JP2011109584A - Solid-state image sensor and solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられるCCDなどの固体撮像素子に関し、特に、固体撮像素子の実装面積を低減する技術に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD used in a still camera, a video camera, and the like, and more particularly to a technique for reducing the mounting area of the solid-state imaging device.
デジタルカメラ等の撮像装置は、有効画素及びオプティカルブラック画素から信号レベルを出力させ、有効画素の信号レベルからオプティカルブラック画素の信号レベルを差し引く構成を有している(例えば、特許文献1参照)。
これにより、有効画素の信号レベルから暗電流成分を除去することができる。
図10は、このような固体撮像装置の概略構成を示す平面模式図である。
An imaging apparatus such as a digital camera has a configuration in which a signal level is output from an effective pixel and an optical black pixel, and a signal level of the optical black pixel is subtracted from the signal level of the effective pixel (see, for example, Patent Document 1).
Thereby, the dark current component can be removed from the signal level of the effective pixel.
FIG. 10 is a schematic plan view showing a schematic configuration of such a solid-state imaging device.
固体撮像装置は、照射された光を受光する受光領域50aが設けられた半導体基板50を備えている。
この受光領域50aには、マトリックス行列状に光電変換部51が設けられると共に、これらのうち垂直方向に設けられた1列に蓄えられた電荷(信号電荷)を垂直転送するCCD構造の垂直転送部52が、光電変換部51の各列の側方(同図においては左側の側方)にそれぞれ設けられている。
The solid-state imaging device includes a
The
さらに、半導体基板50には、受光領域50aに隣接して、遮光膜55に覆われたオプティカルブラック(以下、「OB領域」という。)50bが設けられている。
このOB領域50bは、光電変換部51がない複数列の垂直転送部52が設けられており、暗電流となる電荷(基準電荷)が蓄積される。
なお、説明の都合上、OB領域50b内の光電変換部51のない垂直転送部52は、m列存在するものとする。
Further, the
The
For convenience of explanation, it is assumed that there are m columns of vertical transfer units 52 without the
ここで、OB領域50bの垂直転送部52は、受光領域50aの垂直転送部52と同一の構成となっており、隣り合う垂直転送部52のピッチも、受光領域50aの垂直転送部52と同一である。
以上の構成において、受光領域50aおよびOB領域50bの各垂直転送部52は、それぞれタイミング制御回路56から出力される駆動パルスφV1〜φV8により信号電荷および基準電荷を順次垂直転送している。
Here, the vertical transfer unit 52 of the
In the above configuration, the vertical transfer units 52 in the
水平転送部53は、受光領域50aの各垂直転送部52の最下段から転送される複数の信号電荷(以下、「信号電荷群」という。)と、OB領域50bの各垂直転送部52の最下段から転送される複数の基準電荷(以下、「基準電荷群」という。)とを、タイミング制御回路56から出力される駆動パルスφH1およびφH2によって順次水平転送する。
ここでは、上記基準電荷群は、水平転送部53におけるm列分の基準電荷を含んでおり、信号電荷群の水平転送にひき続いて水平転送される。
The
Here, the reference charge group includes m columns of reference charges in the
そして、水平転送部53を水平転送された信号電荷群および基準電荷群は、出力部54によって、各信号電荷および各基準電荷に対応した電圧値に変換されてA/D変換部57に出力される。
A/D変換部57では、取得した電圧値をA/D変換し、これを信号処理部58に出力する。
The signal charge group and the reference charge group horizontally transferred by the
The A /
そして、タイミング制御回路56から所定のタイミングで出力されるクランプパルスによって、基準電荷に対応した電圧のデジタル信号がクランプされて、黒基準信号としてされて信号処理部58に出力される。
信号処理部58は、例えば、基準電荷群に含まれる水平転送部53におけるm列分の基準電荷に対応した信号レベルを平均化し、その平均化した値を各信号電荷に対応した信号レベルからを差し引く補正を実行して、暗電流成分を含まない画像信号を生成する。
Then, a digital signal having a voltage corresponding to the reference charge is clamped by a clamp pulse output from the
For example, the
ところで、近年、固体撮像素子は、高画素化が進み、集積度がアップするにつれて水平転送段数が増加して、電極間容量も増加し、消費電力が大きくなる傾向にある。
そこで、電極間容量を抑えつつ電荷を転送することが可能な水平インターレース方式の固体撮像素子が登場している。
この方式の固体撮像素子では、受光領域50aおよびOB領域50bを含めた両領域の垂直転送部52において、隣接するn列(nは、2以上の整数)毎にグループ化し、各グループの先頭列同士、2列目同士、・・・・最後尾列同士の電荷を、n回に分けて順次水平転送するものである。
By the way, in recent years, as the number of pixels in solid-state imaging devices increases and the degree of integration increases, the number of horizontal transfer stages increases, the interelectrode capacitance also increases, and power consumption tends to increase.
Therefore, a horizontal interlaced solid-state imaging device capable of transferring charges while suppressing interelectrode capacitance has appeared.
In this type of solid-state imaging device, the vertical transfer units 52 in both areas including the
しかしながら、1ラインを3回に分けて水平転送する場合、安定して黒基準信号をクランプするために、各水平転送期間に1回、1ライン出力期間に計3回クランプが行われるのが通常である。また、水平インターレースを行わない方式の固体撮像素子では、1つの基準電荷群に水平転送部53のm列分の基準電荷が含まれていたものが、水平1ラインの電荷を3回に分けて水平インターレースする方式の場合では、1つの基準電荷群に水平転送部53の(m/3)列分の基準電荷しか含まれないことになる。
However, when horizontal transfer is performed by dividing one line into three times, in order to stably clamp the black reference signal, the clamp is usually performed once in each horizontal transfer period and three times in one line output period. It is. Further, in a solid-state imaging device that does not perform horizontal interlacing, one reference charge group includes reference charges for m columns of the
そこで、水平転送周波数が同一である場合、安定して黒基準信号をクランプするために上述のような水平インターレース方式の固体撮像素子では、OB領域50bに(3×m)列の垂直転送部52を設ける必要があり、このため、固体撮像素子の実装面積が増えてしまい、製造コストが上昇するという問題がある。
また、水平インターレースを行わない場合においても、高画素で高フレームレート化の要求が市場では高く、結果として水平転送周波数が高くなっており、この点においてもオプティカルブラック領域の画素数を増やす必要があり、オプティカルブラック領域の面積の増大が課題であった。
Therefore, when the horizontal transfer frequency is the same, in the horizontal interlaced solid-state imaging device as described above in order to stably clamp the black reference signal, (3 × m) columns of vertical transfer units 52 in the
Even when horizontal interlacing is not performed, the demand for high pixel and high frame rate is high in the market, and as a result, the horizontal transfer frequency is high. In this respect as well, it is necessary to increase the number of pixels in the optical black area. There is a problem of increasing the area of the optical black region.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、固体撮像素子の実装面積を縮小可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reducing the mounting area of the solid-state imaging device.
