JP2000165749A - Solid-state image pickup element driving method and image pickup system - Google Patents

Solid-state image pickup element driving method and image pickup system

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JP2000165749A
JP2000165749A JP10338873A JP33887398A JP2000165749A JP 2000165749 A JP2000165749 A JP 2000165749A JP 10338873 A JP10338873 A JP 10338873A JP 33887398 A JP33887398 A JP 33887398A JP 2000165749 A JP2000165749 A JP 2000165749A
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JP
Japan
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image pickup
solid
illuminance
substrate
bias voltage
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Application number
JP10338873A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Hasegawa
健二 長谷川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup element driving method capable of reducing the dark signal of the sensor part at the time of low illuminance in a solid-state image pickup element in which length of the void layer of a sensor part is set to be long enough for absorbing near infrared rays. SOLUTION: At the time of driving a CCD image pickup element 11 in which the length of the void layer of a sensor part is set to be long enough for absorbing near infrared rays, for example, 3 μm or above, the illuminance of the image pickup face of the CCD image pickup element 11 is detected by an illuminance detector 13, and a second substrate bias voltage Vsub2 higher than a first substrate bias voltage Vsub1 at the time of a normal operation is selected by a bias changeover switch 15 at the time of low illuminance, and impressed to the substrate of the CCD image pickup element 11 under the control of a bias control circuit 14 for monitoring the detected output.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子の駆
動方法および撮像システムに関し、特に赤から近赤外線
領域に対して感度の高い固体撮像素子の駆動方法および
当該固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた撮像シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a solid-state imaging device and an imaging system, and more particularly to a method for driving a solid-state imaging device having high sensitivity in a red to near-infrared region and using the solid-state imaging device as an imaging device. The imaging system used.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子、例えばCCD(Charge Co
upled Device) 型撮像素子(以下、CCD撮像素子と称
す)の画素部周辺の断面構造の一例を図3に示す。
2. Description of the Related Art A solid-state imaging device such as a CCD (Charge Co.)
FIG. 3 shows an example of a cross-sectional structure around a pixel portion of an upled device (hereinafter, referred to as a CCD image sensor).

【0003】図3において、本例に係る画素構造では、
n型基板51およびpウェル52の構造を採っている。
そして、基板表面側に信号電荷蓄積領域となるn層53
が形成されることで、pn接合のフォトダイオードによ
るセンサ部(光電変換部)54が構成されている。この
センサ部54は、感度の向上と暗電流の低減を図るため
に、基板表面側に正孔蓄積層となるp+ 層55を有する
HAD(Hole Accumulated Diode)センサ構造となってい
る。
[0003] In FIG. 3, in the pixel structure according to the present example,
The structure of the n-type substrate 51 and the p-well 52 is adopted.
Then, an n layer 53 serving as a signal charge storage region is provided on the substrate surface side.
Are formed, a sensor unit (photoelectric conversion unit) 54 composed of a pn junction photodiode is formed. The sensor unit 54 has a HAD (Hole Accumulated Diode) sensor structure having a p + layer 55 serving as a hole accumulation layer on the substrate surface side in order to improve sensitivity and reduce dark current.

【0004】また、センサ部54に隣接してn層56が
電荷転送領域(転送チャネル)として形成されている。
このn層56は、その上方の基板表面上にシリコン酸化
膜57を介して形成されたポリシリコン電極(転送電
極)58と共に垂直転送部59を構成している。この垂
直転送部59は、スミアを抑圧するために、n層56の
下に第2pウェル60を有する構造となっている。
An n-layer 56 is formed adjacent to the sensor section 54 as a charge transfer region (transfer channel).
The n-layer 56 constitutes a vertical transfer section 59 together with a polysilicon electrode (transfer electrode) 58 formed on the substrate surface thereover via a silicon oxide film 57. The vertical transfer unit 59 has a structure having a second p-well 60 below the n-layer 56 in order to suppress smear.

