JP2001244449A - Ccd image sensor and method of using the same - Google Patents

Ccd image sensor and method of using the same

Info

Publication number
JP2001244449A
JP2001244449A JP2000051163A JP2000051163A JP2001244449A JP 2001244449 A JP2001244449 A JP 2001244449A JP 2000051163 A JP2000051163 A JP 2000051163A JP 2000051163 A JP2000051163 A JP 2000051163A JP 2001244449 A JP2001244449 A JP 2001244449A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charge
image sensor
ccd image
monitor
light quantity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000051163A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Sasaki
雅浩 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2000051163A priority Critical patent/JP2001244449A/en
Publication of JP2001244449A publication Critical patent/JP2001244449A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the accuracy of a CCD image sensor having a light- quantity detector. SOLUTION: A signal charge flowing through a light-quantity monitor 39 is returned to a re-storage part 32 via a return gate 40 to use as sensor data.

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、光電変換した信号
をCCD転送することにより各画素から画像情報を得る
CCDイメージセンサおよびその使用方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD image sensor for obtaining image information from each pixel by transferring a photoelectrically converted signal to a CCD and a method of using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、先に発明者が出願した特願平1
0−171973に記載したCCDイメージセンサの一
画素の構成図である。画素20の各部と機能を説明す
る。例えばフォトダイオードの光電変換部21で光を受
け、光電変換する。この光電変換された信号電荷は、バ
リアゲート24が開放されることにより、電荷蓄積部2
2に一定時間蓄積される。蓄積された信号電荷は、トラ
ンスファーゲート25が開放されることにより、電荷転
送部のCCDレジスタ23に移送される。移送された信
号電荷は、更にCCDシフトレジスタによって端の画素
から順にFDA(Floating Diffusion Amplifier)に転
送され、そこで電圧信号に変換され、センサデータとし
て出力される。
2. Description of the Related Art FIG.
It is a block diagram of one pixel of the CCD image sensor described in 0-171973. The components and functions of the pixel 20 will be described. For example, light is received and photoelectrically converted by a photoelectric conversion unit 21 of a photodiode. The photoelectrically converted signal charges are charged to the charge storage unit 2 by opening the barrier gate 24.
2 for a fixed time. The accumulated signal charges are transferred to the CCD register 23 of the charge transfer section when the transfer gate 25 is opened. The transferred signal charges are further transferred by a CCD shift register to FDA (Floating Diffusion Amplifier) in order from the end pixel, where they are converted to voltage signals and output as sensor data.

【0003】図7のCCDイメージセンサでは、センサ
に照射された光量を検出するための光量モニタ部29が
備えられており、光電変換部21で光電変換された信号
電荷の大部分をセンサ用データとして電荷蓄積部22に
流入させるが、一部を光量検出のため、光量モニタ部2
9に流入させる。光量モニタ部29に流入した信号電荷
量は、光量モニタ部29内のFDA(Floating Diffusi
on Amplifier)により電圧に変換される。従って、セン
サに照射された信号に比例した電圧が得られる。
The CCD image sensor shown in FIG. 7 is provided with a light amount monitoring unit 29 for detecting the amount of light irradiated on the sensor, and converts most of the signal charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 21 into sensor data. Flow into the charge accumulating unit 22, but a part of the light amount is monitored to detect the light amount.
Flow into 9 The amount of signal charge that has flowed into the light amount monitoring unit 29 is determined by FDA (Floating Diffusi
on Amplifier). Therefore, a voltage proportional to the signal applied to the sensor is obtained.

【0004】光量モニタ部29への流入量は、電荷蓄積
部22と光量モニタ部29とを分離するためのストッパ
28の位置で調整することができる。また、光量モニタ
部29に流入した信号電荷は光量を検出した後、積分ク
リアゲート26を経てICGドレイン27に排出され
る。図8は、図7の画素を含むCCDイメージセンサの
全体構成を示す図である。CCDイメージセンサ10
は、例えば距離測定などに用いられる1チップタイプの
ラインセンサである。ラインセンサ部10aには、複数
本のラインセンサ11が形成されている。各ラインセン
サ11には、後述する構成の画素が多数個並列に形成さ
れている。
The amount of inflow into the light quantity monitor 29 can be adjusted by the position of a stopper 28 for separating the charge accumulation section 22 and the light quantity monitor 29. The signal charge flowing into the light quantity monitor 29 detects the light quantity and is discharged to the ICG drain 27 via the integration clear gate 26. FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration of a CCD image sensor including the pixels of FIG. CCD image sensor 10
Is a one-chip type line sensor used for distance measurement, for example. A plurality of line sensors 11 are formed in the line sensor section 10a. In each line sensor 11, a large number of pixels having a configuration described later are formed in parallel.

