JP2001060681A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法Info
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- JP2001060681A JP2001060681A JP2000178907A JP2000178907A JP2001060681A JP 2001060681 A JP2001060681 A JP 2001060681A JP 2000178907 A JP2000178907 A JP 2000178907A JP 2000178907 A JP2000178907 A JP 2000178907A JP 2001060681 A JP2001060681 A JP 2001060681A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セルを縮小した場合でも感度や転送効率等の
特性を低下させることがない固体撮像装置およびその駆
動方法を提供する。 【解決手段】 光電変換部11と垂直電荷転送部12か
らなるセルを有する固体撮像装置において、セル10
を、垂直電荷転送部12の両側にそれぞれ光電変換部1
1を配置して形成し、1つの垂直電荷転送部12を兼用
して2つの光電変換部11に対応させた。
特性を低下させることがない固体撮像装置およびその駆
動方法を提供する。 【解決手段】 光電変換部11と垂直電荷転送部12か
らなるセルを有する固体撮像装置において、セル10
を、垂直電荷転送部12の両側にそれぞれ光電変換部1
1を配置して形成し、1つの垂直電荷転送部12を兼用
して2つの光電変換部11に対応させた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像装置お
よびその駆動方法に関し、特に、電子スティルカメラや
パーソナルコンピュータ等に用いられる固体撮像装置お
よびその駆動方法に関する。
よびその駆動方法に関し、特に、電子スティルカメラや
パーソナルコンピュータ等に用いられる固体撮像装置お
よびその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子スティルカメラやパーソナル
コンピュータ等に用いられる固体撮像装置として、例え
ば、CCD(charge coupled devi
ce)イメージセンサが知られている。このCCDイメ
ージセンサは、光電変換部と垂直電荷転送部からなるセ
ルから構成され、光電変換部の信号電荷を垂直電荷転送
部が読み出す。
コンピュータ等に用いられる固体撮像装置として、例え
ば、CCD(charge coupled devi
ce)イメージセンサが知られている。このCCDイメ
ージセンサは、光電変換部と垂直電荷転送部からなるセ
ルから構成され、光電変換部の信号電荷を垂直電荷転送
部が読み出す。
【0003】垂直電荷転送部により信号電荷を読み出す
際の走査方法として、走査線順に画像を走査するプログ
レッシブ走査と、走査線を飛び越して画像を走査するイ
ンタレース走査がある。プログレッシブ走査は、例え
ば、パーソナルコンピュータのディスプレイの表示に用
いられ、インタレース走査は、例えば、テレビジョン受
像機の標準的な表示に用いられる。
際の走査方法として、走査線順に画像を走査するプログ
レッシブ走査と、走査線を飛び越して画像を走査するイ
ンタレース走査がある。プログレッシブ走査は、例え
ば、パーソナルコンピュータのディスプレイの表示に用
いられ、インタレース走査は、例えば、テレビジョン受
像機の標準的な表示に用いられる。
【0004】図10は、従来のセル構造を示し、(a)
はプログレッシブ走査用の構造説明図、(b)はインタ
レース走査用の構造説明図である。図11は、プログレ
ッシブ走査を示し、(a)は蓄積状態、(b)は読み出
し状態、(c)はシフト状態の各説明図である。図12
は、インタレース走査を示し、(a)蓄積状態、(b)
は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説明図であ
る。
はプログレッシブ走査用の構造説明図、(b)はインタ
レース走査用の構造説明図である。図11は、プログレ
ッシブ走査を示し、(a)は蓄積状態、(b)は読み出
し状態、(c)はシフト状態の各説明図である。図12
は、インタレース走査を示し、(a)蓄積状態、(b)
は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説明図であ
る。
【0005】図10(a)に示すように、プログレッシ
ブ走査用のセル1は、光電変換部2と、幅がWで長さが
Lの4つの電極3からなる垂直電荷転送部4を有してい
る。
ブ走査用のセル1は、光電変換部2と、幅がWで長さが
Lの4つの電極3からなる垂直電荷転送部4を有してい
る。
【0006】光電変換部2で蓄積された電荷(図11
(a)参照)は、同一時刻に全てが垂直電荷転送部4に
読み出される(図11(b)参照)。読み出された全電
荷パターンは一斉に1行分ずつシフトされ、水平電荷転
送部5を介して出力回路部6から出力される(図11
(c)参照)。
(a)参照)は、同一時刻に全てが垂直電荷転送部4に
読み出される(図11(b)参照)。読み出された全電
荷パターンは一斉に1行分ずつシフトされ、水平電荷転
送部5を介して出力回路部6から出力される(図11
(c)参照)。
【0007】図10(b)に示すように、インタレース
走査用のセル7は、光電変換部2と、幅がWで長さが2
Lの2つの電極8からなる垂直電荷転送部4を有してい
る。
走査用のセル7は、光電変換部2と、幅がWで長さが2
Lの2つの電極8からなる垂直電荷転送部4を有してい
る。
【0008】光電変換部2で蓄積された電荷(図12
