JP2013005227A - Solid state image sensor, camera, and drive method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、カメラ、および、その駆動方法に関するものである。特に、高いSN比(信号対雑音比)と大きい取り扱い電荷量とを両立させた、CCDなどの電荷転送素子を用いた固体撮像素子、この固体撮像素子を用いたカメラ、および、その駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a camera, and a driving method thereof. In particular, the present invention relates to a solid-state image pickup device using a charge transfer device such as a CCD that achieves both a high S / N ratio (signal-to-noise ratio) and a large charge handling amount, a camera using the solid-state image pickup device, and a driving method thereof. Is.
CCDなどの電荷転送素子の出力部では浮遊拡散層方式が主に用いられている。浮遊拡散層方式では、転送されてきた信号電荷は浮遊拡散層に蓄積される。浮遊拡散層に接続されたソースフォロア増幅器によって、この電位変化が信号として出力される。信号電荷を電圧変換する検出容量をCファラドとする。検出容量は浮遊拡散層の容量、ソースフォロア増幅器の入力容量、配線などの寄生容量からなる。信号電荷の電荷量をQクーロンとすると、浮遊拡散層の電位、すなわち検出容量の電位はQ/Cボルト変化する。 The floating diffusion layer method is mainly used in the output part of a charge transfer element such as a CCD. In the floating diffusion layer method, the transferred signal charge is accumulated in the floating diffusion layer. This potential change is output as a signal by the source follower amplifier connected to the floating diffusion layer. A detection capacitor for converting the signal charge into a voltage is defined as a C farad. The detection capacitance includes a capacitance of the floating diffusion layer, an input capacitance of the source follower amplifier, and a parasitic capacitance such as a wiring. If the charge amount of the signal charge is Q coulomb, the potential of the floating diffusion layer, that is, the potential of the detection capacitor changes by Q / C volts.
浮遊拡散層法は低雑音であると言われているが、雑音成分は、浮遊拡散層をリセットするときに発生するリセット雑音、ソースフォロア増幅器の熱雑音と1/f雑音である。リセット雑音と1/f雑音は相関二重サンプリングを施すことにより抑制できるが、熱雑音は残ってしまう。信号電圧の熱雑音に対するSN比は1/Cに比例する。すなわち、検出容量Cが小さいほど信号電圧が大きくなり、SN比が大きくなる。しかし、検出容量Cを小さくすると最大取り扱い電荷量が減少するという課題がある。一般にアナログデジタルコンバータ(ADC)の入力電圧は1ボルト程度に制限されているので、1ボルト以上の信号電圧は飽和してしまう。すなわち、最大取り扱い電荷量は検出容量Cに比例し、検出容量Cを小さくするほど減少してしまうという欠点があった。 Although the floating diffusion layer method is said to have low noise, noise components are reset noise generated when resetting the floating diffusion layer, thermal noise of the source follower amplifier, and 1 / f noise. Reset noise and 1 / f noise can be suppressed by performing correlated double sampling, but thermal noise remains. The S / N ratio of the signal voltage to the thermal noise is proportional to 1 / C. That is, the smaller the detection capacitance C, the higher the signal voltage and the higher the S / N ratio. However, there is a problem that if the detection capacitance C is reduced, the maximum amount of charge handled is reduced. In general, since the input voltage of an analog-digital converter (ADC) is limited to about 1 volt, a signal voltage of 1 volt or more is saturated. In other words, the maximum amount of charge handled is proportional to the detection capacitor C, and there is a drawback that it decreases as the detection capacitor C decreases.
そこで、ある従来技術によれば、浮遊拡散層を単一または複数のスイッチ素子によって単一または複数の拡散領域と結合させ、これらのスイッチ素子を適宜切り換えることで検出容量を変化させる構成とする。これにより、暗い撮影シーンでは高いSN比が得られる一方、明るい撮影シーンでは大きい飽和が得られるようにすることができる(特許文献1参照)。 Therefore, according to a certain conventional technique, the floating diffusion layer is coupled to a single or a plurality of diffusion regions by a single or a plurality of switch elements, and the detection capacitance is changed by appropriately switching these switch elements. Accordingly, a high S / N ratio can be obtained in a dark photographing scene, while a large saturation can be obtained in a bright photographing scene (see Patent Document 1).
上記特許文献1の技術では、1つ撮影シーンに暗く高いSN比を実現したい部分と明るく大きい飽和が欲しい部分とが同居しているときには対応できていないという課題があった。
The technique of the above-mentioned
本発明の目的は、高いSN比と大きい飽和とを両立した、固体撮像素子、カメラ、およびその駆動方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, a camera, and a driving method thereof that can achieve both a high S / N ratio and a large saturation.
