くかつ第1のpウエル82より浅い第3のpウエル層である。また、vlは図2と同様である。第1のPウエル82には、ソースドレイン拡散層113が第3のPウェル82に対し順方向にバイアスされない様に転送パルスの低レベル電圧である負値vlのバックバイアスが印加される。本実施例では以上の構造により第2の2重ウエルp層を形成する工程を付加するだけで厚いゲート酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第2の不純物層内に形成されたnMOSトランジスタを形成する事ができる。図10のエンハンスメント型のnMOSにより、図1の駆動パルス電圧変換器4を構成する転送パルスの印加デユーテイを考慮してもまだゲートドレイン間最大電圧が薄いゲート酸化膜厚の信頼度を保証できる電圧以上のvcc-vthd-vlとなる図3から図6に示す第1と第2のスイッチ24、26、ゲートドレイン間最大電圧がvcc-vlと低いが印加デユーテイの高い図6に示すnMOS51、転送パルス電圧変換器7を構成する前置転送パルス印加線のドレインに直接接続されゲートドレイン間最大電圧がvhmと低いが印加デユーテイの高い図7に示す前置転送パルススイッチ67もしくは図8に示すパルス入力用nMOS76が構成される。また、図10のデプレション型トランジスタにより、図1の転送パルス電圧変換器7を構成する前置転送パルスの印加デユーテイを考慮してもまだゲートドレイン間最大電圧が薄いゲート酸化膜厚の信頼度を保証できる電圧以上のvhm-vlとなる図8のnMOS78が構成される。   FIG. 10 shows an nMOS transistor formed in a third well having the same thick gate oxide film thickness as that of the vertical charge transfer means 2 and having a lower surface concentration than other portions. In the figure, 81, 82, 88, 89, 90 and vsub are the same as in FIG. 9, and 112, 113 and 117 are the same as in FIG. Reference numeral 91 denotes a third p well layer having a surface concentration higher than that of the second P well 111 but lower than that of the first p well 82 and shallower than that of the first p well 82. Vl is the same as that in FIG. A back bias having a negative value vl that is a low level voltage of the transfer pulse is applied to the first P well 82 so that the source / drain diffusion layer 113 is not biased forward with respect to the third P well 82. In this embodiment, the above-described structure is formed in the second impurity layer having a thick gate oxide film thickness and having a surface concentration lower than that of other portions only by adding the step of forming the second double well p layer. NMOS transistors can be formed. The enhancement-type nMOS in FIG. 10 can guarantee the reliability of the gate oxide film with a thin maximum gate-drain voltage even when the transfer pulse application duty constituting the drive pulse voltage converter 4 in FIG. 1 is considered. The first and second switches 24 and 26 shown in FIGS. 3 to 6 having the above-described vcc-vthd-vl, and the nMOS 51 shown in FIG. The pre-transfer pulse switch 67 shown in FIG. 7 or the pulse shown in FIG. 8 is connected directly to the drain of the pre-transfer pulse application line constituting the pulse voltage converter 7 and the maximum voltage between the gate and drain is as low as vhm but the application duty is high. An input nMOS 76 is configured. In addition, the depletion type transistor of FIG. 10 enables the gate oxide film thickness reliability to be low even when the application voltage of the pre-transfer pulse constituting the transfer pulse voltage converter 7 of FIG. 1 is taken into consideration. The nMOS 78 of FIG. 8 is configured to have a vhm-vl higher than the voltage that can guarantee the above.

なお、図8のnMOS78において、前置転送パルス印加時にソースドレイン間にvm-vlの電圧が印加される事によるホットキャリアによるトランジスタ特性の劣化が問題になる時には、nMOS78を図10のnMOSでドレイン端子側の一部にだけn型チャネル層を設けたトランジスタで構成し、そのゲート端子を接地電圧とすればよい。この構成により、ゲート長は長くなるもののドレイン側の強い電界を緩和する事が可能になる。   In the nMOS 78 shown in FIG. 8, when the vm-vl voltage is applied between the source and drain when the pre-transfer pulse is applied, the transistor characteristics are deteriorated due to hot carriers. A transistor having an n-type channel layer provided only on a part of the terminal side may be used, and its gate terminal may be a ground voltage. With this configuration, although the gate length becomes long, it is possible to relax the strong electric field on the drain side.

さらに、転送パルス以上の電圧の印加される部分においては、図10に示す厚いゲート酸化膜を持つトランジスタを用いても、印加電圧が接合耐圧を越え電圧の印加が不可能になるという課題が生じる。即ち、図12に述べた酸化膜の薄いMOS構造では、ロコス酸化膜117の形成される分離領域の長さを小さくしても、パンチスルー現象が起きない様に、nMOSトランジスタフィールドp層112を高濃度にしている。この結果、nMOSトランジスタソースドレインn型拡散層113との接合耐圧が低い。製造工程の簡略化のため、薄い酸化膜を持つ図12の構造
同じフィールドp層112を持つ図10の構造においても同様に高い接合耐圧を得る事はできず、転送パルスの印加が不可能になる。図11は、この課題を、製造工程数を増やすことなく解決するため、ソースドレインn型拡散層113をフィールドp層112よりLofだけオフセットをかけて形成したものである。図中81、82、88から91、112、113、117、vsub、vlは図10と同様である。Lofはソースドレインn型拡散層113をフィールドp層112のオフセット距離を示す。このオフセットにより、ソースドレインn型拡散層113は高濃度のフィールドp層112に接する事がなく、接合耐圧の向上を図れる。なお、図10と同様に、第1のPウエル82には、転送パルスの低レベル電圧である負値vlのバックバイアスが印加される。図11のエンハンスメント型のnMOSにより、図1の転送パルス電圧変換器7を構成するゲートドレイン間最大電圧がvcc-vthe-vthd-vl(vthd,vl;負)となりドレインウエル間最大電圧がvh-vlとなる図7と図8の転送スイッチMOS69、ゲートドレイン間最大電圧がvh’’-vccとなりドレインウエル間最大電圧がvh’’-vlとなる図7と図8のブートストラップ
用MOS73が構成される。また、図10のデプレション型トランジスタにより、図1の駆動パルス電圧変換器4を構成するゲートドレイン間最大電圧がvh-vccとなりドレインウエル間最大電圧がvh-vlとなる図3から図6に示す高耐化MOS28、図1の転送パルス電圧変換器3を構成するゲートドレイン間電圧がvh-(vcc-vthe)となりドレインウエル間電圧がvh-vlとなる図7と図8に示す高耐化MOS71、ゲートドレイン間電圧がvh’-vccとなりドレインウエル間電圧がvh’-vlとなる図7と図8に示すブートストラップ用MOS68が
構成される。なお、接合耐圧は高電圧の印加される端子だけ向上させればよいので、高耐圧化MOS28、ブートストラップMOS68、73においては高電圧のかかる端子(例えば端子イ、ロ)だけにオフセットをかければよい。
Further, in the portion where the voltage higher than the transfer pulse is applied, there is a problem that even if the transistor having the thick gate oxide film shown in FIG. 10 is used, the applied voltage exceeds the junction breakdown voltage and the voltage cannot be applied. . That is, in the MOS structure with a thin oxide film described in FIG. 12, the nMOS transistor field p layer 112 is formed so that the punch-through phenomenon does not occur even if the length of the isolation region where the LOCOS oxide film 117 is formed is reduced. High concentration. As a result, the junction breakdown voltage with the nMOS transistor source / drain n-type diffusion layer 113 is low. In order to simplify the manufacturing process, the structure of FIG. 10 having the same field p layer 112 as in FIG. 12 having a thin oxide film cannot similarly obtain a high junction breakdown voltage, making it impossible to apply a transfer pulse. Become. In FIG. 11, in order to solve this problem without increasing the number of manufacturing steps, the source / drain n-type diffusion layer 113 is formed with an offset of Lof from the field p layer 112. In the figure, 81, 82, 88 to 91, 112, 113, 117, vsub, vl are the same as in FIG. Lof indicates an offset distance between the source / drain n-type diffusion layer 113 and the field p layer 112. By this offset, the source / drain n-type diffusion layer 113 does not contact the high-concentration field p layer 112, and the junction breakdown voltage can be improved. Similar to FIG. 10, a back bias having a negative value vl, which is a low level voltage of the transfer pulse, is applied to the first P well 82. The enhancement-type nMOS in FIG. 11 makes the maximum voltage between the gate and drain constituting the transfer pulse voltage converter 7 in FIG. 1 vcc-vthe-vthd-vl (vthd, vl; negative), and the maximum voltage between the drain wells becomes vh−. The transfer switch MOS 69 of FIG. 7 and FIG. 8 that becomes vl, and the bootstrap MOS 73 of FIG. 7 and FIG. 8 in which the maximum voltage between the gate and drain becomes vh ″ −vcc and the maximum voltage between the drain wells becomes vh ″ −vl. Is done. Further, with the depletion type transistor of FIG. 10, the maximum gate-drain voltage constituting the drive pulse voltage converter 4 of FIG. 1 becomes vh-vcc and the maximum drain-well voltage becomes vh-vl. The high breakdown voltage MOS 28 shown in FIG. 1 and the gate-drain voltage constituting the transfer pulse voltage converter 3 of FIG. 1 is vh− (vcc−vthe) and the drain well voltage is vh−vl. The bootstrap MOS 68 shown in FIG. 7 and FIG. 8 is constructed in which the gate-drain voltage is vh′-vcc and the drain-well voltage is vh′-vl. It should be noted that the junction breakdown voltage only needs to be improved for terminals to which a high voltage is applied. Therefore, in the high breakdown voltage MOS 28 and bootstrap MOS 68 and 73, if an offset is applied only to terminals to which a high voltage is applied (for example, terminals A and B). Good.

なお、トランジスタ間の分離領域となるロコス酸化膜117部に寄生的に形成されるMOSに高いしきい電圧が必要とされないもしくは寄生MOSが存在しない場合には、図10の構造でロコス酸化膜117の下にnMOSトランジスタフィールドp層を設けない構造とすることにより、製造工程数を増やすことなく接合耐圧を向上すると共に、図11のオフセットをかける場合に比し集積度向上を図れる。また、工程数は増えるもののロコス酸化膜117の下にnMOSトランジスタフィールドp層の濃度を低くしてもよい。   Note that if a high threshold voltage is not required for the MOS formed parasitically in the LOCOS oxide film 117 portion, which is an isolation region between transistors, or if there is no parasitic MOS, the LOCOS oxide film 117 having the structure of FIG. By adopting a structure in which the nMOS transistor field p layer is not provided below, the junction breakdown voltage can be improved without increasing the number of manufacturing steps, and the degree of integration can be improved as compared with the case of applying the offset of FIG. Although the number of processes increases, the concentration of the nMOS transistor field p layer under the LOCOS oxide film 117 may be lowered.

さらに、本実施例では、厚いゲート酸化膜を持つトランジスタ全てを第1のPウエル82内の表面濃度が第1のPウエル82より高く第2のPウエル111より低く第1のPウエルより浅い第3のpウエル91の中に形成したが、基板効果によるしきい電圧の上昇やホットキャリア耐圧が問題にならないトランジスタは、第2のPウエル111内に形成してさらなる高集積化を図る事ができる事はいうまでもない。   Further, in this embodiment, all transistors having a thick gate oxide film have a surface concentration in the first P well 82 higher than that of the first P well 82 and lower than that of the second P well 111 and shallower than that of the first P well. A transistor that is formed in the third p-well 91 but does not cause an increase in threshold voltage or hot carrier breakdown voltage due to the substrate effect is formed in the second P-well 111 to achieve higher integration. Needless to say, you can.

本実施例によれば、第1に、駆動パルス発生手段4と転送パルス発生手段7のゲートソース間電圧もしくはゲートドレイン間の電圧が高い箇所を垂直電荷転送手段2のゲート酸化膜厚と等しい厚いゲート酸化膜厚を持つMOSトランジスタで構成する事により特開平1-103861号公報に記載された従来技術に比し製造工程数を増加するも事なくゲート酸化膜の耐圧向上ができ、かつ、薄いゲート酸化膜厚を持つMOSトランジスタでタイミング発生手段3、行選択制御手段6、11から18の増幅手段、水平走査回路19を構成する事により他の部分の集積度は従来技術と同様に高くできるので、高速高集積かつ高信頼度の駆動回路を実現できる。   According to this embodiment, first, a portion where the gate-source voltage or the gate-drain voltage of the drive pulse generating means 4 and transfer pulse generating means 7 is high is equal to the gate oxide film thickness of the vertical charge transfer means 2. By forming the MOS transistor having a gate oxide film thickness, the breakdown voltage of the gate oxide film can be improved without increasing the number of manufacturing steps as compared with the prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-103861, and it is thin. By forming the timing generation means 3, the row selection control means 6, 11 to 18 amplification means, and the horizontal scanning circuit 19 with MOS transistors having a gate oxide film thickness, the integration degree of other portions can be increased as in the prior art. Therefore, a high-speed, high-integration and high-reliability drive circuit can be realized.

第2に、本実施例によれば、転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の転送パルス電圧以上の電圧が印加される箇所をソースドレインn型拡散層113をフィールドp層112から離したMOSトランジスタで構成する事により、他の部分の集積度を損なう事も製造工程数を増やすことなく、接合耐圧の向上ができ高い電圧を持つ転送パルスの印加が可能になる。   Second, according to the present embodiment, the source / drain n-type diffusion layer 113 is separated from the field p layer 112 at a location where a voltage higher than the transfer pulse voltage of the transfer pulse generating means 7 and the drive pulse generating means 4 is applied. By using the MOS transistor, the junction breakdown voltage can be improved and transfer pulses having a high voltage can be applied without increasing the number of manufacturing steps even if the degree of integration of other parts is impaired.

第3に、本実施例によれば、転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の転送パルスの通過経路とオン時ソースドレイン電圧の高い箇所を第2のPウエル111より表面濃度の低い第3のpウエル91内に形成されるMOSトランジスタで構成し基板効果によるしきい電圧上昇とホットキャリアによる耐圧劣化を防止し、タイミング発生手段3、行選択制御手段6、11から18の増幅手段、水平走査回路19を高濃度の第2のPウエル111内に形成する事により高集積化し、高集積でかつ高信頼度の駆動回路を実現できる。また、第3のpウエル91の表面濃度を第1のPウエル82より高濃度とする事により所望の基板効果と耐圧を実現しつつゲート電極長の短縮を可能とし、第3のpウエル91内に形成されるMOSトランジスタの高耐圧と高集積化の両立ができる。さらに、第3のpウエル91の深さを第1のPウエル82より浅くし、ゲート電極89に高い電圧が印加されると基板81までの全領域が空乏化する様にして、基板効果によるしきい電圧の上昇をさらに低減し、更に信頼度を向上できる。   Thirdly, according to the present embodiment, the transfer pulse generation path of the transfer pulse generation means 7 and the drive pulse generation means 4 and the portion where the source drain voltage is high at the ON time are lower in the surface concentration than the second P well 111. 3 consisting of MOS transistors formed in the p-well 91, preventing a threshold voltage rise due to the substrate effect and deterioration of breakdown voltage due to hot carriers, timing generation means 3, row selection control means 6, amplifying means of 11 to 18; By forming the horizontal scanning circuit 19 in the second P well 111 having a high concentration, a highly integrated driving circuit with high integration and high reliability can be realized. Further, by making the surface concentration of the third p-well 91 higher than that of the first P-well 82, the gate electrode length can be shortened while realizing the desired substrate effect and withstand voltage, and the third p-well 91 can be shortened. It is possible to achieve both high breakdown voltage and high integration of the MOS transistor formed therein. Further, the depth of the third p-well 91 is made shallower than that of the first P-well 82, and when a high voltage is applied to the gate electrode 89, the entire region up to the substrate 81 is depleted, thereby causing a substrate effect. The increase in threshold voltage can be further reduced and the reliability can be further improved.

以上、本発明のトランジスタ構造を、図1で述べた全体構成と駆動方式を持つ素子に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲は図1の素子に限定されるものではなく、以下に述べる変形が可能である。   As described above, the case where the transistor structure of the present invention is applied to the element having the overall configuration and the driving method described in FIG. 1 has been described, but the scope of the present invention is not limited to the element of FIG. The modifications described in (1) are possible.

電荷転送手段の駆動回路をゲート酸化膜厚が電荷転送手段のゲート酸化膜厚と等しい第1のMOSトランジスタと第1のMOSトランジスタよりもゲート酸化膜厚が薄い第2MOSトランジスタで構成する事により、駆動回路内の高電圧印加部でもゲート酸化膜の破壊もしくは信頼度低下が起こることがないようにし、かつ、電圧の低い部分は高集積化を図り、高信頼度かつ高集積の電荷転送装置を実現する事は、同一半導体基板上に電荷転送手段と駆動回路を有する電荷転送装置の高信頼度高集積化に広く用いる事ができる。例えば、水平走査手段が図14と同様に電荷転送素子で構成され、図1と同じ様に駆動回路が順次駆動パルスを供給する駆動手段と行選択手段で構成されるが駆動法の異なる特開昭58-188156号公報、特開昭57-78167号公報に記載された素子。さらに、行選択手段が図1と事なり通例のインターラインCCDと同様に垂直電荷転送素子への転送を一括して行なう特開昭62-237871号公報、特開平4-286282号公報に記載の素子。駆動が図1と事なりインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭54-75927、特開昭57-207486号公報、特開昭58-107670号公報、特開昭62-230270号公報、特開昭60-247382号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記載の素子で実施できる。これらの2次元撮像素子に限らず、高い駆動電圧を必要とする駆動回路を内蔵した例えばテレビジョン学会技術報告CE’91-12(Feb.1991)に記載の一次元固体撮像素子や電荷転送型遅延線等においても実施できる。また、以上の素子に図1の水平走査手段を適用した素子においても実施できる事はいうまでもない。   By configuring the drive circuit of the charge transfer means with a first MOS transistor whose gate oxide film thickness is equal to the gate oxide film thickness of the charge transfer means and a second MOS transistor whose gate oxide film thickness is smaller than the first MOS transistor, Even in the high voltage application section in the drive circuit, the gate oxide film will not be destroyed or the reliability will be lowered, and the low voltage part will be highly integrated, and a highly reliable and highly integrated charge transfer device will be realized. The realization can be widely used for highly reliable and highly integrated charge transfer devices having charge transfer means and drive circuits on the same semiconductor substrate. For example, the horizontal scanning means is composed of charge transfer elements as in FIG. 14, and the driving circuit is composed of driving means for sequentially supplying driving pulses and row selection means as in FIG. Devices described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-188156 and 57-78167. Further, the row selection means is different from that shown in FIG. 1 and the transfer to the vertical charge transfer element is performed at the same time as in the usual interline CCD, as described in JP-A-62-237871 and JP-A-4-286282. element. The driving is different from that shown in FIG. 1 and is performed by external pulses of the same multiphase as in the interline CCD, Japanese Patent Laid-Open Nos. 54-75927, 57-207486, 58-107670, and Sho-sho. It can be implemented with the elements described in JP-A-62-230270, JP-A-60-247382, JP-A-63-62480, and JP-A-64-54879. Not only these two-dimensional image pickup devices but also one-dimensional solid-state image pickup devices and charge transfer types described in, for example, Television Society Technical Report CE'91-12 (Feb. 1991) that incorporates a drive circuit that requires a high drive voltage. It can also be implemented in a delay line or the like. Further, it goes without saying that the present invention can also be implemented in an element in which the horizontal scanning means of FIG.

電荷転送手段の駆動回路を高濃度の表面濃度を持つ第1の不純物層内に形成された第1のMOSトランジスタと第1の不純物層より低濃度の表面濃度を持つ第2の不純物層に形成された第2のMOSトランジスタとで構成する事により、駆動回路内の高電圧印加部分でもホットキャリアによる特性劣化や基板効果によるしきい電圧上昇が起こりにくし、かつ、電圧の低い部分は高集積化を図り、高信頼度かつ高集積な電荷転送装置を実現する事は、第1の発明と同様に同一半導体基板上に電荷転送手段と駆動回路を有する電荷転送装置の高信頼度高集積化に広く用いる事ができる。   The drive circuit for the charge transfer means is formed in the first MOS transistor formed in the first impurity layer having a high surface concentration and in the second impurity layer having a lower surface concentration than the first impurity layer. By configuring with the second MOS transistor, it is difficult for the high voltage application part in the drive circuit to deteriorate characteristics due to hot carriers and the threshold voltage increase due to the substrate effect, and the low voltage part is highly integrated. In order to realize a highly reliable and highly integrated charge transfer device, similar to the first invention, a highly reliable and highly integrated charge transfer device having charge transfer means and a drive circuit on the same semiconductor substrate. Can be used widely.

