JP2012120106A - Solid-state imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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JP2012120106A JP2010270513A JP2010270513A JP2012120106A JP 2012120106 A JP2012120106 A JP 2012120106A JP 2010270513 A JP2010270513 A JP 2010270513A JP 2010270513 A JP2010270513 A JP 2010270513A JP 2012120106 A JP2012120106 A JP 2012120106A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that image quality deterioration due to noise, such as white lines in darkness, in a first driving mode is caused when the amount of charge handled in a second driving mode is secured.SOLUTION: By a mechanism which selectively adjusts conversion efficiency and an output circuit gain in the first driving mode and the second driving mode by using a substrate bias adjustment unit for adjusting the amount of saturation signals of pixel parts, the conversion efficiency and the output circuit gain are set lower in the first driving mode, and the conversion efficiency and the output circuit gain are set higher in the second driving mode.

Description

本発明は、固体撮像素子および撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus.

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど、撮像素子を用いて画像を撮像して保存できる撮像装置が広く普及している。このような撮像装置に用いる撮像素子としては、半導体で構成されるCCD型の固体撮像素子やCMOS型の固体撮像素子が用いられている。   2. Description of the Related Art In recent years, imaging apparatuses that can capture and store an image using an imaging element, such as a digital still camera and a digital video camera, have been widely used. As an image pickup element used in such an image pickup apparatus, a CCD type solid-state image pickup element or a CMOS type solid-state image pickup element made of a semiconductor is used.

CCD型の固体撮像素子は、半導体基板上に、行列状に2次元配列された複数の画素部(光電変換部)と、この画素部に読み出しゲート領域を介して、それぞれ隣接させた複数本の垂直転送部とを有している。そして、この垂直転送部の一端に隣接する水平転送部が設けられ、受光により各画素部で光電変換された信号電荷を垂直転送部と水平転送部とにより転送している。   A CCD type solid-state imaging device includes a plurality of pixel units (photoelectric conversion units) arranged in a two-dimensional array on a semiconductor substrate, and a plurality of pixel units adjacent to each other via a readout gate region. And a vertical transfer unit. A horizontal transfer unit adjacent to one end of the vertical transfer unit is provided, and the signal charge photoelectrically converted in each pixel unit by light reception is transferred by the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit.

水平転送部の終端部分にはフローティングディフュージョン部(以下、「FD部」という。)を有する出力部が設けられている。このFD部は、水平転送部から転送される信号電荷に対応する電圧を出力可能に構成され、各画素部で蓄積した信号電荷を画像信号として出力部から出力している。   An output portion having a floating diffusion portion (hereinafter referred to as “FD portion”) is provided at the end portion of the horizontal transfer portion. The FD unit is configured to be able to output a voltage corresponding to the signal charge transferred from the horizontal transfer unit, and outputs the signal charge accumulated in each pixel unit as an image signal from the output unit.

上述した構成を有するCCD型の固体撮像素子を備えたビデオカメラなどの撮像装置の中には、垂直転送部内で列方向に隣接する複数の画素部の信号電荷を加算して転送する複数画素加算駆動モードを有するものがある。   In an imaging device such as a video camera having a CCD type solid-state imaging device having the above-described configuration, a multi-pixel addition that adds and transfers signal charges of a plurality of pixel units adjacent in the column direction in a vertical transfer unit Some have drive modes.

このような固体撮像素子では、素子の微細化や画素部多画素化等の目的から画素部の画素サイズの微細化が求められており、画素サイズの微細化に伴い垂直転送部の面積が小さくなっている。そのため、複数画素加算駆動モードにおいて、転送される信号電荷量が充分確保されず、転送不良が生じる場合がある。これにより、出力部から出力される画像信号の出力が低下する場合があった。   In such a solid-state imaging device, miniaturization of the pixel size of the pixel portion is required for the purpose of miniaturization of the device and increase in the number of pixels in the pixel portion, and the area of the vertical transfer portion is reduced with the miniaturization of the pixel size. It has become. Therefore, in the multiple pixel addition drive mode, a sufficient amount of signal charge to be transferred may not be ensured, resulting in a transfer failure. Thereby, the output of the image signal output from the output unit may be reduced.

そこで、FD部における電荷‐電圧の変換効率や出力回路における出力回路ゲインを高め、画像信号の出力を増幅させることで画像信号の出力の低下を抑制する技術が提案されている。ところが、電荷‐電圧の変換効率や出力回路ゲインを高くすると、画像信号の出力とともにノイズまで増幅されてしまう。そのため、低照度時においては、暗時白線等のノイズが過剰に増幅されることになり、画質が劣化するという問題があった。   In view of this, a technique has been proposed in which the reduction in the output of the image signal is suppressed by increasing the charge-voltage conversion efficiency in the FD section and the output circuit gain in the output circuit and amplifying the output of the image signal. However, when the charge-voltage conversion efficiency and the output circuit gain are increased, noise is amplified together with the output of the image signal. For this reason, at the time of low illuminance, noise such as a white line in the dark is excessively amplified, and there is a problem that the image quality deteriorates.

かかる問題を解決する技術として、特許文献1には、固体撮像素子とは独立した駆動系からのシステム制御により、電荷‐電圧の変換効率を切り替える技術が開示されている。   As a technique for solving such a problem, Patent Document 1 discloses a technique for switching charge-voltage conversion efficiency by system control from a drive system independent of a solid-state imaging device.

特開平11−331706号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-331706

しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術では、固体撮像素子とは独立した駆動系からのシステム制御により変換効率の切り替えるため、部品点数が多くなり、コストが上がるという問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1 described above, conversion efficiency is switched by system control from a drive system that is independent of the solid-state imaging device, which increases the number of components and increases costs.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画素部の飽和信号量を調整する基板バイアス調整部を利用して、垂直転送部の駆動モード毎に変換効率および出力回路ゲインの切り替えを、部品点数を増やすことなく、容易に実現可能な固体撮像素子および撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a substrate bias adjustment unit that adjusts a saturation signal amount of a pixel unit, and converts conversion efficiency for each drive mode of a vertical transfer unit. It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device and an imaging apparatus that can easily switch output circuit gain without increasing the number of components.

そこで、請求項1に記載の本発明は、半導体基板上に、行列状に配列されて光電変換を行う複数の画素部と、前記複数の画素部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された前記信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部およびこの電荷電圧変換部により変換された信号電圧を増幅する出力回路を有する出力部と、前記画素部の飽和信号量を調整するために、前記半導体基板に印加する基板バイアス電圧を制御する基板バイアス発生回路と、を備え、前記基板バイアス発生回路により、制御された前記基板バイアス電圧を、前記電荷電圧変換部下の領域に印加して前記電荷電圧部による変換効率または前記出力回路による前記信号電圧の増幅率を調整する固体撮像素子とした。   Therefore, according to the present invention, a plurality of pixel portions arranged in a matrix and performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate, and a vertical transfer for vertically transferring signal charges read from the plurality of pixel portions. A transfer unit; a horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charge transferred from the vertical transfer unit; a charge-voltage conversion unit that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit into a charge voltage; and the charge-voltage conversion unit An output unit having an output circuit that amplifies the signal voltage converted by step (b), and a substrate bias generation circuit that controls a substrate bias voltage applied to the semiconductor substrate in order to adjust a saturation signal amount of the pixel unit. Then, the substrate bias voltage controlled by the substrate bias generation circuit is applied to a region under the charge voltage conversion unit, and conversion efficiency by the charge voltage unit or by the output circuit To a solid state imaging device for adjusting the amplification factor of the serial signal voltage.

また、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、前記垂直転送部は、前記複数の画素部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第1の駆動モードと、前記画素部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、前記垂直転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第2の駆動モードとを選択的に設定可能に構成されており、前記基板バイアス発生回路は、各前記駆動モード毎に、前記変換効率または前記増幅率を調整することとした。   According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the vertical transfer unit first vertically transfers signal charges read from the plurality of pixel units. Select a driving mode and a second driving mode in which signal charges of only pixels of a predetermined repeating unit are read from the pixel unit, and then the signal charges for a plurality of pixels are added and transferred in the vertical transfer unit. The substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency or the amplification factor for each of the drive modes.

また、請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の固体撮像素子において、前記基板バイアス発生回路は、前記第2の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率を、前記第1の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率よりも高くなるように調整することとした。   According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the second aspect, the substrate bias generation circuit is configured to change the conversion efficiency or the amplification factor in the second drive mode to the first The adjustment was made to be higher than the conversion efficiency or the amplification factor in the drive mode.

また、請求項4に記載の本発明は、請求項2に記載の固体撮像素子において、前記基板バイアス発生回路は、前記第1の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率を、前記第2の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率よりも高くなるように調整することとした。   According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the second aspect, the substrate bias generation circuit is configured to set the conversion efficiency or the amplification factor in the first drive mode as the second efficiency. The adjustment was made to be higher than the conversion efficiency or the amplification factor in the drive mode.