【0005】センサ部54と垂直転送部59との間に
は、センサ部54で光電変換されかつ蓄積された信号電
荷を垂直転送部59に読み出すための読み出しゲート部
61が介在している。ここで、垂直転送部59のポリシ
リコン電極58はセンサ部54の近傍まで延在してお
り、その延在した部分が読み出しゲート部61のゲート
電極として兼用されている。そして、センサ部54を除
く領域は、遮光膜62によって覆われている。
[0005] Between the sensor unit 54 and the vertical transfer unit 59, a read gate unit 61 for reading out the signal charges photoelectrically converted and accumulated in the sensor unit 54 to the vertical transfer unit 59 is interposed. Here, the polysilicon electrode 58 of the vertical transfer part 59 extends to the vicinity of the sensor part 54, and the extended part is also used as the gate electrode of the read gate part 61. The area excluding the sensor unit 54 is covered with the light shielding film 62.

【0006】ところで、上記構成の画素構造において、
赤から近赤外線(近赤外線の波長は0.7μm〜2.5
μm程度)領域の感度を向上させるために、センサ部5
4の空乏層の長さを近赤外線を吸収するに充分な長さ、
例えば3μm以上に設定した構造のCCD撮像素子が知
られている。なお、n型基板51には、デバイスごとに
設定された所定の基板バイアス電圧Vsubが印加され
ている。
By the way, in the pixel structure having the above configuration,
Red to near infrared (wavelength of near infrared is 0.7 μm to 2.5
In order to improve the sensitivity in the region,
4 The length of the depletion layer is long enough to absorb near infrared rays,
For example, a CCD imaging device having a structure set to 3 μm or more is known. A predetermined substrate bias voltage Vsub set for each device is applied to the n-type substrate 51.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、センサ部54の空乏層の長さを3μm以上に
伸ばすことにより、赤から近赤外線領域の感度を向上さ
せた構成のCCD撮像素子では、3μm以上の基板深部
で発生した暗電荷が基板側に流れずに、信号電荷蓄積領
域であるn層53に取り込まれ易くなるため、画素ごと
の暗信号のバラツキが固定パターンノイズとなって画面
上に白点として現れ、画質を劣化させるという課題があ
る。
However, as described above, a CCD image pickup device having a configuration in which the sensitivity in the red to near infrared region is improved by extending the length of the depletion layer of the sensor portion 54 to 3 μm or more. Since the dark charge generated in the deep portion of the substrate of 3 μm or more does not flow to the substrate side and is easily taken into the n-layer 53 serving as the signal charge storage region, the variation of the dark signal for each pixel becomes fixed pattern noise and the screen becomes a fixed pattern noise. There is a problem that it appears as a white dot on the upper side and deteriorates image quality.

【0008】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、センサ部の空乏層の
長さが近赤外線を吸収するに充分な長さに設定されてい
る固体撮像素子において、特に低照度時のセンサ部の暗
信号を低減可能とした駆動方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide a solid-state sensor in which the length of a depletion layer in a sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared rays. It is an object of the present invention to provide a driving method capable of reducing a dark signal of a sensor unit particularly at low illuminance in an image sensor.

【0009】本発明はさらに、センサ部の空乏層の長さ
が近赤外線を吸収するに充分な長さに設定されている固
体撮像素子を撮像デバイスとして用いた場合において、
特に低照度時の暗信号に起因する画質劣化の改善を可能
とした撮像システムを提供することを目的とする。
The present invention further provides a case where a solid-state imaging device in which the length of a depletion layer of a sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared rays is used as an imaging device.
In particular, an object of the present invention is to provide an imaging system capable of improving image quality deterioration caused by a dark signal at low illuminance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子の駆動方法は、センサ部の空乏層の長さが近赤外線を
吸収するに充分な長さに設定されている固体撮像素子に
おいて、低照度時に固体撮像素子の基板バイアス電圧を
通常動作時よりも高く設定するようにする。
According to the present invention, there is provided a method for driving a solid-state image sensor, wherein the length of a depletion layer in a sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared rays. At the time of illuminance, the substrate bias voltage of the solid-state imaging device is set to be higher than at the time of normal operation.

