JP2002343954A - Solid-state image sensing element - Google Patents

Solid-state image sensing element

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JP2002343954A
JP2002343954A JP2001141260A JP2001141260A JP2002343954A JP 2002343954 A JP2002343954 A JP 2002343954A JP 2001141260 A JP2001141260 A JP 2001141260A JP 2001141260 A JP2001141260 A JP 2001141260A JP 2002343954 A JP2002343954 A JP 2002343954A
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JP
Japan
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sensor
signal
solid
transfer register
transfer
Prior art date
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Application number
JP2001141260A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshimitsu Nagae
利充 永江
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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 enlarge the dynamic range of an output signal to a light receiving amount by ensuring linear characteristics of an output of an output part of a CCD linear sensor. SOLUTION: An overflow control gate 162 and an overflow drain 164 are arranged on an N-th register gate 142N of one transfer register 140A out of two transfer registers 140A, 140B which have the same characteristics. When the amount of signal charges of the transfer register 140A becomes at least a definite threshold value (Qc), an excessive amount of the signal charges is discharged to the outside. Consequently, an output signal from an output part 150 is increased with gently linear characteristic in a region where the light receiving amount of a sensor part approaches a saturation region. As a result, the light receiving amount of the sensor can ensure linear characteristics of an output signal in the vicinity of the saturation region, and the dynamic range of the output signal to the light receiving amount can be enlarged.

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、例えばCCDによ
るリニアセンサ等の固体撮像素子に関し、特に受光量に
対する出力のダイナミックレンジを拡大することが可能
な固体撮像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image sensor such as a linear sensor using a CCD, and more particularly to a solid-state image sensor capable of expanding a dynamic range of an output with respect to a received light amount.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えば図3に示すような構造
を有するCCDリニアセンサが知られている。なお、図
中の矢印は、信号電荷の転送方向を示している。このC
CDリニアセンサは、半導体基板10上に、一対のセン
サ列20A、20Bと、一対の読み出しゲート(リード
アウトゲート)30A、30Bと、一対の転送レジスタ
40A、40Bと、共通の出力部50とを設けたもので
ある。各センサ列20A、20Bは、それぞれ一方向に
配列された複数のフォトセンサ22より構成され、互い
に隣接して平行に設けられている。各フォトセンサ22
は、例えばフォトダイオードとしての構造を有し、通常
は受光量に応じた信号電荷を蓄積する。各読み出しゲー
ト30A、30Bは、読み出しパルスによって各フォト
センサ22に蓄積された信号電荷を読み出して、各転送
レジスタ40A、40Bの各レジスタゲートにセットす
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a CCD linear sensor having a structure as shown in FIG. 3 has been known. The arrows in the figure indicate the direction in which the signal charges are transferred. This C
The CD linear sensor includes a pair of sensor arrays 20A and 20B, a pair of readout gates (readout gates) 30A and 30B, a pair of transfer registers 40A and 40B, and a common output unit 50 on a semiconductor substrate 10. It is provided. Each of the sensor rows 20A and 20B is composed of a plurality of photosensors 22 arranged in one direction, and is provided adjacent to and parallel to each other. Each photo sensor 22
Has a structure as, for example, a photodiode, and usually accumulates signal charges according to the amount of received light. Each of the read gates 30A and 30B reads the signal charges accumulated in each of the photosensors 22 by a read pulse, and sets the signal charges in each of the transfer registers 40A and 40B.

【0003】各転送レジスタ40A、40Bは、転送ク
ロックパルスに同期して信号電荷を出力部50に転送す
るものであり、各転送レジスタ40A、40Bの最終出
力段には、各転送レジスタ40A、40Bの信号電荷を
合流させる合流ゲート部44が設けられている。各転送
レジスタ40A、40Bによって転送される信号電荷が
合流ゲート部44で合流され、互いに加算された信号電
荷が最終段の水平出力ゲート部(HOG)46より出力
部50の電荷電圧変換部(FD;フローティングデフュ
ージョン部)に印加される。
Each transfer register 40A, 40B transfers a signal charge to the output section 50 in synchronization with a transfer clock pulse, and the final output stage of each transfer register 40A, 40B has each transfer register 40A, 40B. A junction gate 44 for joining the signal charges is provided. The signal charges transferred by the transfer registers 40A and 40B are merged by the merge gate unit 44, and the added signal charges are transferred from the final horizontal output gate unit (HOG) 46 to the charge-voltage converter (FD) of the output unit 50. A floating diffusion portion).