本発明の第1の観点による固体撮像素子の駆動方法は、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子の駆動方法であって、第1の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、第2の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、第3の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、第4の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、第5の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定することを周期的に行うことを特徴とする。 A solid-state imaging device driving method according to a first aspect of the present invention includes a charge transfer element that transfers a signal charge to an output unit, and an amplifier that is provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element and that outputs a signal. The connected first floating diffusion layer, the first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer, and the first reset gate provided adjacent to the opposite side of the first floating diffusion layer. A second floating diffusion layer formed on the second floating diffusion layer adjacent to the opposite side of the first reset gate, and the second floating diffusion layer on the second reset gate. And a reset drain provided adjacent to the opposite side of the solid-state imaging device, wherein the final storage electrode of the charge transfer device is turned on and the first reset gate is turned on at a first time. Level, second The gate gate is set to the on level, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the on level, the first reset gate is set to the on level, and the second reset gate is set to the off level at the second time. The final storage electrode of the charge transfer element is set to the on level, the first reset gate is set to the off level set to a channel level deeper than 0 volts, and the second reset gate is set to the off level at the time of The final storage electrode of the charge transfer element is set to an off level at the time, the first reset gate is set to the off level, and the second reset gate is set to an off level, and the final storage electrode of the charge transfer element is set to a fifth time. Are set to an off level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level. And performing periodically.
本発明の第2の観点によるカメラは、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子と、前記増幅器の出力が入力された相関二重サンプリング回路とを備えたことを特徴とする。 A camera according to a second aspect of the present invention includes a charge transfer element that transfers a signal charge to an output unit, and a first that is provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output. A floating diffusion layer; a first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer; and a second floating gate provided adjacent to the first reset gate opposite to the first floating diffusion layer. A diffusion layer; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer opposite to the first reset gate; and a second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A solid-state imaging device having a reset drain provided adjacent thereto, and a correlated double sampling circuit to which the output of the amplifier is input.
本発明の第3の観点によるカメラの駆動方法は、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子と、前記増幅器の出力が入力された相関二重サンプリング回路とを備えたカメラの駆動方法であって、第1の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、第2の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、第3の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用リセットレベルを前記相関二重サンプリング回路でクランプさせ、第4の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用信号レベルを前記相関二重サンプリング回路でサンプルさせ、第5の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用信号レベルを前記相関二重サンプリング回路でサンプルさせることを周期的に行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a camera driving method comprising: a charge transfer element that transfers signal charges to an output unit; and an amplifier that is provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element and that outputs a signal. The first floating diffusion layer, the first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer, and the first reset gate provided adjacent to the opposite side of the first floating diffusion layer. A second floating diffusion layer; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer on a side opposite to the first reset gate; and the second floating diffusion layer on the second reset gate. A method of driving a camera, comprising: a solid-state imaging device having a reset drain provided adjacent to the opposite side; and a correlated double sampling circuit to which an output of the amplifier is input. Final storage of charge transfer device The electrode is set to the on level, the first reset gate is set to the on level, and the second reset gate is set to the on level. At the second time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the on level, and the first reset gate is set to the on level. On level, the second reset gate is set to the off level, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the on level at the third time, and the first reset gate is set to the channel level deeper than 0 volt. Level, and the second reset gate is set to an off level, the high gain reset level is output from the amplifier, the high gain reset level is clamped by the correlated double sampling circuit, and the fourth time is The final storage electrode of the charge transfer element is turned off, the first reset gate is turned off, the second Each set gate is set to an off level, the high gain signal level is output from the amplifier, the high gain signal level is sampled by the correlated double sampling circuit, and the final charge transfer element is terminated at a fifth time. The storage electrode is set to the off level, the first reset gate is set to the on level, and the second reset gate is set to the off level. The low gain signal level is output from the amplifier, and the low gain signal level is set to the correlation level. The sampling is performed periodically by the double sampling circuit.
本発明の第4の観点によるカメラは、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子と、前記増幅器の出力が各々入力された第1および第2相関二重サンプリング回路とを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a camera according to a first aspect of the present invention, comprising: a charge transfer element that transfers a signal charge to an output unit; A floating diffusion layer; a first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer; and a second floating gate provided adjacent to the first reset gate opposite to the first floating diffusion layer. A diffusion layer; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer opposite to the first reset gate; and a second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A solid-state imaging device having a reset drain provided adjacent thereto, and first and second correlated double sampling circuits to which outputs of the amplifier are respectively input.
