JP2937192B1 - Ｃｃｄイメージセンサ - Google Patents
ＣｃｄイメージセンサInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/44—Mechanical actuating means
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- H—ELECTRICITY
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
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- E03B9/08—Underground hydrants
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Abstract
【要約】
【課題】 光信号を電気信号に変換して画像情報を得る
ＣＣＤイメージセンサにおいて、イメージセンサ全体を
小型化でき、センサ部の受光量をより正確にモニタでき
るようにする。 【解決手段】 バリアゲート２４と、ストレージ２２の
一部は、ストッパ２８によって左右の領域が仕切られて
いる。ストッパ２８に仕切られた領域のうち図面右側の
領域には、モニタ用領域２９が形成されている。モニタ
用領域２９は、ＦＤＡとして機能しており、流入した信
号電荷を電圧信号に変換してモニタ回路側に出力する。
ＣＣＤイメージセンサにおいて、イメージセンサ全体を
小型化でき、センサ部の受光量をより正確にモニタでき
るようにする。 【解決手段】 バリアゲート２４と、ストレージ２２の
一部は、ストッパ２８によって左右の領域が仕切られて
いる。ストッパ２８に仕切られた領域のうち図面右側の
領域には、モニタ用領域２９が形成されている。モニタ
用領域２９は、ＦＤＡとして機能しており、流入した信
号電荷を電圧信号に変換してモニタ回路側に出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光電変換した信号を
ＣＣＤ転送することにより各画素から画像情報を得るＣ
ＣＤイメージセンサに関する。
ＣＣＤ転送することにより各画素から画像情報を得るＣ
ＣＤイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来のＣＣＤイメージセンサの概
念図である。ここでは、１ライン分の構成のみを示して
ある。従来のＣＣＤイメージセンサ５０は、主に、多数
の画素５２がライン状に設けられるラインセンサ部５１
と、ラインセンサ部５１に照射される平均光量をモニタ
するモニタ受光部５３と、モニタ回路５４と、ＦＤＡ
（Floating Diffusion Amplifier）５５から構成されて
いる。各画素５２は、被写体からの光を受光して光電変
換し、その信号電荷を蓄積し、ＣＣＤシフトレジスタ５
６がＦＤＡ５５に転送する。
念図である。ここでは、１ライン分の構成のみを示して
ある。従来のＣＣＤイメージセンサ５０は、主に、多数
の画素５２がライン状に設けられるラインセンサ部５１
と、ラインセンサ部５１に照射される平均光量をモニタ
するモニタ受光部５３と、モニタ回路５４と、ＦＤＡ
（Floating Diffusion Amplifier）５５から構成されて
いる。各画素５２は、被写体からの光を受光して光電変
換し、その信号電荷を蓄積し、ＣＣＤシフトレジスタ５
６がＦＤＡ５５に転送する。
【０００３】モニタ受光部５３は、光電変換用の１つの
フォトダイオードからなり、ラインセンサ部５１と平行
に、かつ近接して設けられている。モニタ受光部５３
は、受光した光を光電変換し、その信号電荷をモニタ回
路５４に送る。モニタ回路５４は、モニタ受光部５３か
らの信号電荷を蓄積して電圧信号に変換し、その積分値
が所定値となった場合に、すべての画素の積分動作終了
の信号を発生する。すなわち、受光される光が強い場合
