JP2500428B2 - イメ―ジセンサおよびその駆動方法 - Google Patents
イメ―ジセンサおよびその駆動方法Info
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- JP2500428B2 JP2500428B2 JP5078432A JP7843293A JP2500428B2 JP 2500428 B2 JP2500428 B2 JP 2500428B2 JP 5078432 A JP5078432 A JP 5078432A JP 7843293 A JP7843293 A JP 7843293A JP 2500428 B2 JP2500428 B2 JP 2500428B2
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
- H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イメージセンサおよび
その駆動方法に関する。
その駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来イメージセンサは、ビデオカメラ等
多くの分野で使用されている。このようなイメージセン
サとして、図６に示す構成のものが提案され、使われて
きた（例えば、ＩＳＳＣＣ Ｔｅｃｈ ｐａｐｅｒｓ．
ｐｐ１６８−１６９（Ｆｅｂ．１９８２）など）。この
イメージセンサは、受光素子１とＣＣＤレジスタ２とト
ランスファーゲート領域３とよりなるセルをマトリクス
状に配した構成で、インターライン型イメージセンサと
呼ばれている。受光素子１は例えば、Ｓｉ ｐ−ｎ接合
で形成されており、光電変換で入射光量に対応する信号
電荷を発生させると共に、その容量で信号電荷を蓄積す
る。Ｓｉ ｐ−ｎ接合の代わりにＰｔＳｉ極薄膜とｐ−
Ｓｉとのショットキー接合を用いて赤外線領域に感度を
持たせた受光素子の例もある。ＣＣＤレジスタ２は例え
ばＮ型の埋め込み型のチャネル上にＳｉＯ2 とポリシリ
コンで形成したゲート電極を配してあり、ゲート電極に
印加される駆動パルスによって、垂直ＣＣＤレジスタ４
では図の上から下に、水平ＣＣＤレジスタ５では図の左
から右に信号電荷を転送することで受光領域にマトリク
ス状に配されたセルで検出された各光強度を出力端６か
ら順次出力する。即ち、受光領域内の入射光強度面内分
布を時系列に出力する。
多くの分野で使用されている。このようなイメージセン
サとして、図６に示す構成のものが提案され、使われて
きた（例えば、ＩＳＳＣＣ Ｔｅｃｈ ｐａｐｅｒｓ．
ｐｐ１６８−１６９（Ｆｅｂ．１９８２）など）。この
イメージセンサは、受光素子１とＣＣＤレジスタ２とト
ランスファーゲート領域３とよりなるセルをマトリクス
状に配した構成で、インターライン型イメージセンサと
呼ばれている。受光素子１は例えば、Ｓｉ ｐ−ｎ接合
で形成されており、光電変換で入射光量に対応する信号
電荷を発生させると共に、その容量で信号電荷を蓄積す
る。Ｓｉ ｐ−ｎ接合の代わりにＰｔＳｉ極薄膜とｐ−
Ｓｉとのショットキー接合を用いて赤外線領域に感度を
持たせた受光素子の例もある。ＣＣＤレジスタ２は例え
ばＮ型の埋め込み型のチャネル上にＳｉＯ2 とポリシリ
コンで形成したゲート電極を配してあり、ゲート電極に
印加される駆動パルスによって、垂直ＣＣＤレジスタ４
では図の上から下に、水平ＣＣＤレジスタ５では図の左
から右に信号電荷を転送することで受光領域にマトリク
ス状に配されたセルで検出された各光強度を出力端６か
ら順次出力する。即ち、受光領域内の入射光強度面内分
布を時系列に出力する。
【０００３】ＣＣＤレジスタの構成が異なるＦＩＴ型Ｃ
ＣＤイメージセンサでもセルの構成は同じであり、動作
も上記説明の範囲では同等である。ＣＳＤ（チャージス
イープトデバイス）型と呼ばれているイメージセンサも
ＭＯＳ型イメージセンサも一つのセルが一つの受光素子
と信号電荷転送素子で構成されている点でインターライ
ン型イメージセンサのセルと同様の構成である。いずれ
のイメージセンサも受光領域に照射された入射光の面内
光強度分布をセルの繰り返し空間周期、即ち、受光素子
の繰り返し空間周期をサンプリングの最小繰り返し周期
として空間サンプリングする。
ＣＤイメージセンサでもセルの構成は同じであり、動作
も上記説明の範囲では同等である。ＣＳＤ（チャージス
イープトデバイス）型と呼ばれているイメージセンサも
ＭＯＳ型イメージセンサも一つのセルが一つの受光素子
と信号電荷転送素子で構成されている点でインターライ
ン型イメージセンサのセルと同様の構成である。いずれ
のイメージセンサも受光領域に照射された入射光の面内
光強度分布をセルの繰り返し空間周期、即ち、受光素子
の繰り返し空間周期をサンプリングの最小繰り返し周期
