JP2002064196A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Abstract
どの弊害を防止すること。 【解決手段】 半導体基板に不純物を注入して形成さ
れ、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素領
域10と、有効画素領域10と隣接して設けられ入射光
に対する遮光膜を有する黒基準部とを備える固体撮像装
置であり、この黒基準部として、半導体基板に不純物を
注入して形成された第1オプティカルブラック11と、
半導体基板に不純物が注入されていない第2オプティカ
ルブラック12とから構成されるものである。
Description
で蓄積した電荷を電気信号として出力する固体撮像装置
に関する。
準となる信号(黒基準信号)を得るためにオプティカル
ブラック(光学的黒)である黒基準領域を備えており、
有効画素信号はその黒基準領域で得たレベルを基準とし
て演算処理される。
ロック図である。すなわち、CCD1から出力された信
号は、CDS(相関二重サンプリング回路)2に入力さ
れ、その後、オプティカルブラックから出力された黒基
準信号をクランプするオプティカルブラッククランプ回
路3へ入力される。
(GC)4、A/D(アナログ/デジタル)変換回路5
を経てデジタル信号に変換され、信号処理回路7へ渡さ
れる。
うな固体撮像装置には次のような問題がある。すなわ
ち、この固体撮像装置をデジタルスチルカメラ等に用
い、長時間露光モードで撮影を行った場合、画素に蓄積
された暗電流が増加し、画素毎の信号レベルのばらつき
が大きくなるため、それをクランプすると画面に横筋が
生じるといった弊害が発生してしまう。
いで形成したオプティカルブラックを備える固体撮像装
置もある(特許第2917361号参照)。このような
固体撮像装置では、上記のようなデジタルスチルカメラ
の長時間露光モードで撮影した場合、暗電流成分がほと
んど含まれないため、安定したクランプを行うことがで
きる。
場合には、有効画素とオプティカルブラックとの信号差
分が増大し、黒ずれの発生を招くという問題が生じる。
題を解決するために成されたものである。すなわち、本
発明は、半導体基板に不純物を注入して形成され、入射
光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素部と、有効
画素部と隣接して設けられ入射光に対する遮光膜を有す
る黒基準部とを備える固体撮像装置であり、この黒基準
部として、半導体基板に不純物を注入して形成された第
1の黒基準部と、半導体基板に不純物を注入していない
第2の黒基準部とから構成されるものである。
込んで得たアナログ信号を、第2の黒基準部から出力さ
れる第2の黒基準信号でクランプし、デジタル信号に変
換した後に第1の黒基準部から出力される第1の黒基準
信号でクランプする。これにより、長時間露光モードで
撮影した場合であっても、不要な暗電流成分を含まない
第2の黒基準信号で安定したクランプを行えるととも
に、その後に第1の黒基準信号で有効画素部との差分を
正確に演算できるようになる。
基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る固体撮像
装置の主要部を説明する図で、(a)は平面図、(b)
は有効画素部断面図、(c)は第1オプティカルブラッ
クの断面図、(d)は第2オプティカルブラックの断面
図である。
体撮像装置は、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する
有効画素領域10と、有効画素領域10に隣接して設け
られる第1オプティカルブラック11と、有効画素領域
10および第1オプティカルブラック11の領域を囲む
ように形成される第2オプティカルブラック12とを備
えている。
画素部は、p型のシリコン基板100の表面(もしく
は、n型のシリコン基板に設けられたpウェル領域)に
注入されるn+型不純物拡散領域101と、読み出し部
102を介して形成されるチャネル層103と、チャネ
ル層103上に形成される転送電極104と、n+型不
純物拡散領域101上のみ開口して他の部分を覆う遮光
膜105とを備えている。
の開口から入射される光に応じた電荷がn+型不純物拡
散領域101に蓄積され、所定のタイミングによって読
み出し部102からその電荷がチャネル層103へ読み
出される。そして、転送電極104の駆動によって電荷
がチャネル層103を順次転送していくことになる。
ク11は、p型のシリコン基板100の表面に形成され
るn+型不純物拡散領域101、読み出し部102、チ
ャネル層103、転送電極104については有効画素部
と同じであるが、n+型不純物拡散領域101を含む全
面に遮光膜105を備える点で相違する。
では、遮光膜105によって入射光が遮られることか
ら、所定のタイミングによって読み出される信号は、第
1の黒基準信号となって転送されることになる。
ク12は、p型のシリコン基板100、読み出し部10
2、チャネル層103、転送電極104については第1
オプティカルブラック11と同じであるが、n+型不純
物拡散領域101に対応する部分に不純物が注入されて