(a)参照)は、先ず、第1の時刻に、奇数行の電荷が
垂直電荷転送部4に読み出され(図12(b)参照)、
読み出された全電荷パターンは一斉に1行分ずつシフト
され、水平電荷転送部5を介して出力回路部6から出力
される(図12(c)参照)。続いて、第2の時刻に、
偶数行の電荷が、奇数行の電荷と同様に読み出されてシ
フトされ、出力される。
(a)参照)は、先ず、第1の時刻に、奇数行の電荷が
垂直電荷転送部4に読み出され(図12(b)参照)、
読み出された全電荷パターンは一斉に1行分ずつシフト
され、水平電荷転送部5を介して出力回路部6から出力
される(図12(c)参照)。続いて、第2の時刻に、
偶数行の電荷が、奇数行の電荷と同様に読み出されてシ
フトされ、出力される。
【0009】つまり、インタレース走査用のセル7の場
合、光が入力する光電変換部2に対し垂直電荷転送部4
の電極8は2つであるが、方向の決定には少なくとも3
つ以上の電極を必要とすることから、上下何れかに位置
する他のセルの2つの電極8を共用していた。
合、光が入力する光電変換部2に対し垂直電荷転送部4
の電極8は2つであるが、方向の決定には少なくとも3
つ以上の電極を必要とすることから、上下何れかに位置
する他のセルの2つの電極8を共用していた。
【0010】ここで、パーソナルコンピュータやデジタ
ルカメラにおいては、全画素を同時間露光するために、
全ての画素を光電変換部2から垂直電荷転送部4に一度
に読み出す必要がある。この為、共用していた2つの電
極8を1つのセルの中に入れて4つの電極とするプログ
レッシブ方式が、一般的に用いられていた。
ルカメラにおいては、全画素を同時間露光するために、
全ての画素を光電変換部2から垂直電荷転送部4に一度
に読み出す必要がある。この為、共用していた2つの電
極8を1つのセルの中に入れて4つの電極とするプログ
レッシブ方式が、一般的に用いられていた。
【0011】しかし、CCDイメージセンサとメカニカ
ルシャッタを組み合わせることにより、メカニカルシャ
ッタで全画素を同時間露光すれば、光電変換部2から垂
直電荷転送部4に一度に読み出す必要が無くなり、光遮
断後インターレース用のセル7を用いて順次信号電荷を
読み出すインターレース方式も用いられている。
ルシャッタを組み合わせることにより、メカニカルシャ
ッタで全画素を同時間露光すれば、光電変換部2から垂
直電荷転送部4に一度に読み出す必要が無くなり、光遮
断後インターレース用のセル7を用いて順次信号電荷を
読み出すインターレース方式も用いられている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パーソ
ナルコンピュータやデジタルカメラの小型軽量化の要請
に応じて、1つのセルに4つの電極という形で小型化す
る場合、光の入力部分である光電変換部2や転送する領
域である垂直電荷転送部4も、当然小さく狭くなってし
まう。この転送容量の大きさについては、4つの電極の
内の2つが対応しその面積が容量を決定する。
ナルコンピュータやデジタルカメラの小型軽量化の要請
に応じて、1つのセルに4つの電極という形で小型化す
る場合、光の入力部分である光電変換部2や転送する領
域である垂直電荷転送部4も、当然小さく狭くなってし
まう。この転送容量の大きさについては、4つの電極の
内の2つが対応しその面積が容量を決定する。
【0013】従って、単純にセルを縮小し小型化して行
くと、光電変換手段であるフォトダイオードが小さくな
って当然感度が悪くなり、電荷を転送する部分が小さく
なってダイナミックレンジが狭くなり、そのまま特性が
劣化してしまうことになる。
くと、光電変換手段であるフォトダイオードが小さくな
って当然感度が悪くなり、電荷を転送する部分が小さく
なってダイナミックレンジが狭くなり、そのまま特性が
劣化してしまうことになる。
【0014】即ち、セルの縮小化に伴い、プログレッシ
ブ走査の場合、光電変換部2及び垂直電荷転送部4共に
取り扱い電荷量が低下することになる。
ブ走査の場合、光電変換部2及び垂直電荷転送部4共に
取り扱い電荷量が低下することになる。
【0015】インタレース方式のセルの場合も同様に、
セルの縮小化に伴い、光電変換部2及び垂直電荷転送部
4の取り扱い電荷量が低下する。この問題に加えて、イ
ンターレース方式のセルの場合は、電極幅Wに対する電
極長Lの割合が大きくなり転送効率が低下するという問
題も有する。よって、インタレース走査において、垂直
電荷転送部4の電極幅Wを確保するためには、光電変換
部2の取り扱い電荷量の低下との間でバランス設計にな
らざるを得ない。
セルの縮小化に伴い、光電変換部2及び垂直電荷転送部
4の取り扱い電荷量が低下する。この問題に加えて、イ
ンターレース方式のセルの場合は、電極幅Wに対する電
極長Lの割合が大きくなり転送効率が低下するという問
題も有する。よって、インタレース走査において、垂直
電荷転送部4の電極幅Wを確保するためには、光電変換
部2の取り扱い電荷量の低下との間でバランス設計にな
らざるを得ない。
【0016】この発明の目的は、セルを縮小した場合で
も感度や転送効率等の特性を低下させることがない固体
撮像装置およびその駆動方法を提供することである。
も感度や転送効率等の特性を低下させることがない固体
撮像装置およびその駆動方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と垂直
電荷転送部からなるセルを有する固体撮像装置におい
て、前記セルを、前記垂直電荷転送部の両側にそれぞれ
前記光電変換部を配置して形成し、1つの垂直電荷転送
部を兼用して2つの光電変換部に対応させたことを特徴
としている。
め、この発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と垂直
