JPWO2017073524A1 - Solid-state image sensor - Google Patents
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Abstract
電荷の転送不良の発生を抑制しつつ、良質な画像データを取得する。固体撮像素子(1)は、受光素子(フォトダイオード11)1行分の電荷(100)の量が閾値よりも少ない場合にのみ、当該受光素子(フォトダイオード11)1行分の電荷(100)を電荷増倍処理部(14)に転送する水平転送部(水平転送CCD13)を備える。Good quality image data is acquired while suppressing the occurrence of charge transfer defects. The solid-state imaging device (1) has a charge (100) for one row of the light receiving element (photodiode 11) only when the amount of charge (100) for one row of the light receiving element (photodiode 11) is smaller than the threshold. Is transferred to the charge multiplication processing section (14).
Description
本発明は、固体撮像素子に関し、特に、暗い場所においても良好に撮影をすることができる電荷増倍型の固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor, and more particularly, to a charge multiplication type solid-state image sensor that can perform good photographing even in a dark place.
近年、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等に代表される固体撮像素子の開発が活発に行われている。例えば、特許文献1には、電荷増倍が可能な電荷増倍装置CCDセルが開示されている。また、特許文献2には、出力レジスタからの信号電荷が転送される増倍レジスタを備えたCCDイメージャが開示されている。また、特許文献3には、光電変換部で検出した信号電荷の転送方向を、外部から印加する駆動波形に応じて第1方向または第2方向のいずれかに切り替えることが可能な水平転送部を備えた固体撮像装置が開示されている。
In recent years, solid-state imaging devices represented by CCD (Charge Coupled Device) image sensors and the like have been actively developed. For example,
さらに、従来の固体撮像素子の代表的な構成として、例えば、図13に示すような固体撮像素子5を挙げることができる。図13に示すように、固体撮像素子5は、平面視において2次元的に配置された複数のフォトダイオード51にて、入射光を光電変換して電荷を生成する。生成された電荷は、垂直転送CCD52によって水平転送CCD53に向けて垂直方向に転送されるとともに、水平転送CCD53は、フォトダイオード51の垂直方向1ライン毎の電荷を読み出して出力回路55に向けて転送する。また、水平転送CCD53と出力回路55との間には電荷増倍用電荷転送部54が設けられている。電荷増倍用電荷転送部54は、高電圧が印加されることによって、水平転送CCD53から転送されてきた電荷に対して数段から数千段の電荷増倍処理を行い、当該処理によって生成された増倍電荷を出力回路55に転送する。
Furthermore, as a typical configuration of a conventional solid-state imaging device, for example, a solid-
しかしながら、特許文献1に開示された電荷増倍装置CCDセル、および特許文献2に開示されたCCDイメージャは、電荷(信号電荷)の量によって電荷増倍処理を行う場合と行わない場合とに分かれる構成にはなっていない。そのため、例えば明るい場所を撮影する場合でも、上記の電荷増倍装置CCDセル等は電荷増倍処理を行うことから、この場合に取得した撮影画像の少なくとも一部が白く飛んだ状態になるという問題点があった。
However, the charge multiplier CCD cell disclosed in
また、特許文献3に開示された固体撮像装置は、正立像および鏡像の映像信号を得ることを目的とするものであり、撮影対象となる場所の明るさに拘らず良質な画像データを取得することを目的とするものではない。また、上記の固体画像装置は、信号電荷に電荷増倍処理を施すことが可能な構成にはなっていない。そのため、特に暗い場所を撮影した場合の画像データの画質が低下するという問題点があった。
The solid-state imaging device disclosed in
さらに、従来の固体撮像素子5においては、水平転送CCD53から転送されてきた電荷は、電荷増倍処理を行うか否かに拘らず、電荷増倍処理部54を経由した上で出力回路55に転送される。そして、電荷増倍処理を行う場合、電極間に高電界差を設けるために、電荷増倍処理部54のゲート電極(図示せず)に印加する電圧はlow時−4.5V程度、high時22.0V程度と非常に高い電圧となる。一方、電荷増倍処理を行わない通常転送の場合、上記印加電圧は、low時0V程度、high時3.0V程度と、電荷増倍処理を行う場合の印加電圧に比べてかなり低い電圧となる。
Further, in the conventional solid-
ここで、電荷増倍処理部54には、ゲート電極下に、転送部本体となるN型不純物層、および電荷転送の方向付けを行うためのP型不純物層(ともに図示せず)が形成されている。そして、これらの不純物層の設定は、ゲート電極に印加する電圧、電荷増倍処理部54に必要な電荷容量および転送効率によって最適な条件が異なってくる。それゆえ、電荷増倍処理部54において、ゲート電極に印加する電圧が−4.5V〜22.0V程度の場合の不純物層設定と、0V〜3.0V程度の場合の不純物層設定とを、電荷の取り残し等の転送不良を発生させることなく両立させることが非常に困難であった。
Here, in the charge
本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、撮影対象となる場所の明るさに拘らず良質な画像データを取得でき、かつ、低電圧印加時における電荷の転送不良の発生が抑制された固体撮像素子を提供することにある。 The present invention has been made to solve each of the above-mentioned problems, and the purpose thereof is to acquire high-quality image data regardless of the brightness of a place to be photographed, and when a low voltage is applied. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which occurrence of charge transfer defects is suppressed.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する、2次元的に配された複数の受光素子と、上記複数の受光素子から上記電荷を読み出して、垂直方向に転送する垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された上記電荷を、受光素子1行分の電荷毎に水平方向に転送する水平転送部と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷を生成する電荷増倍処理部と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷、および上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を、電気信号に変換して出力する信号出力部と、を備え、上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、上記受光素子1行分の電荷を上記電荷増倍処理部に転送する。
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements that photoelectrically convert incident light to generate charges, and the plurality of light receiving elements. A vertical transfer unit that reads the charge from the device and transfers the charge in the vertical direction; a horizontal transfer unit that transfers the charge transferred from the vertical transfer unit in the horizontal direction for each row of light receiving elements; and Charge multiplication processing is performed on the charge for one row of the light receiving elements transferred from the horizontal transfer unit to generate multiplied charge, and the light reception transferred from the horizontal transfer unit. A signal output unit that converts the charge for one row of elements and the multiplied charge transferred from the charge multiplication processing unit into an electrical signal and outputs the electrical signal, and the horizontal transfer unit includes the
本発明の一態様によれば、電荷の量に応じて水平転送部からの転送先を異ならせることにより、撮影対象となる場所の明るさに拘らず良質な画像データを取得でき、かつ、低電圧印加時における電荷の転送不良の発生を抑制することができる。 According to one embodiment of the present invention, by changing the transfer destination from the horizontal transfer unit according to the amount of charge, high-quality image data can be acquired regardless of the brightness of the location to be imaged, and low It is possible to suppress the occurrence of charge transfer failure when a voltage is applied.