として空間サンプリングする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】イメージセンサはその
使用条件や撮像対象物の性質に応じて、空間解像度、感
度、フレームレートといった使用の組み合わせである最
適仕様が随時異なる。例えば、イメージセンサを用いた
カメラで動きの遅い撮像対象物の形状を詳細に得る場合
には高い空間解像度が必要である一方、フレームレート
に対する要求は緩い。一方、動きの早い対象物の移動情
報を得る場合には空間解像度は低くて良い代わりに高フ
レームレートである必要がある。対象物の状態や必要と
する出力は、随時変化するため、上述した使用の最適値
は時間と共に変化する。
使用条件や撮像対象物の性質に応じて、空間解像度、感
度、フレームレートといった使用の組み合わせである最
適仕様が随時異なる。例えば、イメージセンサを用いた
カメラで動きの遅い撮像対象物の形状を詳細に得る場合
には高い空間解像度が必要である一方、フレームレート
に対する要求は緩い。一方、動きの早い対象物の移動情
報を得る場合には空間解像度は低くて良い代わりに高フ
レームレートである必要がある。対象物の状態や必要と
する出力は、随時変化するため、上述した使用の最適値
は時間と共に変化する。
【０００５】セルの繰り返し周期が高くなり、セル面積
が縮小すると受光素子が小さくなり感度が低下する。セ
ル内に付加素子を加える等によりセル内での受光素子の
占める面積率が低下することでも感度が低下する。ま
た、セル数が増加すると、一定のデータ読み出しレート
においてはフレームレートが低くなる。このように、セ
ル面積と感度およびセル数とフレームレートとは密接な
関係があり、互いに性能を制限するという関係で従属し
あっている。
が縮小すると受光素子が小さくなり感度が低下する。セ
ル内に付加素子を加える等によりセル内での受光素子の
占める面積率が低下することでも感度が低下する。ま
た、セル数が増加すると、一定のデータ読み出しレート
においてはフレームレートが低くなる。このように、セ
ル面積と感度およびセル数とフレームレートとは密接な
関係があり、互いに性能を制限するという関係で従属し
あっている。
【０００６】従来のイメージセンサは、受光領域に照射
された入射光の面内光強度分布をマトリクス状に配した
セルをサンプリングの最小繰り返し空間周期として空間
サンプリングしている。即ち、セルの繰り返し周期がサ
ンプリングの周期の基本単位であり、セルの繰り返し周
期よりも小さな周期の空間解像度を得ることはできな
い。このため、セルの繰り返し周期は所望の空間解像度
以上の周期にしなければならない。
された入射光の面内光強度分布をマトリクス状に配した
セルをサンプリングの最小繰り返し空間周期として空間
サンプリングしている。即ち、セルの繰り返し周期がサ
ンプリングの周期の基本単位であり、セルの繰り返し周
期よりも小さな周期の空間解像度を得ることはできな
い。このため、セルの繰り返し周期は所望の空間解像度
以上の周期にしなければならない。
【０００７】上述した通り、イメージセンサの空間解像
度、感度およびフレームレートの最適仕様は随時変化す
るが、セルの繰り返し周期が空間解像度の最大値を決め
てしまうために、従来のイメージセンサでは最も空間解
像度が必要な場合を想定してセルの繰り返し周期を決め
なければならない。このことは、空間解像度の要求が下
がり感度やフレームレートの要求が高まった状況でも状
況にあわせて仕様を最適化することはできない点で問題
であった。このため、状況に応じた専用の仕様のイメー
ジセンサおよびその駆動方式を用いて、例えば、高解像
度カメラ、低照度用高感度カメラ、高速撮影用高フレー
ムレートカメラといった専用のカメラを使い分けなけれ
ばならなかった。
度、感度およびフレームレートの最適仕様は随時変化す
るが、セルの繰り返し周期が空間解像度の最大値を決め
てしまうために、従来のイメージセンサでは最も空間解
像度が必要な場合を想定してセルの繰り返し周期を決め
なければならない。このことは、空間解像度の要求が下
がり感度やフレームレートの要求が高まった状況でも状
況にあわせて仕様を最適化することはできない点で問題
であった。このため、状況に応じた専用の仕様のイメー
ジセンサおよびその駆動方式を用いて、例えば、高解像
度カメラ、低照度用高感度カメラ、高速撮影用高フレー
ムレートカメラといった専用のカメラを使い分けなけれ
ばならなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、少なくとも受光素子と同一でない領域に形成された
信号電荷転送素子で構成されるセルを素子平面上にマト
リクス状に配して成る受光領域を少なくとも有するイメ
ージセンサにおいて、セルマトリクスの繰り返し空間周