【0011】この駆動方法では、センサ部の空乏層の長
さを近赤外線を吸収するに充分な長さに設定し、通常動
作時の赤から近赤外線領域の感度を向上させた固体撮像
素子において、暗信号が目立ちやすい低照度時に基板バ
イアス電圧を通常動作時よりも高く設定することで、セ
ンサ部における各層のポテンシャルが全体的に深くなる
ため、センサ部の空乏層の長さが通常動作時よりも短く
なる。すると、基板深部で発生した暗電荷が基板側に流
れ易くなり、逆にセンサ部の信号電荷蓄積領域に蓄積さ
れにくくなる。
In this driving method, the length of the depletion layer of the sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared rays. By setting the substrate bias voltage higher than in normal operation at low illuminance where dark signals are conspicuous, the potential of each layer in the sensor unit becomes deeper as a whole. Shorter than Then, the dark charges generated in the deep part of the substrate easily flow to the substrate side, and conversely, the dark charges hardly accumulate in the signal charge accumulation region of the sensor part.

【0012】本発明による撮像システムは、センサ部の
空乏層の長さが近赤外線を吸収するに充分な長さに設定
されている固体撮像素子と、この固体撮像素子の撮像面
での照度を検出する照度検出手段と、この照度検出手段
の検出出力に基づいて低照度時に固体撮像素子の基板バ
イアス電圧を通常動作時よりも高く設定するバイアス切
り替え手段とを備えている。
An imaging system according to the present invention includes a solid-state imaging device in which the length of a depletion layer in a sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared light, and an illuminance on an imaging surface of the solid-state imaging device. Illumination detection means for detecting, and bias switching means for setting the substrate bias voltage of the solid-state imaging device to be higher at low illuminance than at the time of normal operation based on the detection output of the illuminance detection means.

【0013】上記構成の撮像システムにおいて、センサ
部の空乏層の長さを近赤外線を吸収するに充分な長さに
設定することで、通常動作時の固体撮像素子の赤から近
赤外線領域の感度が向上する。一方、照度検出手段は固
体撮像素子の撮像面近傍の照度を検出し、その検出出力
をバイアス切り替え手段に与える。
In the imaging system having the above structure, the sensitivity of the solid-state imaging device in the red to near-infrared region during normal operation is set by setting the length of the depletion layer of the sensor section to a length sufficient to absorb near-infrared rays. Is improved. On the other hand, the illuminance detection means detects the illuminance in the vicinity of the imaging surface of the solid-state imaging device, and supplies the detection output to the bias switching means.

【0014】バイアス切り替え手段は、この照度検出手
段の検出出力を監視し、暗信号が目立ちやすい低照度時
に基板バイアス電圧を通常動作時よりも高く設定する。
これにより、センサ部における各層のポテンシャルが全
体的に深くなるため、センサ部の空乏層の長さが通常動
作時よりも短くなる。すると、基板深部で発生した暗電
荷が基板側に流れやすくなり、逆にセンサ部の信号電荷
蓄積領域に蓄積されにくくなる。
The bias switching means monitors the detection output of the illuminance detecting means, and sets the substrate bias voltage higher at low illuminance where the dark signal is conspicuous than during normal operation.
Thereby, the potential of each layer in the sensor section is deepened as a whole, and the length of the depletion layer in the sensor section is shorter than that in the normal operation. Then, the dark charges generated in the deep part of the substrate are more likely to flow to the substrate side, and conversely, are less likely to be stored in the signal charge storage region of the sensor unit.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明の一実施形態に係る撮像シ
ステムの構成を示すブロック図である。図1において、
本撮像システムは、撮像デバイスとしてのCCD撮像素
子11、光学系を構成するレンズ12、照度検出器1
3、バイアス制御回路14およびバイアス切り替えスイ
ッチ15を有する構成となっている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an imaging system according to one embodiment of the present invention. In FIG.
The imaging system includes a CCD imaging device 11 as an imaging device, a lens 12 constituting an optical system, an illuminance detector 1
3, a configuration including a bias control circuit 14 and a bias switch 15.