また、請求項5に記載の本発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、前記基板バイアス発生回路は、前記電荷電圧変換部の静電容量を変えることにより、前記変換効率を調整することとした。   According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency by changing a capacitance of the charge-voltage conversion unit. It was decided.

また、請求項6に記載の本発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、前記出力部は、前記基板バイアス電圧が印加されるように形成されており、前記基板バイアス発生回路は、前記出力回路における前記基板バイアス電圧を変えることにより、前記増幅率を調整することとした。   According to a sixth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the output unit is formed so that the substrate bias voltage is applied. The amplification factor is adjusted by changing the substrate bias voltage in the output circuit.

また、請求項7に記載の本発明は、請求項1に記載の固体撮像素子において、前記出力回路は、複数段のソースフォロワ回路により構成され、前記基板バイアス制御手段は、前記複数段のソースフォロワ回路の段数を切り替えることにより、前記増幅率を調整することとした。   According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the output circuit includes a plurality of stages of source follower circuits, and the substrate bias control means includes the plurality of stages of sources. The amplification factor was adjusted by switching the number of stages of the follower circuit.

また、請求項8に記載の本発明は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像素子を駆動させる駆動パルスを生成する駆動部と、前記固体撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を備え、前記固体撮像素子は、半導体基板上に、行列状に配列されて光電変換を行う複数の画素部と、前記複数の画素部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された前記信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部およびこの電荷電圧変換部により変換された信号電圧を増幅する出力回路を有する出力部と、前記画素部の飽和信号量を調整するために、前記半導体基板に印加する基板バイアス電圧を制御する基板バイアス発生回路と、を備え、前記基板バイアス発生回路により、制御された前記基板バイアス電圧を、前記電荷電圧変換部下の領域に印加して前記電荷電圧部による変換効率または前記出力回路による前記信号電圧の増幅率を調整する撮像装置とした。   The present invention according to claim 8 is a solid-state imaging device, an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device, a driving unit that generates a driving pulse for driving the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device. A signal processing circuit that processes an output image signal of the image sensor, wherein the solid-state image sensor is arranged in a matrix on a semiconductor substrate and performs photoelectric conversion, and the plurality of pixel units. A vertical transfer unit that vertically transfers the read signal charges, a horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit, and a charge-voltage conversion of the signal charges transferred from the horizontal transfer unit And an output unit having an output circuit for amplifying the signal voltage converted by the charge voltage conversion unit, and a substrate via applied to the semiconductor substrate in order to adjust a saturation signal amount of the pixel unit A substrate bias generation circuit for controlling a voltage, and the substrate bias generation circuit controlled by the substrate bias generation circuit is applied to a region under the charge voltage conversion unit so that the conversion efficiency by the charge voltage unit or the output is applied. The imaging device adjusts the amplification factor of the signal voltage by the circuit.

本発明によれば、基板バイアス発生回路により、制御された基板バイアス電圧を、電荷電圧変換部下の領域に印加して電荷電圧部による変換効率または出力回路による信号電圧の増幅率を調整するようにしたので、例えば、固体撮像素子の駆動モード毎に、変換効率や信号電圧の増幅率を調整することができる。   According to the present invention, the substrate bias generation circuit applies the controlled substrate bias voltage to the region under the charge voltage conversion unit so as to adjust the conversion efficiency by the charge voltage unit or the amplification factor of the signal voltage by the output circuit. Therefore, for example, the conversion efficiency and the amplification factor of the signal voltage can be adjusted for each drive mode of the solid-state imaging device.

これにより、例えば、複数の画素部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第1の駆動モード時には変換効率や信号電圧の増幅率を低くするように調整し、前記画素部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、前記垂直転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第2の駆動モード時には変換効率や信号電圧の増幅率を高くするように調整することができる。従って、変換効率および出力回路ゲインを高く設定した第2の駆動モードと、変換効率および出力回路ゲインを低く設定した第1の駆動モードを両立できるため、第2の駆動モードでは、感度特性の高い出力を実現できる一方、第1の駆動モードでは、過剰に信号出力を増幅することなく、特に暗時の画質劣化を防ぐことができる。   Accordingly, for example, in the first drive mode in which the signal charges read from the plurality of pixel units are independently vertically transferred, the conversion efficiency and the amplification factor of the signal voltage are adjusted to be reduced from the pixel unit. In the second driving mode in which the signal charges of only the repetitive unit pixels are read and then the signal charges for a plurality of pixels are added and transferred in the vertical transfer unit, the conversion efficiency and the amplification factor of the signal voltage are increased. Can be adjusted. Accordingly, since the second drive mode in which the conversion efficiency and the output circuit gain are set high and the first drive mode in which the conversion efficiency and the output circuit gain are set low can be compatible, the second drive mode has high sensitivity characteristics. While the output can be realized, in the first drive mode, it is possible to prevent image quality deterioration particularly in the dark without excessively amplifying the signal output.

第1の実施形態に係る固体撮像素子の平面構成を示す図である。It is a figure showing the plane composition of the solid-state image sensing device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the FD part and output circuit of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る固体撮像素子の基板バイアス発生回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the substrate bias generation circuit of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment. 一般的な基板バイアス発生回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a general substrate bias generation circuit. 一般的な固体撮像素子の水平転送部および出力部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the horizontal transfer part and output part of a general solid-state image sensor. 第1の実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block configuration of the imaging device which concerns on 1st Embodiment. 変形例1に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part of the solid-state image sensor which concerns on the modification 1, and an output circuit. 第2の実施形態に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part and output circuit of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る固体撮像素子の基板バイアス発生回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the substrate bias generation circuit of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment. 変形例1に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part of the solid-state image sensor which concerns on the modification 1, and an output circuit. 第3の実施形態に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the FD part and output circuit of the solid-state image sensor which concerns on 3rd Embodiment. 変形例3に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part of the solid-state image sensor which concerns on the modification 3, and an output circuit. 第4の実施形態に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part and output circuit of the solid-state image sensor which concerns on 4th Embodiment. 変形例4に係る固体撮像素子のFD部および出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of FD part of the solid-state image sensor which concerns on the modification 4, and an output circuit.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態における固体撮像素子及び撮像装置の構成
2.第2の実施形態における固体撮像素子の構成
3.第3の実施形態における固体撮像素子の構成
4.第4の実施形態における固体撮像素子の構成
The best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below. The description will be given in the following order.
1. 1. Configuration of solid-state imaging device and imaging apparatus according to first embodiment 2. Configuration of solid-state imaging device in the second embodiment 3. Configuration of solid-state image sensor in the third embodiment Configuration of Solid-State Image Sensor in Fourth Embodiment

[1.第1の実施形態]
[1.1.固体撮像素子の全体構成]
まず、第1の実施形態の固体撮像素子の構成について図面を参照しながら説明する。図1は第1の実施形態に係る固体撮像素子の平面構成を示す図である。
[1. First Embodiment]
[1.1. Overall configuration of solid-state image sensor]
First, the configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a planar configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

図1に示すように、固体撮像素子1は、撮像領域20と、水平転送部30と、出力部40と、基板バイアス発生回路50とを有しており、これらは半導体基板10上に形成される。以下、各部位について順次説明する。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 includes an imaging region 20, a horizontal transfer unit 30, an output unit 40, and a substrate bias generation circuit 50, which are formed on the semiconductor substrate 10. The Hereinafter, each part will be sequentially described.

撮像領域20には、画素部21と、読み出しゲート部22と、垂直転送部23と、素子分離領域24がそれぞれ複数形成される。   In the imaging region 20, a plurality of pixel portions 21, readout gate portions 22, vertical transfer portions 23, and element isolation regions 24 are formed.

画素部21は、撮像領域20内に複数設けられ、水平方向Xと垂直方向Yとに行列状に2次元配列される。本実施形態においては、画素部21は、例えば、フォトダイオードからなり、被写体像による光を受光して、信号電荷に光電変換して蓄積する。   A plurality of pixel units 21 are provided in the imaging region 20 and are two-dimensionally arranged in a matrix in the horizontal direction X and the vertical direction Y. In the present embodiment, the pixel unit 21 includes, for example, a photodiode, receives light from the subject image, photoelectrically converts it into signal charges, and accumulates the signal charges.

読み出しゲート部22は、画素部21と垂直転送部23との間に配置され、画素部21に蓄積された信号電荷を、垂直転送部23へ読み出す。   The read gate unit 22 is arranged between the pixel unit 21 and the vertical transfer unit 23, and reads the signal charges accumulated in the pixel unit 21 to the vertical transfer unit 23.