期よりも短い周期で、絶縁膜を介して電極を受光素子上
に配することを特徴とする。また、本発明によれば、絶
縁膜を介してセルマトリクスの繰り返し空間周期よりも
短い周期で受光素子上に配された各電極に異なったパル
ス電圧を印加することでセルを構成している受光素子の
面内ポテンシャル分布を時間変化させることを特徴とす
る駆動方法が得られる。
は、少なくとも受光素子と同一でない領域に形成された
信号電荷転送素子で構成されるセルを素子平面上にマト
リクス状に配して成る受光領域を少なくとも有するイメ
ージセンサにおいて、セルマトリクスの繰り返し空間周
期よりも短い周期で、絶縁膜を介して電極を受光素子上
に配することを特徴とする。また、本発明によれば、絶
縁膜を介してセルマトリクスの繰り返し空間周期よりも
短い周期で受光素子上に配された各電極に異なったパル
ス電圧を印加することでセルを構成している受光素子の
面内ポテンシャル分布を時間変化させることを特徴とす
る駆動方法が得られる。
【０００９】
【作用】本発明においては、セルマトリクスの繰り返し
空間周期よりも短い周期で、絶縁膜を介した電極を受光
素子上に配し、各電極に異なったパルス電圧を印加する
ことでセルを構成している受光素子の面内ポテンシャル
分布を時間変化させる。受光素子はそのポテンシャルの
状態に依存した感度を有するので、電極にパルス電圧を
印加することにより、そのポテンシャル分布に応じた感
度分布を受光素子内で持たせることができ、かつ、感度
分布の状態を時間的に変化させることができる。セルを
マトリクス状に配したイメージセンサにおいては、各受
光素子によって入射光を空間サンプリングしているのだ
が、上述した方法で外部からのパルス電圧印加により受
光素子内の感度分布を制御することで、その感度分布に
応じた空間サンプリングの重心を時間変化させることが
できる。即ち、外部から印加するパルス電圧により異な
る重心を有する面内光強度分布サンプリングを行なうこ
とができる。空間サンプリングの重心が異なるフィール
ド即ち、サンプリング点の分布が異なるフィールドを複
数組み合わせて１つのフレームとすることで、マトリク
ス状に配したセルの繰り返し周期よりも高い周期の空間
解像度を得ることができる。即ち、少ないセル数で高解
像度を得ることができる。上記サンプリング点の分布や
サンプリング点の大きさは外部から加えるパルス電圧に
より制御することができる。裏面照射型のイメージセン
サにおいては、受光素子上にゲート電極を付加しても受
光領域を損なうことがない。また、表面照射型のイメー
ジセンサにおいては、ゲート電極を透明電極にすること
で受光領域を確保できる。
空間周期よりも短い周期で、絶縁膜を介した電極を受光
素子上に配し、各電極に異なったパルス電圧を印加する
ことでセルを構成している受光素子の面内ポテンシャル
分布を時間変化させる。受光素子はそのポテンシャルの
状態に依存した感度を有するので、電極にパルス電圧を
印加することにより、そのポテンシャル分布に応じた感
度分布を受光素子内で持たせることができ、かつ、感度
分布の状態を時間的に変化させることができる。セルを
マトリクス状に配したイメージセンサにおいては、各受
光素子によって入射光を空間サンプリングしているのだ
が、上述した方法で外部からのパルス電圧印加により受
光素子内の感度分布を制御することで、その感度分布に
応じた空間サンプリングの重心を時間変化させることが
できる。即ち、外部から印加するパルス電圧により異な
る重心を有する面内光強度分布サンプリングを行なうこ
とができる。空間サンプリングの重心が異なるフィール
ド即ち、サンプリング点の分布が異なるフィールドを複
数組み合わせて１つのフレームとすることで、マトリク
ス状に配したセルの繰り返し周期よりも高い周期の空間
解像度を得ることができる。即ち、少ないセル数で高解
像度を得ることができる。上記サンプリング点の分布や
サンプリング点の大きさは外部から加えるパルス電圧に
より制御することができる。裏面照射型のイメージセン
サにおいては、受光素子上にゲート電極を付加しても受
光領域を損なうことがない。また、表面照射型のイメー
ジセンサにおいては、ゲート電極を透明電極にすること
で受光領域を確保できる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示すイメー
ジセンサの全体構成図である。単位画素は例えばシリコ
ンＰＮ接合で形成した受光素子１と、Ｎ型デプレション
型ポリシリコンゲートで形成した垂直ＣＣＤレジスタ
４、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴであるトランスフ
ァーゲート領域３および受光素子上部に絶縁膜を介して
配したゲート電極９により構成されている。この実施例
では各受光素子上に２個のゲート電極９が配設されてい
