JP2012156177A - Charge detection device, charge transfer device, solid-state imaging device, imaging device, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電荷検出装置、電荷転送装置、固体撮像装置、撮像装置、及び、電子機器に関する。 The present invention relates to a charge detection device, a charge transfer device, a solid-state imaging device, an imaging device, and an electronic apparatus.
電荷検出装置、電荷転送装置、固体撮像装置、或いは、撮像装置が、種々の電子機器において使用されている。例えば、光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする、或いは圧力変化に基づき発生される電荷を検出する等、電磁波や圧力その他各種の物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出機能を持った単位構成要素(例えば単位画素)がリニア状或いはマトリクス状に配列されてなり、単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布(例えば圧力分布等)を電気信号として読み出す物理量分布検知半導体装置或いは特に物理量分布として画像情報を扱う固体撮像装置が様々な分野で使われている。例えば、映像機器の分野では、物理量のうちの光を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)により電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。 A charge detection device, a charge transfer device, a solid-state imaging device, or an imaging device is used in various electronic devices. For example, it is generated based on changes in electromagnetic waves, pressure, and other various physical properties such as sensitivity to electromagnetic waves input from outside such as light and radiation, or detection of electric charges generated based on pressure changes. Unit component elements (for example, unit pixels) having a charge detection function for detecting charges are arranged in a linear or matrix form, and a physical quantity distribution (for example, pressure distribution) converted into an electric signal by the unit component is electrically converted. 2. Description of the Related Art Physical quantity distribution detection semiconductor devices that read out as signals or solid-state imaging devices that handle image information as physical quantity distributions are used in various fields. For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type, or a CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) type solid state imaging device that detects light in a physical quantity is used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).
電荷を電気信号に変換するには、例えば光電変換機能を持つ電荷検出部により検出された電荷を電荷・電気信号変換部の電荷入力部に入力する(渡す)。電荷・電気信号変換部は、電荷入力部に入力された電荷の量の変化に基づいて電気信号を取得する。例えば、CCD型の固体撮像装置では、電荷検出部で検出された電荷を垂直転送部及び水平転送部を介して電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に転送し、この電荷入力部の電荷量変動をトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより撮像信号として出力する(特開昭62−154881号公報を参照)。 In order to convert the charge into an electric signal, for example, the charge detected by the charge detection unit having a photoelectric conversion function is input (passed) to the charge input unit of the charge / electric signal conversion unit. The charge / electrical signal conversion unit acquires an electric signal based on a change in the amount of charge input to the charge input unit. For example, in a CCD type solid-state imaging device, charges detected by a charge detection unit are transferred to a charge input unit provided in a charge / electrical signal conversion unit via a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit, and the charge input unit The change in the amount of charge is detected by a transistor, and this is converted into an electric signal and amplified to be output as an image pickup signal (see Japanese Patent Laid-Open No. 62-154881).
ここで、例えば大光量が入射したときの大信号時等には、転送路で転送可能な電荷量を超過し、その超過した電荷(余剰電荷)による影響が画像に現れることがある。その対策として、特開昭62−154881号公報では、転送路に隣接してオーバーフローバリア(オーバーフローゲートとも称される)及びオーバーフロードレインを設けている。 Here, for example, in the case of a large signal when a large amount of light is incident, the amount of charge that can be transferred through the transfer path is exceeded, and the influence of the excess charge (surplus charge) may appear in the image. As a countermeasure, in Japanese Patent Laid-Open No. 62-154881, an overflow barrier (also referred to as an overflow gate) and an overflow drain are provided adjacent to the transfer path.
当該技術分野では、電荷出力部で扱うことが可能な電荷量を超過して電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を抑制することのできる新たな技術が求められている。 In this technical field, there is a need for a new technology capable of suppressing the phenomenon that excess charge overflows the charge input unit provided in the charge / electrical signal conversion unit beyond the amount of charge that can be handled by the charge output unit. ing.
本開示は、電荷出力部で扱うことが可能な電荷量を超過して電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を抑制することのできる新たな技術を提供することを目的とする。 The present disclosure provides a new technique capable of suppressing a phenomenon in which excess charge overflows in a charge input unit provided in a charge / electrical signal conversion unit beyond the amount of charge that can be handled by a charge output unit. With the goal.
第1の態様に係る固体撮像装置は、物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部が一定の方向に配された素子部と、電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、とを備える。電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有する。電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有する。電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている。 The solid-state imaging device according to the first aspect includes an element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a fixed direction, and a transfer register arranged in correspondence with the charge detection unit And a charge transfer unit that transfers the charge using the transfer register, and a charge / electric signal conversion unit that generates an electric signal corresponding to the amount of the charge transferred by the charge transfer unit. The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charges in a first direction that is a charge transfer direction. The charge / electrical signal conversion unit includes a charge input unit that receives the charge input from the charge output unit. The charge input part is arranged at a position shifted from the center part of the charge output part in the second direction intersecting the first direction.
第2の態様に係る固体撮像装置は、物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部が配された素子部と、電荷検出部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、とを備える。素子部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷検出部が検出した電荷を出力する電荷出力部を有する。電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有する。電荷入力部は、電荷検出部から電荷入力部へ電荷が入力される第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷検出部の中央部からずれた位置に配置されている。 The solid-state imaging device according to the second aspect includes an element unit provided with a charge detection unit that detects a charge generated based on a change in physical characteristics, and a charge input unit that receives the charge input from the charge detection unit. And a charge / electrical signal conversion unit that generates an electric signal corresponding to the amount of the received charge. The element unit includes a charge output unit that outputs the charge detected by the charge detection unit in a first direction that is a charge transfer direction. The charge / electrical signal conversion unit includes a charge input unit that receives the charge input from the charge output unit. The charge input unit is disposed at a position shifted from the center of the charge detection unit in the second direction intersecting the first direction in which charge is input from the charge detection unit to the charge input unit.
第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各固体撮像装置は、第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置のさらなる有利な具体例を規定する。 Each solid-state imaging device described in the dependent claims of the solid-state imaging device according to the first or second aspect defines a further advantageous specific example of the solid-state imaging device according to the first or second aspect.
第3の態様に係る電荷検出装置は、物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部により検出された電荷を出力する電荷出力部と、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、とを備える。電荷入力部は、電荷出力部から電荷入力部へ電荷が入力される第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている。第3の態様に係る電荷検出装置は、第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第3の態様に係る電荷検出装置のさらなる有利な具体例を規定する。 A charge detection device according to a third aspect receives a charge output unit that outputs a charge detected by a charge detection unit that detects a charge generated based on a change in physical characteristics, and a charge input from the charge output unit. A charge / electrical signal conversion unit that has an electric charge input unit and generates an electric signal corresponding to the amount of electric charge received. The charge input part is disposed at a position shifted from the center part of the charge output part in the second direction intersecting the first direction in which charge is input from the charge output part to the charge input part. In the charge detection device according to the third aspect, each technique and method described in the dependent claims of the solid-state imaging device according to the first or second aspect can be applied in the same manner, A further advantageous specific example of the charge detection device according to the third aspect will be defined.
第4の態様に係る電荷転送装置は、複数の転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、とを備える。電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有する。電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有する。電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている。第4の態様に係る電荷転送装置は、第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第4の態様に係る電荷転送装置のさらなる有利な具体例を規定する。 In the charge transfer device according to the fourth aspect, a plurality of transfer registers are arranged, a charge transfer unit that transfers charges by the transfer register, and a charge that generates an electric signal corresponding to the amount of charges transferred by the charge transfer unit -An electric signal conversion part is provided. The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charges in a first direction that is a charge transfer direction. The charge / electrical signal conversion unit includes a charge input unit that receives the charge input from the charge output unit. The charge input part is arranged at a position shifted from the center part of the charge output part in the second direction intersecting the first direction. In the charge transfer device according to the fourth aspect, each technique and method described in the dependent claims of the solid-state imaging device according to the first or second aspect can be applied in the same manner, A further advantageous specific example of the charge transfer device according to the fourth aspect is defined.
第5の態様に係る撮像装置は、物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部が一定の方向に配された素子部と、電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部と、電荷検出部に電磁波を導く入射系、とを備える。電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有し、電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている。第5の態様に係る撮像装置は、第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第5の態様に係る撮像装置のさらなる有利な具体例を規定する。 An image pickup apparatus according to a fifth aspect includes an element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a certain direction, and a transfer register arranged in correspondence with the charge detection unit A charge transfer unit that transfers charges by a transfer register, a charge / electric signal conversion unit that generates an electrical signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit, and an incident system that guides electromagnetic waves to the charge detection unit, Is provided. The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charges in a first direction that is a charge transfer direction, and the charge / electrical signal conversion unit includes a charge input unit that receives charges input from the charge output unit. And the charge input portion is disposed at a position shifted from the central portion of the charge output portion in the second direction intersecting the first direction. The imaging device according to the fifth aspect can similarly apply each technique and method described in the dependent claims of the solid-state imaging device according to the first or second aspect, and the configuration to which the technique / method is applied is Further advantageous specific examples of the imaging apparatus according to the fifth aspect are defined.
第6の態様に係る電子機器は物理特性の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部が一定の方向に配された素子部と、電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部と、とを有する固体撮像装置を備える。電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有する。電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有する。電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている。第6の態様に係る電子機器は、第1或いは第2の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第6の態様に係る電子機器のさらなる有利な具体例を規定する。 In the electronic device according to the sixth aspect, an element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a fixed direction, and a transfer register is arranged corresponding to the charge detection unit, The solid-state imaging device includes: a charge transfer unit that transfers charges using a transfer register; and a charge / electric signal conversion unit that generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit. The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charges in a first direction that is a charge transfer direction. The charge / electrical signal conversion unit includes a charge input unit that receives the charge input from the charge output unit. The charge input part is arranged at a position shifted from the center part of the charge output part in the second direction intersecting the first direction. In the electronic device according to the sixth aspect, the respective technologies and techniques described in the dependent claims of the solid-state imaging device according to the first or second aspect can be similarly applied, and the configuration to which the technique / method is applied is Further advantageous specific examples of the electronic device according to the sixth aspect are defined.
要するに、第1の態様に係る固体撮像装置、第2の態様に係る固体撮像装置、第3の態様に係る電荷検出装置、第4の態様に係る電荷転送装置、第5の態様に係る撮像装置、及び、第6の態様に係る電子機器においては何れも、電荷出力部の中央部からずれた位置に電荷入力部を配置している。電荷出力部の中央部に電荷入力部を配置している場合と対比した場合、余剰電荷は外側に溢れ易くなるので、余剰電荷が電荷入力部に溢れる現象が緩和される。 In short, the solid-state imaging device according to the first aspect, the solid-state imaging device according to the second aspect, the charge detection device according to the third aspect, the charge transfer device according to the fourth aspect, and the imaging apparatus according to the fifth aspect. In any of the electronic devices according to the sixth aspect, the charge input unit is arranged at a position shifted from the center of the charge output unit. Compared with the case where the charge input part is arranged at the center of the charge output part, the surplus charge tends to overflow to the outside, so that the phenomenon that the surplus charge overflows to the charge input part is alleviated.
第1の態様に係る固体撮像装置、第2の態様に係る固体撮像装置、第3の態様に係る電荷検出装置、第4の態様に係る電荷転送装置、第5の態様に係る撮像装置、及び、第6の態様に係る電子機器によれば、電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を、電荷出力部の中央部からずれた位置に電荷入力部を配置すると云った簡単な構造で抑制することができる。余剰電荷の電荷入力部への漏込みを抑制することができるので、高性能の各種の装置・機器(例えば高画質の固体撮像装置や撮像画像を扱う電子機器)を提供することができる。 A solid-state imaging device according to the first aspect, a solid-state imaging device according to the second aspect, a charge detection device according to the third aspect, a charge transfer device according to the fourth aspect, an imaging apparatus according to the fifth aspect, and According to the electronic device of the sixth aspect, the phenomenon of surplus charge overflowing in the charge input portion is suppressed with a simple structure in which the charge input portion is arranged at a position shifted from the central portion of the charge output portion. Can do. Since leakage of surplus charges into the charge input portion can be suppressed, various high-performance devices and devices (for example, high-quality solid-state imaging devices and electronic devices that handle captured images) can be provided.
以下、図面を参照して、本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について形態別に区別する際には、A,B,C,…等のようにアルファベットの参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。 Hereinafter, embodiments of the technology disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. When distinguishing each functional element by form, add an alphabetic reference such as A, B, C,..., And omit this reference when explaining without distinction. Describe. The same applies to the drawings.
説明は以下の順序で行なう。
1.全体概要
2.撮像装置の全体構成
3.CCD型の固体撮像装置と周辺部の概要(エリアセンサ)
4.電荷入力部との接続構造
実施例1:撮像エリアと反対側のオーバーフロードレイン側に片寄って配置
実施例2:撮像エリア側のオーバーフロードレイン側に片寄って配置
実施例3:実施例1+実施例2
実施例4:実施例3から小信号障壁を取外し
5.変形例
第1変形例:CCD型の固体撮像装置&リニアセンサ
第2変形例:電荷検出装置単独の構成への適用
第3変形例:電荷転送装置単独の構成への適用
第4変形例:CMOS型の固体撮像装置の画素への適用
その他の電子機器への適用例
The description will be made in the following order.
1.
4). Connection Structure with Charge Input Unit Example 1: Arranged on the overflow drain side opposite to the imaging area Example 2: Arranged on the overflow drain side on the imaging area side Example 3: Example 1 + Example 2
Example 4: Remove the small signal barrier from Example 3. Modified Example First Modified Example: CCD-type Solid-State Imaging Device & Linear Sensor Second Modified Example: Application to the Configuration of the Charge Detection Device alone Third Modified Example: Application to the configuration of the charge transfer device alone Fourth Modification: CMOS Application of a Solid-state Imaging Device of a Type to an Application Example of Other Electronic Equipment
<全体概要>
[固体撮像装置、電荷検出装置、電荷転送装置、撮像装置、電子機器]
先ず、基本的な事項について以下に説明する。第1及び第2の態様に係る固体撮像装置、第3の態様に係る電荷検出装置、第4の態様に係る電荷転送装置、第5の態様に係る撮像装置、並びに、第6の態様に係る電子機器と対応する本実施形態の構成においては、電荷出力部の中央部からずれた位置に電荷入力部を配置する。このような簡単な構造により、電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を抑制することができる。因みに、電荷・電気信号変換部には、電荷入力部の他に、例えばトランジスタ等で構成された電荷・電気信号変換機能を持つ増幅回路を備える。電荷入力部としては、フローティングディフュージョンやフローティングゲート等が代表的であるが、これらには限定されない。
<Overview>
[Solid-state imaging device, charge detection device, charge transfer device, imaging device, electronic apparatus]
First, basic items will be described below. A solid-state imaging device according to the first and second aspects, a charge detection device according to the third aspect, a charge transfer device according to the fourth aspect, an imaging apparatus according to the fifth aspect, and a sixth aspect In the configuration of the present embodiment corresponding to the electronic device, the charge input unit is arranged at a position shifted from the center of the charge output unit. With such a simple structure, it is possible to suppress a phenomenon in which excess charges overflow in the charge input portion. Incidentally, the charge / electrical signal conversion unit includes, in addition to the charge input unit, an amplifier circuit having a charge / electrical signal conversion function, which is configured by, for example, a transistor. The charge input unit is typically a floating diffusion, a floating gate, or the like, but is not limited thereto.
