JP2010021969A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に係り、特に光電変換部を有する画素列から出力された信号電荷を所定の方向に順次転送するCCDレジスタを備えた固体撮像装置における信号電荷転送制御手段に関するもので、例えばラインセンサに使用されるものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a signal charge transfer control unit in a solid-state imaging device including a CCD register that sequentially transfers signal charges output from a pixel column having a photoelectric conversion unit in a predetermined direction. For example, it is used for a line sensor.
例えばラインセンサに使用される固体撮像装置は、光電変換部を有する画素列から出力された信号電荷を所定の方向に順次転送するCCDレジスタを備えている。このような固体撮像装置において、従来、画素からの信号電荷を蓄積ゲートに保持し、蓄積ゲートとバリアゲートのタイミングより信号電荷保持時間を制御して、解像度を切り替える構造のものがある。 For example, a solid-state imaging device used for a line sensor includes a CCD register that sequentially transfers signal charges output from a pixel column having a photoelectric conversion unit in a predetermined direction. Conventionally, such a solid-state imaging device has a structure in which the signal charge from a pixel is held in an accumulation gate and the resolution is switched by controlling the signal charge holding time based on the timing of the accumulation gate and the barrier gate.
しかし、このような構造のものでは、蓄積ゲートに電荷を保持している間に暗電流が発生し、その暗電流の変動が発生するので、同一ビットでの黒基準(暗電流の出力値)が変動し、画像信号として縦筋が生じるという問題点がある。 However, in such a structure, a dark current is generated while the charge is held in the storage gate, and the dark current fluctuates. Therefore, the black reference (dark current output value) in the same bit is generated. Fluctuates, and vertical stripes occur as image signals.
なお、特許文献1に開示された固体撮像装置は、一定方向に配列され、光電変換により信号電荷を発生する複数の画素を含む画素列と、画素列と並行に配列され、画素列が発生した信号電荷を蓄積する複数の蓄積ゲートを含む蓄積ゲート列と、低解像度時において、蓄積ゲート列の各蓄積ゲートに蓄積された信号電荷のうちの少なくとも2つ毎に合成を行い、合成された信号電荷を順次転送するCCDレジスタを備えている。
In addition, the solid-state imaging device disclosed in
また、特許文献2に開示された固体撮像装置においては、距離を隔てて設けられた2つの画素列のうち、一方の画素列の画素において発生した信号電荷が第1のアナログシフトレジスタの最終段まで転送され、第1の転送クロックで電荷検出部に送られる毎に、リセットパルスが発生されてリセットドレイン領域に排出され、他方の画素列の画素において発生した信号電荷は、第2のアナログシフトレジスタの最終段まで転送されると、第2の転送クロックのタイミングで電荷検出部の容量に蓄積され、電荷量が読みとられて出力回路より出力信号として出力される。このように、一方の画素列の信号電荷を全て廃棄し、他方の画素列の信号電荷のみを取り出すことで、1/2の解像度で画像劣化を招くことなく読み出すことができる。
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、CCDレジスタに転送される以前における信号電荷の保持期間に発生する暗電流およびその変動を抑え、画像での縦筋の発生を防ぐための制御を簡易化し得る固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and suppresses dark current and its fluctuations that occur during a signal charge holding period before being transferred to a CCD register, thereby reducing the occurrence of vertical stripes in an image. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of simplifying the control for preventing it.
本発明の固体撮像装置は、光電変換部を有する画素を一列に配置した画素列と、前記画素列と並行に配列され、シフトパルスが印加され、前記画素列で発生した信号電荷量の通過を制御するシフトゲートと、前記シフトゲートと並行に配置され、前記シフトゲートを介して転送されてきた信号電荷を保持する蓄積画素を一列に配置した蓄積画素列と、前記蓄積画素列における信号電荷保持時間を制御するようにタイミング制御が行われるバリアゲート列と、前記バリアゲート列に隣接して並行に配置され、前記バリアゲート列から転送されてきた信号電荷を所定の方向に順次転送する複数の転送電極を有するCCDレジスタとを具備し、前記CCDレジスタの1つの転送電極には、解像度に応じて1つまたは2つ以上の異なる蓄積画素からの信号電荷が転送されることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a pixel row in which pixels having photoelectric conversion units are arranged in a row, a parallel arrangement of the pixel row, a shift pulse is applied, and a signal charge amount generated in the pixel row is passed. A shift gate to be controlled, a storage pixel column arranged in parallel with the shift gate and holding the signal charge transferred via the shift gate, and a signal charge holding in the storage pixel column A plurality of barrier gate rows that are controlled in timing so as to control time and a signal gate that is arranged in parallel adjacent to the barrier gate row and sequentially transfers signal charges transferred from the barrier gate row in a predetermined direction. A CCD register having a transfer electrode, wherein one transfer electrode of the CCD register includes from one or more different storage pixels depending on the resolution. No. charge is characterized in that it is transferred.