には１回の画像読み取り時間が短く、暗い場合には長く
なる。積分動作が終了すると、信号電荷がＣＣＤシフト
レジスタ５６によってＦＤＡ５５に転送される。ＦＤＡ
５５は、ラインセンサ部５１で撮像された画像データを
電圧信号として出力する。
フォトダイオードからなり、ラインセンサ部５１と平行
に、かつ近接して設けられている。モニタ受光部５３
は、受光した光を光電変換し、その信号電荷をモニタ回
路５４に送る。モニタ回路５４は、モニタ受光部５３か
らの信号電荷を蓄積して電圧信号に変換し、その積分値
が所定値となった場合に、すべての画素の積分動作終了
の信号を発生する。すなわち、受光される光が強い場合
には１回の画像読み取り時間が短く、暗い場合には長く
なる。積分動作が終了すると、信号電荷がＣＣＤシフト
レジスタ５６によってＦＤＡ５５に転送される。ＦＤＡ
５５は、ラインセンサ部５１で撮像された画像データを
電圧信号として出力する。
【０００４】図８は従来のＣＣＤイメージセンサの画素
の構成を示す図である。また、図９は従来のＣＣＤイメ
ージセンサの全体構成図である。画素５２は、フォトダ
イオード（ＰＤ）５２１で被写体からの光を受光し、光
電変換する。この光電変換された信号電荷は、バリアゲ
ート（ＢＧ）５２４が開放されることによりストレージ
（ＳＴ）５２２に一定時間蓄積される。蓄積された信号
電荷は、トランスファゲート（ＴＧ）５２５が開放され
ることにより、ＣＣＤシフトレジスタ５６の一部である
ＣＣＤレジスタ５２３に移送される。移送された信号電
荷は、さらにＣＣＤシフトレジスタ５６によって端の画
素から順にＦＤＡ５５に転送され、そこで電圧信号に変
換され、出力される。
の構成を示す図である。また、図９は従来のＣＣＤイメ
ージセンサの全体構成図である。画素５２は、フォトダ
イオード（ＰＤ）５２１で被写体からの光を受光し、光
電変換する。この光電変換された信号電荷は、バリアゲ
ート（ＢＧ）５２４が開放されることによりストレージ
（ＳＴ）５２２に一定時間蓄積される。蓄積された信号
電荷は、トランスファゲート（ＴＧ）５２５が開放され
ることにより、ＣＣＤシフトレジスタ５６の一部である
ＣＣＤレジスタ５２３に移送される。移送された信号電
荷は、さらにＣＣＤシフトレジスタ５６によって端の画
素から順にＦＤＡ５５に転送され、そこで電圧信号に変
換され、出力される。
【０００５】信号電荷をストレージ５２２に一定時間蓄
積する動作、いわゆる積分動作と、この積分動作の前の
不要電荷の排出は、バリアゲート５２４、および図８に
示す積分クリアゲート（ＩＣＧ）５２６の開閉で制御し
ている。具体的には、バリアゲート５２４に電圧１Ｖ
を、積分クリアゲート５２６に電圧５Ｖを印加すると、
バリアゲート５２４下と積分クリアゲート５２６下のポ
テンシャルが下がる。また、動作に関係なくストレージ
５２２には電圧３Ｖ、積分クリアゲートドレイン（ＩＣ
ＧＤ）５２７には電圧７Ｖが常に印加されており、その
下のポテンシャルが下がっている。これにより、画素内
にポテンシャルの勾配ができ、フォトダイオード５２１
からストレージ５２２に、さらにストレージ５２２から
積分クリアゲートドレイン５２７に信号電荷が流入しは
じめる。その後、フォトダイオード５２１のポテンシャ
ルはバリアゲート５２４下のポテンシャルに一致し、ス
トレージ５２２内の不要電荷はすべて排出される。これ
により、積分動作前のリセットが完了する。
積する動作、いわゆる積分動作と、この積分動作の前の
不要電荷の排出は、バリアゲート５２４、および図８に
示す積分クリアゲート（ＩＣＧ）５２６の開閉で制御し
ている。具体的には、バリアゲート５２４に電圧１Ｖ
を、積分クリアゲート５２６に電圧５Ｖを印加すると、
バリアゲート５２４下と積分クリアゲート５２６下のポ
テンシャルが下がる。また、動作に関係なくストレージ
５２２には電圧３Ｖ、積分クリアゲートドレイン（ＩＣ
ＧＤ）５２７には電圧７Ｖが常に印加されており、その
下のポテンシャルが下がっている。これにより、画素内