【0017】上記構成の撮像システムにおいて、CCD
撮像素子11としては、センサ部の空乏層の長さを、近
赤外線を吸収するに充分な長さ、例えば3μm以上に設
定することで、通常動作時の赤から近赤外線領域の感度
を向上させた周知の構成のデバイスが用いられる。この
CCD撮像素子11の撮像面上には、レンズ12を含む
光学系を通して被写体(図示せず)からの像光が結像さ
れる。
In the imaging system having the above configuration, the CCD
By setting the length of the depletion layer of the sensor unit to a length sufficient to absorb near-infrared rays, for example, 3 μm or more, the sensitivity of the image sensor 11 in the red to near-infrared region during normal operation is improved. A known device is used. Image light from a subject (not shown) is formed on an imaging surface of the CCD imaging device 11 through an optical system including a lens 12.

【0018】照度検出器13は、例えばCCD撮像素子
11の撮像面の近傍に配され、当該撮像面での照度を直
接検出する。この照度検出器13の検出出力は、バイア
ス制御回路14に与えられる。バイアス制御回路14
は、照度検出器13の検出出力を監視し、その出力レベ
ルが所定のスレッショルドレベルVth以下のときに基
板バイアス電圧を切り替えるための切り替え制御信号を
バイアス切り替えスイッチ15に与える。ここで、スレ
ッショルドレベルVthは、暗信号が目立ちやすい低照
度に対応して設定されている。
The illuminance detector 13 is disposed, for example, in the vicinity of the imaging surface of the CCD imaging device 11 and directly detects the illuminance on the imaging surface. The detection output of the illuminance detector 13 is provided to a bias control circuit 14. Bias control circuit 14
Monitors the detection output of the illuminance detector 13 and supplies a switching control signal to the bias switching switch 15 for switching the substrate bias voltage when the output level is equal to or lower than a predetermined threshold level Vth. Here, the threshold level Vth is set corresponding to low illuminance in which a dark signal is conspicuous.

【0019】基板バイアス電圧としては、例えば、第1
の基板バイアス電圧Vsub1と、これよりも高い第2
の基板バイアス電圧Vsub2との2つが用意されてい
る。そして、バイアス切り替えスイッチ15は、通常動
作時は第1の基板バイアス電圧Vsub1を選択した状
態にあり、バイアス制御回路14から切り替え制御信号
が与えられる低照度時には第1の基板バイアス電圧Vs
ub1から第2の基板バイアス電圧Vsub2に切り替
え、この第2の基板バイアス電圧Vsub2を基板バイ
アス端子16からCCD撮像素子11の基板(図3のn
型基板51に相当)に印加する。
As the substrate bias voltage, for example, the first
Of the substrate bias voltage Vsub1 and the second
And the substrate bias voltage Vsub2. The bias switch 15 is in a state where the first substrate bias voltage Vsub1 is selected during the normal operation, and the first substrate bias voltage Vs1 is provided at a low illuminance to which a switching control signal is supplied from the bias control circuit 14.
ub1 is switched to the second substrate bias voltage Vsub2, and the second substrate bias voltage Vsub2 is transferred from the substrate bias terminal 16 to the substrate (n in FIG. 3) of the CCD image sensor 11.
(Corresponding to the mold substrate 51).

【0020】図2に、CCD撮像素子11のセンサ部の
基板深さ方向のポテンシャル分布を示す。なお、図2の
基板深さ方向の画素構造は図3の画素構造に対応してお
り、図中、同等部分には同一符号を付して示してある。
FIG. 2 shows the potential distribution of the sensor section of the CCD image sensor 11 in the direction of the substrate depth. Note that the pixel structure in the substrate depth direction in FIG. 2 corresponds to the pixel structure in FIG. 3, and in the drawing, the same parts are denoted by the same reference numerals.