垂直転送部23は、行列状に配列された複数の画素部21の各列に対応して設けられ、同一列に配置された複数の画素部21から読み出した信号電荷を垂直方向Yへ順次転送する。本実施形態においては、垂直転送部23は、例えば、4相の駆動パルスφV1,φV2,φV3,φV4が外部から入力されて駆動する。この垂直転送部23は、外部(例えば、後述するタイミングジェネレータ)から印加される駆動パルスに応じて、複数の画素部21から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第1の駆動モード、または、画素部21から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、垂直転送部23中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第2の駆動モードにより信号電荷を転送できるように形成されている。なお、駆動パルスとしては、4相の場合に限定されるものではない。   The vertical transfer unit 23 is provided corresponding to each column of the plurality of pixel units 21 arranged in a matrix, and sequentially transfers signal charges read from the plurality of pixel units 21 arranged in the same column in the vertical direction Y. To do. In the present embodiment, the vertical transfer unit 23 is driven by receiving, for example, four-phase drive pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 from the outside. The vertical transfer unit 23 is a first drive mode in which signal charges read from the plurality of pixel units 21 are independently vertically transferred in accordance with a drive pulse applied from the outside (for example, a timing generator described later). Alternatively, the signal charges can be transferred in the second drive mode in which the signal charges of only pixels of a predetermined repeating unit are read from the pixel unit 21 and then added and transferred in the vertical transfer unit 23. It is formed as follows. Note that the drive pulse is not limited to the case of four phases.

素子分離領域24は、各画素部21に隣接して設けられ、各画素部21から隣接素子への信号電荷の移動を防止する。この素子分離領域24は、撮像領域20外でGNDに接続される。   The element isolation region 24 is provided adjacent to each pixel portion 21 and prevents signal charges from moving from each pixel portion 21 to adjacent elements. This element isolation region 24 is connected to GND outside the imaging region 20.

水平転送部30は、垂直方向Yにおける撮像領域20の端部、すなわち各垂直転送部23の端部に配置される。この水平転送部30は、例えば、2相の駆動パルスφH1,φH2が外部から入力されて駆動する。これにより、水平転送部30は、垂直転送部23のそれぞれにおいて垂直方向Yへ転送された信号電荷を、水平方向Xへ転送する。   The horizontal transfer unit 30 is arranged at the end of the imaging region 20 in the vertical direction Y, that is, at the end of each vertical transfer unit 23. The horizontal transfer unit 30 is driven by, for example, two-phase drive pulses φH1 and φH2 being input from the outside. As a result, the horizontal transfer unit 30 transfers the signal charges transferred in the vertical direction Y in each of the vertical transfer units 23 in the horizontal direction X.

出力部40は、水平方向Xにおける水平転送部30の端部に配置される。出力部40は、例えば、FD部41にて構成された電荷−電圧変換部を有し、水平転送部30によって水平転送された信号電荷を電気信号に変換し、アナログ画像信号として出力する。なお、FD部41は、本発明の「電荷電圧変換部」の一具体例に相当する。   The output unit 40 is disposed at the end of the horizontal transfer unit 30 in the horizontal direction X. The output unit 40 includes, for example, a charge-voltage conversion unit configured by the FD unit 41, converts the signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer unit 30 into an electric signal, and outputs the signal as an analog image signal. The FD unit 41 corresponds to a specific example of the “charge voltage conversion unit” of the present invention.

具体的に説明すると、水平転送部30および出力部40は、図2に示すような構成を有している。すなわち、半導体基板10内において、N型サブ領域11上に、P型ウェル領域12が形成されている。このP型ウェル領域12は、画素部21に蓄積される飽和信号量Qsを決めるオーバーフローバリア(OFB)を構成している。   More specifically, the horizontal transfer unit 30 and the output unit 40 have a configuration as shown in FIG. That is, the P-type well region 12 is formed on the N-type subregion 11 in the semiconductor substrate 10. The P-type well region 12 constitutes an overflow barrier (OFB) that determines the saturation signal amount Qs accumulated in the pixel unit 21.

半導体基板10の表面における水平転送部30では、N型チャネル領域13が形成されており、N型チャネル領域13の表面部にはN-型のトランスファ(TR)領域14が図の左右方向にて一定のピッチで形成され、このTR領域14間のチャネル領域がストレージ(ST)領域15となっている。また、ST領域15の上方にはポリシリコンからなる水平転送電極H1が、TR領域14の上方にはポリシリコンからなる水平転送電極H2がそれぞれ絶縁膜(図示せず)を介して形成されている。かかる構成の水平転送部30では、隣り合う水平転送電極H1,H2が対となり、この電極対(H1,H2)に対してその配列方向にて交互に2相の駆動パルスφH1,φH2が印加されることで2相駆動の水平転送が実現することとなる。 In the horizontal transfer portion 30 on the surface of the semiconductor substrate 10, an N-type channel region 13 is formed, and an N -type transfer (TR) region 14 is formed on the surface portion of the N-type channel region 13 in the horizontal direction of the drawing. A channel region between the TR regions 14 is a storage (ST) region 15 formed at a constant pitch. Further, a horizontal transfer electrode H1 made of polysilicon is formed above the ST region 15 and a horizontal transfer electrode H2 made of polysilicon is formed above the TR region 14 via an insulating film (not shown). . In the horizontal transfer unit 30 having such a configuration, adjacent horizontal transfer electrodes H1 and H2 form a pair, and two-phase drive pulses φH1 and φH2 are alternately applied to the electrode pair (H1, H2) in the arrangement direction. Thus, horizontal transfer of two-phase driving is realized.

さらに、水平転送部30の最終段にはポリシリコンからなる水平転送出力ゲート31が形成されると共に、HOG31は接地電位であるGNDに接続されている。なお、HOG31はその下のN型チャネル領域13と共に水平転送出力ゲート(以下、「HOG」という)31を構成している。   Further, a horizontal transfer output gate 31 made of polysilicon is formed at the final stage of the horizontal transfer unit 30, and the HOG 31 is connected to the ground potential GND. The HOG 31 constitutes a horizontal transfer output gate (hereinafter referred to as “HOG”) 31 together with the underlying N-type channel region 13.

HOG31に隣接してN型のFD部41が形成され、このFD部41の横にチャネル領域46を挟んでN型のリセットドレイン部(以下、「RD部」という)43が形成されている。更に、チャネル領域46の上方に絶縁膜(図示せず)を介してリセットゲート部(以下、「RG部」という)42が形成されている。 HOG31 FD portion 41 of the N + type is formed adjacent to, next to sandwich the channel region 46 N + -type reset drain portion of the FD portion 41 (hereinafter, referred to as "RD unit") 43 is formed Yes. Further, a reset gate portion (hereinafter referred to as “RG portion”) 42 is formed above the channel region 46 via an insulating film (not shown).

また、FD部41はソースフォロワ回路からなる出力回路44と接続されており、RD部43は一定のドレイン電圧φVrdが印加されている。なお、FD部41の信号電荷の変化量をΔQ、FD部41の静電容量をCとすると、出力回路44から出力される電圧変化ΔVは、ΔV=ΔQ/Cで表現することができる。   The FD unit 41 is connected to an output circuit 44 formed of a source follower circuit, and the RD unit 43 is applied with a constant drain voltage φVrd. If the amount of change in the signal charge of the FD unit 41 is ΔQ and the capacitance of the FD unit 41 is C, the voltage change ΔV output from the output circuit 44 can be expressed as ΔV = ΔQ / C.

かかる構成の出力部40では、水平転送部30上の転送電極(H1,H2,LH)に駆動パルスを印加することによって、水平転送部30に転送された信号電荷がFD部41に転送され、FD部41に転送された信号電荷は、電荷量に応じた信号電圧に変換される。また、信号電圧は、出力回路44により増幅された後。出力される。   In the output unit 40 having such a configuration, by applying a drive pulse to the transfer electrodes (H1, H2, LH) on the horizontal transfer unit 30, the signal charges transferred to the horizontal transfer unit 30 are transferred to the FD unit 41, The signal charge transferred to the FD unit 41 is converted into a signal voltage corresponding to the amount of charge. The signal voltage is amplified by the output circuit 44. Is output.

なお、FD部41で信号電圧に変換した後は、リセットゲート端子45にリセットゲートパルスφRGを印加し、FD部41に蓄積された信号電荷をRD部43に掃き捨てる。   After the signal voltage is converted by the FD unit 41, a reset gate pulse φRG is applied to the reset gate terminal 45, and the signal charge accumulated in the FD unit 41 is swept away by the RD unit 43.

さらに、固体撮像素子1における出力部40では、FD部41と、P型ウェル領域12との間に、第1P型ウェル領域17および第1N型ウェル領域16を形成している。第1P型ウェル領域17および第1N型ウェル領域16は、それぞれP型ウェル領域12またはN型サブ領域11と独立して形成されている。すなわち、第1N型ウェル領域16は、コンタクト領域16aを介して、基板バイアス電圧φVsubとは異なる電圧φN1が印加されるように形成されている。また、第1P型ウェル領域17は、コンタクト領域12aを介して、GNDに接地されるように形成されている。電圧φN1の印加は、固体撮像素子の基板バイアス発生回路50により生成される。   Further, in the output unit 40 in the solid-state imaging device 1, the first P-type well region 17 and the first N-type well region 16 are formed between the FD unit 41 and the P-type well region 12. The first P-type well region 17 and the first N-type well region 16 are formed independently of the P-type well region 12 or the N-type subregion 11, respectively. That is, the first N-type well region 16 is formed such that a voltage φN1 different from the substrate bias voltage φVsub is applied via the contact region 16a. The first P-type well region 17 is formed to be grounded to GND through the contact region 12a. The application of the voltage φN1 is generated by the substrate bias generation circuit 50 of the solid-state imaging device.