本実施形態の構成における第1の固体撮像装置では、電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部を備えるし、又、電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部も備える。そして、電荷出力部は、電荷転送部における電荷の転送方向である第1の方向において電荷を出力するように設けられる。電荷転送部としては、例えばCCD型が代表的であるが、これに限らず、電荷を順次転送する構造のものであればよく、例えばCPT(Charge Priming Transfer)型やBBD(Bucket Brigade Delay)型等でもよい。 In the first solid-state imaging device according to the configuration of the present embodiment, a transfer register is arranged corresponding to the charge detection unit, and includes a charge transfer unit that transfers charges by the transfer register, and is transferred by the charge transfer unit. A charge / electrical signal conversion unit that generates an electric signal corresponding to the amount of electric charge is also provided. The charge output unit is provided so as to output charges in a first direction which is a charge transfer direction in the charge transfer unit. The charge transfer unit is typically a CCD type, for example, but is not limited to this, and may be of any structure that sequentially transfers charges. Etc.
このような電荷転送部を備える構成にあっては、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす障壁が電荷転送部に設けられているのが好ましく、更には、障壁の電荷出力部側の出口を電荷入力部と対向する位置に配置するとよい。この構成では、特に小信号時における電荷・電気信号の変換効率が良好になる。 In the configuration including such a charge transfer unit, it is preferable that the charge transfer unit is provided with a barrier that plays a role of collecting charges at the time of small signal transfer. It may be arranged at a position facing the charge input portion. In this configuration, the charge / electrical signal conversion efficiency is particularly good when the signal is small.
本実施形態の構成における第1の固体撮像装置においては、電荷検出部が直列的に配されている素子部を備えた、いわゆるリニアセンサでもよい。「直列的」とは、全体して長尺状であることを意味し、例えば、電荷検出部が1例に直線状に配置されることが典型例であるが、これに限らず、2列或いは3列等複数列に亘って電荷検出部が直線状に設けられていてもよいし、列数に拘わらず千鳥状に電荷検出部が配されていてもよい。 The first solid-state imaging device according to the configuration of the present embodiment may be a so-called linear sensor including an element unit in which charge detection units are arranged in series. “Serial” means that the entire shape is long. For example, the charge detection units are typically arranged in a straight line in one example. Alternatively, the charge detection units may be provided in a straight line over a plurality of columns such as three columns, or the charge detection units may be arranged in a staggered manner regardless of the number of columns.
本実施形態の構成における第1の固体撮像装置においては、電荷検出部がマトリクス状に配されている素子部を備えた、いわゆるエリアセンサでもよい。「マトリクス状」とは、電荷検出部が全体して2次元状に配されることを意味し、例えば、縦方向と横方向にそれぞれ1列に配される形態が典型例であるが、これに限らず、斜め格子状やハニカム状等でもよい。これらの場合、電荷転送部は、電荷検出部の垂直列ごとに設けられるとともに、電荷検出部から出力された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とで成る。そして、電荷・電気信号変換部は、水平転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する。つまり、エリアセンサである点で後述の第2の固体撮像装置におけるエリアセンサと同様であるが、電荷出力部及び電荷・電気信号変換部(電荷入力部も)が素子部の外部に設けられる点で異なる。 The first solid-state imaging device according to the configuration of the present embodiment may be a so-called area sensor including an element unit in which charge detection units are arranged in a matrix. “Matrix” means that the charge detectors are arranged two-dimensionally as a whole. For example, a form in which the charge detectors are arranged in one column in the vertical direction and the horizontal direction is a typical example. Not limited to this, an oblique lattice shape, a honeycomb shape, or the like may be used. In these cases, the charge transfer unit is provided for each vertical column of the charge detection unit, the vertical transfer unit transfers the charge output from the charge detection unit in the vertical direction, and the charge is transferred from the vertical transfer unit. A horizontal transfer unit for transferring the generated charges in the horizontal direction. The charge / electric signal converter generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the horizontal transfer unit. That is, it is the same as the area sensor in the second solid-state imaging device described later in that it is an area sensor. It is different.
例えば、CCD型のエリアセンサが代表的であるが、これには限らない。因みに、CCD型の転送部は、CCD自身が電磁波に対しての検知機能を持つので、信号転送路としても使用する場合、電磁波が当たっている素子で信号の転送が行なわれると、いわゆるスミア現象と称されるノイズが発生する。これを避けるために、例えば、IT−CCD(Interline Transfer CCD)、FIT−CCD(Frame Interline Transfer)CCD)、FT−CCD(FrameTransfer CCD)や、デジタルスチルカメラでは機械的シャッタを併用したFFT−CCD(Full Frame Transfer CCD)等があるが、本実施形態の構成における第1の固体撮像装置は、これらの何れにも適用される。 For example, a CCD type area sensor is representative, but the present invention is not limited to this. Incidentally, since the CCD transfer unit has a function to detect electromagnetic waves, when it is used as a signal transfer path, if a signal is transferred by an element that is exposed to electromagnetic waves, a so-called smear phenomenon is caused. The noise called is generated. In order to avoid this, for example, IT-CCD (Interline Transfer CCD), FIT-CCD (Frame Interline Transfer CCD), FT-CCD (FrameTransfer CCD), and FFT-CCD using a digital shutter with a mechanical shutter. (Full Frame Transfer CCD) and the like, but the first solid-state imaging device in the configuration of the present embodiment is applied to any of these.
本実施形態の構成における第2の固体撮像装置では、素子部における電荷検出部の配列形態は、直列的又はマトリクス状の何れでもよい。「直列的」や「マトリクス状」に関しては、第1の固体撮像装置の場合と同様である。電荷・電気信号変換部は、電荷入力部が各電荷検出部と対応した電荷出力部からの電荷を各別に受け取るように構成する。或いは、電荷入力部が各電荷検出部と対応した電荷出力部からの電荷を時分割で受け取るように構成された、いわゆる画素共有構造にしてもよい。電荷・電気信号変換部が何れの場合であっても、各電荷入力部が受け取った電荷の量に対応する電気信号を電荷・電気信号変換部が生成する。 In the second solid-state imaging device in the configuration of the present embodiment, the arrangement form of the charge detection units in the element unit may be either serial or matrix. “Serial” and “matrix” are the same as those in the first solid-state imaging device. The charge / electrical signal conversion unit is configured such that the charge input unit individually receives charges from the charge output unit corresponding to each charge detection unit. Alternatively, a so-called pixel sharing structure may be employed in which the charge input unit is configured to receive charges from the charge output unit corresponding to each charge detection unit in a time-sharing manner. Regardless of the charge / electric signal converter, the charge / electric signal converter generates an electric signal corresponding to the amount of charge received by each charge input unit.
直列的に電荷検出部を配すればいわゆるリニアセンサとなるし、マトリクス状に電荷検出部を配すればいわゆるエリアセンサとなる。但し、第1の固体撮像装置とは異なり、垂直転送部や水平転送部は備えられず、電荷検出部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部を備える。即ち、第2の固体撮像装置と前述の第1の固体撮像装置におけるリニアセンサやエリアセンサとの関係では、電荷出力部及び電荷・電気信号変換部(電荷入力部も)が素子部内に設けられる点で異なる。 If the charge detection units are arranged in series, a so-called linear sensor is obtained, and if the charge detection units are arranged in a matrix, a so-called area sensor is obtained. However, unlike the first solid-state imaging device, the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit are not provided, and there is a charge input unit that receives the charge input from the charge detection unit, and an electric power corresponding to the amount of the received charge. A charge / electrical signal converter for generating a signal is provided. That is, in the relationship between the second solid-state imaging device and the linear sensor or area sensor in the first solid-state imaging device described above, a charge output unit and a charge / electrical signal conversion unit (also a charge input unit) are provided in the element unit. It is different in point.
例えば、近年、低消費電力化やシステムの小型化の点でCCD型イメージセンサよりも有利な増幅型の固体撮像装置、例えばCMOS型イメージセンサが広く用いられるようになってきている。このような増幅型の固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を決められたアドレスの順または任意に選択して読み出す。つまり、増幅型の固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。或いは、単位画素がマトリクス状に配された形態では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造等の能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している。例えば、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷(光電子やホール)を能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。この種のアドレス制御型の固体撮像装置では、例えば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。ここで、MOS(CMOSを含む)型においては、アドレス制御の一例として、1行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出す方式(いわゆるカラム読出し方式)が多く用いられている。本実施形態の構成における第2の固体撮像装置は、このような増幅型或いはアドレス制御型の固体撮像装置に適用される。 For example, in recent years, an amplification type solid-state imaging device, such as a CMOS image sensor, which is more advantageous than a CCD image sensor in terms of reducing power consumption and system size, has been widely used. In such an amplification-type solid-state imaging device, in order to read out a pixel signal to the outside, address control is performed on a pixel unit in which a plurality of unit pixels are arranged, and signals from individual unit pixels are determined to addresses. Read in the order of or arbitrarily. That is, the amplification type solid-state imaging device is an example of an address control type solid-state imaging device. Alternatively, in the form in which the unit pixels are arranged in a matrix, the pixels are configured using active elements (MOS transistors) such as a MOS structure so that the pixels themselves have an amplification function. For example, signal charges (photoelectrons and holes) accumulated in a photodiode that is a photoelectric conversion element are amplified by an active element and read out as image information. In this type of address control type solid-state imaging device, for example, a pixel unit is configured by arranging a large number of pixel transistors in a two-dimensional matrix, and signal charges corresponding to incident light are accumulated for each line (row) or for each pixel. Is started, and a current or voltage signal based on the accumulated signal charge is sequentially read out from each pixel by addressing. Here, in the MOS (including CMOS) type, as an example of address control, a system (so-called column readout system) in which one row is simultaneously accessed and a pixel signal is read from the pixel unit in units of rows is often used. . The second solid-state imaging device in the configuration of the present embodiment is applied to such an amplification type or address control type solid-state imaging device.
本実施形態の構成においては、好ましくは、電荷出力部の不要な電荷を第2の方向に掃捨て可能な余剰電荷掃捨部を更に備える(積極的に設ける)とよい。いわゆる横型オーバーフロードレイン構造を設けるのが好ましい。この場合、電荷入力部は、第2の方向における電荷出力部の中央部よりも余剰電荷掃捨部側にずれた位置に配置されているのがよい。余剰電荷掃捨部を積極的に設けずに電荷出力部の中央部からずれた位置に電荷入力部を配置しただけでは、第2の方向への不要電荷の掃捨て先が十分に確保されず、十分な効果が得られ難いが、余剰電荷掃捨部を備え、その近傍に電荷入力部を配置することで、不要電荷の電荷入力部への漏れ込みを抑制し易くなる。因みに、電荷出力部と電荷入力部との間に設けられる第1の障壁(バリア、ゲート部)のポテンシャルと、電荷出力部と余剰電荷掃捨部(特にオーバーフロードレイン)との間に設けられる第2の障壁のポテンシャルとには差を付け、第1の障壁よりも第2の障壁を低くするとよい。 In the configuration of the present embodiment, it is preferable that a surplus charge sweeping unit that can sweep out unnecessary charges in the charge output unit in the second direction is further provided (provided). It is preferable to provide a so-called lateral overflow drain structure. In this case, the charge input unit may be arranged at a position shifted to the surplus charge sweeping unit side from the central part of the charge output unit in the second direction. If the charge input unit is arranged at a position deviated from the central part of the charge output unit without actively providing the surplus charge sweeping unit, a sufficient amount of unnecessary charge is not swept away in the second direction. Although it is difficult to obtain a sufficient effect, it is easy to suppress leakage of unnecessary charges to the charge input portion by providing a surplus charge sweeping portion and arranging the charge input portion in the vicinity thereof. Incidentally, the potential of the first barrier (barrier, gate part) provided between the charge output part and the charge input part and the first part provided between the charge output part and the surplus charge sweeping part (especially the overflow drain). It is preferable to make a difference from the potential of the two barriers and make the second barrier lower than the first barrier.
電荷検出部が複数列に亘って設けられていている場合に、余剰電荷掃捨部を設ける場合には、各列について余剰電荷掃捨部を設けてもよいし、1列の余剰電荷掃捨部が複数列に共用される構成にしてもよい。例えば、2列に亘って電荷検出部が配されている場合に、その2列の中間で列を成すように余剰電荷掃捨部を配置してもよい。 When the charge detection unit is provided over a plurality of columns, when a surplus charge sweeping unit is provided, a surplus charge sweeping unit may be provided for each column, or one column of surplus charge sweeping unit may be disposed. The part may be configured to be shared by a plurality of columns. For example, when the charge detection units are arranged over two columns, the surplus charge sweeping unit may be arranged so as to form a column between the two columns.
本実施形態の構成においては、余剰電荷掃捨部は、電荷出力部の素子部とは反対側に配設されていてもよい。或いは、電荷出力部の素子部とは反対側に配設されていてもよい。詳しくは、転送レジスタが素子部を超える超過領域まで配設されている場合、余剰電荷掃捨部は、超過領域における素子部側に配設されていてもよい。これらの双方を併用して、素子部とは反対側及び素子部側に余剰電荷掃捨部が配設されていてもよく、この場合、電荷入力部は、それら余剰電荷掃捨部の何れか一方側にのみ配置してもよいし、両方の余剰電荷掃捨部側に配置してもよい、つまり、電荷入力部を複数箇所に配置してもよい。この場合、電荷入力部ごとに増幅回路を設けてもよいし、1つの増幅回路が複数箇所の電荷入力部に共用される構成にしてもよい。因みに、ここでで説明した構成は、素子部との関係で規定しており、第1の固体撮像装置にのみ適用可能である。 In the configuration of the present embodiment, the surplus charge sweeping section may be disposed on the opposite side of the charge output section from the element section. Alternatively, the charge output unit may be disposed on the opposite side to the element unit. Specifically, when the transfer register is disposed up to the excess region exceeding the element portion, the surplus charge sweeping portion may be disposed on the element portion side in the excess region. By using both of these, a surplus charge sweeping unit may be disposed on the side opposite to the element unit and on the element unit side. It may be arranged only on one side, or may be arranged on both surplus charge sweeping unit sides, that is, the charge input units may be arranged at a plurality of locations. In this case, an amplifier circuit may be provided for each charge input unit, or one amplifier circuit may be shared by a plurality of charge input units. Incidentally, the configuration described here is defined by the relationship with the element portion, and is applicable only to the first solid-state imaging device.