電荷転送部からなるセルを有する固体撮像装置におい
て、前記セルを、前記垂直電荷転送部の両側にそれぞれ
前記光電変換部を配置して形成し、1つの垂直電荷転送
部を兼用して2つの光電変換部に対応させたことを特徴
としている。
【0018】上記構成を有することにより、光電変換部
と垂直電荷転送部からなるセルを有する固体撮像装置に
おいて、前記セルは、前記垂直電荷転送部の両側にそれ
ぞれ前記光電変換部を配置して形成され、1つの垂直電
荷転送部が兼用されて2つの光電変換部に対応するた
め、セル使用効率が上がる。これにより、セルを縮小し
た場合でも感度や転送効率等の特性を低下させることが
ない。
と垂直電荷転送部からなるセルを有する固体撮像装置に
おいて、前記セルは、前記垂直電荷転送部の両側にそれ
ぞれ前記光電変換部を配置して形成され、1つの垂直電
荷転送部が兼用されて2つの光電変換部に対応するた
め、セル使用効率が上がる。これにより、セルを縮小し
た場合でも感度や転送効率等の特性を低下させることが
ない。
【0019】また、この発明に係る固体撮像装置の駆動
方法により、上記固体撮像装置を駆動することができ
る。
方法により、上記固体撮像装置を駆動することができ
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
いて図面を参照して説明する。
【0021】図1は、この発明の第1の実施の形態に係
る固体撮像装置のセル構造を示す説明図である。このセ
ル構造はCCDイメージセンサとメカニカルシャッタを
組み合わせ、全画素を同時間露光するようにメカニカル
シャッタを使用することにより、パーソナルコンピュー
ターやデジタルカメラに適用することが出来る。
る固体撮像装置のセル構造を示す説明図である。このセ
ル構造はCCDイメージセンサとメカニカルシャッタを
組み合わせ、全画素を同時間露光するようにメカニカル
シャッタを使用することにより、パーソナルコンピュー
ターやデジタルカメラに適用することが出来る。
【0022】図1に示すように、固体撮像装置のセル1
0は、2つの光電変換部11と、その間に配置された垂
直電荷転送部12からなり、垂直電荷転送部12は2つ
の電極13を有している。
0は、2つの光電変換部11と、その間に配置された垂
直電荷転送部12からなり、垂直電荷転送部12は2つ
の電極13を有している。
【0023】即ち、2つの電極13に沿って、垂直電荷
転送部12の両側に、それぞれ光電変換部11が配置さ
れている。
転送部12の両側に、それぞれ光電変換部11が配置さ
れている。
【0024】そして、セル10の上下何れかに位置する
他のセル10の2つの電極13を共用することにより、
4つの電極13を確保している。これにより、方向の決
定に必要な少なくとも3つ以上の電極を備えることがで
きる。
他のセル10の2つの電極13を共用することにより、
4つの電極13を確保している。これにより、方向の決
定に必要な少なくとも3つ以上の電極を備えることがで
きる。
【0025】このような固体撮像装置としては、電子ス
ティルカメラやパーソナルコンピュータ等に用いられ
る、例えば、CCDイメージセンサがある。
ティルカメラやパーソナルコンピュータ等に用いられ
る、例えば、CCDイメージセンサがある。
【0026】図2は、図1のセルの走査方法(その1)
を示し、(a)は蓄積状態、(b)は第1の読み出し状
態、(c)は第1のシフト状態の各説明図である。図3
は、図1のセルの走査方法(その2)を示し、(d)は
第2の読み出し状態、(e)は第3の読み出し状態、
(f)は第4の読み出し状態の各説明図である。なお、
図2及び図3において、転送クロックパルスが入力する
配線の図示は省略してある。
を示し、(a)は蓄積状態、(b)は第1の読み出し状
態、(c)は第1のシフト状態の各説明図である。図3
は、図1のセルの走査方法(その2)を示し、(d)は
第2の読み出し状態、(e)は第3の読み出し状態、
(f)は第4の読み出し状態の各説明図である。なお、
図2及び図3において、転送クロックパルスが入力する
配線の図示は省略してある。
【0027】図2及び図3に示すように、光電変換部1
1に入力した光は、光電変換部11において信号電荷に
変換・蓄積され(図2(a)参照)、光電変換部11に
蓄積された電荷は、以下の手順を経て順次、垂直電荷転
送部12に読み出される。
1に入力した光は、光電変換部11において信号電荷に
変換・蓄積され(図2(a)参照)、光電変換部11に
蓄積された電荷は、以下の手順を経て順次、垂直電荷転
送部12に読み出される。
【0028】図2及び図3において、例えば、信号電荷
「a」と「A」、信号電荷「b」と「B」が蓄積される
2組の光電変換部11は、上下に隣接する垂直電荷転送
部12の2つの電極を共用することにより、4つの電極
を確保している。即ち、垂直電荷転送部12は、4つの
電荷転送電極を繰り返し単位としている。
「a」と「A」、信号電荷「b」と「B」が蓄積される
2組の光電変換部11は、上下に隣接する垂直電荷転送
部12の2つの電極を共用することにより、4つの電極
を確保している。即ち、垂直電荷転送部12は、4つの
電荷転送電極を繰り返し単位としている。
【0029】先ず、第1の時刻に、垂直電荷転送部12
の左側に位置する奇数行の光電変換部11の電荷(図
中、a,c,…、あ,う,…)が読み出される(図2
(b)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力される
(図2(c)参照)。
の左側に位置する奇数行の光電変換部11の電荷(図
中、a,c,…、あ,う,…)が読み出される(図2
(b)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力される
(図2(c)参照)。
【0030】次に、第2の時刻に、垂直電荷転送部12