【0021】この画素構造は、いわゆる縦型オーバーフ
ロードレイン構造であり、高輝度の被写体を撮像した結
果、センサ部への入射光量が所定の光量を越えると、信
号電荷蓄積領域であるn層53内に生ずる過剰電荷が深
さ方向のバリア、即ちオーバーフローバリアを乗り越
え、n型基板51側に排出される。このため、n層53
内に蓄積される電荷量は飽和する。
This pixel structure is a so-called vertical overflow drain structure. As a result of imaging a high-luminance subject, if the amount of light incident on the sensor exceeds a predetermined amount, the n-layer 53 serving as a signal charge storage region is formed. The excess charge generated in the step (c) crosses the barrier in the depth direction, that is, the overflow barrier, and is discharged to the n-type substrate 51 side. Therefore, the n-layer 53
The amount of charge stored inside is saturated.

【0022】この通常動作時のオーバーフローバリアの
ポテンシャル(高さ)は、第1の基板バイアス電圧Vs
ub1の電圧値によって決まる。すなわち、第1の基板
バイアス電圧Vsub1の電圧値が高いと、オーバーフ
ローバリアのポテンシャルが低くなり、飽和電荷量は減
少する。逆に、第1の基板バイアス電圧Vsub1の電
圧値が低いと、オーバーフローバリアのポテンシャルが
高くなり、飽和電荷量は増加する。
The potential (height) of the overflow barrier during the normal operation is equal to the first substrate bias voltage Vs
It is determined by the voltage value of ub1. That is, when the voltage value of the first substrate bias voltage Vsub1 is high, the potential of the overflow barrier decreases, and the saturation charge decreases. Conversely, when the voltage value of the first substrate bias voltage Vsub1 is low, the potential of the overflow barrier increases, and the saturation charge increases.

【0023】ここで、第1の基板バイアス電圧Vsub
1は、ある決められた光量の下で、デバイスごとに設定
した飽和電荷量が得られるようにその電圧値が設定され
る。すなわち、第1の基板バイアス電圧Vsub1はデ
バイス固有のものである。これに対して、第2の基板バ
イアス電圧Vsub2はその電圧値が第1の基板バイア
ス電圧Vsub1の電圧値よりも高くなるように設定さ
れている。
Here, the first substrate bias voltage Vsub
In 1, the voltage value is set so that a saturated charge amount set for each device is obtained under a predetermined light amount. That is, the first substrate bias voltage Vsub1 is device-specific. On the other hand, the second substrate bias voltage Vsub2 is set so that its voltage value is higher than the voltage value of the first substrate bias voltage Vsub1.

【0024】続いて、上記構成の本実施形態に係る撮像
システムにおける動作について説明する。
Next, the operation of the imaging system according to the present embodiment having the above configuration will be described.

【0025】先ず、通常動作時、即ち照度検出器13の
検出出力レベルがスレッショルドレベルVthを越える
ときは、バイアス制御回路14による切り替え制御によ
り、バイアス切り替えスイッチ15は第1の基板バイア
ス電圧Vsub1を選択した状態にある。この通常動作
状態では、第1の基板バイアス電圧Vsub1によって
オーバーフローバリアのポテンシャルが決定され、n層
53の表面からオーバーフローバリアまでが空乏層とな
り、本例では、その長さが3μm以上になるように設定
されている。
First, during normal operation, that is, when the detection output level of the illuminance detector 13 exceeds the threshold level Vth, the bias switch 15 selects the first substrate bias voltage Vsub1 by the switching control by the bias control circuit 14. It is in a state of having done. In this normal operation state, the potential of the overflow barrier is determined by the first substrate bias voltage Vsub1, and a depletion layer is formed from the surface of the n-layer 53 to the overflow barrier. In this example, the length is set to 3 μm or more. Is set.