【0004】出力部50は、FD部に生じた信号電荷を
検出して、撮像信号に変換するものであり、例えば転送
クロックに対応したリセットクロックにより、周期的に
信号電荷の検出値をリセットしながら、新たな信号電荷
を順次検出し、適宜増幅を行なうことにより、信号電荷
に対応した電圧信号(撮像信号)を出力する。例えば、
センサ列20A、20BのN番目のフォトセンサ22A
N、22BNの信号電荷は、加算されて出力されること
となり、各フォトセンサ22AN、22BNは、合わせ
て1つの画素としてみなすことが可能である。
The output unit 50 detects the signal charge generated in the FD unit and converts the signal charge into an image signal. For example, the output unit 50 periodically resets the detected value of the signal charge by a reset clock corresponding to a transfer clock. Meanwhile, a new signal charge is sequentially detected and appropriately amplified, thereby outputting a voltage signal (imaging signal) corresponding to the signal charge. For example,
The N-th photo sensor 22A of the sensor rows 20A and 20B
The signal charges of N and 22BN are added and output, and each of the photosensors 22AN and 22BN can be regarded as one pixel in total.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来のCCDリニアセンサにおいて、出力部50から
得られる出力信号は、フォトセンサにおける一定範囲の
受光量に対して単一直線的な特性を有するものとなって
いる。図4は、このような受光量に対する出力特性を示
す説明図であり、縦軸が転送レジスタによって転送され
る信号電荷量を示し、横軸がフォトセンサにおける受光
量を示している。そして、例えば、上述したセンサ列2
0A、20BのN番目のフォトセンサ22AN、22B
Nの信号電荷をAN、BNとした場合、図4の曲線d
は、信号電荷ANと信号電荷BNの値を示している。
By the way, in the conventional CCD linear sensor as described above, the output signal obtained from the output section 50 has a single linear characteristic with respect to the light receiving amount within a certain range of the photo sensor. It has become something. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the output characteristics with respect to such a light receiving amount. The vertical axis indicates the signal charge amount transferred by the transfer register, and the horizontal axis indicates the light receiving amount in the photo sensor. Then, for example, the above-described sensor row 2
0A, 20B Nth photo sensor 22AN, 22B
When the signal charges of N are AN and BN, the curve d in FIG.
Indicates the values of the signal charges AN and BN.

【0006】すなわち、各フォトセンサ22AN、22
BNが隣接しているため、信号電荷ANと信号電荷BN
は、ほぼ同一の値となり、各フォトセンサ22AN、2
2BNの同一の飽和領域までは、それぞれ直線的な特性
で上昇し、飽和領域に近づくと、上昇が抑制される。一
方、図4の曲線eは、合流ゲート部44における信号電
荷量、すなわち、信号電荷ANと信号電荷BNの加算値
を示しており、この加算値においても、各フォトセンサ
22AN、22BNの飽和領域までは直線的な特性で上
昇し、飽和領域に近づくと、上昇が抑制される。したが
って、従来のCCDリニアセンサにおいては、各フォト
センサ22における受光量が大きくなって飽和領域に近
い状態になると、正確な出力信号が得られなくなるとい
う問題が生じる。
That is, each photo sensor 22AN, 22
Since the BNs are adjacent to each other, the signal charges AN and BN
Are almost the same value, and each photo sensor 22AN, 2
Up to the same saturation region of 2BN, each rises with a linear characteristic, and when approaching the saturation region, the rise is suppressed. On the other hand, a curve e in FIG. 4 shows the signal charge amount at the merging gate section 44, that is, the added value of the signal charge AN and the signal charge BN. Until the saturation region is approached, the increase is suppressed. Therefore, in the conventional CCD linear sensor, if the amount of light received by each photosensor 22 becomes large and becomes close to the saturation region, there arises a problem that an accurate output signal cannot be obtained.