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、光が照射される基板上の受光領域において行列状に配置された複数の光電変換部と、行方向に並設され、前記各光電変換部の信号電荷を列単位で垂直転送する複数の第1垂直転送部と、前記基板上の遮光膜に覆われたオプティカルブラック領域において、行方向に並設され、暗電流に相当する基準電荷を、第1垂直転送部に同期して垂直転送する複数の第2垂直転送部と、各第1垂直転送部から読み出される信号電荷と各第2垂直転送部から読み出される基準電荷とを水平転送する水平転送部とを備え、前記オプティカルブラック領域の全部または一部において、隣り合う第2垂直転送部同士の間隔が、隣り合う第1垂直転送部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is provided in parallel with a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix in a light receiving region on a substrate irradiated with light, and A reference charge corresponding to a dark current, which is arranged in parallel in a row direction in a plurality of first vertical transfer units that vertically transfer signal charges of the conversion unit in units of columns and an optical black region covered with a light shielding film on the substrate. A plurality of second vertical transfer units that perform vertical transfer in synchronization with the first vertical transfer units, and a signal charge read from each first vertical transfer unit and a reference charge read from each second vertical transfer unit. A horizontal transfer section that is configured such that, in all or part of the optical black area, the interval between adjacent second vertical transfer sections is narrower than the interval between adjacent first vertical transfer sections.
上記構成により、前記オプティカルブラック領域の全部または一部において、隣り合う第2垂直転送部のピッチが、隣り合う第1垂直転送部のピッチよりも狭いため、オプティカルブラック領域における実装密度を受光領域よりも高めることができ、その分、固体撮像素子全体の実装面積を小さくすることができる。
また、前記オプティカルブラック領域は、さらに、第1のオプティカルブラック領域と第2のオプティカルブラック領域とに分けられ、第1のオプティカルブラック領域は、前記遮光膜により遮光された光電変換部が設けられており、第2のオプティカルブラック領域は、光電変換部が設けられておらず、隣り合う第2垂直転送部同士の間隔が、隣り合う第1垂直転送部同士の間隔よりも狭くなっている。
With the above configuration, in all or part of the optical black region, the pitch of the adjacent second vertical transfer units is narrower than the pitch of the adjacent first vertical transfer units, so the mounting density in the optical black region is higher than that of the light receiving region. And the mounting area of the entire solid-state imaging device can be reduced accordingly.
The optical black region is further divided into a first optical black region and a second optical black region, and the first optical black region is provided with a photoelectric conversion portion shielded by the light shielding film. In the second optical black region, no photoelectric conversion unit is provided, and the interval between the adjacent second vertical transfer units is narrower than the interval between the adjacent first vertical transfer units.
これにより、光電変換部が設けられている前記一部の領域の存在により、長時間露光時において、受光領域とオプティカルブラック領域の構造が同等となり光電変換部と垂直転送路とにおける暗電流の値を同等にすることができ、また、光電変換部のない前記それ以外の領域の存在により、実装面積を抑えつつ、通常の露光時において、受光領域とオプティカルブラック領域における暗電流の値を実用上問題ないレベルにすることができる。 As a result, due to the presence of the partial area in which the photoelectric conversion unit is provided, the structure of the light receiving region and the optical black region becomes equivalent during long exposure, and the value of the dark current in the photoelectric conversion unit and the vertical transfer path In addition, the existence of the other regions without the photoelectric conversion part can reduce the mounting area and reduce the dark current values in the light receiving region and the optical black region during normal exposure. It can be a problem-free level.
ここで、第2垂直転送部の行方向における幅が、第1垂直転送部の行方向における幅と等しいことが望ましい。
これにより第1垂直転送部と第2垂直転送部とで発生する暗電流の値が等しくなるため、温度が変化しても両者間で黒基準信号の値にずれが生じることを抑制することができる。
Here, it is desirable that the width of the second vertical transfer unit in the row direction is equal to the width of the first vertical transfer unit in the row direction.
As a result, the values of the dark current generated in the first vertical transfer unit and the second vertical transfer unit become equal, so that even if the temperature changes, it is possible to suppress a deviation in the value of the black reference signal between the two. it can.
また、前記遮光膜は、オプティカルブラック領域において当該遮光膜とは別の遮光膜によりさらに覆われているとしてもよい。
これにより、照射される光の強度が大きい場合であっても、当該光がオプティカルブラック領域に侵入し難くなるため、暗電流をより精度よく検出することができる。
さらに、前記第2垂直転送部は、前記基板において列方向に沿って延びるように設けられた垂直転送路と、その上方に列設された複数の垂直転送電極からなり、同行に位置する垂直転送電極同士が電気的に接続されており、光電変換部が設けられていない前記オプティカルブラック領域において、行方向において隣り合う複数の前記垂直転送路のそれぞれに対応する垂直転送電極同士が一体的に形成されているとしてもよい。
The light shielding film may be further covered with a light shielding film different from the light shielding film in the optical black region.
As a result, even when the intensity of the irradiated light is high, the light does not easily enter the optical black region, so that the dark current can be detected with higher accuracy.
Further, the second vertical transfer unit includes a vertical transfer path provided so as to extend in the column direction on the substrate and a plurality of vertical transfer electrodes arranged above the vertical transfer path, and is disposed in the same row. Vertical transfer electrodes corresponding to each of the plurality of vertical transfer paths adjacent in the row direction are integrally formed in the optical black region in which the electrodes are electrically connected and no photoelectric conversion unit is provided. It may be.
これにより、行方向において隣り合う前記垂直転送路のピッチをさらに小さくすることができる。
また、水平方向1ラインの信号を2回以上に分割して出力する水平インターレース駆動が適用されるとしてもよい。
これにより、水平インターレースを実行しない場合よりも、オプティカルブラック領域内の第2垂直転送部の数を多く設定する必要が生じても、固体撮像素子の実装面積の増加を抑えることができる。
As a result, the pitch of the vertical transfer paths adjacent in the row direction can be further reduced.
In addition, horizontal interlace drive that divides and outputs a signal of one line in the horizontal direction twice or more may be applied.
As a result, an increase in the mounting area of the solid-state imaging device can be suppressed even when it is necessary to set a larger number of second vertical transfer units in the optical black region than when horizontal interlace is not performed.
なお、本発明は、上記固体撮像素子を備えた固体撮像装置としてもよい。 In addition, this invention is good also as a solid-state imaging device provided with the said solid-state image sensor.