にポテンシャルの勾配ができ、フォトダイオード５２１
からストレージ５２２に、さらにストレージ５２２から
積分クリアゲートドレイン５２７に信号電荷が流入しは
じめる。その後、フォトダイオード５２１のポテンシャ
ルはバリアゲート５２４下のポテンシャルに一致し、ス
トレージ５２２内の不要電荷はすべて排出される。これ
により、積分動作前のリセットが完了する。
【０００６】次いで、積分動作を行う場合、積分クリア
ゲート５２６の印加電圧を０Ｖにする。これにより、ス
トレージ５２２から積分クリアゲートドレイン５２７へ
の電荷の流入は止まり、ストレージ５２２に信号電荷が
蓄積される。一定時間の積分動作後、モニタ回路５４が
バリアゲート５２４の印加電圧を０Ｖとしてフォトダイ
オード５２１からの電荷の流入を止めることにより、積
分動作も終了する。
ゲート５２６の印加電圧を０Ｖにする。これにより、ス
トレージ５２２から積分クリアゲートドレイン５２７へ
の電荷の流入は止まり、ストレージ５２２に信号電荷が
蓄積される。一定時間の積分動作後、モニタ回路５４が
バリアゲート５２４の印加電圧を０Ｖとしてフォトダイ
オード５２１からの電荷の流入を止めることにより、積
分動作も終了する。
【０００７】積分動作の終了後は、トランスファゲート
５２５への印加電圧が５Ｖとなり、ストレージ５２２内
の蓄積された信号電荷がＣＣＤレジスタ５２３に移送さ
れる。ＣＣＤレジスタ５２３に移送された信号電荷は、
ＣＣＤシフトレジスタ５６によってＦＤＡ５５に転送さ
れる。
５２５への印加電圧が５Ｖとなり、ストレージ５２２内
の蓄積された信号電荷がＣＣＤレジスタ５２３に移送さ
れる。ＣＣＤレジスタ５２３に移送された信号電荷は、
ＣＣＤシフトレジスタ５６によってＦＤＡ５５に転送さ
れる。
【０００８】なお、トランスファゲート５２５および積
分クリアゲート５２６への印加電圧は、ラインセンサ部
５１と別個に設けられた制御回路によって制御される。
分クリアゲート５２６への印加電圧は、ラインセンサ部
５１と別個に設けられた制御回路によって制御される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＣＣＤ
イメージセンサ５０は、図７などで示したように、ライ
ンセンサ部５１の受光量をモニタするためにラインセン
サ部５１とは別体のモニタ受光部５３を用いていたの
で、光量を正確にモニタしているとは言えなかった。例
えば、ラインセンサ部５１側には被写体からの光が照射
されているにもかかわらず、モニタ受光部５３には照射
されないことがあり得る。この場合、モニタ回路５４側
では光を検知できないので、積分データを得ることがで
きず、バリアゲート５２４をいつまでも閉じることがで
きない。このため、ラインセンサ部５１の出力が飽和し
てしまうおそれがある。
イメージセンサ５０は、図７などで示したように、ライ
ンセンサ部５１の受光量をモニタするためにラインセン
サ部５１とは別体のモニタ受光部５３を用いていたの
で、光量を正確にモニタしているとは言えなかった。例
えば、ラインセンサ部５１側には被写体からの光が照射
されているにもかかわらず、モニタ受光部５３には照射
されないことがあり得る。この場合、モニタ回路５４側
では光を検知できないので、積分データを得ることがで
きず、バリアゲート５２４をいつまでも閉じることがで
きない。このため、ラインセンサ部５１の出力が飽和し
てしまうおそれがある。
【００１０】また、ラインセンサ部５１の特性とモニタ
受光部５３の特性がずれていたり、電圧信号に変換する
部分の感度がラインセンサ部５１側とモニタ回路５４側
とで異なる場合には、それぞれの出力レベルがずれてし
まい、誤差の原因となるという問題がある。
受光部５３の特性がずれていたり、電圧信号に変換する
部分の感度がラインセンサ部５１側とモニタ回路５４側
とで異なる場合には、それぞれの出力レベルがずれてし
まい、誤差の原因となるという問題がある。
【００１１】さらに、モニタ受光部５３が別体のため、