の右側に位置する奇数行の光電変換部11の電荷(図
中、A,C,…、α,γ,…)が読み出される(図3
(d)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
の右側に位置する奇数行の光電変換部11の電荷(図
中、A,C,…、α,γ,…)が読み出される(図3
(d)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
【0031】次に、第3の時刻に、垂直電荷転送部12
の左側に位置する偶数行の光電変換部11の電荷(図
中、b,d,…、い,え,…)が読み出される(図3
(e)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
の左側に位置する偶数行の光電変換部11の電荷(図
中、b,d,…、い,え,…)が読み出される(図3
(e)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
【0032】更に、第4の時刻に、垂直電荷転送部12
の右側に位置する偶数行の光電変換部11の電荷(図
中、B,D,…、β,δ,…)が読み出される(図3
(f)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
の右側に位置する偶数行の光電変換部11の電荷(図
中、B,D,…、β,δ,…)が読み出される(図3
(f)参照)。垂直電荷転送部12に読み出された全て
の電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平
電荷転送部14を介して出力回路部15から出力され
る。
【0033】図4(a)は、図1のセルにより構成され
たセル部の構造を概略的に説明する平面図であり、図4
(b)は図4(a)のI−I’断面図である。図5は、
図1の電荷転送部の各電極に印加される転送クロックパ
ルスの一例を示す波形図である。なお、図4(a)は、
セル部の一部について示しており、一例として、信号電
荷「a」,「A」,「あ」,「b」,「B」,「い」の
みを示す。
たセル部の構造を概略的に説明する平面図であり、図4
(b)は図4(a)のI−I’断面図である。図5は、
図1の電荷転送部の各電極に印加される転送クロックパ
ルスの一例を示す波形図である。なお、図4(a)は、
セル部の一部について示しており、一例として、信号電
荷「a」,「A」,「あ」,「b」,「B」,「い」の
みを示す。
【0034】図4に示すように、複数のセルからなるセ
ル部は、転送クロックパルスΦ1が入力する電極13
a、転送クロックパルスΦ2が入力する電極13b、転
送クロックパルスΦ3が入力する電極13c、及び転送
クロックパルスΦ4が入力する電極13dを有してい
る。
ル部は、転送クロックパルスΦ1が入力する電極13
a、転送クロックパルスΦ2が入力する電極13b、転
送クロックパルスΦ3が入力する電極13c、及び転送
クロックパルスΦ4が入力する電極13dを有してい
る。
【0035】電極13aは、垂直電荷転送部12の左側
に配置されて、例えば、信号電荷「a」が蓄積される光
電変換部11に、信号電荷読み出し領域16を介して接
続されている。
に配置されて、例えば、信号電荷「a」が蓄積される光
電変換部11に、信号電荷読み出し領域16を介して接
続されている。
【0036】同様に、電極13bは、垂直電荷転送部1
2の右側で、例えば、信号電荷「A」が蓄積される光電
変換部11に、電極13cは、垂直電荷転送部12の左
側で、例えば、信号電荷「b」が蓄積される光電変換部
11に、電極13dは、垂直電荷転送部12の右側で、
例えば、信号電荷「B」が蓄積される光電変換部11
に、それぞれ信号電荷読み出し領域16を介して接続さ
れている。
2の右側で、例えば、信号電荷「A」が蓄積される光電
変換部11に、電極13cは、垂直電荷転送部12の左
側で、例えば、信号電荷「b」が蓄積される光電変換部
11に、電極13dは、垂直電荷転送部12の右側で、
例えば、信号電荷「B」が蓄積される光電変換部11
に、それぞれ信号電荷読み出し領域16を介して接続さ
れている。
【0037】なお、この信号電荷読み出し領域16は、
例えば、信号電荷「a」が蓄積される光電変換部11と
電極13bを接続しても良く、読み出したい位置に読み
出したい光電変換部11があるように、必要に応じ任意
に設けることができる。
例えば、信号電荷「a」が蓄積される光電変換部11と
電極13bを接続しても良く、読み出したい位置に読み
出したい光電変換部11があるように、必要に応じ任意
に設けることができる。
【0038】図4(b)に示すように、n型半導体基板
31上のp型半導体領域32に、n型半導体層33を有
する光電変換部11が設けられている。p型半導体領域
32には、更に、n型半導体層34、ゲート酸化膜3
5、及び垂直電荷転送電極13からなる垂直電荷転送部
12、及び、p+型拡散層36が設けられている。これ
らの上層の光電変換部11以外の領域上には遮光膜37
が設けられている。
31上のp型半導体領域32に、n型半導体層33を有
する光電変換部11が設けられている。p型半導体領域
32には、更に、n型半導体層34、ゲート酸化膜3
5、及び垂直電荷転送電極13からなる垂直電荷転送部
12、及び、p+型拡散層36が設けられている。これ
らの上層の光電変換部11以外の領域上には遮光膜37
が設けられている。
【0039】図5(a)に示すように、先ず、読み出し
パルスVTが乗っている転送クロックパルスΦ1が入力
すると((a)参照)、時刻t1のとき、読み出しパル
スVTによって、光電変換部11から垂直電荷転送部1
2へ、信号電荷「a」と「あ」が読み出される。読み出
された信号電荷は、読み出しパルスVTが印加されてい
る電荷転送電極13aの下に蓄積される。続いてこの信