〔実施形態1〕
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照しながら、詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
<固体撮像素子の構成>
まず、固体撮像素子1の主要な構成について説明する。図1は、固体撮像素子1の主要部を示す概略図である。固体撮像素子1は、入射光を光電変換して電荷100(図2等参照)を生成し、生成された電荷100に基づいて2次元画像のデータを構成する電気信号を出力するものである。図1に示すように、固体撮像素子1は、フォトダイオード(受光素子)11、垂直転送CCD(垂直転送部)12、水平転送CCD(水平転送部)13、電荷増倍処理部14、出力回路(信号出力部)15、湾曲転送部16、プリスキャン部17および18を備えている。<Configuration of solid-state image sensor>
First, the main configuration of the solid-
なお、固体撮像素子1は、スマートフォン、カメラ付き携帯電話機、デジタルビデオカメラ、ドアホン、スキャナ等の各種電子機器に適用することができる。
The solid-
フォトダイオード11は、入射光を光電変換して電荷100を生成するものであり、平面視において、m行×n列の合計m×n個のフォトダイオード(複数の受光素子)11が2次元マトリックス状に配置されている。なお、フォトダイオード11の個数および配置については、2次元的に配置されている限り特に限定されないが、図1では、図示を簡単にするため4行×5列の配列を例示している。
The
垂直転送CCD12は、フォトダイオード11で生成された電荷100を読み出して、垂直方向に転送するものであり、各フォトダイオード11に対応して設けられている。
The
水平転送CCD13は、垂直転送CCD12から転送された電荷100を、フォトダイオード11の行分(受光素子1行分)の電荷100毎に水平方向に転送する。また、水平転送CCD13は、図1に示すように、フォトダイオード11の行分の電荷100を、R11方向(紙面向かって左方向)およびR12方向(紙面向かって右方向)の両方向に転送することができる。さらに、水平転送CCD13は、電荷増倍処理を行わない通常転送用の転送部であることから、低電圧の印加に適した設計となっている。水平転送CCD13の主要な構成および転送方向の切り替え方式については後述する。
The
電荷増倍処理部14は、水平転送CCD13から転送されたフォトダイオード11の行分の電荷100に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷110(図4等参照)を生成するとともに、生成した増倍電荷110を出力回路15に転送する。また、電荷増倍処理部14は、電荷増倍処理に対応するために高電圧に印加に適した設計となっている。電荷増倍処理部14の主要な構成および増倍電荷110の生成/転送方式については後述する。
The charge
出力回路15は、水平転送CCD13から直接転送されたフォトダイオード11の行分の電荷100、および電荷増倍処理部14から転送された増倍電荷110を、それぞれ電気信号に変換して出力する。
The
湾曲転送部16、プリスキャン部17および18は、電荷100および増倍電荷110を単に転送するだけの空転送部としての機能を果たすものである。具体的には、湾曲転送部16はフォトダイオード11の行分の電荷100を転送し、プリスキャン部17はフォトダイオード11の行分の電荷100または増倍電荷110を転送する。また、プリスキャン部18は、フォトダイオード11の行分の電荷100および増倍電荷110を出力回路15に転送する。湾曲転送部16、プリスキャン部17および18は、水平転送CCD13と略同一の構成となっており、水平転送CCD13とともに、フォトダイオード11の行分の電荷100を通常転送する機能を果たす。
The
<水平転送CCD>
次に、図2、図3、図14および図15を用いて、水平転送CCD13の主要な構成および転送方向の切り替え方式について説明する。図2の(a)は、水平転送CCD13の主要部を示す断面図である。図2の(b)および(c)は、フォトダイオード11の行分の電荷100をR11方向に転送する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態を示すグラフである。図2の(d)および(e)は、フォトダイオード11の行分の電荷100をR12方向に転送する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態を示すグラフである。<Horizontal transfer CCD>
Next, the main configuration of the
また、図3の(a)は、固体撮像素子1における、フォトダイオード11に入射する入射光の光量と出力回路15から出力される電気信号の出力値との関係を示すグラフである。図3の(b)は、前記グラフを用いた、フォトダイオード11の行分の電荷100の量の閾値の設定方法を示す図である。
FIG. 3A is a graph showing the relationship between the amount of incident light incident on the
さらに、図14の(a)は、従来の通常転送用水平転送部の一例である、水平転送CCD53の主要部を示す断面図である。図14の(b)および(c)は、フォトダイオード11の行分の電荷100をR51方向(図13参照)に転送する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態を示すグラフである。図15は、従来の通常転送用水平転送部の他の例である、水平転送CCD53’の主要部を示す断面図である。
Further, FIG. 14A is a cross-sectional view showing a main part of the
従来の通常転送用水平転送部は、フォトダイオード1行分の電荷毎に転送を行うため、1フレーム中に、フォトダイオードの行数に相当する回数の転送を行う必要がある。そのため、通常転送用垂直転送部に比べて高速な転送が要求されることから、従来の通常転送用水平転送部においては、2相駆動転送を採用することが一般的になっている。なお、「1フレーム」とは、2次元的に配された複数のフォトダイオードから1枚の2次元画像のデータを読み出すのに要する時間を指す。 Since the conventional horizontal transfer unit for normal transfer performs transfer for each charge of one row of photodiodes, it is necessary to perform transfer corresponding to the number of rows of photodiodes in one frame. Therefore, since high-speed transfer is required as compared with the normal transfer vertical transfer unit, the conventional normal transfer horizontal transfer unit generally employs two-phase drive transfer. Note that “one frame” refers to the time required to read one two-dimensional image data from a plurality of two-dimensionally arranged photodiodes.
ここで、従来の通常転送用水平転送部の主要な構成、および2層駆動転送の方式について、固体撮像素子5(図13参照)に備えられた水平転送CCD53を例に挙げて説明する。
Here, the main configuration of the conventional normal transfer horizontal transfer unit and the two-layer drive transfer method will be described by taking the
図14の(a)に示すように、水平転送CCD53は、不純物層74および当該不純物層74に電界を加えるための複数のゲート電極71が、鉛直下側からこの順で積層配置された構成となっている。不純物層74は、ポテンシャル形成のためのN型不純物層72と、電荷転送の方向付けと電荷蓄積領域を形成するためのN型+P型不純物層73とが交互に配置された構成となっている。また、2つのゲート電極71を1組にした上で、互いに隣り合うゲート電極71の組であるφH1およびφH2に対して、パルス電圧を交互に反転させて印加する。
As shown in FIG. 14A, the
図14の(b)に示すように、φH1に印加するパルス電圧をlow電圧、φH2に印加するパルス電圧をhigh電圧とした場合、階段状になったポテンシャルに基づいて転送された電荷500は、φH2におけるN型不純物層72の領域に蓄積される。次に、図14の(c)に示すようにパルス電圧を反転させて、φH1に印加するパルス電圧をhigh電圧、φH2に印加するパルス電圧をlow電圧とした場合、階段状になったポテンシャルに基づいて転送された電荷500は、φH1におけるN型不純物層72の領域に蓄積される。
As shown in FIG. 14B, when the pulse voltage applied to φH1 is a low voltage and the pulse voltage applied to φH2 is a high voltage, the
このように、2層駆動転送においては1回のパルス電圧の反転によって1組のゲート電極71の下を電荷500が移動していくため、高速転送には向いている反面、電荷500を蓄積できる領域がN型不純物層72のみになる。そのため、2層駆動転送は、電荷容量の観点からは不利な転送方式であり、特に、構造上面積を大きくできない通常転送用垂直転送部等には不向きな転送方式である。また、2層駆動転送では1方向にしか電荷500を転送することができず、電荷500の転送方向を適宜切り替えることができない。
As described above, in the two-layer drive transfer, the
なお、水平転送CCD53は、N型不純物層72に対向するゲート電極71とN型+P型不純物層73に対向するゲート電極71とが、配線によって電気的に接続されている構成になっていることから、この構成と実質的に同一となる構成を採用した通常転送用水平転送部を用いてもよい。例えば、図15に示すように、ゲート電極71の代わりに1組のN型不純物層72およびN型+P型不純物層73に対向するゲート電極71’を備えている水平転送CCD53’を、通常転送用水平転送部として用いてもよい。
The
ここで、水平転送CCD53は、N型不純物層72と、当該N型不純物層72に対して紙面向かって右側のN型+P型不純物層73とを1組にして、紙面向かって左側に電荷500を転送している(図14参照)。したがって、N型不純物層72と、当該N型不純物層72に対して紙面向かって左側のN型+P型不純物層73とが1組になるような2つのゲート電極71の組合せにすれば、水平転送CCD53は、紙面向かって右側に電荷500を転送することができる。
Here, the
すなわち、水平転送CCD13は、上記のような2つのゲート電極71の組合せを切り替えるという発想を取り入れている。具体的には、図2に示すように、N型不純物層13bに対向する2つのゲート電極13aをそれぞれφH1、φH2とし、N型+P型不純物層13cに対向する2つのゲート電極13aをそれぞれφHA、φHBとする。そして、これら水平方向に直列的に配置された4つのゲート電極(4つの電極)13aを1パケットとして、1つのフォトダイオード(受光素子1つ当り)11から読み出される電荷100の転送に対応させる。
That is, the
フォトダイオード11の行分の電荷100をR11方向に転送させる場合、水平転送CCD13は、図2の(b)および(c)に示すように、φH1とφHA、φH2とφHBをそれぞれ1組にして、それぞれの組に同一のパルス電圧(low電圧:0V、high電圧:+3.0V、図7の(b)参照)が印加されるようにする。R11方向に転送されたフォトダイオード11の行分の電荷100は、出力回路15に直接入力される(図1参照)。一方、R12方向に転送させる場合、水平転送CCD13は、図2の(d)および(e)に示すように、φH1とφHB、φH2とφHAをそれぞれ1組にして、それぞれの組に同一のパルス電圧が印加されるようにする。R12方向に転送されたフォトダイオード11の行分の電荷100は、電荷増倍処理部14において電荷増倍処理が施された上で出力回路15に入力される(図1参照)。
When transferring the
換言すれば、水平転送CCD13は、フォトダイオード11の行分の電荷100の転送方向に応じて、N型不純物層13bに対向するゲート電極13a(φH1、φH2)とN型+P型不純物層13cに対向するゲート電極13a(φHA、φHB)との組合せを切り替える。
In other words, the
ここで、水平転送CCD13によるフォトダイオード11の行分の電荷100の転送方向の切り替えは、垂直転送CCD12から読み出したフォトダイオード11の行分の電荷100の量が閾値よりも少ないか否かを判定することにより行われる。具体的には、水平転送CCD13は、出力回路15から出力された電気信号の出力値(すなわち、電荷100の量)を検知し、検知した電気信号の出力値が後述する下限閾値よりも少ない場合、撮影対象となる場所が暗いと判定する。この場合、水平転送CCD13は、フォトダイオード11の行分の電荷100を電荷増倍処理部14に向けて(R12方向)転送するために、同一のパルス電圧が印加されるゲート電極13aの組として、φH1とφHB、φH2とφHAをそれぞれ1組にする。