【0005】モニタ回路12は、各ラインセンサ11の
受光量をモニタし、信号電荷の積分時間を制御する。C
CD制御回路13は、蓄積された信号電荷の転送に関わ
る制御をおこなう。FDA14は、ラインセンサ11か
ら転送された信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
なお、ここでは便宜上、モニタ回路12およびFDA1
4を1個ずつ示したが、実際には、両者共ラインセンサ
11毎に設けられている。
[0005] The monitor circuit 12 monitors the amount of light received by each line sensor 11 and controls the integration time of the signal charge. C
The CD control circuit 13 controls the transfer of the stored signal charges. The FDA 14 converts the signal charge transferred from the line sensor 11 into a voltage signal and outputs it.
Here, for convenience, the monitor circuit 12 and the FDA 1
4 are shown one by one, but actually both are provided for each line sensor 11.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図7のCCDイメージ
センサでは、光電変換部21で光電変換された信号電荷
の一部を光量検出用として光量モニタ部29に流すた
め、一定期間に電荷蓄積部22に蓄積できる信号電荷量
はその分だけ少なくなることは避けられない。一般に扱
う信号電荷量が多ければ多い程S/N(比信号とノイズ
との比)が向上する。従って、高精度とするためには、
扱う信号電荷量は、可能な限り多くすることとが望まし
い。
In the CCD image sensor shown in FIG. 7, a part of the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 21 flows to the light amount monitor unit 29 for detecting the light amount. It is inevitable that the amount of signal charges that can be stored in the storage 22 will be reduced accordingly. Generally, the larger the amount of signal charges handled, the better the S / N (ratio between the ratio signal and the noise). Therefore, for high accuracy,
It is desirable to handle as much signal charge as possible.

【0007】この問題に鑑み本発明の目的は、光量モニ
タを備えたCCDイメージセンサにおいて、S/N比が
大きく、高精度を実現できるCCDイメージセンサおよ
びその使用方法を提供することにある。
In view of this problem, an object of the present invention is to provide a CCD image sensor provided with a light amount monitor, which has a large S / N ratio and can realize high accuracy, and a method of using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、イメージセンサの一導電型領域内に、逆導電型
領域で分離された電荷蓄積部と光量モニター部とを設け
たCCDイメージセンサにおいて、光量測定に使用した
電荷を再度センサ出力用の電荷として用いる手段を備え
るものとする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a CCD image sensor in which a charge accumulation portion and a light amount monitor portion separated by a reverse conductivity type region are provided in one conductivity type region of an image sensor. The sensor is provided with means for using the charge used for the light quantity measurement again as the charge for sensor output.

【0009】従来は、電荷蓄積部と光量モニタ部とが、
逆導電型のストッパで完全に分離されていた。そして、
光電変換部で光電変換された信号電荷は、センサデータ
用と光量測定用とに分けて使用され、光量測定に用いら
れた電荷は、最終的にICGドレインに排出された。従
って、光量測定に用いられた電荷をセンサデータ用とし
て用いることは不可能であった。
Conventionally, the charge storage unit and the light amount monitoring unit are
It was completely separated by the reverse conductivity type stopper. And
The signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit was used separately for sensor data and light quantity measurement, and the charge used for light quantity measurement was finally discharged to the ICG drain. Therefore, it was impossible to use the charge used for the light quantity measurement for sensor data.

【0010】本発明においては、光量測定に使用した電
荷を再度センサ出力用の電荷として用いる手段を備える
ることにより、光量測定が終了した後に、電荷を再度蓄
積電荷部に戻すことが可能になる。その後は、従来技術
と同様に、信号電荷をCCDレジスタ部に移送し、順次
出力段まで転送して、センサデータとして出力する。こ
のようにして、光電変換部で変換された信号電荷を効率
良く利用することが可能になり、センサ出力用の電荷が
増すので、S/N比を大きくできて、より高精度なセン
サを実現できる。
In the present invention, by providing means for using the electric charge used for the light quantity measurement again as the electric charge for sensor output, it becomes possible to return the electric charge to the accumulated charge section again after the light quantity measurement is completed. . Thereafter, as in the prior art, the signal charges are transferred to the CCD register section, sequentially transferred to the output stage, and output as sensor data. In this way, it is possible to efficiently use the signal charges converted by the photoelectric conversion unit, and the charges for sensor output increase, so that the S / N ratio can be increased and a more accurate sensor can be realized. it can.

【0011】光量測定に使用した電荷を再度センサ出力
用の電荷として用いる手段としては、電荷蓄積部と光量
モニタ部とを分離する逆導電型領域の一部を欠き、その
上に絶縁膜を介してリターンゲート電極を設けることと
する。電荷蓄積部と光量モニタ部とを分離するために配
置されたストッパ上ににリターンゲート電極を配置し、
そのリターンゲート電極の電位を制御することにより、
電荷蓄積部と光量モニタ部とを連通させることができ
る。
As a means for reusing the charge used for the light quantity measurement as the charge for the sensor output, a part of a reverse conductivity type region for separating the charge accumulation section and the light quantity monitor section is omitted, and an insulating film is interposed thereon. Thus, a return gate electrode is provided. A return gate electrode is arranged on a stopper arranged to separate the charge accumulation unit and the light amount monitoring unit,
By controlling the potential of the return gate electrode,
The charge storage unit and the light amount monitoring unit can be communicated.