(ロ)容量
本発明においては、図1に示す様に増幅器11のアナログ出力電圧を保持する第1出力保持容量14と第2出力保持容量17-1、17-2を必要とする。電荷転送手段を備える電荷転送装置に於て電荷転送手段を構成するゲート電極とチャネル層との間にできる容量をアナログ電圧の保持容量に用い電荷転送手段の出力を処理する回路を構成する事は周知の技術である。(例えば、ジェイ.テイー.ケイビス他;アイ イー イー イー ジャーナル オブ ソリッド サーキット 14巻 65頁から73頁 1979年2月 J.T.CAVIES et al.; IEEE J. Solid-State Circuits,
VOL. SC-14, pp. 65-73 Feb. 1979)この技術は、プロセス工程を付加する事なく容量形成が可能となるという利点を持つ。しかし、電荷転送手段を低電圧動作させるためにチャネルn層の濃度を低くすると容量値が強い電圧依存性を持つという欠点を持つ。この結果、図1にしめす実施例では、リセット雑音や増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去精度が低下し、第2出力保持手段17-1、17-2から読み出される信号電荷の非線形性が大きくなる。そこで、本発明では、垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層88にホトダイオードを構成す
るn層85を付加しプロセス工程の増加なく高濃度化を図った。さらに、第1出力保持容量14と第2出力保持容量17-1、17-2は読みだしスイッチ16-1、16-2から読み出される信号電荷量を大きくするために、大きな容量値を持つ必要がある。そこで、本発明では、垂直電荷転送手段2のゲート絶縁膜より薄い絶縁膜をゲート電極とチャネルn層の間の絶縁膜に用いた。以下、図13を用いて本発明の容量の構造を説明する。
(B) Capacitance In the present invention, as shown in FIG. 1, the first output holding capacitor 14 and the second output holding capacitors 17-1 and 17-2 for holding the analog output voltage of the amplifier 11 are required. In a charge transfer device including a charge transfer means, a circuit that processes the output of the charge transfer means by using a capacity formed between a gate electrode and a channel layer constituting the charge transfer means as a holding capacitor for an analog voltage. This is a well-known technique. (For example, J.T.Cabis et al .; I E E E Journal of Solid Circuit, Vol. 14, pp. 65-73, February 1979 JTCAVIES et al .; IEEE J. Solid-State Circuits,
VOL. SC-14, pp. 65-73 Feb. 1979) This technology has the advantage that capacitance can be formed without adding process steps. However, if the concentration of the channel n layer is lowered in order to operate the charge transfer means at a low voltage, the capacitance value has a strong voltage dependency. As a result, in the embodiment shown in FIG. 1, the removal accuracy of the fixed pattern noise due to the reset noise and the variation of the DC voltage of the amplifier is reduced, and the signal charge read from the second output holding means 17-1 and 17-2 is nonlinear. Increases sex. Therefore, in the present invention, an n layer 85 constituting a photodiode is added to the n-type channel layer 88 of the vertical charge / charge transfer means 2 to increase the concentration without increasing the number of process steps. Furthermore, the first output holding capacitor 14 and the second output holding capacitors 17-1 and 17-2 need to have a large capacitance value in order to increase the signal charge amount read from the reading switches 16-1 and 16-2. There is. Therefore, in the present invention, an insulating film thinner than the gate insulating film of the vertical charge transfer means 2 is used as the insulating film between the gate electrode and the channel n layer. Hereinafter, the structure of the capacitor of the present invention will be described with reference to FIG.

図13は図1の第1出力保持容量14のB−B’−B’’の断面構造図を示す。図中85、88、89、vsubは図9、図12と同じ、111から113、117、118、vlは図12と同様である。121は容量形成用電極、122は薄いゲート酸化膜118より単位面積当たりの大きい絶縁膜、123は容量形成用電極と垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85に接続されたn型拡散層とをつなぐ配線である。容量の一端をなすn型拡散層113は増幅器11の出力に接続され、他端をなすゲート電極89は高インピーダンスとなる書き込みスイッチ16-1、16-2の入力端子に接続される。なお、第2出力保持容量17-1、17-2も同じ構造を持ち、容量の一端をなすn型拡散層113は接地され、他端をなすゲート電極89は高インピーダンスとなる読みだしスイッチ17-1、17-2の入力端子に接続される。   FIG. 13 is a cross-sectional structural view taken along the line B-B′-B ″ of the first output holding capacitor 14 of FIG. 1. In the figure, 85, 88, 89, and vsub are the same as those in FIGS. 9 and 12, and 111 to 113, 117, 118, and vl are the same as those in FIG. 121 is a capacitor forming electrode, 122 is an insulating film having a larger unit area than the thin gate oxide film 118, 123 is an n layer 85 constituting a photodiode and the n-type channel layer 88 of the vertical charge / charge transfer means 2 and the photodiode. Wiring connecting the n-type diffusion layer connected to. The n-type diffusion layer 113 forming one end of the capacitor is connected to the output of the amplifier 11, and the gate electrode 89 forming the other end is connected to the input terminals of the write switches 16-1 and 16-2 having high impedance. The second output holding capacitors 17-1 and 17-2 have the same structure, the n-type diffusion layer 113 forming one end of the capacitor is grounded, and the gate electrode 89 forming the other end is a high impedance read switch 17 -1, connected to 17-2 input terminals.

本実施例によれば、第1に、容量の一端を垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85に接続されたn型拡散層により構成されているのでプロセス工程を増加することなく容量の電圧依存性が小さくできるので、リセット雑音や増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去精度を向上させ、第2出力保持手段17-1、17-2から読み出される信号電荷の非線形性を小さくできる。なお、ホトダイオードを構成するn層85が垂直電荷転送手段2のn型チャネル層88より充分に大きい場合には、垂直電荷転送手段2のn型チャネル層88を形成しなくても良い。   According to the present embodiment, first, since one end of the capacitor is constituted by the n-type diffusion layer connected to the n-type channel layer 88 of the vertical charge transfer means 2 and the n-layer 85 constituting the photodiode, the process is performed. Since the voltage dependency of the capacitance can be reduced without increasing the number of steps, it improves the removal accuracy of fixed pattern noise due to variations in reset noise and amplifier DC voltage, and is read from the second output holding means 17-1 and 17-2. The non-linearity of signal charge can be reduced. When the n layer 85 constituting the photodiode is sufficiently larger than the n-type channel layer 88 of the vertical charge transfer means 2, the n-type channel layer 88 of the vertical charge transfer means 2 may not be formed.

第2に、本実施例によれば、ゲート電極89とn型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85間の絶縁膜を従来技術の様に垂直電荷転送手段2の厚いゲート酸化膜88でなく薄いゲート酸化膜118で構成する事により、単位面積当たりの容量値を大きくでき、高集積化が図れる。   Second, according to this embodiment, the insulating film between the gate electrode 89, the n-type channel layer 88, and the n layer 85 constituting the photodiode is formed by the thick gate oxide film 88 of the vertical charge transfer means 2 as in the prior art. By using a thin gate oxide film 118, the capacitance value per unit area can be increased and high integration can be achieved.

第3に、本実施例によれば、ゲート電極89をpウエル111とは反導電型で電気的に分離されたn型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85からなる電極と容量形成用電極121で挟み容量を形成し、かつ、ゲート電極122を高インピーダンスノードに接続し、n型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85からなる電極と容量形成用電極121は低インピーダンスノードに接続しているので、特開平5-283614号公報に記載された様にn型基板81やウエル111からの雑音や、外部の雑音源により出力が影響されない。なお、絶縁膜122の単位面積当たりの容量値を薄いゲート酸化膜118の容量値より大きくしなくてもよい場合には、例えば、容量形成電極をアルミ配線層と共用化し、絶縁膜122をゲート電極とアルミ配線層間の層間絶縁膜として、プロセス工程の簡略化を図ってもよい。   Third, according to the present embodiment, the gate electrode 89 and the n-type channel layer 88, which is electrically isolated from the p-well 111 and electrically separated, and the electrode comprising the n-layer 85 constituting the photodiode and the capacitor forming Capacitance is formed by the electrode 121, the gate electrode 122 is connected to the high impedance node, and the electrode composed of the n-type channel layer 88 and the n layer 85 constituting the photodiode and the capacitance forming electrode 121 are connected to the low impedance node. Therefore, as described in JP-A-5-283614, the output is not affected by noise from the n-type substrate 81 or the well 111 or an external noise source. In the case where the capacitance value per unit area of the insulating film 122 does not need to be larger than the capacitance value of the thin gate oxide film 118, for example, the capacitance forming electrode is shared with the aluminum wiring layer, and the insulating film 122 is gated. A process step may be simplified as an interlayer insulating film between the electrode and the aluminum wiring layer.

なお、第1のウエル111を第3のpウェル82としても、第2の2重ウエル91と第3のウエル82としても良い。また、第2の保持手段17-1、17-2の場合の様に容量の一端をなす電極がn型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85に接続されたn型拡散層の電位が各列で同じ場合には、横方向の分離を行なうためのロコス酸化膜117とフィールドp層をB’’の領域には形成せず、n型チャネル層88とホトダイオードを構成するn層85を全面に形成し集積度を高める事ができる。   Note that the first well 111 may be the third p well 82, or the second double well 91 and the third well 82. Further, as in the case of the second holding means 17-1 and 17-2, the potential of the n-type diffusion layer in which the electrode forming one end of the capacitance is connected to the n-type channel layer 88 and the n-layer 85 constituting the photodiode is In the case where each column is the same, the LOCOS oxide film 117 and the field p layer for lateral separation are not formed in the region B ″, but the n-type channel layer 88 and the n layer 85 constituting the photodiode are formed. It can be formed on the entire surface to increase the degree of integration.

なお、行選択手段を構成する転送パルス発生手段7を構成する第1のブートストラップ容量66、ブートストラップ容量70、高耐圧化MOS71のブートストラップ容量72では、容量の両端子間に印加される電圧が大きいため、従来技術と同様に、図10もしくは図11のデプレッション型nMOSと同様の構造とする。即ち、ゲート電極89とnチャネル層88の間の絶縁膜は垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜90を用いて絶縁膜の耐圧不良を防止する。また、下部電極はnチャネル88だけで構成し、深いホトダイオードを構成するn層85の付加によるn型拡散層113と基板81間のパンチスルー耐圧の低下を防ぐ。なお、ブートストラップ容量66、70、72のゲート端子側(例えば図7の端子イ、ロ)はゲート電極89に接続し、ブートストラップ時にはnチャネル層に対し常にゲート電極を正としてゲート電極下の反転層が無くならないようにしている。   In the first bootstrap capacitor 66, the bootstrap capacitor 70, and the bootstrap capacitor 72 of the high breakdown voltage MOS 71 constituting the transfer pulse generating means 7 constituting the row selection means, a voltage applied between both terminals of the capacitors. Therefore, the structure is the same as that of the depletion type nMOS shown in FIG. That is, the insulating film between the gate electrode 89 and the n-channel layer 88 uses the same thick gate oxide film 90 as that of the vertical charge transfer means 2 to prevent a breakdown voltage failure of the insulating film. Further, the lower electrode is composed of only the n-channel 88, thereby preventing the punch-through breakdown voltage from decreasing between the n-type diffusion layer 113 and the substrate 81 due to the addition of the n-layer 85 constituting the deep photodiode. Note that the gate terminal side of the bootstrap capacitors 66, 70, 72 (for example, terminals a, b in FIG. 7) is connected to the gate electrode 89, and the gate electrode is always positive with respect to the n channel layer at the time of bootstrap. The inversion layer is not lost.

以上、本発明の容量の構造を、図1で述べた全体構成と駆動方式を持つ素子に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲は図1の素子に限定されるものではなく、以下に述べる変形が可能である。   As described above, the case where the capacitance structure of the present invention is applied to the element having the overall configuration and the driving method described in FIG. 1 is described, but the scope of the present invention is not limited to the element of FIG. The following modifications are possible.

出力保持容量の一端を電荷転送手段を構成するゲート電極で構成し、他端を第2導電型の不純物層内に設けられた光電変換素子を構成する第1導電型の不純物層を備える不純物層で構成する事により、出力保持容量の容量値の電圧依存性を緩和する事は電荷転送手段や増幅手段の具体的形態によらず広く実施できる。例えば、以下の素子に図1に示す水平走査手段を適用した素子で実施できる。即ち、図1と同じ様に駆動回路が順次駆動パルスを供給する駆動手段と行選択手段で構成されるが駆動法の異なる特開昭58-188156号公報、特開昭57-78167号公報に記載された素子。さらに、行選択手段が図1と事なり通例のインターラインCCDと同様に垂直電荷転送素子への転送を一括して行なう特開昭62-237871号公報、特開平4-286282号公報に記載の素子。駆動が図1と事なりインターライン型CCDと同様の多相の外部パルスにより行なわれる特開昭54-75927、特開昭57-207486号公報、特開昭58-107670号公報、特開昭62-230270号公報、特開昭60-247382号公報、特開昭63-62480号公報、特開昭64-54879号公報記載の素子に適用できる。また、以上の2次元素子や通例のインターライン型CCDやテレビジョン学会技術報告CE’91-12(Feb.1991)に記載の一次元固体撮像素子の出力端子に特開平1-277066に記載された様な相関2重サンプリング回路を適用する場合でも実施できる。
[実施例2]
An impurity layer comprising a first conductivity type impurity layer constituting one end of the output holding capacitor by a gate electrode constituting charge transfer means and the other end constituting a photoelectric conversion element provided in the second conductivity type impurity layer With this configuration, the voltage dependence of the capacitance value of the output holding capacitor can be relaxed widely regardless of the specific form of the charge transfer means and the amplification means. For example, it can be implemented by an element in which the horizontal scanning unit shown in FIG. That is, in the same way as in FIG. 1, the driving circuit is composed of driving means for sequentially supplying driving pulses and row selecting means, but different driving methods are disclosed in JP-A-58-188156 and JP-A-57-78167. The described element. Further, the row selection means is different from that shown in FIG. 1 and the transfer to the vertical charge transfer device is performed in the same manner as in the conventional interline CCD. JP-A-62-237871 and JP-A-4-286282 element. The driving is different from that shown in FIG. 1 and is carried out by multi-phase external pulses similar to the interline type CCD. JP-A-54-75927, JP-A-57-207486, JP-A-58-107670, JP It can be applied to the elements described in JP-A-62-230270, JP-A-60-247382, JP-A-63-62480, and JP-A-64-54879. Further, the above two-dimensional element, the usual interline CCD, and the output terminal of the one-dimensional solid-state imaging element described in Television Society Technical Report CE'91-12 (Feb. 1991) are described in JP-A-1-277066. Even when a correlated double sampling circuit as described above is applied, it can be implemented.
[Example 2]

第2の実施例
本発明者は特開平5-103272号公報にて、CCD型撮像素子の駆動に必要な多値の電圧レベルのパルスを発生させる電圧発生器を内蔵化してドライバチップをなくすとともにDC−DC変換器の数を減らし、CCD型撮像素子の使い勝手を向上させ、撮像装置の低消費電力化を図る事を提案した。本発明の第1の目的の固体撮像素子は、通例のインターライン方式CCD型撮像素子に較べ、駆動手段、行選択選択手段、水平走査手段を駆動するためのパルスの負荷容量が小さいので、電流駆動能力の小さな占有面積の小さな電圧変換器を内蔵化することで、正の単一電源駆動信号と正電源だけ駆動できる素子を実現できる。第1の実施例では、駆動パルス発生手段4を備える事により、駆動手段を単一の正電圧値を持つ駆動信号と駆動信号と等しい電圧値を持つ正電源並びに駆動パルスの低レベル電圧と等しい電圧値の一負電源とにより駆動した。また、転送パルス発生手段7を設ける事により、行選択手段を単一の正電圧値を持つ駆動信号と、低レベルが接地電圧で高レベルが単一の正電圧値より高い正電圧値を持つ前置転送パルスと転送パルス、駆動信号と等しい電圧値を持つ正電源並びに駆動パルスの低レベル電圧と等しい電圧値の一負電源とにより駆動した。さらに、出力ゲート2-4を設けて垂直電荷転送手段2を負値の駆動パルスで駆動し信号電荷の電圧への変換を11から13よりなる容量帰還型電荷電圧変換器で構成する事により、水平走査手段内の増幅器11の電源を正電源電圧値とした。この結果、水平走査手段内の信号電圧が正電源電圧値を越えることがなくなるので、容易に水平走査手段を単一の正電圧値を持つ駆動信号と駆動信号と等しい電圧値を持つ正電源で駆動できる。そこで、第2の実施例では、行選択手段に、正の単一電源駆動信号を昇圧して第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを転送パルス印加線に発生する転送パルス昇圧器と、正の単一電源駆動信号を昇圧して正電源の電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を高レベルに有する前置転送パルスを前置転送パルス印加線に供給する前置転送パルス昇圧器とを付加し、垂直電荷転送手段2の電荷転送制御部の一水平行の電極を結ぶ電荷転送制御駆動線に正の単一電源駆動信号と負電源とから負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを発生する電荷転送制御部駆動パルス発生器を設け、ドライバチップを設けなくても正の単一電源駆動信号だけで素子を駆動できるようにした。更に、正電源から昇圧により第2の正電源電圧を
発生する基板電圧発生器と駆動パルスの低レベルと等しい電圧値を持つ負電源電圧を発生する負電圧発生器を設け、直流電圧も一正電源だけで済む様にしDC-DC変換器を不要にした。以上の結果、本実施例の固体撮像素子は、ドライバチップもDC−DC変換器も必要とせず、正の単一電源駆動信号と正電源だけ駆動できる。以下、図15と図16を用い説明をする。図15は、第2の実施例の全体回路構成を示す図、図16(a)は、図15の前置転送パルス昇圧器141の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。
Second Embodiment The present inventor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-103272, a built-in voltage generator for generating a multi-value voltage level pulse necessary for driving a CCD type image pickup device and eliminating a driver chip. It has been proposed to reduce the number of DC-DC converters, improve the usability of the CCD type image pickup device, and reduce the power consumption of the image pickup apparatus. The solid-state imaging device according to the first object of the present invention has a smaller pulse load capacity for driving the driving means, the row selection / selection means, and the horizontal scanning means than the conventional interline CCD type imaging device, so that the current By incorporating a voltage converter with a small driving capacity and a small occupation area, an element capable of driving only a positive single power source driving signal and a positive power source can be realized. In the first embodiment, by providing the drive pulse generation means 4, the drive means is equal to a drive signal having a single positive voltage value, a positive power supply having a voltage value equal to the drive signal, and a low level voltage of the drive pulse. It was driven by a negative power source with a voltage value. In addition, by providing the transfer pulse generation means 7, the row selection means has a drive signal having a single positive voltage value, and the low level is a ground voltage and the high level has a positive voltage value higher than the single positive voltage value. It was driven by a pre-transfer pulse, a transfer pulse, a positive power source having a voltage value equal to the drive signal, and a negative power source having a voltage value equal to the low level voltage of the drive pulse. Furthermore, by providing an output gate 2-4 and driving the vertical charge transfer means 2 with a negative drive pulse and converting the signal charge into a voltage by a capacitive feedback type charge-voltage converter consisting of 11 to 13, The power supply of the amplifier 11 in the horizontal scanning means is a positive power supply voltage value. As a result, since the signal voltage in the horizontal scanning means does not exceed the positive power supply voltage value, the horizontal scanning means can be easily replaced with a drive signal having a single positive voltage value and a positive power supply having a voltage value equal to the drive signal. Can drive. Therefore, in the second embodiment, the row selection means includes a transfer pulse booster that boosts the positive single power supply drive signal and generates a transfer pulse having a second voltage value at a high level on the transfer pulse application line. The positive single power supply drive signal is boosted to supply a pretransfer pulse having a high third voltage value higher than the positive power supply voltage value and lower than the second voltage value to the pretransfer pulse application line. A pre-transfer pulse booster is added to the charge transfer control drive line connecting the parallel electrodes of the charge transfer control unit of the vertical charge transfer means 2 from the positive single power supply drive signal and the negative power supply to the negative value A charge transfer control unit drive pulse generator that generates a drive pulse having a low voltage level is provided so that the element can be driven by only a positive single power source drive signal without providing a driver chip. Furthermore, a substrate voltage generator that generates a second positive power supply voltage by boosting from the positive power supply and a negative voltage generator that generates a negative power supply voltage having a voltage value equal to the low level of the drive pulse are provided, and the DC voltage is also positive. A DC-DC converter is not required because only a power source is required. As a result, the solid-state imaging device of this embodiment does not require a driver chip or a DC-DC converter, and can be driven only by a positive single power source drive signal and a positive power source. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. FIG. 15 is a diagram showing the overall circuit configuration of the second embodiment, FIG. 16 (a) is a circuit configuration diagram of the pre-transfer pulse booster 141 of FIG. 15, and FIG. 15 (b) is the same diagram (a). It is a drive pulse timing diagram of the circuit of.