本発明の第5の観点によるカメラの駆動方法は、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子と、前記増幅器の出力が各々入力された第1および第2相関二重サンプリング回路とを備えたカメラの駆動方法であって、第1の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、第2の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用リセットレベルを前記第1相関二重サンプリング回路でクランプさせ、第3の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用リセットレベルを前記第2相関二重サンプリング回路でクランプさせ、第4の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用信号レベルを前記第2相関二重サンプリング回路でサンプルさせ、第5の時刻に前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用信号レベルを前記第1相関二重サンプリング回路でサンプルさせることを周期的に行うことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a camera driving method comprising: a charge transfer element that transfers signal charges to an output unit; and an amplifier that is provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element and that outputs a signal. The first floating diffusion layer, the first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer, and the first reset gate provided adjacent to the opposite side of the first floating diffusion layer. A second floating diffusion layer; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer on a side opposite to the first reset gate; and the second floating diffusion layer on the second reset gate. A camera driving method comprising: a solid-state imaging device having a reset drain provided adjacent to the opposite side; and first and second correlated double sampling circuits to which outputs of the amplifier are respectively input. At the first time The final storage electrode of the transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an on level, and the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level at a second time. The first reset gate is set to the on level, the second reset gate is set to the off level, the low gain reset level is output from the amplifier, and the low gain reset level is clamped by the first correlated double sampling circuit. At the third time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the on level, the first reset gate is set to the off level set to a channel level deeper than 0 volts, and the second reset gate is set to the off level. The reset level for high gain is output from the amplifier, and the reset level for high gain is Clamping is performed by the second correlated double sampling circuit, and at the fourth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the off level, the first reset gate is set to the off level, and the second reset gate is set to the off level. The signal level for high gain is output from the amplifier, the signal level for high gain is sampled by the second correlated double sampling circuit, and the final storage electrode of the charge transfer element is turned off at a fifth time, The first reset gate is set to the on level, the second reset gate is set to the off level, the low gain signal level is output from the amplifier, and the low gain signal level is sampled by the first correlated double sampling circuit. It is characterized by performing this periodically.
本発明の第6の観点による固体撮像素子は、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインと、ポリシリコン電極または金属電極で形成され、かつ前記第2浮遊拡散層に接続された容量とを有することを特徴とする。 A solid-state imaging device according to a sixth aspect of the present invention is provided adjacent to a charge transfer element that transfers signal charges to an output unit and a terminal of the charge transfer element, and is connected to an amplifier for signal output A first floating diffusion layer; a first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer; and a first reset gate provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer. Two floating diffusion layers; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer opposite to the first reset gate; and the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer A reset drain provided adjacent to the side, and a capacitor formed of a polysilicon electrode or a metal electrode and connected to the second floating diffusion layer.