【0012】特に、リターンゲート電極が、電荷蓄積部
のバリアゲート電極に一部重なることが重要である。リ
ターンゲート電極と電荷蓄積部のゲート電極とが離れて
いると、その間でポテンシャルの山を生じ、光量モニタ
部の電荷の全部が、電荷蓄積部にスムーズに移送出来な
いようになる。
In particular, it is important that the return gate electrode partially overlaps the barrier gate electrode of the charge storage section. If the return gate electrode and the gate electrode of the charge storage unit are separated from each other, a potential peak occurs between them, so that all the charges in the light amount monitoring unit cannot be smoothly transferred to the charge storage unit.

【0013】上記のようなCCDイメージセンサの使用
方法としては、光量モニタ部のポテンシャルを電荷蓄積
部のそれと一致させることとする。光量モニタ部のポテ
ンシャルを電荷蓄積部のそれとが違っていると、次のよ
うな不具合を生じる。光量モニタ部のポテンシャルが電
荷蓄積部のそれより低いと、リターンゲート電極の電位
を制御したとき、光量モニタ部から電荷蓄積部への電荷
の移送ができず、むしろ、電荷蓄積部から光量モニタ部
へと名掛けてしまう。
As a method of using the CCD image sensor as described above, the potential of the light quantity monitor is made to match that of the charge storage. If the potential of the light quantity monitor section is different from that of the charge accumulation section, the following problem occurs. If the potential of the light amount monitoring unit is lower than that of the charge storage unit, when the potential of the return gate electrode is controlled, the charge cannot be transferred from the light amount monitoring unit to the charge storage unit. I'll call you.

【0014】逆に、光量モニタ部のポテンシャルが電荷
蓄積部のそれより高いと、光量モニタ部から電荷蓄積部
への電荷の移送はできるが、光電変換部から光量モニタ
部への電荷の流れが少なくなり、光量モニタ部の感度が
低くなってしまう。
Conversely, if the potential of the light quantity monitor is higher than that of the charge storage, the charge can be transferred from the light quantity monitor to the charge storage, but the flow of the charge from the photoelectric converter to the light quantity monitor will be limited. And the sensitivity of the light amount monitor section is reduced.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本形態のラインセンサの構成要素
である画素30の具体的な構成を説明する。図1は、画
素30の具体的な構成を示す透視平面図である。図2は
図1のA−A線に沿った断面図、図3(a)、(b)、
(C)はそれぞれ、図1のB−B線C−C線、D−D線
に沿った断面図である。図1は1画素分のみ示したが、
複数個並列に配置することでセンサアレイを構成するこ
とが可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A specific configuration of the pixel 30 which is a component of the line sensor according to the embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective plan view showing a specific configuration of the pixel 30. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
(C) is sectional drawing which followed the BB line CC line and DD line of FIG. 1, respectively. Although FIG. 1 shows only one pixel,
A sensor array can be configured by arranging a plurality of sensors in parallel.

【0016】画素30は、長さが数百μm 、幅が数十μ
m 程度の素子であり、例えばフォトダイオードからなる
光電変換部(以下PDと記す)31、電荷蓄積部(以下
STと記す)32、CCDレジスタ33、バリアゲート
(以下BGと記す)34、トランスファゲート(以下T
Gと記す)35、積分クリアゲート(以下ICGと記
す)36、および積分クリアゲートドレイン(以下IC
GDと記す)37、光量モニタ領域39、リターンゲー
ト(以下RGと記す)40から構成されている。
The pixel 30 has a length of several hundred μm and a width of several tens μm.
m, for example, a photoelectric conversion unit (hereinafter referred to as PD) 31, a charge storage unit (hereinafter referred to as ST) 32, a CCD register 33, a barrier gate (hereinafter referred to as BG) 34, a transfer gate (Hereinafter T
G) 35, an integral clear gate (hereinafter ICG) 36, and an integral clear gate drain (hereinafter IC)
GD) 37, a light amount monitoring area 39, and a return gate (hereinafter referred to as RG) 40.