図15中、1から10、19は図1と同様、140は図1の11から18からなる増幅手段、74、75は図7(a)、図8(a)と同様、141は前置転送パルス昇圧器、142は転送パルス昇圧器、143-1、143-2は水平走査回路19の端子H1、H2に接続された2相シフトパルス線、144は直流クランプ電圧印加線、145、146はそれぞれ電荷制御部を構成するゲート2-2、電荷蓄積ゲート2-3に駆動パルスを発生する電荷転送制御部駆動パルス発生器、147は電荷制御部を構成する出力ゲートに電荷蓄接地電圧と転送パルスの低レベル負値電圧vlの中間の直流電圧を印加する出力ゲート直流バイアス発生器、148は正電源から昇圧により第2の正電源電圧vsubを発生する基板電圧発生器、149は微細なnMOSトランジスタのウエルに印加されるバックバイアス電圧vbbを発生するバックバイアス電圧発生器、150は駆動パルスの低レベルと等しい電圧値vlを持つ負電源電圧発生器である。T1、T2、TIN、V1、V2、VIN、FA、FB、RG、CP、SH1、SH2、H1、H2、HIN、O1、O2、Vcc、GNDは図1と同じ、V3T、V4Tは正の電源の電圧値より高い第2の電圧値vhを高レベルに持つ転送パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、V3LT、V4LTは高レベルが正の電源電圧値vccより高く第2の電圧値より低い第3の電圧値vhmの前置転送パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、SBTはゲート2-2の駆動パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、STTは電荷蓄積ゲート9の駆動パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子である。本実施例では、図1の端子VCに印加された直流クランプ電圧と垂直電荷転送手段2の駆動パルスの高レベル電圧値vmは接地電圧としている。また、各端子に印加されるパルスのタイミングは、図2で、端子H1、H2に印加されるパルスφH1、φH2を連続とし、端子V3T、V4T、V3LT、V4LTにφV3、φV4、φV3L、φV4Lと同じタイミングで低レベルを接地電圧、高レベルを正電源電圧値vccのパルスを印加し、端子SBT、STTにφSB、φSTを反転し低レベルを接地電圧、高レベルを正電源電圧値vccとしたパルスを印加したものである。以下、パルス電圧変換器141、142、145、146と電圧発生器147から150の構成と動作を説明する。 15, 1 to 10 and 19 are the same as in FIG. 1, 140 is an amplifying means consisting of 11 to 18 in FIG. 1, 74 and 75 are the same as in FIGS. 7 (a) and 8 (a), and 141 is a front end. Transfer pulse booster, 142 is a transfer pulse booster, 143-1 and 143-2 are two-phase shift pulse lines connected to terminals H1 and H2 of the horizontal scanning circuit 19, 144 is a DC clamp voltage application line, and 145 and 146 Are a gate 2-2 constituting the charge control unit, a charge transfer control unit drive pulse generator for generating a drive pulse to the charge accumulation gate 2-3, and 147 is a charge storage ground voltage at the output gate constituting the charge control unit. An output gate DC bias generator that applies a DC voltage in the middle of the low-level negative voltage vl of the transfer pulse, 148 is a substrate voltage generator that generates a second positive power supply voltage vsub by boosting from the positive power supply, and 149 is a fine Back-by generating back bias voltage vbb applied to the well of the nMOS transistor Scan voltage generator, 150 is a negative power supply voltage generator having the same voltage value vl and low level of the drive pulse. T1, T2, TIN, V1, V2, VIN, FA, FB, RG, CP, SH1, SH2, H1, H2, HIN, O1, O2, Vcc, GND are the same as in FIG. 1, V3T, V4T are positive power supplies The positive single power source drive signal application terminal V3LT, V4LT for generating a transfer pulse having a second voltage value vh higher than the first voltage value at a high level is higher than the positive power source voltage value vcc at the second level. A positive single power source drive signal application terminal for generating a pre-transfer pulse having a third voltage value vhm lower than the voltage value of SBT, SBT is a positive single power source for generating a drive pulse for gate 2-2 A drive signal application terminal STT is a positive single power supply drive signal application terminal for generating a drive pulse for the charge storage gate 9. In this embodiment, the DC clamp voltage applied to the terminal VC in FIG. 1 and the high level voltage value vm of the drive pulse of the vertical charge transfer means 2 are the ground voltage. In FIG. 2, the timing of the pulses applied to each terminal is such that the pulses φH1 and φH2 applied to the terminals H1 and H2 are continuous, and the terminals V3T, V4T, V3LT, and V4LT are connected to φV3, φV4, φV3L, and φV4L. At the same timing, a pulse of low level is ground voltage, high level is positive power supply voltage value vcc, φ SB and φ ST are inverted to terminals SBT and STT, low level is ground voltage, and high level is positive power supply voltage value vcc These pulses are applied. Hereinafter, the configurations and operations of the pulse voltage converters 141, 142, 145, and 146 and the voltage generators 147 to 150 will be described.

前置転送パルス昇圧器141には、転送パルスの駆動パルス線への印加時間を短くするため短時間で正の単一電源駆動信号を昇圧して第3の電圧値vhmを高レベルに有する前置転送パルスを前置転送パルス印加線に供給する事が必要とされる。これを実現する電流駆動能力を得るには比較的大きな容量値を持つチャージポンプ容量が必要であり、昇圧器面積を小さくできない。さらに、図1で述べた一水平走査期間に2行の信号を読み出す際には、行選択制御手段6で同時に選択された2行の駆動パルス線に異なる時間に転送パルスを印加しなければならず、2個の前置転送パルスを発生させる必要が生じる。この結果、2個の昇圧器を必要とする。そこで、2行同時独立読みだしを行ない2個の前置転送パルスのを発生させる際、昇圧器を共用することでチャージポンプ容量の個数を1/2とし昇圧器の面積低減を図った。さらにチャージポンプ容量に印加される昇圧パルスの電圧振幅を負電源電圧値と正電源電圧値を足した電圧振幅として、必要な容量値低減を実現した。   The pre-transfer pulse booster 141 boosts the positive single power supply drive signal in a short time to shorten the application time of the transfer pulse to the drive pulse line and has the third voltage value vhm at a high level. It is necessary to supply the pre-transfer pulse to the pre-transfer pulse application line. A charge pump capacitor having a relatively large capacitance value is necessary to obtain the current driving capability for realizing this, and the booster area cannot be reduced. Furthermore, when reading two rows of signals in one horizontal scanning period as described in FIG. 1, transfer pulses must be applied to the two rows of drive pulse lines simultaneously selected by the row selection control means 6 at different times. First, it is necessary to generate two pre-transfer pulses. As a result, two boosters are required. Therefore, when two rows are read independently and two pre-transfer pulses are generated, the number of charge pump capacitors is halved by sharing the booster to reduce the area of the booster. In addition, the voltage amplitude of the boost pulse applied to the charge pump capacitor is set to a voltage amplitude obtained by adding the negative power supply voltage value and the positive power supply voltage value, thereby realizing a necessary capacity value reduction.

以下、図16を用いて、前置転送パルス昇圧器141の構成と動作を説明する。図16(a)は、図15の置転送パルス昇圧器141の回路構成図、同図(b)は同図(a)の回路の駆動パルスタイミング図である。図16(a)中、B1が端子V3LT、V4LTに印加される前置転送パルス印加線への印加時間を決める2つの正の単一電源駆動信号を入力としその論理和を出力するオア回路である。mn1、mn2、mn3はオア回路B1を構成するnMOS、mp1、mp2、mp3はオア回路B1を構成するpMOSである。B2が端子H1に印加されるシフトパルスと、端子V3LTもしくはV4LTに印加される正の単一電源駆動信号との論理積を出力するアンド回路である。mn4、mn5、mn6、mn7はアンド回路B2を構成するnMOS、mp4、mp5、mp6、mp7はアンド回路B2を構成するpMOSである。B3が端子Y2のアンド回路の出力パルスの電圧振幅を負電源電圧値vlと正電源電圧値vccを足した電圧振幅とするための電圧変換器で、155がゲート接地されたPMOS、156がアンド回路の反転出力値端子Y5がゲートに接続されたnMOSである。なお、本電圧変換器の構成は図6で述べたものと同様である。B4が端子Y1のオア回路の出力を昇圧する昇圧器である。151-1、151-2がゲートに正電源vccが印加されオア回路B1の出力により昇圧器内の端子Y6、Y4を初期設定する初期電圧設定nMOS、152がチャージポンプnMOS、153はチャージポンプ容量、154がダイオード接続された複数個のトランジスタからなる不要な高電圧が発生するのを防ぐ電圧リミッタである。B5が端子Y4の昇圧器出力を端子V4LTもしくはV3LTに印加された正の単一電源駆動信号に基ずき前置転送パルス印加線74-1もしくは74-2に出力するための選択スイッチである。157-1、157-2がスイッチ用nMOS、158-1、158-2がスイッチ157-1、157-2のオンオフを制御するための駆動信号入力スイッチ、159-1、159-2がブートストラップ用容量、160-1、160-2がオア回路の反転値出力端子Y7にゲートが接続されたリセットスイッチである。端子Vcc、GND、VL、V3LT、V4LT、H1は図15と同様、端子V3L、V4Lは図1と同様である。ロジック回路を構成するmn1からmn7、mp1からmp7およびPMOS155は、図12のトランジスタで構成される。更に、端子Y6の高レベルは2vcc以下にリミットされるので、初期電圧設定nMOS151-1、151-2、チャージポンプnMOS152、電圧リミッタ154も図12のトランジスタで構成される。また、nMOS156、スイッチ用nMOS157-1、157-2、駆動信号入力スイッチ158-1、158-2、リセットスイッチ160-1、160-2には高い耐圧が必要になるので、図11に示すエンハンスメント型nMOSが用いられる。チャージポンプ容量153の両端間の電圧はvccを越えるのでブートストラップ容量66等と同じ厚い酸化膜を持つ図11のデプレッション型nMOSと同様の構造とする。端子Y3は端子Y6より常に電圧が低いので、端子Y6をはゲート電極89に接続する。また、昇圧器B4(チャージポンプ容量153は除く)と選択スイッチB5のpウエル内には接地電圧が印加され、基板効果によるしきい電圧上昇、拡散層ウエル間の電圧が低減される。端子Y1、Y7はそれぞれオア回路Bの出力とその反転出力端子、端子Y2、Y5はアンド回路B2の出力とその反転出力端子、端子Y3は昇圧パルス電圧変換器B3の出力端子、端子Y4は昇圧器B4の出力端子、端子Y6は昇圧器内の端子、端子P1はスイッチ157-1もしくは157-2のゲート端子である。図16(b)において、φV3LT、φH1は、それぞれ図1の端子V3LT、H1に印加されるパルス電圧を示す。さらに、vl、vccはそれぞれ負電源電圧値と正電源電圧値である。vh1はゲート端子P1のY4端子が初期設定された時の値、vh2はゲート端子P2の最大電圧値、vthはチャージポンプnMOS152のしきい値電圧である。vhmは正電源電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を示す。以下、図(b)を参照しながら端子V3Lに前置転送パルスを発生する時の動作を例に取り説明する。まず、端子V3LTに印加される電圧がvccになるとオア回路出力端子Y1もvccになり、初期電圧設定nMOS15-1、15-2を介して昇圧器内の端子Y6と出力端子Y4の電圧がvcc-vthとなる。同時にスイッチ157-1のゲート端子P1も駆動信号入力スイッチ158-1を介してまずvcc-vtheになりスイッチ157-1がオンする。この結果、端子V3Lの電圧がvcc-vthまで上昇しブートストラップ容量159-1により端子P1の電圧はvcc-vthe以上の電圧vh1となる。一方、この時、端子V4LTの印加電圧は接地電圧であるので、スイッチ157-2はオンする事はない。なお、この時にオア回路の反転出力端子Y7にゲートの接続されたリセットスイッチ160-1、160-2はオフしている。(時刻t1)次いで、端子H1のパルスに同期して、アンド回路出力端子Y2の電圧がvccとなり、昇圧パルス電圧変換器出力端子Y3の電圧がvlからvccとなる。この結果、チャージポンプ容量153を介して昇圧回路内の端子Y6が2vcc-vth-vl(vl:負値)となり、チャージポンプnMOSがオンし昇圧器出力端子Y4の電圧が上昇する。これに従い、V3L端子電圧及びゲート端子P1の電圧も上昇する。この時、cp((2vcc-vth-vl)-(vhm+vth))をcl(vhm-(vcc-vth))等しく設定すれば、端子Y4とV3L端子の電圧をVhmとする事ができる。ここに、clは前置転送パルス線74-1に付随する寄生容量、cpはチャージポンプ容量153の容量値である。(時刻t2)ついで、端子H1の電圧が0vとなると、アンド回路出力端子Y2の電圧も0vになり、昇圧パルス電圧変換器出力電圧Y3がアンド回路の反転出力端子Y5にゲートの接続されたnMOS156によりvl電圧になる。この結果、昇圧回路内の端子Y6の電圧は時刻t1と同じvcc-vthとなる。(時刻t3)この後、再び、端子H1の電圧がvccになると、昇圧パルス変換器出力端子Y3の電圧がvlからvccとなり、昇圧器出力端子Y4の電圧がvhm以上に上昇しようとする。しかし、電圧リミット回路154が、昇圧回路B4の出力端子Y4の電圧がvhm以上になるとオンし、電圧上昇は起こらない。(時刻t4)以降同様の動作が起き、cl(vhm-(vcc-vth))*1/fc(fc:端子H1に印加されるシフトパルス周波数)の無効電流がながれるが、アンド回路により昇圧器が動作するのは端子V3LTの電圧がvccである短い時間としているので、消費電力は小さい。ついで、端子V3LTに印加される電圧が0vになるとオア回路出力端子Y1の電圧も0vになり、初期電圧設定nMOS15-1、15-2を介して昇圧器内の端子Y6と出力端子Y4の電圧が0vとなる。同時にスイッチ157-1のゲート端子P1も駆動信号入力スイッチ158-1を介して0vになりスイッチ157-1がオフする。一方、オア回路反転出力端子Y7にゲートの接続されたリセットスイッチ160-1、160-2がオンし、前置転送パルス印加線電圧74-1は0Vとなる。また一方、アンド回路出力端子Y2の電圧は以降0vのままで、昇圧パルス電圧変換器出力端子電圧Y3の電圧はvl電圧のままとなる。(時刻t5)以上で端子V3Lへの前置転送パルス出力が終了する。ついで、端子V4Lへの前置転送パルスの出力が端子V4LTに印加される駆動信号により同様に行なわれる。   Hereinafter, the configuration and operation of the pre-transfer pulse booster 141 will be described with reference to FIG. 16A is a circuit configuration diagram of the pre-transfer pulse booster 141 in FIG. 15, and FIG. 16B is a drive pulse timing diagram of the circuit in FIG. In FIG. 16A, B1 is an OR circuit that inputs two positive single power source drive signals that determine the application time to the pre-transfer pulse application line applied to the terminals V3LT and V4LT and outputs the logical sum thereof. is there. mn1, mn2, and mn3 are nMOSs that constitute the OR circuit B1, and mp1, mp2, and mp3 are pMOSs that constitute the OR circuit B1. B2 is an AND circuit that outputs a logical product of the shift pulse applied to the terminal H1 and the positive single power source drive signal applied to the terminal V3LT or V4LT. mn4, mn5, mn6 and mn7 are nMOSs constituting the AND circuit B2, and mp4, mp5, mp6 and mp7 are pMOSs constituting the AND circuit B2. B3 is a voltage converter for setting the voltage amplitude of the output pulse of the AND circuit of the terminal Y2 to a voltage amplitude obtained by adding the negative power supply voltage value vl and the positive power supply voltage value vcc. 155 is a PMOS whose gate is grounded, 156 is an AND The inverted output value terminal Y5 of the circuit is an nMOS connected to the gate. The configuration of the voltage converter is the same as that described in FIG. B4 is a booster that boosts the output of the OR circuit at the terminal Y1. 151-1 and 151-2 are applied with a positive power supply vcc at the gate, and an initial voltage setting nMOS for initially setting terminals Y6 and Y4 in the booster by the output of the OR circuit B1, 152 is a charge pump nMOS, 153 is a charge pump capacity , 154 are voltage limiters that prevent unnecessary high voltages from being formed by a plurality of diode-connected transistors. B5 is a selection switch for outputting the booster output of the terminal Y4 to the pre-transfer pulse applying line 74-1 or 74-2 based on the positive single power source driving signal applied to the terminal V4LT or V3LT. . 157-1 and 157-2 are switch nMOS, 158-1 and 158-2 are drive signal input switches for controlling on / off of the switches 157-1 and 157-2, and 159-1 and 159-2 are bootstraps. Capacitors 160-1 and 160-2 are reset switches whose gates are connected to the inverted value output terminal Y7 of the OR circuit. Terminals Vcc, GND, VL, V3LT, V4LT, and H1 are the same as in FIG. 15, and terminals V3L and V4L are the same as in FIG. The mn1 to mn7, mp1 to mp7, and the PMOS 155 constituting the logic circuit are constituted by the transistors of FIG. Further, since the high level of the terminal Y6 is limited to 2 vcc or less, the initial voltage setting nMOSs 151-1 and 151-2, the charge pump nMOS 152, and the voltage limiter 154 are also constituted by the transistors of FIG. Further, since the nMOS 156, the switching nMOSs 157-1 and 157-2, the drive signal input switches 158-1 and 158-2, and the reset switches 160-1 and 160-2 require a high breakdown voltage, the enhancement shown in FIG. A type nMOS is used. Since the voltage across the charge pump capacitor 153 exceeds vcc, the structure is the same as the depletion type nMOS of FIG. 11 having the same thick oxide film as the bootstrap capacitor 66 and the like. Since the terminal Y3 is always lower in voltage than the terminal Y6, the terminal Y6 is connected to the gate electrode 89. In addition, a ground voltage is applied to the booster B4 (excluding the charge pump capacitor 153) and the p-well of the selection switch B5, thereby increasing the threshold voltage due to the substrate effect and reducing the voltage between the diffusion layer wells. Terminals Y1 and Y7 are the outputs of the OR circuit B and their inverted output terminals, terminals Y2 and Y5 are the outputs of the AND circuit B2 and their inverted output terminals, terminal Y3 is the output terminal of the boost pulse voltage converter B3, and terminal Y4 is the booster. The output terminal of the device B4, the terminal Y6 is a terminal in the booster, and the terminal P1 is a gate terminal of the switch 157-1 or 157-2. In FIG. 16B, φV3LT and φH1 indicate pulse voltages applied to the terminals V3LT and H1 in FIG. 1, respectively. Furthermore, vl and vcc are a negative power supply voltage value and a positive power supply voltage value, respectively. vh1 is a value when the Y4 terminal of the gate terminal P1 is initialized, vh2 is a maximum voltage value of the gate terminal P2, and vth is a threshold voltage of the charge pump nMOS 152. vhm indicates a third voltage value that is higher than the positive power supply voltage value and lower than the second voltage value. Hereinafter, an operation when a pre-transfer pulse is generated at the terminal V3L will be described as an example with reference to FIG. First, when the voltage applied to the terminal V3LT becomes vcc, the OR circuit output terminal Y1 also becomes vcc, and the voltages at the terminal Y6 and the output terminal Y4 in the booster become vcc via the initial voltage setting nMOSs 15-1 and 15-2. -vth. At the same time, the gate terminal P1 of the switch 157-1 is first set to vcc-vthe via the drive signal input switch 158-1, and the switch 157-1 is turned on. As a result, the voltage at the terminal V3L rises to vcc-vth, and the bootstrap capacitor 159-1 causes the voltage at the terminal P1 to become a voltage vh1 greater than or equal to vcc-vthe. On the other hand, since the voltage applied to the terminal V4LT is the ground voltage at this time, the switch 157-2 is not turned on. At this time, the reset switches 160-1 and 160-2 whose gates are connected to the inverting output terminal Y7 of the OR circuit are turned off. (Time t1) Next, in synchronization with the pulse at the terminal H1, the voltage at the AND circuit output terminal Y2 becomes vcc, and the voltage at the boost pulse voltage converter output terminal Y3 changes from vl to vcc. As a result, the terminal Y6 in the booster circuit becomes 2vcc-vth-vl (vl: negative value) via the charge pump capacitor 153, the charge pump nMOS is turned on, and the voltage at the booster output terminal Y4 rises. Accordingly, the V3L terminal voltage and the voltage at the gate terminal P1 also increase. At this time, if cp ((2vcc-vth-vl)-(vhm + vth)) is set equal to cl (vhm- (vcc-vth)), the voltage at the terminals Y4 and V3L can be set to Vhm. Here, cl is a parasitic capacitance associated with the pre-transfer pulse line 74-1, and cp is a capacitance value of the charge pump capacitor 153. (Time t2) Then, when the voltage at the terminal H1 becomes 0v, the voltage at the AND circuit output terminal Y2 also becomes 0v, and the boosted pulse voltage converter output voltage Y3 is connected to the inverting output terminal Y5 of the AND circuit with the nMOS 156. The voltage becomes vl. As a result, the voltage at the terminal Y6 in the booster circuit becomes the same vcc-vth as at time t1. (Time t3) Thereafter, when the voltage at the terminal H1 becomes vcc again, the voltage at the booster pulse converter output terminal Y3 changes from vl to vcc, and the voltage at the booster output terminal Y4 tends to rise to vhm or higher. However, the voltage limit circuit 154 is turned on when the voltage at the output terminal Y4 of the booster circuit B4 becomes equal to or higher than vhm, and the voltage does not increase. A similar operation occurs after (time t4), and a reactive current of cl (vhm− (vcc−vth)) * 1 / fc (fc: shift pulse frequency applied to the terminal H1) is reduced. Operates in a short time during which the voltage at the terminal V3LT is vcc, so that the power consumption is small. Next, when the voltage applied to the terminal V3LT becomes 0v, the voltage of the OR circuit output terminal Y1 also becomes 0v, and the voltages of the terminals Y6 and Y4 in the booster via the initial voltage setting nMOSs 15-1 and 15-2. Becomes 0v. At the same time, the gate terminal P1 of the switch 157-1 becomes 0v via the drive signal input switch 158-1, and the switch 157-1 is turned off. On the other hand, the reset switches 160-1 and 160-2 whose gates are connected to the OR circuit inverted output terminal Y7 are turned on, and the pre-transfer pulse application line voltage 74-1 becomes 0V. On the other hand, the voltage of the AND circuit output terminal Y2 remains 0v, and the voltage of the boost pulse voltage converter output terminal voltage Y3 remains vl. At (time t5), the pre-transfer pulse output to the terminal V3L is completed. Subsequently, the output of the pre-transfer pulse to the terminal V4L is similarly performed by the drive signal applied to the terminal V4LT.