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置1の構成を説明するための平面模式図である。
この固体撮像装置1は、水平方向1ラインの信号を2回以上に分割して出力する水平インターレース方式のCCD型固体撮像素子であって、例えば、スチルカメラに使用され、それぞれが単位画素を構成する複数の光電変換部11が形成された半導体基板10を備えている。
Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the configuration of a solid-
This solid-state
半導体基板10は、レンズ(図示せず)を介して光が照射される領域である受光領域10aと、光が照射されないように遮光膜7bで覆われたオプティカルブラック領域(以下、「OB領域」という。)10bとを有しており、受光領域10aに光電変換部11が行列状に配置されている。
なお、受光領域10aにおいても、スミアの発生を抑制するために、各光電変換部11の受光面のみが露出するように、受光領域10aにも遮光膜7aが設けられている。
The
In the
ここで、遮光膜7a,bは、例えば、タングステン膜からなる。
受光領域10a内において行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)に沿って配列された各光電変換部11は、遮光膜7aによって覆われていないそれぞれの受光面において光を受光すると、光電変換によって、受光量に対応した信号電荷を生成する。
受光領域10aには、垂直方向に沿った1列を構成する複数の光電変換部11の側方(図1において左側の側方)に、CCD構造の垂直転送部12がそれぞれ設けられている。
Here, the
When the
In the
受光領域10a内の各垂直転送部12は、水平方向において、長さL1のピッチで配されており、当該垂直転送部12の右側に隣接している列の各光電変換部11からこれに蓄えられた電荷(信号電荷)を読み出して垂直方向へ転送する。
本実施形態の固体撮像装置1では、遮光膜7bにて覆われたOB領域10bにおいて、垂直転送部12の間に光電変換部11が設けられておらず、OB領域10bの隣り合う垂直転送部12同士が、水平方向において、長さL1よりも短い長さL2のピッチで配されている。
The
In the solid-
これにより、隣り合う垂直転送部12の水平方向におけるピッチが、受光領域10aとOB領域10bとで同じであった従来の固体撮像素子よりも、実装面積が小さくなっている。
ここで、例えば、L1を1.5μm、L2を0.375μmとした場合、有効画素数が1200万画素の固体撮像装置1において、実装面積の1.11%を削減することができる。
Thereby, the mounting area is smaller than that of the conventional solid-state imaging device in which the pitch in the horizontal direction of the adjacent
Here, for example, when L1 is 1.5 μm and L2 is 0.375 μm, in the solid-
なお、上記実装面積の削減効果は、受光領域10aの垂直転送部12の列数を4000とし、OB領域10bの垂直転送部12の列数を60として算出した値である。
OB領域10bに設けられた各垂直転送部12は、遮光膜7bによって遮光されていることにより、暗電流となる電荷(遮光状態において熱的に励起される電荷:以下、「基準電荷」という。)が蓄積されて、垂直方向に転送される。
The mounting area reduction effect is a value calculated by setting the number of columns of the
Each of the
受光領域10aに設けられた各光電変換部11の受光面は、R(赤色)フィルタ、G(緑色)フィルタ、B(緑色)フィルタから選択された一つのカラーフィルタにより、それぞれ覆われている。
より具体的には、R、G、Bの各カラーフィルタはベイヤー配列になっており、GフィルタとBフィルタとが水平方向に交互に配置された行と、RフィルタとGフィルタとが水平方向に交互に配置された行とが、垂直方向(列方向)に交互に配列されている。
The light receiving surface of each
More specifically, the R, G, and B color filters are arranged in a Bayer array, the rows in which the G filters and the B filters are alternately arranged in the horizontal direction, and the R filters and the G filters in the horizontal direction. Are alternately arranged in the vertical direction (column direction).
なお、図1に示す本実施の形態係る固体撮像装置1では、8相で全段部を垂直転送する構成になっているが、このような構成に限定されるものではない。
図2は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図であり、また、図3は、固体撮像装置における受光領域10aの基本構成を説明するための平面模式図であり、受光領域10aに設けられた光電変換部11が省略されて描かれている。
Note that the solid-
FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic plan view for explaining the basic configuration of the light-receiving
また、OB領域10bの基本構成については、光電変換部11がなく、遮光膜7bにより領域全体が覆われている以外は、受光領域10aと略同様の構成となっている。
図2及び図3に示すように、垂直転送部12は、垂直方向に延びるように形成された垂直転送路112上に複数の垂直転送電極9が並べられている。
このような垂直転送部12が、水平方向に並設されているので、垂直転送電極9もまた、同図3に示すように、行列状に配されている。
The basic configuration of the
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
Since such
そして、同じ行(水平方向)に配されている、隣り合う垂直転送電極9同士は、導電線9aにより接続されている。
ここで、垂直転送部12の幅、即ち、垂直転送路112の水平方向の幅は、受光領域10aおよびOB領域10bの両領域とも等しくなっている。
これにより、受光領域10aおよびOB領域10bの両領域において垂直転送部12内で発生する暗電流同士の値を略等しくすることができるため、温度が変化した場合であっても、両領域間で黒基準信号値のずれが生じることを抑制できる。
The adjacent
Here, the width of the
As a result, the values of the dark currents generated in the
また、受光領域10aにおいて、垂直転送電極9が設けられた垂直転送部12が遮光膜7aで覆われており、また、OB領域10bにおいて、垂直転送電極9が設けられた垂直転送部12が遮光膜7bで覆われている(図2参照)。
図1に戻って、受光領域10aおよびOB領域10bの各垂直転送部12には、電荷を垂直方向に転送するための複数の電極(図示せず)が垂直方向に沿って配置されており、タイミング制御回路31から出力される駆動パルスが、各電極にそれぞれ所定のタイミングで印加されることによって、各垂直転送部12に読み出された信号電荷が、垂直方向(同図において下方)に順次転送される。
Further, in the
Returning to FIG. 1, in each
半導体基板10には、受光領域10aおよびOB領域10bのそれぞれに設けられた全ての垂直転送部12から転送される信号電荷および基準電荷を、3回に分割して水平方向(同図において左側方向)に転送するCCD構造の水平転送部17が、受光領域10aおよびOB領域10bにわたって、水平方向に沿った状態で配置されている。
垂直転送部12と水平転送部17との間には、電荷を蓄積して保持する電荷保持部13および電荷転送部(VOG部)18を備えている。
In the
Between the
電荷保持部13は、ストレージ部15とホールド部16により構成されている。これらのストレージ部15とホールド部16とを設けることで、垂直転送部12から水平転送部17への信号電荷の転送を制御している。
電荷保持部13およびVOG部18は、相互に隣接する所定本数(本実施形態では3本)の垂直転送部12のグループ(以下、垂直転送グループ12Gとする)毎に、各垂直転送部12の電荷を順番に水平転送部17へ転送する。
The
The
水平転送部17は、各垂直転送グループ12Gにおける1つの垂直転送部12から電荷が転送される度に、転送された電荷を水平転送(水平インタレース転送)する。
半導体基板10には、水平転送部17を水平転送される電荷に応じた電圧を出力する出力部14が設けられている。
出力部14から出力される電圧は、画像信号生成部34に設けられたA/D変換部(信号変換部)32に供給される。
The
The
The voltage output from the
A/D変換部32は、出力部14から出力される電圧をデジタル変換して、画像信号生成部34に設けられた信号処理部33へ出力する。
なお、A/D変換部32では、タイミング制御回路31から出力されるクランプパルスによって、OB領域10bに設けられた所定の垂直転送部12から転送される基準電荷に応じた電圧のデジタル値をクランプし、クランプされたデジタル信号を、黒基準信号として信号処理部33へ出力するようになっている。
The A /
The A /
信号処理部33では、A/D変換部32から出力されたデジタル信号を、クランプされた黒基準信号に基づいて信号処理して画像信号を生成する。
つまり、信号処理部33は、有効画素の信号レベルからオプティカルブラック画素の信号レベルを差し引き、有効画素の信号レベルから暗電流成分を除去したものを画像信号として出力する。
The signal processing unit 33 performs signal processing on the digital signal output from the A /
That is, the signal processing unit 33 subtracts the signal level of the optical black pixel from the signal level of the effective pixel, and outputs a signal obtained by removing the dark current component from the signal level of the effective pixel as an image signal.