固体撮像装置は、大きくは、配線層が配される側を表面側としたとき、表面側から入射光を取り込む表面入射型(表面照射型とも称される)と配線層が配される側と反対側の裏面側から入射光を取り込む裏面入射型(裏面照射型とも称される)とに大別される。本実施形態の構成においては、好ましくは、裏面入射型の構造となっているとよい。この構成は、余剰電荷掃捨部を備える構成と組み合わせると利点が大きい。 The solid-state imaging device is roughly divided into a surface incident type (also referred to as a surface irradiation type) that takes incident light from the surface side and a side on which the wiring layer is arranged, when the side on which the wiring layer is arranged is the front side. It is broadly classified into a back-side incident type (also referred to as a back-side illumination type) that captures incident light from the opposite back side. In the configuration of the present embodiment, it is preferable that a back-illuminated structure be used. This configuration has a great advantage when combined with a configuration including a surplus charge sweeper.
本実施形態の構成においては、電荷出力部の第2の方向における幅を2・Wとし、第2の方向における電荷出力部の中央部から電荷入力部までの距離をPとしたとき、距離PはW/5よりも長いとよく(P>W/5)、好ましくは距離PはW/2よりも長いとよく(P>W/2)、更に好ましくは距離Pは3・W/4よりも長いとよい(P>3・W/4)。或いは、電荷出力部から電荷入力部までの第1の方向における距離と、電荷入力部を電荷出力部に射影した位置から余剰電荷掃捨部までの第2の方向における距離とが、同程度に(概ね等しく)設定されているとよい。「同程度に(概ね等しく)」であり、厳密に等しいことは要せず、常識の範囲内で多少の距離差があってもよい。 In the configuration of the present embodiment, when the width in the second direction of the charge output portion is 2 · W and the distance from the central portion of the charge output portion to the charge input portion in the second direction is P, the distance P Is longer than W / 5 (P> W / 5), preferably the distance P is longer than W / 2 (P> W / 2), more preferably the distance P is 3 · W / 4. Is also good (P> 3 · W / 4). Alternatively, the distance in the first direction from the charge output unit to the charge input unit and the distance in the second direction from the position where the charge input unit is projected onto the charge output unit to the surplus charge sweeping unit are approximately the same. It is good to set (generally equal). It is “similarly (substantially equal)”, does not need to be exactly equal, and may have a slight distance difference within the range of common sense.
固体撮像装置は、電磁波に対して感応性をする電荷検出部(典型的には光電変換部)を備えており、電荷検出部を利用して画像を取り込む画像取込部に適用可能であり、当該固体撮像装置を用いる撮像装置や電子機器全般に搭載して用いられる。例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置(カメラシステム)に使用されるし、電子機器としては、携帯電話機等の撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部に固体撮像装置或いは撮像装置を用いる複写装置等が挙げられる。前述のように、固体撮像装置及び撮像装置はリニアセンサ及びエリアセンサを含む。即ち、固体撮像装置は、光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素(例えば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置の一態様と捉えることもできるし、撮像装置は物理量分布検知半導体装置を利用した物理情報取得装置(物理量分布検知装置)の一態様と捉えることもできる。 The solid-state imaging device includes a charge detection unit (typically a photoelectric conversion unit) that is sensitive to electromagnetic waves, and can be applied to an image capture unit that captures an image using the charge detection unit, It is mounted and used in general imaging devices and electronic devices that use the solid-state imaging device. For example, it is used in an imaging device (camera system) such as a digital still camera or a video camera. As an electronic device, a mobile terminal device having an imaging function such as a mobile phone, a solid-state imaging device or an imaging device is used as an image reading unit. Examples thereof include a copying machine to be used. As described above, the solid-state imaging device and the imaging device include a linear sensor and an area sensor. That is, the solid-state imaging device is a physical quantity distribution detection semiconductor device in which a plurality of unit components (for example, pixels) that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix form. The imaging apparatus can also be regarded as an aspect of a physical information acquisition apparatus (physical quantity distribution detection apparatus) using a physical quantity distribution detection semiconductor device.
本実施形態の構成は、光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする電荷検出部を備えた固体撮像装置に限らず、各種の物理量の変化を電荷量の変化として検知するあらゆるものに適用できる。例えば指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置等、その他の物理的な変化を検知する装置に適用可能である。例えば、タッチパネルにおける検出部に本開示の技術を適用できる。或いは、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置等が使われているが、これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出すものであり、本開示の技術を適用できる。電子機器に搭載されるカメラモジュールを撮像装置と称する場合もある。以下で説明する構成は、固体撮像装置及びこれを搭載した撮像装置で代表的に説明するが、これに限らず、撮像機能を有する各種の電子機器にも適用可能である。このことから理解されるように、請求項に記載の技術に限らず、電荷検出装置、電荷転送装置、或いは、固体撮像装置等と同様の機能部を備えた物理量分布検知半導体装置や物理情報取得装置を本開示が提案する技術として抽出することもできる。因みに、本明細書では、特段の断り(例えば、この項で区別して説明した点)のない限り、物理量分布検知半導体装置は固体撮像装置で代表して記述し(換言すると物理量分布検知半導体装置は固体撮像装置を含み)、物理情報取得装置は撮像装置で代表して記述する(換言すると物理情報取得装置は撮像装置を含む)。 The configuration of this embodiment is not limited to a solid-state imaging device including a charge detection unit that is sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation, but detects changes in various physical quantities as changes in charge amount. Applicable to everything you do. For example, information relating to fingerprints can be applied to other devices that detect physical changes, such as fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics or changes in optical characteristics based on pressure. For example, the technology of the present disclosure can be applied to a detection unit in a touch panel. Alternatively, in the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics or changes in optical characteristics based on pressure are used for information related to fingerprints. A physical quantity distribution converted into an electric signal by an element (a pixel in a solid-state imaging device) is read out as an electric signal, and the technique of the present disclosure can be applied. A camera module mounted on an electronic device may be referred to as an imaging device. The configuration described below is representatively described with a solid-state imaging device and an imaging device equipped with the solid-state imaging device, but is not limited thereto, and is applicable to various electronic devices having an imaging function. As will be understood from this, the physical quantity distribution detection semiconductor device or the physical information acquisition having the same functional unit as the charge detection device, the charge transfer device, or the solid-state imaging device is not limited to the technology described in the claims. An apparatus can also be extracted as a technique proposed by the present disclosure. Incidentally, in this specification, unless otherwise specified (for example, the points described in this section), the physical quantity distribution detecting semiconductor device is described as a representative solid-state imaging device (in other words, the physical quantity distribution detecting semiconductor device is The physical information acquisition device is representatively described as an imaging device (in other words, the physical information acquisition device includes the imaging device).
<撮像装置の全体構成>
図1は、デジタルスチルカメラ等として適用される撮像装置1の一実施形態を示す概略構成図である。撮像装置1は、静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用される。撮像装置1は、固体撮像装置10、撮像レンズ50、及び、駆動制御部96を有する撮像装置モジュール3と、本体ユニット4とを備えている。駆動制御部96は、固体撮像装置10を駆動制御する駆動装置の一例である。本体ユニット4は、撮像装置モジュール3により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニター出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする機能部分を有する。
<Overall configuration of imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an
固体撮像装置10としては例えば、CCD型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor )やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor )型の固体撮像装置が使用されるが、これらに限定されない。以下では、CCD型で説明する。
As the solid-
駆動制御部96は、タイミング信号生成部40(TG)と、垂直ドライバ42V(VDr)及び水平ドライバ42H(HDr)を具備するドライバ42と、駆動電源46とを有する。タイミング信号生成部40は、固体撮像装置10を駆動するための各種のパルス信号を生成する。ドライバ42は、タイミング信号生成部40からのパルス信号を受けて、固体撮像装置10を駆動するためのドライブパルスに変換する。駆動電源46は、固体撮像装置10やドライバ42等に電源供給する。
The
本例では、撮像装置モジュール3内の固体撮像装置10と駆動制御部96とにより固体撮像装置2が構成される。固体撮像装置10のみで固体撮像装置2として取り扱ってもよい。固体撮像装置2は、固体撮像装置10と駆動制御部96とが、1枚の回路基板上に配されたものとして提供されるものであるのがよい。
In this example, the solid-
撮像装置1の処理系統は、大別して、光学系5、信号処理系6、記録系7、表示系8、及び制御系9を備える。図示しないが、動作電源となる各種の電源を、これら各系統の供給対象に対して適宜供給する電源系も設けられる。撮像装置モジュール3及び本体ユニット4が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品(完成品)が仕上がる。
The processing system of the
光学系5は、固体撮像装置10と撮像レンズ50とを備える。撮像レンズ50は、電荷検出部(この例では固体撮像装置10のセンサ部)に電磁波(この例では光)を導く入射系の一例であり、メカシャッタ52、被写体の光画像を集光するレンズ54、及び、光画像の光量を調整する絞り56を有する。光学系5は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで固体撮像装置10の撮像面上に結像する。固体撮像装置10は、レンズ54で集光された光画像を光電変換して電気信号に変換する。メカシャッタ52は、固体撮像装置10のセンサ部(電荷生成部)における電荷の蓄積を停止させる機能を持つ機構的なシャッタである。被写体Zからの光Lは、シャッタ52及びレンズ54を透過し、絞り56により調整されて適度な明るさで固体撮像装置10に入射する。このとき、レンズ54は、被写体Zからの光Lからなる映像が、固体撮像装置10上で結像されるように焦点位置を調整する。
The
信号処理系6は、バッファ部60(CCD BUFF)と、プリアンプ部62及びAD変換部64(Analog/Digital Converter)を具備するアナログフロントエンド61(AFE)と、画像処理部66とを備える。 The signal processing system 6 includes a buffer unit 60 (CCD BUFF), an analog front end 61 (AFE) including a preamplifier unit 62 and an AD conversion unit 64 (Analog / Digital Converter), and an image processing unit 66.
バッファ部60は、固体撮像装置10から出力されたCCD出力信号を、劣化することなく、アナログフロントエンド61に供給するための受渡し機能を持つ部分であり、固体撮像装置10とは別の集積回路(IC)とされる。プリアンプ部62は、例えば、固体撮像装置10からの撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)回路や、撮像信号を増幅する増幅アンプや、撮像信号をクランプ(CLAMP)するクランプ回路等を有する。AD変換部64は、プリアンプ部62が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
画像処理部66は、AD変換部64から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施す。画像処理部66は、例えば信号分離部、色信号処理部(C-proc)、輝度信号処理部(Y-proc)等を有する。信号分離部は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにAD変換部64から供給されるデジタル撮像信号をR(赤)信号、G(緑)信号、B(青)信号(纏めて原色信号RGBとも記す)に分離する原色分離機能を具備する。
The image processing unit 66 performs predetermined image processing on the digital signal input from the
色信号処理部は、信号分離部によって分離されたて原色信号RGBに基づいて色信号Cに関しての信号処理を行なう。例えば、ホワイトバランス補正、ガンマ補正、色差マトリクス処理等を行なう。輝度信号処理部は、信号分離部によって分離された原色信号RGBに基づいて輝度信号Yに関しての信号処理を行なう。例えば、高周波輝度信号生成処理と、低周波輝度信号生成処理と、輝度信号生成処理等を行なう。高周波輝度信号生成処理では、信号分離部から供給される原色信号RGBに基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する。低周波輝度信号生成処理では、ホワイトバランスが調整された原色信号RGBに基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する。輝度信号生成処理では、2種類の輝度信号YH及び輝度信号YLに基づいて輝度信号Yを生成する。輝度信号YLは露光制御にも利用される。 The color signal processing unit performs signal processing on the color signal C based on the fresh primary color signal RGB separated by the signal separation unit. For example, white balance correction, gamma correction, color difference matrix processing, and the like are performed. The luminance signal processing unit performs signal processing on the luminance signal Y based on the primary color signals RGB separated by the signal separation unit. For example, high frequency luminance signal generation processing, low frequency luminance signal generation processing, luminance signal generation processing, and the like are performed. In the high-frequency luminance signal generation process, a luminance signal YH including even a component having a relatively high frequency is generated based on the primary color signal RGB supplied from the signal separation unit. In the low-frequency luminance signal generation process, a luminance signal YL including only a component having a relatively low frequency is generated based on the primary color signal RGB whose white balance has been adjusted. In the luminance signal generation process, the luminance signal Y is generated based on the two types of luminance signals YH and luminance signals YL. The luminance signal YL is also used for exposure control.