転送パルス昇圧器142は、図16(a)で昇圧器B4内の151-1、152、153をもう1段追加し、端子H2に印加されるシフトパルスを入力とするアンド回路B2と昇圧パルス電圧変換器B3を付加し、その出力を昇圧器B4の追加した段のチャージポンプ容量153に接続したものである。更に、図3の高耐圧化トランジスタ28と同様のトランジスタをリセットスイッチ160-1と160-2と転送パルス印加線75との間に設け、また、スイッチ157-1、157-2には端子Y4側に図7の71から73の高耐圧化回路を付加し高耐圧化を実現した。端子Y6の高レベルは2vcc以下にリミットされないので、昇圧器B4内のトランジスタは図10もしくは図11に示すnMOSが用いられる。端子P1、端子Y4並びに転送パルス印加線75、71から73の高耐圧化回路のブートストラップノード、昇圧器B4内の次段昇圧ノードの拡散層は図11に示すオフセット構造を用いる。また、昇圧器B4(チャージポンプ容量153は除く)と選択スイッチB5のpウエルには接地電圧が印加され、基板効果によるしきい電圧上昇、拡散層ウエル間の電圧が低減される。なお、昇圧器B4(チャージポンプ容量153、電圧リミット回路154は除く)のpウエルに初期電圧設定nMOS15-1と同様のトランジスタを介し端子Y1の電圧を印加する事により端子V3TあるいはV4Tの電圧高レベルの時にはpウエル電圧をvcc-vtheとして基板効果によるしきい電圧上昇を更に低減し昇圧の効率を高めてもよい。更に、より高速の昇圧が必要な時は、最終段のチャージポンプを異なるシフトパルスで行なう昇圧器B4をもう一つ設ければよい。   The transfer pulse booster 142 adds another stage 151-1, 152, 153 in the booster B4 in FIG. 16A, and an AND circuit B2 that receives the shift pulse applied to the terminal H2 and the boost pulse. A voltage converter B3 is added, and its output is connected to the charge pump capacitor 153 at the stage where the booster B4 is added. 3 is provided between the reset switches 160-1 and 160-2 and the transfer pulse application line 75, and the switches 157-1 and 157-2 have a terminal Y4. A high withstand voltage circuit from 71 to 73 in Fig. 7 was added on the side to achieve high withstand voltage. Since the high level of the terminal Y6 is not limited to 2 vcc or less, the nMOS shown in FIG. 10 or FIG. 11 is used as the transistor in the booster B4. The offset structure shown in FIG. 11 is used for the bootstrap node of the terminal P1, the terminal Y4, the transfer pulse applying lines 75 and 71 to 73, and the diffusion layer of the next booster node in the booster B4. In addition, a ground voltage is applied to the p-well of the booster B4 (except for the charge pump capacitor 153) and the selection switch B5, thereby increasing the threshold voltage due to the substrate effect and reducing the voltage between the diffusion layer wells. The voltage of the terminal V3T or V4T is increased by applying the voltage of the terminal Y1 to the p-well of the booster B4 (excluding the charge pump capacitor 153 and the voltage limit circuit 154) through the same transistor as the initial voltage setting nMOS 15-1. At the level, the p-well voltage may be vcc-vthe to further reduce the threshold voltage increase due to the substrate effect and increase the boosting efficiency. Furthermore, when higher speed boosting is required, another booster B4 for performing the final stage charge pump with different shift pulses may be provided.

電荷転送制御部駆動パルス発生器145もしくは146は、図5に示す41から43からなる電圧変換器のバッファnMOS41のゲートに端子SBTもしくはSTTを接続し、電圧変換器出力を接地線と負電源線との間に設けたCMOS反転回路の入力に接続し、反転回路出力を電荷転送制御線8もしくは9に接続するものである。41、42並びにCMOS反転回路は図12に示すトランジスタにより構成される。端子SBTもしくはSTTに印加された正の単一電源駆動信号は41から43よりなる電圧変換器により低レベルを負値とするパルスに変換された後反転され、各電荷転送制御駆動線8もしくは9に印加される。   The charge transfer controller drive pulse generator 145 or 146 connects the terminal SBT or STT to the gate of the buffer nMOS 41 of the voltage converter 41 to 43 shown in FIG. 5, and the voltage converter output is connected to the ground line and the negative power line. Are connected to the input of a CMOS inversion circuit provided between them and the output of the inversion circuit is connected to the charge transfer control line 8 or 9. 41 and 42 and the CMOS inversion circuit are constituted by transistors shown in FIG. A positive single power source drive signal applied to the terminal SBT or STT is converted into a pulse having a negative value at a low level by a voltage converter composed of 41 to 43 and then inverted, and each charge transfer control drive line 8 or 9 is inverted. To be applied.

出力ゲートバイアス発生器147は特開平5-103272号公報にも記載した広く用いられているダイオ−ド接続されたnMOSトランジスタを接地線と負値源線との間に設けたもので、電圧vlを分圧して接地電圧と転送パルスの低レベル負値電圧vlの中間の直流電圧を電荷転送制御駆動線10に印加する。各トランジスタの端子間の電圧はvcc以下なので図12のnMOSが用いられる。なお、増幅器11を動作させるための直流バイアス電圧も周知の如く接地線と正電源線間にもうけれられた同様の構成の回路により発生する。   An output gate bias generator 147 includes a widely used diode-connected nMOS transistor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-103272 between a ground line and a negative value source line. And a DC voltage intermediate between the ground voltage and the low level negative voltage vl of the transfer pulse is applied to the charge transfer control drive line 10. Since the voltage between the terminals of each transistor is less than vcc, the nMOS of FIG. 12 is used. As is well known, a DC bias voltage for operating the amplifier 11 is also generated by a circuit having the same configuration provided between the ground line and the positive power supply line.

基板電圧発生器148は、既に特開平5-103272号公報図14に提案したと同様の正電源より昇圧した電圧から基板にかかる直流電圧を降圧により発生させ、この降圧器に電圧を調整する手段を付加し、基板電圧の無調整化を図ったものである。この際、昇圧は端子H1に印加される連続的なシフトパルスで行なわれる。なお、図1、図15の実施例では特公平4-46504号公報に記載の方法で感度調整が行なわれるので、基板に感度可変動作のためのパルスを付加する回路は設けない。更に、本発明で用いられる図10に示すデプレッショントランジスタはしきい電圧の絶対値が小さいので、バイアス電圧の発生回路の電源は昇圧回路からの出力を用いる。昇圧回路、2つのバイアス電圧発生回路は図12のnMOSで構成され、電圧降下用nチャネルディプレッションMOSトランジスタ、負荷トランジスタは図10に示すトランジスタで構成される。昇圧回路内のチャージポンプ容量にはvcc以上の電圧が印加されないので図13で示す容量で容量形成用電極121を備えないものを用いる。なお、1段の昇圧で不足する場合は昇圧器の段数を増やせばよい事はいうまでもない。   The substrate voltage generator 148 is a means for generating a DC voltage applied to the substrate from the voltage boosted from the same positive power supply as previously proposed in FIG. Is added to make the substrate voltage non-adjustable. At this time, boosting is performed by continuous shift pulses applied to the terminal H1. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 15, the sensitivity is adjusted by the method described in Japanese Examined Patent Publication No. 4-46504. Therefore, a circuit for adding a pulse for varying the sensitivity to the substrate is not provided. Further, since the depletion transistor shown in FIG. 10 used in the present invention has a small absolute value of the threshold voltage, the power supply of the bias voltage generating circuit uses the output from the booster circuit. The booster circuit and the two bias voltage generation circuits are constituted by the nMOS shown in FIG. 12, the voltage drop n-channel depletion MOS transistor, and the load transistor are constituted by the transistors shown in FIG. Since a voltage higher than vcc is not applied to the charge pump capacitor in the booster circuit, the capacitor shown in FIG. 13 that does not include the capacitor forming electrode 121 is used. Needless to say, if the boost of one stage is insufficient, the number of booster stages may be increased.

バックバイアス電圧発生器149、負電源電圧発生器150は、ダイナミックメモリ、スタテイックメモリ等に広く用いられているチャージポンプ用容量とダイオード接続されたnMOSからなる負電圧を発生する回路である。(例えば、特公平5-70941号公報第1図参照)チャージポンプは、端子H1に印加される連続的なシフトパルスで行なわれる。各発生器内の電圧はvcc以下なので図12のトランジスタが用いられ、図13で示す容量で容量形成用電極121を備えないものを用いる
。図1、図15の実施例では、駆動パルス発生手段4、転送パルス発生手段7、電荷転送制御部駆動パルス発生器145もしくは146、出力ゲートバイアス発生器147、前置転送パルス昇圧器141、転送パルス昇圧器142内の負電源線27に貫通電流が流れ、負電源電圧値が安定しない。特に、アナログ電圧を扱う11から18よりなる増幅手段のnMOSのPウエルに印加されるバックバイアス電圧の変動は出力信号の雑音となり、安定化を図る必要が生じた。そこで、図15の実施例では、負電源の発生回路を2つ設け、貫通電流の流れる上記した負電源線は負電源電圧発生器150の出力に接続し、他の部分の電源線はバックバイアス電圧発生器149に接続した。この構成により、上記箇所に流れる貫通電流が貫通電流が流れない箇所のpウエルバックバイアス電圧影響を及ぼさないようにできる。2つの負電圧発生器には端子H1に印加される連続的なシフトパルスが印加され負電圧の発生が行なわれる。なお、以上の様に素子内部に2つの負電源発生器を設ける場合は、バックバイアス電圧vbbと駆動パルスの低レベルと等しい電圧値vlを等しくしなくてもよい。更に、大きな電流駆動能力の必要な負電源電圧発生器150のチャージポンプ用容量は外部に設けてもよい。
The back bias voltage generator 149 and the negative power supply voltage generator 150 are circuits that generate a negative voltage composed of a charge pump capacitor and a diode-connected nMOS widely used in dynamic memories, static memories and the like. (For example, see Japanese Patent Publication No. 5-70941, FIG. 1) The charge pump is operated by a continuous shift pulse applied to the terminal H1. Since the voltage in each generator is less than or equal to vcc, the transistor shown in FIG. 12 is used, and the capacitor shown in FIG. 13 that does not include the capacitor forming electrode 121 is used. In the embodiment of FIGS. 1 and 15, the drive pulse generator 4, the transfer pulse generator 7, the charge transfer controller drive pulse generator 145 or 146, the output gate bias generator 147, the pre-transfer pulse booster 141, the transfer A through current flows through the negative power supply line 27 in the pulse booster 142, and the negative power supply voltage value is not stable. In particular, fluctuations in the back bias voltage applied to the n-well P-well of the amplifying means 11 to 18 that handle analog voltages have become noise in the output signal, which necessitates stabilization. Therefore, in the embodiment of FIG. 15, two negative power supply generation circuits are provided, the negative power supply line through which the through current flows is connected to the output of the negative power supply voltage generator 150, and the power supply lines of other parts are back biased. Connected to voltage generator 149. With this configuration, it is possible to prevent the through current flowing through the above portion from affecting the p-well back bias voltage at the portion where the through current does not flow. A continuous shift pulse applied to the terminal H1 is applied to the two negative voltage generators to generate a negative voltage. When two negative power generators are provided inside the element as described above, the back bias voltage vbb and the voltage value vl equal to the low level of the drive pulse need not be equal. Further, the charge pump capacitor of the negative power supply voltage generator 150 that requires a large current driving capability may be provided outside.

本実施例によれば、第1に、正の単一電源駆動信号φT1、φT2、φT3を入力するすると3、4からなる駆動手段が垂直電荷転送のための低レベルが負値の駆動パルスを駆動パルス線5に順次供給し、正の単一電源駆動信号φSBT、φSTTを入力すると電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146が電荷転送制御部内の2-2と2-4に接続された電荷転送制御駆動線に負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを発生し、さらに、出力ゲートバイアス発生器147が接地電圧と転送パルスの低レベル負値電圧vlの中間の直流電圧を電荷転送制御駆動線10に印加し、正の単一電源駆動信号φV1、φV2、φVIN、φFA、φFB、φV3LT、φV4LT、φV3T、φV4Tを入力すると6、7、141、142からなる行選択手段が光電変換素子の信号電荷を垂直電荷転送手段に転送するための正の電源電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを駆動パルス線に供給し、正の単一電源駆動信号φCP、φRG、φSH1、φSH2、φH1、φH2、φHINを印加すると垂直電荷転送手段の出力端子毎に設けられた増幅器11とリセットスイッチ12を有する11から18よりなる増幅手段と水平走査回路19とで構成される水平走査手段が垂直電荷転送手段2より転送された信号電荷を増幅し出力している。この結果、電圧変換器が大きな面積をしめることなく、複数個の正の単一電源駆動信号と正電源と駆動パルスの低レベルと等しい電圧値を持つ負電源と上記半導体基板に印加される第2の正電源により動作させる事ができ、ドライバチップを不要とできる。なお、本実施例では、垂直電荷転送手段が2-2から2-4よりなる電荷転送制御部を持つ場合をのべたが、電荷転送制御部が出力ゲート2-4だけで構成され、かつ、その駆動電圧が接地電圧とする時は、電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146と、出力ゲートバイアス発生器147は設けなくともよい。   According to this embodiment, first, when positive single power source drive signals φT1, φT2, and φT3 are inputted, the drive means consisting of 3 and 4 generates a drive pulse having a negative low level for vertical charge transfer. When the positive single power supply drive signals φSBT and φSTT are inputted to the drive pulse line 5 in sequence, the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 are connected to 2-2 and 2-4 in the charge transfer control unit A drive pulse having a negative voltage at a low level is generated on the charge transfer control drive line, and the output gate bias generator 147 transfers a DC voltage intermediate between the ground voltage and the low level negative voltage vl of the transfer pulse. When a positive single power source drive signal φV1, φV2, φVIN, φFA, φFB, φV3LT, φV4LT, φV3T, φV4T is input to the control drive line 10, the row selection means consisting of 6, 7, 141, 142 is photoelectrically converted. Vertical signal transfer of device signal charge A transfer pulse having a high second voltage value higher than the positive power supply voltage value for transfer to the means is supplied to the drive pulse line, and positive single power supply drive signals φCP, φRG, φSH1, φSH2, φH1, When .phi.H2 and .phi.HIN are applied, the horizontal scanning means composed of an amplifying means 11 to 18 having an amplifier 11 and a reset switch 12 provided for each output terminal of the vertical charge transferring means and a horizontal scanning circuit 19 transfers vertical charges The signal charge transferred from the means 2 is amplified and output. As a result, the voltage converter is applied to the semiconductor substrate and the negative power supply having a voltage value equal to the positive power supply signal, the positive power supply, and the low level of the drive pulse without increasing the area. It can be operated with 2 positive power supplies, eliminating the need for a driver chip. In this embodiment, the case where the vertical charge transfer means has a charge transfer control unit consisting of 2-2 to 2-4 is described, but the charge transfer control unit is configured only by the output gate 2-4, and When the drive voltage is the ground voltage, the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 and the output gate bias generator 147 need not be provided.

第2に、本実施例によれば、基板電圧発生器148が端子H1に印加される連続的な正の単一電源駆動信号により正電源電圧vccから第2の正電源電圧vsubを発生するので、素子外部の基板電圧を発生するDC-DC変換器を不要とできる。   Secondly, according to the present embodiment, the substrate voltage generator 148 generates the second positive power supply voltage vsub from the positive power supply voltage vcc by the continuous positive single power supply driving signal applied to the terminal H1. A DC-DC converter that generates a substrate voltage outside the device can be eliminated.

第3に、負電圧発生器150が、端子H1に印加される連続的な正の単一電源駆動信号により駆動パルスの低レベルと等しい電圧値を持つ負電源電圧を発生するので、素子外部の駆動パルスの低レベルと等しい電圧値を発生するDC-DC変換
器を不要にできる。また、負電源電圧発生器150は、単一正電源で動作する微細
なnMOSが形成されるpウエルに印加される基板効果係数の低減、フィールドの寄生MOSのしきい電圧の確保、接合容量の低減のための負値のバックバイアスvbbを発生するバックバイアス電圧発生器149と別として、負電源電圧発生
器150に流れる貫通電流により微細なnMOSの構成されるpウエルのバックバイアス電圧が不安定になることを防ぐ事ができる。
Thirdly, since the negative voltage generator 150 generates a negative power supply voltage having a voltage value equal to the low level of the drive pulse by a continuous positive single power supply drive signal applied to the terminal H1, A DC-DC converter that generates a voltage value equal to the low level of the drive pulse can be eliminated. Further, the negative power supply voltage generator 150 reduces the substrate effect coefficient applied to the p-well in which a fine nMOS operating with a single positive power supply is formed, secures the threshold voltage of the field parasitic MOS, and increases the junction capacitance. Apart from the back bias voltage generator 149 that generates a negative back bias vbb for reduction, the back bias voltage of the p-well formed by the fine nMOS is unstable due to the through current flowing in the negative power supply voltage generator 150. Can be prevented.