Here, switching of the transfer direction of the
一方、検知した電気信号の出力値が後述する上限閾値以上の場合、水平転送CCD13は、撮影対象となる場所が明るいと判定する。この場合、水平転送CCD13は、フォトダイオード11の行分の電荷100を出力回路15に向けて(R11方向)転送するために、同一のパルス電圧が印加されるゲート電極13aの組として、φH1とφHA、φH2とφHBをそれぞれ1組にする。換言すれば、水平転送CCD13は、フォトダイオード11の行分の電荷100の量が閾値よりも少ない場合にのみ、フォトダイオード11の行分の電荷100を電荷増倍処理部14に転送する。
On the other hand, when the output value of the detected electrical signal is equal to or higher than an upper limit threshold described later, the
ここで、上記各閾値の設定方法について、図3を用いて説明する。まず、固体撮像素子1(試作品等でもよい)を用いて、フォトダイオード11に入射する入射光と出力回路15から出力される電気信号の出力値とを、通常転送の場合および増倍転送の場合のそれぞれについて測定する。そして、測定結果に基づいて、図3の(a)に示すような、入射光の光量と電気信号の出力値との関係を示すグラフを作成する。図3の(a)に示すように、電荷増倍処理部14による増倍電荷110の転送は、例えば、プリスキャン部17等の電荷容量によって制限されることから、入射光の光量が所定の値以上になった場合、増倍転送における電気信号の出力値は一定になって飽和する。
Here, the setting method of each said threshold value is demonstrated using FIG. First, by using the solid-state imaging device 1 (which may be a prototype or the like), the incident light incident on the
そこで上記のグラフを用いて、図3の(b)に示すように、増倍転送の場合における、出力値が飽和する光量よりも若干少ない光量(以下、「基準光量」とする)に対応する出力値を上限閾値として設定する。これにより、増倍転送時に出力信号が飽和する少し手前の出力値(上限閾値)以上の出力値が出力された場合、次フレームからは通常転送を行う。一方、通常転送の場合における、基準光量に対応する出力値を下限閾値として設定する。これにより、下限閾値を下回る出力値が出力された場合、次フレームからは増倍転送へと転送を切り替える。このように上限閾値および下限閾値を設定することで、増倍転送中に出力回路15からの電気信号の出力値が飽和することなく、電荷100の転送方向を切り替えることができる。
Therefore, using the above graph, as shown in FIG. 3B, it corresponds to a light amount (hereinafter referred to as “reference light amount”) slightly smaller than the light amount at which the output value is saturated in the case of multiplication transfer. Set the output value as the upper threshold. As a result, when an output value equal to or higher than the output value (upper limit threshold) slightly before the output signal is saturated during multiplication transfer, normal transfer is performed from the next frame. On the other hand, the output value corresponding to the reference light amount in the case of normal transfer is set as the lower limit threshold value. As a result, when an output value lower than the lower limit threshold is output, the transfer is switched from the next frame to the multiplication transfer. By setting the upper limit threshold and the lower limit threshold in this way, the transfer direction of the
なお、上記転送方向の切り替えの判定基準となる閾値は、例えば、固体撮像素子1を搭載した電子機器等の製造時において、固体撮像素子1の内部あるいは外部に備えられた記憶部(図示せず)に予め記憶させてもよい。また例えば、固体撮像素子1を搭載した電子機器等の操作入力部(図示せず)からユーザ操作をすること等により、ユーザが任意に設定してもよい。
The threshold value serving as a determination criterion for switching the transfer direction is, for example, a storage unit (not shown) provided inside or outside the solid-
<電荷増倍処理部>
次に、図4〜図6および図16を用いて、電荷増倍処理部14の主要な構成および増倍電荷110の生成方式について説明する。図4は、電荷増倍処理部14の主要部の一例を示す断面図、および増倍電荷110を生成する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態の一例を示すグラフである。図5は、電荷増倍処理部14の主要部の他の例を示す断面図、および増倍電荷110を生成する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態の他の例を示すグラフである。図6は、電荷増倍処理部14の各ゲート電極に印加するパルス電圧の一例を示す表である。<Charge multiplication processing unit>
Next, the main configuration of the charge
また、図16の(a)は、従来の電荷増倍用転送部54の主要部の構成を示す断面図である。図16の(b)〜(d)は、増倍電荷510をR52方向に転送する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態を示すグラフである。
FIG. 16A is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a conventional charge
まず、従来の増倍電荷処理部の主要な構成および増倍電荷の生成/転送方式について、固体撮像素子5(図13参照)に備えられた電荷増倍処理部54を例に挙げて説明する。図16の(a)に示すように、電荷増倍処理部54についても、電荷増倍処理が行われない従来の通常転送用水平転送部と同様の構成になっている(水平転送CCD53、図14の(a)参照)。
First, the main configuration of the conventional multiplying charge processing unit and the method of generating / transferring the multiplying charge will be described by taking the charge multiplying
ここで、図16の(b)〜(d)に示すように、電荷増倍処理部54における増倍電荷510の転送方式は、従来の通常転送用水平転送部と同様の2相駆動転送方式となる(図14の(b)および(c)参照)。また、電荷増倍処理部54の各ゲート電極71に印加されるパルス電圧のhigh電圧は、電荷増倍反応が生じる+20.0V以上の電圧値に設定される。このような増倍電荷510の生成/転送方式では、図16の(c)に示すように、各ゲート電極71に印加されたパルス電圧の反転途中状態においてポテンシャル差が小さくなる時点が生じてしまい、電荷増倍反応が十分に起こらない可能性がある。
Here, as shown in FIGS. 16B to 16D, the transfer method of the multiplication charge 510 in the charge
その点、電荷増倍処理部14は、図4の断面図に示すように、出力回路15に近い側から順に、第1ゲート電極(第1電極)14a、第3ゲート電極(第3電極)14cおよび第2ゲート電極(第2電極)14bが水平方向に直列的に配置された構成となっている。また、これら3つの電極(3つの電極)は全て同一形状であるとともに、各電極の鉛直下側には、紙面向かって左側にN型不純物層14dが、紙面向かって左側にN型+P型不純物層14eが、それぞれ配置されている。
In that respect, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the charge
また、図6に示すように、第1ゲート電極14aは電荷増倍用ゲートφEM2として、low電圧が−4.5V、high電圧が+22.0Vとなる第1パルス電圧が印加される。第2ゲート電極14bは転送/蓄積用ゲートφEM1として、low電圧が−4.5V、high電圧が+3.0Vとなる第2パルス電圧が印加される。第3ゲート電極14cは固定ポテンシャル用ゲートEMHとして、−3.0Vの定電圧が印加される。
As shown in FIG. 6, the
換言すれば、出力回路15に最も近い側に配置された第1ゲート電極14aには、第1パルス電圧が印加され、出力回路15に最も遠い側に配置された第2ゲート電極14bには、第1パルス電圧のhigh電圧よりも低いhigh電圧となる第2パルス電圧が印加される。また、第1ゲート電極14aと第2ゲート電極14bとの間に配置された第3ゲート電極14cには、第1パルス電圧のhigh電圧よりも低く、かつ、第2パルス電圧のlow電圧よりも高い定電圧が印加される。
In other words, the first pulse voltage is applied to the
具体的には、図4の紙面向かって上側のグラフのように、ゲートφEM1にhigh電圧(+3.0V)が印加された状態で、電荷100はゲートφEM1下のN型不純物層14dに蓄積される。ここで、ゲートφEM2にhigh電圧(+22.0V)を印加して、ゲートφEM2に形成されたポテンシャルが待ち受けている状態にしておく。
Specifically, as shown in the upper graph of FIG. 4, the
次に、図4の紙面向かって中央のグラフのように、ゲートφEM1にlow電圧(−4.5V)を印加すると、ゲートφEM1下に蓄積されていた電荷100は、ゲートEMHに形成されたポテンシャルを介して、ゲートEM2に形成されたポテンシャルに向けて急激に移動を開始する。そして、電荷100がゲートEM2に形成されたポテンシャルに転送されることにより当該電荷100に電荷増倍反応が生じ、増倍電荷110が生成される。生成された増倍電荷110は、ゲートφEM2下のN型不純物層14dに蓄積される。
Next, when a low voltage (−4.5 V) is applied to the gate φEM1 as shown in the center graph of FIG. 4, the
次に、図4の紙面向かって下側のグラフのように、ゲートφEM2下のN型不純物層14dに蓄積された増倍電荷110は、ゲートφEM2にlow電圧(−4.5V)を印加し、ゲートφEM1にhigh電圧(+3.0V)を印加することによりゲートφEM2からゲートφEM1に転送される。そして、再びゲートφEM1下のN型不純物層14dに蓄積される。
Next, as shown in the lower graph of FIG. 4, the
なお、電荷増倍処理部14は、3つの電極(第1ゲート電極14a〜第3ゲート電極14c)のそれぞれについて、その鉛直下側に、N型不純物層14dおよびN型+P型不純物層14eが配置された構成になっているが、このような構成に限定する必要はない。例えば、固定ポテンシャル用ゲートEMH(第3ゲート電極14c)は、電荷増倍反応が十分に生じるように、転送/蓄積用ゲートφEM1(第2ゲート電極14b)から電荷増倍用ゲートφEM2(第1ゲート電極14a)への電荷の移動を一旦止めておく役割を果たす。したがって、ゲートEMHにおける水平方向の電極の長さであるゲート長を、ショートチャネルが生じない程度まで短くすることが可能である。また、ゲートEMHの鉛直下側にN型不純物層14dを配置する必要は必ずしもない。
Note that the charge