基板バイアス発生回路50は、図3に示すように、主としてエミッタフォロア回路51と、基板バイアス調整部52と、抵抗分割回路53とを備えており、P型ウェル領域12で構成されるオーバーフローバリア(OFB)のポテンシャルバリアの高さを決定する基板バイアス電圧φVsubを生成している。また、また、基板バイアス発生回路50は、第1N型ウェル領域16に印加する電圧φN1も生成する。   As shown in FIG. 3, the substrate bias generating circuit 50 mainly includes an emitter follower circuit 51, a substrate bias adjusting unit 52, and a resistance dividing circuit 53, and includes an overflow barrier (P type well region 12). OFB) generates a substrate bias voltage φVsub that determines the height of the potential barrier. The substrate bias generation circuit 50 also generates a voltage φN1 applied to the first N-type well region 16.

エミッタフォロア回路51は、抵抗R1,R2と、トランジスタTr1と、容量C1とを備えている。抵抗R1は、その一端が電源電圧Vddに接続され、その他端がトランジスタTr1のコレクタに接続されている。トランジスタTr1は、そのエミッタが基板バイアス出力端子Vsubに接続され、そのベースが、基準電圧が印加される入力端子に接続されている。また、基板バイアス出力端子Vsubには、抵抗R2の一端と容量C1の一端が平行に接続され、抵抗R2の他端と容量C1の他端がそれぞれGNDに接地されている。   The emitter follower circuit 51 includes resistors R1 and R2, a transistor Tr1, and a capacitor C1. The resistor R1 has one end connected to the power supply voltage Vdd and the other end connected to the collector of the transistor Tr1. The transistor Tr1 has an emitter connected to the substrate bias output terminal Vsub and a base connected to an input terminal to which a reference voltage is applied. Further, one end of the resistor R2 and one end of the capacitor C1 are connected in parallel to the substrate bias output terminal Vsub, and the other end of the resistor R2 and the other end of the capacitor C1 are grounded to GND.

基板バイアス調整部52は、エミッタフォロア回路51で生成される基板バイアス電圧φVsubの値を調整する回路である。この基板バイアス調整部52は、抵抗R3,R4およびトランジスタTr2を備える第1スイッチ素子と、抵抗R5,R6およびトランジスタTr3を備える第2スイッチ素子とにより構成されており、第1スイッチ素子または第2スイッチ素子のいずれかを動作させるようにしている。   The substrate bias adjustment unit 52 is a circuit that adjusts the value of the substrate bias voltage φVsub generated by the emitter follower circuit 51. The substrate bias adjusting unit 52 includes a first switch element including resistors R3 and R4 and a transistor Tr2, and a second switch element including resistors R5 and R6 and a transistor Tr3. Any one of the switch elements is operated.

第1スイッチ素子では、抵抗R3の一端がトランジスタTr2のコレクタに接続され、トランジスタTr2のエミッタがGNDに接地されている。トランジスタTr2のベースは、抵抗R4を介して外部端子に接続されている。かかる構成を有する第1スイッチ素子では、外部端子に所定の電圧を印加することで、トランジスタTr2がオンする。これにより、抵抗R3およびトランジスタTr2に電流が流れるため、第1スイッチ素子は所定の抵抗値を有する抵抗素子として機能する。   In the first switch element, one end of the resistor R3 is connected to the collector of the transistor Tr2, and the emitter of the transistor Tr2 is grounded to GND. The base of the transistor Tr2 is connected to the external terminal via the resistor R4. In the first switch element having such a configuration, the transistor Tr2 is turned on by applying a predetermined voltage to the external terminal. As a result, since a current flows through the resistor R3 and the transistor Tr2, the first switch element functions as a resistor element having a predetermined resistance value.

また、第2スイッチ素子では、抵抗R5の一端がトランジスタTr3のコレクタに接続され、トランジスタTr3のエミッタがGNDに接地されている。トランジスタTr3のベースは、抵抗R6を介して外部端子に接続されている。かかる構成を有する第2スイッチ素子では、外部端子に所定の電圧を印加することで、トランジスタTr3がオンする。これにより、抵抗R4およびトランジスタTr3に電流が流れるため、第1スイッチ素子は所定の抵抗値を有する抵抗素子として機能する。   In the second switch element, one end of the resistor R5 is connected to the collector of the transistor Tr3, and the emitter of the transistor Tr3 is grounded to GND. The base of the transistor Tr3 is connected to the external terminal via the resistor R6. In the second switch element having such a configuration, the transistor Tr3 is turned on by applying a predetermined voltage to the external terminal. Thereby, current flows through the resistor R4 and the transistor Tr3, so that the first switch element functions as a resistor element having a predetermined resistance value.

抵抗分割回路53は、電源電圧VddとGNDとの間で直列に接続された抵抗R7,R8,R9により構成されている。抵抗R8と抵抗R9との間に基板バイアス調整部52の出力端子が接続され、抵抗R7と抵抗R8との間に出力端子が接続されている。かかる構成を有する抵抗分割回路53では、基板バイアス調整部52により生成される入力電圧に応じた電圧φN1が生成される。   The resistance dividing circuit 53 is configured by resistors R7, R8, and R9 connected in series between the power supply voltage Vdd and GND. An output terminal of the substrate bias adjusting unit 52 is connected between the resistors R8 and R9, and an output terminal is connected between the resistors R7 and R8. In the resistance dividing circuit 53 having such a configuration, a voltage φN1 corresponding to the input voltage generated by the substrate bias adjusting unit 52 is generated.

なお、抵抗分割回路53では、抵抗R3の抵抗値を抵抗R5の抵抗値よりも小さくしている。これにより、第1スイッチ素子を動作させることで画素部21に蓄積する信号電荷の飽和量を大きくし、第2スイッチ素子を動作させることで画素部21に蓄積する信号電荷の飽和量を小さくしている。   In the resistance dividing circuit 53, the resistance value of the resistor R3 is made smaller than the resistance value of the resistor R5. Accordingly, the saturation amount of the signal charge stored in the pixel unit 21 is increased by operating the first switch element, and the saturation amount of the signal charge stored in the pixel unit 21 is decreased by operating the second switch element. ing.

また、基板バイアス発生回路50では、上述のとおり、基板バイアス電圧φVsubと第1N型ウェル領域16に印加する電圧φN1とが生成される。この電圧φN1は、上述した基板バイアス電圧φVsubと同様に、電圧値を変更可能に形成されている。すなわち、基板バイアス調整部52の第1スイッチ素子を動作させることで電圧φN1の電圧を高くすることができ、第2スイッチ素子を動作させることで電圧φN1の電圧を低くすることができる。   The substrate bias generation circuit 50 generates the substrate bias voltage φVsub and the voltage φN1 applied to the first N-type well region 16 as described above. This voltage φN1 is formed such that the voltage value can be changed, like the substrate bias voltage φVsub described above. That is, the voltage φN1 can be increased by operating the first switch element of the substrate bias adjusting unit 52, and the voltage φN1 can be decreased by operating the second switch element.

上述した構成を有する固体撮像素子1では、出力部40における半導体基板10内に、第1N型ウェル領域16および第1P型ウェル領域17を形成し、第1N型ウェル領域16に電圧を印加する抵抗分割回路53を基板バイアス発生回路50内に形成するようにしたので、FD部41の変換効率ηを変更することができる。   In the solid-state imaging device 1 having the above-described configuration, the first N-type well region 16 and the first P-type well region 17 are formed in the semiconductor substrate 10 in the output unit 40, and a resistance for applying a voltage to the first N-type well region 16 is formed. Since the dividing circuit 53 is formed in the substrate bias generating circuit 50, the conversion efficiency η of the FD unit 41 can be changed.