本発明の第7の観点による固体撮像素子は、信号電荷を出力部に転送する電荷転送素子と、前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインとを有する固体撮像素子であって、前記第1リセットゲートのチャネル電位を前記第2リセットゲートのチャネル電位よりも浅くしたことを特徴とする。 A solid-state imaging device according to a seventh aspect of the present invention is provided with a charge transfer element that transfers a signal charge to an output unit, and is provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element, and is connected to an amplifier for signal output A first floating diffusion layer; a first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer; and a first reset gate provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer. Two floating diffusion layers; a second reset gate provided adjacent to the second floating diffusion layer opposite to the first reset gate; and the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer A solid-state imaging device having a reset drain provided adjacent to the side, wherein the channel potential of the first reset gate is shallower than the channel potential of the second reset gate.
本発明によれば、1つの撮影シーンに暗く高いSN比を実現したい部分と明るく大きい飽和が欲しい部分とが同居している場合でも、高いSN比と大きい飽和とを両立した、固体撮像素子、カメラ、およびその駆動方法を提供することができる。 According to the present invention, a solid-state imaging device that achieves both a high S / N ratio and a large saturation even when a part that wants to realize a dark and high S / N ratio and a part that requires a bright and large saturation coexist in one shooting scene. A camera and a driving method thereof can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《第1の実施形態》
図1および図2は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子100のCCD出力部における概略平面図および概略断面図である。p型のシリコン基板1(または図示していないn型基板上に設けられたp型ウェル)の主面に左方向より2相駆動CCDの転送電極であり、障壁部2と蓄積部3との対からなるH1電極4、同様なH2電極5、CCDの最終転送電極であるH2電極5に隣接して出力電極6が形成されている。出力電極6に隣接してn型の第1浮遊拡散層7が形成されており、第1浮遊拡散層7上にはコンタクトが設けられ、ソースフォロア増幅器8に電気接続されている。第1浮遊拡散層7の右方には第1リセットゲート9、n型の第2浮遊拡散層10、第2リセットゲート11、n型のリセットドレイン12がそれぞれ隣接して形成されている。CCDは埋込型であり、H1電極4、H2電極5、出力電極6の下方のシリコン基板1の表面にはn型の埋込チャネルが設けられている。スレッシュホールド電圧を設定するために、第1リセットゲート9および第2リセットゲート11の下方のシリコン基板1の表面にはn型のドープ層がそれぞれ設けられている。これらは埋込チャネルと同一工程で作成される。
<< First Embodiment >>
1 and 2 are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a CCD output unit of the solid-
図3は、図1の固体撮像素子100の駆動タイミング図である。また、図4、図5、図6、図7および図8は、駆動タイミング図中の時刻t1、t2、t3、t4、t5の各々における電位分布図である。
FIG. 3 is a drive timing chart of the solid-
時刻t1では、図4に示すとおり、H2電極5はオンレベルにされており、信号電荷が蓄積されている。第1リセットゲート9と第2リセットゲート11がオンレベルにされ、第1浮遊拡散層7と、第1リセットゲート9下のチャネルと、第2浮遊拡散層10と、第2リセットゲート11下のチャネルとは、リセットドレイン12の電位と同一にされる。
At time t1, as shown in FIG. 4, the
時刻t2では、図5に示すとおり、第2リセットゲート11がオフレベルにされ、第1浮遊拡散層7と、第1リセットゲート9下のチャネルと、第2浮遊拡散層10とが浮遊状態になる。これらの容量とソースフォロア増幅器8の入力容量、配線などの寄生容量の合計が大きい検出容量になる。時刻t2でのソースフォロア増幅器8の出力が大きい検出容量の場合のリセットレベルである。時刻t5において、大きい検出容量で信号電荷を検出することになる。
At time t2, as shown in FIG. 5, the
時刻t3では、図6に示すとおり、第1リセットゲート9がオフレベルにされ、第1浮遊拡散層7と第2浮遊拡散層10とが互いに電気的に分離される。第1浮遊拡散層7の容量とソースフォロア増幅器8の入力容量、配線などの寄生容量の合計の容量が小さい検出容量になる。時刻t3でのソースフォロア増幅器8の出力が小さい検出容量の場合のリセットレベルである。時刻t4において、小さい検出容量で信号電荷を検出することになる。
At time t3, as shown in FIG. 6, the
時刻t4では、図7に示すとおり、H2電極5がオフレベルにされ、信号電荷が出力電極6を通って、第1浮遊拡散層7へ転送される。第1浮遊拡散層7に貯められる信号電荷量は第1リセットゲート9のオフレベルのチャネル電位で決まる。左上から右下への粗いハッチング部分は、信号電荷が転送される以前から存在する電子を示す。右上から左下への細かいハッチング部分は、転送されてきた信号電荷(電子)を示す。信号電荷量が第1浮遊拡散層7に貯められる信号電荷量より小さい場合である。この場合、ソースフォロア増幅器8の出力は小さい検出容量の場合の信号出力になる。信号電荷量が第1浮遊拡散層7に貯められる信号電荷量より大きい場合、信号電荷の一部は第1リセットゲート9のオフレベルのチャネルを通って、第2浮遊拡散層10へ流れ込む。第1リセットゲート9のチャネル電位は出力電極6のチャネル電位より深いほうが好ましい。この状況の信号電荷(電子)を示したのが左上から右下への細かいハッチング部分である。この場合、ソースフォロア増幅器8の出力は信号電荷量に対応した信号を出力せず、飽和した値になる。
At time t4, as shown in FIG. 7, the
時刻t5において、図8に示すとおり、第1リセットゲート9がオンレベルにされ、第1浮遊拡散層7と、第1リセットゲート9下のチャネルと、第2浮遊拡散層10とが1つの容量となる。ソースフォロア増幅器8の出力は、検出容量が大きい場合の信号出力になる。
At time t5, as shown in FIG. 8, the
時刻t1から時刻t5までの動作を周期的に繰り返すことで、小さい検出容量の出力信号と大きい検出容量の出力信号との対を順次得ることができる。 By periodically repeating the operation from time t1 to time t5, a pair of an output signal having a small detection capacity and an output signal having a large detection capacity can be sequentially obtained.
カメラでは小さい検出容量からの出力信号と大きい検出容量からの出力信号とを合成する。小さい検出容量の出力信号に対しては、小さい検出容量の飽和電荷量以下にしきい値を設定し、しきい値までは小さい検出容量からの出力信号を使用し、しきい値以上では大きい検出容量からの出力信号を使用する。 In the camera, an output signal from a small detection capacitor and an output signal from a large detection capacitor are combined. For an output signal with a small detection capacity, set the threshold value below the saturation charge amount of the small detection capacity, use the output signal from the small detection capacity up to the threshold value, and increase the detection capacity above the threshold value. Use the output signal from.