本実施例では以上の3つを同時に実施する事により、ドライバチップもDC−DC変換器も必要とせず、正の単一電源駆動信号と正電源だけ駆動できる。   In the present embodiment, by performing the above three simultaneously, neither a driver chip nor a DC-DC converter is required, and only a positive single power source drive signal and a positive power source can be driven.

第4に、本実施例によれば、正の単一電源駆動信号φV1、φV2、φVIN、φFA、φFB、φを入力すると、行選択制御手段6が選択行を特定するための制御信号を発生し、転送パルス昇圧器142が正の単一電源駆動信号φV3T、φV4Tを昇圧して転送パルス印加線75に正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを発生させると、転送パルス発生手段7が制御信号に基ずき転送パルス印加線に印加された転送パルスを選択行の駆動パルス線5に出力するので、行選択手段を高集積化でき、かつ、転送パルスを発生する外部ドライバが不要化となる。   Fourth, according to the present embodiment, when a positive single power source drive signal φV1, φV2, φVIN, φFA, φFB, φ is input, the row selection control means 6 generates a control signal for specifying the selected row Then, the transfer pulse booster 142 boosts the positive single power supply drive signals φV3T and φV4T to generate a transfer pulse having a second voltage value higher than the positive power supply voltage value at the transfer pulse application line 75 at a high level. Then, since the transfer pulse generating means 7 outputs the transfer pulse applied to the transfer pulse applying line to the drive pulse line 5 of the selected row based on the control signal, the row selecting means can be highly integrated and transfer There is no need for an external driver to generate pulses.

さらにまた、正の単一電源駆動信号φV3T、φV4Tが入力されると、オア回路B1が論理和を出力し、昇圧器B4が論理和から第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを発生し、選択スイッチB5が昇圧器の出力をφV3T、φV4Tに基ずき2本の転送パルス印加線の各々に出力するので、2行同時独立読みだしを行なう際、チャージポンプ容量153の個数を1/2とし転送パルス発生器142の面積を低減できる。また、昇圧パルス電圧変換器B3によりチャージポンプ容量に印加される昇圧パルスの電圧振幅を負電源電圧値と正電源電圧値を足した電圧振幅として、必要な容量値低減を実現した。   Furthermore, when positive single power supply drive signals φV3T and φV4T are input, the OR circuit B1 outputs a logical sum, and the booster B4 generates a transfer pulse having a second voltage value at a high level from the logical sum. Since the selection switch B5 outputs the booster output to each of the two transfer pulse application lines based on φV3T and φV4T, the number of charge pump capacitors 153 is set to 1 when two rows are read independently. Therefore, the area of the transfer pulse generator 142 can be reduced. In addition, the voltage value of the boost pulse applied to the charge pump capacitor by the boost pulse voltage converter B3 is set to a voltage amplitude obtained by adding the negative power supply voltage value and the positive power supply voltage value, thereby realizing a necessary capacity value reduction.

第5に、本実施例によれば、前置転送パルス昇圧器141が正の単一電源駆動信号φV3LT、φV4LTを昇圧して前置転送パルス印加線74に正の電源の電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を高レベルに有する前置転送パルスを発生させると、66から68もしくは66、76から78、68からなる前置転送パルス電圧変換器が前置転送パルスを選択行に出力し転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧を正の電源の電圧値vccより高く第3の電圧値vhmより低い第4の電圧値vcc-vthdとした後に、転送パルスを印加する事によりブートストラップ容量70により転送パルススイッチMOS69のゲート端子イの電圧を昇圧している。これにより、外部に前置転送パルスを発生するドライバを設ける事なく、正の電源の電圧vccの3倍以上の電圧を持つ転送パルスを、正の電源の電圧値vcc以下の制御信号をトリガーとして選択行に出力する事を可能としている。さらに、前置転送パルス昇圧器141は、転送パルス昇圧器と同様の構成を持ち、2行同時独立読みだしを行なう際、チャージポンプ容量153の個数を1/2とし前置転送パルス発生器141の面積を低減できる。また、昇圧パルス電圧変換器B3によりチャージポンプ容量に印加される昇圧パルスの電圧振幅を負電源電圧値と正電源電圧値を足した電圧振幅として、必要な容量値低減を実現した。   Fifth, according to the present embodiment, the pre-transfer pulse booster 141 boosts the positive single power supply drive signals φV3LT and φV4LT and causes the pre-transfer pulse application line 74 to be higher than the voltage value of the positive power supply. When a pre-transfer pulse having a high third voltage value lower than the voltage value of 2 is generated, the pre-transfer pulse voltage converter consisting of 66 to 68 or 66, 76 to 78, 68 is Is applied to the selected row and the voltage of the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS69 is set to the fourth voltage value vcc-vthd higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the third voltage value vhm, and then the transfer pulse is applied. As a result, the bootstrap capacitor 70 boosts the voltage at the gate terminal A of the transfer pulse switch MOS69. As a result, a transfer pulse having a voltage more than three times the positive power supply voltage vcc is triggered by a control signal having a positive power supply voltage value vcc or less without providing an external driver for generating a pretransfer pulse. It is possible to output to the selected line. Further, the pre-transfer pulse booster 141 has the same configuration as the transfer pulse booster, and when performing two rows simultaneous independent reading, the number of charge pump capacitors 153 is halved and the pre-transfer pulse generator 141 is used. Can be reduced. In addition, the voltage value of the boost pulse applied to the charge pump capacitor by the boost pulse voltage converter B3 is set to a voltage amplitude obtained by adding the negative power supply voltage value and the positive power supply voltage value, thereby realizing a necessary capacity value reduction.

以上、本発明を、図15で述べた全体構成と駆動方式を持つ素子に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲は図15の素子に限定されるものではなく、以下に述べる変形が可能である。正の単一電源駆動信号を入力する事により垂直電荷転送手段の一水平行の電極を結ぶ駆動パルス線に垂直電荷転送のための低レベルが負値の駆動パルスを順次供給する駆動手段と、正の単一電源駆動信号を入力する事により該光電変換素子の信号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送手段に転送するための正の電源電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを該駆動パルス線に供給する行選択手段と、上記垂直電荷転送手段の出力端子毎に設けられた増幅器と該増幅器の入力端子に接続されたリセットスイッチを有する増幅手段と該増幅手段の出力を選択して出力するための正の単一電源駆動信号で動作する水平走査回路からなる水平走査手段を備える事で、素子内部に設けられる電圧変換器に必要な電流駆動能力を小さくし占有面積を小さくして正の単一電源駆動信号で駆動できる素子を実現することは、駆動手段、行選択手段の電圧変換器の具体的形態によらず実施できる。例えば、図14の従来例の駆動手段136の各入力端子直後に、電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146と同様の電圧変換器を設けてもよい。また、図14の従来例の駆動手段137の各入力端子に転送パルス昇圧器142と同様の昇圧器を設けてもよい。さらに、垂直電荷転送手段内の電荷転送制御部の具体的形態は既に述べた様に様々であり、その形態に応じ、電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146並びに出力ゲートバイアス発生器147を変更すればよい。さらに、増幅手段の具体的形態も既に述べた様に様々なものが実施でき、また、増幅器11を通例のインターライン型CCD撮像素子で行なわれている様にソースフォロワー回路で構成し帰還容量13をなくしリセットスイッチを正電源に接続されたnMOSとしてもよい。
[実施例3]
As described above, the case where the present invention is applied to the element having the overall configuration and the driving method described in FIG. 15 has been described. However, the scope of the present invention is not limited to the element of FIG. Is possible. Driving means for sequentially supplying a low level negative driving pulse for vertical charge transfer to a driving pulse line connecting one parallel electrode of the vertical charge transferring means by inputting a positive single power source driving signal; By inputting a positive single power supply drive signal, a second voltage value higher than the positive power supply voltage value for transferring the signal charge of the photoelectric conversion element to the vertical charge transfer means one by one in parallel is set to a high level. A row selecting means for supplying the drive pulse line to the drive pulse line; an amplifier provided for each output terminal of the vertical charge transfer means; an amplifying means having a reset switch connected to the input terminal of the amplifier; and the amplifying means By providing a horizontal scanning means composed of a horizontal scanning circuit that operates with a positive single power supply driving signal for selecting and outputting the output, the current driving capability required for the voltage converter provided in the element is reduced. Occupation An element that can be driven with a positive single power source drive signal with a reduced area can be implemented regardless of the specific form of the voltage converter of the drive means and row selection means. For example, a voltage converter similar to the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 may be provided immediately after each input terminal of the conventional drive unit 136 of FIG. Further, a booster similar to the transfer pulse booster 142 may be provided at each input terminal of the conventional driving means 137 of FIG. Furthermore, the specific forms of the charge transfer control unit in the vertical charge transfer means are various as described above, and according to the form, the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 and the output gate bias generator 147 are provided. Change it. Further, various embodiments of the amplifying means can be implemented as described above, and the amplifier 11 is constituted by a source follower circuit as in the case of a typical interline CCD image pickup device, and a feedback capacitor 13 The reset switch may be an nMOS connected to a positive power source.
[Example 3]

第3の実施例
第2の実施例は、外部から正の単一電源駆動信号と正電電源とで駆動が可能である。しかし、多数の正の単一電源駆動信号を発生するタイミング発生器を必要とする。特に本発明では、素子駆動のために従来のインターライン型CCDに比し多数のタイミング信号を必要とするためピン数が多くなり、実装が難しくなるという課題がある。そこで、第3の実施例では、タイミング発生器を内蔵して外部から単一の基本クロックとアース電源と正電源の3つを印加することにより映像信号出力を得る様にしたものである。図1に示した第1の実施例では、CCD型撮像素子でありながら、垂直並びに水平走査がシフトレジスタを有する行選択制御手段6並びにシフトレジスタからなる水平走査回路19により行なわれる。しかも、それぞれが、正の単一電源駆動信号により動作するので、特開昭52-149022号公報、特公平5-24711号公報に記載されたブランキング期間に相当するシフトレジスタを設けリングカウンターを構成し、ブランンキング期間のシフトレジスタ出力から各種信号を得る事により、簡単にタイミング発生器を構成できる。第3の実施例は、以上の構成のタイミング発生器を図15に示す第2の実施例の固体撮像素子にて実現したものである。更に、本実施例では、端子VDDに印加された外部電源電圧vddを降圧して内部の正電源電圧vccとするための電源電圧降下器からタイミング発生器に電圧を供給し消費電力低減と集積度向上を実現した。なお、外部電源電圧値vddは高い電圧を必要し、かつ、大電流の流れる増幅器11の電源電圧と同じ値とした。以下、図17を用い説明をする。図17は、第3の実施例の全体回路構成を示す図である。なお、説明を簡単にするため図15に示した接地線、2本の負電源線は省略する。
Third Embodiment The second embodiment can be driven from the outside by a positive single power source drive signal and a positive power source. However, it requires a timing generator that generates a number of positive single power supply drive signals. In particular, the present invention has a problem that the number of pins increases because it requires a large number of timing signals as compared with a conventional interline CCD for driving the element, which makes mounting difficult. Therefore, in the third embodiment, a timing generator is built in and a video signal output is obtained by applying a single basic clock, a ground power source, and a positive power source from the outside. In the first embodiment shown in FIG. 1, although it is a CCD type image pickup device, vertical and horizontal scanning is performed by a row selection control means 6 having a shift register and a horizontal scanning circuit 19 comprising a shift register. In addition, since each operates with a positive single power supply drive signal, a shift register corresponding to the blanking period described in JP-A-52-149022 and JP-B-5-24711 is provided with a ring counter. By configuring and obtaining various signals from the shift register output during the blanking period, the timing generator can be configured easily. In the third embodiment, the timing generator configured as described above is realized by the solid-state imaging device of the second embodiment shown in FIG. Further, in this embodiment, the external power supply voltage vdd applied to the terminal VDD is stepped down to supply the internal power supply voltage vcc to the timing generator to reduce the power consumption and the degree of integration. Improved. The external power supply voltage value vdd requires a high voltage and is the same value as the power supply voltage of the amplifier 11 through which a large current flows. Hereinafter, description will be made with reference to FIG. FIG. 17 is a diagram showing an overall circuit configuration of the third embodiment. In order to simplify the description, the ground line and the two negative power supply lines shown in FIG. 15 are omitted.

図17中、1から10、19は図1と同様、74、75、143から147、150は図15と同じである。161は基本クロックから2相のシフトクロックφH1、φH2を供給するフリップフロップ、162は水平走査回路19に付加された水平ブランキング期間に相当する段数を持つ水平遅延用シフトレジスタ、163は電源投入時に端子STHに一回だけ入力されるトリガーパルスと水平走査回路19の最終段出力との論理和をとるオア回路、164は水平遅延用シフトレジスタ162の各段の出力からφRG、φCP、φSH1、φSH2のタイミング信号と、φSBT、φSTT、φTIN
、並びにタイミング発生手段3のシフトパルスのシフト時間Tを決めるゲート信号、φV1、φV2、端子HBKより出力される水平ブランキングパルスを発生する複数個のRSフリップフロップを含む論理回路、165はφH1、φH2と164で発生したゲート信号の論理積を取りφT1、φT2を発生するアンド回路、166は行選択制御手段6内のシフトレジスタに付加された垂直ブランキング期間に相当する段数を持つ垂直遅延用シフトレジスタ、167は電源投入時に一回だけ端子STVに入力されるトリガーパルスと垂直遅延用シフトレジスタ166の最終段出力との論理和をとるオア回路、168は垂直遅延用シフトレジスタ166の初段と最終段出力から端子VBKより出力される垂直ブランキングパルスを発生するRSフリップフロップ、169は垂直ブランキングパルスを1/2分周してφFA、φFBを作る1/2分周器、170はφVINによりリセットされφV1、φV2をカウントするカウンターCVとφHINによりリセットされφT1、φT2をカウントするカウンターCTと両カウンターの出力が合致した時を基点にしてφV3LT、φV3、φV4LT、φV4を発生する論理回路、171は垂直ブランキン
グ期間内の所定の時刻にタイミング発生手段3内のシフトレジスタをリセットするリセットパルスを伝達するための配線、172は消費電力低減と集積度向上のた
め端子VDDに印加された外部電源電圧vddを降圧して内部の正電源電圧vccとするための電源電圧降下器である。なお、外部電源電圧値vddは高い電圧の必要し、かつ、大電流の流れる増幅器11の電源電圧と同じ値とする。173は水平走査手段を構成する論理回路164から出力される内部電源vccと同じ高レベルを持つタイミング信号の高レベルを外部電源電圧vddとするためのパルス電圧変換器、174は水平走査手段を構成する走査回路19から出力される内部電源vccと同じ高レベルを持つ選択信号の高レベルを外部電源電圧vddとするためのパルス電圧変換器、175は前置転送パルス昇圧器、176は転送パルス昇圧器、177は基本クロックの高レベルを外部電源電圧vddとするためのパルス電圧変換器、178は外部電源電圧vddから昇圧により第2の正電源電圧vsubを発生する基板電圧発生器、179は微細なnMOSトランジスタのウエルに印加されるバックバイアス電圧vbbを発生するバックバイアス電圧発生器、180は駆動パルスの低レベルと等しい電圧値vlを発生する負電源電圧発生器、181は図1の11から18からなる増幅手段である。φT1、φT2、φTIN、φV1、φV2、φVIN、φFA、φFB、φH1、φH2、φHINは図2と同じ、φV3T、φV4T、φV3LT、φV4LT、φSBT、φSTTは図15の端子V3T、V4T、V3LT、V4LT、SBT、STTに印加されるパルス電圧を示し、φRGH、φCPH、φSH1H、φSH2Hは図2で高レベル電圧が外部電源電圧vddとなったパルスを示し、各回路ブロックの接続関係を明瞭にするために記載した。O1、O2、GNDは図1と同じである。また、CLKは、高レベルがvccの基本クロック入力端子、VDDは外部正電源入力端子、STH、STVは電源投入時に一度だけ入力される高レベルがvccのトリガーパルス入力端子である。VBK、HBKはそれぞれ、映像信号形成のための高レベルがvccの垂直ブランキングパルス並びに水平ブランキングパルスの出力端子である。
In FIG. 17, 1 to 10 and 19 are the same as FIG. 1, and 74, 75, 143 to 147 and 150 are the same as FIG. 161 is a flip-flop for supplying two-phase shift clocks φH1 and φH2 from the basic clock, 162 is a horizontal delay shift register having the number of stages corresponding to the horizontal blanking period added to the horizontal scanning circuit 19, and 163 is when power is turned on An OR circuit that takes the logical sum of the trigger pulse that is input only once to the terminal STH and the final stage output of the horizontal scanning circuit 19, and 164 is the output of each stage of the horizontal delay shift register 162, φRG, φCP, φSH1, φSH2 Timing signal and φSBT, φSTT, φTIN
, And a gate circuit for determining the shift time T of the shift pulse of the timing generating means 3, φV1, φV2, a logic circuit including a plurality of RS flip-flops for generating a horizontal blanking pulse output from the terminal HBK, 165 is φH1, AND circuit 166 for obtaining the logical product of the gate signals generated at φH2 and 164 and generating φT1 and φT2, 166 for vertical delay having the number of stages corresponding to the vertical blanking period added to the shift register in the row selection control means 6 The shift register, 167 is an OR circuit that takes the logical sum of the trigger pulse input to the terminal STV only once at power-on and the final stage output of the vertical delay shift register 166, and 168 is the first stage of the vertical delay shift register 166. RS flip-flop for generating a vertical blanking pulse output from terminal VBK from the final stage output, 169 is a vertical blanking ½ frequency divider that divides the pulse by 1/2 to produce φFA and φFB, 170 is reset by φVIN, counter CV that counts φV1 and φV2, and counter CT that counts φT1 and φT2 is reset by φHIN A logic circuit that generates φV3LT, φV3, φV4LT, and φV4 based on the coincidence of the counter output, 171 is a reset pulse that resets the shift register in the timing generating means 3 at a predetermined time within the vertical blanking period. A wiring 172 for transmission is a power supply voltage dropr for stepping down the external power supply voltage vdd applied to the terminal VDD to reduce the power consumption and improving the integration to the internal positive power supply voltage vcc. The external power supply voltage value vdd needs to be a high voltage and is the same value as the power supply voltage of the amplifier 11 through which a large current flows. 173 is a pulse voltage converter for setting the high level of the timing signal having the same high level as the internal power supply vcc output from the logic circuit 164 constituting the horizontal scanning means to the external power supply voltage vdd, and 174 constitutes the horizontal scanning means. Pulse voltage converter for setting the high level of the selection signal having the same high level as the internal power supply vcc output from the scanning circuit 19 to the external power supply voltage vdd, 175 is a pre-transfer pulse booster, and 176 is a transfer pulse booster 177 is a pulse voltage converter for setting the high level of the basic clock to the external power supply voltage vdd, 178 is a substrate voltage generator that generates a second positive power supply voltage vsub by boosting from the external power supply voltage vdd, and 179 is a fine A back bias voltage generator for generating a back bias voltage vbb applied to the well of an nMOS transistor, 180 is a voltage value equal to the low level of the drive pulse Negative supply voltage generator for generating a l, 181 is an amplification means consisting of 11 to 18 of Figure 1. φT1, φT2, φTIN, φV1, φV2, φVIN, φFA, φFB, φH1, φH2, and φHIN are the same as those in FIG. , SBT, and STT indicate pulse voltages, and φRGH, φCPH, φSH1H, and φSH2H indicate pulses in which the high-level voltage is changed to the external power supply voltage vdd in FIG. 2 to clarify the connection relationship of each circuit block. It was described in. O1, O2, and GND are the same as those in FIG. Further, CLK is a basic clock input terminal having a high level of vcc, VDD is an external positive power supply input terminal, and STH and STV are trigger pulse input terminals having a high level of vcc that are input only once when power is turned on. VBK and HBK are output terminals for a vertical blanking pulse and a horizontal blanking pulse having a high level of vcc for forming a video signal, respectively.