センサ全体のサイズも大きくなるという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、イ
メージセンサ全体を小型化でき、各画素の受光量をより
正確にモニタすることのできるＣＣＤイメージセンサを
提供することを目的とする。
センサ全体のサイズも大きくなるという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、イ
メージセンサ全体を小型化でき、各画素の受光量をより
正確にモニタすることのできるＣＣＤイメージセンサを
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光電変換した信号をＣＣＤ転送すること
により各画素から画像情報を得るＣＣＤイメージセンサ
において、受光した光を光電変換する受光部と、前記光
電変換された信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部
の一部に形成され、自身の領域に蓄積された前記信号電
荷をモニタ用出力信号として取り出すモニタ用領域と、
前記蓄積部のモニタ用領域以外の領域に蓄積された信号
電荷をデータ出力側に転送するＣＣＤレジスタと、を有
する複数の画素と、前記各画素のモニタ用領域からのモ
ニタ用出力信号に基づいて、前記蓄積部における電荷の
蓄積時間を制御する蓄積時間制御手段と、を有すること
を特徴とするＣＣＤイメージセンサが提供される。
決するために、光電変換した信号をＣＣＤ転送すること
により各画素から画像情報を得るＣＣＤイメージセンサ
において、受光した光を光電変換する受光部と、前記光
電変換された信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部
の一部に形成され、自身の領域に蓄積された前記信号電
荷をモニタ用出力信号として取り出すモニタ用領域と、
前記蓄積部のモニタ用領域以外の領域に蓄積された信号
電荷をデータ出力側に転送するＣＣＤレジスタと、を有
する複数の画素と、前記各画素のモニタ用領域からのモ
ニタ用出力信号に基づいて、前記蓄積部における電荷の
蓄積時間を制御する蓄積時間制御手段と、を有すること
を特徴とするＣＣＤイメージセンサが提供される。
【００１３】このようなイメージセンサでは、各画素の
受光部が被写体からの光を受光して光電変換する。蓄積
部は、光電変換された信号電荷を蓄積する。ＣＣＤレジ
スタは、蓄積部のモニタ用領域以外の領域に蓄積された
信号電荷をデータ出力側に転送する。また、蓄積部の一
部に形成されたモニタ用領域は、自身の領域に蓄積され
た信号電荷をモニタ用出力信号として取り出す。このモ
ニタ用領域からのモニタ用出力信号に基づいて、蓄積時
間制御手段が電荷の蓄積時間を制御する。
受光部が被写体からの光を受光して光電変換する。蓄積
部は、光電変換された信号電荷を蓄積する。ＣＣＤレジ
スタは、蓄積部のモニタ用領域以外の領域に蓄積された
信号電荷をデータ出力側に転送する。また、蓄積部の一
部に形成されたモニタ用領域は、自身の領域に蓄積され
た信号電荷をモニタ用出力信号として取り出す。このモ
ニタ用領域からのモニタ用出力信号に基づいて、蓄積時
間制御手段が電荷の蓄積時間を制御する。
【００１４】これにより、各画素の受光部における受光
量を正確にモニタすることができる。また、蓄積部の一
部にモニタ用領域を設けたので、センサ部とモニタ部と
を一体にでき、イメージセンサ全体を小型化できる。
量を正確にモニタすることができる。また、蓄積部の一
部にモニタ用領域を設けたので、センサ部とモニタ部と
を一体にでき、イメージセンサ全体を小型化できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図２は本形態のＣＣＤイメージセ
ンサの概略構成を示す図である。ＣＣＤイメージセンサ
１０は、例えば距離測定などに用いられる１チップタイ
プのラインセンサである。ラインセンサ部１０ａには、