以上のことから、図5の(a)に示すように、ゲートENHの鉛直下側にN型+P型不純物層14eのみが配置されるようにゲートEMHのゲート長を短くするとともに、前記ゲート長を短くした分だけゲートφEM1およびゲートφEM2のゲート長を長くした、電荷増倍処理部14’のような構成を採用してもよい。このような構成にすることで、電荷増倍処理部14と同程度の電荷増倍効果を得つつ(図16の(b)〜(d))、電荷増倍処理部の電荷容量をより大きくすることができる。
From the above, as shown in FIG. 5A, the gate length of the gate EMH is shortened so that only the N-type + P-
なお、固体撮像素子1に備えられる電荷増倍処理部として、例えば電荷増倍処理部54のような、従来の電荷増倍処理部を採用してもよい。
Note that a conventional charge multiplication processing unit such as the charge
<プリスキャン部と電荷増倍処理部との接続>
次に、図7を用いて、プリスキャン部17と電荷増倍処理部14との接続について説明する。図7の(a)は、プリスキャン部17と電荷増倍処理部14との接続箇所付近の構成を示す断面図、およびフォトダイオード11の行分の電荷100をプリスキャン部17から電荷増倍処理部14に転送する場合における、パルス電圧およびポテンシャルの状態を示すグラフである。図7の(b)は、プリスキャン部17および電荷増倍処理部14の各ゲート電極に印加するパルス電圧の一例を示す表である。<Connection between prescan unit and charge multiplication processing unit>
Next, the connection between the
電荷増倍処理部14の転送/蓄積用ゲートφEM1(第2ゲート電極14b)のhigh電圧は、電荷100の転送/蓄積を行うのみであれば、固定ポテンシャル用ゲートEMH(第3ゲート電極14c)の定電圧よりも高ければよい。したがって、例えば、ゲートφEM1のhigh電圧を0V程度に設定しても、電荷100の転送/蓄積自体に支障は生じない。
The high voltage of the transfer / accumulation gate φEM1 (
しかし、図7の(a)に示すように、電荷増倍処理部14と接続しているプリスキャン部17は、水平転送CCD13と同一の構成となっている。また、プリスキャン部17に配置された各ゲート電極13aには、図7の(b)に示すように、水平転送CCD13に印加されるパルス電圧(low電圧:0V、high電圧:+3.0V)と同じパルス電圧が印加される。したがって、ゲートφEM1のhigh電圧をプリスキャン部17に印加されるパルス電圧のhigh電圧と同じ+3.0Vにしなければ、プリスキャン部17から電荷増倍処理部14への上記電荷100の転送ができなくなってしまう。
However, as shown in FIG. 7A, the
そこで、図7の(b)に示すように、電荷増倍処理部14のゲートφEM1は、high電圧が+3.0Vとなる第2パルス電圧が印加されるようにする。そして、図7の(a)のグラフに示すように、プリスキャン部17の最終ゲート(φH1、φHAの組)にlow電圧(0V)が印加される時に、電荷増倍処理部14の開始ゲート(φEM1)にhigh電圧(+3.0V)が印加されるようにする。このようにすることで、フォトダイオード11の行分の電荷100を、プリスキャン部17から電荷増倍処理部14に転送することができる。
Therefore, as shown in FIG. 7B, the gate φEM1 of the charge
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図8および図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。後述する実施形態3についても同様である。[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The same applies to
本発明に係る固体撮像素子の実施形態としては、上述の固体撮像素子1のみならず、様々なバリエーションが想定されるものである。
As an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention, not only the above-described solid-
先ず、本発明に係る固体撮像素子は、図8に示すように、フォトダイオード11の行分の電荷100が転送される第1出力回路(第1信号出力部)25、および増倍電荷110が転送される第2出力回路(第2信号出力部)を備えた固体撮像素子2を実施形態として含む。第1出力回路25は、水平転送CCDから転送されたフォトダイオード11の行分の電荷100を電気信号に変換して出力する。また、第2出力回路26は、電荷増倍処理部54から転送された増倍電荷110を電気信号に変換して出力する。さらに、固体撮像素子2は、プリスキャン部17および18に代えてプリスキャン部28および29を備えている。
First, as shown in FIG. 8, the solid-state imaging device according to the present invention includes a first output circuit (first signal output unit) 25 to which charges 100 for a row of the
このように、通常転送用の出力回路と電荷増倍用の出力回路と別々にすることで、水平転送CCD13を低電圧印加用に適した設計にし、電荷増倍処理部14を高電圧印加用に適した設計にすることがより簡単になる。
Thus, by separating the normal transfer output circuit and the charge multiplication output circuit, the
次に、本発明に係る固体撮像素子は、図9に示すように、電荷増倍処理部14が2段設けられた固体撮像素子3を実施形態として含む。固体撮像素子3は、上記の固体撮像素子2と同様に、第1出力回路25、第2出力回路26、プリスキャン部28および29を備えている。また、固体撮像素子3は、固体撮像素子1および2と異なり、プリスキャン部37および湾曲転送部36をさらに備えている。
Next, as shown in FIG. 9, the solid-state imaging device according to the present invention includes, as an embodiment, a solid-
1段の電荷増倍処理部14の電荷増倍処理では、約1%程度の増倍率でしか増倍電荷110が生成されないことから、固体撮像素子1および2の構成では、所望の増倍率を得ることができない可能性がある。したがって、図9に示すように、1段目の電荷増倍処理部14の増倍電荷出力側にさらに湾曲転送部36を設けて2段目の電荷増倍処理部14を追加することにより、電荷増倍処理部14全体としての増倍率を高くすることができる。
In the charge multiplication processing of the one-stage charge
なお、本発明に係る固体撮像素子における電荷増倍処理部14の増倍段数は、固体撮像素子3のような2段には限定されない。ユーザが所望する増倍率が得られる程度まで、電荷増倍処理部14の増倍段数を増やしてもよい。
Note that the number of multiplication stages of the charge
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図10〜図12に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図10の(a)は、水平転送CCD13における、1パケットと必要なゲート電極との関係を示す図である。図10の(b)は、電荷増倍処理部14における、1パケットと必要なゲート電極との関係を示す図である。図11は、垂直転送CCD12からの電荷100の読み出しから第2出力回路26への増倍電荷110の転送までの、一連の流れを示す概略図である。図12は、第1出力回路25から出力された電気信号に基づく画像データと、第2出力回路26から出力された電気信号に基づく画像データとの関係を示す概略図である。[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. FIG. 10A is a diagram showing the relationship between one packet and a necessary gate electrode in the
<水平転送CCDおよび電荷増倍処理部のパケット総数と空転送部の設置との関係>
上述の固体撮像素子1〜3では、図10の(a)に示すように、水平転送CCD13については、φH1、φH2、φHAおよびφHBの4つのゲート電極13aが1パケットとなる。また、図10の(b)に示すように、電荷増倍処理部14については、電荷増倍用ゲートφEM2(第1ゲート電極14a)、転送/蓄積用ゲートφEM1(第2ゲート電極14b)、および固定ポテンシャル用ゲートEMH(第3ゲート電極14c)が1パケットとなる。<Relationship between the total number of packets in the horizontal transfer CCD and the charge multiplication processing unit and the installation of the empty transfer unit>
In the above-described solid-
したがって、水平転送CCD13に配置されるゲート電極13aの総数は、最低限、フォトダイオード1行分の数の4倍になる必要がある。換言すれば、φH1、φH2、φHAおよびφHBの4つのゲート電極13aの総数(4つの電極の総数)が、フォトダイオード1行分の数の4倍以上になっている必要がある。
Therefore, the total number of
一方、電荷増倍処理部14については、ゲートφEM2、ゲートφEM1およびゲートEMHの3つの電極の総数がフォトダイオード1行分の数の3倍になる必要は必ずしもない。但し、電荷増倍処理部14に配置された上記3つの電極の総数が増倍段数の3倍になっている方が、1段の電荷増倍処理部14で実行される電荷増倍処理毎に電荷増倍反応を精度高く生じさせることができ、好ましい。
On the other hand, in the charge
ここで、図11の(a)および(b)に示すように、水平転送CCD13は、垂直転送CCD12からフォトダイオード11の行分の電荷100毎に読み出して水平方向に転送する。そして、図11の(c)に示すように、フォトダイオード11の1行目の電荷100の全てを転送した時点で、水平転送CCD13は垂直転送CCD12から2行目の電荷100を読み出す。3行目の電荷100の読み出しについても同様である(図11の(d)および(e))。したがって、電荷増倍処理部14のパケット総数が水平転送CCD13のパケット総数(フォトダイオード11の行分の数に相当)と同じであった方が、電荷100の読み出しから電気信号の出力までをスムーズに行うことができる。
Here, as shown in FIGS. 11A and 11B, the
すなわち、電荷増倍処理部14の増倍段数には制限はないが、電荷増倍処理部14のパケット総数がフォトダイオード11の行分の数に満たない場合、その不足分を、増倍電荷110の転送のみを行う空転送部(図示せず)で補うことが好ましい。換言すれば、電荷増倍処理部14のパケット総数がフォトダイオード11の行分の数に満たない場合、電荷増倍処理部14は、増倍電荷110の転送のみを行う空転送部を、フォトダイオード11の行分の数(受光素子1行分の数)から増倍段数を差し引いた数の分だけ備えていることが好ましい。なお、空転送部1パケットは、水平転送CCD13の1パケットと同一の構成になっている。
That is, the number of multiplication stages of the charge
例えば、フォトダイオード11の行分の数が500枚の場合、水平転送CCD13のゲート電極13aの総数は最低2000枚必要となる。また、電荷増倍処理部14を300段設けている場合、電荷増倍処理部14におけるゲートφEM2、ゲートφEM1およびゲートEMHの3つの電極の総数が900枚、すなわち電荷増倍処理部14のパケット総数が300パケットであることが好ましい。この場合、電荷増倍処理部14のパケット総数は、水平転送CCD13のパケット総数500パケットに対して200パケット不足していることから、不足分200パケットの空転送部(ゲート電極13aの総数は800枚)を設置することが好ましい。
For example, when the number of rows of the
<左右ミラー反転した画像の処理>
これまで述べてきたように、本発明に係る固体撮像素子は、通常転送の場合は電荷100をR11方向に、電荷増倍処理を行う場合はR11方向と反対方向のR12方向に、それぞれ水平転送CCD13によって転送する構成になっている(図1参照)。したがって、例えば、第1出力回路25および第2出力回路26を備える固体撮像素子2の構成を採用した場合、図12に示すように、第1出力回路25から得られた画像データ(図中の「B」)に対して、第2出力回路から得られた画像データは、左右ミラー反転した画像となる。<Processing of mirror-inverted image>