【0026】このように、CCD撮像素子11におい
て、センサ部の空乏層の長さを3μm以上に設定するこ
とにより、先述したように、赤から近赤外線(近赤外線
の波長は0.7μm〜2.5μm程度)領域の感度を向
上できる。ここで、この種のCCD撮像素子11では、
空乏層が一般的なデバイスよりも長いため、3μm以上
の基板深部で発生した暗電荷が基板側に流れずに、n層
53内に信号電荷として蓄積されやすい。
As described above, in the CCD imaging device 11, by setting the length of the depletion layer of the sensor section to 3 μm or more, as described above, red to near infrared (the wavelength of near infrared is 0.7 μm to 2 μm). (About 0.5 μm). Here, in this type of CCD image sensor 11,
Since the depletion layer is longer than a general device, dark charges generated in a deep portion of the substrate of 3 μm or more do not flow to the substrate side and are easily accumulated as signal charges in the n-layer 53.

【0027】通常撮像時には入射光量が多く、したがっ
てn層13内に蓄積される信号電荷(電子)の電荷量も
非常に多いことから、その電荷量に比べて暗電荷の電荷
量は微々たるものである。したがって、通常撮像時にお
いては、暗信号が目立つことはない、即ち再生画面の画
質を劣化させない程度のものである。
In normal imaging, the amount of incident light is large, and therefore the amount of signal charges (electrons) stored in the n-layer 13 is very large. Therefore, the amount of dark charge is insignificant compared to the amount of charge. It is. Therefore, at the time of normal imaging, the dark signal does not stand out, that is, does not degrade the image quality of the reproduction screen.

【0028】一方、CCD撮像素子11の撮像面での照
度が低照度になると、即ち照度検出器13の検出出力レ
ベルがスレッショルドレベルVth以下になると、バイ
アス制御回路14はバイアス切り替えスイッチ15に対
して切り替え制御信号を与える。すると、この切り替え
制御信号に応答してバイアス切り替えスイッチ15は第
1の基板バイアス電圧Vsub1に代えて、第2の基板
バイアス電圧Vsub2を選択する。
On the other hand, when the illuminance on the imaging surface of the CCD image sensor 11 becomes low, that is, when the detection output level of the illuminance detector 13 becomes lower than the threshold level Vth, the bias control circuit 14 A switching control signal is provided. Then, in response to this switching control signal, the bias switch 15 selects the second substrate bias voltage Vsub2 instead of the first substrate bias voltage Vsub1.

【0029】ここで、第2の基板バイアス電圧Vsub
2の電圧値は、第1の基板バイアス電圧Vsub1の電
圧値よりも高く設定されていることから、この第2の基
板バイアス電圧Vsub2がCCD撮像素子11の基板
51に与えられることで、図2のポテンシャル図から明
らかなように、センサ部における各層のポテンシャルが
全体的に深くなるため、空乏層の長さが通常動作時より
も短くなる。
Here, the second substrate bias voltage Vsub
2 is set to be higher than the voltage value of the first substrate bias voltage Vsub1, the second substrate bias voltage Vsub2 is applied to the substrate 51 of the CCD image pickup device 11 in FIG. As can be seen from the potential diagram, since the potential of each layer in the sensor section is deeper as a whole, the length of the depletion layer is shorter than that in the normal operation.

【0030】これにより、基板深部で発生した暗電荷が
基板51側に流れやすくなり、逆にセンサ部のn層53
に蓄積されにくくなる。したがって、通常動作時の状態
のまま低照度に移行した場合には、少ない信号電荷量に
対する暗電荷量の比率が増えて暗信号が目立ちやすくな
るが、基板バイアス電圧を通常動作時よりも上げたこと
で、基板深部で発生した暗電荷がn層53に蓄積されに
くくなるため、センサ部の暗信号を低減できる。
This makes it easier for the dark charges generated in the deep part of the substrate to flow to the substrate 51 side.
Is hardly accumulated in Therefore, when the illuminance is shifted to the low illuminance in the state of the normal operation, the ratio of the dark charge amount to the small signal charge amount increases, so that the dark signal becomes more conspicuous. This makes it difficult for the dark charges generated in the deep part of the substrate to be accumulated in the n-layer 53, so that the dark signal of the sensor unit can be reduced.