ここで、変換効率ηの原理について説明する。
FD部に関する全静電容量CFDおよび電荷電圧変換効率(以下、単に「変換効率」という)ηは、次式(1),(2)で表わされる。
FD=Cj+CH+CR+CD+(1−g)CS・・・(1)
η=q/CFD*G[μV/e]・・・(2)
ただし、
j:FD部と、第1N型ウェル領域(またはN型サブ領域)との間の接合静電容量
H:FD部とHOGとの間の静電容量
R:FD部とRGとの間の静電容量
D:出力素子のドレイン領域とゲート電極間の静電容量
S:出力素子のソース領域とゲート電極間の静電容量
g:出力回路初段のソースフォロワ回路のゲイン
q:電子1個の電荷量
G:出力回路全体のゲイン
Here, the principle of the conversion efficiency η will be described.
Total capacitance C FD and charge-voltage conversion efficiency (hereinafter simply referred to as “conversion efficiency”) η relating to the FD portion are expressed by the following equations (1) and (2).
C FD = C j + C H + C R + C D + (1-g) C S (1)
η = q / C FD * G [μV / e] (2)
However,
C j : Junction capacitance between the FD portion and the first N-type well region (or N-type subregion) C H : Capacitance between the FD portion and HOG C R : between the FD portion and RG Capacitance between C D : Capacitance between the drain region and the gate electrode of the output element C S : Capacitance between the source region of the output element and the gate electrode g: Gain of the source follower circuit at the first stage of the output circuit q: Charge amount of one electron G: Gain of the entire output circuit

FD部41と第1N型ウェル領域16との間の逆バイアス電圧を制御することにより、空乏層幅を制御することができる。これにより、FD部41の変換効率ηを制御することができる。すなわち、FD部41と、第1N型ウェル領域16(またはN型サブ領域11)との間の接合静電容量Cjを制御することにより、FD部41に関する全静電容量CFDを制御し、結果として変換効率ηを制御する。 By controlling the reverse bias voltage between the FD portion 41 and the first N-type well region 16, the width of the depletion layer can be controlled. Thereby, the conversion efficiency η of the FD unit 41 can be controlled. That is, by controlling the junction capacitance C j between the FD portion 41 and the first N-type well region 16 (or N-type subregion 11), the total capacitance C FD related to the FD portion 41 is controlled. As a result, the conversion efficiency η is controlled.

このように、本実施形態の固体撮像素子では、出力部40aおよび基板バイアス発生回路50aを備えることにより、第1N型ウェル領域16の電位を独立して調整することができる。これにより、第1N型ウェル領域16の電位に応じてFD部41の変換効率ηを制御することができる。   Thus, in the solid-state imaging device of the present embodiment, by providing the output unit 40a and the substrate bias generation circuit 50a, the potential of the first N-type well region 16 can be adjusted independently. Thereby, the conversion efficiency η of the FD portion 41 can be controlled in accordance with the potential of the first N-type well region 16.

例えば、画素部21から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、垂直転送部23中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第2の駆動モードでは、第2スイッチ素子をオンさせることで、複数の画素部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第1の駆動モードに対し、電圧φN1の値を高くすることができ、FD部41と第1N型ウェル領域16との間の逆バイアス電圧を高くすることができる。従って、空乏層幅がより広くなり、FD部41と第1N型ウェル領域16間の静電容量Cを減少させることができ、第1の駆動モードに対し、変換効率ηを高めることができる。 For example, in the second drive mode in which the signal charges of only pixels of a predetermined repeating unit are read from the pixel unit 21 and then transferred by adding the signal charges for a plurality of pixels in the vertical transfer unit 23, the second switch element By turning on, the value of the voltage φN1 can be increased compared to the first drive mode in which the signal charges read from the plurality of pixel portions are independently vertically transferred, and the FD portion 41 and the first N-type well The reverse bias voltage between the region 16 can be increased. Accordingly, the width of the depletion layer becomes wider, the capacitance C j between the FD portion 41 and the first N-type well region 16 can be reduced, and the conversion efficiency η can be increased with respect to the first drive mode. .

一方、第1の駆動モードでは、第1スイッチ素子をオンさせることで、第2の駆動モードよりも電圧φN1の値を低くすることができ、空乏層幅を狭くすることができる。従って、FD部41と第1N型ウェル領域16との間の静電容量Cを大きくすることができ、第2の駆動モードに対し変換効率ηを下げることができる。 On the other hand, in the first drive mode, by turning on the first switch element, the value of the voltage φN1 can be made lower than in the second drive mode, and the depletion layer width can be narrowed. Therefore, the capacitance C j between the FD portion 41 and the first N-type well region 16 can be increased, and the conversion efficiency η can be lowered compared to the second drive mode.

このように本実施形態の固体撮像素子1では、既存の基板バイアス発生回路50を用いることで、駆動モード毎に変換効率ηの切り替えを、部品点数増やすことなく、容易に実現することが可能となる。   As described above, in the solid-state imaging device 1 of the present embodiment, by using the existing substrate bias generation circuit 50, switching of the conversion efficiency η for each drive mode can be easily realized without increasing the number of components. Become.

このような本実施形態に係る固体撮像素子1に対して、出力部40において第1N型ウェル領域16および第1P型ウェル領域17を備えておらず、基板バイアス発生回路50において抵抗分割回路53を備えていない固体撮像素子(図4,5参照)では、FD部41下の領域の電位を独立に制御することができない。そのため、駆動モード毎に変換効率ηを切り替えることができない。   In contrast to the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the output unit 40 does not include the first N-type well region 16 and the first P-type well region 17, and the substrate bias generation circuit 50 includes the resistance dividing circuit 53. In a solid-state imaging device that is not provided (see FIGS. 4 and 5), the potential of the region under the FD unit 41 cannot be controlled independently. Therefore, the conversion efficiency η cannot be switched for each drive mode.

なお、本実施形態に係る固体撮像素子では、基板バイアス発生回路50が備える基板バイアス調整部52により電圧φN1の値を調整するようにしたが、電圧φN1の値の調整はこの方法に限定されない。例えば、図6に示すように、固体撮像素子が備える基準電圧発生回路60と、固体撮像素子外部に設けられた電圧値切り替え手段により、電圧φN1の値を調整してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the value of the voltage φN1 is adjusted by the substrate bias adjustment unit 52 provided in the substrate bias generation circuit 50, but the adjustment of the value of the voltage φN1 is not limited to this method. For example, as shown in FIG. 6, the value of the voltage φN1 may be adjusted by a reference voltage generation circuit 60 provided in the solid-state imaging device and a voltage value switching unit provided outside the solid-state imaging device.

[1.4.第1の実施形態における撮像装置の構成]
(撮像装置の全体構成)
以下、このように構成された固体撮像素子1を備えた撮像装置について説明する。図7は上記固体撮像素子1を備えた撮像装置の構成を示す図である。
[1.4. Configuration of Imaging Device in First Embodiment]
(Overall configuration of imaging device)
Hereinafter, an imaging apparatus including the solid-state imaging device 1 configured as described above will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an image pickup apparatus including the solid-state image pickup device 1.

図7に示すように、撮像装置90は、光学ブロック91、固体撮像素子1、A/D(アナログ/デジタル)変換回路92、信号処理回路93,制御部であるシステムコントローラ94、入力部95を具備する。また、この撮像装置90には、光学ブロック91内の機構を駆動するためのドライバ96、固体撮像素子1を駆動させる駆動パルスを生成するタイミングジェネレータ(以下、「TG」という)97などが設けられる。   As shown in FIG. 7, the imaging device 90 includes an optical block 91, a solid-state imaging device 1, an A / D (analog / digital) conversion circuit 92, a signal processing circuit 93, a system controller 94 that is a control unit, and an input unit 95. It has. Further, the imaging device 90 is provided with a driver 96 for driving a mechanism in the optical block 91, a timing generator (hereinafter referred to as “TG”) 97 for generating a driving pulse for driving the solid-state imaging device 1, and the like. .

光学ブロック91は、被写体からの光を固体撮像素子1へ集光するためのレンズ、レンズを移動させてフォーカス合わせやズーミングを行うための駆動機構、メカシャッタ、絞りなどを具備している。ドライバ96は、システムコントローラ94からの制御信号に応じて、光学ブロック91内の機構の駆動を制御する。   The optical block 91 includes a lens for condensing light from the subject onto the solid-state imaging device 1, a driving mechanism for moving the lens to perform focusing and zooming, a mechanical shutter, a diaphragm, and the like. The driver 96 controls driving of the mechanism in the optical block 91 in accordance with a control signal from the system controller 94.

固体撮像素子1は、TG97により生成された駆動パルス(φV1,φV2,φV3,φV4、φH1,φH2など)に基づいて駆動され、被写体からの入射光を電気信号に変換する。TG97は、システムコントローラ94の制御の下で駆動パルスを生成する。   The solid-state imaging device 1 is driven based on drive pulses (φV1, φV2, φV3, φV4, φH1, φH2, etc.) generated by the TG 97, and converts incident light from a subject into an electrical signal. The TG 97 generates drive pulses under the control of the system controller 94.

A/D変換回路92は、固体撮像素子1から出力された画像信号をA/D変換してデジタル画像信号を出力する。   The A / D conversion circuit 92 A / D converts the image signal output from the solid-state imaging device 1 and outputs a digital image signal.

信号処理回路93は、A/D変換回路92からのデジタル画像信号に対するAF(Auto
Focus)、AE(Auto Exposure)、欠陥画素の補間処理などの各種カメラ信号処理を実行する。
The signal processing circuit 93 performs AF (Auto) on the digital image signal from the A / D conversion circuit 92.
Various camera signal processes such as Focus), AE (Auto Exposure), and defective pixel interpolation are executed.