記録系7は、メモリ72と、CODEC74(CODEC:Code/Decode 或いはCompression/Decompression の略)を備え、固体撮像装置10で撮像された動画又は静止画を、メモリ72に記録する。メモリ72は、画像信号を記憶するフラッシュメモリ等の記録媒体で構成されている。メモリ72に代えて、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体を使用する構成にしてもよい。CODEC74は、画像処理部66が処理した画像信号を符号化してメモリ72に記録し、又、読み出して復号し画像処理部66に供給する。
The recording system 7 includes a
表示系8は、DA変換部82と、ビデオエンコーダ84と、ビデオモニター86とを備える。画像処理部66とDA変換部82は、一例として、纏めて、DSP(Digital Signal Processor)で構成される。DA変換部82は、画像処理部66が処理した画像データ(Yデータ及びCデータ)をアナログ信号にする。ビデオエンコーダ84は、DA変換部82によりアナログ化された画像信号を後段のビデオモニター86に適合する形式のビデオ信号にエンコードする。例えば、色信号副搬送波に対応する色差信号R−Y及び色差信号B−Yを輝度信号Yと合成して、映像信号V(=Y+S+C:Sは同期信号、Cはクロマ信号)に変換する。この際、必要に応じて、電荷転送装置の一例であるCCDディレイライン(CCD−DL)を信号遅延素子として使用して信号の同時化処理等を行なってもよい。
The
ビデオモニター86は、液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)表示装置等のパネル型表示装置を有し、入力される映像信号Vに対応する固体撮像装置10で撮像された動画又は静止画を表示する。
The video monitor 86 has a panel type display device such as a liquid crystal display (LCD) or an organic EL (Electro Luminescence) display device, and is imaged by the solid-
制御系9は、カメラ制御部92と、露出コントローラ94(露出制御部)と、駆動制御部96と、操作部98とを備える。カメラ制御部92は、CPU(Central Processing Unit)やマイクロプロセッサ(microprocessor)で構成された中央制御部92aと、読出専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)、或いは随時読出し・書込みが可能なメモリであるRAM(Random Access Memory)等を具備する記憶部92bや、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。中央制御部92aは、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたCPUを代表例とする電子計算機の中枢をなすものと同様である。
The control system 9 includes a
カメラ制御部92は、システム全体を制御するものであり、例えば、撮像装置1のバス99に接続された画像処理部66、CODEC74、メモリ72、露出コントローラ94、及びタイミング信号生成部40を制御する。ROMにはカメラ制御部92の制御プログラム等が格納されている。RAMにはカメラ制御部92が各種処理を行なうためのデータ等が格納される。カメラ制御部92は、メモリカード等の記録媒体を挿脱可能に構成し、或いは又、インターネット等の通信網との接続が可能に構成するとよい。このためには、図示しないが例えば、カメラ制御部92は、中央制御部92aや記憶部92bの他に、メモリ読出部や通信I/F(インタフェース)を備えるようにする。
The
露出コントローラ94は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ52や絞り56を制御する。駆動制御部96は、固体撮像装置10から画像処理部66までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部40(タイミングジェネレータ;TG)、ドライバ42、及び駆動電源46を有する。アナログフロントエンド61、タイミング信号生成部40、及びドライバ42を纏めて、CCDカメラフロントエンドとも称する。
The
操作部98は、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力するためのユーザインタフェースであり、ユーザによる操作の下に撮像装置1が持つ様々な機能について操作指令を発する。ビデオモニター86は、撮像装置1のファインダの役割も担っている。ユーザが操作部98に含まれるシャッタボタンを押下した場合、カメラ制御部92は、タイミング信号生成部40に対し、シャッタボタンが押下された直後の画像信号を取り込み、その後は画像処理部66の図示しない画像メモリに画像信号が上書きされないように信号処理系6を制御させる。その後、画像処理部66の画像メモリに書き込まれた画像データは、CODEC74によって符号化されてメモリ72に記録される。以上のような撮像装置1の動作によって、1枚の画像データの取り込みが完了する。
The
撮像装置1では、オートフォーカス(AF)、オートホワイトバランス(AWB)、自動露光(AE)等の自動制御装置を備えている。これらの制御は、固体撮像装置10から得られる出力信号を使用して処理する。例えば、露出コントローラ94は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値がカメラ制御部92により設定され、その制御値に従って絞り56を制御する。例えば、カメラ制御部92が画像処理部66に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、平均値が予め定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り56の制御値を設定する。タイミング信号生成部40は、カメラ制御部92により制御され、固体撮像装置10、プリアンプ部62、AD変換部64、画像処理部66等の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部98は、ユーザが、撮像装置1を動作させるとき操作される。
The
図示した例は、信号処理系6のプリアンプ部62及びAD変換部64を撮像装置モジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部62やAD変換部64を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。タイミング信号生成部40を撮像装置モジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部40を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。タイミング信号生成部40とドライバ42とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの(ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ)としてもよい。こうすることにより、よりコンパクトな(小型の)撮像装置1を構成できる。タイミング信号生成部40やドライバ42は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、1つの半導体基板上に回路形成されたIC(Integrated Circuit)として提供されるものであるのがよい。こうすることにより、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。撮像装置1の製造が容易になる。
In the illustrated example, the preamplifier unit 62 and the
使用する固体撮像装置10との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部40やドライバ42を固体撮像装置10と共通の基板に搭載することにより一体化させる、或いは撮像装置モジュール3内に搭載することにより一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。これらがモジュールとして一体となっているので、撮像装置1(の完成品)の製造も容易になる。撮像装置モジュール3は、光学系5からのみ構成されていてもよい。
The
<固体撮像装置と周辺部の概要>
図2は、固体撮像装置10と、固体撮像装置10を駆動する駆動制御部96の一実施形態とから構成された固体撮像装置2の概略構成図である。固体撮像装置2は、一例として、センサ部の配列(垂直方向の配列)の間に垂直電荷転送部が配列されたインターライン方式のCCD型の固体撮像装置10(IT−CCD)を4相で駆動する場合を例に採って説明する。
<Outline of solid-state imaging device and peripheral part>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the solid-
図2において、固体撮像装置10には、駆動電源46から、ドレイン電圧Vdd及びリセットドレイン電圧Vrdが印加され、ドライバ42にも所定の電圧が供給される。固体撮像装置2を構成するCCD型の固体撮像装置10は、半導体基板21上に、画素(ユニットセル)に対応して受光素子の一例であるフォトダイオード等からなる電荷センサ部11(感光部;フォトセル)が多数、垂直(列)方向及び水平(行)方向において2次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部11は、電荷検出部の一例であり、受光面から入射した入射光を検知し、その光量(強度)に応じた電荷量の電荷を取得(一般的に光電変換といわれる)し、この取得した電荷を当該センサ部11に蓄積する。
In FIG. 2, a drain voltage Vdd and a reset drain voltage Vrd are applied to the solid-
固体撮像装置10は、センサ部11の垂直列ごとにN相駆動に対応する複数本の垂直転送電極24が設けられる垂直転送部13(垂直CCD、Vレジスタ部、或いは垂直電荷転送部とも称される)が配列されている。本例では、4相駆動に対応するべく、2ユニットセル当たり4本の垂直転送電極24(それぞれに参照子_1、_2、_3、_4を付して示す)が電荷転送部の一例である垂直転送部13上に配列されている。
The solid-
例えば、垂直転送部13上(受光面側)には、各列の同垂直位置の垂直転送部13に共通となるように、4種類の垂直転送電極24が、垂直方向に所定の順序で、センサ部11の受光面に開口部を形成するように配置されている。垂直転送電極24は、水平方向に延在するように、即ち、センサ部11の受光面側に開口部を形成するようにしつつ、水平方向に横切るように配線される。
For example, on the vertical transfer unit 13 (on the light receiving surface side), four types of
4種類の垂直転送電極24は、1つのセンサ部11に2つの垂直転送電極24が対応するように形成され、駆動制御部96のドライバ42から供給される4種類の垂直ドライブパルス(ΦV_1、ΦV_2、ΦV_3、ΦV_4)で電荷を垂直方向に転送駆動するように構成されている。即ち、2つのセンサ部11を1組にして、4つの垂直転送電極24にそれぞれ垂直ドライブパルス(ΦV_1、ΦV_2、ΦV_3、ΦV_4)が駆動制御部96のドライバ42から印加される。
The four types of
固体撮像装置10には、複数本の垂直転送部13の各転送先側端部即ち、最後の行の垂直転送部13に隣接して、電荷の主たる転送方向(図の右から左の方向)に複数の水平転送レジスタ212が延在する水平転送部15が設けられている。図示した例では、水平転送レジスタ212は、撮像エリア14(素子部)を超える領域まで配設されている。水平転送部15は、複数の水平転送レジスタ212が転送方向に配列された水平転送路210(水平CCD、Hレジスタ部、或いは水平電荷転送部とも称される)と、水平転送路210の垂直転送部13(撮像エリア14)とは反対側に並設された余剰電荷掃捨部270とを備える。水平転送路210は1ライン分に限らず複数ライン分設けてもよいが、その場合、余剰電荷掃捨部270は水平転送路210の数に適合するように配置される。
In the solid-
水平転送路210は、例えば2相の水平転送クロック(H1、H2)に基づく水平ドライブパルス(ΦH1、ΦH2)によって転送駆動され、複数本の垂直転送部13から移された1ライン分の電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため2相駆動に対応する複数本(2本)の水平転送電極29-1及び水平転送電極29-2(纏めて水平転送電極29)が設けられる。因みに、転送方向の端部である最終段の水平転送レジスタ212を最終段水平転送レジスタ214(LHreg)と記す。
The
ここで、図示した例では、垂直方向の4つの電極によって規定される垂直転送部13の一組(1パケット)に対応して、組ごとに4つの垂直転送電極24が設けられ、その中で、垂直方向の最上部に位置するセンサ部11は、垂直ドライブパルスΦV_1が印加される垂直転送電極24_1に対応している。更に1段前(より水平転送部15側)の垂直転送電極24_2には垂直ドライブパルスΦV_2が印加され、更に1段前(より水平転送部15側)の垂直転送電極24_3には垂直ドライブパルスΦV_3が印加され、最も水平転送部15側の垂直転送電極24_4には垂直ドライブパルスΦV_4が印加される。
Here, in the illustrated example, four
垂直転送部13の転送方向は図中縦(列)方向であり、この方向に垂直転送部13が設けられ、この方向に直交する方向(水平方向、行方向)に垂直転送電極24が複数本並べられる。更に、これら垂直転送部13と各センサ部11との間には読出ゲート12(ROG)が介在している。各画素の読出ゲート12上には、4つの垂直転送電極24_1〜垂直転送電極24_4のうちの垂直転送電極24_1及び垂直転送電極24_3の対応する方が読出電極を兼ねるように設けられている。各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップCSが設けられている。これらセンサ部11の垂直列ごとに設けられ、各センサ部11から読出ゲート部12によって読み出された電荷を垂直転送する複数本の垂直転送部13によって撮像エリア14(撮像部)が構成されている。
The transfer direction of the
センサ部11に蓄積された電荷は、読出ゲート部12に読出パルスRGに対応する読出ドライブパルスΦRGが印加されることにより垂直転送部13に読み出される。センサ部11から垂直転送部13への電荷の読出しをフィールドシフトともいう。垂直転送部13は、4相の垂直転送クロックV1〜垂直転送クロックV4に基づく垂直ドライブパルスΦV1〜垂直ドライブパルスΦV4よって転送駆動され、読み出された電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この1ラインずつの電荷の垂直転送をラインシフトともいう。
The charges accumulated in the
水平転送部15の転送先の端部(最終段水平転送レジスタ214)には、水平転送部15により水平転送された電荷を電気信号に変換してアナログの撮像信号として出力する電荷・電気信号変換部16が設けられている。電荷・電気信号変換部16の最終段水平転送レジスタ214との接続箇所を電荷入力部17と称する。最終段水平転送レジスタ214は、電荷・電気信号変換部16に電荷を出力する電荷出力部の一例である。電荷・電気信号変換部16で取得された電気信号は、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力(Vo)として導出される。以上により、インターライン方式の固体撮像装置10が構成されている。
At the transfer destination end (final stage horizontal transfer register 214) of the
電荷・電気信号変換部16は、電荷入力部17の電荷量に応じた電気信号の変動を検出できればよく、種々の構成を採り得る。例えば、寄生容量を持った拡散層であるフローティングディフュージョン(Floating Diffusion:FD部)を電荷入力部17(この例では電荷蓄積部)に利用したフローティングディフュージョンアンプ(FDA;Floating Diffusion Amp)構成の増幅回路が典型的に使用される。但し、これに限らず、電荷入力部17にフローティングゲートを利用した構成等、電荷・電気信号変換機能を持つ限り、種々の構成を採り得る。電荷・電気信号変換部16は、電荷・電気信号変換機能を成すべく、電荷入力部17に接続されたトランジスタを有し、例えば、電荷入力部17の電荷の変化量ΔQと対応する電圧変化ΔVを出力端に発生させる。例えば、電荷入力部17にフローティングディフュージョンを使用する場合、フローティングディフュージョンの静電容量をCとすると、電圧変化ΔV(Vo)はΔV=ΔQ/Cで表される。
The charge /
余剰電荷掃捨部270は、電荷が不要な箇所へ漏れ込まないようにするもので、本例では水平転送路210の撮像エリア14とは反対側において水平転送路210の転送方向に沿って並設(隣接)した横型(ラテラル型、横方向)のものが使用されている。因みに、余剰電荷掃捨部の他の構成としては、半導体の深さ方向において、ポテンシャル障壁を転送ゲート下のポテンシャル障壁よりも低く設定し、溢れる電荷を基板側へ捨てる縦型構造のものもある。縦型は表面入射型への適用が容易であるが裏面入射型への適用は困難である一方、横型は表面入射型及び裏面入射型の何れにも適用が容易である。裏面入射型は基板が存在しないことがその理由である。
The surplus
固体撮像装置2は、固体撮像装置10を駆動するための種々のパルス信号(“L”レベルと“H”レベルの2値)を生成するタイミング信号生成部40と、タイミング信号生成部40から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにして固体撮像装置10に供給するドライバ42とを備えている。例えば、タイミング信号生成部40は、水平同期信号(HD)や垂直同期信号(VD)に基づいて、固体撮像装置10のセンサ部11に蓄積された電荷を読み出すための読出パルスRG、読み出した電荷を垂直方向に転送駆動し水平転送部15に渡すための垂直転送クロックV1〜垂直転送クロックVn(nは駆動時の相数を示す;例えば4相駆動時にはV4)、垂直転送部13から渡された電荷を水平方向に転送駆動し電荷・電気信号変換部16に渡すための水平転送クロックH1及び水平転送クロックH2、リセットパルスRG等を生成し、ドライバ42に供給する。固体撮像装置10が電子シャッタに対応するものである場合には、タイミング信号生成部40は、電子シャッタパルスXSGもドライバ42に供給する。
The solid-
ドライバ42は、タイミング信号生成部40から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号(ドライブパルス)に変換し、或いは別の信号に変換し固体撮像装置10に供給する。例えば、タイミング信号生成部40から発せられた4相の垂直転送クロックV1〜垂直転送クロックV4は、ドライバ42を介して垂直ドライブパルスΦV1〜垂直ドライブパルスΦV4とされ、固体撮像装置10内の対応する所定の垂直転送電極(24-1〜24-4)に印加される。読出パルスRGはドライバ42を介して垂直転送クロックV1及び垂直転送クロックV3と組み合わされて、読出電圧を含む3値レベルの垂直ドライブパルスΦV1及び垂直ドライブパルスΦV3とされ、対応する垂直転送電極24-1及び垂直転送電極24-3に印加される。水平転送クロックH1及び水平転送クロックH2は、ドライバ42を介してドライブパルスΦH1及びドライブパルスΦH2とされ、固体撮像装置10内の対応する水平転送電極29-1及び水平転送電極29-2に印加される。
The
ここで、ドライバ42は、上述のように、読出パルスRGについては、4相の垂直転送クロックV1〜垂直転送クロックV4のうちの垂直転送クロックV1及び垂直転送クロックV3と組み合わせることにより、3値レベルをとる垂直ドライブパルスΦV1及び垂直ドライブパルスΦV3として、固体撮像装置10に供給する。つまり、垂直ドライブパルスΦV1及び垂直ドライブパルスΦV3は、本来の垂直転送動作だけでなく、電荷の読出しにも兼用する。
Here, as described above, the
このような構成の固体撮像装置10の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部40は、垂直転送クロックV1〜垂直転送クロックV4や読出パルスRG等の種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ42により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、固体撮像装置10の所定端子に入力される。
An outline of a series of operations of the solid-
センサ部11の各々に蓄積された電荷は、タイミング信号生成部40から発せられた読出パルスRGが読出ゲート部12の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部12を通して垂直転送部13に読み出される。そして、4相の垂直ドライブパルスΦV1〜垂直ドライブパルスΦV4に基づいて垂直転送部13が駆動されることにより、順次水平転送部15へ転送される。
The charges accumulated in each of the
水平転送部15は、タイミング信号生成部40から発せられた2相の水平転送クロックH1及び水平転送クロックH2がドライバ42により所定電圧レベルに変換された2相の水平ドライブパルスΦH1及び水平ドライブパルスΦH2に基づいて、複数本の垂直転送部13の各々から垂直転送された1ラインに相当する電荷を順次電荷・電気信号変換部16側に水平転送する。図では、水平転送部15を1系統で示しているが、素子構成によっては水平転送部15を複数系統備えることもある。この場合、電荷・電気信号変換部16は水平転送部15ごとに設けられ、バッファ部60は各電荷・電気信号変換部16とインタフェース可能な構成にする。
The
電荷・電気信号変換部16は、水平転送部15(詳しくは最終段のチャージパケット或いはレジスタ、以下「最終段パケット」と記す)から順に注入される電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、蓄積した電荷を信号電圧に変換して、例えば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、撮像信号Vo(CCD出力信号)として出力する。電荷・電気信号変換部16の出力段のソースフォロアは、十分な駆動能力が無い。このため、ソースフォロワで増幅したCCD出力信号が劣化しないように、電荷・電気信号変換部16から出力された撮像信号Voは先ず、バッファ部60に入力され、バッファ部60を介してアナログフロントエンド61に送られる。
The charge / electrical
即ち上記固体撮像装置10においては、センサ部11を縦横に2次元状に配置してなる撮像エリア14で検出した電荷を、各センサ部11の垂直列に対応して設けられた垂直転送部13により水平転送部15まで垂直転送し、この後、2相の水平ドライブパルスH1及び水平ドライブパルスH2に基づいて、電荷を水平転送部15により水平方向に転送する。そして、電荷・電気信号変換部16にて水平転送部15からの電荷に対応した電位に変換してから出力するという動作を繰り返す。
That is, in the solid-
<電荷入力部との接続構造>
以下に、水平転送部15とFDアンプ構造を持つCCD出力段(電荷・電気信号変換部16)との接続構造の具体的な態様について説明する。
<Connection structure with charge input section>
A specific aspect of a connection structure between the
図3〜図4は、実施例1の接続構造を説明する図である。ここで、図3は、実施例1に対する比較例の接続構造を説明する図であって、図3(A)は比較例の接続構造を説明する平面模式図であり、図3(B)は図3(A)のポテンシャル図である。図4は、実施例1の接続構造を説明する図であって、図4(A)は実施例1の接続構造を説明する平面模式図であり、図4(B)は図4(A)のポテンシャル図である。 3 to 4 are diagrams illustrating a connection structure according to the first embodiment. Here, FIG. 3 is a diagram illustrating the connection structure of the comparative example with respect to Example 1, FIG. 3A is a schematic plan view illustrating the connection structure of the comparative example, and FIG. FIG. 4 is a potential diagram of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the connection structure of the first embodiment, FIG. 4 (A) is a schematic plan view for explaining the connection structure of the first embodiment, and FIG. 4 (B) is FIG. 4 (A). FIG.