号電荷は、時刻t2で、図5(a)に示す転送クロック
パルスの印加電圧変動による電位ポテンシャル変動に従
い、ハイ電圧VHが印加されている電極13aと電極1
3bとの下に蓄積される。以下同様にして、信号電荷は
転送されていき、時刻t4で信号電荷は電極13cと電
極13dとの下に蓄積される。
パルスVTが乗っている転送クロックパルスΦ1が入力
すると((a)参照)、時刻t1のとき、読み出しパル
スVTによって、光電変換部11から垂直電荷転送部1
2へ、信号電荷「a」と「あ」が読み出される。読み出
された信号電荷は、読み出しパルスVTが印加されてい
る電荷転送電極13aの下に蓄積される。続いてこの信
号電荷は、時刻t2で、図5(a)に示す転送クロック
パルスの印加電圧変動による電位ポテンシャル変動に従
い、ハイ電圧VHが印加されている電極13aと電極1
3bとの下に蓄積される。以下同様にして、信号電荷は
転送されていき、時刻t4で信号電荷は電極13cと電
極13dとの下に蓄積される。
【0040】上述のように、転送クロックパルスΦ2〜
Φ4が続いて、信号電荷が垂直電荷転送部12をシフト
され、水平電荷転送部14を介して、出力回路部15か
ら出力される。この様に、読み出された信号電荷が水平
電荷転送部までシフトされた後、即ち転送クロックパル
スの1周期後、読み出しパルスVTが乗っている転送ク
ロックパルスΦ2が入力すると((b)参照)、時刻t
1のとき、読み出しパルスVTによって、光電変換部11
から垂直電荷転送部12へ、信号電荷「A」が読み出さ
れる。
Φ4が続いて、信号電荷が垂直電荷転送部12をシフト
され、水平電荷転送部14を介して、出力回路部15か
ら出力される。この様に、読み出された信号電荷が水平
電荷転送部までシフトされた後、即ち転送クロックパル
スの1周期後、読み出しパルスVTが乗っている転送ク
ロックパルスΦ2が入力すると((b)参照)、時刻t
1のとき、読み出しパルスVTによって、光電変換部11
から垂直電荷転送部12へ、信号電荷「A」が読み出さ
れる。
【0041】以後、これが繰り返されて、読み出しパル
スVTが乗っている転送クロックパルスΦ3が入力する
と、光電変換部11から垂直電荷転送部12へ、信号電
荷「b」と「い」が読み出され、読み出しパルスVTが
乗っている転送クロックパルスΦ4が入力すると、光電
変換部11から垂直電荷転送部12へ、信号電荷「B」
が読み出される。
スVTが乗っている転送クロックパルスΦ3が入力する
と、光電変換部11から垂直電荷転送部12へ、信号電
荷「b」と「い」が読み出され、読み出しパルスVTが
乗っている転送クロックパルスΦ4が入力すると、光電
変換部11から垂直電荷転送部12へ、信号電荷「B」
が読み出される。
【0042】従って、全ての光電変換部11の信号電荷
は、それぞれ混合されることなく出力され、垂直電荷転
送部12の繰り返し単位を共有する光電変換部11の信
号電荷a,A,b,B(図2(a)参照)は、同一時期
に読み出されることがない。
は、それぞれ混合されることなく出力され、垂直電荷転
送部12の繰り返し単位を共有する光電変換部11の信
号電荷a,A,b,B(図2(a)参照)は、同一時期
に読み出されることがない。
【0043】このように、固体撮像装置のセル10(図
1参照)は、垂直電荷転送部12の左右両側に光電変換
部11を配置しており、2つの光電変換部11が1つの
垂直電荷転送部12を兼用している。このため、垂直電
荷転送部12の各段は、フォトダイオード1個に電極は
2つしかないので、上下に位置するセル10の電極を共
有化することになり、信号電荷の読み出しを4回行うこ
とによって1つの画面ができる。
1参照)は、垂直電荷転送部12の左右両側に光電変換
部11を配置しており、2つの光電変換部11が1つの
垂直電荷転送部12を兼用している。このため、垂直電
荷転送部12の各段は、フォトダイオード1個に電極は
2つしかないので、上下に位置するセル10の電極を共
有化することになり、信号電荷の読み出しを4回行うこ
とによって1つの画面ができる。
【0044】一般的に、信号電荷の転送スピードは、電
極長が長くなると遅くなり、電極幅が大きくなると早く
なるが、電極の面積が変化することによって電極幅と電
極長の比が変わり、転送スピードの低下を抑制すること
ができる。
極長が長くなると遅くなり、電極幅が大きくなると早く
なるが、電極の面積が変化することによって電極幅と電
極長の比が変わり、転送スピードの低下を抑制すること
ができる。
【0045】上述したセル10においては、フォトダイ
オードの大きさを図10に示す従来例のセル1,7と同
じとした場合、電極13の幅は2W+wとなり、電極1
3の長さは2Lとなる(図1参照)。ここで、WとL
は、従来のセル1(図10(a)参照)及びセル7(図
10(b)参照)の電極幅と電極長の基本単位であり、
wは、従来のセル1及びセル7を2つ合わせた(W+
W、中央部縦線参照)ことにより不要となった、それぞ
れ設けられていた電荷の流出を防止するためのチャネル
ストップとしての離間部相当分である。
オードの大きさを図10に示す従来例のセル1,7と同
じとした場合、電極13の幅は2W+wとなり、電極1
3の長さは2Lとなる(図1参照)。ここで、WとL
は、従来のセル1(図10(a)参照)及びセル7(図
10(b)参照)の電極幅と電極長の基本単位であり、
wは、従来のセル1及びセル7を2つ合わせた(W+
W、中央部縦線参照)ことにより不要となった、それぞ
れ設けられていた電荷の流出を防止するためのチャネル
ストップとしての離間部相当分である。
【0046】また、電極13の幅をより拡大することが
可能になったことから、その拡大分を両側の光電変換部
11に振り分けることにより、各光電変換部11の面積
を増加拡大させて、固体撮像装置の感度を高めることが