本発明の固体撮像装置によれば、CCDレジスタに転送される以前における信号電荷の保持期間に発生する暗電流およびその変動を抑え、画像での縦筋の発生を防ぐための制御を簡易化することができる。 According to the solid-state imaging device of the present invention, the dark current generated during the signal charge holding period before being transferred to the CCD register and its fluctuation are suppressed, and the control for preventing the occurrence of vertical stripes in the image is simplified. be able to.
以下、図面を参照して本発明を実施形態により説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の固体撮像装置の第1の実施形態に係るラインセンサの一部を取り出してパターン配置の一例を示す平面図である。このようなパターン配置を有する構成が、撮像入力のRGB成分に対応して3組配設されている。図2(a)、(b)は、図1中のB−B´線に沿う断面における断面構造および半導体基板の電位分布の一例を示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing an example of a pattern arrangement by extracting a part of the line sensor according to the first embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. Three sets having such a pattern arrangement are arranged corresponding to the RGB components of the imaging input. 2A and 2B show an example of a cross-sectional structure and a potential distribution of the semiconductor substrate in a cross section taken along line BB ′ in FIG.
図1および図2において、1は画素列であり、本例では、P+NP構造(N型半導体基板上に形成されたPNフォトダイオードの表面にP+層を形成した構造)の光電変換部を有する画素を一列に配置している。図1中、画素に蓄積された信号電荷をS1、S2、…、S8で示している。2はシフトゲート(SH)であり、画素列1と並行に配列され、画素列1で発生した信号電荷量の通過を制御するためのシフトパルスが印加される。このシフトパルスがハイレベル("High")期間にシフトゲート2は信号電荷を通過させる。シフトパルスのロウレベル("Low")期間は負電位に設定され、ピンニング(pinning)される。これにより、画素の界面にホールが充満し、暗電流(電子)と再結合するようになり、暗電流の発生および変動を低減することが可能になる。
1 and 2,
3は蓄積画素を一列に配置した蓄積画素列であり、シフトゲート2と並行に配置され、シフトゲート2を介して転送されてきた信号電荷を保持する。この際、蓄積画素として例えば図2中に示すように画素列1の画素と同様のP+NP構造を持たせることにより、画素の界面にホールが充満し、暗電流(電子)と再結合するようになり、暗電流の発生および変動を低減することが可能になる。4はバリアゲートを一列に配置したバリアゲート列(BG)であり、蓄積画素列3に隣接して配置され、蓄積画素列3における信号電荷保持時間を制御する。本例では、バリアゲート列4では、後述する低解像度時動作に関連する隣り合う4つのバリアゲートBG1、BG2、BG3、BG4を1組として複数組が繰り返し配置されている。
5はCCDレジスタであり、バリアゲート列4に隣接して配置され、蓄積画素列3からバリアゲート列4を介して転送されてきた信号電荷を所定の方向に順次転送する。CCDレジスタ5は複数の転送電極を有し、各転送電極には、解像度に応じて1つの蓄積画素からの信号電荷または2つ以上の異なる蓄積画素からの信号電荷が流入する。また、CCDレジスタ5の各段の転送電極にはクロックパルスP1、P2のいずれか一方が印加され、CCDレジスタ5の最終段の転送電極にはクロックパルスPAが印加される。6は浮遊拡散領域であり、CCDレジスタ5の最終段の転送電極から信号電荷が流入する。
A
次に、上記構成でなる固体撮像装置の動作例について概要を説明する。画素列1の各画素で光電変換された信号電荷S1、S2、…、S8は、各画素に蓄積される。これらの信号電荷S1、S2、…、S8は、シフトゲート2が開いた時にシフトゲート2に転送されて蓄積される。シフトゲート2に蓄積された信号電荷S1、S2、…、S8は、蓄積画素列3の各蓄積画素に転送されて各蓄積画素に保持される。蓄積画素列3に保持された信号電荷S1、S3、…、S8は、バリアゲート列4を介してCCDレジスタ5に転送され、保持される。バリアゲート列4からCCDレジスタ5に至る経路は、所望の解像度に応じて以下のように動作する。
Next, an outline of an operation example of the solid-state imaging device configured as described above will be described. Signal charges S1, S2,..., S8 photoelectrically converted in each pixel of the