システムコントローラ94は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成される。CPUはROMなどに記憶されたプログラムを実行することにより、この撮像装置の各部を統括的に制御し、また、その制御のための各種演算を実行する。入力部95は、ユーザの操作入力を受け付ける操作キー、ダイアル、レバーなどを含み、操作入力に応じた制御信号をシステムコントローラ94に出力する。   The system controller 94 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU executes a program stored in a ROM or the like, thereby controlling each part of the image pickup apparatus in an integrated manner and executing various calculations for the control. The input unit 95 includes operation keys, dials, levers, and the like that accept user operation inputs, and outputs a control signal corresponding to the operation inputs to the system controller 94.

この撮像装置90では、固体撮像素子1で受光され、光電変換された信号電荷に応じた画像信号が、順次A/D変換回路92に供給されてデジタル信号に変換され、信号処理回路93により画質補正処理され、最終的に輝度信号と色差信号とに変換して出力される。信号処理回路93から出力された画像データは、図示しないグラフィックインタフェース回路に供給されて表示用の画像信号に変換され、これにより図示しないモニタにカメラスルー画像が表示される。   In this imaging apparatus 90, image signals corresponding to the signal charges received by the solid-state imaging device 1 and subjected to photoelectric conversion are sequentially supplied to the A / D conversion circuit 92 and converted into digital signals, and the image processing circuit 93 performs image quality. The correction processing is performed, and finally the luminance signal and the color difference signal are converted and output. The image data output from the signal processing circuit 93 is supplied to a graphic interface circuit (not shown) and converted into a display image signal, whereby a camera-through image is displayed on a monitor (not shown).

[2.第2の実施形態]
次に、第2実施形態に係る固体撮像素子について図8,図9を参照して説明する。なお、本実施形態の特徴的な構成である出力部40bおよび基板バイアス発生回路50b以外の構成については、上述した一般的な固体撮像素子と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[2. Second Embodiment]
Next, a solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Note that components other than the output unit 40b and the substrate bias generation circuit 50b, which are characteristic configurations of the present embodiment, are denoted by the same reference numerals for configurations common to the above-described general solid-state imaging device. Omitted.

図8に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子の出力部40bでは、FD部41に対して半導体基板の深さ方向の位置に、P型ウェル領域12と独立した第2P型ウェル領域18を形成している。この第2P型ウェル領域18はコンタクト領域18aを介して電圧φP2が印加されるように形成されている。電圧φN1の印加は、本実施形態に係る固体撮像素子の基板バイアス発生回路50bにより生成される。   As shown in FIG. 8, in the output unit 40b of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the second P-type well region independent of the P-type well region 12 is located at a position in the depth direction of the semiconductor substrate with respect to the FD unit 41. 18 is formed. The second P-type well region 18 is formed so that the voltage φP2 is applied via the contact region 18a. The application of the voltage φN1 is generated by the substrate bias generation circuit 50b of the solid-state imaging device according to the present embodiment.

すなわち、図9に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子の基板バイアス発生回路50bは、基板バイアス調整部52と直列に接続された抵抗分割回路54を備えている。抵抗分割回路54は、GNDと電圧VLとの間で直列に接続された抵抗R10およびトランジスタTr4により構成されている。   That is, as shown in FIG. 9, the substrate bias generation circuit 50 b of the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a resistance dividing circuit 54 connected in series with the substrate bias adjustment unit 52. The resistance dividing circuit 54 includes a resistor R10 and a transistor Tr4 connected in series between GND and the voltage VL.

抵抗R10の一端はGNDに接続され、抵抗R10他端はトランジスタTr4のドレインに接続されている。トランジスタTr4のソースは電圧VLに接続され、抵抗R7と抵抗R8との間に出力端子が接続されている。かかる構成を有する抵抗分割回路53では、基板バイアス調整部52により生成される入力電圧に応じた電圧φP2が生成される。   One end of the resistor R10 is connected to GND, and the other end of the resistor R10 is connected to the drain of the transistor Tr4. The source of the transistor Tr4 is connected to the voltage VL, and the output terminal is connected between the resistors R7 and R8. In the resistance dividing circuit 53 having such a configuration, a voltage φP2 corresponding to the input voltage generated by the substrate bias adjustment unit 52 is generated.

本実施形態に係る基板バイアス発生回路50bでは、基板バイアス電圧φVsubと電圧φP2とが生成される。また、基板バイアス発生回路50bで生成される電圧φP2は、上述した基板バイアス電圧φVsubと同様に、電圧値を変更可能に形成されている。すなわち、基板バイアス調整部52の第1スイッチ素子をオンさせることで電圧φP2の電圧を高くすることができ、第2スイッチ素子をオンさせることで電圧φP2の電圧を低くすることができる。   In the substrate bias generation circuit 50b according to the present embodiment, the substrate bias voltage φVsub and the voltage φP2 are generated. Further, the voltage φP2 generated by the substrate bias generating circuit 50b is formed such that the voltage value can be changed, similarly to the substrate bias voltage φVsub described above. That is, the voltage φP2 can be increased by turning on the first switch element of the substrate bias adjusting unit 52, and the voltage φP2 can be lowered by turning on the second switch element.

このように、本実施形態の固体撮像素子では、FD部41に対して基板深さ方向の位置に、第2P型ウェル領域を形成し、この第2P型ウェル領域の電位制御を行うようにしたので、第2P型ウェル領域をニュートラル化することで静電容量がつき、変換効率ηを低下させることができる。すなわち、FD部41と、N型ウェル領域またはN型サブ領域11との間の接合静電容量Cjを制御することにより、FD部41に関する全静電容量CFDを制御し、結果として変換効率ηを制御することができる。 As described above, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the second P-type well region is formed at a position in the substrate depth direction with respect to the FD portion 41, and the potential control of the second P-type well region is performed. Therefore, by making the second P-type well region neutral, capacitance is added and the conversion efficiency η can be reduced. That is, by controlling the junction capacitance C j between the FD portion 41 and the N-type well region or the N-type sub-region 11, the total capacitance C FD related to the FD portion 41 is controlled and converted as a result. The efficiency η can be controlled.

例えば、第2の駆動モードでは、第2スイッチ素子を動作させることで、トランジスタTr4をオフにして第2P型ウェル領域18に印加する電圧φP2を負の値とし、第2P型ウェル領域18をニュートラルにすると、基板バイアス効果により、出力回路の増幅率(以下、「出力回路ゲイン」という。)が低下する。その結果、FD部41の静電容量は、減少し、変換効率ηが上がる。   For example, in the second drive mode, by operating the second switch element, the transistor Tr4 is turned off, the voltage φP2 applied to the second P-type well region 18 is set to a negative value, and the second P-type well region 18 is set to the neutral state. Then, the amplification factor of the output circuit (hereinafter referred to as “output circuit gain”) decreases due to the substrate bias effect. As a result, the capacitance of the FD unit 41 decreases and the conversion efficiency η increases.

一方、第1の駆動モードでは、第1スイッチ素子を動作させることで、第2P型ウェル領域をニュートラルにするために、トランジスタをオンにして、FD部41に負バイアスがかかるようにする。その結果、FD部41の静電容量が増加し、変換効率ηが低下する。   On the other hand, in the first drive mode, by operating the first switch element, the transistor is turned on to apply a negative bias to the FD portion 41 in order to make the second P-type well region neutral. As a result, the capacitance of the FD unit 41 increases and the conversion efficiency η decreases.

このように本実施形態の固体撮像素子では、既存の基板バイアス発生回路50を用いることで、駆動モード毎に変換効率ηの切り替えを、部品点数増やすことなく、容易に実現することが可能となる。   As described above, in the solid-state imaging device of the present embodiment, by using the existing substrate bias generation circuit 50, switching of the conversion efficiency η for each drive mode can be easily realized without increasing the number of components. .

なお、本実施形態に係る固体撮像素子では、基板バイアス発生回路50が備える基板バイアス調整部52により電圧φP2の値を調整するようにしたが、電圧φP2の値の調整はこの方法に限定されない。例えば、図10に示すように、固体撮像素子が備える基準電圧発生回路60と、固体撮像素子外部に設けられた電圧値切り替え手段により、電圧φP2の値を調整してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the value of the voltage φP2 is adjusted by the substrate bias adjusting unit 52 included in the substrate bias generating circuit 50, but the adjustment of the value of the voltage φP2 is not limited to this method. For example, as shown in FIG. 10, the value of the voltage φP2 may be adjusted by a reference voltage generation circuit 60 provided in the solid-state imaging device and a voltage value switching unit provided outside the solid-state imaging device.

[3.第3の実施形態]
次に、第3実施形態に係る固体撮像素子について図11を参照して説明する。なお、本実施形態の特徴的な構成である出力部40cおよび基板バイアス発生回路50c以外の構成については、上述した一般的な固体撮像素子と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[3. Third Embodiment]
Next, a solid-state imaging device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. Note that components other than the output unit 40c and the substrate bias generation circuit 50c, which are characteristic configurations of the present embodiment, are given the same reference numerals for configurations common to the above-described general solid-state imaging device. Omitted.