可能になる。これにより、将来の画素増加にも対応する
ことができ、そのような設計変更にも十分対応すること
が可能になる。
可能になったことから、その拡大分を両側の光電変換部
11に振り分けることにより、各光電変換部11の面積
を増加拡大させて、固体撮像装置の感度を高めることが
可能になる。これにより、将来の画素増加にも対応する
ことができ、そのような設計変更にも十分対応すること
が可能になる。
【0047】図6は、図1のセルの他の配置例を示す説
明図である。図6に示すように、セル20は、2つの電
極13を備えた1つの垂直電荷転送部12と、その左右
両側に配置した2つの光電変換部11を有しており、1
つのセル内に4つの電極13を確保している((a)参
照)。このセル20の電極13に印加する転送クロック
パルスの一例を図7に示す。この場合、光電変換部11
に対応する電極が、セル10の2個に対して4個になる
ため、転送量がセル10のほぼ半分になる。
明図である。図6に示すように、セル20は、2つの電
極13を備えた1つの垂直電荷転送部12と、その左右
両側に配置した2つの光電変換部11を有しており、1
つのセル内に4つの電極13を確保している((a)参
照)。このセル20の電極13に印加する転送クロック
パルスの一例を図7に示す。この場合、光電変換部11
に対応する電極が、セル10の2個に対して4個になる
ため、転送量がセル10のほぼ半分になる。
【0048】セル21は、1つの電極13を備えた1つ
の垂直電荷転送部12と、その左右両側に配置した2つ
の光電変換部11を、3組有しており、1つのセル内に
3つの電極13を確保している((b)参照)。このセ
ル21の電極13に印加する転送クロックパルスの一例
を図8に示す。この場合、縦に3つの垂直電荷転送部1
2を共用している。転送量は、セル10の約1倍とな
る。
の垂直電荷転送部12と、その左右両側に配置した2つ
の光電変換部11を、3組有しており、1つのセル内に
3つの電極13を確保している((b)参照)。このセ
ル21の電極13に印加する転送クロックパルスの一例
を図8に示す。この場合、縦に3つの垂直電荷転送部1
2を共用している。転送量は、セル10の約1倍とな
る。
【0049】セル22は、2つの電極13を備えた1つ
の垂直電荷転送部12と、その左右両側に配置した2つ
の光電変換部11を、3組有しており、1つのセル内に
6つの電極13を確保している((c)参照)。このセ
ル22の電極13に印加する転送クロックパルスの一例
を図9に示す。この場合、縦に3つの垂直電荷転送部1
2は、6つの電極13を共用し、各垂直電荷転送部12
の電極13が2つとなって、転送される電荷の量を多く
することができる。転送量はセル10の約2倍となる。
の垂直電荷転送部12と、その左右両側に配置した2つ
の光電変換部11を、3組有しており、1つのセル内に
6つの電極13を確保している((c)参照)。このセ
ル22の電極13に印加する転送クロックパルスの一例
を図9に示す。この場合、縦に3つの垂直電荷転送部1
2は、6つの電極13を共用し、各垂直電荷転送部12
の電極13が2つとなって、転送される電荷の量を多く
することができる。転送量はセル10の約2倍となる。
【0050】セル21とセル22は、光電変換部11の
フォトダイオードが一緒でも電極13の数が異なってお
り、セル22の信号電荷を蓄積し転送するための容量
は、セル21に対しほぼ2倍になっている。ここで、共
用する垂直電荷転送部12の数は、縦に3つに限らず、
縦に4つでもそれ以上でもよい。
フォトダイオードが一緒でも電極13の数が異なってお
り、セル22の信号電荷を蓄積し転送するための容量
は、セル21に対しほぼ2倍になっている。ここで、共
用する垂直電荷転送部12の数は、縦に3つに限らず、
縦に4つでもそれ以上でもよい。
【0051】このように、上記実施の形態に係る固体撮
像装置のセルは、1つの垂直電荷転送部12の左右両側
に2n(nは整数)個の光電変換部11を配置して、垂
直電荷転送部12を兼用しており、例えば、上下何れか
の垂直電荷転送部12の電極を共有化することにより、
少なくとも3つの電極を確保している。
像装置のセルは、1つの垂直電荷転送部12の左右両側
に2n(nは整数)個の光電変換部11を配置して、垂
直電荷転送部12を兼用しており、例えば、上下何れか
の垂直電荷転送部12の電極を共有化することにより、
少なくとも3つの電極を確保している。
【0052】つまり、最近は、メモリの低価格化やCP
Uの高速化が進み、CCDイメージセンサもメモリ等を
用いてシステム的に使われ、必ずしも全部の画素を同時
に読み出さなくてもよいので、CCDイメージセンサに
全ての動作を負わせず、機能を分散させることが可能で
ある。また、転送面積は大きい方がよいが、フォトダイ
オードの面積にしわ寄せがこない方がよいので、共有が
可能な部分はできる限り共有させている。
Uの高速化が進み、CCDイメージセンサもメモリ等を
用いてシステム的に使われ、必ずしも全部の画素を同時
に読み出さなくてもよいので、CCDイメージセンサに
全ての動作を負わせず、機能を分散させることが可能で
ある。また、転送面積は大きい方がよいが、フォトダイ
オードの面積にしわ寄せがこない方がよいので、共有が
可能な部分はできる限り共有させている。
【0053】従って、2つの光電変換部11とその間に
形成された1つの垂直電荷転送部12を有し、全ての光
電変換部11の信号電荷が混合されることなく出力さ
れ、また、垂直電荷転送部12の繰り返し単位を共有す
る光電変換部11の信号電荷は同一時期に読み出されな
い、という構成を有することにより、セル使用効率が上
がり、セルを縮小化した場合に生じる感度や転送効率等
の特性低下をもたらさず、パフォーマンスを向上させる
ことができる。
形成された1つの垂直電荷転送部12を有し、全ての光