図4は、図3をさらに簡略化して示す平面模式図である。
なお、図4は、図3と同様に、受光領域10aに設けられた光電変換部11を省略している。
さらに、図4では、信号線を省略しており、受光領域10aにおける各垂直転送部12を垂直転送される信号電荷を、読み出されたそれぞれの光電変換部11に設けられているカラーフィルタの色(R、G、B)で示している。
FIG. 4 is a schematic plan view showing FIG. 3 in a simplified manner.
4 omits the
Further, in FIG. 4, the signal lines are omitted, and the signal charges vertically transferred through the
水平転送部17には、複数の電極(図示せず)が水平方向に沿って並んで配置されており、本実施形態では、水平転送部17における相互に隣接する3つの電極が、1水平転送グループ17Gとして、タイミング制御回路31から出力される3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3が所定のタイミングで印加されるようになっている。
各電極は、水平転送部17において、各垂直転送部12から転送される電荷を水平転送する単位転送ビットを形成している。
In the
Each electrode forms a unit transfer bit for horizontally transferring charges transferred from each
水平転送部17における1つの水平転送グループ17Gは、転送方向の中央部に配置されて駆動パルスφH1が印加されるサブ単位転送ビットH1と、サブ単位転送ビットH1に対して水平転送方向の下流側および上流側にそれぞれ配置されて、駆動パルスφH2およびφH3がそれぞれ印加される主単位転送ビットH2およびH3とによって構成されている。
One
本実施形態の固体撮像装置では、水平転送部17における1つの水平転送グループ17Gが、1つの垂直転送グループ12Gに対応付けられており、電荷保持部13およびVOG部18は、各垂直転送グループ12Gを構成する3本の垂直転送部12のそれぞれの端部に転送された電荷を、水平転送部17における主単位転送ビットH2またはH3へ順番に転送する。
In the solid-state imaging device of this embodiment, one
図3には、相互に隣接する2つの垂直転送グループ12Gが示されており、以下の説明においては、図4に示すように、左側の垂直転送グループ12Gを第1の垂直転送グループ12G−1、右側の垂直転送グループ12Gを第2の垂直転送グループ12G−2とする。
また、1つの垂直転送グループ12Gにおける3つの垂直転送部12を、左側から順番に、第1垂直転送部12a、第2垂直転送部12b、第3垂直転送部12cとする。
FIG. 3 shows two
Further, the three
さらには、図4に示すように、第1垂直転送グループ12G−1に対応する水平転送グループ17Gを第1水平転送グループ17G−1とし、第2垂直転送グループ12G−2に対応する水平転送グループ17Gを第2水平転送グループ17G−2とする。
電荷保持部13のストレージ部15は、各垂直転送グループ12G−1および12G−2において、第1垂直転送部12a、第2垂直転送部12bおよび第3垂直転送部12cから転送される電荷をそれぞれ蓄積する第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sbおよび第3ストレージ部Scを有し、電荷保持部13のホールド部16は、第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sbおよび第3ストレージ部Scにて蓄積された電荷をそれぞれ保持する第1ホールド部Ha、第2ホールド部Hbおよび第3ホールド部Hcとを有している。
Further, as shown in FIG. 4, the
The
図3に示すように、第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sb、第3ストレージ部Scのそれぞれには、タイミング制御回路31から出力される駆動パルスφVST−a、φVST−b、φVST−cが印加されるようになっており、第1ホールド部Ha、第2ホールド部Hb、第3ホールド部Hcのそれぞれには、タイミング制御回路31から出力される駆動パルスφVHLD−a、φVHLD−b、φVHLD−cが印加されるようになっている。
As shown in FIG. 3, each of the first storage unit Sa, the second storage unit Sb, and the third storage unit Sc includes drive pulses φVST-a, φVST-b, and φVST-c output from the
なお、本実施形態では、駆動パルスφVST−a、φVST−b、φVST−cがそれぞれミドルレベル(電荷を読み出す際に印加されるハイレベルの信号と、電荷の転送時にバリアとなるように印加されるローレベルの信号との中間のレベル)になることにより、第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sb、第3ストレージ部Scのそれぞれに電荷が蓄積され、また、駆動パルスφVHLD−a、φVHLD−b、φVHLD−cがそれぞれミドルレベルになることにより、第1ホールド部Ha、第2ホールド部Hb、第3ホールド部Hcのそれぞれに電荷が蓄積される。 In this embodiment, the drive pulses φVST-a, φVST-b, and φVST-c are respectively applied to a middle level (a high level signal applied when reading charges and a barrier when transferring charges). Charge is accumulated in each of the first storage unit Sa, the second storage unit Sb, and the third storage unit Sc, and driving pulses φVHLD-a, φVHLD. Since −b and φVHLD-c are at the middle level, charges are accumulated in the first hold unit Ha, the second hold unit Hb, and the third hold unit Hc, respectively.