As described above, the solid-state imaging device according to the present invention performs horizontal transfer in the R11 direction when performing normal transfer, and in the R12 direction opposite to the R11 direction when performing charge multiplication processing. The data is transferred by the CCD 13 (see FIG. 1). Therefore, for example, when the configuration of the solid-
そこで、本発明に係る固体撮像素子においては、上記各出力回路から得られた画像データを当該固体撮像素子の外部に設けられた記憶部(図示せず)に一旦格納し、左右ミラー反転した画像に対応する画像データに対して、左右を反転させる処理を行う。なお、この処理は、フォトダイオード11の行毎に行ってもよいし、画像データ全体に対して一括して行ってもよい。
Therefore, in the solid-state image pickup device according to the present invention, the image data obtained from each of the output circuits is temporarily stored in a storage unit (not shown) provided outside the solid-state image pickup device, and the left-right mirror is inverted. A process of inverting the left and right is performed on the image data corresponding to. This process may be performed for each row of the
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る固体撮像素子(1、2、3)は、入射光を光電変換して電荷(100)を生成する、2次元的に配された複数の受光素子(フォトダイオード11)と、上記複数の受光素子から上記電荷を読み出して、垂直方向に転送する垂直転送部(垂直転送CCD12)と、上記垂直転送部から転送された上記電荷を、受光素子1行分の電荷毎に水平方向に転送する水平転送部(水平転送CCD13)と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷(110)を生成する電荷増倍処理部(14、14’)と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷、および上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を、電気信号に変換して出力する信号出力部(出力回路15、第1出力回路25、第2出力回路26)と、を備え、上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、上記受光素子1行分の電荷を上記電荷増倍処理部に転送する。[Summary]
The solid-state imaging device (1, 2, 3) according to
上記構成によれば、水平転送部は、垂直転送部から転送された受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、当該受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送する。したがって、垂直転送部から転送された受光素子1行分の電荷の量が閾値以上の場合、水平転送部は、当該受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送することになる。 According to the above configuration, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of light receiving elements to the charge multiplication processing unit only when the amount of charge for one row of light receiving elements transferred from the vertical transfer unit is smaller than the threshold value. Forward to. Therefore, when the amount of charge for one row of light receiving elements transferred from the vertical transfer unit is equal to or greater than the threshold value, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of light receiving elements to the signal output unit.
ここで、受光素子に入射した光の明るさと当該受光素子が生成する電荷の量とは比例関係にあることから、水平転送部は、受光素子に所定の光の明るさよりも暗い光が入射した場合に、受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送する。そして、電荷増倍処理部は、増倍電荷を生成するとともに当該増倍電荷を信号出力部に転送する。また、水平転送部は、受光素子に所定の光の明るさ以上の明るい光が入射した場合に、受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送する。したがって、信号出力部は、受光素子に入射した光の明るさに拘らず、良質な画像データが得られる光の明るさに対応した電気信号を出力することができる。 Here, since the brightness of the light incident on the light receiving element is proportional to the amount of charge generated by the light receiving element, the horizontal transfer unit receives light that is darker than the predetermined light brightness on the light receiving element. In this case, the charge for one row of the light receiving elements is transferred to the charge multiplication processing unit. Then, the charge multiplication processing unit generates the multiplied charge and transfers the multiplied charge to the signal output unit. In addition, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of the light receiving elements to the signal output unit when bright light having a predetermined brightness or more is incident on the light receiving elements. Therefore, the signal output unit can output an electrical signal corresponding to the brightness of light from which good quality image data can be obtained regardless of the brightness of the light incident on the light receiving element.
そのため、本発明に係る固体撮像素子は、暗い場所を撮影する場合には電荷増倍処理部で電荷増倍処理を行うことにより、明るい場所を撮影する場合には受光素子1行分の電荷を水平転送部から信号出力部に直接転送することにより、撮影対象となる場所の明るさに拘らず良質な画像データを取得することができる。 For this reason, the solid-state imaging device according to the present invention performs charge multiplication processing in the charge multiplication processing unit when photographing a dark place, and charges one row of light receiving elements when photographing a bright place. By directly transferring from the horizontal transfer unit to the signal output unit, it is possible to acquire high-quality image data regardless of the brightness of the place to be imaged.
また、本発明に係る固体撮像素子は、電荷の通常転送を行う水平転送部と、電荷増倍処理を行う電荷増倍処理部とが別々に備えられていることから、水平転送部については低電圧での最適化設計を行い、電荷増倍処理部については高電圧での最適化設計を行うことができる。そのため、低電圧印加時における、電荷の取り残し等の転送不良の発生を防止することができる。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a horizontal transfer unit that performs normal charge transfer and a charge multiplication processing unit that performs charge multiplication processing. Optimization design with voltage can be performed, and optimization design with high voltage can be performed for the charge multiplication processing unit. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of transfer defects such as charge remaining when a low voltage is applied.
本発明の態様2に係る固体撮像素子(2、3)は、上記態様1において、上記信号出力部は、第1信号出力部(第1出力回路25)と第2信号出力部(第2出力回路26)とを含み、上記第1信号出力部は、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷を上記電気信号に変換して出力するとともに、上記第2信号出力部は、上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を上記電気信号に変換して出力することが好ましい。
The solid-state imaging device (2, 3) according to
電荷増倍処理が施された増倍電荷の電荷数は、水平転送部から通常転送された電荷の電荷数に比べてかなり多い。したがって、増倍電荷および通常転送された電荷が同一の信号出力部に入力される場合、当該信号出力部が通常転送用に設計されたものであれば、増倍電荷を電気信号に変換し切れなくなる可能性がある。 The number of charges of the multiplied charge subjected to the charge multiplication process is considerably larger than the number of charges normally transferred from the horizontal transfer unit. Therefore, when the multiplied charge and the normally transferred charge are input to the same signal output unit, if the signal output unit is designed for normal transfer, the multiplied charge cannot be completely converted into an electric signal. There is a possibility of disappearing.