【0007】これに対し、CCDリニアセンサが利用さ
れるスキャナ等の画像入力装置においては、ソフト的な
処理によって信号処理(γ補正)を行なっているが、C
CDリニアセンサからの出力が飽和する受光領域では、
ソフト的な信号処理を施しても、階調を確保することが
困難となる。
On the other hand, in an image input apparatus such as a scanner using a CCD linear sensor, signal processing (γ correction) is performed by software processing.
In the light receiving region where the output from the CD linear sensor is saturated,
Even if software signal processing is performed, it is difficult to secure the gradation.

【0008】そこで本発明の目的は、フォトセンサへの
受光量が飽和領域に近い状態となった場合でも、出力の
直線的特性を確保して、受光量に対する出力信号のダイ
ナミックレンジを拡大することが可能な固体撮像素子を
提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to increase the dynamic range of an output signal with respect to the amount of received light while securing the linear characteristics of the output even when the amount of light received by the photosensor is close to the saturation region. It is to provide a solid-state imaging device which can perform the above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、半導体基板上に、複数のフォトセンサと、前
記フォトセンサで検出した信号電荷を順次転送する転送
レジスタと、前記転送レジスタによって転送された信号
電荷を出力信号に変換する出力部とを設けた固体撮像素
子において、それぞれ一方向に配列された複数のフォト
センサより構成され、互いに隣接する平行な少なくとも
一対のセンサ列と、前記一対のセンサ列にそれぞれ対応
して設けられ、各センサ列のフォトセンサ部の配列方向
に沿って信号電荷を転送する一対の転送レジスタと、前
記一対の転送レジスタが合流する合流ゲート部と、前記
合流ゲート部に生じた信号電荷を検出し、出力信号に変
換する出力部とを有し、前記一対の転送レジスタのうち
一方の転送レジスタの取扱い電荷量を制限する制限手段
を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising a plurality of photosensors, a transfer register for sequentially transferring signal charges detected by the photosensors, and a transfer register. In a solid-state imaging device provided with an output unit for converting the transferred signal charges into an output signal, the solid-state imaging device includes a plurality of photosensors arranged in one direction, and at least one pair of parallel sensor rows adjacent to each other, A pair of transfer registers that are provided corresponding to the pair of sensor rows, respectively, and transfer signal charges along the arrangement direction of the photosensor units of each sensor row; a merging gate unit where the pair of transfer registers merge; An output unit for detecting a signal charge generated in the junction gate unit and converting the signal charge into an output signal, wherein one of the transfer registers of the pair of transfer registers is provided. A solid-state imaging device characterized in that a limiting means for limiting the amount of charges.