VOG部18は、各垂直転送グループ12Gに対応する第1ホールド部Ha、第2ホールド部Hb、第3ホールド部Hcのそれぞれにおいて保持された信号電荷を、各水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またはH3に転送する。
VOG部18には、タイミング制御回路31から出力される駆動パルスφVOGが印加されるようになっており、駆動パルスφVOGがミドルレベルからローレベルになることにより、対応する水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またH3に電荷を転送する。
The
The drive pulse φVOG output from the
OB領域10bには、受光領域10aと同様に、垂直転送グループ12Gを構成する3本の垂直転送部12a、12b、12cが設けられており、電荷保持部13およびVOG部18によって、受光領域10aにおける垂直転送グループ12Gの各垂直転送部12a、12b、12cの信号電荷がそれぞれ水平転送部17に転送されるタイミングで、OB領域10bの各垂直転送部12a、12b、12cの基準電荷が水平転送部17に転送される。
Similar to the
このような構成の固体撮像装置の動作を、図5のタイミングチャートと、図4および図6(a)〜(d)に示す模式図とに基づいて説明する。
図5のタイミングチャートに示すように、第1の水平ブランキング期間では、第1垂直転送グループ12G−1および第2垂直転送グループ12G−2のそれぞれにおける第1〜第3の各垂直転送部12a、12b、12cは、右側に隣接する各光電変換部11から読み出された信号電荷を、8相の駆動パルスφV1〜φV8のそれぞれが、順次ミドルレベルからローレベルになることよって、電荷保持部13に近接した端部にまで転送する。
The operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described based on the timing chart of FIG. 5 and schematic diagrams shown in FIGS. 4 and 6A to 6D.
As shown in the timing chart of FIG. 5, in the first horizontal blanking period, each of the first to third
この場合、第1垂直転送グループ12G−1における第1垂直転送部12aおよび第3垂直転送部12cでは、「R」のカラーフィルタが設けられた光電変換部11から読み出された信号電荷(以下、「R−信号電荷」という。)と、「G」のカラーフィルタが設けられた光電変換部11から読み出された信号電荷(以下、「G−信号電荷」という。)とが交互に並んだ状態で垂直転送され、第2垂直転送部12bでは、G−信号電荷と、「B」のカラーフィルタが設けられた光電変換部11から読み出された信号電荷(以下、「B−信号電荷」という。)とが交互に並んだ状態で垂直転送される。
In this case, in the first
また、第2垂直転送グループ12G−2における第1垂直転送部12aおよび第3垂直転送部12cでは、G−信号電荷とB−信号電荷とが交互に並んだ状態で垂直転送され、第2垂直転送部12bでは、R−信号電荷とG−信号電荷とが交互に並んだ状態で垂直転送される。
図4は、タイミングt1(図5参照、以下同様)の直前における各垂直転送部12a、12b、12cの信号電荷の蓄積状態を示している。
In the first
FIG. 4 shows a signal charge accumulation state of each of the
なお、このタイミングt1では、各垂直転送部12a、12b、12cの信号電荷は、φVST−a、φVST−b、φVST−cのそれぞれがミドルレベルとなることから、第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sb、第3ストレージ部Scにそれぞれ転送され始める。
図4において、第1垂直転送グループ12G−1における第1垂直転送部12a、第2垂直転送部12b、第3垂直転送部12cのそれぞれの下側の端部に、R−信号電荷、G−信号電荷、R−信号電荷がそれぞれ蓄積されており、第2垂直転送グループ12G−2における第1垂直転送部12a〜第3垂直転送部12cのそれぞれの下側の端部に、G−信号電荷、R−信号電荷、G−信号電荷がそれぞれ蓄積されている。
At this timing t1, the signal charges of the
In FIG. 4, R-signal charges, G− are connected to lower end portions of the first
このような状態で、タイミングt3において、各垂直転送部12a、12b、12cのそれぞれに印加される駆動パルスφV8がローレベルになると、ストレージ部15の第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sb、第3ストレージ部Scに印加される駆動パルスφVST−a、φVST−b、φVST−cがそれぞれミドルレベルになっているために、各垂直転送部12a、12b、12cの端部に蓄積された信号電荷(第1垂直転送グループ12G−1においては、R−信号電荷、G−信号電荷、R−信号電荷、第2垂直転送グループ12G−2においては、G−信号電荷、R−信号電荷、G−信号電荷)は、第1ストレージ部Sa、第2ストレージ部Sb、第3ストレージ部Scにそれぞれ転送される。
In this state, when the drive pulse φV8 applied to each of the
この場合、駆動パルスφVHLD−aおよびφVHLD−bがローレベルになっているために、第1ストレージ部Saおよび第2ストレージ部Sbでは、第1垂直転送部12aおよび第2垂直転送部12bに転送された信号電荷が、第1ストレージ部Saおよび第2ストレージ部Sbに蓄積される。
これに対して、駆動パルスφVHLD−cが、タイミングt2において、ミドルレベルになっているために、第3ストレージ部Scに転送される信号電荷は、第3ホールド部Hcへ転送される。そして、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになっていることにより、第3ホールド部Hcにて信号電荷が蓄積される。
In this case, since the drive pulses φVHLD-a and φVHLD-b are at a low level, the first storage unit Sa and the second storage unit Sb transfer to the first
On the other hand, since the drive pulse φVHLD-c is at the middle level at the timing t2, the signal charge transferred to the third storage unit Sc is transferred to the third hold unit Hc. Then, when the drive pulse φVOG applied to the
その後、タイミングt4において、第3ストレージ部Scに印加される駆動パルスφVST−cがローレベルになると、第3ストレージ部Scの信号電荷が第3ホールド部Hcに転送されて蓄積される。これにより、図6(a)に示す状態になる。
このような状態で所定時間が経過してタイミングt5になると、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがミドルレベルになり、第3ホールド部Hcに蓄積された信号電荷は、VOG部18へ転送され始める。そして、駆動パルスφVOGのミドルレベル状態が継続している間のタイミングt6において、第3ホールド部Hcに印加される駆動パルスφVHLD−cがローレベルになると、第3ホールド部Hcの信号電荷は、VOG部18に転送される。
After that, when the drive pulse φVST-c applied to the third storage unit Sc becomes low level at timing t4, the signal charge of the third storage unit Sc is transferred to the third hold unit Hc and accumulated. As a result, the state shown in FIG.
In this state, when a predetermined time elapses and timing t5 is reached, the drive pulse φVOG applied to the
さらに、その後のタイミングt7において、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになると、VOG部18に転送された信号電荷(第1垂直転送グループ12G−1においてはR−信号電荷、第2垂直転送グループ12G−2においてはG−信号電荷)が、図6(b)に示すように、第1水平転送グループ17G−1および第2水平転送グループ17G−2の主単位転送ビットH2またはH3(図6(b)においては、主単位転送ビットH3)にそれぞれ蓄積される。
Further, at the subsequent timing t7, when the drive pulse φVOG applied to the
駆動パルスφVOGがローレベルになってから所定の時間が経過して、タイミングt8になると、水平転送部17におけるそれぞれの水平転送グループ17Gの3つの電極に対して、3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3が印加されて、主単位転送ビットH2またはH3に転送された信号電荷の水平転送が開始される。
第1水平ブランキング期間は、3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3の印加が開始されることにより終了する。
When a predetermined time elapses after the drive pulse φVOG becomes low level and timing t8 is reached, three-phase drive pulses φH1 and φH2 are applied to the three electrodes of each
The first horizontal blanking period ends when the application of the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 is started.