複数本のラインセンサ１１が形成されている。各ライン
センサ１１には、後述する構成の画素が多数個並列に形
成されている。
を参照して説明する。図２は本形態のＣＣＤイメージセ
ンサの概略構成を示す図である。ＣＣＤイメージセンサ
１０は、例えば距離測定などに用いられる１チップタイ
プのラインセンサである。ラインセンサ部１０ａには、
複数本のラインセンサ１１が形成されている。各ライン
センサ１１には、後述する構成の画素が多数個並列に形
成されている。
【００１６】モニタ回路１２は、各ラインセンサ１１の
受光量をモニタし、信号電荷の積分時間を制御する。Ｃ
ＣＤ制御回路１３は、蓄積された信号電荷の転送に関わ
る制御を行う。ＦＤＡ１４は、ラインセンサ１１から転
送された信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
受光量をモニタし、信号電荷の積分時間を制御する。Ｃ
ＣＤ制御回路１３は、蓄積された信号電荷の転送に関わ
る制御を行う。ＦＤＡ１４は、ラインセンサ１１から転
送された信号電荷を電圧信号に変換して出力する。
【００１７】なお、ここでは、便宜上、モニタ回路１２
およびＦＤＡ１４を１個ずつ示したが、実際には、両者
ともラインセンサ１１毎に設けられている。次に、本形
態のラインセンサ１１の構成要素である画素の具体的な
構成を説明する。
およびＦＤＡ１４を１個ずつ示したが、実際には、両者
ともラインセンサ１１毎に設けられている。次に、本形
態のラインセンサ１１の構成要素である画素の具体的な
構成を説明する。
【００１８】図１はラインセンサ１１の構成要素である
画素の具体的な構成を示す図である。また、図３は図１
のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。さらに、図４（Ａ）は
図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図、図４（Ｂ）はＺ−Ｚ線に
沿う断面図である。画素２０は、長さが数百μｍ、幅が
数十μｍ程度の素子であり、主に、フォトダイオード
（ＰＤ）２１、ストレージ（ＳＴ）２２、ＣＣＤレジス
タ２３、バリアゲート（ＢＧ）２４、トランスファゲー
ト（ＴＧ）２５、積分クリアゲート（ＩＣＧ）２６、お
よび積分クリアゲートドレイン（ＩＣＧＤ）２７から構
成されている。
画素の具体的な構成を示す図である。また、図３は図１
のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。さらに、図４（Ａ）は
図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図、図４（Ｂ）はＺ−Ｚ線に
沿う断面図である。画素２０は、長さが数百μｍ、幅が
数十μｍ程度の素子であり、主に、フォトダイオード
（ＰＤ）２１、ストレージ（ＳＴ）２２、ＣＣＤレジス
タ２３、バリアゲート（ＢＧ）２４、トランスファゲー
ト（ＴＧ）２５、積分クリアゲート（ＩＣＧ）２６、お
よび積分クリアゲートドレイン（ＩＣＧＤ）２７から構
成されている。
【００１９】画素２０は、結晶シリコン基板にＮ- イオ
ンのドープ、例えばリン（Ｐ）イオンを１５０ｋｅＶで
２．３〜２．５×１０12／ｃｍ2 ドープすることにより
Ｎ-層として形成されている。ストレージ２２とモニタ
用領域２９とを区切るストッパ２８は、Ｎ- 層中にＰ+
イオンのドープ、例えばボロン（Ｂ）イオンを５０ｋｅ
Ｖで２．０×１０13／ｃｍ2 ドープすることにより形成
されている。これにより、ストレージ２２とモニタ用領
域２９の接合部分の空乏化が防がれる。
ンのドープ、例えばリン（Ｐ）イオンを１５０ｋｅＶで
２．３〜２．５×１０12／ｃｍ2 ドープすることにより
Ｎ-層として形成されている。ストレージ２２とモニタ
用領域２９とを区切るストッパ２８は、Ｎ- 層中にＰ+
イオンのドープ、例えばボロン（Ｂ）イオンを５０ｋｅ
Ｖで２．０×１０13／ｃｍ2 ドープすることにより形成