【0017】画素30は、結晶シリコン基板にドナーイ
オンのドープ、例えば燐イオンを150keV で2.3〜
2.5×1012cm-2ドープし、熱処理することにより、
n型層として形成されている〔図2〕。ST32と光量
モニタ部39とを区切るPDストッパ38は、n型層中
にアクセプタイオンのドープ、例えばほう素イオンを5
0keV で2.9×1013cm-2ドープし、熱処理すること
により形成されている〔図3(a)〕。このPDストッ
パ38により、ST32と光量モニタ部39との間の接
合部分の空乏化が防がれる。ST32とFDA領域を分
離するためのPDストッパ38の一部を取り除き、電荷
をST32に戻すためのRG40を配置した。
The pixel 30 is formed by doping a crystalline silicon substrate with donor ions, for example, phosphorous ions at 150 keV for 2.3 to 3.0.
2.5 × 10 12 cm -2 doping and heat treatment
It is formed as an n-type layer (FIG. 2). The PD stopper 38 that separates the ST 32 from the light amount monitor 39 is provided with a doping of acceptor ions, for example, boron ions in the n-type layer.
It is formed by doping at 2.9 × 10 13 cm −2 at 0 keV and performing heat treatment (FIG. 3A). The PD stopper 38 prevents depletion at the junction between ST32 and the light amount monitor 39. A part of the PD stopper 38 for separating the ST32 from the FDA region was removed, and an RG 40 for returning charges to the ST32 was provided.

【0018】ICGD37は、n型層中に高濃度のドナ
ーイオンのドープ、例えば砒素イオンを80keV で4.
5×1016cm-2ドープし、熱処理することにより形成さ
れている。PDストッパ38と多少のスペースを空けて
形成されている光量モニタ部39は、ICGD37と同
様に、n型層中に高濃度のドナーイオンのドープがなさ
れることにより形成されている〔図3(a)〕。ここ
で、光量モニタ部39は、FDAとして機能している。
In the ICGD 37, doping of the n-type layer with a high concentration of donor ions, for example, arsenic ion is performed at 80 keV.
It is formed by doping 5 × 10 16 cm −2 and performing heat treatment. The light amount monitoring unit 39 formed with some space between the PD stopper 38 and the IC stopper 37 is formed by doping a high concentration of donor ions into the n-type layer, similarly to the ICGD 37 [FIG. a)]. Here, the light amount monitor 39 functions as an FDA.

【0019】RG40は、PDストッパ38の設けられ
ていないn型領域表面上に、図示されていない絶縁膜を
介して燐ドープの多結晶シリコン膜からなるリターンゲ
ート電極E6として形成されている〔図3(b)〕。B
G34、TG35、ICG36も同様の絶縁膜と電極と
から構成されている。また、ST32、CCDレジスタ
33の表面には、図示されていない絶縁膜を介して、燐
ドープ多結晶シリコン膜からなるゲート電極E1、CC
Dゲート電極E2、E3、E4、E5が形成されている
〔図3(a)、(b)、(c)〕。ゲート電極E1に
は、常に一定の電圧が印加されている。
The RG 40 is formed as a return gate electrode E6 made of a phosphorus-doped polycrystalline silicon film via an insulating film (not shown) on the surface of the n-type region where the PD stopper 38 is not provided [FIG. 3 (b)]. B
G34, TG35 and ICG36 are also composed of similar insulating films and electrodes. The gate electrodes E1 and CC made of a phosphorus-doped polycrystalline silicon film are provided on the surfaces of the ST32 and the CCD register 33 via an insulating film (not shown).
D gate electrodes E2, E3, E4, and E5 are formed (FIGS. 3A, 3B, and 3C). A constant voltage is always applied to the gate electrode E1.

【0020】信号電荷のST22への流入量と、光量モ
ニタ部39への流入量との比は、PDストッパ38を形
成する位置によって決まる。すなわち、PDストッパ3
8の位置によって、ST32の面積と光量モニタ部39
の面積が決まり、これにより、信号電荷の流入量の比が
決まる。また、光量モニタ部39のFDAの感度は、n
+ イオンの注入領域の面積で決まる。よって、CCDレ
ジスタ33側のFDAと、光量モニタ部39の感度を、
両者アプリケーションの信号電荷の流量にあわせて設計
すれば、センサ出力と同等のモニタ出力を得ることがで
きる。例えば、ST32と光量モニタ用部39との信号
電荷の流量比が、10:1の場合には、CCDセンサ側
のFDAと光量モニタ部39のFDAの感度比を1:1
0にすれば、両者の出力が同じになる。
The ratio between the amount of signal charge flowing into ST22 and the amount of signal charge flowing into light amount monitor 39 is determined by the position where PD stopper 38 is formed. That is, the PD stopper 3
8, the area of ST32 and the light amount monitor 39
Is determined, thereby determining the ratio of the inflow amount of the signal charge. The FDA sensitivity of the light amount monitor 39 is n
+ Depends on the area of the ion implantation region. Therefore, the sensitivity of the FDA on the CCD register 33 side and the sensitivity of the light amount monitor 39 are
If designed in accordance with the flow rate of the signal charge in both applications, a monitor output equivalent to the sensor output can be obtained. For example, when the flow rate ratio of the signal charge between the ST 32 and the light amount monitoring unit 39 is 10: 1, the sensitivity ratio between the FDA on the CCD sensor side and the FDA of the light amount monitoring unit 39 is 1: 1.
If it is set to 0, both outputs will be the same.