電源が投入されると端子CLKに印加された基本クロックからフリップフロップ161が2相のシフトクロックφH1、φH2を供給する。また、端子STHに入力されたトリガーパルスがオア回路163より水平走査回路19と水平ブランキング期間に相当する段数を持つ水平遅延用シフトレジスタ162で構成されるリングカウンターに入力され巡回を始める。水平走査回路の出力は電圧変換器174で高レベル電圧を外部電源電圧vddとしたパルスに変換され増幅手段140に供給される。複数個のRSフリップフロップを含む論理回路164は水平遅延用シフトレジ
スタ162の各段の出力からタイミング信号を電圧変換器173に出力し、電圧変換器173は図2に示す高レベル電圧を外部電源電圧vddとしたパルスφRG、φCP、φSH1、φSH2を増幅手段140に出力する。また、論理回路164は図2に示すφSB、φSTを反転し低レベルを接地電圧、高レベルを正電源電圧値vccとしたパルスを電荷転送制御部駆動パルス発生器145もしくは146に、図2に示すφTINをタイミング発生手段3に、φV1、φV2を行選択制御手段6に供給する。また、アンド回路165はφH1、φH2と164で発生したのシフトパルスのシフト時間Tを決めるゲート信号との論理積を取り図2に示すφT1、φT2を発生し、タイミング発生手段3に供給する。他方、論理回路164で発生したφV1は端子HBKより映像信号形成のための水平ブランキングパルスとして出力される。
When the power is turned on, the flip-flop 161 supplies the two-phase shift clocks φH1 and φH2 from the basic clock applied to the terminal CLK. Further, the trigger pulse input to the terminal STH is input from the OR circuit 163 to a ring counter composed of the horizontal scanning circuit 19 and the horizontal delay shift register 162 having the number of stages corresponding to the horizontal blanking period, and starts circulation. The output of the horizontal scanning circuit is converted into a pulse having a high level voltage as the external power supply voltage vdd by the voltage converter 174 and supplied to the amplifying means 140. A logic circuit 164 including a plurality of RS flip-flops outputs a timing signal from the output of each stage of the horizontal delay shift register 162 to the voltage converter 173. The voltage converter 173 outputs the high level voltage shown in FIG. Pulses φRG, φCP, φSH1, and φSH2 with voltage vdd are output to amplifying means 140. Further, the logic circuit 164 inverts φSB and φST shown in FIG. 2 and outputs a pulse having a low level as a ground voltage and a high level as a positive power supply voltage value vcc to the charge transfer control unit drive pulse generator 145 or 146, as shown in FIG. ΦTIN shown is supplied to the timing generation means 3 and φV1 and φV2 are supplied to the row selection control means 6. The AND circuit 165 takes the logical product of φH1, φH2 and the gate signal that determines the shift time T of the shift pulse generated at 164, generates φT1, φT2 shown in FIG. On the other hand, φV1 generated in the logic circuit 164 is output as a horizontal blanking pulse for forming a video signal from the terminal HBK.

また、端子STVに入力されるトリガーパルスはオア回路167を介し行選択制御手段6内のシフトレジスタと垂直ブランキング期間に相当する段数を持つ垂直遅延用シフトレジスタ166で構成されるリングカウンターに入力され、論理回路164で発生したφV1、φV2により巡回が始まる。RSフリップフロップ168は垂直遅延用シフトレジスタ166の初段と最終段出力から垂直ブランキングパルスを発生し、端子VBKより映像信号形成のために出力する。1/2分周器169は垂直ブランキングパルスを1/2分周してφFA、φFBを作り、行選択制御手段内のインターレス回路に供給する。一方、171は行選択制御手段による垂直走査が始まる前に垂直電荷転送手段2内に所定の電位障壁を形成するため、垂直遅延用シフトレジスタ166の最終段より数段前の段の出力がタイミング発生手段3内のシフトレジスタをリセットするリセットパルスとして配線171よりタイミング発生手段3に伝達される。   Also, the trigger pulse input to the terminal STV is input to a ring counter configured by a shift register in the row selection control means 6 and a vertical delay shift register 166 having the number of stages corresponding to the vertical blanking period via the OR circuit 167. Then, the cycle starts with φV1 and φV2 generated in the logic circuit 164. The RS flip-flop 168 generates a vertical blanking pulse from the first stage output and the last stage output of the vertical delay shift register 166, and outputs it from the terminal VBK to form a video signal. A 1/2 divider 169 divides the vertical blanking pulse by 1/2 to produce φFA and φFB, and supplies them to an interlace circuit in the row selection control means. On the other hand, 171 forms a predetermined potential barrier in the vertical charge transfer means 2 before the vertical scanning by the row selection control means starts, so that the output of the stage several stages before the final stage of the vertical delay shift register 166 is timed. The reset pulse for resetting the shift register in the generating means 3 is transmitted from the wiring 171 to the timing generating means 3.

一方、水平走査期間毎に垂直電荷転送手段2内の電位障壁の移動速度の2ビット分だけ位相の遅れるφV3T、φV4T、φV3LT、φV4LTは論理回路170により発生され、前置転送パルス昇圧器175、転送パルス昇圧器176に供給される。即ち、φVINによりリセットされφV1、φV2をカウントするカウンターCVは、φVIN入力時に1を出力し各水平走査期間毎に1ずつカウント数が増える。一方、φHINによりリセットされφT1、φT2をカウントするカウンターCTは一水平ブランキング期間内の時刻をφT1、φT2のシフト周期1/fcを単位として計数する。従って、両カウンターの出力の合致する時刻は、CVのカウント値が1の時を水平ブランキング内のシフトパルスφT1、φT2のシフト時間Tの始まりの時刻として、各水平走査期間に1/fcずつ遅れる事になる。本実施例においては、シフトレジスタ21の各段から2相シフトパルスの双方に同期して180度位相のずれたパルスを出力させ、この双方をタイミング信号として用いているので、垂直電荷転送手段2内の電位障壁の移動速度は1/2fcとなる。結局、両カウンターの出力の合致する時刻は各水平走査期間毎に電位障壁の移動速度2ビット分だけ位相が遅れる事になる。従って、この両カウンターの出力の合致信号をトリガーとして、図2のφV3、φV4、φV3L、φV4Lと同じタイミングを持つパルスが論理回路により作られ、前置転送パルス昇圧器141、転送パルス昇圧器142に供給される。なお、カウンターCV、CTの最大カウント数はT*fcである。カウンターCVはこの値になるとリセットされ再び1からカウントがなされる。   On the other hand, φV3T, φV4T, φV3LT, and φV4LT, which are delayed in phase by 2 bits of the moving speed of the potential barrier in the vertical charge transfer means 2 every horizontal scanning period, are generated by the logic circuit 170, and the pre-transfer pulse booster 175, This is supplied to the transfer pulse booster 176. That is, the counter CV that resets by φVIN and counts φV1 and φV2 outputs 1 when φVIN is input, and the count number increases by 1 for each horizontal scanning period. On the other hand, the counter CT which is reset by φHIN and counts φT1 and φT2 counts the time within one horizontal blanking period in units of shift periods 1 / fc of φT1 and φT2. Therefore, the time when the outputs of both counters coincide is 1 / fc for each horizontal scanning period, when the count value of CV is 1, with the start time of the shift time T of the shift pulses φT1, φT2 in the horizontal blanking. It will be late. In the present embodiment, each stage of the shift register 21 outputs a pulse that is 180 degrees out of phase in synchronization with both of the two-phase shift pulses, and both are used as timing signals, so that the vertical charge transfer means 2 The moving speed of the inner potential barrier is 1 / 2fc. Eventually, the phase at which the outputs of both counters coincide is delayed by 2 bits for the moving speed of the potential barrier for each horizontal scanning period. Therefore, using the coincidence signals of the outputs of both counters as a trigger, pulses having the same timing as φV3, φV4, φV3L, and φV4L in FIG. 2 are generated by the logic circuit, and the pre-transfer pulse booster 141 and the transfer pulse booster 142 To be supplied. The maximum count number of the counters CV and CT is T * fc. When the counter CV reaches this value, it is reset and starts counting from 1 again.

また、以上のタイミングを発生するための19、6、161から170には、消費電力低減と集積度向上のため電源電圧降下器172により端子VDDに印加される外部電源電圧vddを降圧して内部の正電源電圧vccとした電源が供給される。さらに、高い電圧を必要としないタイミング発生手段3、電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146にも降圧された正電源vccが供給される。一方、外部電源電圧値vddはアナログ電圧を扱うため高い電圧を必要し、かつ、大電流の流れる増幅器11の電源と同じ値としている。同様にアナログ電圧を出力するための増幅手段181には、電圧変換器173から外部電源電圧値vddを高レベルに持つφRG、φCP、φSH1、φSH2が、また、電圧変換器174から高レベル電圧を外部電源電圧vddとした水平走査回路の出力パルスが増幅手段181に供給される。更に、高い電圧の必要な駆動パルス発生手段4内の図3から図6に示す高耐圧MOS28、図7、図8に示す転送パルス発生手段7内のブートストラップ用MOS68、73に印加される直流電圧には、外部電源電圧値vddが供給される。前置転送パルス昇圧器175内の図16(a)に示す論理動作を行なうオア回路B1、アンド回路B2には、降圧された正電源vccが供給される。しかし、高速の昇圧を行なうため、図16(a)に示す昇圧器B4、選択スイッチB5には、降圧しない外部電源が供給される。この2系統の電源で動作する回路ブロックを結ぶために、図16(a)の端子Y1、端子Y3、端子V3LT、V4LTと駆動信号入力スイッチの間にはそれぞれ、パルスの高レベル電圧をvddにするための電圧変換器が設けられている。転送パルス昇圧器176の構成も転送パルス昇圧器142に同様の変更を加えたものである。基板電圧発生器148にも、高い電圧を必要とするので
外部電源が供給される。基板電圧発生器178、駆動パルスの低レベルと等しい電圧値vlを持つ負電源電圧発生器180、バックバイアス電圧vbbを発生するバックバイアス電圧発生器179にはチャージポンピングの段数を減らすために、パルス電圧変換器177によりの端子CLKに印加される高レベルがvccの基本クロックを高レベルを外部電源電圧vddとしたパルスによりチャージポンプを行なう。薄い酸化膜を持つ図12のトランジスタの耐圧はvccなので、外部電源並びに外部電源電圧の振幅を持つパルスの供給される増幅手段140、パルス電圧変
換器173、174、前置転送パルス昇圧器175を構成する昇圧器B4とパルス電圧変換器、転送パルス昇圧器176を構成するパルス電圧変換器、基板電圧発生器178内の昇圧器、負電源電圧発生器179、バックバイアス電圧発生器179を構成するnMOSには図10のエンハンスメント型トランジスタが、pMOSには図12のpMOSでゲート酸化膜を垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜90としたものを用いる。なお、このようなpMOSを作成するための付加的工程は不要であることはいうまでもない。また、前置転送パルス昇圧器175の出力が2vcc以上になるので、行選択制御手段内の図7、7に示すブートストラップノードに接続されたインターレス回路を構成する62から65のスイッチは図10のエンハンスメント型トランジスタで構成する。また、図9に示すPMOS77も図12のPMOSでゲート酸化膜を垂直電荷転送手段2と同じ厚いゲート酸化膜90としたものを用いる。さらに、基板電圧発生器178内の昇圧器、負電源電圧発生器180、バックバイアス電圧発生器179を構成する容量もブートストラップ容量66等と同じ厚い酸化膜を持つ図10のデプレッション型nMOSと同様の構造とする。なお、vccがvlより低くなるときには、電荷転送制御部駆動パルス発生器145、146内も厚い酸化膜を持つトランジスタで構成する。
In order to generate the above timings 19, 6, 161 to 170, the internal power supply voltage vdd applied to the terminal VDD is stepped down by the power supply voltage drop unit 172 to reduce the power consumption and the degree of integration. A power source having a positive power source voltage vcc is supplied. Further, the positive power supply vcc is also supplied to the timing generating means 3 and the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 that do not require a high voltage. On the other hand, the external power supply voltage value vdd requires a high voltage to handle an analog voltage, and is the same value as the power supply of the amplifier 11 through which a large current flows. Similarly, the amplifying means 181 for outputting an analog voltage includes φRG, φCP, φSH1, and φSH2 having the external power supply voltage value vdd from the voltage converter 173 at a high level, and a high level voltage from the voltage converter 174. An output pulse of the horizontal scanning circuit having the external power supply voltage vdd is supplied to the amplifying unit 181. Further, a high voltage MOS 28 shown in FIGS. 3 to 6 in the drive pulse generating means 4 requiring a high voltage, and a DC applied to the bootstrap MOSs 68 and 73 in the transfer pulse generating means 7 shown in FIGS. An external power supply voltage value vdd is supplied as the voltage. The stepped-down positive power supply vcc is supplied to the OR circuit B1 and AND circuit B2 which perform the logical operation shown in FIG. 16A in the pre-transfer pulse booster 175. However, in order to perform high-speed boosting, an external power supply that does not step down is supplied to the booster B4 and the selection switch B5 shown in FIG. In order to connect the circuit blocks operating with these two power sources, the high level voltage of the pulse is set to vdd between the terminal Y1, terminal Y3, terminals V3LT, V4LT and the drive signal input switch in FIG. A voltage converter is provided. The configuration of the transfer pulse booster 176 is also the same as that of the transfer pulse booster 142. The substrate voltage generator 148 is also supplied with an external power supply because it requires a high voltage. In order to reduce the number of stages of charge pumping, the substrate voltage generator 178, the negative power supply voltage generator 180 having a voltage value vl equal to the low level of the driving pulse, and the back bias voltage generator 179 generating the back bias voltage vbb The charge pump is performed by a pulse with a high level applied to the terminal CLK by the voltage converter 177 and a basic clock with the high level set to the external power supply voltage vdd. Since the transistor of FIG. 12 having a thin oxide film has a withstand voltage of vcc, the amplifying means 140, the pulse voltage converters 173 and 174, and the pre-transfer pulse booster 175 supplied with pulses having the amplitude of the external power supply and the external power supply voltage The booster B4 and pulse voltage converter to be configured, the pulse voltage converter to configure the transfer pulse booster 176, the booster in the substrate voltage generator 178, the negative power supply voltage generator 179, and the back bias voltage generator 179 are configured. The enhancement type transistor of FIG. 10 is used for the nMOS, and the pMOS of FIG. 12 with the gate oxide film having the same thick gate oxide film 90 as the vertical charge transfer means 2 is used for the pMOS. It goes without saying that an additional process for producing such a pMOS is not necessary. Further, since the output of the pre-transfer pulse booster 175 becomes 2 vcc or more, the switches 62 to 65 constituting the interlace circuit connected to the bootstrap node shown in FIGS. Consists of 10 enhancement type transistors. Also, the PMOS 77 shown in FIG. 9 is the same as the PMOS shown in FIG. 12 except that the gate oxide film is the same thick gate oxide film 90 as the vertical charge transfer means 2. Further, the capacitors constituting the booster, the negative power supply voltage generator 180, and the back bias voltage generator 179 in the substrate voltage generator 178 are the same as the depletion type nMOS of FIG. 10 having the same thick oxide film as the bootstrap capacitor 66 and the like. The structure is as follows. When vcc is lower than vl, the charge transfer control unit drive pulse generators 145 and 146 are also formed of transistors having a thick oxide film.

なお、増幅手段140内の図1に示すクランプスイッチ15、信号書き込スイッチ16-1、16-2をCMOSスイッチとし、論理回路164からvccの高レベル電圧値を持つコンプリメンタリなパルスを増幅手段140に出力する様にして、パルス電圧変換器173の内φCP、φSH1、φSH2を出力する回路をなくしてもよい。更に、図1に示す信号読みだしスイッチ18-1、18-2をCMOSスイッチとし、パルス電圧変換器の代りに水平走査回路と増幅手段の間に反転回路を設けvccの高レベル電圧値を持つコンプリメンタリなパルスで読みだしスイッチ18-1、18-2を駆動してもよい。さらに、特開昭62-154981号記載の様なA/D変換器を設けてデジタル値を走査する様にしてもよい。   The clamp switch 15 and the signal write switches 16-1 and 16-2 shown in FIG. 1 in the amplification unit 140 are CMOS switches, and a complementary pulse having a high level voltage value of vcc is output from the logic circuit 164 to the amplification unit 140. The circuit for outputting φCP, φSH1, and φSH2 in the pulse voltage converter 173 may be eliminated. Further, the signal reading switches 18-1 and 18-2 shown in FIG. 1 are CMOS switches, and an inverting circuit is provided between the horizontal scanning circuit and the amplifying means instead of the pulse voltage converter to have a high level voltage value of vcc. The readout switches 18-1 and 18-2 may be driven with complementary pulses. Further, an A / D converter as described in JP-A-62-154981 may be provided to scan a digital value.

本実施例によれば、端子CLKに印加される単一の基本クロックと端子STH、STVに印加されるトリガーパルスから19、6、161から170からなるタイミング発生器が3、4からなる駆動手段と、19、173、174、181からなる水平走査手段、6、7、175、176からなる行選択手段、145、146から電荷転送制御部駆動パルス発生器に入力される複数個の正の単一電源駆動信号を発生させるので、多数のタイミング信号を必要とせず、ピン数が少なくなり、容易に実装できる使いやすい固体撮像素子を実現できる。なお、この効果を得るためには、タイミング発生器は周知の分周器で構成されるものでもよい。   According to the present embodiment, the timing generator consisting of 19, 6, 161 to 170 from the single basic clock applied to the terminal CLK and the trigger pulse applied to the terminals STH and STV is the driving means consisting of 3 and 4 Horizontal scanning means comprising 19, 173, 174, 181; row selecting means comprising 6, 7, 175, 176; and a plurality of positive units inputted from 145, 146 to the charge transfer controller drive pulse generator. Since one power source drive signal is generated, an easy-to-use solid-state imaging device that does not require a large number of timing signals, reduces the number of pins, and can be easily mounted can be realized. In order to obtain this effect, the timing generator may be composed of a known frequency divider.

更に、垂直並びに水平走査を正の単一電源駆動信号により動作するシフトレジスタを有する行選択制御手段6並びにシフトレジスタからなる水平走査回路19に水平遅延用シフトレジスタ162、垂直遅延用シフトレジスタ166を付加したリングカウンターを基本に161、163から165、168から170を設ける事でタイミイング発生器を構成しているので、タイミング発生器が簡単にかつ小規模な付加回路で実現できる。   Further, the horizontal delay shift register 162 and the vertical delay shift register 166 are added to the row selection control means 6 having a shift register that operates in the vertical and horizontal scanning with a positive single power source drive signal, and the horizontal scanning circuit 19 comprising the shift register. Since the timing generator is configured by providing 161, 163 to 165, and 168 to 170 based on the added ring counter, the timing generator can be easily realized with a small additional circuit.

さらに、端子VDDに印加される電源電圧値vddは増幅器の電源電圧値と等しく、また、19、6、161から170からなるタイミング発生器は正電源を降圧する電源電圧降下器172から供給される高圧電源vccにより動作し、3、4からなる駆動手段と、19、173、174、181からなる水平走査手段、6、7、175、176からなる行選択手段、145、146から電荷転送制御部駆動パルス発生器にvccの電圧を持つ複数個の正の単一電源駆動信号を供給するので、大電流の流れる増幅器11の電源電圧を素子内部で作り出す必要がなく、かつ、19、6、161から170からなる
タイミング発生器の消費電力低減と集積度向上を実現できる。
Further, the power supply voltage value vdd applied to the terminal VDD is equal to the power supply voltage value of the amplifier, and the timing generator composed of 19, 6, 161 to 170 is supplied from the power supply voltage dropr 172 that steps down the positive power supply. Operated by a high-voltage power supply vcc, drive means consisting of 3, 4; horizontal scanning means consisting of 19, 173, 174, 181; row selection means consisting of 6, 7, 175, 176; charge transfer control units from 145, 146 Since a plurality of positive single power source driving signals having a voltage of vcc are supplied to the driving pulse generator, there is no need to generate a power source voltage of the amplifier 11 through which a large current flows, and 19, 6, 161 Therefore, it is possible to reduce the power consumption and improve the integration of the timing generator consisting of 170 to 170.