その点、上記構成によれば、第1信号出力部には水平転送部から受光素子1行分の電荷が直接転送され、第2信号出力部には増倍電荷が転送される。したがって、第1信号出力部を通常転送に適するように設計し、第2信号出力部を電荷増倍処理に適するように設計することが可能となる。それゆえ、本発明に係る固体撮像素子は、通常転送された電荷および増倍電荷のそれぞれについて、確実に電気信号に変換することができる。 In this respect, according to the above configuration, the charge for one row of the light receiving elements is directly transferred from the horizontal transfer unit to the first signal output unit, and the multiplied charge is transferred to the second signal output unit. Therefore, the first signal output unit can be designed to be suitable for normal transfer, and the second signal output unit can be designed to be suitable for charge multiplication processing. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can reliably convert each of the normally transferred charge and multiplication charge into an electric signal.
本発明の態様3に係る固体撮像素子(1、2、3)は、上記態様1または2において、上記水平転送部には、受光素子1つ当り4つの電極(ゲート電極13a)が、上記水平方向に直列的に配置されているとともに、上記4つの電極の各々は、隣り合う2つの電極のいずれか一方と1組になって同一のパルス電圧が印加され、上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えることが好ましい。
In the solid-state imaging device (1, 2, 3) according to
上記構成によれば、水平方向に直列的に配置された4つの電極の各々は、隣り合う2つの電極のいずれか一方と1組になって同一のパルス電圧が印加される。また、水平転送部は、受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えることができる。 According to the above configuration, each of the four electrodes arranged in series in the horizontal direction forms a set with any one of the two adjacent electrodes and is applied with the same pulse voltage. Further, the horizontal transfer unit can switch the combination of the two electrodes constituting the one set according to whether or not the amount of charge for one row of the light receiving elements is smaller than the threshold value.
したがって、受光素子に所定の光の明るさよりも暗い光が入射した場合、水平転送部は、同一のパルス電圧を印加する1組として、電荷増倍処理部に近い方の電極をN型不純物層に対応する電極とし、遠い方の電極をN型+P型不純物層に対応する電極とすることによって、受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送することができる。また、受光素子に所定の光の明るさ以上の明るい光が入射した場合であれば、同一のパルス電圧を印加する1組として、信号出力部に近い方の電極をN型不純物層に対応する電極とし、遠い方の電極をN型+P型不純物層に対応する電極とすることによって、受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送することができる。 Therefore, when light that is darker than the predetermined light intensity is incident on the light receiving element, the horizontal transfer unit applies the same pulse voltage as one set, and the electrode closer to the charge multiplication processing unit is connected to the N-type impurity layer. And the farther electrode is the electrode corresponding to the N-type + P-type impurity layer, the charge for one row of the light receiving elements can be transferred to the charge multiplication processing section. In addition, in the case where bright light exceeding the brightness of predetermined light is incident on the light receiving element, the electrode closer to the signal output unit corresponds to the N-type impurity layer as one set to which the same pulse voltage is applied. By using the far electrode as the electrode corresponding to the N-type + P-type impurity layer, the charge for one row of the light receiving elements can be transferred to the signal output unit.
それゆえ、本発明に係る固体撮像素子は、受光素子に入射した光の明るさに応じて同一のパルス電圧を印加する2つの電極の組の組合せを適宜切り替えることにより、受光素子に入射した光の明るさに拘らず、良質な画像データを取得することができる。 Therefore, in the solid-state imaging device according to the present invention, the light incident on the light receiving element is appropriately switched by appropriately switching the combination of two electrodes that apply the same pulse voltage according to the brightness of the light incident on the light receiving element. Regardless of the brightness, high-quality image data can be acquired.
本発明の態様4に係る固体撮像素子は、上記態様1から3のいずれかにおいて、上記電荷増倍処理部には、受光素子1つ当り3つの電極が、上記水平方向に直列的に配置されており、上記3つの電極のうち、上記信号出力部に最も近い側に配置された第1電極(第1ゲート電極14a)には、第1パルス電圧が印加され、上記信号出力部に最も遠い側に配置された第2電極(第2ゲート電極14b)には、上記第1パルス電圧のhigh電圧よりも低いhigh電圧となる第2パルス電圧が印加されるとともに、上記第1電極と上記第2電極との間に配置された第3電極(第3ゲート電極14c)には、上記第1パルス電圧のhigh電圧よりも低く、かつ、上記第2パルス電圧のlow電圧よりも高い定電圧が印加されることが好ましい。
In the solid-state imaging device according to Aspect 4 of the present invention, in any one of
上記構成によれば、電荷増倍処理部において水平方向に直列的に配置された3つの電極のうち、第1電極には第1パルス電圧が印加され、第2電極には第2パルス電圧が印加される。したがって、第1パルス電圧のhigh電圧を第2パルス電圧のhigh電圧よりもかなり高く設定した上で、第1電極にhigh電圧を印加すると同時に第2電極にlow電圧を印加することで、電荷増倍反応が生じる程度のポテンシャル差を作ることができる。また、電荷増倍処理によって生成された増倍電荷を信号出力部に転送することができる。 According to the above configuration, among the three electrodes arranged in series in the horizontal direction in the charge multiplication processing unit, the first pulse voltage is applied to the first electrode, and the second pulse voltage is applied to the second electrode. Applied. Accordingly, by setting the high voltage of the first pulse voltage to be considerably higher than the high voltage of the second pulse voltage, and applying the low voltage to the second electrode at the same time as applying the high voltage to the first electrode, the charge is increased. It is possible to create a potential difference that causes a double reaction. In addition, the multiplied charge generated by the charge multiplication process can be transferred to the signal output unit.
また、一般に、電荷増倍用の転送部に定電圧印加用の電極が存在しない場合、各電極に印加されたパルス電圧の反転途中状態においてポテンシャル差が小さくなる時点が生じてしまい、電荷増倍反応が十分に起こらない可能性がある。その点、上記構成によれば、第3電極には定電圧が印加されることから、上記のポテンシャル差が小さくなる時点が存在しなくなる。それゆえ、電荷増倍処理を精度高く行う固体撮像素子を実現することができる。 In general, when there is no constant voltage application electrode in the transfer section for charge multiplication, there is a point in time when the potential difference becomes small during the inversion of the pulse voltage applied to each electrode. The reaction may not occur sufficiently. In that respect, according to the above configuration, since a constant voltage is applied to the third electrode, there is no point in time when the potential difference becomes small. Therefore, it is possible to realize a solid-state imaging device that performs charge multiplication processing with high accuracy.
本発明の態様5に係る固体撮像素子は、上記態様4において、上記第3電極における、上記水平方向の電極の長さであるゲート長は、上記第1電極の上記ゲート長および上記第2電極の上記ゲート長よりも短いことが好ましい。
The solid-state imaging device according to
上記構成によれば、第3電極のゲート長は、第1電極のゲート長および第2電極のゲート長よりも短い。したがって、例えば、第3電極の鉛直下側にN型+P型不純物層のみが配置されるように第3電極のゲート長を短くするとともに、前記ゲート長を短くした分だけ第1電極および第2電極のゲート長を長くすることで、十分な電荷増倍効果を得つつ、電荷増倍処理部の電荷容量をより大きくすることができる。 According to the above configuration, the gate length of the third electrode is shorter than the gate length of the first electrode and the gate length of the second electrode. Therefore, for example, the gate length of the third electrode is shortened so that only the N-type + P-type impurity layer is disposed vertically below the third electrode, and the first electrode and the second electrode are shortened by the shortened gate length. By increasing the gate length of the electrode, it is possible to increase the charge capacity of the charge multiplication processing unit while obtaining a sufficient charge multiplication effect.
本発明の態様6に係る固体撮像素子は、上記態様3において、上記4つの電極の総数が、受光素子1行分の数の4倍以上になっていることが好ましい。
In the solid-state imaging device according to aspect 6 of the present invention, in the
上記構成によれば、水平転送部に配置された4つの電極の総数は、少なくとも受光素子1行分の数の4倍になっている。したがって、受光素子の行を構成する各受光素子に対して、確実に4つの電極を割り当てることができる。それゆえ、水平転送部は、垂直転送部から転送された受光素子1行分の電荷全ての転送方向を、受光素子に入射した光の明るさに応じて適宜切り替えることができることから、水平方向転送時における電荷の取り残しを防止することができる。 According to the above configuration, the total number of the four electrodes arranged in the horizontal transfer unit is at least four times the number of light receiving elements for one row. Therefore, four electrodes can be reliably assigned to each light receiving element constituting the row of light receiving elements. Therefore, the horizontal transfer unit can appropriately switch the transfer direction of all the charges for one row of the light receiving elements transferred from the vertical transfer unit according to the brightness of the light incident on the light receiving elements. It is possible to prevent charge from being left behind.