る。この受光素子上のゲート電極は４ｎ＋１番目、４ｎ
＋２番目、４ｎ＋３番目、４ｎ＋４番目同士が互いに接
続されている。ここでｎは０以上の整数である。最終段
の画素と水平ＣＣＤレジスタ５とはダミーゲート８を介
して接続されており、水平ＣＣＤレジスタ右端は読み出
し部７に接続している。信号はアンプの出力端６から外
部へ出力される。受光素子上のゲート電極を透明電極に
するならば素子表面からの入射光を妨げることがない。
あるいは、素子裏面から光を入射させる場合には、かな
らずしも透明電極にする必要はない。
説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示すイメー
ジセンサの全体構成図である。単位画素は例えばシリコ
ンＰＮ接合で形成した受光素子１と、Ｎ型デプレション
型ポリシリコンゲートで形成した垂直ＣＣＤレジスタ
４、エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴであるトランスフ
ァーゲート領域３および受光素子上部に絶縁膜を介して
配したゲート電極９により構成されている。この実施例
では各受光素子上に２個のゲート電極９が配設されてい
る。この受光素子上のゲート電極は４ｎ＋１番目、４ｎ
＋２番目、４ｎ＋３番目、４ｎ＋４番目同士が互いに接
続されている。ここでｎは０以上の整数である。最終段
の画素と水平ＣＣＤレジスタ５とはダミーゲート８を介
して接続されており、水平ＣＣＤレジスタ右端は読み出
し部７に接続している。信号はアンプの出力端６から外
部へ出力される。受光素子上のゲート電極を透明電極に
するならば素子表面からの入射光を妨げることがない。
あるいは、素子裏面から光を入射させる場合には、かな
らずしも透明電極にする必要はない。
【００１１】図２にイメージセンサの駆動タイミングチ
ャートを示す。垂直ＣＣＤレジスタの各電極ΦＶ１，Φ
Ｖ３にはＨ，Ｌ，Ｍの３値パルスを印加してΦＶ２，Φ
Ｖ４にはＬ，Ｍの２値パルスを印加する。４ｎ＋１〜４
ｎ＋４は受光素子上ゲート電極に印加される電圧波形で
ある。垂直ＣＣＤレジスタ（Ａ）、トランスファーゲー
ト（Ｂ）の各チャネル電位特性を図３に示す。Ｈ，Ｌ，
Ｍの各印加電圧に応じてチャネル電位が決まる。図４に
受光素子内のポテンシャル分布の模式図を示す。受光素
子内のポテンシャルはトランスファーゲート印加電圧、
受光素子上のゲート電極および入射光や暗電流の寄与に
より変化する。ここで、図２（１）のタイミングにおけ
る受光素子上ゲート電極で制御される受光素子の電位を
図４（Ａ）に示す。正のゲート印加電圧を加えると受光
素子の電位が高くなる。逆に負のゲート印加電圧を加え
ると受光素子の電位が低くなる。図１（Ａ）−（Ａ′）
部分の図２（１）のタイミングにおけるポテンシャル分
布を図４（Ｂ）の左端に示す。図４（Ａ）に示したゲー
ト印加電圧と受光素子電位の関係に従ったポテンシャル
分布を持つ。図４（Ｂ）中央に図４（Ｂ）左端の４ｎ＋
１ゲート電極下の受光素子であるｐ−ｎホトダイオード
のポテンシャル図を、図４（Ｂ）右端に図４（Ｂ）左端
の４ｎ＋２ゲート電極下の受光素子であるｐ−ｎホトダ
イオードのポテンシャル図をそれぞれ示す。
ャートを示す。垂直ＣＣＤレジスタの各電極ΦＶ１，Φ
Ｖ３にはＨ，Ｌ，Ｍの３値パルスを印加してΦＶ２，Φ
Ｖ４にはＬ，Ｍの２値パルスを印加する。４ｎ＋１〜４
ｎ＋４は受光素子上ゲート電極に印加される電圧波形で
ある。垂直ＣＣＤレジスタ（Ａ）、トランスファーゲー
ト（Ｂ）の各チャネル電位特性を図３に示す。Ｈ，Ｌ，
Ｍの各印加電圧に応じてチャネル電位が決まる。図４に
受光素子内のポテンシャル分布の模式図を示す。受光素
子内のポテンシャルはトランスファーゲート印加電圧、
受光素子上のゲート電極および入射光や暗電流の寄与に
より変化する。ここで、図２（１）のタイミングにおけ
る受光素子上ゲート電極で制御される受光素子の電位を
図４（Ａ）に示す。正のゲート印加電圧を加えると受光
素子の電位が高くなる。逆に負のゲート印加電圧を加え
ると受光素子の電位が低くなる。図１（Ａ）−（Ａ′）
部分の図２（１）のタイミングにおけるポテンシャル分
布を図４（Ｂ）の左端に示す。図４（Ａ）に示したゲー
ト印加電圧と受光素子電位の関係に従ったポテンシャル
分布を持つ。図４（Ｂ）中央に図４（Ｂ）左端の４ｎ＋
１ゲート電極下の受光素子であるｐ−ｎホトダイオード
のポテンシャル図を、図４（Ｂ）右端に図４（Ｂ）左端
の４ｎ＋２ゲート電極下の受光素子であるｐ−ｎホトダ
イオードのポテンシャル図をそれぞれ示す。
【００１２】ｐ−ｎホトダイオードに加えられた逆バイ
アス電圧により、ｐ−ｎ接合の両端矢印で示した範囲に
空乏層が広がる。入射光により電子正孔対が生成し、空
乏層の電界で分離されて電気信号となる。空乏層領域の