まず、通常解像度時の動作例について図3を参照しながら具体的に説明する。図3は、シフトゲートに印加されるシフトパルスSH、バリアゲート列4の各バリアゲートBG1、BG2、BG3、BG4、CCDレジスタ5の転送電極に印加されるクロックパルスP1、P2、PA、図示しないリセットドレイン領域に印加されるリセットパルスRSのタイミングと、信号出力の電圧波形を示している。
First, an operation example at the normal resolution will be specifically described with reference to FIG. 3 shows a shift pulse SH applied to the shift gate, each of the barrier gates BG1, BG2, BG3, BG4 of the
通常解像度時は、蓄積画素列3の各蓄積画素に保持された信号電荷S1、S2、…、S8が、バリアゲート列4のバリアゲートBG1、BG2、BG3、BG4を介して、CCDレジスタ5に順次転送され、保持される。CCDレジスタ5に保持された信号電荷は、複数段の転送電極により順次転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。浮遊拡散領域6に転送された信号電荷S1、S2、…、S8は信号電圧に変換されて外部に出力され、所定の配列に並べ換えられた後に撮像信号が得られる。
At the normal resolution, the signal charges S1, S2,..., S8 held in each storage pixel of the
具体的には、まず、バリアゲートBG1が"High"になり、信号電荷S1、S5がCCDレジスタ5に転送されて保持され、CCDレジスタ5により転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。次に、バリアゲートBG2が"High"になり、信号電荷S2、S6がCCDレジスタ5に転送されて保持され、CCDレジスタ5により転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。次に、バリアゲートBG3が"High"になり、信号電荷S3、S7がCCDレジスタ5に転送されて保持され、CCDレジスタ5により転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。次に、バリアゲートBG4が"High"になり、信号電荷S4、S8がCCDレジスタ5に転送されて保持され、CCDレジスタ5により転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。
Specifically, first, the barrier gate BG1 becomes “High”, and the signal charges S1 and S5 are transferred to and held in the
これに対して、低解像度時(1/2n:nは整数)には、蓄積画素列3のうちの隣り合う複数の蓄積画素に保持された信号電荷がバリアゲート列4を介して同時にCCDレジスタ5に転送され、複数の信号電荷がCCDレジスタ5で加算されて保持される。CCDレジスタ5に保持された信号電荷は、順次転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。浮遊拡散領域6に転送された信号電荷は、信号電圧に変換されて外部に出力され、所定の配列に並べ換えられた後に撮像信号が得られる。
On the other hand, at low resolution (1 / 2n: n is an integer), signal charges held in a plurality of adjacent storage pixels in the
まず、1/2解像度時の動作例について、図4に示す電圧波形を参照しながら具体的に説明する。1/2解像度時には、まず、バリアゲートBG1、BG2が"High"になり、信号電荷S1、S2と、信号電荷S5、S6とが、バリアゲートBG1、BG2を介して、CCDレジスタ5のクロックパルスP1が印加される転送電極に同時に転送されて加算され、信号電荷(S1+S2)、(S5+S6)が得られる。CCDレジスタ5に保持された信号電荷(S1+S2)、(S5+S6)は、順次転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。
First, an operation example at 1/2 resolution will be specifically described with reference to voltage waveforms shown in FIG. At 1/2 resolution, first, the barrier gates BG1 and BG2 are set to “High”, and the signal charges S1 and S2 and the signal charges S5 and S6 are clock pulses of the
次に、バリアゲートBG3、BG4が"High"になり、信号電荷S3、S4と、信号電荷S7、S8とが、バリアゲートBG3、BG4を介して、CCDレジスタ5のクロックパルスP2が印加される転送電極に同時に転送されて加算され、信号電荷(S3+S4)、(S7+S8)が得られる。CCDレジスタ5に保持された信号電荷(S3+S4)、(S7+S8)は順次転送されて最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。