本発明の態様7に係る固体撮像素子は、上記態様4または5において、上記3つの電極の総数が、上記電荷増倍処理部の個数である増倍段数の3倍になっていることが好ましい。
In the solid-state imaging device according to
上記構成によれば、電荷増倍処理部に配置された3つの電極の総数は、増倍段数の3倍になっている。したがって、本発明に係る固体撮像素子は、1段の電荷増倍処理部で実行される電荷増倍処理毎に、電荷増倍反応を精度高く生じさせることができる。それゆえ、電荷増倍処理をより精度高く行う固体撮像素子を実現することができる。 According to the above configuration, the total number of the three electrodes disposed in the charge multiplication processing unit is three times the number of multiplication stages. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can cause a charge multiplication reaction with high accuracy for each charge multiplication process executed in one stage of charge multiplication processing unit. Therefore, it is possible to realize a solid-state imaging device that performs charge multiplication processing with higher accuracy.
本発明の態様8に係る固体撮像素子は、上記態様7において、上記電荷増倍処理部は、上記増倍電荷の転送のみを行う空転送部を、受光素子1行分の数から上記増倍段数を差し引いた数の分だけ備えていることが好ましい。
The solid-state imaging device according to aspect 8 of the present invention is the solid-state imaging device according to
一般に、通常転送用の水平転送部のパケット総数は、受光素子1行分の数と同数になっている。ここで、電荷増倍用の転送部のパケット総数が通常転送用の水平転送部のパケット総数、すなわち受光素子1行分の数に満たない場合、受光素子1行分の電荷に対して電荷増倍処理が行われている最中に、垂直転送部の最終段から通常転送用の水平転送部への読み出しが行われることとなる。この場合、電気信号に誘導信号が入り込み、当該誘導信号に対応する不要な画像データが現れてしまう。 In general, the total number of packets in the horizontal transfer unit for normal transfer is the same as the number of light receiving elements for one row. Here, if the total number of packets in the transfer unit for charge multiplication is less than the total number of packets in the horizontal transfer unit for normal transfer, that is, the number for one row of the light receiving elements, the charge increase with respect to the charge for one row of the light receiving elements. While double processing is being performed, reading from the final stage of the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit for normal transfer is performed. In this case, the induction signal enters the electric signal, and unnecessary image data corresponding to the induction signal appears.
したがって、電荷の読み出しから電気信号の出力までをスムーズに行うためには、受光素子1行分の電荷に対する電荷増倍処理が終了した後に、電荷の読み出しが行われることが望ましい。換言すれば、受光素子1行分の数(通常転送用の水平転送部のパケット総数)と電荷増倍用の転送部のパケット総数とが同数になっていることが望ましい。ここで、各転送部において、1回の電荷蓄積および電荷転送に割り当てられた複数の電極を1組として1パケットとする。 Therefore, in order to smoothly perform the process from the reading of electric charges to the output of electric signals, it is desirable that the reading of electric charges is performed after the charge multiplication process for the electric charges for one row of the light receiving elements is completed. In other words, it is desirable that the number of light receiving elements for one row (the total number of packets in the horizontal transfer unit for normal transfer) and the total number of packets in the transfer unit for charge multiplication are the same. Here, in each transfer unit, a plurality of electrodes assigned to one charge accumulation and charge transfer are set as one packet.
その点、上記構成によれば、電荷増倍処理部は、受光素子1行分の数から増倍段数を差し引いた数の分だけ空転送部を備えている。ここで、増倍段数は電荷増倍処理部のパケット総数と同数になることから、電荷増倍処理部には、当該電荷増倍処理部のパケット総数の不足分だけ空転送部が備えられることになる。したがって、電荷増倍処理部から全ての増倍電荷が出力された後に、水平転送部による受光素子1行分の電荷の読み出しがなされることになる。 In that respect, according to the above configuration, the charge multiplication processing unit includes the empty transfer units corresponding to the number obtained by subtracting the number of multiplication stages from the number of light receiving elements for one row. Here, since the number of multiplication stages is the same as the total number of packets of the charge multiplication processing unit, the charge multiplication processing unit is provided with empty transfer units corresponding to the shortage of the total number of packets of the charge multiplication processing unit. become. Therefore, after all the multiplied charges are output from the charge multiplication processing unit, the charges for one row of the light receiving elements are read by the horizontal transfer unit.
それゆえ、本発明に係る固体撮像素子は、電荷増倍処理部のパケット総数が受光素子1行分の数に満たない場合においても誘導信号の発生を抑制することができ、電荷の読み出しから電気信号の出力までをスムーズに行うことができる。 Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress the generation of the induction signal even when the total number of packets of the charge multiplication processing unit is less than the number of one row of the light receiving elements. The signal can be output smoothly.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
1、2、3 固体撮像素子
11 フォトダイオード(受光素子)
12 垂直転送CCD(垂直転送部)
13 水平転送CCD(水平転送部)
13a ゲート電極(電極)
14、14’ 電荷増倍処理部
14a 第1ゲート電極(第1電極)
14b 第2ゲート電極(第2電極)
14c 第3ゲート電極(第3電極)
15 出力回路(信号出力部)
25 第1出力回路(第1信号出力部)
26 第2出力回路(第2信号出力部)1, 2, 3 Solid-
12 Vertical transfer CCD (vertical transfer unit)
13 Horizontal transfer CCD (horizontal transfer unit)
13a Gate electrode (electrode)
14, 14 'Charge
14b Second gate electrode (second electrode)
14c Third gate electrode (third electrode)
15 Output circuit (signal output unit)
25 1st output circuit (1st signal output part)
26 Second output circuit (second signal output unit)
本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、撮影対象となる場所の明るさ、および受光素子に入射した光の明るさに拘らず良質な画像データを取得できるようにすることにある。また、定電圧印加時における電荷の転送不良の発生が抑制された固体撮像素子を提供することにある。
The present invention has been made to solve each of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide high-quality image data regardless of the brightness of the location to be photographed and the brightness of the light incident on the light receiving element. It is to to so that can get. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which the occurrence of charge transfer defects when a constant voltage is applied is suppressed.
上記課題を解決するために、本発明の一様態に係る固体撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する、2次元的に配された複数の受光素子と、上記複数の受光素子から上記電荷を読み出して、垂直方向に転送する垂直転送部と、受光素子1つ当り4つの電極が、水平方向に直列的に配置されているとともに、上記垂直転送部から転送された上記電荷を、受光素子1行分の電荷毎に上記水平方向に転送する水平転送部と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷を生成する電荷増倍処理部と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷、および上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を、電気信号に変換して出力する信号出力部と、を備え、上記4つの電極の各々は、隣り合う2つの電極のいずれか一方と1組になって同一のパルス電圧が印加され、上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えるとともに、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、上記受光素子1行分の電荷を上記電荷増倍処理部に転送する。
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements that photoelectrically convert incident light to generate charges, and the plurality of light receiving elements. The vertical transfer unit that reads out the charge from the vertical direction and transfers it in the vertical direction, and four electrodes per light receiving element are arranged in series in the horizontal direction, and the charge transferred from the vertical transfer unit is a horizontal transfer section for transferring to the horizontal direction for each charge of the light-receiving
本発明の一様態によれば、電荷の量に応じて同一のパルス電圧を印加する2つの電極の組の組合せを切り替え、かつ水平転送部からの転送先を異ならせることにより、撮影対象となる場所の明るさ、および受光素子に入射した光の明るさに拘らず良質な画像データを取得することができる。また、低電圧印加時における電荷の転送不良の発生を抑制する。
According to an embodiment of the present invention, a combination of two electrode sets to which the same pulse voltage is applied according to the amount of charge is switched, and the transfer destination from the horizontal transfer unit is changed, so that an image is taken. brightness of the surroundings, and regardless of the brightness of the light incident on the light receiving element Ru can get a high-quality image data. In addition , occurrence of charge transfer failure when a low voltage is applied is suppressed.