《第2の実施形態》
図9は、本発明の第2の実施形態に係るカメラの概略回路図である。図2と同一符号は同一構成要素を示す。ソースフォロア増幅器8の出力は相関二重サンプリング回路14に入力され、その後ADC15に入力される。相関二重サンプリング回路14には、サンプルスイッチ16とクランプスイッチ17とが設けられている。クランプスイッチ17を介してクランプされたリセットレベルを、サンプルスイッチ16を介してサンプルされた信号レベルから引き算し、その結果を出力する。リセットレベルを基準にしていることになる。相関二重サンプリング回路14の出力信号はADC15でデジタル信号に変換され、図示していないが、信号処理回路へ向かう。
<< Second Embodiment >>
FIG. 9 is a schematic circuit diagram of a camera according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. The output of the
図10は、図9のカメラの駆動タイミング図である。図3と同一符号は同一の構成要素や意味を示す。図3に対して付加された、クランプスイッチ17とサンプルスイッチ16との駆動について説明する。
FIG. 10 is a drive timing chart of the camera of FIG. The same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components and meanings. The driving of the
時刻t3において、クランプスイッチ17がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている小さい検出容量の場合のリセットレベルをクランプスイッチ17を介してクランプする。
At time t3, the
時刻t4では、クランプスイッチ17はオフレベルにされ、サンプルスイッチ16がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている小さい検出容量の場合の信号レベルをサンプルスイッチ16を介してサンプルする。時刻t3でクランプされている小さい検出容量の場合のリセットレベルが、サンプルされた小さい検出容量の場合の信号レベルから差し引かれ、相関二重サンプリング回路14から出力され、ADC15でデジタル信号に変換される。
At time t4, the
時刻t5では、再度サンプルスイッチ16がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている大きい検出容量の場合の信号レベルをサンプルスイッチ16を介してサンプルする。時刻t3でクランプされている小さい検出容量の場合のリセットレベルが、サンプルされた大きい検出容量の場合の信号レベルから差し引かれ、相関二重サンプリング回路14から出力され、ADC15でデジタル信号に変換される。
At time t5, the
デジタル化された、小さい検出容量の場合の信号と大きい検出容量の場合の信号とは、信号処理回路で合成される。小さい検出容量の出力信号に対しては、小さい検出容量の飽和電荷量以下にしきい値を設定し、しきい値までは小さい検出容量からの出力信号を使用し、しきい値以上では大きい検出容量からの出力信号を使用する。 The digitized signal in the case of a small detection capacity and the signal in the case of a large detection capacity are synthesized by a signal processing circuit. For an output signal with a small detection capacity, set the threshold value below the saturation charge amount of the small detection capacity, use the output signal from the small detection capacity up to the threshold value, and increase the detection capacity above the threshold value. Use the output signal from.
小さい検出容量からの信号レベルは小さい検出容量からのリセットレベルを基準に相関二重サンプリングを行うために、リセット雑音とソースフォロア増幅器8の1/f雑音とが抑制される。一方、大きい検出容量からの信号レベルは小さい検出容量からのリセットレベルを基準に相関二重サンプリングを行うために、ソースフォロア増幅器8の1/f雑音は抑制されるが、リセット雑音の抑制は十分ではない。大きい検出容量からの信号レベルは光量の大きい場合に用いられる。光量が大きい場合、光ショット雑音が大きくなり、リセット雑音よりも大きくなる。このために、大きい検出容量からの信号レベルに対してリセット雑音の抑制が十分でなくても多くの撮影シーンに対応できる。
Since the signal level from the small detection capacitor performs correlated double sampling based on the reset level from the small detection capacitor, the reset noise and the 1 / f noise of the
《第3の実施形態》
図11は、本発明の第3の実施形態に係るカメラの概略回路図である。図2、図9と同一符号は同一構成要素を示す。ソースフォロア増幅器8の出力は2個の相関二重サンプリング回路、すなわち、第1相関二重サンプリング回路18と第2相関二重サンプリング回路19とに入力され、その後それぞれ、第1ADC20と第2ADC21とに入力され、デジタル信号に変換され、図示していないが、信号処理回路へ向かう。第1相関二重サンプリング回路18には、第1サンプルスイッチ22と第1クランプスイッチ24とが設けられている。第2相関二重サンプリング回路19には、第2サンプルスイッチ23と第2クランプスイッチ25とが設けられている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 11 is a schematic circuit diagram of a camera according to the third embodiment of the present invention. 2 and 9 indicate the same components. The output of the
図12は、図11のカメラの駆動タイミング図である。図3、図10と同一符号は同一の構成要素や意味を示す。図3に対して付加された、第1クランプスイッチ24、第1サンプルスイッチ22、第2クランプスイッチ25、第2サンプルスイッチ23の駆動について説明する。
FIG. 12 is a drive timing chart of the camera of FIG. 3 and 10 indicate the same components and meanings. The driving of the
時刻t2において、第1クランプスイッチ24がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている大きい検出容量の場合のリセットレベルを第1クランプスイッチ24を介してクランプする。