【0031】上述したように、センサ部の空乏層の長さ
を、近赤外線を吸収するに充分な長さ(本例では、3μ
m以上)に設定し、通常動作時の赤から近赤外線領域の
感度を向上させたCCD撮像素子11において、暗信号
が目立ちやすい低照度時に基板バイアス電圧Vsubを
通常動作時(Vsub1)よりも高くする(Vsub
2)ようにしたことで、センサ部の空乏層の長さが通常
動作時よりも短くなるため、基板深部で発生した暗電荷
がセンサ部のn層53に蓄積されにくくなる。
As described above, the length of the depletion layer in the sensor portion is set to a length sufficient to absorb near infrared rays (3 μm in this example).
m or more), the substrate bias voltage Vsub is set to be higher than that in the normal operation (Vsub1) at low illuminance in which the dark signal is conspicuous in the CCD image sensor 11 in which the sensitivity in the red to near-infrared region during normal operation is improved. Yes (Vsub
2) Since the length of the depletion layer in the sensor section is shorter than that in the normal operation, dark charges generated in the deep portion of the substrate are less likely to be accumulated in the n layer 53 in the sensor section.

【0032】その結果、センサ部の暗信号を低減できる
ため、暗信号による歩留りの低下を解消できるととも
に、後発白点の対策ともなる。さらに、当該CCD撮像
素子11を撮像デバイスとして用いた撮像システムにあ
っては、特に低照度時の暗信号に起因する画質劣化を改
善できることになる。
As a result, the dark signal of the sensor section can be reduced, so that the reduction of the yield due to the dark signal can be eliminated, and a countermeasure for a later white point can be obtained. Further, in an imaging system using the CCD imaging device 11 as an imaging device, it is possible to improve image quality deterioration particularly caused by a dark signal at low illuminance.

【0033】なお、上記実施形態では、照度検出手段と
して、CCD撮像素子11の撮像面での照度を直接検出
する照度検出器13を用いるとしたが、これに限られる
ものではなく、例えばCCD撮像素子11の出力レベル
からCCD撮像素子11の撮像面での照度を検出する構
成のものでも可能である。
In the above embodiment, the illuminance detector 13 for directly detecting the illuminance on the imaging surface of the CCD image sensor 11 is used as the illuminance detection means. However, the present invention is not limited to this. A configuration in which the illuminance on the imaging surface of the CCD imaging device 11 is detected from the output level of the device 11 is also possible.

【0034】そして、CCD撮像素子11の出力レベル
の最大値Smaxを監視し、この最大値Smaxがスレ
ッショルドレベルSth以下になったときに、第1の基
板バイアス電圧Vsub1に代えて第2の基板バイアス
電圧Vsub2を選択し、CCD撮像素子11の基板に
印加するようにすれば良い。このとき、第2の基板バイ
アス電圧Vsub2をセンサ部の飽和電荷量が最大値S
maxよりも大きくなるように設定する。
Then, the maximum value Smax of the output level of the CCD image sensor 11 is monitored, and when the maximum value Smax falls below the threshold level Sth, the second substrate bias voltage Vsub1 is replaced with the second substrate bias voltage Vsub1. The voltage Vsub2 may be selected and applied to the substrate of the CCD image sensor 11. At this time, the second substrate bias voltage Vsub2 is set so that the saturation charge amount of the sensor unit is the maximum value S.
It is set to be larger than max.