本発明によれば、はきだしゲートとはきだしドレインが不要となるので、高集積化が可能となり、かつ、信号電荷と不要電荷が電荷転送経路で分かれる事がなくなり転送効率不良が起こる事はない。さらに、不要電荷のはきだしをリセットスイッチから行なっても、増幅器雑音低減効果を損なう事なく、充分な掃きだしによるスメア抑圧効果を得る事ができる。また、リセット雑音や増幅器の直流電圧のばらつきによる固定パターン雑音の除去を行なう際に、増幅器の通過帯域の低減効果を向上できる。また、増幅器の入力端子電圧を低くでき、増幅器の電源電圧を下げ増幅手段の低消費電力化低電圧化ができる。さらに、垂直電荷転送手段内の電荷転送制御部を駆動するためのドライバチップが不要になる。     According to the present invention, the gate gate and the drain are not required, so that high integration is possible, and the signal charge and the unnecessary charge are not separated in the charge transfer path, so that transfer efficiency does not deteriorate. Further, even when unnecessary charges are extracted from the reset switch, it is possible to obtain a smear suppressing effect by sufficient sweeping without impairing the amplifier noise reduction effect. Further, when removing the fixed pattern noise due to reset noise and variations in the DC voltage of the amplifier, the effect of reducing the passband of the amplifier can be improved. Further, the input terminal voltage of the amplifier can be lowered, the power supply voltage of the amplifier can be lowered, and the power consumption and the voltage of the amplifying means can be reduced. Furthermore, a driver chip for driving the charge transfer control unit in the vertical charge transfer means is not required.

更に、本発明によれば、駆動手段内のシフトレジスタ内の比較的容量の大きなパルス線を駆動する高速の2相シフトパルスを発生するドライバは必要なくなり、撮像装置の低消費電力化が図れる。   Furthermore, according to the present invention, a driver for generating a high-speed two-phase shift pulse for driving a pulse line having a relatively large capacity in a shift register in the driving means is not required, and the power consumption of the imaging apparatus can be reduced.

また、行選択手段内の大きな電圧が印加されるのは転送パルス発生手段内の転送パルス線並びに転送パルス印加線に接続された部分だけにすることができるので、行選択手段の高集積化ができる。さらに、転送パルスを発生するための外部ドライバが不要になる。また、2行同時独立読みだしを行なう際、チャージポンプ容量の個数を1/2とし行選択手段を構成する転送パルス発生器の面積を低減できる。一方、正の電源の電圧vccの3倍以上の電圧を持つ転送パルスを、正の電源の電圧値vcc以下の制御信号をトリガーとして選択行に出力する事が可能である。さらに、前置転送パルス転送パルスを発生するための外部ドライバが不要になる。また、2行同時独立読みだしを行なう際、チャージポンプ容量の個数を1/2とし転送パルス発生器の面積を低減できる。   Further, since a large voltage in the row selection means can be applied only to the transfer pulse line in the transfer pulse generation means and the portion connected to the transfer pulse application line, the high integration of the row selection means can be achieved. it can. Furthermore, an external driver for generating a transfer pulse is not necessary. In addition, when performing two rows simultaneous independent reading, the area of the transfer pulse generator constituting the row selection means can be reduced by halving the number of charge pump capacitors. On the other hand, it is possible to output a transfer pulse having a voltage three or more times as high as the positive power supply voltage vcc to the selected row using a control signal equal to or lower than the positive power supply voltage value vcc as a trigger. Further, an external driver for generating the pre-transfer pulse transfer pulse is not required. In addition, when performing two-row simultaneous independent reading, the number of charge pump capacitors can be halved to reduce the area of the transfer pulse generator.

本発明の一実施例の全体構成図である。It is a whole block diagram of one Example of this invention. 本発明の一実施例の駆動パルスタイミング図である。It is a drive pulse timing diagram of one Example of this invention. 図1のタイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第1の実施例の回路構成図とその駆動パルスタイミング図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram and a drive pulse timing diagram of the first embodiment of the drive means comprising the timing generation means 3 and the drive pulse generation means 4 of FIG. 図1のタイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第2の実施例の回路構成図とその駆動パルスタイミング図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the driving means comprising the timing generating means 3 and the driving pulse generating means 4 of FIG. 1 and its driving pulse timing diagram. 図1のタイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第3の実施例の回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of driving means comprising timing generating means 3 and driving pulse generating means 4 of FIG. 図1のタイミング発生手段3と駆動パルス発生手段4からなる駆動手段の第4の実施例の回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a fourth embodiment of drive means comprising timing generation means 3 and drive pulse generation means 4 of FIG. 図1の行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第1の実施例の回路構成図とその駆動パルスタイミング図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of a row selection unit comprising a row selection control unit 6 and a transfer pulse generation unit 7 of FIG. 1 and a drive pulse timing diagram thereof. 図1の行選択制御手段6と転送パルス発生手段7からなる行選択手段の第2の実施例の回路構成図とその駆動パルスタイミング図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of a row selection means comprising the row selection control means 6 and transfer pulse generation means 7 of FIG. 1 and its drive pulse timing diagram. 図1の厚い酸化膜厚を持ち濃度の低い第1の不純物層内に形成された垂直電荷転送手段2のA−A’の断面構造図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the vertical charge transfer means 2 formed in the first impurity layer having a thick oxide film thickness and a low concentration shown in FIG. 1. 図1の転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の一部に用いられる厚い酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3の不純物層内に形成されたMOSトランジスタの断面構造図である。Cross-sectional structure of a MOS transistor formed in a third impurity layer having a thick oxide film thickness used for a part of the transfer pulse generation means 7 and the drive pulse generation means 4 in FIG. 1 and having a lower surface concentration than other parts FIG. 図1の転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の他の一部に用いられる厚い酸化膜厚を持ち、他の部分より表面濃度の低い第3の不純物層内に形成されたMOSトランジスタの第2の実施例の断面構造図である。The MOS transistor formed in the third impurity layer having a thick oxide film thickness used for the transfer pulse generating means 7 and other part of the drive pulse generating means 4 in FIG. 1 and having a lower surface concentration than the other parts. FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a second embodiment. 図1の走査回路9と増幅手段の11から18、転送パルス発生手段7ならびに駆動パルス発生手段4の残りの部分、行選択制御手段6とタイミング発生手段3に用いられる薄い酸化膜厚と高濃度の第2の不純物層を持つMOSトランジスタの断面構造図である。Thin oxide film thickness and high concentration used for scanning circuit 9 and amplification means 11 to 18 in FIG. 1, transfer pulse generation means 7 and the remaining part of drive pulse generation means 4, row selection control means 6 and timing generation means 3 FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a MOS transistor having a second impurity layer. 図1の第1出力保持容量14のB−B’−B”の断面構造図である。FIG. 2 is a cross-sectional structure diagram of B-B′-B ″ of the first output holding capacitor 14 of FIG. 1. 従来の駆動回路を内蔵したCCD型固体撮像素子の全体構成図である。It is a whole block diagram of the CCD type solid-state image sensor incorporating the conventional drive circuit. 第2の実施例の全体回路構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an overall circuit configuration of a second embodiment. 図15の置転送パルス昇圧器141の回路構成図とその駆動パルスタイミング図である。FIG. 16 is a circuit configuration diagram of the pre-transfer pulse booster 141 in FIG. 15 and its drive pulse timing diagram. 第3の実施例の全体回路構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an overall circuit configuration of a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…2次元状に配置した光電変換素子、2…垂直電荷転送手段、f…垂直電荷転送手段の繰り返し部最終電極、2-1…垂直電荷転送手段の繰り返し部電極、2-2…増幅手段2の電荷転送制御部を構成するゲート、2-3…垂直電荷転送手段2の電荷転送制御部を構成する電荷蓄積ゲート、2-4…垂直電荷転送手段2の電荷転送制御部を構成する出力ゲート、3…駆動手段を構成する単一の正電源で動作するシフトレジスタを有するタイミング発生手段、4…駆動手段を構成する負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを駆動パルス線5に供給する駆動パルス発生手段、5…転送パルス線と共通の駆動パルス線、6…行選択手段を構成するの単一電源で動作する行選択制御手段、7…行選択手段を構成する正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを出力する転送パルス発生手段、8、9、10…電荷転送制御部駆動線、11…増幅手段を構成する増幅器、12…増幅手段を構成する不要電荷はきだし機能を有するリセットスイッチ、13…増幅手段を構成する帰還容量、14…増幅手段を構成する第1出力保持容量、15…増幅手段を構成する差分処理を行なうクランプスイッチ、16-1、16-2…増幅手段を構成する第1、第2の第2出力保持容量への信号書き込スイッチ、17-1…増幅手段を構成する第1の第2出力保持容量、17-2…増幅手段を構成する第2の第2出力保持容量、18-1、18-2…増幅手段を構成する第1、第2の第2出力保持容量からの信号読みだしスイッチ、19…水平走査回路、20…走査開始パルス電圧変換器、21…タイミング発生手段を構成するシフトレジスタ、22-1、22-2…タイミング信号の低レベルを負値にシフトする前置パルス発生器を構成する第1と第2の結合容量、23-1、23-2…前置駆動パルス電圧変換器を構成するバイアス設定スイッチ、24…駆動手段を構成する第
1のスイッチ、25…駆動パルスの高レベルを供給する電源線、26…駆動手段を構成する第2のスイッチ、27…駆動パルスの低レベル電圧を供給する負電源線、28…駆動手段を構成する高耐圧化MOSトランジスタ、29…正電源線、30、31…パルス幅伸長器を構成するスイッチ、32…パルス幅伸長器を構成するバイアス設定用スイッチ、33…接地線、41…前置駆動パルス電圧変換器を構成するバッファnMOSトランジスタ、42…前置駆動パルス電圧変換器を構成するPMOSトランジスタ、43…前置駆動パルス電圧変換器を構成する負のしきい電圧値を持つnMOSトランジスタ、51…前置駆動パルス電圧変換器を構成するnMOSトランジスタ、60…前置転送パルス負値電圧変換器、61…行選択制御手段を構成するシフトレジスタ、62、63、64、65…行選択制御手段を構成するインターレス回路のスイッチ、66…前置転送パルス電圧変換器を構成する前置転送パルススイッチMOSのブートストラップ容量、67…前置転送パルス電圧変換器を構成する前置転送パルススイッチMOS、68…前置転送パルス電圧変換器を構成するブートストラップ用MOS、69…転送パルス発生手段を構成する転送パルススイッチMOS、70…転送パルス発生手段を構成する転送パルススイッチMOSのブートストラップ容量、71…転送パルス発生手段を構成する転送パルススイッチMOS高耐圧化MOS、72…高耐圧化MOS71のブートストラップ用容量、73…高耐圧化MOS71のブートストラップ用MOS、74…前置転送パルス印加線、75…前置転送パルス電圧変換器を構成するパルス入力用nMOSトランジスタ、77…前置駆動パルス電圧変換器を構成するPMOSトランジスタ、78…前置駆動パルス電圧変換器を構成する負のしきい電圧値を持つnMOSトランジスタ、81…n型基板、82…非常に濃度の低い第1のPウェル、83…第1のホトダイオードnウエル、84…第2のホトダイオードnウエル、85…ホトダイオード1を構成するn層、86…ホトダイオード表面p層、87…2重ウエルp層、88…垂直電荷電荷転送手段2のn型チャネル層、89…ゲート電極、90…厚いゲート酸化膜、91…表面濃度が第1のPウエルより高く第2のpウエルより低くかつ第1のpウエルより浅い第3のpウエル、111…高濃度の第2のPウェル、112…nMOSトランジスタフィールドp層、113…nMOSトランジスタソースドレインn型拡散層、114…nウエル、115…pMOSトランジスタフィールドn層、116…pMOSトランジスタソースドレインp型拡散層、117…ロコス酸化膜、118…薄いゲート酸化膜、121…容量形成用電極、122…薄いゲート酸化膜118より単位面積当たりの大きい絶縁膜、123…配線、125…ホトダイオード、126…転送ゲート、127…行選択手段、128…転送パルス線、129…垂直電荷転送手段、130…駆動手段、131…駆動パルス線、132…はきだしゲート、133…はきだしドレイン、134-1〜134-3…第1から第3の水平電荷転送素子、135-1〜135-3…第1から第3の水平電荷転送素子134-1〜134-3の出力回路、136-1〜136-3…ゲート、140、181…増幅手段、141、175…前置転送パルス昇圧器、142、176…転送パルス昇圧器、143-1、143-2…水平走査回路19の端子H1、H2に接続された2相シフトパルス線、144…直流クランプ電圧印加線、145、146…電荷制御部を構成するゲート2-2、電荷蓄積ゲート2-3に駆動パルスを発生する電荷転送制御部駆動パルス発生器、147…電荷制御部を構成する出力ゲート2-4に電荷蓄接地電圧と転送パルスの低レベル負値電圧vlの中間の直流電圧を印加する出力ゲート直流バイアス発生器、148、178…正電源から昇圧により第2の正電源電圧vsubを発生する基板電圧発生器、149、179…微細なnMOSトランジスタのウエルに印加されるバックバイアス電圧vbbを発生するバックバイアス電圧発生器、150、180…駆動パルスの低レベルと等しい電圧値vlを持つ負電源電圧発生器、B1…端子V3LT、V4LTに印加される正の単一電源駆動信号を入力としその論理和を出力するオア回路、B2…端子H1に印加されるシフトパルスと端子V3LTもしくはV4LTに印加される正の単一電源駆動信号との論理積を出力するアンド回路、B3…アンド回路の出力パルスの電圧振幅を負電源電圧値vlと正電源電圧値vccを足した電圧振幅とするための電圧変換器、B4…昇圧器、B5…端子Y4の昇圧器出力を端子V4LTもしくはV3LTに印加された正の単一電源駆動信号に基ずき前置転送パルス印加線74-1もしくは74-2に出力するための選択スイッチ、mn1、mn2、mn3…オア回路B1を構成するnMOS、mp1、mp2、mp3…オア回路B1を構成するpMOS、mn4、mn5、mn6、mn7…アンド回路B2を構成するnMOS、mp4、mp5、mp6、mp7…アンド回路B2を構成するpMOS、151-1、151-2…オア回路B1の出力により昇圧器内の端子Y6、Y4を初期設定する初期電圧設定nMOS、152…チャージポンプnMOS、153…チャージポンプ容量、154…電圧リミッタ、155…ゲート接地されたPMOS、156…アンド回路の反転出力値端子Y5がゲートに接続されたnMOS、157-1、157-2…スイッチ用nMOS、158-1、158-2…駆動信号入力スイッチ、159-1、159-2…ブートストラップ用容量、160-1、160-2…オア回路の反転値出力端子Y7にゲートが接続されたリセットスイッチ、161…フリップフロップ、162…水平ブランキング期間に相当する段数を持つ水平遅延用シフトレジスタ、163…オア回路、164…複数個のRSフリップフロップを含む論理回路、165…アンド回路、166…垂直ブランキング期間に相当する段数を持つ垂直遅延用シフトレジスタ、167…オア回路、168…RSフリップフロップ、169…1/2分周器、170…カウンターCVとカウンターCTとを持つφV3LT、φV3、φV4LT、φV4を発生する論理回路、171…タイミング発生手段3内のシフトレジスタをリセットするリセットパルスを伝達するための配線、172…電源電圧降下器…173、174…水平走査手段を構成する内部電源vccと同じ高レベルを持つパルスの高レベルを外部電源電圧vddとするパルス電圧変換器、17
7…基本クロックの高レベルを外部電源電圧vddとするためのパルス電圧変換器、T1、T2…タイミング発生手段を構成するシフトレジスタ21を駆動するための単一正電源値を持つ2相シフトパルス入力端子、TIN…タイミング発生手段を構成するシフトレジスタ21を駆動するための単一正電源値駆動信号である走査開始パルス入力端子、VL…負電源電圧入力端子、VM…駆動パルスの高レベル電圧入力端子、Vcc…単一の正電源電圧入力端子、GND…接地端子、V1、V2…行選択制御手段を構成するシフトレジスタ61を駆動するための単一正電
源値を持つ2相シフトパルス入力端子、VIN…行選択制御手段を構成するシフトレジスタ61を駆動するための単一正電源値駆動信号である走査開始パルス入力端子、FA、FB…行選択制御手段を構成するインターレス回路を駆動するための単一正電源値駆動信号である2相インターレスパルス入力端子、V3、V4…正の電源の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルス印加端子、V3L、V4L…正の電源電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値を高レベルに有する前置転送パルス印加端子、SB…ゲート8の駆動パルス印加端子、ST…電荷蓄積ゲート9の駆動パルス印加端子、OG…出力ゲート10への直流電圧印加端子、RG…リセットスイッチ12の正の単一電源値を持つリセットパルス入力端子、VC…直流クランプ電圧入力端子、CP…クランプスイッチ15の正の単一電源値を持つクランプパルス印加端子、SH1、SH2…読み込みスイッチ16-1、16-2の正の単一電源値を持つサンプルホールドパルス印加端子、O1、O2…信号出力端子、H1、H2、HIN…正の単一電源値を持つ水平走査回路19の2相シフトパルスと走査開始パルス入力端子、イ…転送パルススイッチMOS69のゲート端子、ロ…転送パルススイッチMOS高耐圧化MOS71のゲート端子、V3T、V4T…正の電源の電圧値より高い第2の電圧値vhを高レベルに持つ転送パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、V3LT、V4LT…高レベルが正の電源電圧値vccより高く第2の電圧値より低い電圧値vhmの前置転送パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、SBT…ゲート2-2の駆動パルスを発生させるための正の単一電源駆動信号印加端子、STT…電荷蓄積ゲート9の駆動パルスを発生させるための正の単一電源
駆動信号印加端子、Y1、Y7…オア回路Bの出力とその反転出力端子、Y2、Y5…アンド回路B2の出力とその反転出力端子、Y3…昇圧パルス電圧変換器B3の出力端子、Y4…昇圧器B4の出力端子、Y6…昇圧器内端子、P1…スイッチ157-1もしくは157-2のゲート端子、CLK…高レベルがvccの基本クロック入力端子、VDD…外部正電源入力端子、STH、STV…電源投入時に一度だけ入力される高レベルがvccのトリガーパルス入力端子、VBK、HBK…映像信号形成のための高レベルがvccの垂直ブランキングパルス並びに水平ブランキングパルスの出力端子、HBL…水平帰線期間、vl…負の駆動パルスの低レベル電圧値、vm…駆動パルスの高レベル電圧値、vcc…単一の正電源電圧値、vh…正の電源電圧値より高い第2の電圧値、vhm…正の電源電圧値より高く第2の電圧値より低い第3の電圧値、s…第1の信号電荷もしくは第2の信号電荷を転送する電位井戸をつくるために端子T1に入力される走査開始パルスの時間間隔、n1、n2…第1の不要電荷、第2の不要電荷を転送する電位井戸をつくるために端子T1に入力される走査開始パルスの時間間隔、T…2相シフトパ
ルスの印加時間、Ts1…第1出力保持容量への第1出力書き込み時間、Ts2…第2の第1出力保持容量への差分値書き込み時間、Tn…不要電荷の掃きだし時間、φn、φn+1、φn+2、φn+3…シフトレジスタ21のn行、n+1行、n+2行、n+3行出力、fc…シフトレジスタ21の2相パルスの周波数、tf…駆動パルス線電圧の立ち下がり時間、tr…駆動パルス線電圧の立ち下がり時間、0…接地電圧値、vh’…ゲート端子イの最大電圧値、vh’’…ゲート端子ロの最大電圧値、vthd…図10もしくは図11のデプレッション型nMOSのしきい電圧、vthe…図10もしくは図11のエンハンスメント型nMOSのしきい電圧、vsub…基板電圧、vbb…バックバイス電圧、vth…図12のnMOSのしきい電圧、φV3LT…端子V3LTに印加されるパルス電圧、vhp1…ゲート端子P1のY4端子が初期設定された時の値、vhp2…ゲート端子P2の最大電圧値、φV3T、φV4T、φV3LT、φV4LT、φSBT、φSTT…端子V3T、V4T、V3LT、V4LT、SBT、STTに印加されるパルス電圧、φRGH、φCPH、φSH1H、φSH2H…高レベル電圧が外部電源電圧v
ddとなったパルス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Two-dimensionally arranged photoelectric conversion element, 2 ... Vertical charge transfer means, f ... Repeating part last electrode of vertical charge transfer means, 2-1 ... Repeating part electrode of vertical charge transfer means, 2-2 ... Amplification means 2. Gates constituting the charge transfer control unit, 2-3 ... Charge storage gates constituting the charge transfer control unit of the vertical charge transfer means 2, 2-4 ... Outputs constituting the charge transfer control unit of the vertical charge transfer means 2 Gate, 3... Timing generating means having a shift register that operates with a single positive power source constituting the driving means, 4... Supplying a driving pulse having a low negative voltage constituting the driving means to the driving pulse line 5 Drive pulse generating means, 5 ... drive pulse line common to transfer pulse line, 6 ... row selection control means operating with a single power source constituting the row selection means, 7 ... positive power supply constituting the row selection means Transfer pulse with high second voltage value higher than voltage value Transfer pulse generating means for output, 8, 9, 10 ... charge transfer control unit drive line, 11 ... amplifier constituting the amplifying means, 12 ... reset switch for undesired charge constituting the amplifying means, 13 ... amplifying means The feedback capacitor to be configured, 14 ... the first output holding capacitor that constitutes the amplifying means, 15 ... the clamp switch that performs differential processing that constitutes the amplifying means, 16-1, 16-2 ... the first and second that constitute the amplifying means A signal write switch to the second output holding capacitor, 17-1... A first second output holding capacitor constituting the amplifying means, 17-2. A second second output holding capacitor constituting the amplifying means, 18 -1, 18-2: Signal reading switches from the first and second second output holding capacitors constituting the amplifying means, 19 ... horizontal scanning circuit, 20 ... scanning start pulse voltage converter, 21 ... timing generating means Shift registers, 22-1, 22-2 ... Shift the low level of the timing signal to a negative value First and second coupling capacitors constituting the pre-pulse generator, 23-1, 23-2 ... bias setting switch constituting the pre-drive pulse voltage converter, 24 ... first constituting the drive means
1 switch, 25... Power supply line for supplying high level of drive pulse, 26... Second switch constituting drive means, 27... Negative power supply line for supplying low level voltage of drive pulse, 28. High voltage MOS transistor, 29 ... Positive power supply line, 30, 31 ... Switch constituting pulse width expander, 32 ... Bias setting switch constituting pulse width expander, 33 ... Ground line, 41 ... Pre-drive Buffer nMOS transistor constituting a pulse voltage converter, 42... PMOS transistor constituting a pre-drive pulse voltage converter, 43... NMOS transistor having a negative threshold voltage value constituting a pre-drive pulse voltage converter, 51 ... nMOS transistor constituting pre-drive pulse voltage converter, 60 ... pre-transfer pulse negative voltage converter, 61 ... shift register constituting row selection control means, 62, 63, 64, 65 ... row selection Switch of interlace circuit constituting control means, 66 ... Bootstrap capacity of pre-transfer pulse switch MOS constituting pre-transfer pulse voltage converter, 67 ... Pre-transfer pulse constituting pre-transfer pulse voltage converter Switch MOS, 68... Bootstrap MOS constituting pre-transfer pulse voltage converter, 69... Transfer pulse switch MOS constituting transfer pulse generating means, 70... Bootstrap of transfer pulse switch MOS constituting transfer pulse generating means. Capacitance 71... Transfer pulse switch MOS high breakdown voltage MOS constituting transfer pulse generating means 72 72 Bootstrap capacitance of high breakdown voltage MOS 71 73 Bootstrap MOS of high breakdown voltage MOS 71 74 Pre-transfer pulse Application line, 75... NMOS transistor for pulse input constituting a pre-transfer pulse voltage converter, 77. PMOS transistor that constitutes a pre-driving pulse voltage converter, 78... NMOS transistor having a negative threshold voltage value that constitutes a pre-driving pulse voltage converter, 81... N-type substrate, 82. P ... 83, first photodiode n-well, 84 ... second photodiode n-well, 85 ... n layer constituting photodiode 1, 86 ... photodiode surface p layer, 87 ... double well p layer, 88 ... vertical N-type channel layer of charge-charge transfer means 2, 89 ... gate electrode, 90 ... thick gate oxide film, 91 ... surface concentration is higher than the first P well, lower than the second p well, and shallower than the first p well 3rd p-well, 111... High concentration second P-well, 112... NMOS transistor field p-layer, 113... NMOS transistor source / drain n-type diffusion layer, 114. 116 ... pMOS transistor source / drain p-type diffusion layer, 117 ... locus oxide film, 118 ... thin gate oxide film, 121 ... capacitor forming electrode, 122 ... insulating film per unit area larger than the thin gate oxide film 118,123 ... Wiring, 125 ... photodiode, 126 ... transfer gate, 127 ... row selection means, 128 ... transfer pulse line, 129 ... vertical charge transfer means, 130 ... drive means, 131 ... drive pulse line, 132 ... leading gate, 133 ... leading drain , 134-1 to 134-3, first to third horizontal charge transfer elements, 135-1 to 135-3, output circuits of the first to third horizontal charge transfer elements 134-1 to 134-3, 136 -1 to 136-3: Gate, 140, 181 ... Amplifying means, 141, 175 ... Pre-transfer pulse booster, 142, 176 ... Transfer pulse booster, 143-1, 143-2 ... Terminal of horizontal scanning circuit 19 Two-phase shift pulse lines connected to H1 and H2, 144... DC clamp voltage application line, 145 and 146... 2-2, a charge transfer control unit drive pulse generator for generating a drive pulse to the charge storage gate 2-3, 147 ... a charge storage ground voltage and a low level of the transfer pulse at the output gate 2-4 constituting the charge control unit Output gate DC bias generator for applying an intermediate DC voltage of negative voltage vl, 148, 178 ... Substrate voltage generator for generating a second positive power supply voltage vsub by boosting from a positive power supply, 149, 179 ... Fine nMOS Back bias voltage generator for generating back bias voltage vbb applied to the well of the transistor, 150, 180... Negative power supply voltage generator having a voltage value vl equal to the low level of the drive pulse, B1... Applied to terminals V3LT and V4LT OR circuit which inputs a positive single power supply driving signal inputted thereto and outputs a logical sum thereof, B2... Shift pulse applied to terminal H1, and positive single applied to terminal V3LT or V4LT. AND circuit that outputs a logical product with the power supply drive signal, B3... Voltage converter for setting the voltage amplitude of the output pulse of the AND circuit to a voltage amplitude obtained by adding the negative power supply voltage value vl and the positive power supply voltage value vcc, B4. Booster, B5... Selection for outputting the booster output of the terminal Y4 to the pre-transfer pulse applying line 74-1 or 74-2 based on the positive single power source driving signal applied to the terminal V4LT or V3LT. Switches, mn1, mn2, mn3... NMOS constituting the OR circuit B1, mp1, mp2, mp3... PMOS constituting the OR circuit B1, mn4, mn5, mn6, mn7... NMOS constituting the AND circuit B2, mp4, mp5, mp6, mp7... pMOS constituting AND circuit B2, 151-1, 151-2... Initial voltage setting nMOS for initializing terminals Y6 and Y4 in the booster by the output of OR circuit B1, 152. NMOS, 153... Charge pump capacitance, 154... Voltage limiter, 155... PMOS grounded on the gate, 156... NMOS having the inverted output value terminal Y5 of the AND circuit connected to the gate, 157-1, 157-2. nMOS, 158-1, 158-2 ... drive signal input switch, 159-1, 159-2 ... bootstrap capacitance, 160-1, 160-2 ... gate connected to inverted output terminal Y7 of the OR circuit Reset switch, 161... Flip-flop, 162... Horizontal delay shift register having the number of stages corresponding to the horizontal blanking period, 163... OR circuit, 164... Logic circuit including a plurality of RS flip-flops, 165. ... vertical delay shift register having the number of stages corresponding to the vertical blanking period, 167 ... OR circuit, 168 ... RS flip-flop, 169 ... 1/2 frequency divider, 170 ... φ with counter CV and counter CT 3LT, φV3, φV4LT, φV4 logic circuit, 171... Wiring for transmitting a reset pulse for resetting the shift register in the timing generating means 3, 172... Power supply voltage droprs... 173 and 174. A pulse voltage converter in which a high level of a pulse having the same high level as the internal power supply vcc constituting the external power supply voltage vdd is provided;
7 ... Pulse voltage converter for setting the high level of the basic clock to the external power supply voltage vdd, T1, T2 ... Two-phase shift pulse having a single positive power supply value for driving the shift register 21 constituting the timing generating means Input terminal, TIN: Scan start pulse input terminal which is a single positive power supply value drive signal for driving the shift register 21 constituting the timing generating means, VL: Negative power supply voltage input terminal, VM: High level voltage of drive pulse Input terminal, Vcc... Single positive power supply voltage input terminal, GND... Ground terminal, V1, V2... Two-phase shift pulse input having a single positive power supply value for driving shift register 61 constituting row selection control means Terminal, VIN... Scan start pulse input terminal which is a single positive power supply value drive signal for driving the shift register 61 constituting the row selection control means, FA, FB. Two-phase interlace pulse input terminal, which is a single positive power supply value drive signal for driving the interlace circuit constituting the control means, V3, V4... High second voltage value higher than the positive power supply voltage value Transfer pulse application terminals, V3L, V4L, a pre-transfer pulse application terminal having a third voltage value higher than the positive power supply voltage value and lower than the second voltage value at a high level, SB : drive pulse application of the gate 8 ST : drive pulse application terminal of charge storage gate 9, OG : DC voltage application terminal to output gate 10, RG: reset pulse input terminal having positive single power supply value of reset switch 12, VC: DC clamp voltage Input terminal, CP: Clamp pulse application terminal with positive single power supply value of clamp switch 15, SH1, SH2: Sample hole with positive single power supply value of read switches 16-1, 16-2 Pulse application terminal, O1, O2... Signal output terminal, H1, H2, HIN... Two-phase shift pulse and scan start pulse input terminal of horizontal scanning circuit 19 having a single positive power supply value,... Gate of transfer pulse switch MOS69 Terminal, b: gate terminal of transfer pulse switch MOS high voltage MOS 71, V3T, V4T: positive single for generating a transfer pulse having a second voltage value vh higher than the voltage value of the positive power supply at a high level Power supply drive signal application terminal, V3LT, V4LT ... Positive single power supply drive signal application terminal for generating a pre-transfer pulse having a voltage value vhm whose high level is higher than the positive power supply voltage value vcc and lower than the second voltage value , SBT... Positive single power source driving signal application terminal for generating a driving pulse for the gate 2-2, STT... Positive single power source driving for generating a driving pulse for the charge storage gate 9. Signal application terminal, Y1, Y7 ... Output of OR circuit B and its inverted output terminal, Y2, Y5 ... Output of AND circuit B2 and its inverted output terminal, Y3 ... Output terminal of boost pulse voltage converter B3, Y4 ... Booster B4 output terminal, Y6: booster internal terminal, P1: gate terminal of switch 157-1 or 157-2, CLK: basic clock input terminal with high level of vcc, VDD: external positive power supply input terminal, STH, STV ... A high level vcc trigger pulse input terminal that is input only once when the power is turned on, VBK, HBK ... high level vcc vertical blanking pulse and horizontal blanking pulse output terminals for video signal formation, HBL ... horizontal feedback Line period, vl ... Low level voltage value of negative drive pulse, vm ... High level voltage value of drive pulse, vcc ... Single positive power supply voltage value, vh ... Positive power supply voltage A second voltage value higher than the value, vhm ... a third voltage value higher than the positive power supply voltage value and lower than the second voltage value, s ... a potential well for transferring the first signal charge or the second signal charge. The time interval of the scan start pulse input to the terminal T1 to create, n1, n2,... Of the scan start pulse input to the terminal T1 to create the potential well for transferring the first unnecessary charge and the second unnecessary charge. Time interval, T ... application time of two-phase shift pulse, Ts1 ... first output writing time to the first output holding capacitor, Ts2 ... difference value writing time to the second first output holding capacitor, Tn ... unnecessary charge Sweep time, φn, φn + 1, φn + 2, φn + 3, n row, n + 1, n + 2, n + 3 row output of shift register 21, fc, 2-phase pulse of shift register 21 Frequency, tf ... Driving time of drive pulse line voltage, tr ... Falling time of drive pulse line voltage , 0: ground voltage value, vh ′: maximum voltage value at gate terminal A, vh ″: maximum voltage value at gate terminal b, vthd: threshold voltage of depletion type nMOS of FIG. 10 or FIG. Or, the threshold voltage of the enhancement type nMOS in FIG. 11, vsub... Substrate voltage, vbb... Back bias voltage, vth... Threshold voltage of nMOS in FIG. 12, .phi.V3LT. When the Y4 terminal is initialized, vhp2... The maximum voltage value of the gate terminal P2, .phi.V3T, .phi.V4T, .phi.V3LT, .phi.V4LT, .phi.SBT, .phi.STT. Pulse voltage, φRGH, φCPH, φSH1H, φSH2H: High level voltage is external power supply voltage v
Pulse that became dd.