At time t <b> 2, the
時刻t3において、第2クランプスイッチ25がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている小さい検出容量の場合のリセットレベルを第2クランプスイッチ25を介してクランプする。
At time t3, the
時刻t4では、第2サンプルスイッチ23がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている小さい検出容量の場合の信号レベルを第2サンプルスイッチ23を介してサンプルする。時刻t3でクランプされている小さい検出容量の場合のリセットレベルが、サンプルされた小さい検出容量の場合の信号レベルから差し引かれ、第2相関二重サンプリング回路19から出力され、第2ADC21でデジタル信号に変換される。
At time t4, the
時刻t5では、第1サンプルスイッチ22がオンレベルにされ、ソースフォロア増幅器8から出力されている大きい検出容量の場合の信号レベルを第1サンプルスイッチ22を介してサンプルする。時刻t2でクランプされている大きい検出容量の場合のリセットレベルが、サンプルされた大きい検出容量の場合の信号レベルから差し引かれ、第1相関二重サンプリング回路18から出力され、第1ADC20でデジタル信号に変換される。
At time t <b> 5, the
デジタル化された、小さい検出容量の場合の信号と大きい検出容量の場合の信号とは、信号処理回路で合成される。小さい検出容量の出力信号に対しては、小さい検出容量の飽和電荷量以下にしきい値を設定し、しきい値までは小さい検出容量からの出力信号を使用し、しきい値以上では大きい検出容量からの出力信号を使用する。 The digitized signal in the case of a small detection capacity and the signal in the case of a large detection capacity are synthesized by a signal processing circuit. For an output signal with a small detection capacity, set the threshold value below the saturation charge amount of the small detection capacity, use the output signal from the small detection capacity up to the threshold value, and increase the detection capacity above the threshold value. Use the output signal from.
小さい検出容量からの信号レベルは小さい検出容量からのリセットレベルを基準に相関二重サンプリングを行うために、リセット雑音とソースフォロア増幅器8の1/f雑音は抑制される。大きい検出容量からの信号レベルは大きい検出容量からのリセットレベルを基準に相関二重サンプリングを行うために、同じく、リセット雑音とソースフォロア増幅器8の1/f雑音共に抑制される。このために、小さい検出容量からの信号が使用される撮影シーンの暗い部分から、大きい検出容量からの信号が使用される撮影シーンの明るい部分まで、リセット雑音が抑制された高SN比の画像が得られる。
Since the signal level from the small detection capacitor performs correlated double sampling based on the reset level from the small detection capacitor, the reset noise and the 1 / f noise of the
《第4の実施形態》
小さい検出容量は微細化技術の許す限り小さくし、高SN比を実現することが求められる。一方、大きい検出容量は小さい検出容量の数倍から10倍程度に設定することが望まれる。このために、第2浮遊拡散層10の容量が大きいことが求められる。拡散層を大きくして容量を大きくする場合、面積が大きくなりチップコストが大きくなる、第2浮遊拡散層10で発生する暗電流が増加する、リセットの時定数が大きくなる、という欠点がある。
<< Fourth Embodiment >>
A small detection capacity is required to be as small as the miniaturization technology allows to achieve a high S / N ratio. On the other hand, it is desirable to set the large detection capacity to several times to 10 times the small detection capacity. For this reason, the capacity of the second floating
図13および図14は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像素子110のCCD出力部における概略平面図および概略断面図である。図1および図2と同一符号は同一構成要素を示す。第2浮遊拡散層10に付加容量26が接続されている。付加容量26はポリシリコン電極または金属電極で形成された容量である。第2浮遊拡散層10上にコンタクトホールを設け、ビアを介して第2浮遊拡散層10と付加容量26の下部電極とが接続されている。付加容量26の上部電極はDC電源、または、接地に接続されている。
13 and 14 are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of the CCD output unit of the solid-
ポリシリコン電極または金属電極で形成された容量の場合、他の回路の上に形成することができ、また、容量を分割し、容量自身を多層に形成することが可能で面積を小さくすることが可能である。また、拡散層容量のように、暗電流が増加することはない。さらに、特に金属電極を用いた場合には、電気抵抗が小さく、リセット時の時定数の増加を抑制することができる。 In the case of a capacitor formed of a polysilicon electrode or a metal electrode, it can be formed on another circuit, and the capacitor can be divided and the capacitor itself can be formed in multiple layers to reduce the area. Is possible. Further, unlike the diffusion layer capacitance, the dark current does not increase. Furthermore, particularly when a metal electrode is used, the electrical resistance is small, and an increase in time constant at reset can be suppressed.