【0021】ST32内と光量モニタ部39内の不要電
荷は、従来の構成と同じように積分動作前にICGD3
7に排出しなければならない。このため、光量モニタ部
39は、BG34および積分ICG36の両者に接する
ように形成されている。次にこのような構成の画素30
の動作を説明する。図4(b)は、動作を説明するため
の各部のポテンシャル図、また、図5は、動作を説明す
るための電荷の流れ図である。
Unnecessary charges in the ST 32 and the light amount monitor 39 are stored in the ICGD3 before the integration operation, as in the conventional configuration.
7 must be discharged. For this reason, the light amount monitor 39 is formed so as to be in contact with both the BG 34 and the integral ICG 36. Next, the pixel 30 having such a configuration will be described.
Will be described. FIG. 4B is a potential diagram of each part for explaining the operation, and FIG. 5 is a flow chart of charges for explaining the operation.

【0022】PD31は、被写体からの光を受光する
と、これを光電変換する。この光電変換された信号電荷
は、BG34が開放されることにより、ST32に移動
して一定時間蓄積される。このとき、信号電荷の一部
は、光量モニタ部39に移動する。ST32に蓄積され
た信号電荷は、図8のCCD制御回路13によってTG
35が開放されることにより、CCDレジスタ33に移
送され、さらにCCDレジスタ33から、FDA14に
移送され、そこで信号電圧に変換されて出力される。
Upon receiving light from the subject, the PD 31 performs photoelectric conversion of the light. When the BG 34 is opened, the photoelectrically converted signal charges move to ST32 and are accumulated for a certain period of time. At this time, part of the signal charge moves to the light amount monitor 39. The signal charge stored in ST32 is transferred to the TG by the CCD control circuit 13 in FIG.
When 35 is opened, it is transferred to the CCD register 33, further transferred from the CCD register 33 to the FDA 14, where it is converted into a signal voltage and output.

【0023】信号電荷をST32に一定時間蓄積する動
作、いわゆる積分動作と、この積分動作の前の不要電荷
の排出は、BG34、およびICG36の開閉で制御し
ている。具体的には、例えば積分動作前には、BG34
に電圧1V を、ICG36に電圧3V を印加する。これ
により、ICG36下のポテンシャルが下がる。また、
動作に関係なく、ST32には電圧3V 、光量モニタ部
39には電圧3V 、ICGD37には電圧7V が常に印
加されており、その下のポテンシャルが下がっている。
The operation of accumulating signal charges in ST32 for a certain period of time, the so-called integration operation, and the discharge of unnecessary charges before this integration operation are controlled by opening and closing BG 34 and ICG 36. Specifically, for example, before the integration operation, the BG34
And a voltage of 3 V is applied to the ICG. As a result, the potential below the ICG 36 decreases. Also,
Irrespective of the operation, a voltage of 3 V is applied to ST32, a voltage of 3 V is applied to the light quantity monitoring unit 39, and a voltage of 7 V is applied to the ICGD 37, and the potential therebelow drops.

【0024】ST32下のポテンシャルもICG36下
のポテンシャルに一致しているため、画素内にポテンシ
ャルの勾配ができ、ST32内の不要電荷は、ICGD
37へと排出される。同時に光量モニタ部39の不要電
荷もICGD37へと排出される。なおRGは0V であ
る。図4(b)は、この状況を示す各部のポテンシャル
図である。
Since the potential under ST32 also coincides with the potential under ICG36, a potential gradient is created in the pixel, and unnecessary charges in ST32 become ICGD.
It is discharged to 37. At the same time, unnecessary charges of the light amount monitor 39 are also discharged to the ICGD 37. RG is 0V. FIG. 4B is a potential diagram of each part showing this situation.

【0025】一定期間後、ST32内の不要電荷は全て
排出され空の状態となり、光量モニタ部39も不要電荷
を排出して、そのポテンシャルは下がる。但し、ICG
36下のポテンシャルより下がることは無く、そのポテ
ンシャルはICG36下のポテンシャルと一致する。こ
うして、積分動作前のリセットが完了する。次いで、I
CG36への印加電圧を0V とすると、積分動作の開始
となる。ICG36下のポテンシャルは上昇し、ST3
2および光量モニタ部39からICGD37への電荷の
流入は止まり、PD31からの信号電荷はST32と光
量モニタ部39に蓄積される。
After a certain period of time, all unnecessary charges in ST32 are discharged and become empty, and the light amount monitor 39 also discharges unnecessary charges, and the potential drops. However, ICG
There is no drop below the potential below 36 and that potential matches the potential below ICG 36. Thus, the reset before the integration operation is completed. Then I
Assuming that the voltage applied to the CG 36 is 0 V, the integration operation starts. The potential under ICG36 rises and ST3
2 and the flow of charges from the light amount monitoring unit 39 to the ICGD 37 stops, and the signal charges from the PD 31 are stored in ST32 and the light amount monitoring unit 39.