【0010】本発明の固体撮像素子では、フォトセンサ
における受光量が上昇すると、一方の転送レジスタの取
扱い電荷量を制限する制限手段の作用によって、一方の
転送レジスタの取扱い電荷量が制限される。これによ
り、合流ゲート部に生じる各センサ列の信号電荷量を合
計した信号電荷量のうち、一方の転送レジスタによる信
号電荷が制限されたものとなり、他方の転送レジスタに
よる信号電荷量の変化に対応した特性で変化する。この
結果、フォトセンサへの受光量が飽和領域に近い状態と
なった場合でも、一方の転送レジスタの取扱い電荷量を
制限することにより、合流ゲート部における信号電荷の
直線的特性を確保し、出力部における出力の直線的特性
を確保することができるので、受光量に対する出力信号
のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
In the solid-state imaging device of the present invention, when the amount of light received by the photo sensor increases, the amount of charge handled by one transfer register is limited by the operation of the limiting means for limiting the amount of charge handled by one transfer register. As a result, of the signal charge amounts obtained by summing up the signal charge amounts of the respective sensor rows generated at the merging gate section, the signal charge amount of one transfer register is limited, and the change amount of the signal charge amount corresponding to the other transfer register is corresponding. It changes with the changed characteristics. As a result, even when the amount of light received by the photo sensor is close to the saturation region, the linear characteristic of the signal charge at the junction gate is secured by limiting the amount of charge handled by one of the transfer registers, and Since the linear characteristics of the output in the section can be secured, the dynamic range of the output signal with respect to the amount of received light can be expanded.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像素子
の実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発
明を一対のセンサ列を有するCCDリニアセンサに適用
したものである。図1は、本実施の形態におけるCCD
リニアセンサの構成を示す概略平面図である。なお、図
中の矢印は、信号電荷の転送方向を示している。このC
CDリニアセンサは、半導体基板110上に、一対のセ
ンサ列120A、120Bと、一対の読み出しゲート1
30A、130Bと、一対の転送レジスタ140A、1
40Bと、共通の出力部150とを設けたものである。
また、本例のCCDリニアセンサでは、一方の転送レジ
スタ140Aの途中のレジスタゲートに、取扱い電荷量
の制限手段としてのオーバーフローコントロールゲート
(OFCG)162及びオーバーフロードレイン(OF
D)164が設けられている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the solid-state imaging device according to the present invention will be described below. In the present embodiment, the present invention is applied to a CCD linear sensor having a pair of sensor rows. FIG. 1 shows a CCD according to the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic plan view illustrating a configuration of a linear sensor. The arrows in the figure indicate the direction in which the signal charges are transferred. This C
The CD linear sensor includes a pair of sensor arrays 120A and 120B and a pair of read gates 1 on a semiconductor substrate 110.
30A, 130B and a pair of transfer registers 140A, 1
40B and a common output unit 150.
In the CCD linear sensor of the present embodiment, an overflow control gate (OFCG) 162 and an overflow drain (OF) as a means for restricting the amount of charge to be handled are provided to a register gate in the middle of one transfer register 140A.
D) 164 is provided.

【0012】すなわち、本例のCCDリニアセンサで
は、オーバーフローコントロールゲート(OFCG)1
62及びオーバーフロードレイン(OFD)164によ
って、一方の転送レジスタ140Aで転送される信号電
荷の一部を排除し、この転送レジスタ140Aの取扱い
電荷量を制限することにより、他方の転送レジスタ14
0Bの取扱い電荷量と差をつける。これにより、フォト
センサの受光量が飽和領域に近い部分で、出力部150
における出力の直線的特性を確保し、受光量に対する出
力信号のダイナミックレンジを拡大するようにしたもの
である。以下、本例のCCDリニアセンサにおける各部
の構成について順に説明していく。
That is, in the CCD linear sensor of this embodiment, the overflow control gate (OFCG) 1
62 and an overflow drain (OFD) 164 eliminate a part of the signal charge transferred by one transfer register 140A and limit the amount of charge handled by the transfer register 140A, thereby reducing the amount of charge handled by the other transfer register 140A.
The difference is made with the handling charge amount of 0B. Thereby, the output unit 150 is provided in a portion where the amount of light received by the photo sensor is close to the saturation region.
The linear characteristic of the output is secured in order to expand the dynamic range of the output signal with respect to the amount of received light. Hereinafter, the configuration of each unit in the CCD linear sensor of this example will be described in order.

【0013】まず、各センサ列120A、120Bは、
それぞれ一方向に配列された複数のフォトセンサ122
より構成され、互いに隣接して平行に設けられている。
各フォトセンサ122は、例えばフォトダイオードとし
ての構造を有し、通常は受光量に応じた信号電荷を蓄積
するものである。各読み出しゲート130A、130B
は、読み出しパルスによって各フォトセンサ122に蓄
積された信号電荷を読み出して、各転送レジスタ140
A、140Bの各レジスタゲートにセットする。
First, each of the sensor arrays 120A, 120B
A plurality of photo sensors 122 each arranged in one direction
And are provided in parallel adjacent to each other.
Each photosensor 122 has, for example, a structure as a photodiode, and normally accumulates signal charges according to the amount of received light. Each read gate 130A, 130B
Reads out the signal charges accumulated in each photosensor 122 by a readout pulse, and reads out each transfer register 140
A and 140B are set in each register gate.