Next, the barrier gates BG3 and BG4 are set to “High”, and the signal charges S3 and S4 and the signal charges S7 and S8 are applied with the clock pulse P2 of the
次に、1/4解像度時の動作例について、図5に示す電圧波形を参照しながら具体的に説明する。1/4解像度時には、まず、バリアゲートBG3、BG4が"High"になり、信号電荷S3、S4と、信号電荷S7、S8とが、バリアゲートBG3、BG4を介して、CCDレジスタ5のクロックパルスP2が印加される転送電極に同時に転送されて加算され、信号電荷(S3+S4)、(S7+S8)が得られる。次に、CCDレジスタにクロックパルスを印加して、クロックパルスP2が印加される転送電極からクロックパルスP1が印加される転送電極に信号電荷を1段移動させる。次に、バリアゲートBG1、BG2が"High"になり、信号電荷(S1、S2)と、(S5、S6)とが、バリアゲートBG1、BG2を介して、CCDレジスタ5のクロックパルスP1が印加される転送電極に同時に転送されて加算され、信号電荷(S1+S2+S3+S4)、(S5+S6+S7+S8)が得られる。
Next, an example of operation at 1/4 resolution will be specifically described with reference to voltage waveforms shown in FIG. At 1/4 resolution, first, the barrier gates BG3 and BG4 are set to “High”, and the signal charges S3 and S4 and the signal charges S7 and S8 are clock pulses of the
上記した第1の実施形態に係るラインセンサによれば、シフトゲート2に隣接して画素構造を有する蓄積画素列3が配置されている。そして、シフトゲート2に印加されるシフトパルスの"High"レベルのタイミングを制御し、"Low"レベルを負電位に設定する。これにより、CCDレジスタ5に転送される以前におけるシフトゲート2および蓄積画素列3での信号電荷の保持期間に発生する暗電流とその変動が抑えられ、画像での縦筋の発生を防ぐための制御を簡易化することができる。なお、シフトパルスの"Low"レベルの負電位の絶対値が高く、印加期間が長いほど、暗電流の発生と変動を抑えることができる。
In the line sensor according to the first embodiment described above, the
また、低解像度時において、解像度に応じて同時に転送され、かつ加算される信号電荷の数は異なるが、信号電荷の加算をCCDレジスタ5で行うことにより、通常解像度時とクロック周波数を変えることなく、高速で信号電荷を読み出すことが可能となる。したがって、サンプリング期間(信号基準期間、信号期間)も長く確保することができ、加算による感度向上の効果も得られる。
Further, at the time of low resolution, the number of signal charges that are simultaneously transferred and added according to the resolution is different, but by adding the signal charges by the
また、CCDレジスタ5で発生する暗時出力成分(ノイズ成分)は加算されないので、S/N比が向上する。さらに、蓄積画素列3で信号電荷を保持できるので、CCDレジスタ5の転送段数も少なくでき、低いクロック振幅で信号電荷を転送できるようになり、出力タイミングは既存のシステムと同様に実現することができる。
Further, since the dark output component (noise component) generated in the
<第2の実施形態>
図6は、本発明の固体撮像装置の第2の実施形態に係るラインセンサの一部を取り出してパターン配置の一例を示す平面図である。ここで、11は第1の画素列、12は第1のシフトゲート、13は第1の蓄積画素列、14は第1のバリアゲート列、15は第1のCCDレジスタ、21は第2の画素列、22は第2のシフトゲート、23は第2の蓄積画素列、24は第2のバリアゲート列、25は第2のCCDレジスタ、6は浮遊拡散領域である。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a plan view showing an example of a pattern arrangement by extracting a part of the line sensor according to the second embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. Here, 11 is a first pixel column, 12 is a first shift gate, 13 is a first storage pixel column, 14 is a first barrier gate column, 15 is a first CCD register, and 21 is a second CCD register. A pixel column, 22 is a second shift gate, 23 is a second storage pixel column, 24 is a second barrier gate column, 25 is a second CCD register, and 6 is a floating diffusion region.