幅（両端矢印で示した長さ）が広く空乏層電界が大きい
ほど電気信号の発生率、即ち、感度が高くなる。図４
（Ｂ）で明らかなように、受光素子上ゲート電極に正の
印加電圧を加えた場合には負の印加電圧の場合に比較し
てゲート電極下のホトダイオード領域の感度が高くな
る。つまり、図４（Ｂ）左端に示したゲート電極配置に
おいて、ゲート電極印加電圧により受光素子内の感度分
布を制御することができる。図４（Ｂ）左端の図では受
光素子内の左側に感度の重心が位置する。図２（２）の
タイミングでは受光素子上ゲート印加電圧が左右逆の状
況となり、感度の重心は右側に片寄って位置することに
なる。上記ゲート印加電圧の組み合せ方により感度重心
および感度領域の広がりを制御することができる。
アス電圧により、ｐ−ｎ接合の両端矢印で示した範囲に
空乏層が広がる。入射光により電子正孔対が生成し、空
乏層の電界で分離されて電気信号となる。空乏層領域の
幅（両端矢印で示した長さ）が広く空乏層電界が大きい
ほど電気信号の発生率、即ち、感度が高くなる。図４
（Ｂ）で明らかなように、受光素子上ゲート電極に正の
印加電圧を加えた場合には負の印加電圧の場合に比較し
てゲート電極下のホトダイオード領域の感度が高くな
る。つまり、図４（Ｂ）左端に示したゲート電極配置に
おいて、ゲート電極印加電圧により受光素子内の感度分
布を制御することができる。図４（Ｂ）左端の図では受
光素子内の左側に感度の重心が位置する。図２（２）の
タイミングでは受光素子上ゲート印加電圧が左右逆の状
況となり、感度の重心は右側に片寄って位置することに
なる。上記ゲート印加電圧の組み合せ方により感度重心
および感度領域の広がりを制御することができる。
【００１３】ここで、図１に示したイメージセンサを図
２に示したタイミングチャートに従って駆動した場合の
感度の重心を順次追っていく。まず、図１において２ｍ
段の受光素子は第１フィールド期間の最初に読みだし及
びリセットが行われて、その直後から光電変換および信
号電荷の蓄積が開始され、第３フィールド期間の最初に
行われる読みだし及びリセット動作までの期間まで続け
られる。この光電変換および信号電荷の蓄積の期間、感
度の重心は各受光素子の中心よりも上方にある。蓄積期
間は２フィールド期間分である。感度重心の片寄りは受
光素子上ゲート電極のそれぞれの印加電圧に依存する。
即ち、感度重心の片寄り具合は外部から印加するゲート
電圧で制御することができる。第３フィールド期間の最
初に行われる読みだし及びリセット動作直後から新たな
光電変換及び信号電荷蓄積が開始され、次のフレーム期
間の第１フィールド期間の最初の読みだし及びリセット
動作まで継続される。この期間には４ｎ＋２受光素子上
ゲート電極即ち、２ｍ段の受光素子の下部を覆うゲート
電極の印加電圧が正となるので、２ｍ段目の受光素子の
下部に片寄った感度重心の状態となる。即ち、２ｍ段目
の受光素子は第１および第２フィールド期間には各受光
素子内の上方にそれぞれ感度重心をもつ状態で撮像し、
第３及び第４フィールド期間ではそれぞれ受光素子内の
下方に感度重心をもつ状態で撮像している。同様の光電
変換および蓄積動作が２ｍ＋１段目の受光素子でも行わ
れて、第２から第３フィールドの期間には感度重心が上
方に片寄った状態で光電変換及び信号電荷蓄積が行われ
る。１フレームの撮像期間で２ｍ段目と２ｍ＋１段目の
縦２つのセルで縦に４個異なる感度重心でサンプリング
を行ったことになる。つまり、サンプリング点がセル数
の２倍となる。
２に示したタイミングチャートに従って駆動した場合の
感度の重心を順次追っていく。まず、図１において２ｍ
段の受光素子は第１フィールド期間の最初に読みだし及
びリセットが行われて、その直後から光電変換および信
号電荷の蓄積が開始され、第３フィールド期間の最初に
行われる読みだし及びリセット動作までの期間まで続け
られる。この光電変換および信号電荷の蓄積の期間、感
度の重心は各受光素子の中心よりも上方にある。蓄積期
間は２フィールド期間分である。感度重心の片寄りは受
光素子上ゲート電極のそれぞれの印加電圧に依存する。
即ち、感度重心の片寄り具合は外部から印加するゲート
電圧で制御することができる。第３フィールド期間の最
初に行われる読みだし及びリセット動作直後から新たな
光電変換及び信号電荷蓄積が開始され、次のフレーム期
間の第１フィールド期間の最初の読みだし及びリセット
動作まで継続される。この期間には４ｎ＋２受光素子上
ゲート電極即ち、２ｍ段の受光素子の下部を覆うゲート
電極の印加電圧が正となるので、２ｍ段目の受光素子の
下部に片寄った感度重心の状態となる。即ち、２ｍ段目
の受光素子は第１および第２フィールド期間には各受光
素子内の上方にそれぞれ感度重心をもつ状態で撮像し、
第３及び第４フィールド期間ではそれぞれ受光素子内の