【0014】各転送レジスタ140A、140Bは、転
送クロックパルスに同期して信号電荷を出力部150に
転送するものであり、各転送レジスタ140A、140
Bの最終出力段には、各転送レジスタ140A、140
Bの信号電荷を合流させる合流ゲート部144が設けら
れている。各転送レジスタ140A、140Bによって
転送される信号電荷が合流ゲート部144で合流され、
互いに加算された信号電荷が最終段の水平出力ゲート部
(HOG)146より出力部150の電荷電圧変換部
(FD)に印加される。なお、本例において、各センサ
列120A、120B、各読み出しゲート130A、1
30B、及び各転送レジスタ140A、140Bは、そ
れぞれが互いに同一の特性を有するものとする。
Each of the transfer registers 140A and 140B transfers a signal charge to the output unit 150 in synchronization with a transfer clock pulse.
In the final output stage of B, each transfer register 140A, 140
A merging gate 144 for merging the B signal charges is provided. The signal charges transferred by the transfer registers 140A and 140B are merged at the merge gate 144,
The signal charges added to each other are applied to the charge-voltage converter (FD) of the output unit 150 from the horizontal output gate unit (HOG) 146 at the final stage. In this example, each sensor row 120A, 120B, each read gate 130A, 1
The transfer register 30B and the transfer registers 140A and 140B have the same characteristics.

【0015】出力部150は、FD部に生じた信号電荷
を検出して、撮像信号に変換するものであり、例えば転
送クロックに対応したリセットクロックにより、周期的
に信号電荷の検出値をリセットしながら、新たな信号電
荷を順次検出し、適宜増幅を行なうことにより、信号電
荷に対応した電圧信号(撮像信号)を出力する。例え
ば、センサ列120A、120BのN番目のフォトセン
サ122AN、122BNの信号電荷は、加算されて出
力されることとなり、各フォトセンサ122AN、12
2BNは、合わせて1つの画素としてみなすことが可能
である。
The output unit 150 detects the signal charge generated in the FD unit and converts the signal charge into an image pickup signal. For example, the output unit 150 periodically resets the detected value of the signal charge by a reset clock corresponding to a transfer clock. Meanwhile, a new signal charge is sequentially detected and appropriately amplified, thereby outputting a voltage signal (imaging signal) corresponding to the signal charge. For example, the signal charges of the N-th photosensors 122AN and 122BN of the sensor arrays 120A and 120B are added and output, and the respective photosensors 122AN and 122BN are output.
2BN can be regarded as one pixel in total.

【0016】また、本例のCCDリニアセンサにおい
て、一方の転送レジスタ140AのN番目のレジスタゲ
ート142Nには、オーバーフローコントロールゲート
162及びオーバーフロードレイン164が設けられて
いる。オーバーフローコントロールゲート162は、半
導体基板110中に例えば不純物のイオン注入等を施す
ことにより、所定のポテンシャルを有するバリアを形成
したものであり、転送レジスタ140Aのレジスタゲー
ト142Nに転送される信号電荷が一定の閾値(後述す
るQc)以上になった場合に、その信号電荷の超過分が
オーバーフローコントロールゲート162のバリアを超
えて漏洩し、オーバーフロードレイン164より外部に
排出されるようにしたものである。また、このようなオ
ーバーフローコントロールゲート162によって制限す
る閾値は、バイアス等の制御によって外部の制御回路等
から可変制御することが可能となっている。このような
オーバーフローコントロールゲート162及びオーバー
フロードレイン164を設けることにより、転送レジス
タ140Aのレジスタゲート142Nの下流では、取扱
い電荷量が制限されることになる。
In the CCD linear sensor of this embodiment, an overflow control gate 162 and an overflow drain 164 are provided in the Nth register gate 142N of one transfer register 140A. The overflow control gate 162 forms a barrier having a predetermined potential by performing, for example, ion implantation of impurities into the semiconductor substrate 110, and a signal charge transferred to the register gate 142N of the transfer register 140A is constant. When the signal charge exceeds the threshold (Qc described later), the excess of the signal charge leaks over the barrier of the overflow control gate 162 and is discharged to the outside from the overflow drain 164. Further, the threshold value limited by the overflow control gate 162 can be variably controlled by an external control circuit or the like by controlling a bias or the like. By providing the overflow control gate 162 and the overflow drain 164, the amount of charge handled is limited downstream of the register gate 142N of the transfer register 140A.