《第5の実施形態》
本発明の第5の実施形態の固体撮像素子について、図1および図2を用いて説明する。第1〜第4の実施形態では、第1リセットゲート9のチャネルと第2リセットゲート11のチャネルとは同一工程で形成され、同一の不純物分布である。第5の実施形態の固体撮像素子100では、第1リセットゲート9のチャネル電位を第2リセットゲート11のチャネル電位より浅くする。
<< Fifth Embodiment >>
A solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the first to fourth embodiments, the channel of the
撮影シーンのうちのできるだけ多くの部分に対して、SN比が大きい、小さい検出容量による信号を用いた方が画質が良くなる。このためには、小さい検出容量の飽和を大きくすることが好ましい。この目的で、第1リセットゲート9のチャネル電位を第2リセットゲート11のチャネル電位より浅くしているのである。
The image quality is improved by using a signal with a large S / N ratio and a small detection capacity for as many portions as possible of the shooting scene. For this purpose, it is preferable to increase the saturation of a small detection capacity. For this purpose, the channel potential of the
以上実施形態を用いて説明したとおり、本発明によると、1つの撮影シーンに対して、暗い部分に対しては小さい検出容量で読み出した信号を用いることによって高いSN比が得られる。また、明るい部分に対しては大きい検出容量で読み出した信号を用いることによって大きい飽和が得られる。また、相関二重サンプリング回路を1個または2個用いることによって、リセット雑音やソースフォロア増幅器の1/f雑音を抑圧した高いSN比の信号が得られる。 As described above with reference to the embodiment, according to the present invention, a high S / N ratio can be obtained by using a signal read with a small detection capacity for a dark portion in one shooting scene. Further, for a bright portion, a large saturation can be obtained by using a signal read with a large detection capacity. Further, by using one or two correlated double sampling circuits, a signal with a high S / N ratio in which reset noise and 1 / f noise of the source follower amplifier are suppressed can be obtained.
固体撮像素子としては、画素が2次元状に配列されたエリア形固体撮像素子、および、画素が1次元状に配列されたリニア形固体撮像素子のいずれにも適用できる。 The solid-state imaging device can be applied to both an area-type solid-state imaging device in which pixels are arranged in a two-dimensional manner and a linear solid-state imaging device in which pixels are arranged in a one-dimensional manner.
固体撮像素子にはいろいろな構成が提案されている。出力部の直前の電荷転送がCCDやBBD(Bucket Brigade Device)の場合に適用できる。すなわち、インターライン転送方式CCDイメージセンサ、フレーム転送方式CCDイメージセンサ、FIT式(フレームインターライン転送方式)CCDイメージセンサなどのCCDイメージセンサに適用できるほかに、チャージスイープデバイス(CSD)、チャージプライミングデバイス(CPD)、BBDイメージセンサにも適用できる。 Various configurations have been proposed for solid-state imaging devices. This can be applied when the charge transfer immediately before the output unit is a CCD or BBD (Bucket Brigade Device). In other words, it can be applied to CCD image sensors such as interline transfer type CCD image sensor, frame transfer type CCD image sensor, FIT type (frame interline transfer type) CCD image sensor, charge sweep device (CSD), charge priming device. (CPD) and BBD image sensor.
1 シリコン基板
5 最終蓄積電極(H2電極)
7 第1浮遊拡散層
8 ソースフォロア増幅器
9 第1リセットゲート
10 第2浮遊拡散層
11 第2リセットゲート
12 リセットドレイン
14 相関二重サンプリング回路
16 サンプルスイッチ
17 クランプスイッチ
18 第1相関二重サンプリング回路
19 第2相関二重サンプリング回路
22 第1サンプルスイッチ
23 第2サンプルスイッチ
24 第1クランプスイッチ
25 第2クランプスイッチ
26 付加容量
100,110 固体撮像素子
1
7 first floating
Claims (7)
第1の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、
第2の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、
第3の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、
第4の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、
第5の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定することを周期的に行うことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A method for driving a solid-state imaging device,
At a first time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to on level, the first reset gate is set to on level, and the second reset gate is set to on level,
At a second time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level.
At a third time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an off level set to a channel level deeper than 0 volts, and the second reset gate is set to an off level,
At a fourth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an off level, the first reset gate is set to the off level, and the second reset gate is set to an off level.
At a fifth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an off level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level periodically. A method for driving a solid-state imaging device.
前記増幅器の出力が入力された相関二重サンプリング回路とを備えたことを特徴とするカメラ。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A solid-state image sensor;
And a correlated double sampling circuit to which the output of the amplifier is input.
第1の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、
第2の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、
第3の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用リセットレベルを前記相関二重サンプリング回路でクランプさせ、
第4の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用信号レベルを前記相関二重サンプリング回路でサンプルさせ、
第5の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用信号レベルを前記相関二重サンプリング回路でサンプルさせることを周期的に行うことを特徴とするカメラの駆動方法。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A method for driving a camera comprising a solid-state imaging device and a correlated double sampling circuit to which the output of the amplifier is input,
At a first time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to on level, the first reset gate is set to on level, and the second reset gate is set to on level,
At a second time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level.