なお、この第1水平ブランキング期間では、OB領域10bにおいても、垂直転送部12に対して、同様のタイミングで駆動パルスφV1〜φV8が印加されることにより、暗時の電荷が転送され、また電荷保持部13およびVOG部18においても、同様のタイミングで駆動パルスφVST−a、φVST−b、φVST−c、φVHLD−a、φVHLD−b、φVHLD−cおよびφVOGが印加されることにより、水平転送部17における水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またはH3に転送される。
In the first horizontal blanking period, also in the
タイミングt8において第1水平転送期間が開始すると、各水平転送グループ17Gの3つの電極に対して、3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3が印加されることにより、各水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またはH3に転送された電荷が出力部14に順番に水平転送される。
従って、受光領域10aにおける各垂直転送グループ12Gの第3垂直転送部12cから転送された信号電荷が出力部14に転送された後に、連続して、OB領域10bにおける各垂直転送グループ12Gの第3垂直転送部12cから転送された基準電荷が出力部14に転送される。
When the first horizontal transfer period starts at timing t8, three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 are applied to the three electrodes of each
Accordingly, after the signal charge transferred from the third
出力部14では、転送された電荷に対応した電圧を、画像信号生成部34のA/D変換部32に出力する。
A/D変換部32は、受光領域10aにおける各垂直転送グループ12Gの第3垂直転送部12cから転送された信号電荷に対応した電圧がA/D変換されて信号処理部33に出力するとともに、OB領域10bにおいて生成された基準電荷に対応する電圧をクランプして出力する。
The
The A /
第1水平転送期間においては、タイミング制御回路31は、OB領域10bから読み出された基準電荷に対応した電圧をクランプするためのクランプパルスを出力する。
これによりA/D変換部32において基準電荷に対応した電圧のデジタル値がクランプされ、このデジタル値が黒基準信号として信号処理部33に出力される。
信号処理部33は、A/D変換部32においてクランプされた黒基準信号を基準として、信号電荷に対応した電圧のデジタル値を信号処理して画像信号を生成する。
In the first horizontal transfer period, the
As a result, the digital value of the voltage corresponding to the reference charge is clamped in the A /
The signal processing unit 33 performs signal processing on the digital value of the voltage corresponding to the signal charge with reference to the black reference signal clamped by the A /
タイミング制御回路31から出力される3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3による電荷の水平転送が終了したタイミングt9において、各垂直転送グループ12Gのそれぞれにおける第3の垂直転送部12cから1ライン分の信号電荷を出力部14に水平転送する第1水平転送期間が終了し、各垂直転送グループ12Gにおける第1の垂直転送部12aの信号電荷を水平転送部に転送する第2水平ブランキング期間が開始する。
At the timing t9 when the horizontal transfer of charges by the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 output from the
第2水平ブランキング期間では、タイミングt9から所定時間が経過したタイミングt10において、第1ホールド部Haに印加される駆動パルスφVHLD−aがローレベルからミドルレベルになり、第1ストレージ部Saに蓄積された信号電荷が第1ホールド部Haへ転送され始める。このとき、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになっていることにより、第1ホールド部Haに信号電荷が蓄積される。
In the second horizontal blanking period, the drive pulse φVHLD-a applied to the first hold unit Ha changes from the low level to the middle level and accumulates in the first storage unit Sa at a timing t10 when a predetermined time has elapsed from the timing t9. The signal charges thus started are transferred to the first hold unit Ha. At this time, since the drive pulse φVOG applied to the
その後、駆動パルスφVHLD−aがミドルレベルを継続している間のタイミングt11において、電荷保持部13の第1ストレージ部Saに印加される駆動パルスφVST−aがローレベルになるとともに、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがミドルレベルになり、第1ストレージ部Saに蓄積された電荷は、第1ホールド部HaおよびVOG部18へ転送される。
Thereafter, at timing t11 while the drive pulse φVHLD-a continues to be at the middle level, the drive pulse φVST-a applied to the first storage unit Sa of the
そして、駆動パルスφVOGがミドルレベルを継続している間のタイミングt12において、第1ホールド部Haに印加される駆動パルスφVHLD−aがローレベルになると、第1ホールド部Haに蓄積された信号電荷は、VOG部18へ転送される。
その後のタイミングt13において、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになると、図6(c)に示すように、VOG部18に転送された信号電荷(第1垂直転送グループ12G−1においてはR−信号電荷、第2垂直転送グループ12G−2においてはG−信号電荷)が、第1水平転送グループ17G−1および第2水平転送グループ17G−2の主単位転送ビットH2またはH3にそれぞれ転送される。
When the drive pulse φVHLD-a applied to the first hold unit Ha becomes low level at the timing t12 while the drive pulse φVOG continues to be at the middle level, the signal charge accumulated in the first hold unit Ha Is transferred to the
When the drive pulse φVOG applied to the
その後、所定の時間経過後のタイミングt14において、水平転送部17に、3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3の印加が開始される。
これにより、第2水平ブランキング期間が終了して、第2水平転送期間が開始する。
なお、この第2水平ブランキング期間においても、OB領域10bにおける垂直転送グループ12Gの第1垂直転送部12aの端部に転送された基準電荷が、水平転送部17における各水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またはH3にそれぞれ転送される。
After that, at timing t14 after a predetermined time has elapsed, application of three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 to the
As a result, the second horizontal blanking period ends and the second horizontal transfer period starts.
Even in the second horizontal blanking period, the reference charge transferred to the end of the first
第2水平転送期間においては、前述したように、水平転送部17に3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3が印加されることにより、主単位転送ビットH2またはH3に転送された信号電荷および基準電荷は、順次、出力部14に水平転送され、出力部14からA/D変換部32に出力される。
そして、この場合にも、タイミング制御回路31からはクランプパルスが出力される。
In the second horizontal transfer period, as described above, when the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 are applied to the
Also in this case, a clamp pulse is output from the
これによりA/D変換部32において基準電荷に対応した電圧のデジタル値がクランプされ、このデジタル値が黒基準信号として信号処理部33に出力される。
タイミング制御回路31からの3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3による電荷の水平転送が終了したタイミングt15において、各垂直転送グループ12Gにおける第1垂直転送部12aから、水平方向の1ライン分の電荷を出力部14に水平転送する第2水平転送期間が終了し、各垂直転送グループ12Gにおける第2の垂直転送部12aの信号電荷を水平転送部17に転送する第3水平ブランキング期間が開始する。
As a result, the digital value of the voltage corresponding to the reference charge is clamped in the A /
At the timing t15 when the horizontal transfer of charges by the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 from the
第3水平ブランキング期間では、タイミングt15から所定時間が経過したタイミングt16において、第2ホールド部Hbに印加される駆動パルスφVHLD−bがミドルレベルになり、第2ストレージ部Sbに蓄積された信号電荷が第2ホールド部Hbへ転送され始める。
このとき、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになっていることにより、第2ホールド部Hbにて信号電荷が蓄積される。
In the third horizontal blanking period, at timing t16 when a predetermined time has elapsed from timing t15, the drive pulse φVHLD-b applied to the second hold unit Hb becomes the middle level, and the signal accumulated in the second storage unit Sb The charge starts to be transferred to the second hold unit Hb.