第2の実施形態では、隣り合う第1、第2の画素列11、21の画素が例えば千鳥状の配列で配置され、各画素列11、21に対して、前述した第1の実施形態と同様に、第1、第2のシフトゲート12、22、第1、第2の蓄積画素列13、23、第1、第2のバリアゲート列、第1、第2のCCDレジスタ15、25のそれぞれが、互いに反対方向に配置されている。そして、第1、第2のCCDレジスタ15、25で転送される信号電荷が浮遊拡散領域6で加算される。なお、浮遊拡散領域6で電荷を加算する必要がない動作モードにおいて、第2のCCDレジスタ25で転送される信号電荷を排出できるように、第2のCCDレジスタ25の最終段の転送電極の1段手前の転送電極(クロックパルスP1が印加される転送電極)に隣接して、リセットドレイン領域26が配置されている。このような構成が、撮像入力のRGB成分に対応して3組配設されている。
In the second embodiment, adjacent pixels of the first and
前述した第1の実施形態と同様に、第1、第2のシフトゲート12、22に印加されるシフトパルス(SH)がハイレベル("High")期間に第1、第2のシフトゲート12、22は信号電荷を通過させる。同様に、シフトパルスの"Low"レベル期間は負電位に設定され、ピンニングされる。これにより、暗電流の発生および変動を低減することが可能になる。
Similar to the first embodiment described above, the first and
第1、第2のCCDレジスタ15、25の1つの転送電極には、1つの蓄積画素からの信号電荷(通常解像度時)または2つ以上の異なる蓄積画素からの信号電荷(低解像度時)が流入する。第1、第2のCCDレジスタ15、25の各段の転送電極にはクロックパルスP1、P2のいずれか一方が印加され、それぞれの最終段の転送電極にはクロックパルスPAが印加される。 One transfer electrode of the first and second CCD registers 15 and 25 has a signal charge from one storage pixel (at normal resolution) or a signal charge from two or more different storage pixels (at low resolution). Inflow. One of the clock pulses P1 and P2 is applied to the transfer electrodes of each stage of the first and second CCD registers 15 and 25, and the clock pulse PA is applied to the transfer electrodes of the last stage.
次に、上記構成でなる固体撮像装置の動作例について概要を説明する。第1の画素列11の各画素で光電変換された信号電荷S1、S3、…、S15は、各画素に蓄積される。これらの信号電荷は、第1のシフトゲート12が開いて第1のシフトゲート12に転送された後に、第1の蓄積画素列13の各蓄積画素に転送され、保持される。第1の蓄積画素列13で保持された信号電荷は、第1のバリアゲート列14を介して第1のCCDレジスタ15に転送され、保持される。この際、第1のバリアゲート列14および第1のCCDレジスタ15は、所望の解像度に応じて後述するように動作する。
Next, an outline of an operation example of the solid-state imaging device configured as described above will be described. The signal charges S1, S3,..., S15 photoelectrically converted in each pixel of the
上記と同様に、第2の画素列21の各画素で光電変換された信号電荷S2、S4、…、S16は、各画素に蓄積される。これらの信号電荷は、第2のシフトゲート22が開いて第2のシフトゲート22に転送された後に、第2の蓄積画素列23の各蓄積画素に転送され、保持される。第2の蓄積画素列23に保持された信号電荷は、第2のバリアゲート列24を介して第2のCCDレジスタ25に転送され、保持される。この際、第2のバリアゲート列24および第2のCCDレジスタ25は、所望の解像度に応じて後述するように動作する。
Similarly to the above, the signal charges S2, S4,..., S16 photoelectrically converted in each pixel of the
まず、通常解像度時の動作例について図7を参照しながら具体的に説明する。図7は、第1、第2のシフトゲート12、22に印加されるシフトパルスSH、第1、第2のバリアゲート列13、23の各バリアゲートBG1、BG2、BG3、BG4、第1、第2のCCDレジスタ15、25に印加されるクロックパルスP1、P2、PA、PB、リセットドレイン領域26に印加されるリセットパルスRSのタイミングと、信号出力の電圧波形を示している。
First, an operation example at the normal resolution will be specifically described with reference to FIG. FIG. 7 shows the shift pulse SH applied to the first and
通常解像度時は、第1、第2の蓄積画素列13、23の各蓄積画素に保持された信号電荷S1、S3、…、S15およびS2、S4、…、S16が、第1、第2のバリアゲート列14、24の各バリアゲートBG1、BG2、BG3、BG4を介して、第1、第2のCCDレジスタ15、25に順次転送され、保持される。第1、第2のCCDレジスタ15、25で保持された信号電荷は、それぞれのCCDレジスタで順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。浮遊拡散領域6に転送された信号電荷S1、S3、…、S15およびS2、S4、…、S16は、信号電圧に変換されて外部に出力され、所定の配列に並べ換えられた後に撮像信号が得られる。
At the normal resolution, the signal charges S1, S3,..., S15 and S2, S4,..., S16 held in the respective storage pixels of the first and second
具体的には、まず、第1、第2のバリアゲート列14、24のバリアゲートBG1が"High"になり、信号電荷S1、S9が第1のCCDレジスタ15に、信号電荷S2、S10が第2のCCDレジスタ25にそれぞれ転送され、保持される。さらに、これらの信号電荷は、第1、第2のCCDレジスタ15、25により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に対して交互に転送される。次に、第1、第2のバリアゲート列14、24のバリアゲートBG2が"High"になり、信号電荷S3、S11が第1のCCDレジスタ15に、信号電荷S4、S12が第2のCCDレジスタ25に転送され、保持される。さらに、これらの信号電荷は、第1、第2のCCDレジスタ15、25により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に対して交互に転送される。次に、第1、第2のバリアゲート列14、24のバリアゲートBG3が"High"になり、信号電荷S5、S13が第1のCCDレジスタ15に、信号電荷S6、S14が第2のCCDレジスタ25にそれぞれ転送され、保持される。さらに、これらの信号電荷は、第1、第2のCCDレジスタ15、25により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に対して交互に転送される。次に、第1、第2のバリアゲート列14、24のバリアゲートBG4が"High"になり、信号電荷S7、S15が第1のCCDレジスタ15に、信号電荷S8、S16が第2のCCDレジスタ25にそれぞれ転送され、保持される。これらの信号電荷は、第1、第2のCCDレジスタ15、25により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に対して交互に転送される。