図3(A)に示す比較例及び図4(A)に示す実施例1の何れも、水平転送部15は、複数の水平転送レジスタ212(Hreg)が転送方向(最終段の水平転送レジスタ212を最終段水平転送レジスタ214と記す)に配列された水平転送路210を備える。水平転送路210は、撮像エリア14を超える超過領域まで配設されており、撮像エリア14の垂直転送部13と接続される分よりも多くの水平転送レジスタ212を備える。超過領域の水平転送レジスタ212が配設されている部分を、ダミー水平転送路211と称する。ダミー水平転送路211側の水平転送レジスタ212には、最終段水平転送レジスタ214側に向けて漸次狭小となる(幅が狭くなる)ように小信号障壁220(HSB:Hreg Small signal Barrier)が形成されている。水平転送レジスタ212上の小信号障壁220は、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす転送路であって、水平転送レジスタ212におけるポテンシャルの深い部分の幅が、最終段水平転送レジスタ214側になるほど狭くなっており、その狭小部分を出口222として、小信号転送時に電荷を出口222側に集める役割を果たす。
In both the comparative example shown in FIG. 3A and the first embodiment shown in FIG. 4A, the
水平転送部15は、最終段の水平転送レジスタ212(以下、最終段水平転送レジスタ214と記す)の電荷・電気信号変換部16側には水平出力ゲート230(HOG:Hreg Output Gate)が配置され、電荷・電気信号変換部16と水平出力ゲート230との接続箇所にはフローティングディフージョン部250(FD:Floating Diffusion)が配置されている。フローティングディフージョン部250と対向する位置に小信号障壁220の出口222が配置されている。小信号障壁220の出口222は例えば2マイクロメートル程度に設定される。フローティングディフージョン部250は図示しない電荷・電気信号変換部16を成すトランジスタのゲートに接続される。
In the
水平転送部15は更に、水平オーバーフローバリア272(HOB:Hreg Overflow Barrier)と水平オーバーフロードレイン276(HOD:Hreg Overflow Drain/)とを備える。水平オーバーフローバリア272は、余剰電荷障壁の一例であり、水平オーバーフロードレイン276は余剰電荷井戸の一例であり、水平オーバーフロードレイン276(余剰電荷障壁)と水平オーバーフロードレイン276(余剰電荷井戸)とで、余剰電荷掃捨部が構成される。撮像エリア14(垂直転送部13)と反対側において水平転送路210と並設して(水平転送レジスタ212の転送方向と並行に)配置されている。水平オーバーフロードレイン276は、更にHOG272の外側に水平オーバーフローバリア272と並設して(水平転送レジスタ212の転送方向と並行に)配置されている。水平オーバーフローバリア272及び水平オーバーフロードレイン276は、水平転送路(水平転送路210)で飽和した余剰電荷を吐き捨てるための機能をなす。
The
ここで、図3(A)に示す比較例の水平転送部15Zは、電荷入力部17(この例ではフローティングディフージョン部250)が水平転送路210の幅方向の中央部に配置されている。このような比較例の接続構造の場合、大信号時(例えば大光量が入射したとき)、水平転送路210で蓄積できる電荷量を超過してしまうことがある。通常、水平転送路で蓄積可能な信号量を超過してしまった電荷は水平オーバーフロードレイン276へ吐き捨てるが、例えば、水平転送路210の最終段水平転送レジスタ214で電荷が溢れる場合、水平オーバーフローバリア272を越えて水平オーバーフロードレイン276に捨てられずに、水平出力ゲート230を越えてフローティングディフージョン部250へ電荷を溢してしまうことがある。電荷・電気信号変換部16にて電荷に基づく電気信号を取得する際には、水平出力ゲート230を開けて最終段水平転送レジスタ214に蓄積された電荷をフローティングディフージョン部250側へ吐き出すのであるが、その前に前記の「水平出力ゲート230を越えてフローティングディフージョン部250へ溢した電荷(以下「余剰電荷」とも記す)があると、その余剰電荷の分も電荷・電気信号変換部16で電気信号に変換され得る。過剰な電荷が水平転送路210を転送するとき、水平オーバーフロードレイン276へ必ず吐き捨てられるとの前提の元に信号処理を行なうので、このようなフローティングディフージョン部250側へ余剰電荷が溢れ出る現象があると、これに起因した信号漏込みにより画質が低下し、画像としても問題となってしまう。
Here, in the horizontal transfer section 15Z of the comparative example shown in FIG. 3A, the charge input section 17 (in this example, the floating diffusion section 250) is disposed at the center in the width direction of the
この現象を抑制するために、例えば、水平オーバーフローバリア272を水平出力ゲート230より低くすることが考えられる。しかしながら、水平出力ゲート230を低くすると、最終段水平転送レジスタ214に蓄積可能な電荷量(飽和電荷量と記す)が少なくなり、いわゆるダイナミックレンジが狭くなってしまう。又、水平出力ゲート230を低くしたからと云って、フローティングディフージョン部250側へ電荷が溢れ出る現象を必ず抑制できるとは限らないことが分かった。このため、最終段水平転送レジスタ214の飽和電荷量を一定程度確保することと、フローティングディフージョン部250側へ電荷が溢れ出る現象を抑制することとの両立が難しく、そのための試作検討が必要となる。
In order to suppress this phenomenon, for example, it is conceivable that the
例えば、図3(B)には、図3(A)に示したA点(フローティングディフージョン部250側)〜B点(最終段水平転送レジスタ214の幅方向及び長手方向の何れもの中央部)〜C点(水平オーバーフロードレイン276側)の部分のポテンシャル図を示している。前述のように、水平転送時(図3(B1)参照)には、水平オーバーフローバリア272を水平出力ゲート230より低くしている。フローティングディフージョン部250が水平転送路210の幅方向の中央部に配置されているため、A点からB点までの距離ABに対して、B点からC点までの距離BCが長くなる。一例としては、距離ABに対して距離BCは数倍以上となり、飽和電荷量を大きくするときには10倍以上となることも多い。例えば、距離ABは2マイクロメートル程度に設定され、距離BCは10〜30マイクロメートル程度に設定される。
For example, FIG. 3B shows a point A (floating
このような場合において、光量の少ない小信号時は、図3(B2)に示すように、電荷がフローティングディフージョン部250に溢れることはない。因みに、小信号障壁220が設けられており、その出口222がフローティングディフージョン部250と対向する位置に配置されているので、電荷は最終段水平転送レジスタ214全体ではなく、フローティングディフージョン部250近傍に集められる。一方、例えば光量の多い大信号時等には、最終段水平転送レジスタ214全体に電荷が蓄積される。水平オーバーフローバリア272のポテンシャルを水平出力ゲート230のポテンシャルよりも低くしていれば、大信号時の電荷量が最終段水平転送レジスタ214の飽和電荷量を越えるとき、理想的には、図3(B3)に示すように、全ての余剰電荷は水平オーバーフロードレイン276へ捨てられるはずである。
In such a case, at the time of a small signal with a small amount of light, as shown in FIG. Incidentally, since the
しかしながら、転送路等の電荷出力部に隣接して余剰電荷掃捨部(オーバーフローバリア及びオーバーフロードレイン)を設けた場合でも、余剰電荷が電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に溢れ、その影響が画像に現れることがあることが分かった。比較例の場合であれば、水平オーバーフローバリア272を水平出力ゲート230よりも低くしていても、水平オーバーフロードレイン276へ捨てる前にフローティングディフージョン部250へ溢してしまうことがある。
However, even if a surplus charge sweeping unit (overflow barrier and overflow drain) is provided adjacent to the charge output unit such as the transfer path, the surplus charge overflows into the charge input unit provided in the charge / electrical signal conversion unit. It was found that the effect may appear in the image. In the case of the comparative example, even if the
水平オーバーフローバリア272を水平出力ゲート230よりも低くしていてもフローティングディフージョン部250へ溢してしまう現象の理由としては、フローティングディフージョン部250が水平転送路210の幅方向の中央部(B点)に配置されていることが要因と考えられる。これは、フローティングディフージョン部250より水平オーバーフロードレイン276とは反対側の最終段水平転送レジスタ214aは、水平オーバーフロードレイン276よりもフローティングディフージョン部250の方が近いためと考えられる。詳しくは、フローティングディフージョン部250より水平オーバーフロードレイン276側の最終段水平転送レジスタ214bにおける余剰電荷は概ね水平オーバーフロードレイン276に吐き出すことができても、フローティングディフージョン部250より水平オーバーフロードレイン276とは反対側の最終段水平転送レジスタ214aにおける余剰電荷を水平オーバーフロードレイン276に吐き出すにはフローティングディフージョン部250近傍を経由することになるため電荷がフローティングディフージョン部250に集中し、フローティングディフージョン部250近傍での蓄積電荷量が局所的に増え、図3(B4)に示すように、水平出力ゲート230を越えてしまうためと考えられる。
Even if the
そこで、本実施形態では(実施例1に限らず他の実施例でも)、電荷出力部で扱うことが可能な電荷量を超過して電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を、簡単な構造で抑制することのできる技術を提案する。例えば、図4(A)に示す実施例1の水平転送部15Aは、電荷入力部17(この例ではフローティングディフージョン部250)を水平転送路の幅方向の中央付近ではなく、上側(撮像エリア14側)もしくは下側(撮像エリア14と反対側)に配置する点に特徴がある。具体的には、実施例1の水平転送部15Aは、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた(ずれた)位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン276側にフローティングディフージョン部250が配置されている。
Therefore, in this embodiment (not only in Example 1 but also in other examples), the surplus charge is exceeded in the charge input unit provided in the charge / electrical signal conversion unit exceeding the amount of charge that can be handled by the charge output unit. We propose a technology that can suppress the phenomenon that overflows with a simple structure. For example, the horizontal transfer unit 15A according to the first embodiment illustrated in FIG. 4A is configured so that the charge input unit 17 (in this example, the floating diffusion unit 250) is not located near the center in the width direction of the horizontal transfer path but on the upper side (imaging area). 14 side) or the lower side (opposite the imaging area 14). Specifically, in the horizontal transfer unit 15A according to the first embodiment, the floating
「水平転送路の中央付近ではなく」とは云っても、余剰電荷掃捨部270が設けられている場合には、水平オーバーフロードレイン276とは反対側(つまり撮像エリア14側)に電荷入力部17(フローティングディフージョン部250)を配置したのでは後述する理由から意味がない。換言すると、余剰電荷掃捨部270が設けられている実施例1の水平転送部15Aの場合には、電荷出力部(最終段水平転送レジスタ214)から電荷入力部(フローティングディフージョン部250)へ電荷が入力される第1の方向に対して交差した(直角な)第2の方向である幅方向における最終段水平転送レジスタ214(つまり水平転送路210の水平転送レジスタ212)の中央部からずれた位置(分かり易く云えば外側:以下同様)であって、撮像エリア14の反対側に配置されている水平オーバーフロードレイン276に近い側に片寄って、フローティングディフージョン部250が配置されている点に特徴がある。フローティングディフージョン部250の位置を水平オーバーフロードレイン276側に移動し、好ましくは、水平オーバーフローバリア272のポテンシャルを調整し、水平出力ゲート230よりもバリアを深く設定する。
Although it is “not near the center of the horizontal transfer path”, when the surplus
好ましくは、最終段水平転送レジスタ214の中央部(図中のB点)からフローティングディフージョン部250(詳しくは最終段水平転送レジスタ214とフローティングディフージョン部250との境界)までの距離ABが、最終段水平転送レジスタ214の図中のB点から水平オーバーフロードレイン276(詳しくは水平オーバーフローバリア272と水平オーバーフロードレイン276との境界)までの距離BC(大凡小信号障壁220の出口222の距離)と同程度となるように、フローティングディフージョン部250の配置位置を設定する。「同程度」であればよく、多少長くても、或いは短くてもよい。例えば、水平オーバーフローバリア272と小信号障壁220との距離(つまり小信号障壁220の出口222)は2マイクロメートル程度に設定される。
Preferably, the distance AB from the central portion (point B in the figure) of the final stage
ここで、図4(A1)に示す第1例の水平転送部15A_1は、小信号障壁220の出口222が比較例と同様に水平転送路の幅方向の中央付近に配置されている。これに対して、図4(A2)に示す第2例は、小信号障壁220の出口222がフローティングディフージョン部250と対向する位置に配置されている。つまり、第2例の水平転送部15A_2は、比較例に対してフローティングディフージョン部250の位置を変更したことに合わせて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220の形状を変更している。第2例の水平転送部15A_2の方が第1例の水平転送部15A_1よりもフローティングディフージョン部250近傍に電荷を集めることが容易であるから(特に小信号時)、QV変換の効率が良好である。
Here, in the horizontal transfer unit 15A_1 of the first example shown in FIG. 4A1, the
例えば、図4(B)には、図4(A)に示したA点(フローティングディフージョン部250側)〜B点(最終段水平転送レジスタ214の幅方向の中央部及び長手方向の水平オーバーフロードレイン276側)〜C点(水平オーバーフロードレイン276側)の部分のポテンシャル図を示している。第1例及び第2例の何れの場合でも、水平出力ゲート230よりも水平オーバーフローバリア272の方がバリアが深くなるように、水平オーバーフローバリア272のポテンシャルが調整されている。水平転送路210(最終段水平転送レジスタ214)の幅方向の中央付近よりも水平オーバーフロードレイン276に近い側にフローティングディフージョン部250が配置されているので、大信号時に溢れた信号を水平オーバーフロードレイン276側へ捨てることが容易になり、フローティングディフージョン部250へ溢す現象を抑制できる。
For example, FIG. 4B shows a point A (floating
フローティングディフージョン部250より水平オーバーフロードレイン276とは反対側の最終段水平転送レジスタ214aにおける余剰電荷を水平オーバーフロードレイン276に吐き出す際に、フローティングディフージョン部250近傍を経由するためフローティングディフージョン部250近傍に電荷が集中する。しかしながら、比較例よりもフローティングディフージョン部250に近い側に水平オーバーフロードレイン276が配置されているので、蓄積電荷量がフローティングディフージョン部250近傍で局所的に増えても、比較例よりも水平オーバーフロードレイン276側へ吐き出し易い。例えば大信号を転送していて飽和電荷量が足りない場合、フローティングディフージョン部250に溢れる前に水平オーバーフロードレイン276側に余剰電荷を溢れさせることにより、フローティングディフージョン部250側に余剰電荷が漏れこまないようにすることができる。大信号転送時に発生する余剰電荷のフローティングディフージョン部250側への溢れ及びこれを起因とする信号漏込みを防止することができる。この利点により、水平転送路最終段に蓄積可能な電荷量の確保が容易となり、試作の回数を減らすことができる。因みに、実施例1の電荷転送長L1は比較例の電荷転送長L0よりも長くなるが、問題はない。
When surplus charges in the final stage
以上の点を踏まえれば、特に図示のように、最終段水平転送レジスタ214の中央部(図中のB点)からフローティングディフージョン部250(詳しくは最終段水平転送レジスタ214とフローティングディフージョン部250との境界)までの距離ABが、最終段水平転送レジスタ214の図中のB点から水平オーバーフロードレイン276(詳しくは水平オーバーフローバリア272と水平オーバーフロードレイン276との境界)までの距離BCと同程度とすれば、大信号時に溢れた信号をより確実に水平オーバーフロードレイン276側へ捨てることができフローティングディフージョン部250へ溢す現象をより確実に抑制することができる。