At this time, since the drive pulse φVOG applied to the
その後、駆動パルスφVHLD−bがミドルレベルを継続している間のタイミングt17において、電荷保持部13の第2ストレージ部Sbに印加される駆動パルスφVST−bがローレベルになるとともに、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがミドルレベルなり、第1ストレージ部Saに蓄積された電荷は、第1ホールド部HaおよびVOG部18へ転送される。
Thereafter, at timing t17 while the drive pulse φVHLD-b continues to be at the middle level, the drive pulse φVST-b applied to the second storage unit Sb of the
そして、駆動パルスφVOGがミドルレベルを継続している間のタイミングt18において、第2ホールド部Hbに印加される駆動パルスφVHLD−aがローレベルになると、第2ホールド部Hbに蓄積された信号電荷は、VOG部18へ転送される。
その後のタイミングt19において、VOG部18に印加される駆動パルスφVOGがローレベルになると、図6(d)に示すように、VOG部18に転送された信号電荷(第1垂直転送グループ12G−1においてはG−信号電荷、第2垂直転送グループ12G−2においてはR−信号電荷)が、第1水平転送グループ17G−1および第2水平転送グループ17G−2の主単位転送ビットH2またはH3(図6(d)においては主単位転送ビットH3)にそれぞれ転送される。
When the drive pulse φVHLD-a applied to the second hold unit Hb becomes low level at timing t18 while the drive pulse φVOG continues to be at the middle level, the signal charge accumulated in the second hold unit Hb Is transferred to the
When the drive pulse φVOG applied to the
その後、所定の時間経過後のタイミングt20において、水平転送部17に対する3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3の印加が開始される。
これにより、第3水平ブランキング期間が終了し、第3水平転送期間が開始する。
なお、この第3水平ブランキング期間においても、OB領域10bでは、垂直転送グループ12Gの第2垂直転送部12bの端部に転送された基準電荷が、水平転送部17における各水平転送グループ17Gの主単位転送ビットH2またはH3にそれぞれ転送される。
Thereafter, at timing t20 after a predetermined time has elapsed, application of the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 to the
As a result, the third horizontal blanking period ends and the third horizontal transfer period starts.
Even in the third horizontal blanking period, in the
第3水平転送期間の開始により、前述したように、水平転送部17に印加される3相の駆動パルスφH1、φH2、φH3により、主単位転送ビットH2またはH3に転送された信号電荷および基準電荷は、順次、出力部14に水平転送され、出力部14からA/D変換部32に出力される。
そして、この場合にも、タイミング制御回路31から所定のタイミングt21で、クランプパルスが出力される。
With the start of the third horizontal transfer period, as described above, the signal charge and the reference charge transferred to the main unit transfer bit H2 or H3 by the three-phase drive pulses φH1, φH2, and φH3 applied to the
Also in this case, a clamp pulse is output from the
これによりA/D変換部32において基準電荷に対応した電圧のデジタル値がクランプされ、このデジタル値が黒基準信号として信号処理部33に出力される。
以降、前述した第1水平ブランキング期間、第1水平転送期間、第2水平ブランキング期間、第2水平転送期間、第3水平ブランキング期間、第3水平転送期間において実行された動作と同様の動作が)順番に実行され、各垂直転送グループ12Gにおいては、第3垂直転送部12c、第1垂直転送部12a、第2垂直転送部12bの電荷が、その順番で各水平転送グループに転送されて水平転送される。
As a result, the digital value of the voltage corresponding to the reference charge is clamped in the A /
Thereafter, the same operations as those performed in the first horizontal blanking period, the first horizontal transfer period, the second horizontal blanking period, the second horizontal transfer period, the third horizontal blanking period, and the third horizontal transfer period described above. The operation is performed in order, and in each
ここで、長時間蓄積されない場合には、光電変換部11に対して、垂直転送部12で生じる暗電流が支配的であることから、図1に示すOB領域10bや、図7におけるOB領域10dで垂直転送部12の暗電流が一致するため、上記のような構造でも、実用上問題ない。
<変形例>
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。
Here, when the data is not accumulated for a long time, the dark current generated in the
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications can be implemented.
(1)上記実施の形態では、固体撮像装置1のOB領域10bには、光電変換部11が設けられていないとしたが、この構成に限るものではない。
例えば、OB領域を、さらに、第1のオプティカルブラック領域と第2のオプティカルブラック領域とに区分し、第1のオプティカルブラック領域には、前記遮光膜により遮光された光電変換部を設け、第2のオプティカルブラック領域には、光電変換部を設けないようにしてもよい。
(1) In the above embodiment, the
For example, the OB area is further divided into a first optical black area and a second optical black area, and the first optical black area is provided with a photoelectric conversion portion shielded by the light shielding film, In this optical black region, no photoelectric conversion unit may be provided.
図7は、このような構成の固体撮像装置の概略構成を説明するための平面模式図である。
同図に示すように、隣り合う垂直転送部12同士の間に、遮光膜7bにより遮光された光電変換部11が垂直方向に設けられている第1のOB領域10cと、隣り合う垂直転送部12の間に光電変換部11がない第2のOB領域10dとが存在している。
FIG. 7 is a schematic plan view for explaining a schematic configuration of the solid-state imaging device having such a configuration.
As shown in the figure, the
ここでは、第1のOB領域10cの垂直転送部12のピッチL3と、受光領域10aの垂直転送部12のピッチL1とを同じにしている。
ここで、固体撮像装置の撮像対象が明るい場所にあり、撮像に要する露光時間がそれほど長くない場合には、暗電流は主に光電変換部11よりも垂直転送部12で発生し、光電変換部11で生じる暗電流は無視できるほど小さい。
Here, the pitch L3 of the
Here, when the imaging target of the solid-state imaging device is in a bright place and the exposure time required for imaging is not so long, dark current is mainly generated in the
しかしながら、固体撮像装置の撮像対象が暗い場所にあり、撮像に要する露光時間が長くなると、光電変換部11で生じる暗電流は、無視できない大きさになる。
このため、同図に示す構成のように、光電変換部11が設けられた第1のOB領域10cを設けることにより、長時間の露光が行われる場合であっても、受光領域10aと第1のOB領域10cとにおいて生じる暗電流の値同士を同等にすることができる。
However, when the imaging target of the solid-state imaging device is in a dark place and the exposure time required for imaging becomes long, the dark current generated in the
Therefore, by providing the
これにより、長時間露光時において、受光領域10aで得られた有効画素の信号レベルから、第1のOB領域10cで得られた黒基準信号レベルを差し引くことにより、実状に即した暗電流成分を画像信号から除去することができる。
(2)また、上記実施の形態では、垂直転送部12の間に光電変換部11が設けられていないOB領域10bにおいて、垂直転送部12のピッチは全てL2の等ピッチとしていたが、これに限るものではない。
As a result, the dark current component in accordance with the actual situation is obtained by subtracting the black reference signal level obtained in the
(2) In the above embodiment, in the
図8は、このような構成の固体撮像素子の断面図である。
同図に示すように、この構成では、OB領域10bの垂直転送部12において2列を1組として、同組に含まれている垂直転送部12の同士の間隔を、異なる組に含まれて隣接している垂直転送部12同士の間隔よりも狭く設定している。
このとき、同じ組に含まれる垂直転送部12の垂直転送電極9同士を、同図に示すように、一体的に形成した9aのようにしてもよい。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device having such a configuration.