【0026】光量モニタ部39にPD21からの信号電
荷が流入すると、その量に応じて光量モニタ部39のポ
テンシャルは上昇する。このようにして、光量に比例し
た電圧信号に変換され、図8のモニタ回路12に送られ
る。モニタ回路12は、後述するように、光量モニタ部
39からの電圧信号を積分し、その積分値が所定値以上
になった場合に、積分終了命令が発令され、BG34の
印加電圧を0V とし、PD31からST32および光量
モニタ部39への電荷の流入が止まる。これによりST
32の信号電荷の積分動作が終了する。
When the signal charge from the PD 21 flows into the light quantity monitor 39, the potential of the light quantity monitor 39 rises according to the amount of the signal charge. In this way, the voltage signal is converted into a voltage signal proportional to the amount of light and sent to the monitor circuit 12 in FIG. As will be described later, the monitor circuit 12 integrates the voltage signal from the light amount monitor unit 39, and when the integrated value becomes equal to or more than a predetermined value, issues an integration end instruction, sets the applied voltage of the BG 34 to 0V, The flow of charges from the PD 31 to the ST 32 and the light amount monitoring unit 39 stops. This makes ST
The integration operation of the 32 signal charges ends.

【0027】積分動作の終了後は、TG35に5V 、C
CDゲートE2にも5V を印加すると、TG35下のポ
テンシャルと、CCDゲートE2下のポテンシャルと
は、ST32とRG40下のポテンシャルよりも下がる
ため、ST32に蓄積された信号電荷は、速やかにCC
Dレジスタ33に移送される。このときRG40に3V
を印加すると、RG40下のポテンシャルが下がり、ゲ
ートが開いた状態となるため、光量モニタ部39に蓄積
された信号電荷もST32を経て、TG35から速やか
にCCDレジスタ33に移送される。
After the end of the integration operation, 5 V, C
When 5V is also applied to the CD gate E2, the potential under the TG 35 and the potential under the CCD gate E2 are lower than the potentials under ST32 and RG40.
Transferred to D register 33. At this time, RG40 is 3V
Is applied, the potential below the RG 40 drops and the gate is in an open state, so that the signal charges accumulated in the light quantity monitor 39 are also transferred from the TG 35 to the CCD register 33 immediately via ST32.

【0028】このとき、RG40のRG電極E6は、S
T32のゲート電極E1と一部重なっていることが重要
である。なぜならば、両者がはなれていると、その間の
部分でポテンシャルの山ができ、光量モニタ部39の電
荷がST32に流れるのを妨げるからである。CCDゲ
ート下に移送された信号電荷は、CCDレジスタ23か
ら信号電荷をFDA14に転送する。CCDゲート下に
移動する。順次出力部まで転送され、センサデータとし
て出力される。FDAで光量検出に用いた信号電荷とS
Tに蓄積した信号電荷を転送部(CCD)部に移送する
ため、S/N比は高められる。
At this time, the RG electrode E6 of the RG 40
It is important that it partially overlaps the gate electrode E1 of T32. This is because if they are separated from each other, a mountain of potential is formed at a portion between them, and the charge of the light amount monitor unit 39 is prevented from flowing to ST32. The signal charge transferred under the CCD gate transfers the signal charge from the CCD register 23 to the FDA 14. Move under the CCD gate. The data is sequentially transferred to the output unit and output as sensor data. The signal charge used for light amount detection by FDA and S
Since the signal charge accumulated in T is transferred to the transfer unit (CCD), the S / N ratio is increased.

【0029】図5は、上記の動作を分かりやすく表した
電荷の流れ図である。光電変換部31で発生した10個
の電荷のうち光量モニタ部39に流れた2個の電荷が、
RG40を通ってST32に流れ、更にCCDレジスタ
部33へと流れ、最終的には10個の電荷がセンサデー
タとして出力される様子を示している。このようにし
て、従来利用できなかった電荷が利用できるようにな
り、S/N比を向上させることができる。例えば、信号
電荷量が2倍になれば、センサ出力のばらつきは、(1
/2)1/2 とすることができて精度向上がなされる。
FIG. 5 is a flow chart of electric charges showing the above operation in an easy-to-understand manner. Of the ten charges generated by the photoelectric conversion unit 31, two charges flowing to the light amount monitoring unit 39 are:
It shows a state in which it flows through the RG 40 to ST32, further flows to the CCD register unit 33, and finally outputs ten charges as sensor data. In this way, the charge that could not be used conventionally can be used, and the S / N ratio can be improved. For example, if the signal charge amount doubles, the variation in sensor output becomes (1
/ 2) It can be reduced to 1/2, and the accuracy is improved.