いない点で相違する。
では、第1オプティカルブラック11のn+型不純物拡
散領域101に対応する部分になにも不純物が注入され
ていないことから、この部分での電荷の蓄積は行われな
い。つまり、有効画素領域10からの暗電流の流入が極
めて小さく、不要な暗電流成分を含まない第2の黒基準
信号を転送できるようになる。
に有効画素領域10の外側にn+型不純物拡散領域10
1を持つ第1オプティカルブラック11と、n+型不純
物拡散領域101を持たない第2オプティカルブラック
12とを備えているため、有効画素領域10で取り込ん
で得た信号を、第1オプティカルブラック11から出力
される第1の黒基準信号および第2オプティカルブラッ
ク12から出力される第2の黒基準信号の各々のクラン
プによって演算することができる。
のシステム構成図である。このシステムでは、CCD
1、CDS(相関二重サンプリング回路)2、アナログ
クランプ回路3、GC(ゲインコントローラ)4、A/
D(アナログ/デジタル)変換回路5、デジタルクラン
プ回路6および信号処理回路7から構成される。
画素領域10、第1オプティカルブラック11および第
2オプティカルブラック12を備えたものが適用され
る。また、アナログクランプ回路3では、第2オプティ
カルブラック12から出力される第2の黒基準信号が用
いられ、デジタルクランプ回路6では、第1オプティカ
ルブラック11から出力される第1の黒基準信号が用い
られる。
る出力信号はCDS2に入力される。CDS2では、リ
セット期間の電位をクランプして、信号レベルをサンプ
ルホールドし、ノイズを除去した信号を得るようにして
いる。
ナログクランプ回路3に入力される。ここでは、図1に
示す第2オプティカルブラック12から出力された第2
の黒基準信号をクランプし、CDS2から出力された信
号との差分を演算する。
型不純物拡散領域を持たないことから不要な暗電流成分
を含まない安定した黒基準信号を得ることができ、正確
な基準による信号を得ることが可能となる。
れた信号はGC4によってゲインコントロールされ、A
/D変換回路5によりデジタル信号に変換される。
回路6に入力される。デジタルクランプ回路6では、図
1に示す第1オプティカルブラック11から出力される
第1の黒基準信号をクランプし、A/D変換回路5から
出力されたデジタル信号との差分を演算する。
型不純物拡散領域101を持つことから、有効画素部で
のレベル変動を正確に吸収できる黒基準信号を得ること
ができ、この基準によって正確なレベルの信号を得るこ
とが可能となる。
された信号は、所望の信号処理回路7で処理されること
になる。
2オプティカルブラック12から出力される第2の黒基
準信号をクランプして演算し、デジタルクランプ回路6
として第1オプティカルブラック11から出力される第
1の黒基準信号をクランプして演算することで、高ダイ
ナミックレンジの信号出力を得ることが可能となる。
用したシステムでは、デジタルスチルカメラ等の長時間
露光時にも横筋や黒ずれの弊害を生じない画像を適用で
きるようになる。
素領域10を備えるエリアセンサーを例として説明した
が、有効画素列を備えるラインセンサーであっても適用
可能である。
第1オプティカルブラック11は、水平転送方向の前方
部に配置されていてもよい。
のような効果がある。すなわち、本発明の固体撮像装置
では、黒基準部として、半導体基板に不純物を注入して
形成された第1の黒基準部と、半導体基板に不純物が注
入されていない第2の黒基準部とを有していることか
ら、長時間露光モードで撮影した場合であっても、不要
な暗電流成分を含まない第2の黒基準信号で安定したク
ランプを行えるとともに、その後に第1の黒基準信号で
有効画素部との差分を正確に演算できるようになる。こ
れにより、横筋や黒ずれのない良好な画像を生成するこ
とが可能となる。
する図である。
成図である。
4…GC、5…A/D変換回路、6…デジタルクランプ
回路、7…信号処理回路、10…有効画素領域、11…
第1オプティカルブラック、12…第2オプティカルブ
ラック
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板に不純物を注入して形成さ
れ、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素部
と、前記有効画素部と隣接して設けられ入射光に対する
遮光膜を有する黒基準部とを備える固体撮像装置におい
て、 前記黒基準部は、前記半導体基板に不純物を注入して形
成された第1の黒基準部と、前記半導体基板に不純物を
注入していない第2の黒基準部とから構成されることを
特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 前記第2の黒基準部から出力される第2
の黒基準信号をアナログ信号の状態でクランプするアナ
ログクランプ手段と、 前記第1の黒基準部から出力される第1の黒基準信号を
デジタル信号の状態でクランプするデジタルクランプ手
段とを備えることを特徴とする請求項1記載の固体撮像
装置。
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