電変換部11の信号電荷が混合されることなく出力さ
れ、また、垂直電荷転送部12の繰り返し単位を共有す
る光電変換部11の信号電荷は同一時期に読み出されな
い、という構成を有することにより、セル使用効率が上
がり、セルを縮小化した場合に生じる感度や転送効率等
の特性低下をもたらさず、パフォーマンスを向上させる
ことができる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光電変換部と垂直電荷転送部からなるセルを有する
固体撮像装置において、前記セルは、前記垂直電荷転送
部の両側にそれぞれ前記光電変換部を配置して形成さ
れ、1つの垂直電荷転送部が兼用されて2つの光電変換
部に対応するため、セル使用効率が上がるので、セルを
縮小した場合でも感度や転送効率等の特性を低下させる
ことがない。
ば、光電変換部と垂直電荷転送部からなるセルを有する
固体撮像装置において、前記セルは、前記垂直電荷転送
部の両側にそれぞれ前記光電変換部を配置して形成さ
れ、1つの垂直電荷転送部が兼用されて2つの光電変換
部に対応するため、セル使用効率が上がるので、セルを
縮小した場合でも感度や転送効率等の特性を低下させる
ことがない。
【0055】また、この発明に係る固体撮像装置の駆動
方法により、上記固体撮像装置を駆動することができ
る。
方法により、上記固体撮像装置を駆動することができ
る。
【図1】この発明の実施の形態に係る固体撮像装置のセ
ル構造を示す説明図である。
ル構造を示す説明図である。
【図2】図1のセルの走査方法(その1)を示し、
(a)は蓄積状態、(b)は第1の読み出し状態、
(c)は第1のシフト状態の各説明図である。
(a)は蓄積状態、(b)は第1の読み出し状態、
(c)は第1のシフト状態の各説明図である。
【図3】図1のセルの走査方法(その2)を示し、
(d)は第2の読み出し状態、(e)は第3の読み出し
状態、(f)は第4の読み出し状態の各説明図である。
(d)は第2の読み出し状態、(e)は第3の読み出し
状態、(f)は第4の読み出し状態の各説明図である。
【図4】(a)は、図1のセルにより構成されたセル部
の構造を概略的に説明する平面図である。(b)は、図
4(a)のI−I’断面図である。
の構造を概略的に説明する平面図である。(b)は、図
4(a)のI−I’断面図である。
【図5】図1の電荷転送部の各電極に印加される転送ク
ロックパルスの一例を示す波形図である。
ロックパルスの一例を示す波形図である。
【図6】図1のセルの他の配置例を示す説明図である。
【図7】図6(a)の電荷転送部の各電極に印加される
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
【図8】図6(b)の電荷転送部の各電極に印加される
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
【図9】図6(c)の電荷転送部の各電極に印加される
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
転送クロックパルスの一例を示す波形図である。
【図10】従来のセル構造を示し、(a)はプログレッ
シブ走査用の構造説明図、(b)はインタレース走査用
の構造説明図である。
シブ走査用の構造説明図、(b)はインタレース走査用
の構造説明図である。
【図11】プログレッシブ走査を示し、(a)は蓄積状
態、(b)は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説
明図である。
態、(b)は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説
明図である。
【図12】インタレース走査を示し、(a)蓄積状態、
(b)は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説明図
である。
(b)は読み出し状態、(c)はシフト状態の各説明図
である。
10,20,21,22 セル 11 光電変換部 12 垂直電荷転送部 13,13a,13b,13c,13d 電極 14 水平電荷転送部 15 出力回路部 16 信号電荷読み出し領域 VT 読み出しパルス Φ1,Φ2,Φ3,Φ4 転送クロックパルス
Claims (11)
- 【請求項1】光電変換部と垂直電荷転送部からなるセル
を有する固体撮像装置において、前記セルを、前記垂直
電荷転送部の両側にそれぞれ前記光電変換部を配置して
形成し、1つの垂直電荷転送部を兼用して2つの光電変
換部に対応させたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】前記垂直電荷転送部は、上下に位置するn
+1(nは1以上の整数)個以上のセルの電極を共用す
ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 【請求項3】前記垂直電荷転送部は、1繰り返し単位と
なる少なくとも3個の電極を有することを特徴とする請
求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】前記光電変換部の信号電荷が全て混合する
ことなく出力されることを特徴とする請求項1から3の
いずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】前記垂直電荷転送部の繰り返し単位を共有
する前記光電変換部の信号電荷は、同一時期に読み出さ
れないことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記
載の固体撮像装置。 - 【請求項6】前記電極と前記光電変換部を接続する信号
電荷読み出し領域は、読み出したい位置に読み出したい