図11に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子の基板バイアス発生回路50cは、基板バイアス調整部52と直列に接続された抵抗分割回路55を備えている。抵抗分割回路55は、電源電圧Vddと基準電圧Vssとの間で直列に接続された抵抗R11とトランジスタTr5とにより構成されている。   As shown in FIG. 11, the substrate bias generating circuit 50 c of the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a resistance dividing circuit 55 connected in series with the substrate bias adjusting unit 52. The resistance dividing circuit 55 includes a resistor R11 and a transistor Tr5 connected in series between the power supply voltage Vdd and the reference voltage Vss.

抵抗R11の一端は電源電圧Vddに接続され、抵抗R11の他端はトランジスタTr5のドレインに接続されている。トランジスタTr5のソースは電圧VLに接続されている。かかる構成を有する抵抗分割回路55では、基板バイアス調整部52により生成される入力電圧に応じた電圧が生成される。   One end of the resistor R11 is connected to the power supply voltage Vdd, and the other end of the resistor R11 is connected to the drain of the transistor Tr5. The source of the transistor Tr5 is connected to the voltage VL. In the resistance dividing circuit 55 having such a configuration, a voltage corresponding to the input voltage generated by the substrate bias adjusting unit 52 is generated.

本実施形態に係る基板バイアス発生回路50cでは、基板バイアス調整部52の第1スイッチ素子をオンさせることで電圧φP2の電圧を高くすることができ、第2スイッチ素子をオンさせることで電圧φP2の電圧を低くすることができる。電圧φP2は、出力回路44の段数を増減させるスイッチとして機能するトランジスタTr6のベースに印加される。   In the substrate bias generating circuit 50c according to this embodiment, the voltage φP2 can be increased by turning on the first switch element of the substrate bias adjusting unit 52, and the voltage φP2 can be increased by turning on the second switch element. The voltage can be lowered. The voltage φP2 is applied to the base of the transistor Tr6 that functions as a switch that increases or decreases the number of stages of the output circuit 44.

このように、本実施形態の固体撮像素子では、出力回路44(ソースフォロワ回路)のゲインgは1より小さく、出力回路段数の増加により、出力回路全体のゲインを低下させることができる。   Thus, in the solid-state imaging device of this embodiment, the gain g of the output circuit 44 (source follower circuit) is smaller than 1, and the gain of the entire output circuit can be reduced by increasing the number of output circuit stages.

例えば、第2の駆動モードから第1の駆動モードへ切り替えたときには、スイッチとして機能するトランジスタTr6がオンし、ソースフォロワ回路の段数が2段から3段に切り替わることで出力回路のゲインgが下がることになる。このとき、Vout2から出力される電圧を信号出力として取り扱う。   For example, when switching from the second drive mode to the first drive mode, the transistor Tr6 functioning as a switch is turned on, and the number of stages of the source follower circuit is switched from two to three, thereby reducing the gain g of the output circuit. It will be. At this time, the voltage output from Vout2 is handled as a signal output.

一方、第1の駆動モードから第2の駆動モードへ切り替えたときには、トランジスタTr6がオフとなり、ソースフォロワ回路の段数が3段から2段に切り替わることで出力回路のゲインgが上がることになる。このとき、Vout1から出力される電圧を信号出力として取り扱う。   On the other hand, when switching from the first drive mode to the second drive mode, the transistor Tr6 is turned off, and the number of stages of the source follower circuit is switched from three to two, thereby increasing the gain g of the output circuit. At this time, the voltage output from Vout1 is handled as a signal output.

このように本実施形態の固体撮像素子では、既存の基板バイアス発生回路50を用いることで、駆動モード毎に出力回路のゲインgの切り替えを、部品点数増やすことなく、容易に実現することが可能となる。   As described above, in the solid-state imaging device of the present embodiment, by using the existing substrate bias generation circuit 50, switching of the gain g of the output circuit for each drive mode can be easily realized without increasing the number of components. It becomes.

なお、本実施形態に係る固体撮像素子では、基板バイアス発生回路50が備える基板バイアス調整部52により電圧φP2の値を調整するようにしたが、電圧φP2の値の調整はこの方法に限定されない。例えば、図12に示すように、固体撮像素子が備える基準電圧発生回路60と、固体撮像素子外部に設けられた電圧値切り替え手段により、電圧φP2の値を調整してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the value of the voltage φP2 is adjusted by the substrate bias adjusting unit 52 included in the substrate bias generating circuit 50, but the adjustment of the value of the voltage φP2 is not limited to this method. For example, as shown in FIG. 12, the value of the voltage φP2 may be adjusted by a reference voltage generation circuit 60 provided in the solid-state imaging device and a voltage value switching unit provided outside the solid-state imaging device.

[4.第4の実施形態]
次に、第4実施形態に係る固体撮像素子について図13を参照して説明する。なお、本実施形態の特徴的な構成である出力部40dおよび基板バイアス発生回路50d以外の構成については、上述した一般的な固体撮像素子と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
[4. Fourth Embodiment]
Next, a solid-state imaging device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Note that components other than the output unit 40d and the substrate bias generation circuit 50d, which are characteristic configurations of the present embodiment, are denoted by the same reference numerals for configurations common to the above-described general solid-state imaging device. Omitted.

図13に示すように、出力回路44aの第3P型ウェル領域19は、撮像領域20や出力部40等のP型ウェル領域12とは分離して形成されている。また、基板バイアス発生回路50dは、基板バイアス調整部52と、上述した抵抗分割回路54を備えている。   As illustrated in FIG. 13, the third P-type well region 19 of the output circuit 44 a is formed separately from the P-type well region 12 such as the imaging region 20 and the output unit 40. The substrate bias generating circuit 50d includes a substrate bias adjusting unit 52 and the resistance dividing circuit 54 described above.

基板バイアス発生回路50dは、エミッタフォロア回路51と、基板バイアス調整部52と、抵抗分割回路54と、基準電圧発生回路60とを備えている。かかる構成を有する基板バイアス発生回路50dでは、抵抗分割回路54を構成するトランジスタTr4のゲートが基板バイアス調整部52に接続されている。また、基準電圧発生回路60の入力端子が抵抗R10とトランジスタTr4のドレインとの間に接続されており、基板バイアス調整部52により調整された入力電圧に応じた出力電圧が基準電圧発生回路60に入力されるようになっている。   The substrate bias generation circuit 50 d includes an emitter follower circuit 51, a substrate bias adjustment unit 52, a resistance dividing circuit 54, and a reference voltage generation circuit 60. In the substrate bias generating circuit 50d having such a configuration, the gate of the transistor Tr4 constituting the resistance dividing circuit 54 is connected to the substrate bias adjusting unit 52. The input terminal of the reference voltage generation circuit 60 is connected between the resistor R10 and the drain of the transistor Tr4, and an output voltage corresponding to the input voltage adjusted by the substrate bias adjustment unit 52 is supplied to the reference voltage generation circuit 60. It is designed to be entered.

例えば、第2の駆動モードから第1の駆動モードへ切り替えたときには、スイッチとして機能するトランジスタTr6がオンとなり、ソースフォロワ回路の段数が2段から3段に切り替わることで出力回路のゲインgが下がることになる。このとき、Vout2から出力される電圧を信号出力として取り扱う。   For example, when switching from the second driving mode to the first driving mode, the transistor Tr6 functioning as a switch is turned on, and the number of stages of the source follower circuit is switched from two to three, thereby reducing the gain g of the output circuit. It will be. At this time, the voltage output from Vout2 is handled as a signal output.

一方、第1の駆動モードから第2の駆動モードへ切り替えたときには、トランジスタTr6がオフとなり、ソースフォロワ回路の段数が3段から2段に切り替わることで出力回路のゲインgが上がることになる。このとき、Vout1から出力される電圧を信号出力として取り扱う。   On the other hand, when switching from the first drive mode to the second drive mode, the transistor Tr6 is turned off, and the number of stages of the source follower circuit is switched from three to two, thereby increasing the gain g of the output circuit. At this time, the voltage output from Vout1 is handled as a signal output.

このように本実施形態の固体撮像素子では、既存の基板バイアス発生回路50を用いることで、駆動モード毎に出力回路のゲインgの切り替えを、部品点数増やすことなく、容易に実現することが可能となる。   As described above, in the solid-state imaging device of the present embodiment, by using the existing substrate bias generation circuit 50, switching of the gain g of the output circuit for each drive mode can be easily realized without increasing the number of components. It becomes.