【0017】図2は、このような構成によるCCDリニ
アセンサにおける受光量に対する出力特性を示す説明図
であり、縦軸が転送レジスタによって転送される信号電
荷量を示し、横軸がフォトセンサにおける受光量を示し
ている。そして、例えば上述したセンサ列120A、1
20BのN番目のフォトセンサ122AN、122BN
の信号電荷をAN、BNとした場合、図2の曲線a1は
フォトセンサ122ANの信号電荷ANを示し、曲線a
2はフォトセンサ122BNの信号電荷BNの値を示し
ている。なお、フォトセンサ122AN、122BNの
信号電荷AN、BNがほぼ共通の特性となる部分をaで
示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the output characteristics with respect to the amount of received light in the CCD linear sensor having such a configuration. The ordinate indicates the amount of signal charges transferred by the transfer register, and the abscissa indicates the amount of received light in the photosensor. Indicates the amount. Then, for example, the sensor rows 120A, 1
20B Nth photo sensor 122AN, 122BN
Are the signal charges AN and BN, the curve a1 in FIG. 2 shows the signal charge AN of the photosensor 122AN, and the curve a
2 indicates the value of the signal charge BN of the photo sensor 122BN. Note that a portion where the signal charges AN and BN of the photosensors 122AN and 122BN have substantially common characteristics is indicated by a.

【0018】すなわち、本例においては、一方の転送レ
ジスタ140Aにオーバーフローコントロールゲート1
62を設けて取扱い電荷量を抑制しているため、フォト
センサ122ANの信号電荷ANは、閾値(Qc)以上
になると、その超過分は全てオーバーフローコントロー
ルゲート162から排出されることになり、曲線a1は
Qcの線で一定となる。一方、フォトセンサ122BN
の信号電荷BNは、転送レジスタ140Bの取扱い電荷
量が抑制されていないため、従来と同様に、飽和領域に
近づくまでは、直線的な特性となっている。したがっ
て、これらの信号電荷を加算した値は、図2の曲線bに
示すように、閾値(Qc)以上で緩やかな直線的特性を
有するものとなる。
That is, in this embodiment, the overflow control gate 1 is provided in one transfer register 140A.
Since the amount of handled electric charge is suppressed by providing 62, when the signal electric charge AN of the photosensor 122AN becomes equal to or larger than the threshold value (Qc), all the excess amount is discharged from the overflow control gate 162, and the curve a1 Is constant at the line of Qc. On the other hand, the photo sensor 122BN
The signal charge BN has a linear characteristic until approaching the saturation region, as in the related art, because the amount of charge handled by the transfer register 140B is not suppressed. Therefore, the value obtained by adding these signal charges has a gradual linear characteristic that is equal to or more than the threshold value (Qc) as shown by the curve b in FIG.