本発明の様態1に係る固体撮像素子(1、2、3)は、入射光を光電変換して電荷(100)を生成する、2次元的に配された複数の受光素子(フォトダイオード11)と、上記複数の受光素子から上記電荷を読み出して、垂直方向に転送する垂直転送部(水帳転送CCD12)と、受光素子1つ当り4つの電極(ゲート電極13a)が、水平方向に直列的に配置されているとともに、上記垂直転送部から転送された上記電荷を、受光素子1行分の電荷毎に上記水平方向に転送する水平転送部(水平転送CCD13)と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電気に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷(110)を生成する電荷増倍処理部(14、14’)と、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷、および上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を、電気信号に変換して出力する信号出力部(出力回路15、第1出力回路25、第2出力回路26)と、を備え、上記4つの電極の各々は、隣り合う2つの電極のいずれか一方と1組になって同一のパルス電圧が印加され、上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えるとともに、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、上記受光素子1行分の電荷を上記電荷増倍処理部に転送する。
The solid-state imaging device (1, 2, 3) according to the first aspect of the present invention has a plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements (photodiodes 11) that photoelectrically convert incident light to generate charges (100). A vertical transfer unit (water book transfer CCD 12) that reads out the charges from the plurality of light receiving elements and transfers them in the vertical direction and four electrodes (
上記構成によれば、水平転送部は、垂直転送部から転送された受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、当該受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送する。したがって、垂直転送部から転送された受光素子1行分の電荷の量が閾値以上の場合、水平転送部は、当該受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送することになる。また、上記構成によれば、水平方向に直列的に配置された4つの電極の各々は、隣り合う2つの電極のいずれか一方と1組になって同一のパルス電圧が印加される。また、水平転送部は、受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えることができる。
According to the above configuration, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of light receiving elements to the charge multiplication processing unit only when the amount of charge for one row of light receiving elements transferred from the vertical transfer unit is smaller than the threshold value. Forward to. Therefore, when the amount of charge for one row of light receiving elements transferred from the vertical transfer unit is equal to or greater than the threshold value, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of light receiving elements to the signal output unit. Moreover, according to the said structure, each of the four electrodes arrange | positioned in series in a horizontal direction makes one set with either one of two adjacent electrodes, and the same pulse voltage is applied. Further, the horizontal transfer unit can switch the combination of the two electrodes constituting the one set according to whether or not the amount of charge for one row of the light receiving elements is smaller than the threshold value.
ここで、受光素子に入射した光の明るさと当該受光素子が生成する電荷の量とは比例関係にあることから、水平転送部は、受光素子に所定の光の明るさよりも暗い光が入射した場合に、受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送する。そして、電荷増倍処理部は、増倍電荷を生成するとともに当該増倍電荷を信号出力部に転送する。また、水平転送部は、受光素子に所定の光の明るさ以上の明るい光が入射した場合に、受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送する。したがって、信号出力部は、受光素子に入射した光の明るさに拘らず、良質な画像データが得られる光の明るさに対応した電気信号を出力することができる。また、受光素子に所定の光の明るさよりも暗い光が入射した場合、水平転送部は、同一のパルス電圧を印加する1組として、電荷増倍処理部に近い方の電極をN型不純物層に対応する電極とし、遠い方の電極をN型+P型不純物層に対応する電極とすることによって、受光素子1行分の電荷を電荷増倍処理部に転送することができる。また、受光素子に所定の光の明るさ以上の明るい光が入射した場合であれば、同一のパルス電圧を印加する1組として、信号出力部に近い方の電極をN型不純物層に対応する電極とし、遠い方の電極をN型+P型不純物層に対応する電極とすることによって、受光素子1行分の電荷を信号出力部に転送することができる。
Here, since the brightness of the light incident on the light receiving element is proportional to the amount of charge generated by the light receiving element, the horizontal transfer unit receives light that is darker than the predetermined light brightness on the light receiving element. In this case, the charge for one row of the light receiving elements is transferred to the charge multiplication processing unit. Then, the charge multiplication processing unit generates the multiplied charge and transfers the multiplied charge to the signal output unit. In addition, the horizontal transfer unit transfers the charge for one row of the light receiving elements to the signal output unit when bright light having a predetermined brightness or more is incident on the light receiving elements. Therefore, the signal output unit can output an electrical signal corresponding to the brightness of light from which good quality image data can be obtained regardless of the brightness of the light incident on the light receiving element. Further, when light that is darker than the predetermined light intensity is incident on the light receiving element, the horizontal transfer unit applies the same pulse voltage as one set, and the electrode closer to the charge multiplication processing unit is connected to the N-type impurity layer. And the farther electrode is the electrode corresponding to the N-type + P-type impurity layer, the charge for one row of the light receiving elements can be transferred to the charge multiplication processing section. In addition, in the case where bright light exceeding the brightness of predetermined light is incident on the light receiving element, the electrode closer to the signal output unit corresponds to the N-type impurity layer as one set to which the same pulse voltage is applied. By using the far electrode as the electrode corresponding to the N-type + P-type impurity layer, the charge for one row of the light receiving elements can be transferred to the signal output unit.
そのため、本発明に係る固体撮像素子は、暗い場所を撮影する場合には電荷増倍処理部で電荷増倍処理を行うことにより、明るい場所を撮影する場合には受光素子1行分の電荷を水平転送部から信号出力部に直接転送することにより、撮影対象となる場所の明るさに拘らず良質な画像データを取得することができる。また、本発明に係る固体撮像素子は、受光素子に入射した光の明るさに応じて同一のパルス電圧を印加する2つの電極の組の組合せを適宜切り替えることにより、受光素子に入射した光の明るさに拘らず、良質な画像データを取得することができる。
For this reason, the solid-state imaging device according to the present invention performs charge multiplication processing in the charge multiplication processing unit when photographing a dark place, and charges one row of light receiving elements when photographing a bright place. By directly transferring from the horizontal transfer unit to the signal output unit, it is possible to acquire high-quality image data regardless of the brightness of the place to be imaged. In addition, the solid-state imaging device according to the present invention appropriately switches the combination of two electrodes to which the same pulse voltage is applied according to the brightness of the light incident on the light receiving device. Regardless of the brightness, high-quality image data can be acquired.
Claims (5)
上記複数の受光素子から上記電荷を読み出して、垂直方向に転送する垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された上記電荷を、受光素子1行分の電荷毎に水平方向に転送する水平転送部と、
上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷に対して電荷増倍処理を施すことにより、増倍電荷を生成する電荷増倍処理部と、
上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷、および上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を、電気信号に変換して出力する信号出力部と、を備え、
上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ない場合にのみ、上記受光素子1行分の電荷を上記電荷増倍処理部に転送することを特徴とする固体撮像素子。A plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements that photoelectrically convert incident light to generate charges;
A vertical transfer unit that reads the charges from the plurality of light receiving elements and transfers them in the vertical direction;
A horizontal transfer unit that transfers the charge transferred from the vertical transfer unit in the horizontal direction for each row of light receiving elements;
A charge multiplication processing unit for generating a multiplied charge by performing a charge multiplication process on the charge for one row of the light receiving elements transferred from the horizontal transfer unit;
A signal output unit that converts the charge for one row of the light receiving elements transferred from the horizontal transfer unit and the multiplied charge transferred from the charge multiplication processing unit into an electrical signal and outputs the electrical signal;
The horizontal transfer unit transfers the charge for one row of light receiving elements to the charge multiplication processing unit only when the amount of charge for one row of light receiving elements is smaller than a threshold value. element.
上記第1信号出力部は、上記水平転送部から転送された上記受光素子1行分の電荷を上記電気信号に変換して出力するとともに、上記第2信号出力部は、上記電荷増倍処理部から転送された上記増倍電荷を上記電気信号に変換して出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。The signal output unit includes a first signal output unit and a second signal output unit,
The first signal output unit converts the electric charge for one row of the light receiving elements transferred from the horizontal transfer unit into the electric signal and outputs the electric signal, and the second signal output unit includes the charge multiplication processing unit. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the multiplied charge transferred from the device is converted into the electrical signal and output.
上記水平転送部は、上記受光素子1行分の電荷の量が閾値よりも少ないか否かに応じて、上記1組を構成する2つの電極の組合せを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。In the horizontal transfer unit, four electrodes per light receiving element are arranged in series in the horizontal direction, and each of the four electrodes is paired with one of two adjacent electrodes. And the same pulse voltage is applied,
The horizontal transfer section switches a combination of two electrodes constituting the one set according to whether or not the amount of charge for one row of the light receiving elements is smaller than a threshold value. 2. A solid-state imaging device according to 2.
上記3つの電極のうち、上記信号出力部に最も近い側に配置された第1電極には、第1パルス電圧が印加され、上記信号出力部に最も遠い側に配置された第2電極には、上記第1パルス電圧のhigh電圧よりも低いhigh電圧となる第2パルス電圧が印加されるとともに、
上記第1電極と上記第2電極との間に配置された第3電極には、上記第1パルス電圧のhigh電圧よりも低く、かつ、上記第2パルス電圧のlow電圧よりも高い定電圧が印加されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。In the charge multiplication processing unit, three electrodes per light receiving element are arranged in series in the horizontal direction,
Of the three electrodes, the first pulse voltage is applied to the first electrode disposed on the side closest to the signal output unit, and the second electrode disposed on the side farthest from the signal output unit is applied to the second electrode disposed on the side farthest from the signal output unit. A second pulse voltage that is a high voltage lower than the high voltage of the first pulse voltage is applied;
The third electrode arranged between the first electrode and the second electrode has a constant voltage lower than the high voltage of the first pulse voltage and higher than the low voltage of the second pulse voltage. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is applied.
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