【0030】比較のため、図7の従来のCCDイメージ
センサの各部のポテンシャル図を図4(a)に、電荷の
流れ図を図6に示した。従来のCCDイメージセンサで
は、RGが設けられていなかったので、光電変換部21
で発生した10個の電荷のうち、光量モニタ部29に流
入した2個の信号電荷は、ICGD27に流され、信号
電荷として活用できない。最終的には8個の電荷しか、
センサデータとして利用されない様子を示している。
For comparison, FIG. 4A shows a potential diagram of each portion of the conventional CCD image sensor shown in FIG. 7, and FIG. 6 shows a flow diagram of electric charges. In the conventional CCD image sensor, since no RG is provided, the photoelectric conversion unit 21 is not provided.
Of the ten charges generated in the above, two signal charges flowing into the light amount monitoring unit 29 flow into the ICGD 27 and cannot be used as signal charges. Eventually, only eight charges
It shows a state that is not used as sensor data.

【0031】但し、積分動作前の不要電荷排出時間にI
CGに5V を印加していたため、排出期間後の光量モニ
タ部29のポテンシャルはST22のポテンシャルより
も下がっていた。従って、仮にRGを設置し、そのRG
に3V を印加しても光量モニタ部29からST22へ電
荷を戻すのが不可能なだけでなく、逆にST22から光
量モニタ部29へ電荷が流れて無効になる可能性もあ
る。
However, if the unnecessary charge discharging time before the integration operation is
Since 5 V was applied to the CG, the potential of the light quantity monitor 29 after the discharge period was lower than the potential of ST22. Therefore, if an RG is temporarily set and the RG
Not only is it impossible to return the charge from the light quantity monitoring unit 29 to ST22 even if 3V is applied to the device, but there is also a possibility that the charge flows from ST22 to the light quantity monitoring unit 29 and becomes invalid.

【0032】なお、本発明では光量モニタ部39の電荷
をST32に確実に戻すため、ICG36の印加電圧を
3V とした。これは、前項で説明した理由により、排出
後の光量モニタ部39のポテンシャルをST32のポテ
ンシャルと一致させるためである。しかし、従来の5V
に比べて低くなったので、光量モニタ部39のFDAの
振幅範囲は狭くなってしまう。従って、場合によりアン
プ等の増幅器で信号を増幅する必要がある。
In the present invention, the voltage applied to the ICG 36 is set to 3 V in order to surely return the electric charge of the light quantity monitor 39 to ST32. This is to make the potential of the light quantity monitor unit 39 after discharge coincide with the potential of ST32 for the reason described in the previous section. However, conventional 5V
, The amplitude range of the FDA of the light amount monitoring unit 39 is narrowed. Therefore, in some cases, it is necessary to amplify the signal with an amplifier such as an amplifier.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、例え
ば、電荷蓄積部と光量モニタ部とを分離するためのスト
ッパの一部を取り除き、リターンゲートを配置すること
により、従来の方式では、光量測定後に積分クリアドレ
インに排出され、いわば無駄に捨てられていた光量モニ
タ部の電荷を、再び電荷蓄積部に戻し、センサデータと
して利用することを可能にした。
As described above, according to the present invention, for example, by removing a part of a stopper for separating a charge storage portion and a light amount monitor portion and arranging a return gate, the conventional system After the measurement, the electric charge of the light amount monitoring unit discharged to the integration clear drain and discarded, so to speak, is returned to the electric charge accumulating unit, and can be used as sensor data.

【0034】CCDセンサのような撮像デバイスでは、
扱う信号電荷量が多ければ多い程、デバイスの精度が向
上するので、従来の方式と比較して大幅に精度が向上し
たCCDイメージセンサが実現できる。
In an imaging device such as a CCD sensor,
The greater the amount of signal charges to be handled, the higher the accuracy of the device, so that a CCD image sensor with significantly improved accuracy compared to the conventional method can be realized.

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

【図1】本発明のCCDイメージセンサの構造を示す平
面図、
FIG. 1 is a plan view showing the structure of a CCD image sensor according to the present invention;

【図2】図1のA−A線に沿った断面図FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1;

【図3】(a)は図1のB−B線に沿った断面図、
(b)は図1のC−C線に沿った断面図、(b)は図1
のD−D線に沿った断面図
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1;
1B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1, and FIG.
Sectional view along line DD

【図4】(a)は従来のCCDイメージセンサのポテン
シャル図、(b)は本発明のCCDイメージセンサのポ
テンシャル図
4A is a potential diagram of a conventional CCD image sensor, and FIG. 4B is a potential diagram of a CCD image sensor of the present invention.

【図5】本発明のCCDイメージセンサの電荷の流れ図FIG. 5 is a flow chart of charges of the CCD image sensor of the present invention.

【図6】従来のCCDイメージセンサの信号電荷の流れ
図、
FIG. 6 is a flow chart of signal charges of a conventional CCD image sensor,

【図7】従来のCCDイメージセンサの構造を示す平面
FIG. 7 is a plan view showing the structure of a conventional CCD image sensor.