Specifically, first, the barrier gates BG1 of the first and second
これに対して、低解像度時(1/2n:nは整数)には、第1の蓄積画素列13のうちの隣り合う複数の蓄積画素に保持された信号電荷が、第1のバリアゲート列14を介して、第1のCCDレジスタ15に同時に転送され、これら複数の信号電荷が第1のCCDレジスタ15で加算され、保持される。上記と同様に、第2の蓄積画素列23のうちの隣り合う複数の蓄積画素に保持された信号電荷が、第2のバリアゲート列24を介して、第2のCCDレジスタ25に同時に転送され、これら複数の信号電荷が第2のCCDレジスタ25で加算され、保持される。第1、第2のCCDレジスタ15、25で保持された信号電荷は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。浮遊拡散領域6に転送された信号電荷は、信号電圧に変換されて外部に出力され、所定の配列に並べ換えられた後に撮像信号が得られる。
On the other hand, at the time of low resolution (1 / 2n: n is an integer), signal charges held in a plurality of adjacent storage pixels in the first
まず、1/2解像度時の動作例について、図8に示す電圧波形を参照しながら具体的に説明する。1/2解像度時には、まず、バリアゲートBG1が"High"になり、信号電荷S1、S9が第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されて保持され、信号電荷S2、S10が第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されて保持される。第1のCCDレジスタ51の転送電極に保持された信号電荷S1、S9は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送される。これに対し、第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP1が印加される転送電極に保持された信号電荷S2、S10は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
First, an operation example at 1/2 resolution will be specifically described with reference to voltage waveforms shown in FIG. At the time of 1/2 resolution, first, the barrier gate BG1 becomes “High”, and the signal charges S1, S9 are transferred to and held in the transfer electrode to which the clock pulse P1 of the
次に、バリアゲートBG2が"High"になり、信号電荷S3、S11が第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されて保持され、信号電荷S4、S12が第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されて保持される。第1のCCDレジスタ15の転送電極に保持された信号電荷S3、S11は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極に保持された信号S4、S12は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
Next, the barrier gate BG2 becomes “High”, the signal charges S3 and S11 are transferred to and held in the transfer electrode to which the clock pulse P1 of the
次に、バリアゲートBG3が"High"になり、信号電荷S5、S13が第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP2が印加される転送電極に転送されて保持され、信号電荷S6、S14が第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP2が印加されるクロック電極に転送されて保持される。第1のCCDレジスタ15の転送電極で保持された信号電荷S5、S13は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極に保持された信号S6、S14は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
Next, the barrier gate BG3 becomes “High”, the signal charges S5 and S13 are transferred to and held in the transfer electrode to which the clock pulse P2 of the
次に、バリアゲートBG4が"High"になり、信号電荷S7、S15が第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP2が印加される転送電極に転送されて保持され、信号電荷S8、S16が第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP2が印加される転送電極に転送されて保持される。第1のCCDレジスタ15の転送電極で保持された信号電荷S7、S15は、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極に保持された信号S8、S16は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
Next, the barrier gate BG4 becomes “High”, the signal charges S7 and S15 are transferred to and held in the transfer electrode to which the clock pulse P2 of the