As shown in the figure, in this configuration, in the
At this time, the
また、図8は単なる例示にすぎず、OB領域10bの3組以上の垂直転送部12を1組として、上述のように、垂直転送部12同士の間隔を狭くしてもよく、同じ組に含まれるこれらの垂直転送部12の垂直転送電極9同士を一体的に形成しても構わない。
この場合、固体撮像素子の実装面積縮小化の観点から、OB領域10bにおける隣り合う垂直転送部12同士の間隔は、いずれも受光領域10aにおける隣り合う垂直転送部12同士の間隔よりも狭くすることが望ましい。
FIG. 8 is merely an example, and three or more sets of
In this case, from the viewpoint of reducing the mounting area of the solid-state imaging device, the interval between adjacent
(3)また、上記実施の形態では、OB領域は、タングステン膜などからなる一層の遮光膜7bで覆われているとしたが、この構成に限るものではない。
撮像対象が高輝度な光源で照らされていたり、撮像対象自体が高輝度な光源であった場合、固体撮像装置に入射した光が、遮光膜7bを透過する場合があり、黒基準信号の値が増加する方向にずれが生じる。
(3) In the above embodiment, the OB region is covered with the single
When the imaging target is illuminated with a high-intensity light source or the imaging target itself is a high-intensity light source, the light incident on the solid-state imaging device may pass through the
特に、図7に示すように、光電変換部11が設けられている第1のOB領域10cは遮光性を高める必要があり、遮光性が低いと光電変換部11で透過したことに起因する信号電荷が暗電流成分の電荷に加えて蓄積され、黒基準信号のずれが大きくなる。
この現象は、長時間蓄積を行う場合により顕著になる。
そこで、図9に示すように、遮光膜7bを、さらに別の遮光膜8によって覆う2層構造として、遮光性を高めることが望ましい。
(4)上記実施の形態では、本発明に係る固体撮像素子を水平インターレース方式のCCDに適用した場合の例を説明したが、これに限らず、水平インターレース方式を行わない固体撮像素子に適用しても構わない。 また、上記実施の形態および上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
In particular, as shown in FIG. 7, the
This phenomenon becomes more prominent when accumulation is performed for a long time.
Therefore, as shown in FIG. 9, it is desirable to improve the light shielding property by using a two-layer structure in which the
(4) In the above-described embodiment, an example in which the solid-state imaging device according to the present invention is applied to a horizontal interlaced CCD has been described. It doesn't matter. Further, the contents of the above embodiment and the above modification may be combined.
本発明は、オプティカルブラック領域を有する固体撮像装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a solid-state imaging device having an optical black region.
1 固体撮像装置
3 A/D変換部
7a,7b遮光膜
8 遮光膜
9 垂直転送電極
9 導電線
10 半導体基板
10a 受光領域
10b OB領域
10c 第1のOB領域
10d 第2のOB領域
11 光電変換部
12 垂直転送部
12a 垂直転送部
12b 垂直転送部
12c 垂直転送部
13 電荷保持部
14 出力部
15 ストレージ部
16 ホールド部
17 水平転送部
18 電荷転送部(VOG)部
31 タイミング制御回路
32 A/D変換部
33 信号処理部
34 画像信号生成部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
行方向に並設され、前記各光電変換部の信号電荷を列単位で垂直転送する複数の第1垂直転送部と、
前記基板上の遮光膜に覆われたオプティカルブラック領域において、行方向に並設され、暗電流に相当する基準電荷を、第1垂直転送部に同期して垂直転送する複数の第2垂直転送部と、
各第1垂直転送部から読み出される信号電荷と各第2垂直転送部から読み出される基準電荷とを水平転送する水平転送部とを備え、
前記オプティカルブラック領域の全部または一部において、隣り合う第2垂直転送部同士の間隔が、隣り合う第1垂直転送部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする固体撮像素子。 A plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix in the light receiving region on the substrate irradiated with light;
A plurality of first vertical transfer units that are arranged in parallel in the row direction and vertically transfer the signal charges of the photoelectric conversion units in units of columns;
A plurality of second vertical transfer units arranged in parallel in the row direction in the optical black region covered with the light-shielding film on the substrate and vertically transferring a reference charge corresponding to a dark current in synchronization with the first vertical transfer unit When,
A horizontal transfer unit that horizontally transfers a signal charge read from each first vertical transfer unit and a reference charge read from each second vertical transfer unit;
A solid-state imaging device characterized in that, in all or part of the optical black region, an interval between adjacent second vertical transfer units is narrower than an interval between adjacent first vertical transfer units.
第1のオプティカルブラック領域は、前記遮光膜により遮光された光電変換部が設けられており、
第2のオプティカルブラック領域は、光電変換部が設けられておらず、隣り合う第2垂直転送部同士の間隔が、隣り合う第1垂直転送部同士の間隔よりも狭くなっていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The optical black region is further divided into a first optical black region and a second optical black region,
The first optical black region is provided with a photoelectric conversion portion shielded by the light shielding film,
The second optical black region is characterized in that no photoelectric conversion unit is provided, and an interval between adjacent second vertical transfer units is narrower than an interval between adjacent first vertical transfer units. The solid-state imaging device according to claim 1.
同行に位置する垂直転送電極同士が電気的に接続されており、
光電変換部が設けられていない前記オプティカルブラック領域において、行方向において隣り合う複数の前記垂直転送路のそれぞれに対応する垂直転送電極同士が一体的に形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The second vertical transfer unit includes a vertical transfer path provided so as to extend in the column direction on the substrate and a plurality of vertical transfer electrodes provided above the vertical transfer path,
The vertical transfer electrodes located in the same row are electrically connected,
2. The vertical transfer electrodes corresponding to each of the plurality of vertical transfer paths adjacent in the row direction are integrally formed in the optical black region in which no photoelectric conversion unit is provided. 5. The solid-state imaging device according to any one of items 1 to 4.
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