In consideration of the above points, as shown in the drawing, the floating diffusion unit 250 (specifically, the final
因みに、実施例1等で提案する技術においては、横型の余剰電荷掃捨部270が水平転送路210に隣接して設けられていることは必須ではないが、本開示で得ようとする効果を大きくするには、余剰電荷掃捨部270が設けられていた方がよい。
Incidentally, in the technique proposed in the first embodiment or the like, it is not essential that the horizontal surplus
[電荷入力部の配置位置]
図5は、電荷入力部17の配置位置の設定手法を説明する図である。この図により、水平転送路210(最終段水平転送レジスタ214)の幅方向の中央付近よりも余剰電荷掃捨部270に近い側に電荷入力部17(この例ではフローティングディフージョン部250)を配置する際の考え方が示されている。
[Charge input position]
FIG. 5 is a diagram for explaining a method for setting the arrangement position of the
前述の説明から理解されるように、電荷入力部17(この例ではフローティングディフージョン部250)の配置位置は、電荷の主たる流れ方向(この例では水平転送路210の長手方向である転送方向)と直角な方向(この例では水平転送レジスタ212の最終段水平転送レジスタ214の幅方向)の中央付近よりも余剰電荷掃捨部270に近い側(中央部よりも外側に片寄った位置)である限り、何れの箇所に配置してもよい。
As understood from the above description, the arrangement position of the charge input unit 17 (in this example, the floating diffusion unit 250) is the main flow direction of charge (in this example, the transfer direction which is the longitudinal direction of the horizontal transfer path 210). Is a side closer to the surplus
例えば、水平転送路210(最終段水平転送レジスタ214)の幅を2・Wとし、幅方向の中央部CL1から幅方向における電荷入力部17の配置位置までの距離(換言すると、中央部よりも外側への片寄りの程度)をPとする。中央部CL1から幅方向における余剰電荷掃捨部270までの距離はWである。又、比較例の水平転送部15Zにおける電荷入力部17の配置位置の余剰電荷掃捨部270側における製造バラツキ範囲をΔPとする。製造バラツキ範囲ΔPは、例えば、標準偏差をσとしたとき、σ或いは3・σ等とすればよい。この場合において、水平転送部15Vにおける距離Pは、図5(A)に示す第1例のように、製造バラツキ範囲ΔPよりも大きければよい(ΔP<P≦W、或いは、ΔP≦P≦W)。本明細書において「よりも大きい」とは、「等号(=)」を含んでもよい。こうすることにより、大信号時に溢れた信号を比較例よりも確実に余剰電荷掃捨部270へ捨てることができ、電荷入力部17側へ溢す現象を確実に抑制することができる。
For example, the width of the horizontal transfer path 210 (final stage horizontal transfer register 214) is 2 · W, and the distance from the central portion CL1 in the width direction to the arrangement position of the
又、図5(B)に示す第2例のように、製造バラツキ範囲ΔPにとらわれずに、余剰電荷掃捨部270までの距離Wに対しての比で距離Pを規定してもよい。例えば、1/5よりも大きくする(W/5<P≦W、或いは、W/5≦P≦W:図中の「その1」)、好ましくは1/2よりも大きくする(W/2<P≦W、或いは、W/2≦P≦W:図中の「その2」)、更に好ましくは3/4よりも大きくする(3・W/4<P≦W、或いは、3・W/4≦P≦W:図中の「その3」)。通常であれば、比較例の場合、製造バラツキ範囲ΔPはW/5以下になると考えてよく、大信号時に溢れた信号を比較例よりも確実に余剰電荷掃捨部270へ捨てることができ、電荷入力部17側へ溢す現象を確実に抑制することができる。因みに、1/2よりも大きくする(W/2<P≦W、或いは、4・W/5<P≦W)ということは、幅方向の中央部CL1から余剰電荷掃捨部270までの中間点をCL2としたとき、中間点CL2よりも中央部CL1側ではなく、中間点CL2よりも余剰電荷掃捨部270側に、電荷入力部17を配置することを意味する。
Further, as in the second example shown in FIG. 5B, the distance P may be defined by the ratio to the distance W to the surplus
図5(A)及び図5(B)の何れにおいても、電荷入力部17と余剰電荷掃捨部270との距離Pの取り方は、理解し易いように、次のように設定すればよい。先ず、図4において、電荷入力部17(フローティングディフージョン部250)の中点Aを最終段水平転送レジスタ214の中間線(転送方向の中点を通る幅方向の線)上に射影した点をB点とする。そして、第1の方向(電荷転送方向)における電荷出力部(最終段水平転送レジスタ214)から電荷入力部17までの距離に関しては、電荷入力部17の中点から最終段水平転送レジスタ214の中点までの距離(図4のA点からB点までの距離)、電荷入力部17の中点から水平出力ゲート230と最終段水平転送レジスタ214との境界までの距離、最終段水平転送レジスタ214の中点から水平出力ゲート230と電荷入力部17との境界までの距離、或いは、水平出力ゲート230の転送方向の長さ(ゲート長)を使用するとよい。電荷入力部17を電荷出力部(最終段水平転送レジスタ214)に射影した位置から余剰電荷掃捨部270までの距離については、B点から余剰電荷掃捨部270(特に水平オーバーフロードレイン276)の中点までの距離、B点から余剰電荷掃捨部270(特に水平オーバーフロードレイン276)の中点までの距離、或いは、B点から水平オーバーフローバリア272と水平オーバーフロードレイン276との境界までの距離を使用するとよい。最も好ましい距離の取り方としては、電荷入力部17側については、最終段水平転送レジスタ214の中点(図4のB点)から水平出力ゲート230と電荷入力部17との境界までの距離、余剰電荷掃捨部270側については、最終段水平転送レジスタ214の中点(図4のB点)から水平オーバーフローバリア272と水平オーバーフロードレイン276との境界までの距離である。
5A and 5B, the distance P between the
図6は、実施例2の接続構造を説明する図である。ここで、図6(A)は実施例2の接続構造を説明する平面模式図であり、図6(B)は図6(A)のポテンシャル図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a connection structure according to the second embodiment. Here, FIG. 6A is a schematic plan view illustrating the connection structure of the second embodiment, and FIG. 6B is a potential diagram of FIG.
実施例2の水平転送部15Bは、水平オーバーフローバリア272及び水平オーバーフロードレイン276の他に、水平オーバーフローバリア274と水平オーバーフロードレイン278とを備える。水平オーバーフローバリア274は、垂直転送部13と接続される分よりも後段側の水平転送レジスタ212(つまりダミー水平転送路211)について、撮像エリア14(垂直転送部13)側においてダミー水平転送路211と並設して(水平転送レジスタ212の転送方向と並行に)配置されている。水平オーバーフロードレイン278は、更に水平オーバーフローバリア274の外側に水平オーバーフローバリア274と並設して(水平転送レジスタ212の転送方向と並行に)配置されている。水平オーバーフローバリア274及び水平オーバーフロードレイン278は、水平オーバーフローバリア272及び水平オーバーフロードレイン276と同様に、水平転送路210で飽和した余剰電荷を吐き捨てるための機能をなす。
The
そして、実施例1の水平転送部15Bは、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン278側に、フローティングディフージョン部252が配置されている点に特徴がある。フローティングディフージョン部252は図示しない電荷・電気信号変換部16を成すトランジスタのゲートに接続される。水平転送路の中央付近よりもHODに近い側にフローティングディフージョン部252が配置されている点では実施例1と共通する。好ましくは、最終段水平転送レジスタ214の中央部(図中のB点)からフローティングディフージョン部252(詳しくは最終段水平転送レジスタ214とフローティングディフージョン部252との境界)までの距離が、最終段水平転送レジスタ214の中央部(図中のB点)から水平オーバーフロードレイン278(詳しくは水平オーバーフローバリア274と水平オーバーフロードレイン278との境界)までの距離と同程度或いはそれ以下となるように、フローティングディフージョン部252の配置位置を設定する。
The
ここで、図6(A1)に示す第1例の水平転送部15B_1は、小信号障壁220の出口222が比較例と同様に水平転送路の幅方向の中央付近に配置されている。これに対して、図6(A2)に示す第2例の水平転送部15B_2は、小信号障壁220の出口222がフローティングディフージョン部252と対向する位置に配置されるようにしている。つまり、第2例は、比較例に対してフローティングディフージョン部252の位置を変更したことに合わせて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220の形状を変更している。第2例の水平転送部15B_2の方が第1例の水平転送部15B_1よりもフローティングディフージョン部252近傍に電荷を集めることが容易であるから(特に小信号時)、QV変換の効率が良好である。
Here, in the horizontal transfer unit 15B_1 of the first example shown in FIG. 6A1, the
実施例2も実施例1と同様に、大信号時に溢れた余剰電荷をフローティングディフージョン部252へ溢すことなく水平オーバーフロードレイン278側へ捨てることができ、大信号転送時に発生する余剰電荷のフローティングディフージョン部252側への溢れやこれを起因とする信号漏込みを防止することができる。因みに、実施例2の電荷転送長L2の方が実施例1の電荷転送長L1よりも短くなるため、転送効率が実施例1よりも良好である。
In the second embodiment, as in the first embodiment, surplus charges overflowing at the time of a large signal can be discarded to the
図7は、実施例3の接続構造を説明する図(平面模式図)である。ポテンシャル図は割愛する。図から分かるように、実施例3の水平転送部15Cは、実施例1と実施例2とを併用した構成であり、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン276側に、フローティングディフージョン部250が配置され、更に、水平オーバーフロードレイン278側にもフローティングディフージョン部252が配置されている。フローティングディフージョン部250は図示しない第1の電荷・電気信号変換部16を成すトランジスタのゲートに接続され、フローティングディフージョン部252は図示しない第2の電荷・電気信号変換部16を成すトランジスタのゲートに接続される。
FIG. 7 is a diagram (planar schematic diagram) illustrating a connection structure according to the third embodiment. I omit the potential diagram. As can be seen from the figure, the horizontal transfer section 15C of the third embodiment has a configuration in which the first embodiment and the second embodiment are used in combination, at a position deviated from the center in the width direction of the
好ましくは、最終段水平転送レジスタ214の第1の中央部(図中のB1点)からフローティングディフージョン部250(詳しくは最終段水平転送レジスタ214とフローティングディフージョン部250との境界)までの距離が、最終段水平転送レジスタ214の第1の中央部(図中のB点1)から水平オーバーフロードレイン276(詳しくは水平オーバーフローバリア272と水平オーバーフロードレイン276との境界)までの距離と同程度或いはそれ以下となるように、フローティングディフージョン部250の配置位置を設定する。更に、最終段水平転送レジスタ214の第2の中央部(図中のB2点)からフローティングディフージョン部252(詳しくは最終段水平転送レジスタ214とフローティングディフージョン部252との境界)までの距離が、最終段水平転送レジスタ214の第2の中央部(図中のB点2)から水平オーバーフロードレイン278(詳しくは水平オーバーフローバリア274と水平オーバーフロードレイン278との境界)までの距離と同程度或いはそれ以下となるように、フローティングディフージョン部252の配置位置を設定する。
Preferably, the distance from the first central portion (point B1 in the figure) of the final stage
図7(A)に示す第1例の水平転送部15C_1は、小信号障壁220の出口222が比較例と同様に水平転送路の幅方向の中央付近に配置されている。これに対して、図6(B)に示す第2例水平転送部15C_2は、小信号障壁220に2つの出口222_1及び出口222_2が設けられ、出口222_1がフローティングディフージョン部250と対向する位置に配置され、出口222_2がフローティングディフージョン部252と対向する位置に配置されている。つまり、第2例は、比較例に対してフローティングディフージョン部250及びフローティングディフージョン部252の位置を変更したことに合わせて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220の形状を変更している。
In the horizontal transfer unit 15C_1 of the first example shown in FIG. 7A, the
実施例3の水平転送部15Cは、フローティングディフュージョンを、水平オーバーフロードレイン276側のフローティングディフージョン部250と水平オーバーフロードレイン278側のフローティングディフージョン部252の2箇所に備えるので、大信号転送時に発生する余剰電荷のフローティングディフュージョン側への溢れやこれを起因とする信号漏込みを、実施例1及び実施例2よりも確実に防止することができる。
The horizontal transfer unit 15C according to the third embodiment includes floating diffusions at two locations of the floating
図8は、実施例4の接続構造を説明する図(平面模式図)である。ポテンシャル図は割愛する。図から分かるように、実施例4の水平転送部15Dは、実施例1、実施例2、或いは、実施例3に対して小信号障壁220を取り外した構成である。
FIG. 8 is a diagram (planar schematic diagram) illustrating a connection structure according to the fourth embodiment. I omit the potential diagram. As can be seen from the figure, the horizontal transfer unit 15D of the fourth embodiment is configured by removing the
図8(A)に示す第1例の水平転送部15D_1は、実施例1に対する変形例であり、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン276側に、フローティングディフージョン部250が配置されている。図8(B)に示す第2例の水平転送部15D_2は、実施例2に対する変形例であり、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン278側に、フローティングディフージョン部252が配置されている。図8(C)に示す第3例の水平転送部15D_3は、実施例3に対する変形例であり、水平転送路210の幅方向の中央部から外れた位置で、かつ、水平オーバーフロードレイン276側にフローティングディフージョン部250が配置され、水平オーバーフロードレイン278側にフローティングディフージョン部252が配置されている。
A horizontal transfer unit 15D_1 of the first example shown in FIG. 8A is a modification of the first example, and is located at a position deviating from the center in the width direction of the
実施例4の水平転送部15Dは、水平転送路210に小信号障壁220が設けられていないので、小信号転送時に電荷を出口222側に集める効果は得られないが、実施例1〜実施例3と同様に、大信号転送時に発生する余剰電荷のフローティングディフュージョン側への溢れやこれを起因とする信号漏込みを防止することはできる。
In the horizontal transfer unit 15D of the fourth embodiment, since the
以上、本開示について実施形態(或いは実施例:以下同様)を用いて説明したが、本開示の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれる。 As described above, the present disclosure has been described using the embodiment (or example: the same applies below), but the technical scope of the present disclosure is not limited to the scope described in the embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiments without departing from the gist, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present disclosure.