されている。これにより、ストレージ２２とモニタ用領
域２９の接合部分の空乏化が防がれる。
【００２０】積分クリアゲートドレイン２７は、Ｎ- 層
中にＮ+ イオンのドープ、例えばヒ素（Ａｓ）イオンを
８０ｋｅＶで４．５×１０16／ｃｍ2 ドープすることに
より形成されている。
中にＮ+ イオンのドープ、例えばヒ素（Ａｓ）イオンを
８０ｋｅＶで４．５×１０16／ｃｍ2 ドープすることに
より形成されている。
【００２１】ストッパ２８と多少のスペースを空けて形
成されているモニタ用領域２９は、積分クリアゲートド
レイン２７と同様に、Ｎ- 層中にＮ+ イオンのドープが
なされることにより形成されている。ここで、モニタ用
領域２９は、ＦＤＡとして機能している。
成されているモニタ用領域２９は、積分クリアゲートド
レイン２７と同様に、Ｎ- 層中にＮ+ イオンのドープが
なされることにより形成されている。ここで、モニタ用
領域２９は、ＦＤＡとして機能している。
【００２２】バリアゲート２４、トランスファゲート２
５、および積分クリアゲート２６は、それぞれＮ- 層表
面上に、図示されていない絶縁膜を介してリンドープ多
結晶ポリシリコンとして形成されている。
５、および積分クリアゲート２６は、それぞれＮ- 層表
面上に、図示されていない絶縁膜を介してリンドープ多
結晶ポリシリコンとして形成されている。
【００２３】また、ストレージ２２、ＣＣＤレジスタ２
３の表面には、図示されていない絶縁膜を介して、リン
ドープ多結晶ポリシリコンからなる電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３，Ｅ４，Ｅ５が形成されている。電極Ｅ１には、常に
一定の電圧が印加されている。
３の表面には、図示されていない絶縁膜を介して、リン
ドープ多結晶ポリシリコンからなる電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３，Ｅ４，Ｅ５が形成されている。電極Ｅ１には、常に
一定の電圧が印加されている。
【００２４】信号電荷のストレージ２２への流入量とモ
ニタ用領域２９への流入量との比は、ストッパ２８を形
成する位置によって決まる。すなわち、ストッパ２８の
位置によって、ストレージ２２の面積とモニタ用領域２
９の面積が決まり、これにより信号電荷の流入量の比が
決まる。また、ＦＤＡの感度は、Ｎ+ イオンの注入領域
の面積で決まる。よって、センサ側のＦＤＡ１４とモニ
タ用領域２９の感度を、両者アプリケーションの信号電
荷の流量にあわせて設計すれば、センサ出力と同等のモ
ニタ出力を得ることができる。例えばストレージ２２と
モニタ用領域２９との信号電荷の流量比が１０：１の場
合には、センサ側のＦＤＡ１４とモニタ用領域２９の感
度比を１：１０にすれば、両者の出力が同じになる。
ニタ用領域２９への流入量との比は、ストッパ２８を形
成する位置によって決まる。すなわち、ストッパ２８の
位置によって、ストレージ２２の面積とモニタ用領域２
９の面積が決まり、これにより信号電荷の流入量の比が
決まる。また、ＦＤＡの感度は、Ｎ+ イオンの注入領域
の面積で決まる。よって、センサ側のＦＤＡ１４とモニ
タ用領域２９の感度を、両者アプリケーションの信号電
荷の流量にあわせて設計すれば、センサ出力と同等のモ
ニタ出力を得ることができる。例えばストレージ２２と
モニタ用領域２９との信号電荷の流量比が１０：１の場
合には、センサ側のＦＤＡ１４とモニタ用領域２９の感
度比を１：１０にすれば、両者の出力が同じになる。
【００２５】ストレージ２２内とモニタ用領域２９内の
不要電荷は、従来の構成と同じように積分動作前に積分
クリアゲートドレイン２７に排出しなければならない。
このため、モニタ用領域２９は、バリアゲート２４およ
び積分クリアゲート２６の両者に接するように形成され
ている。
不要電荷は、従来の構成と同じように積分動作前に積分
クリアゲートドレイン２７に排出しなければならない。