下方に感度重心をもつ状態で撮像している。同様の光電
変換および蓄積動作が２ｍ＋１段目の受光素子でも行わ
れて、第２から第３フィールドの期間には感度重心が上
方に片寄った状態で光電変換及び信号電荷蓄積が行われ
る。１フレームの撮像期間で２ｍ段目と２ｍ＋１段目の
縦２つのセルで縦に４個異なる感度重心でサンプリング
を行ったことになる。つまり、サンプリング点がセル数
の２倍となる。
【００１４】受光素子内の感度重心は受光素子上のゲー
ト電極に印加する電圧より任意の割合で片寄らせること
ができるので、ここで示した例以外にも１フレーム内の
フィールド数を増やして受光素子上ゲート電極印加電圧
の組み合わせを変えて印加することで何倍にもサンプリ
ング点は増やすことが可能である。図２のタイミングチ
ャートで各読みだし及びリセットの時点で受光素子上ゲ
ート電極印加電圧が０Ｖとしているが、これは図１に示
した位置、即ち、受光素子の上方に片寄った位置にトラ
ンスファーゲート領域が設けられている場合に、受光素
子上ゲート電圧による受光素子内ポテンシャル分布の影
響で読みだし動作が十分に行なえなくなることを避ける
ためである。トランスファーゲート領域を受光素子内中
央部の受光素子上ゲート電極境界位置に設けることによ
り必ずしもゲート電圧０Ｖの状態を作らなくてもよい。
ト電極に印加する電圧より任意の割合で片寄らせること
ができるので、ここで示した例以外にも１フレーム内の
フィールド数を増やして受光素子上ゲート電極印加電圧
の組み合わせを変えて印加することで何倍にもサンプリ
ング点は増やすことが可能である。図２のタイミングチ
ャートで各読みだし及びリセットの時点で受光素子上ゲ
ート電極印加電圧が０Ｖとしているが、これは図１に示
した位置、即ち、受光素子の上方に片寄った位置にトラ
ンスファーゲート領域が設けられている場合に、受光素
子上ゲート電圧による受光素子内ポテンシャル分布の影
響で読みだし動作が十分に行なえなくなることを避ける
ためである。トランスファーゲート領域を受光素子内中
央部の受光素子上ゲート電極境界位置に設けることによ
り必ずしもゲート電圧０Ｖの状態を作らなくてもよい。
【００１５】図５は、本発明の第２の実施例の受光素子
部分を示す図で、受光素子上に４つのゲート電極を配し
たイメージセンサの例である。この実施例では４つのゲ
ート電極に印加する電圧の組み合わせにより感度重心を
面内のあらゆる方向にあらゆる程度に片寄らせることが
できる。
部分を示す図で、受光素子上に４つのゲート電極を配し
たイメージセンサの例である。この実施例では４つのゲ
ート電極に印加する電圧の組み合わせにより感度重心を
面内のあらゆる方向にあらゆる程度に片寄らせることが
できる。
【００１６】以上の実施例ではｐ−ｎ型ホトダイオード
を例に取り示したが、層抵抗が高く面内の電位差が生じ
るＰｔＳｉ極薄膜とｐ型Ｓｉのショットキー型ダイオー
ドを受光素子とする赤外イメージセンサにおいても、受
光素子上ゲート電極に印加する電圧によって受光素子内
にポテンシャル分布を持たせることができ、上述の実施
例と同様のことが行なえる。受光素子としてはトランジ
スタ構造を有する場合にも同様に行なえる。
を例に取り示したが、層抵抗が高く面内の電位差が生じ
るＰｔＳｉ極薄膜とｐ型Ｓｉのショットキー型ダイオー
ドを受光素子とする赤外イメージセンサにおいても、受
光素子上ゲート電極に印加する電圧によって受光素子内
にポテンシャル分布を持たせることができ、上述の実施
例と同様のことが行なえる。受光素子としてはトランジ
スタ構造を有する場合にも同様に行なえる。
【００１７】
【発明の効果】本発明のイメージセンサおよび駆動方法
を用いることで、有効受光領域を損なうことなく、セル
繰り返し周期よりも細かい周期の空間サンプリングを行
うことができる。上記空間サンプリングの重心の位置お
よびサンプリング点の広がり具合は外部から印加する受
光素子上ゲート電極印加パルス電圧の組み合わせで任意
に選ぶことができる。即ち、イメージセンサの空間解像
度を外部制御でセルの繰り返し周期よりも細かい周期で
任意に可変できる。
を用いることで、有効受光領域を損なうことなく、セル
繰り返し周期よりも細かい周期の空間サンプリングを行
うことができる。上記空間サンプリングの重心の位置お
よびサンプリング点の広がり具合は外部から印加する受
光素子上ゲート電極印加パルス電圧の組み合わせで任意
に選ぶことができる。即ち、イメージセンサの空間解像
度を外部制御でセルの繰り返し周期よりも細かい周期で
任意に可変できる。
【図１】本発明の第１の実施例のイメージセンサを示す
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明のイメージセンサの駆動方法を示すタイ
ミングチャート図である。
ミングチャート図である。
【図３】イメージセンサのゲート電極印加電圧とＣＣＤ