又、前記実施形態は、クレーム(請求項)に係る技術を限定するものではなく、更には、実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが本開示で提案する技術の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の技術が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の変形された技術を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、本開示で得ようとする効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成も本開示で提案する技術として抽出され得る。 Further, the embodiments do not limit the technology according to the claims (claims), and furthermore, all the combinations of features described in the embodiments are the solution of the technology proposed in the present disclosure. It is not always essential. The above-described embodiments include technologies at various stages, and various modified technologies can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some configuration requirements are deleted from all the configuration requirements shown in the embodiment, a configuration in which some of the configuration requirements are deleted is proposed in the present disclosure as long as the effect to be obtained by the present disclosure is obtained. Can be extracted as a technique.
[第1変形例]
例えば、前記実施形態では、いわゆるエリアセンサの一例としてCCD型の固体撮像装置における水平転送部とその最終段と接続される電荷・電気信号変換部とに着目して説明したが、本開示で提案する技術の適用範囲はこれに限定されない。例えば、図9に示す第1変形例のように、CCD型の固体撮像装置は、リニアセンサであってもよい。この例では、電荷検出部が直線状に2列配置されている、換言すると素子部が2列設けられている。列ごとに電荷転送部が設けられ、各列の電荷転送部の各電荷検出部に対応して転送レジスタRegが設けられている。最終段の転送レジスタRegを最終段レジスタLRegと称する。最終段レジスタLRegは、読出しゲートROGを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部250と接続される。又、電荷転送部と並設して1列の余剰電荷掃捨部が設けられ、この1列の余剰電荷掃捨部が2列の電荷転送部に共用される構成となっている。詳しくは、オーバーフローバリアが素子部ごとに設けられ、2列分のオーバーフローバリアがオーバーフロードレインを挟む状態になっている。このような構造において、リニアセンサに設けられる電荷転送路と電荷・電気信号変換部の電荷入力部との接続構造に関して、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。例えば、必要に応じて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220を電荷転送部の最終段側の数段分に設け、小信号障壁220の電荷出力部側の出口を電荷入力部と対向する位置に配置してもよい。
[First Modification]
For example, in the above-described embodiment, as an example of a so-called area sensor, the horizontal transfer unit in the CCD solid-state imaging device and the charge / electrical signal conversion unit connected to the final stage thereof have been described. The scope of application of the technology is not limited to this. For example, as in the first modification shown in FIG. 9, the CCD solid-state imaging device may be a linear sensor. In this example, the charge detection parts are arranged in two lines in a straight line, in other words, two element parts are provided. A charge transfer unit is provided for each column, and a transfer register Reg is provided corresponding to each charge detection unit of the charge transfer unit of each column. The final stage transfer register Reg is referred to as a final stage register LReg. The final stage register LReg is connected to the floating
[第2変形例]
固体撮像装置或いは撮像装置を構成する部材としての電荷検出装置或いは電荷転送装置に限らず、例えば、図10に示す第2変形例のように、電荷検出装置単独のものにも、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。因みに、第2変形例の電荷転送装置は、例えばリニアセンサに類似した構成になっている。即ち、図示した構成では、電荷検出部が直線状に1列配置されている、換言すると素子部が1列設けられている。電荷転送部の各電荷検出部に対応して転送レジスタRegが設けられている。最終段の転送レジスタRegを最終段レジスタLRegと称する。最終段レジスタLRegは、読出しゲートROGを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部250と接続される。電荷転送部と並設して余剰電荷掃捨部が設けられている。このような構造において、リニアセンサに設けられる電荷転送路と電荷・電気信号変換部の電荷入力部との接続構造に関して、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。例えば、必要に応じて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220を電荷転送部の最終段側の数段分に設け、小信号障壁220の電荷出力部側の出口を電荷入力部と対向する位置に配置してもよい。
[Second Modification]
The solid-state imaging device or the charge detection device as a member constituting the imaging device is not limited to the charge detection device or the charge transfer device. For example, as in the second modification shown in FIG. The proposed technology can be applied as well. Incidentally, the charge transfer device of the second modification has a configuration similar to, for example, a linear sensor. In other words, in the illustrated configuration, the charge detection units are arranged in a line in a straight line, in other words, one element unit is provided. A transfer register Reg is provided corresponding to each charge detection unit of the charge transfer unit. The final stage transfer register Reg is referred to as a final stage register LReg. The final stage register LReg is connected to the floating
[第3変形例]
或いは、図11に示す第3変形例のように、電荷転送装置単独のものにも、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。例えば図11(A)に示す第1例は、電荷生成部(電荷検出部の一例)は電荷出力部を兼ねる構成と捉えてもよいし、或いは、読出しゲート及びリセットゲート(図示しない電荷・電気信号変換部16に設けられる)を電荷出力部として捉えてもよい。図示した構成では、1つの電荷生成部が読出しゲートROGを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部250と接続されている。電荷生成部及び読出しゲートROGと並設して余剰電荷掃捨部が設けられている。このような構造において、リニアセンサに設けられる電荷転送路と電荷・電気信号変換部の電荷入力部との接続構造に関して、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。例えば、必要に応じて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁220を電荷転送部の最終段側の数段分に設け、小信号障壁220の電荷出力部側の出口を電荷入力部と対向する位置に配置してもよい。
[Third Modification]
Alternatively, as in the third modification shown in FIG. 11, the technique proposed in the above embodiment can be similarly applied to a single charge transfer device. For example, in the first example shown in FIG. 11A, the charge generation unit (an example of the charge detection unit) may be regarded as a configuration that also serves as the charge output unit, or a read gate and a reset gate (charge / electricity not shown). (Provided in the signal conversion unit 16) may be regarded as a charge output unit. In the illustrated configuration, one charge generation unit is connected to the floating
一方、図11(B)に示す第2例は、電荷転送部をアナログ信号の遅延に利用する形態(アナログ量を扱うシフトレジスタ)であり、例えばCCDディレイラインとして適用される。電荷転送部における転送レジスタRegの配列方向の一端(図中の右側)には電気信号を電荷に変換する電気信号・電荷変換部と、変換された電荷を電荷転送部に注入する注入ゲートとが設けられている。電荷転送部における転送レジスタRegの配列方向の他端(図中の左側)は、読出しゲートROGを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部250と接続されている。必要に応じて、小信号転送時に電荷を集める役割を果たす小信号障壁を電荷転送部の最終段側の数段分に設け、小信号障壁の電荷出力部側の出口を電荷入力部と対向する位置に配置してもよい。注入ゲートを介して入力した電荷を転送レジスタの素子数分の転送回数に相当する遅延を持たせて反対側の端から取り出すことにより遅延線(ディレイライン)として動作させる。
On the other hand, the second example shown in FIG. 11B is a form in which the charge transfer unit is used for delaying an analog signal (shift register that handles an analog amount), and is applied as a CCD delay line, for example. At one end (right side in the figure) of the transfer register Reg in the charge transfer unit, there is an electric signal / charge conversion unit that converts an electric signal into charge, and an injection gate that injects the converted charge into the charge transfer unit. Is provided. The other end (left side in the figure) of the transfer register Reg in the charge transfer unit is connected to the floating
[第4変形例]
図12に示す第4変形例のように、CMOS型のリニアセンサ或いはエリアセンサ(CMOSイメージセンサ)等のように、電荷検出部が配列された素子部(或いは素子エリア部)の各画素に電荷・電気信号変換部を配置する構成においても、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。例えば、CMOSイメージセンサは、光電変換部(電荷検出部の一例)を含む画素が二次元アレイ状に複数配置されている。個々の画素は、光電変換部の他に、転送ゲート部、リセットゲート部、及び、増幅部(電荷・電気信号変換部の一例)等を構成する多くの構成要素(例えば、トランジスタ)を一画素領域内に有する。このような構造において、光電変換部と増幅部との間の接続構造に関して、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。因みに、この場合、光電変換部は電荷出力部を兼ねる構成と捉えてもよいし、或いは、転送ゲート部及びリセットゲート部を電荷出力部として捉えてもよい。
[Fourth Modification]
As in the fourth modification shown in FIG. 12, a charge is applied to each pixel of the element portion (or element area portion) in which the charge detection portion is arranged, such as a CMOS type linear sensor or an area sensor (CMOS image sensor). The technique proposed in the above embodiment can be similarly applied to the configuration in which the electric signal conversion unit is arranged. For example, in a CMOS image sensor, a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit (an example of a charge detection unit) are arranged in a two-dimensional array. Each pixel includes, in addition to the photoelectric conversion unit, a number of components (for example, transistors) constituting a transfer gate unit, a reset gate unit, an amplification unit (an example of a charge / electric signal conversion unit), and the like. Have in the area. In such a structure, the technique proposed in the above embodiment can be similarly applied to the connection structure between the photoelectric conversion unit and the amplification unit. Incidentally, in this case, the photoelectric conversion unit may be regarded as a configuration that also serves as a charge output unit, or the transfer gate unit and the reset gate unit may be regarded as a charge output unit.
例えば、図12は、AD変換(Analog to Digital Conversion)処理とCDS(Correlated Double Sampling;相関2重サンプリング)処理に着目したCMOSイメージセンサ1001の簡易的な回路構成図である。AD変換方式としては、回路規模や処理速度(高速化)や分解能等の観点から様々な方式が考えられているが、一例として、参照信号比較型、スロープ積分型、或いはランプ信号比較型等とも称されるAD変換方式を採用する。この手法は、簡単な構成でAD変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。参照信号比較型のAD変換に当たっては、変換開始(比較処理の開始)から変換終了(比較処理の終了)までの時間に基づいてカウント動作有効期間Tenを決定し(ここではその期間を示すカウントイネーブル信号ENとする)、その期間のクロック数に基づき処理対象信号をデジタルデータに変換する。以下具体的に説明する。 For example, FIG. 12 is a simple circuit configuration diagram of the CMOS image sensor 1001 focusing on AD conversion (Analog to Digital Conversion) processing and CDS (Correlated Double Sampling) processing. As an AD conversion method, various methods are considered from the viewpoint of circuit scale, processing speed (high speed), resolution, etc. As an example, a reference signal comparison type, a slope integration type, a ramp signal comparison type, etc. The AD conversion method called is adopted. Since this method can realize an AD converter with a simple configuration, it has a feature that the circuit scale does not increase even if it is provided in parallel. In the reference signal comparison type AD conversion, the count operation effective period Ten is determined based on the time from the conversion start (comparison process start) to the conversion end (comparison process end) (here, a count enable indicating the period). The signal to be processed is converted into digital data based on the number of clocks in that period. This will be specifically described below.
単位画素1003は、電荷生成部1032の他に、4個のトランジスタ(読出選択用トランジスタ1034、リセットトランジスタ1036、垂直選択用トランジスタ1040、増幅用トランジスタ1042)を、電荷・電気信号変換部の一例である画素信号生成部1005を構成する基本素子として備える。読出選択用トランジスタ1034は、転送信号TRGで駆動される。初期化部を構成するリセットトランジスタ1036は、リセット信号RSTで駆動される。垂直選択用トランジスタ1040は、垂直選択信号VSELで駆動される。
The
電荷生成部1032は、フォトダイオード等の受光素子で構成される検知部の一例である。電荷生成部1032は、受光素子のアノードが低電位側の基準電位Vssに接続され、カソード側が読出選択用トランジスタ1034のソースに接続されている。基準電位Vssは接地電位GNDとしてもよい。読出選択用トランジスタ1034(転送ゲート)は、ドレインがリセットトランジスタ1036とフローティングディフュージョン1038と増幅用トランジスタ1042とが接続される接続ノードに接続される。リセットトランジスタ1036は、ソースがフローティングディフュージョン1038に、ドレインがリセット電源Vrd(通常は電源Vddと共通にする)にそれぞれ接続される。
The
垂直選択用トランジスタ1040は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ1042のソースに、ソースが画素線1051にそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)が垂直選択線1052に接続される。増幅用トランジスタ1042は、ゲートがフローティングディフュージョン1038に接続され、ドレインが電源Vddに接続され、ソースは垂直選択用トランジスタ1040を介して画素線1051に接続され、更に画素線1051が垂直信号線1019に接続される。他の接続例として、垂直選択用トランジスタ1040は、ドレインを電源Vddに接続し、ソースを増幅用トランジスタ1042のドレインに接続し、増幅用トランジスタ1042のソースを画素線1051に接続してもよい。
For example, the
垂直信号線1019は、一端がカラム部1026側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部1024が接続されている。動作電流供給部1024の各列の電流源1240は、垂直列に対して負荷MOSトランジスタを有し、各列共通に使用される基準電流源部1248と負荷MOSトランジスタとの間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成し、垂直信号線1019に対し定電流源1242として機能するようになっている。そして、増幅用トランジスタ1042との間で、略一定の動作電流(読出電流)が供給されるソースフォロワ構成が採られる。
One end of the
参照信号生成部1027は、DA変換部1270と抵抗部1340とを有する。図示しないが、DA変換部1270は、定電流源の組合せで構成されている電流源部、カウンタ部、オフセット生成部、電流源制御部、規定電流I_0を設定する基準電流源部を備え、電流出力型のDA変換回路となっている。電流源部の電流出力端には、抵抗値R_1340の抵抗部1340が電流電圧変換部として接続されている。電流源部、電流源制御部、抵抗部1340で、電流電圧変換部が構成され、電流源部と抵抗部1340との接続点の発生する電圧が参照信号SLP_ADCとして利用される。
The reference
各カラムの垂直信号線1019は、比較処理部1322の一方の端子(この例では反転入力端)に接続されている。これによって、垂直信号線1019を介して、画素信号電圧Vxがカラム部1026のAD変換部1250に供給される。AD変換部1250では、単位画素1003から垂直信号線1019に読み出した画素信号電圧Vxを、AD変換部1250の比較処理部1322で参照信号SLP_ADCと比較する。そして、図示を割愛したカウンタ制御信号生成部が計数処理部1351をカウントイネーブル信号ENに基づき動作させ、そのカウント動作と1対1の対応をとりながらを参照信号電位を変化させ、垂直信号線1019の画素信号電圧Vxをデジタルデータに変換する。
The
このような構造のCMOSイメージセンサ1001において、単位画素1003に設けられる電荷生成部1032と画素信号生成部1005(電荷・電気信号変換部)のフローティングディフュージョン1038(電荷入力部)との接続構造に関して、前記実施形態で提案した技術を同様に適用できる。
In the CMOS image sensor 1001 having such a structure, regarding a connection structure between the
[その他の電子機器への適用例]
図13は、本開示で提案する技術(前記実施形態で提案した技術)が適用される電子機器の一例を説明する図である。
[Examples of application to other electronic devices]
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an electronic device to which the technique proposed in the present disclosure (the technique proposed in the embodiment) is applied.