次に、1/4解像度時の動作例について、図9に示す電圧波形を参照しながら具体的に説明する。1/4解像度時は、まず、バリアゲートBG1、BG2が同時に"High"になり、信号電荷S1とS3、S9とS11、およびS2とS4、S10とS12がバリアゲートBG1、BG2を介して第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP1が印加される転送電極および第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されてそれぞれ加算され、信号電荷(S1+S3)と(S9+S11)、および(S2+S4)と(S10+S12)が得られる。第1のCCDレジスタ15の転送電極で保持された信号電荷(S1+S3)と(S9+S11)は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極で保持された信号電荷(S2+S4)と(S10+S12)は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
Next, an example of operation at 1/4 resolution will be specifically described with reference to voltage waveforms shown in FIG. At 1/4 resolution, the barrier gates BG1 and BG2 are simultaneously set to “High”, and the signal charges S1 and S3, S9 and S11, and S2 and S4, and S10 and S12 pass through the barrier gates BG1 and BG2. 1 is transferred to the transfer electrode to which the clock pulse P1 of the
次に、バリアゲートBG3、BG4が同時に"High"になり、信号電荷S5とS7、S13とS15、およびS6とS8、S14とS16が、バリアゲートBG3、BG4を介して、第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP2が印加される転送電極および第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP2が印加される転送電極に転送されてそれぞれ加算され、信号電荷(S5+S7)と(S13+S15)、および(S6+S8)と(S14+S16)が得られる。第1のCCDレジスタ51の転送電極で保持された信号電荷(S5+S7)と(S13+S15)は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極で保持された信号電荷(S6+S8)と(S14+S16)は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
Next, the barrier gates BG3 and BG4 simultaneously become "High", and the signal charges S5 and S7, S13 and S15, S6 and S8, and S14 and S16 pass through the barrier gates BG3 and BG4 to the first CCD register. 15 are transferred to the transfer electrode to which the clock pulse P2 is applied and the transfer electrode to which the clock pulse P2 of the
次に、1/8解像度時の動作例について、図10に示す電圧波形を参照しながら具体的に説明する。1/8解像度時は、まず、バリアゲートBG3、BG4が同時に"High"になり、信号電荷S5とS7、S13とS15、およびS6とS8、S14とS16が、バリアゲートBG3、BG4を介して、第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP2が印加される転送電極および第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP2が印加される転送電極に転送されてそれぞれ加算され、信号電荷(S5+S7)と(S13+S15)、および(S6+S8)と(S14+S16)が得られる。次に、第1、第2のCCDレジスタ15、25にクロックパルスを印加して、クロックパルスP2が印加される転送電極からクロックパルスP1が印加される転送電極に信号電荷をそれぞれ1段移動させる。次に、バリアゲートBG1、BG2が同時に"High"になり、信号電荷S1とS3、S9とS11、およびS2とS4、S10とS12が、バリアゲートBG1、BG2を介して、第1のCCDレジスタ15のクロックパルスP1が印加される転送電極および第2のCCDレジスタ25のクロックパルスP1が印加される転送電極に転送されてそれぞれ加算され、信号電荷(S1+S3+S5+S7+S9+S11+S13+S15)、(S2+S4+S6+S8+S10+S12+S14+S16)が得られる。
Next, an example of operation at 1/8 resolution will be specifically described with reference to the voltage waveform shown in FIG. At 1/8 resolution, the barrier gates BG3 and BG4 are simultaneously set to "High", and the signal charges S5 and S7, S13 and S15, and S6 and S8, S14 and S16 are passed through the barrier gates BG3 and BG4. , And transferred to the transfer electrode to which the clock pulse P2 of the
第1のCCDレジスタ15の転送電極で保持された信号(S1+S3+S5+S7+S9+S11+S13+S15)は、複数段の転送電極により順次転送され、最終段の転送電極から浮遊拡散領域6に転送されるが、第2のCCDレジスタ25の転送電極で保持された信号電荷(S2+S4+S6+S8+S10+S12+S14+S16)は、複数段の転送電極により順次転送される途中でリセットドレイン領域26に排出される。
The signals (S1 + S3 + S5 + S7 + S9 + S11 + S13 + S15) held at the transfer electrode of the
上記した第2の実施形態に係るラインセンサによれば、シフトゲートに隣接して画素構造を有する蓄積画素列が配置されている。そして、シフトゲートに印加されるシフトパルスの"High"レベルのタイミング制御と"Low"レベルの負電位設定を行う。これにより、CCDレジスタに転送される以前におけるシフトゲートおよび蓄積画素列での信号電荷の保持期間に発生する暗電流とその変動が抑えられ、画像での縦筋の発生を防ぐための制御を簡易化することができる。 According to the above-described line sensor according to the second embodiment, the storage pixel column having the pixel structure is arranged adjacent to the shift gate. Then, “High” level timing control and “Low” level negative potential setting of the shift pulse applied to the shift gate are performed. As a result, the dark current and its fluctuation generated during the signal charge holding period in the shift gate and the storage pixel column before being transferred to the CCD register are suppressed, and the control for preventing the vertical stripe in the image is simplified. Can be