なお、本実施形態に係る固体撮像素子では、基板バイアス発生回路50が備える基板バイアス調整部52により電圧φP2の値を調整するようにしたが、電圧φP2の値の調整はこの方法に限定されない。例えば、図14に示すように、固体撮像素子が備える基準電圧発生回路60と、固体撮像素子外部に設けられた電圧値切り替え手段により、電圧φP2の値を調整してもよい。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the value of the voltage φP2 is adjusted by the substrate bias adjusting unit 52 included in the substrate bias generating circuit 50, but the adjustment of the value of the voltage φP2 is not limited to this method. For example, as shown in FIG. 14, the value of the voltage φP <b> 2 may be adjusted by a reference voltage generation circuit 60 provided in the solid-state image sensor and voltage value switching means provided outside the solid-state image sensor.

このように、本発明によれば、基板バイアス調整部の利用による選択的な出力電圧により、駆動モード毎に、固体撮像素子内で、変換効率ηおよび出力回路ゲインを変えることができる。これにより、変換効率ηおよび出力回路ゲインを高く設定した第2の駆動モードと、変換効率ηおよび出力回路ゲインを低く設定した第1の駆動モードを両立できるため、第2の駆動モードでは、感度特性の高い出力を実現できる一方、第1の駆動モードでは、過剰に信号出力を増幅することなく、特に暗時の画質劣化を防ぐことが可能となる。   As described above, according to the present invention, the conversion efficiency η and the output circuit gain can be changed in the solid-state imaging device for each drive mode by the selective output voltage using the substrate bias adjustment unit. Accordingly, since the second drive mode in which the conversion efficiency η and the output circuit gain are set high and the first drive mode in which the conversion efficiency η and the output circuit gain are set low can be compatible, in the second drive mode, the sensitivity While an output with high characteristics can be realized, in the first drive mode, it is possible to prevent image quality deterioration particularly in the dark without excessively amplifying the signal output.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

1 固体撮像素子
10 半導体基板
11 N型サブ領域
12 P型ウェル領域
12a コンタクト領域
13 N型チャネル領域
14 トランスファ領域
15 ストレージ領域
16 第1N型ウェル領域
16a,18a コンタクト領域
17 第1P型ウェル領域
18 第2P型ウェル領域
20 撮像領域
21 画素部
22 読み出しゲート部
23 垂直転送部
24 素子分離領域
30 水平転送部
31 水平転送出力ゲート
40,40a,40b,40c,40d 出力部
41 フローティングディフュージョン部
42 リセットゲート部
43 リセットドレイン部
44,44a 出力回路
45 リセットゲート端子
46 チャネル領域
50,50a,50b,50c,50d 基板バイアス発生回路
51 エミッタフォロア回路
52 基板バイアス調整部
53,54,55 抵抗分割回路
60 基準電圧発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 10 Semiconductor substrate 11 N-type sub-region 12 P-type well region 12a Contact region 13 N-type channel region 14 Transfer region 15 Storage region 16 First N-type well region 16a, 18a Contact region 17 First P-type well region 18 2P type well region 20 Imaging region 21 Pixel portion 22 Read gate portion 23 Vertical transfer portion 24 Element isolation region 30 Horizontal transfer portion 31 Horizontal transfer output gates 40, 40a, 40b, 40c, 40d Output portion 41 Floating diffusion portion 42 Reset gate portion 43 Reset drain section 44, 44a Output circuit 45 Reset gate terminal 46 Channel region 50, 50a, 50b, 50c, 50d Substrate bias generation circuit 51 Emitter follower circuit 52 Substrate bias adjustment section 53, 54, 55 Resistance division Road 60 reference voltage generating circuit

Claims (8)

半導体基板上に、行列状に配列されて光電変換を行う複数の画素部と、
前記複数の画素部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記水平転送部から転送された前記信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部およびこの電荷電圧変換部により変換された信号電圧を増幅する出力回路を有する出力部と、
前記画素部の飽和信号量を調整するために、前記半導体基板に印加する基板バイアス電圧を制御する基板バイアス発生回路と、
を備え、
前記基板バイアス発生回路により、制御された前記基板バイアス電圧を、前記電荷電圧変換部下の領域に印加して前記電荷電圧部による変換効率または前記出力回路による前記信号電圧の増幅率を調整する固体撮像素子。
A plurality of pixel units arranged in a matrix and performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate,
A vertical transfer unit that vertically transfers signal charges read from the plurality of pixel units;
A horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit;
An output unit having a charge-voltage conversion unit that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit into a charge-voltage, and an output circuit that amplifies the signal voltage converted by the charge-voltage conversion unit;
A substrate bias generating circuit for controlling a substrate bias voltage applied to the semiconductor substrate in order to adjust a saturation signal amount of the pixel unit;
With
Solid imaging that applies the substrate bias voltage controlled by the substrate bias generation circuit to a region under the charge voltage conversion unit to adjust the conversion efficiency by the charge voltage unit or the amplification factor of the signal voltage by the output circuit element.
前記垂直転送部は、前記複数の画素部から読み出された信号電荷を独立に垂直転送する第1の駆動モードと、前記画素部から所定の繰り返し単位の画素のみの信号電荷を読み出した後、前記垂直転送部中で複数画素分の信号電荷を加算して転送する第2の駆動モードとを第1の駆動モード選択的に設定可能に構成されており、
前記基板バイアス発生回路は、各前記駆動モード毎に、前記変換効率または前記増幅率を調整する請求項1に記載の固体撮像素子。
The vertical transfer unit reads the signal charge of only a predetermined repeating unit pixel from the first drive mode for independently vertically transferring the signal charge read from the plurality of pixel units, and A second drive mode in which signal charges for a plurality of pixels are added and transferred in the vertical transfer section can be selectively set in the first drive mode;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency or the amplification factor for each of the driving modes.
前記基板バイアス発生回路は、前記第2の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率を、前記第1の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率よりも高くなるように調整する請求項2に記載の固体撮像素子。   The substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency or the amplification factor in the second drive mode to be higher than the conversion efficiency or the amplification factor in the first drive mode. Solid-state image sensor. 前記基板バイアス発生回路は、前記第1の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率を、前記第2の駆動モードにおける前記変換効率または前記増幅率よりも高くなるように調整する請求項2に記載の固体撮像素子。   The substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency or the amplification factor in the first drive mode to be higher than the conversion efficiency or the amplification factor in the second drive mode. Solid-state image sensor. 前記基板バイアス発生回路は、前記電荷電圧変換部の静電容量を変えることにより、前記変換効率を調整する請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the substrate bias generation circuit adjusts the conversion efficiency by changing a capacitance of the charge-voltage conversion unit. 前記出力部は、前記基板バイアス電圧が印加されるように形成されており、
前記基板バイアス発生回路は、前記出力回路における前記基板バイアス電圧を変えることにより、前記増幅率を調整する請求項1に記載の固体撮像素子。
The output unit is formed so that the substrate bias voltage is applied;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the substrate bias generation circuit adjusts the amplification factor by changing the substrate bias voltage in the output circuit.
前記出力回路は、複数段のソースフォロワ回路により構成され、
前記基板バイアス制御手段は、前記複数段のソースフォロワ回路の段数を切り替えることにより、前記増幅率を調整する請求項1に記載の固体撮像素子。
The output circuit includes a plurality of source follower circuits,
The solid-state imaging element according to claim 1, wherein the substrate bias control unit adjusts the amplification factor by switching the number of stages of the plurality of source follower circuits.
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に被写体像を結像する光学系と、
前記固体撮像素子を駆動させる駆動パルスを生成する駆動部と、
前記固体撮像素子の出力画像信号を処理する信号処理回路と、を備え、
前記固体撮像素子は、
半導体基板上に、行列状に配列されて光電変換を行う複数の画素部と、
前記複数の画素部から読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された前記信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記水平転送部から転送された前記信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部およびこの電荷電圧変換部により変換された信号電圧を増幅する出力回路を有する出力部と、
前記画素部の飽和信号量を調整するために、前記半導体基板に印加する基板バイアス電圧を制御する基板バイアス発生回路と、
を備え、
前記基板バイアス発生回路により、制御された前記基板バイアス電圧を、前記電荷電圧変換部下の領域に印加して前記電荷電圧部による変換効率または前記出力回路による前記信号電圧の増幅率を調整する撮像装置。
A solid-state image sensor;
An optical system for forming a subject image on the solid-state image sensor;
A drive unit that generates a drive pulse for driving the solid-state imaging device;
A signal processing circuit for processing an output image signal of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A plurality of pixel units arranged in a matrix and performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate,
A vertical transfer unit that vertically transfers signal charges read from the plurality of pixel units;
A horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit;
An output unit having a charge-voltage conversion unit that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit into a charge-voltage, and an output circuit that amplifies the signal voltage converted by the charge-voltage conversion unit;
A substrate bias generating circuit for controlling a substrate bias voltage applied to the semiconductor substrate in order to adjust a saturation signal amount of the pixel unit;
With
An imaging apparatus that adjusts the conversion efficiency by the charge voltage unit or the amplification factor of the signal voltage by the output circuit by applying the substrate bias voltage controlled by the substrate bias generation circuit to a region under the charge voltage conversion unit .
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