【0019】この結果、合流ゲート部144に印加され
る信号電荷、及び出力部150より出力される出力信号
は、センサ部の受光量が飽和領域に近づく領域におい
て、緩やかな直線的特性で上昇するものとなるため、受
光量が飽和領域に近いた状態においても、出力部150
における出力の直線的特性を確保でき、受光量に対する
出力信号のダイナミックレンジを拡大することができる
(図2に矢印Dで示す)。また、本例では、上述のよう
にオーバーフローコントロールゲート162によって転
送レジスタ140Aの取扱い電荷量を抑制する閾値(Q
c)を制御回路等から可変制御することが可能となり、
例えば受光量の実情等を考慮して閾値を変更することに
より、さらに適正な制御を実現することが可能である。
なお、本例では、受光量に対する信号電荷の出力特性
(直線的特性曲線の傾き)が閾値Qcを境として異なる
値(傾斜)となるが、これは出力部150の出力値を処
理する信号処理回路等によって適宜演算処理を行なうこ
とにより対応するものとする。
As a result, the signal charge applied to the merging gate section 144 and the output signal output from the output section 150 rise with a gentle linear characteristic in a region where the amount of light received by the sensor portion approaches a saturation region. Therefore, even when the amount of received light is close to the saturation region, the output unit 150
Can secure the linear characteristic of the output, and can expand the dynamic range of the output signal with respect to the amount of received light (indicated by an arrow D in FIG. 2). Further, in this example, as described above, the threshold value (Q
c) can be variably controlled from a control circuit or the like,
For example, by changing the threshold value in consideration of the actual condition of the amount of received light, more appropriate control can be realized.
In this example, the output characteristic of the signal charge with respect to the amount of received light (the slope of the linear characteristic curve) has a different value (slope) with the threshold Qc as a boundary. It will be dealt with by appropriately performing arithmetic processing by a circuit or the like.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子では、一対のセンサ列から信号電荷を読み出して出力
部に転送する一対の転送レジスタのうち一方の転送レジ
スタの取扱い電荷量を制限する制限手段を設けた。この
ため、各センサ列におけるフォトセンサにおける受光量
が上昇すると、一方の転送レジスタの取扱い電荷量を制
限する制限手段の作用によって、一方の転送レジスタの
取扱い電荷量が制限されることになる。この結果、フォ
トセンサへの受光量が飽和領域に近い状態となった場合
でも、一方の転送レジスタの取扱い電荷量を制限するこ
とにより、合流ゲート部における信号電荷の直線的特性
を確保し、出力部における出力の直線的特性を確保する
ことができるので、受光量に対する出力信号のダイナミ
ックレンジを拡大することが可能となる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, the amount of charge handled by one of the pair of transfer registers for reading out signal charges from the pair of sensor rows and transferring the signal charges to the output unit is limited. Restriction means were provided. For this reason, when the amount of light received by the photo sensor in each sensor row increases, the amount of charge handled by one transfer register is limited by the action of the limiting means that limits the amount of charge handled by one transfer register. As a result, even when the amount of light received by the photo sensor is close to the saturation region, the linear characteristic of the signal charge at the junction gate is secured by limiting the amount of charge handled by one of the transfer registers, and Since the linear characteristics of the output in the section can be secured, the dynamic range of the output signal with respect to the amount of received light can be expanded.

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

【図1】本発明の実施の形態におけるCCDリニアセン
サの構成を示す概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a CCD linear sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すCCDリニアセンサの受光量に対す
る出力特性を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing output characteristics with respect to a light receiving amount of the CCD linear sensor shown in FIG.

【図3】従来のCCDリニアセンサの構成を示す概略平
面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view showing a configuration of a conventional CCD linear sensor.

【図4】図3に示すCCDリニアセンサの受光量に対す
る出力特性を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing output characteristics with respect to a light receiving amount of the CCD linear sensor shown in FIG. 3;

【符号の説明】 110……半導体基板、120A、120B……センサ
列、122……フォトセンサ、130A、130B……
読み出しゲート、140A、140B……転送レジス
タ、144……合流ゲート、146……水平出力ゲー
ト、150……出力部、162……オーバーフローコン
トロールゲート、164……オーバーフロードレイン。
[Explanation of Reference Symbols] 110: semiconductor substrate, 120A, 120B: sensor row, 122: photo sensor, 130A, 130B ...
Read gates, 140A, 140B transfer registers, 144 merge gates, 146 horizontal output gates, 150 output units, 162 overflow control gates, 164 overflow drains.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA02 AB01 BA08 CA02 DD04 DD08 FA08 FA17 FA21 FA33 FA44 5B047 BB02 CB05 CB17 CB22 5C024 CX43 EX01 GY01 GZ02 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DB08 DC03 DC07 DE17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA02 AB01 BA08 CA02 DD04 DD08 FA08 FA17 FA21 FA33 FA44 5B047 BB02 CB05 CB17 CB22 5C024 CX43 EX01 GY01 GZ02 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DB08 DC03 DC07 DE17