およびトランスファーゲート領域チャネル電位の関係を
示すグラフである。
およびトランスファーゲート領域チャネル電位の関係を
示すグラフである。
【図４】本発明のイメージセンサの受光素子内のポテン
シャル分布を説明するための図であり、（Ａ）は受光素
子上ゲート電極印加電圧と受光素子のポテンシャルの相
関図、（Ｂ）は受光素子のポテンシャル分布図である。
シャル分布を説明するための図であり、（Ａ）は受光素
子上ゲート電極印加電圧と受光素子のポテンシャルの相
関図、（Ｂ）は受光素子のポテンシャル分布図である。
【図５】本発明のイメージセンサの第２の実施例を示す
構成図である。
構成図である。
【図６】従来のイメージセンサの一例を示す構成図であ
る。
る。
１ 受光素子 ２ ＣＣＤレジスタ ３ トランスファーゲート領域 ４ 垂直ＣＣＤレジスタ ５ 水平ＣＣＤレジスタ ６ 出力端 ７ 読み出し部 ８ ダミーゲート ９ 受光素子上ゲート電極
Claims (2)
- 【請求項１】 受光素子と受光素子とは同一でない領域
に形成された信号電荷転送素子で構成されるセルを素子
平面上にマトリクス状に配して成る受光領域を少なくと
も有するイメージセンサにおいて、セルマトリクスの繰
り返し空間周期よりも短い周期で、絶縁膜を介した電極
を受光素子上に配することを特徴とするイメージセン
サ。 - 【請求項２】 絶縁膜を介してセルマトリクスの繰り返
し空間周期よりも短い周期で、受光素子上に配された各
電極に異なったパルス電圧を印加することにより、セル
を構成している受光素子の受光期間における面内ポテン
シャル分布を時間変化させることを特徴とするイメージ
センサの駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5078432A JP2500428B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | イメ―ジセンサおよびその駆動方法 |
| US08/857,584 US5748232A (en) | 1993-04-06 | 1997-05-16 | Image sensor and driving method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5078432A JP2500428B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | イメ―ジセンサおよびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06292090A JPH06292090A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2500428B2 true JP2500428B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=13661886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5078432A Expired - Lifetime JP2500428B2 (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | イメ―ジセンサおよびその駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5748232A (ja) |
| JP (1) | JP2500428B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898168A (en) * | 1997-06-12 | 1999-04-27 | International Business Machines Corporation | Image sensor pixel circuit |
| JP2894341B1 (ja) * | 1998-03-12 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置の駆動方法 |
| US6677998B1 (en) * | 1999-01-25 | 2004-01-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state electronic image sensing device and method of controlling operation of same |
| US6480305B1 (en) | 1999-05-25 | 2002-11-12 | Hewlett-Packard Company | Imaging device |