前記実施形態で提案した電荷検出装置、電荷転送装置、固体撮像装置、或いは撮像装置の技術は、ゲーム機、電子ブック、電子辞書、携帯電話機等の各種の電子機器において、電荷・電気信号変換部に設けた電荷入力部に余剰電荷が溢れる現象を抑制する場合に適用することができる。 The charge detection device, the charge transfer device, the solid-state imaging device, or the imaging device proposed in the above embodiments is used in various electronic devices such as game machines, electronic books, electronic dictionaries, and mobile phones. The present invention can be applied to the case where the phenomenon of surplus charges overflowing in the charge input portion provided in FIG.
例えば、図13(A)は、電子機器600が、画像表示装置の一例である表示モジュール604(液晶表示装置や有機EL表示装置)を利用したテレビジョン受像機602の場合の外観例を示す図である。テレビジョン受像機602は、台座606に支持されたフロントパネル603の正面に表示モジュール604を配置した構造となっており、表示面にはフィルターガラス605が設けられている。このテレビジョン受像機602には、図示しないCCDディレイライン(電荷転送装置の一例)が使用されており、CCDディレイラインを利用した信号遅延処理において、前記実施形態で提案した技術がそのまま適用可能である。
For example, FIG. 13A illustrates an example of an external appearance in the case where the
図13(B)は、電子機器600がデジタルカメラ612の場合の外観例を示す図である。デジタルカメラ612は、表示モジュール614、コントロールスイッチ616、シャッターボタン617、その他を含んでいる。デジタルカメラ612には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前記実施形態で提案した固体撮像装置或いは撮像装置の技術がそのまま適用可能である。
FIG. 13B is a diagram illustrating an appearance example when the
図13(C)は、電子機器600がビデオカメラ622の場合の外観例を示す図である。ビデオカメラ622は、本体623の前方に被写体を撮像する撮像レンズ625が設けられ、さらに、表示モジュール624や撮影のスタート/ストップスイッチ626等が配置されている。ビデオカメラ622には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前記実施形態で提案した固体撮像装置或いは撮像装置の技術がそのまま適用可能である。
FIG. 13C is a diagram illustrating an appearance example when the
図13(D)は、電子機器600が携帯電話機632の場合の外観例を示す図である。携帯電話機632は、折り畳み式であり、上側筐体633a、下側筐体633b、表示モジュール634a、サブディスプレイ634b、カメラ635、連結部636(この例ではヒンジ部)、ピクチャーライト637等を含んでいる。そして、携帯電話機632のカメラ635に関して、前記実施形態で提案した固体撮像装置或いは撮像装置の技術がそのまま適用可能である。
FIG. 13D illustrates an example of an external appearance when the
図13(E)は、電子機器600がコンピュータ642の場合の外観例を示す図である。コンピュータ642は、下型筐体643a、上側筐体643b、表示モジュール644、Webカメラ645、キーボード646等を含んでいる。そして、コンピュータ642のWebカメラ645に関して、前記実施形態で提案した固体撮像装置或いは撮像装置の技術がそのまま適用可能である。
FIG. 13E illustrates an example of an external appearance when the
1…撮像装置、10…固体撮像装置、11…センサ部、13…垂直転送部、14…撮像エリア、15…水平転送部、16…電荷・電気信号変換部、17…電荷入力部、2…固体撮像装置、210…水平転送路、211…ダミー水平転送路、212…水平転送レジスタ、214…最終段水平転送レジスタ、220…小信号障壁、222…出口、230…水平出力ゲート、250…フローティングディフージョン部、252…フローティングディフージョン部、270…余剰電荷掃捨部、272…水平オーバーフローバリア、274…水平オーバーフローバリア、276…水平オーバーフロードレイン、278…水平オーバーフロードレイン、3…撮像装置モジュール、4…本体ユニット、40…タイミング信号生成部、42…ドライバ、46…駆動電源、5…光学系、6…信号処理系、7…記録系、8…表示系、9…制御系
DESCRIPTION OF
Claims (20)
電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、
電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、
とを備え、
電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有し、
電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、
電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている
固体撮像装置。 An element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a certain direction;
A transfer register corresponding to the charge detection unit, and a charge transfer unit configured to transfer charges by the transfer register;
A charge-electric signal converter that generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit;
And
The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charge in a first direction that is a charge transfer direction,
The charge / electrical signal conversion unit has a charge input unit that receives charges input from the charge output unit,
The charge input unit is a solid-state imaging device arranged at a position shifted from a central part of the charge output unit in a second direction intersecting the first direction.
障壁の電荷出力部側の出口は、電荷入力部と対向する位置に配置されている
請求項1に記載の固体撮像装置。 A barrier that plays the role of collecting charges during small signal transfer is provided in the charge transfer unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the outlet on the charge output portion side of the barrier is disposed at a position facing the charge input portion.
電荷転送部は、電荷検出部の列ごとに設けられており、
電荷・電気信号変換部は、各列の電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する
請求項1又は請求項2に記載の固体撮像装置。 The element unit has a charge detection unit arranged in series,
The charge transfer unit is provided for each column of the charge detection unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge / electrical signal conversion unit generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit of each column.
電荷転送部は、電荷検出部の垂直列ごとに設けられるとともに、電荷検出部から出力された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部とで成り、
電荷・電気信号変換部は、水平転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する
請求項1又は請求項2に記載の固体撮像装置。 The element part has a charge detection part arranged in a matrix,
The charge transfer unit is provided for each vertical column of the charge detection unit, and the vertical transfer unit transfers the charge output from the charge detection unit in the vertical direction, and the charge is transferred from the vertical transfer unit. It consists of a horizontal transfer unit that transfers in the horizontal direction,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge / electrical signal conversion unit generates an electric signal corresponding to the amount of the charge transferred by the horizontal transfer unit.
電荷検出部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、
とを備え、
素子部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷検出部が検出した電荷を出力する電荷出力部を有し、
電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、
電荷入力部は、電荷検出部から電荷入力部へ電荷が入力される第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷検出部の中央部からずれた位置に配置されている
固体撮像装置。 An element portion provided with a charge detection portion for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics;
A charge / electrical signal conversion unit that has a charge input unit that receives a charge input from the charge detection unit and generates an electrical signal corresponding to the amount of the received charge;
And
The element unit includes a charge output unit that outputs the charge detected by the charge detection unit in the first direction, which is the charge transfer direction,
The charge / electrical signal conversion unit has a charge input unit that receives charges input from the charge output unit,
The charge input unit is disposed at a position shifted from the center of the charge detection unit in the second direction intersecting the first direction in which charge is input from the charge detection unit to the charge input unit. .
電荷・電気信号変換部は、電荷入力部が各電荷検出部と対応した電荷出力部からの電荷を各別に受け取るように構成されており、又は、電荷入力部が各電荷検出部と対応した電荷出力部からの電荷を時分割で受け取るように構成されており、各電荷入力部が受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する
請求項5に記載の固体撮像装置。 In the element part, the charge detection parts are arranged in series or in a matrix,
The charge / electrical signal conversion unit is configured so that the charge input unit separately receives charges from the charge output unit corresponding to each charge detection unit, or the charge input unit corresponds to each charge detection unit. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the solid-state imaging device is configured to receive the charge from the output unit in a time-sharing manner and generates an electrical signal corresponding to the amount of charge received by each charge input unit.
電荷入力部は、第2の方向における電荷出力部の中央部よりも余剰電荷掃捨部側にずれた位置に配置されている
請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の固体撮像装置。 A surplus charge sweeping unit capable of sweeping away unnecessary charges from the charge output unit in the second direction is provided in parallel with the charge output unit,
The solid-state imaging according to any one of claims 1 to 6, wherein the charge input unit is disposed at a position shifted toward the surplus charge sweeping unit side from the central part of the charge output unit in the second direction. apparatus.
請求項7に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the surplus charge sweeping unit is disposed on a side opposite to the element unit of the charge output unit.
請求項7又は請求項8に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7 or 8, wherein the surplus charge sweeping section is disposed on the element section side of the charge output section.
請求項7乃至請求項9の何れか1項に記載の固体撮像装置。 10. The solid-state imaging according to claim 7, wherein the element portion has a back-illuminated structure that takes in electromagnetic waves from a side opposite to the side on which the wiring layer is disposed with respect to the charge detection portion. apparatus.
請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The distance P is longer than W / 5, where the width of the charge output portion in the second direction is 2 · W and the distance from the central portion of the charge output portion to the charge input portion in the second direction is P. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10.
請求項11に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the distance P is longer than 3 · W / 4.
請求項7乃至請求項10の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The distance in the first direction from the charge output unit to the charge input unit and the distance in the second direction from the position where the charge input unit is projected onto the charge output unit to the surplus charge sweeping unit are set to be approximately the same. The solid-state imaging device according to any one of claims 7 to 10.
電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、受け取った電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、
とを備え、
電荷入力部は、電荷出力部から電荷入力部へ電荷が入力される第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている
電荷検出装置。 A charge output unit that outputs a charge detected by a charge detection unit that detects a charge generated based on a change in physical characteristics;
A charge / electrical signal conversion unit that has a charge input unit that receives a charge input from the charge output unit and generates an electrical signal corresponding to the amount of the received charge;
And
The charge input unit is disposed at a position shifted from the center of the charge output unit in the second direction intersecting the first direction in which charge is input from the charge output unit to the charge input unit. .
を更に備え、
電荷入力部は、第2の方向における電荷出力部の中央部よりも余剰電荷掃捨部側にずれた位置に配置されている
請求項14に記載の電荷検出装置。 A surplus charge sweeping unit capable of sweeping away unnecessary charges in the charge output unit in the second direction;
Further comprising
The charge detection device according to claim 14, wherein the charge input unit is disposed at a position shifted from the central part of the charge output unit in the second direction toward the surplus charge sweeping unit.
電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部、
とを備え、
電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有し、
電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、
電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている
電荷転送装置。 A plurality of transfer registers, and a charge transfer unit that transfers charges by the transfer registers;
A charge-electric signal converter that generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit;
And
The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charge in a first direction that is a charge transfer direction,
The charge / electrical signal conversion unit has a charge input unit that receives charges input from the charge output unit,
The charge transfer device is a charge transfer device arranged at a position shifted from the center of the charge output unit in the second direction intersecting the first direction.
電荷入力部は、第2の方向における電荷出力部の中央部よりも余剰電荷掃捨部側にずれた位置に配置されている
請求項16に記載の電荷転送装置。 A surplus charge sweeping unit capable of sweeping unnecessary charges in the charge output unit in the second direction is provided in parallel with the plurality of transfer registers and the charge output unit,
The charge transfer device according to claim 16, wherein the charge input unit is disposed at a position shifted toward the surplus charge sweeping unit side with respect to the central portion of the charge output unit in the second direction.
障壁の電荷出力部側の出口は、電荷入力部と対向する位置に配置されている
請求項16又は請求項17に記載の電荷転送装置。 A barrier that plays the role of collecting charges during small signal transfer is provided in the charge transfer unit,
18. The charge transfer device according to claim 16, wherein the outlet on the charge output unit side of the barrier is disposed at a position facing the charge input unit.
電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、
電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部と、
電荷検出部に電磁波を導く入射系、
とを備え、
電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有し、
電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、
電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている
撮像装置。 An element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a certain direction;
A transfer register corresponding to the charge detection unit, and a charge transfer unit configured to transfer charges by the transfer register;
A charge-electric signal converter that generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit;
An incident system that guides electromagnetic waves to the charge detector,
And
The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charge in a first direction that is a charge transfer direction,
The charge / electrical signal conversion unit has a charge input unit that receives charges input from the charge output unit,
The image pickup apparatus, wherein the charge input unit is disposed at a position shifted from a central part of the charge output unit in the second direction intersecting the first direction.
電荷検出部に対応して転送レジスタが配列され、電荷を転送レジスタにより転送する電荷転送部と、
電荷転送部により転送された電荷の量に対応する電気信号を生成する電荷・電気信号変換部と、
とを有する固体撮像装置を備えた電子機器であって、
電荷転送部は、電荷の転送方向である第1の方向において、電荷を出力する電荷出力部を有し、
電荷・電気信号変換部は、電荷出力部から入力された電荷を受け取る電荷入力部を有し、
電荷入力部は、第1の方向に対して交差した第2の方向における電荷出力部の中央部からずれた位置に配置されている
電子機器。 An element unit in which a charge detection unit for detecting a charge generated based on a change in physical characteristics is arranged in a certain direction;
A transfer register corresponding to the charge detection unit, and a charge transfer unit configured to transfer charges by the transfer register;
A charge-electric signal converter that generates an electric signal corresponding to the amount of charge transferred by the charge transfer unit;
An electronic device comprising a solid-state imaging device having
The charge transfer unit includes a charge output unit that outputs charge in a first direction that is a charge transfer direction,
The charge / electrical signal conversion unit has a charge input unit that receives charges input from the charge output unit,
The electronic device in which the charge input unit is arranged at a position shifted from the central part of the charge output unit in the second direction intersecting the first direction.
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