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、複数のフォトセンサ
と、前記フォトセンサで検出した信号電荷を順次転送す
る転送レジスタと、前記転送レジスタによって転送され
た信号電荷を出力信号に変換する出力部とを設けた固体
撮像素子において、 それぞれ一方向に配列された複数のフォトセンサより構
成され、互いに隣接する平行な少なくとも一対のセンサ
列と、 前記一対のセンサ列にそれぞれ対応して設けられ、各セ
ンサ列のフォトセンサ部の配列方向に沿って信号電荷を
転送する一対の転送レジスタと、 前記一対の転送レジスタが合流する合流ゲート部と、 前記合流ゲート部に生じた信号電荷を検出し、出力信号
に変換する出力部とを有し、 前記一対の転送レジスタのうち一方の転送レジスタの取
扱い電荷量を制限する制限手段を設けた、 ことを特徴とする固体撮像素子。
1. A plurality of photosensors, a transfer register for sequentially transferring signal charges detected by the photosensors on a semiconductor substrate, and an output unit for converting the signal charges transferred by the transfer registers into output signals. A solid-state imaging device comprising: a plurality of photosensors each arranged in one direction, at least a pair of parallel sensor rows adjacent to each other, and a plurality of photosensors provided corresponding to the pair of sensor rows, respectively. A pair of transfer registers for transferring signal charges along the array direction of the photosensor units in a row; a merge gate unit where the pair of transfer registers merge; and a signal charge generated in the merge gate unit, and an output signal is detected. An output unit for converting the transfer register into a transfer register; A solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記一対のセンサ列によって略線状の映
像を読み取るリニアセンサであることを特徴とする請求
項1記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is a linear sensor that reads a substantially linear image using the pair of sensor arrays.
【請求項3】 前記取扱い電荷量の制限手段は、一方の
転送レジスタの途中に設けられたオーバーフローコント
ロールゲート及びオーバーフロードレインよりなること
を特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said means for limiting the amount of handled charges comprises an overflow control gate and an overflow drain provided in the middle of one transfer register.
【請求項4】 前記オーバーフローコントロールゲート
は、前記一方の転送レジスタに転送される信号電荷が一
定値を超えた場合に、その一定値を超えた信号電荷をオ
ーバーフロードレイン側に漏洩させるポテンシャルバリ
アであることを特徴とする請求項3記載の固体撮像素
子。
4. The overflow control gate is a potential barrier that, when the signal charge transferred to the one transfer register exceeds a certain value, leaks the signal charge exceeding the certain value to the overflow drain side. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein:
【請求項5】 前記オーバーフローコントロールゲート
によって前記一方の転送レジスタに転送される信号電荷
が一定値を可変制御する制御手段を有することを特徴と
する請求項4記載の固体撮像素子。
5. The solid-state imaging device according to claim 4, further comprising control means for variably controlling a constant value of a signal charge transferred to said one transfer register by said overflow control gate.
【請求項6】 前記センサ列と転送レジスタとの間に読
み出しゲートを有し、読み出しパルスによってセンサ列
の信号電荷を読み出しゲートを介して転送レジスタ側に
読み出し、転送クロックパルスによって転送レジスタの
信号電荷を出力部に転送することを特徴とする請求項1
記載の固体撮像素子。
6. A read gate between the sensor row and the transfer register, wherein a signal charge of the sensor row is read out to the transfer register side via the read gate by a read pulse, and a signal charge of the transfer register is read by a transfer clock pulse. 2. The data is transmitted to an output unit.
The solid-state imaging device according to any one of the preceding claims.
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