At a third time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an off level set to a channel level deeper than 0 volts, and the second reset gate is set to an off level, The high gain reset level is output from the amplifier, the high gain reset level is clamped by the correlated double sampling circuit,
At a fourth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the off level, the first reset gate is set to the off level, and the second reset gate is set to the off level, and the high gain signal level is set from the amplifier. Output, and the signal level for high gain is sampled by the correlated double sampling circuit,
At a fifth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an off level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level, and a low gain signal level is output from the amplifier. And periodically sampling the low gain signal level with the correlated double sampling circuit.
前記増幅器の出力が各々入力された第1および第2相関二重サンプリング回路とを備えたことを特徴とするカメラ。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A solid-state image sensor;
A camera, comprising: first and second correlated double sampling circuits to which outputs of the amplifier are respectively input.
第1の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオンレベルにそれぞれ設定し、
第2の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用リセットレベルを前記第1相関二重サンプリング回路でクランプさせ、
第3の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオンレベル、前記第1リセットゲートを0ボルトより深いチャネルレベルに設定されたオフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用リセットレベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用リセットレベルを前記第2相関二重サンプリング回路でクランプさせ、
第4の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートを前記オフレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、高ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記高ゲイン用信号レベルを前記第2相関二重サンプリング回路でサンプルさせ、
第5の時刻に、前記電荷転送素子の最終蓄積電極をオフレベル、前記第1リセットゲートをオンレベル、前記第2リセットゲートをオフレベルにそれぞれ設定し、低ゲイン用信号レベルを前記増幅器より出力させ、前記低ゲイン用信号レベルを前記第1相関二重サンプリング回路でサンプルさせることを周期的に行うことを特徴とするカメラの駆動方法。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A camera driving method comprising: a solid-state imaging device; and first and second correlated double sampling circuits to which outputs of the amplifier are input,
At a first time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to on level, the first reset gate is set to on level, and the second reset gate is set to on level,
At a second time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level, and a low gain reset level is output from the amplifier. The low gain reset level is clamped by the first correlated double sampling circuit,
At a third time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an on level, the first reset gate is set to an off level set to a channel level deeper than 0 volts, and the second reset gate is set to an off level, A high gain reset level is output from the amplifier, and the high gain reset level is clamped by the second correlated double sampling circuit;
At a fourth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to the off level, the first reset gate is set to the off level, and the second reset gate is set to the off level, and the high gain signal level is set from the amplifier. And output the high gain signal level by the second correlated double sampling circuit,
At a fifth time, the final storage electrode of the charge transfer element is set to an off level, the first reset gate is set to an on level, and the second reset gate is set to an off level, and a low gain signal level is output from the amplifier. And periodically sampling the low gain signal level with the first correlated double sampling circuit.
前記電荷転送素子の終端に隣接して設けられ、かつ信号出力のための増幅器に接続された第1浮遊拡散層と、
前記第1浮遊拡散層に隣接して設けられた第1リセットゲートと、
前記第1リセットゲートに前記第1浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられた第2浮遊拡散層と、
前記第2浮遊拡散層に前記第1リセットゲートとは反対側に隣接して設けられた第2リセットゲートと、
前記第2リセットゲートに前記第2浮遊拡散層とは反対側に隣接して設けられたリセットドレインと、
ポリシリコン電極または金属電極で形成され、かつ前記第2浮遊拡散層に接続された容量とを有することを特徴とする固体撮像素子。 A charge transfer element for transferring signal charges to the output unit;
A first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal end of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output;
A first reset gate provided adjacent to the first floating diffusion layer;
A second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer;
A second reset gate provided on the second floating diffusion layer adjacent to the opposite side of the first reset gate;
A reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer;
A solid-state imaging device comprising a capacitor formed of a polysilicon electrode or a metal electrode and connected to the second floating diffusion layer.
前記第1リセットゲートのチャネル電位を前記第2リセットゲートのチャネル電位よりも浅くしたことを特徴とする固体撮像素子。 A charge transfer element for transferring a signal charge to an output unit; a first floating diffusion layer provided adjacent to a terminal of the charge transfer element and connected to an amplifier for signal output; and the first floating diffusion layer A first reset gate provided adjacent to the first floating gate, a second floating diffusion layer provided adjacent to the first reset gate on a side opposite to the first floating diffusion layer, and a second floating diffusion layer provided on the second floating diffusion layer. A second reset gate provided adjacent to the opposite side of the first reset gate; and a reset drain provided adjacent to the second reset gate opposite to the second floating diffusion layer. A solid-state imaging device,
A solid-state imaging device, wherein a channel potential of the first reset gate is shallower than a channel potential of the second reset gate.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140902 |