また、低解像度時において、解像度に応じて同時に転送されて加算される信号電荷の数は異なるが、信号電荷の加算をCCDレジスタで行うことにより、通常解像度時とクロック周波数を変えることなく、高速で信号電荷を読み出すことが可能となる。したがって、サンプリング期間(信号基準期間、信号期間)も長く確保することができ、加算による感度向上の効果も得られる。 In addition, at low resolution, the number of signal charges that are transferred and added at the same time differs depending on the resolution. However, by adding signal charges using a CCD register, high-speed operation is possible without changing the clock frequency from that at normal resolution. Thus, it is possible to read out the signal charge. Therefore, a long sampling period (signal reference period, signal period) can be secured, and an effect of improving sensitivity by addition can be obtained.
また、CCDレジスタで発生する暗時出力成分(ノイズ成分)は加算されないので、S/N比が向上する。さらに、蓄積画素列で信号電荷を保持できるので、CCDレジスタの転送段数も少なくでき、低いクロック振幅で信号電荷を転送できるようになり、出力タイミングは既存のシステムと同様に実現することができる。 Further, since the dark output component (noise component) generated in the CCD register is not added, the S / N ratio is improved. Further, since the signal charge can be held in the storage pixel column, the number of transfer stages of the CCD register can be reduced, the signal charge can be transferred with a low clock amplitude, and the output timing can be realized in the same manner as in the existing system.
1…画素列、2…シフトゲート、3…蓄積画素列、4…バリアゲート列、5…CCDレジスタ、6…浮遊拡散領域、11…第1の画素列、12…第1のシフトゲート、13…第1の蓄積画素列、14…第1のバリアゲート列、15…第1のCCDレジスタ、21…第2の画素列、22…第2のシフトゲート、23…第2の蓄積画素列、24…第2のバリアゲート列、25…第2のCCDレジスタ、26…リセットドレイン領域。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記画素列と並行に配列され、シフトパルスが印加され、前記画素列で発生した信号電荷量の通過を制御するシフトゲートと、
前記シフトゲートと並行に配置され、前記シフトゲートを介して転送されてきた信号電荷を保持する蓄積画素を一列に配置した蓄積画素列と、
前記蓄積画素列における信号電荷保持時間を制御するようにタイミング制御が行われるバリアゲート列と、
前記バリアゲート列に隣接して並行に配置され、前記バリアゲート列から転送されてきた信号電荷を所定の方向に順次転送する複数の転送電極を有するCCDレジスタとを具備し、
前記CCDレジスタの1つの転送電極には、解像度に応じて1つまたは2つ以上の異なる蓄積画素からの信号電荷が転送されることを特徴とする固体撮像装置。 A pixel row in which pixels having photoelectric conversion portions are arranged in a row;
A shift gate that is arranged in parallel with the pixel column, to which a shift pulse is applied, and that controls the passage of a signal charge amount generated in the pixel column;
An accumulation pixel column that is arranged in parallel with the shift gate, and in which the accumulation pixels that hold the signal charges transferred through the shift gate are arranged in a row;
A barrier gate row in which timing control is performed so as to control a signal charge holding time in the storage pixel row;
A CCD register that is arranged in parallel adjacent to the barrier gate row and has a plurality of transfer electrodes that sequentially transfer signal charges transferred from the barrier gate row in a predetermined direction;
A solid-state imaging device, wherein signal charges from one or two or more different accumulation pixels are transferred to one transfer electrode of the CCD register according to resolution.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008183143A JP2010021969A (en) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | Solid-state imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011244281A (en) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Canon Inc | Image reading device |
-
2008
- 2008-07-14 JP JP2008183143A patent/JP2010021969A/en not_active Withdrawn
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