Claims (9)

同一半導体基板上に、2次元状に配置した光電変換素子と、該光電変換素子間に設けられた信号電荷を垂直方向に転送するための複数の電極を有する垂直電荷転送手段と、該垂直電荷転送手段の一水平行の電極を結ぶ駆動パルス線に垂直電荷転送のための駆動パルスを順次供給する駆動手段と、該光電変換素子の信号電荷を一水平行ずつ該垂直電荷転送手段に転送するための転送パルスを該駆動パルス線に供給する行選択手段と、該垂直電荷転送手段からの信号を水平方向に転送する水平走査手段とを備え、該駆動手段は少なくとも1つの信号電荷を含む複数個の電荷を転送するために該電荷転送手段の中に複数電極に渡る分離された複数個の電位の井戸を形成移動し、該行選択手段は該複数の電位井戸の内信号電荷を転送するための電位の井戸に信号電荷を転送する固体撮像素子において、上記駆動手段は論理信号を入力することにより駆動パルスのタイミング信号を発生するためのシフトレジスタを備えるタイミング発生手段と、該駆動パルス線毎に該タイミング信号に基
き開閉する該駆動パルス線を一端とし第1の電源を他端とする第1のスイッチと該駆動パルス線を一端とし第2の電源を他端とする第2のスイッチとを備える駆動パルス発生手段とからなり、上記行選択手段は論理信号を入力することにより選択行を特定するための制御信号を発生する行選択制御手段と、該制御信号に基き該第1、第2のスイッチが共にオフの時にオンする該駆動パルス線を一端とし転送パルス印加線を他端とする第3のスイッチとを備える転送パルス発生手段とからなることを特徴とする固体撮像素子。
Two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements on the same semiconductor substrate, vertical charge transfer means having a plurality of electrodes for transferring signal charges provided between the photoelectric conversion elements in the vertical direction, and the vertical charges A driving means for sequentially supplying a driving pulse for vertical charge transfer to a driving pulse line connecting one horizontal parallel electrode of the transferring means, and a signal charge of the photoelectric conversion element is transferred to the vertical charge transferring means one by one in parallel; Row selection means for supplying a transfer pulse to the drive pulse line, and horizontal scanning means for transferring a signal from the vertical charge transfer means in the horizontal direction, the drive means including a plurality of at least one signal charge In order to transfer individual charges, a plurality of separated potential wells are formed across the plurality of electrodes in the charge transfer means, and the row selection means transfers signal charges in the plurality of potential wells. Well for potential In the solid-state imaging device that transfers signal charges to the driving device, the driving unit includes a timing generation unit including a shift register for generating a timing signal of a driving pulse by inputting a logic signal, and the timing signal for each driving pulse line. Based on
Drive and a second switch to the other end of the second power supply and one end of the first switch and the drive pulse line shall be the other end of the first power supply and one end of the drive pulse line to open and close-out Dzu consists of a pulse generating means, said row selection means comprises a row selection control means for generating a control signal for specifying the selected row by inputting a logic signal, said first-out basis Dzu to the control signal, the second A solid-state imaging device comprising: a transfer pulse generating means comprising: a third switch having one end of the drive pulse line that is turned on when both of the switches are off and the other end of the transfer pulse application line .
上記タイミング発生手段は、上記シフトレジスタの第1の出力によりオンし正電源線と出力を接続する第1のスイッチと該第1の出力よりシフト周期の1/2のN倍(Nは2以上の整数)だけ遅れたシフトレジスタの第2の出力によりオンし接地線と出力を接続する第2のスイッチからなるパルス幅伸長器を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。   The timing generation means includes a first switch that is turned on by the first output of the shift register and connects the positive power supply line and the output, and N times half the shift period from the first output (N is 2 or more) 2. A solid-state device according to claim 1, further comprising a pulse width expander comprising a second switch which is turned on by the second output of the shift register delayed by an integer) and connects the ground line and the output. Image sensor. 上記駆動パルス発生手段が上記駆動パルス線との間にゲートが直流電圧に接続された高耐圧化MOSトランジスタを有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。   2. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the drive pulse generating means includes a high voltage MOS transistor whose gate is connected to a DC voltage between the drive pulse line and the drive pulse line. 上記第2の電源は負電源であり、上記駆動パルス発生手段は上記タイミング信号と該負電源から負値の電圧を低レベルに持つ駆動パルスを上記駆動パルス線に発生することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。   The second power supply is a negative power supply, and the drive pulse generating means generates a drive pulse having a negative voltage from the timing signal and the negative power supply at a low level on the drive pulse line. The solid-state imaging device according to claim 1. 同一半導体上に上記負電源を発生する負電圧発生器を備える事を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の固体撮像素子。   5. The solid-state image pickup device according to claim 4, further comprising a negative voltage generator for generating the negative power source on the same semiconductor. 上記転送パルス発生手段は、出力部が上記第3のスイッチを構成するMOSトランジスタのゲートに接続され、上記制御信号と上記負電源とから転送パルスが印加されていない期間の選択行と非選択行に負値電圧を発生する発生前置転送パルス電圧変換器を備えることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の固体撮像素子。   The transfer pulse generating means has an output portion connected to the gate of the MOS transistor constituting the third switch, and a selected row and a non-selected row in a period in which no transfer pulse is applied from the control signal and the negative power source. 5. The solid-state image pickup device according to claim 4, further comprising a generation pre-transfer pulse voltage converter for generating a negative voltage. 上記転送パルス発生手段は、転送パルス印加線に印加された論理信号の電圧値より高い第2の電圧値を高レベルに持つ転送パルスを選択行の転送パルス線に出力することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。   The transfer pulse generating means outputs a transfer pulse having a high second voltage value higher than the voltage value of the logic signal applied to the transfer pulse application line to the transfer pulse line of the selected row. The solid-state imaging device according to claim 1. 上記駆動手段と上記行選択手段がゲート酸化膜厚が上記垂直電荷転送手段のゲート酸化膜厚と等しい第1のMOSトランジスタと第1のMOSトランジスタよりもゲート酸化膜厚が薄い第2MOSトランジスタで構成される事を特徴とする特許請求の範囲第1項から第7項記載の固体撮像素子。   The driving means and the row selecting means are composed of a first MOS transistor having a gate oxide film thickness equal to that of the vertical charge transfer means and a second MOS transistor having a gate oxide film thickness smaller than that of the first MOS transistor. 8. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the solid-state image pickup device is used. 上記駆動手段と上記行選択手段が第1の不純物層に形成された第1のMOSトランジスタと、第1の不純物層より低濃度の表面濃度を持つ第2の不純物層に形成された第2のMOSトランジスタで構成される事を特徴とする特許請求の範囲第1項から第7項記載の固体撮像素子。 The driving means and the row selection means are a first MOS transistor formed in a first impurity layer, and a second impurity layer formed in a second impurity layer having a lower surface concentration than the first impurity layer. the solid-state imaging device of claims paragraph 1 or et paragraph 7, wherein it is composed of MOS transistors.
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