【図8】ラインセンサの構造を示す平面図FIG. 8 is a plan view showing the structure of a line sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 CCDイメージセンサ 10a ラインセンサ部 11 ラインセンサ 12 モニタ回路 13 CCD制御回路 14 FDA 20、30 画素 21、31 光電変換部(PD) 22、32 電荷蓄積部(ST) 23、33 CCDレジスタ部 24、34 バリアゲート(BG) 25、35 トランスファゲート(TG) 26、36 積分クリアゲート(ICG) 27、37 積分クリアゲートドレイン(ICGD) 28、38 ストッパ 29、39 光量モニタ部 40 リターンゲート(RG) E1 蓄積部ゲート電極 E2〜E5 CCDゲート電極 E6 リターンゲート電極 Reference Signs List 10 CCD image sensor 10a Line sensor unit 11 Line sensor 12 Monitor circuit 13 CCD control circuit 14 FDA 20, 30 Pixel 21, 31 Photoelectric conversion unit (PD) 22, 32 Charge storage unit (ST) 23, 33 CCD register unit 24, 34 Barrier gate (BG) 25, 35 Transfer gate (TG) 26, 36 Integral clear gate (ICG) 27, 37 Integral clear gate drain (ICGD) 28, 38 Stopper 29, 39 Light intensity monitor 40 Return gate (RG) E1 Storage section gate electrode E2 to E5 CCD gate electrode E6 Return gate electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イメージセンサの一導電型領域内に、逆導
電型領域で分離された電荷蓄積部と光量モニター部とを
設けたCCDイメージセンサにおいて、光量モニターに
使用した電荷を再度センサ出力用の電荷として用いるこ
とを特徴とするCCDイメージセンサ。
In a CCD image sensor provided with a charge accumulation section and a light quantity monitor section separated by an opposite conductivity type area in one conductivity type area of an image sensor, the charge used for the light quantity monitor is again output to the sensor output. A CCD image sensor characterized by being used as an electric charge of a CCD.
【請求項2】電荷蓄積部と光量モニター部とを分離する
逆導電型領域の一部を欠き、その上に絶縁膜を介してリ
ターンゲート電極を設けることを特徴とする請求項1に
記載のCCDイメージセンサ。
2. The device according to claim 1, wherein a part of the reverse conductivity type region for separating the charge accumulating portion and the light amount monitoring portion is omitted, and a return gate electrode is provided thereon via an insulating film. CCD image sensor.
【請求項3】リターンゲート電極が、電荷蓄積部のバリ
アゲート電極に一部重なることを特徴とする請求項2に
記載のCCDイメージセンサ。
3. The CCD image sensor according to claim 2, wherein the return gate electrode partially overlaps the barrier gate electrode of the charge storage section.
【請求項4】信号電荷蓄積部内に光量モニターを配置し
たCCDイメージセンサの使用方法において、光量モニ
ター部のポテンシャルを電荷蓄積部のそれと一致させる
ことを特徴とするCCDイメージセンサの使用方法。
4. A method of using a CCD image sensor in which a light quantity monitor is disposed in a signal charge storage section, wherein the potential of the light quantity monitor section is made to match that of the charge storage section.
JP2000051163A 2000-02-28 2000-02-28 Ccd image sensor and method of using the same Pending JP2001244449A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000051163A JP2001244449A (en) 2000-02-28 2000-02-28 Ccd image sensor and method of using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000051163A JP2001244449A (en) 2000-02-28 2000-02-28 Ccd image sensor and method of using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001244449A true JP2001244449A (en) 2001-09-07

Family

ID=18572839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000051163A Pending JP2001244449A (en) 2000-02-28 2000-02-28 Ccd image sensor and method of using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001244449A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6294133B1 (en) Multiple detecting apparatus for physical phenomenon and/or chemical phenomenon
US6101232A (en) Active pixel sensor with intra-pixel charge transfer
JPH04172085A (en) Solid image pickup device
JP2577598B2 (en) Peak detector for image sensor
JPH0518265B2 (en)
JP4761491B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system using the same
US6498346B1 (en) Large dynamic range focal plane array
JP2937192B1 (en) CCD image sensor
JP4133028B2 (en) Integrated chemical / physical phenomenon detector
EP2273551B1 (en) Semiconductor imaging device
US20040252215A1 (en) Solid state imaging device
JP2001244449A (en) Ccd image sensor and method of using the same
JPH02183678A (en) Drive method for charge detection circuit
RU2236064C1 (en) Device for delayed read-out and storage of signals from multicomponent infrared photodetectors
JP3077139B2 (en) Solid-state imaging device
JP2001320038A (en) Photoelectric conversion device
JP2745515B2 (en) Solid-state imaging device
JPH01205684A (en) Solid-state image pickup device and device
JPH01205676A (en) Solid-state image pickup device
JPH01205626A (en) A/d converter
JPS61224452A (en) Solid-state image pickup element
JPS634681A (en) Semiconductor device
JPH01205682A (en) Solid-state image pickup device
JPS61288466A (en) Charge detecting circuit
JPH01205677A (en) Solid-state image pickup device