| EP1102326B1 (en) * | 1999-11-22 | 2007-02-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state imaging device and imaging system using the same |
| US6709387B1 (en) * | 2000-05-15 | 2004-03-23 | Given Imaging Ltd. | System and method for controlling in vivo camera capture and display rate |
| JP4236864B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2009-03-11 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | カラーイメージセンサ |
| KR20030096659A (ko) * | 2002-06-17 | 2003-12-31 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서의 화소 어레이 영역, 그 구조체 및 그 제조방법 |
| US8154611B2 (en) * | 2008-07-17 | 2012-04-10 | The Boeing Company | Methods and systems for improving resolution of a digitally stabilized image |
| JP5649657B2 (ja) | 2009-11-20 | 2015-01-07 | ギブン イメージング リミテッドＧｉｖｅｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌｔｄ． | 生体内デバイスの電力消費を制御するシステムおよび方法 |
| US9143696B2 (en) | 2012-10-13 | 2015-09-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Imaging using offsetting accumulations |
| JP6127869B2 (ja) * | 2013-09-25 | 2017-05-17 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及びその駆動方法、並びに電子機器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60130274A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-11 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPS62269357A (ja) * | 1986-05-19 | 1987-11-21 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| US4995061A (en) * | 1987-12-17 | 1991-02-19 | Texas Instruments Incorporated | Two-phase CCD imager cell for TV interlace operation |
| US5274476A (en) * | 1991-08-14 | 1993-12-28 | Gold Star Electron Co., Ltd. | CCD image sensor with photodiodes in a zig-zag pattern and particular transfer gate electrodes formed over channel stop regions and VCCD regions |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP5078432A patent/JP2500428B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-05-16 US US08/857,584 patent/US5748232A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5748232A (en) | 1998-05-05 |
| JPH06292090A (ja) | 1994-10-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960116 |