光電変換部があるように任意に設けられていることを特
徴とする請求項2から5のいずれかに記載の固体撮像装
置。 - 【請求項7】請求項1から6のいずれかに記載の固体撮
像装置の駆動方法であって、兼用する前記垂直電荷転送
部に、前記垂直電荷転送部の両側に配置された前記光電
変換部毎に信号電荷を順次読み出し、少なくとも2個の
電荷パターンを得ることを特徴とする固体撮像装置の駆
動方法。 - 【請求項8】前記垂直電荷転送部に読み出された全ての
電荷パターンは、一斉に1行分ずつシフトされ、水平電
荷転送部を介して出力回路部から出力されることを特徴
とする請求項7に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項9】前記信号電荷は、読み出しパルスが乗って
いる転送クロックパルスが入力することにより読み出さ
れることを特徴とする請求項7または8に記載の固体撮
像装置の駆動方法。 - 【請求項10】前記垂直電荷転送部の1繰り返し単位毎
に、2n(nは1以上の整数)個の前記光電変換部の各
々から読み出すことを特徴とする請求項7から9のいず
れかに記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項11】前記光電変換部の各々に蓄積された信号
電荷は、異なったタイミングで順次読み出されることを
特徴とする請求項10に記載の固体撮像装置の駆動方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000178907A JP2001060681A (ja) | 1999-06-14 | 2000-06-14 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16635399 | 1999-06-14 | ||
JP11-166353 | 1999-06-14 | ||
JP2000178907A JP2001060681A (ja) | 1999-06-14 | 2000-06-14 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001060681A true JP2001060681A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=26490754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000178907A Pending JP2001060681A (ja) | 1999-06-14 | 2000-06-14 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001060681A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006140411A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
JP2007049528A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Fujifilm Corp | 撮像装置および撮像方法 |
US8294800B2 (en) | 2008-11-19 | 2012-10-23 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and readout method thereof |
US8841714B2 (en) | 2011-01-14 | 2014-09-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid state imaging device |
US9419051B2 (en) | 2011-01-20 | 2016-08-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state imaging device |
-
2000
- 2000-06-14 JP JP2000178907A patent/JP2001060681A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006140411A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
US7738021B2 (en) | 2004-11-15 | 2010-06-15 | Sony Corporation | Imaging device |
JP2007049528A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Fujifilm Corp | 撮像装置および撮像方法 |
US8294800B2 (en) | 2008-11-19 | 2012-10-23 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and readout method thereof |
US8841714B2 (en) | 2011-01-14 | 2014-09-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid state imaging device |
US9419051B2 (en) | 2011-01-20 | 2016-08-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state imaging device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020702 |