【0035】また、上記実施形態においては、基板バイ
アス電圧Vsubとして、第1,第2の基板バイアス電
圧Vsub1,2の2つを用意し、2段階に切り替える
構成の場合を例に採って説明したが、基板バイアス電圧
Vsubを照度に応じて3段階以上に切り替えるように
することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which the first and second substrate bias voltages Vsub1 and Vsub2 are prepared as the substrate bias voltage Vsub, and the configuration is switched to two stages. However, it is also possible to switch the substrate bias voltage Vsub to three or more levels according to the illuminance.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部の空乏層の長さが近赤外線を吸収するに充分な
長さに設定されている固体撮像素子において、暗信号が
目立ちやすい低照度時に固体撮像素子の基板バイアス電
圧を通常動作時よりも高く設定するようにしたことによ
り、空乏層の長さが通常動作時よりも短くなり、基板深
部で発生した暗電荷がセンサ部の信号電荷蓄積領域に蓄
積されにくくなるため、低照度時のセンサ部の暗信号を
低減し、画質を改善できることになる。
As described above, according to the present invention,
In a solid-state imaging device in which the length of the depletion layer of the sensor unit is set to be long enough to absorb near-infrared light, the substrate bias voltage of the solid-state imaging device at low illuminance where dark signals are conspicuous is lower than during normal operation. By setting it higher, the length of the depletion layer becomes shorter than in normal operation, and it becomes difficult for dark charges generated in the deep part of the substrate to accumulate in the signal charge accumulation area of the sensor section. It is possible to reduce the dark signal of the section and improve the image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る撮像システムの構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging system according to an embodiment of the present invention.

【図2】センサ部の基板深さ方向のポテンシャル図であ
る。
FIG. 2 is a potential diagram of a sensor section in a substrate depth direction.

【図3】CCD撮像素子の画素部周辺の構造の一例を示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure around a pixel portion of the CCD image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…CCD撮像素子、13…照度検出器、14…バイ
アス制御回路、15…バイアス切り替えスイッチ
11: CCD imaging device, 13: Illuminance detector, 14: Bias control circuit, 15: Bias switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G065 AA03 AB02 AB19 BA09 BA15 CA12 4M118 AA05 AB01 BA10 CA04 DA03 DB01 FA06 FA13 FA35 FA50 GA10 5C024 AA01 AA06 CA06 FA01 GA01 GA06 GA11  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2G065 AA03 AB02 AB19 BA09 BA15 CA12 4M118 AA05 AB01 BA10 CA04 DA03 DB01 FA06 FA13 FA35 FA50 GA10 5C024 AA01 AA06 CA06 FA01 GA01 GA06 GA11

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センサ部の空乏層の長さが近赤外線を吸
収するに充分な長さに設定されている固体撮像素子の駆
動方法であって、 低照度時に前記固体撮像素子の基板バイアス電圧を通常
動作時よりも高く設定することを特徴とする固体撮像素
子の駆動方法。
1. A method for driving a solid-state imaging device in which a length of a depletion layer of a sensor section is set to a length sufficient to absorb near-infrared rays, wherein a substrate bias voltage of the solid-state imaging device is set at low illuminance. Is set higher than during normal operation.
【請求項2】 センサ部の空乏層の長さが近赤外線を吸
収するに充分な長さに設定されている固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の撮像面での照度を検出する照度検出
手段と、 前記照度検出手段の検出出力に基づいて低照度時に前記
固体撮像素子の基板バイアス電圧を通常動作時よりも高
く設定するバイアス切り替え手段とを備えたことを特徴
とする撮像システム。
2. A solid-state imaging device in which a length of a depletion layer of a sensor unit is set to a length sufficient to absorb near-infrared light; and illuminance detection means for detecting illuminance on an imaging surface of the solid-state imaging device. An imaging system comprising: a bias switching unit configured to set a substrate bias voltage of the solid-state imaging device to be higher at low illuminance than at the time of normal operation based on a detection output of the illuminance detection unit.
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