このため、モニタ用領域２９は、バリアゲート２４およ
び積分クリアゲート２６の両者に接するように形成され
ている。
【００２６】次に、このような構成の画素２０単体の動
作を説明する。フォトダイオード２１は、被写体からの
光を受光すると、これを光電変換する。この光電変換さ
れた信号電荷は、バリアゲート２４が開放されることに
より、ストレージ２２に移動して一定時間蓄積される。
このとき、信号電荷の一部は、モニタ用領域２９に移動
する。
作を説明する。フォトダイオード２１は、被写体からの
光を受光すると、これを光電変換する。この光電変換さ
れた信号電荷は、バリアゲート２４が開放されることに
より、ストレージ２２に移動して一定時間蓄積される。
このとき、信号電荷の一部は、モニタ用領域２９に移動
する。
【００２７】ストレージ２２に蓄積された信号電荷は、
ＣＣＤ制御回路１３によってトランスファゲート２５が
開放されることによりＣＣＤレジスタ２３に移送され、
さらにＣＣＤレジスタ２３から、ＦＤＡ１４に転送さ
れ、そこで電圧信号に変換され、出力される。
ＣＣＤ制御回路１３によってトランスファゲート２５が
開放されることによりＣＣＤレジスタ２３に移送され、
さらにＣＣＤレジスタ２３から、ＦＤＡ１４に転送さ
れ、そこで電圧信号に変換され、出力される。
【００２８】信号電荷をストレージ２２に一定時間蓄積
する動作、いわゆる積分動作と、この積分動作の前の不
要電荷の排出は、バリアゲート２４、および積分クリア
ゲート２６の開閉で制御している。具体的には、例えば
積分動作前には、バリアゲート２４に電圧１Ｖを、積分
クリアゲート２６に電圧５Ｖを印加する。また、動作に
関係なく、ストレージ２２には電圧３Ｖ、積分クリアゲ
ートドレイン２７には電圧７Ｖが常に印加されており、
その下のポテンシャルが下がっている。これにより、画
素内にポテンシャルの勾配ができ、フォトダイオード２
１からストレージ２２およびモニタ用領域２９に信号電
荷が流入する。
する動作、いわゆる積分動作と、この積分動作の前の不
要電荷の排出は、バリアゲート２４、および積分クリア
ゲート２６の開閉で制御している。具体的には、例えば
積分動作前には、バリアゲート２４に電圧１Ｖを、積分
クリアゲート２６に電圧５Ｖを印加する。また、動作に
関係なく、ストレージ２２には電圧３Ｖ、積分クリアゲ
ートドレイン２７には電圧７Ｖが常に印加されており、
その下のポテンシャルが下がっている。これにより、画
素内にポテンシャルの勾配ができ、フォトダイオード２
１からストレージ２２およびモニタ用領域２９に信号電
荷が流入する。
【００２９】ストレージ２２およびモニタ用領域２９に
流入した信号電荷は、さらに積分クリアゲートドレイン
２７に流入しはじめる。その後、フォトダイオード２１
のポテンシャルは、バリアゲート２４下のポテンシャル
に一致し、ストレージ２２およびモニタ用領域２９内の
不要電荷はすべて排出される。これにより、積分動作前
のリセットが完了する。
流入した信号電荷は、さらに積分クリアゲートドレイン
２７に流入しはじめる。その後、フォトダイオード２１
のポテンシャルは、バリアゲート２４下のポテンシャル
に一致し、ストレージ２２およびモニタ用領域２９内の
不要電荷はすべて排出される。これにより、積分動作前
のリセットが完了する。
【００３０】次いで、積分動作を行う場合、積分クリア
ゲート２６の印加電圧を０Ｖにする。これにより、スト
レージ２２から積分クリアゲートドレイン２７への電荷
の流入は止まり、ストレージ２２に信号電荷が蓄積され
る。
ゲート２６の印加電圧を０Ｖにする。これにより、スト
レージ２２から積分クリアゲートドレイン２７への電荷
の流入は止まり、ストレージ２２に信号電荷が蓄積され
る。
【００３１】一方、モニタ用領域２９に流入した信号電
荷は、そこで電圧信号に変換され、モニタ回路１２に送
られる。モニタ回路１２は、後述するように、モニタ用
領域２９からの電圧信号を積分し、その積分値が所定値
以上となった場合に、バリアゲート２４の印加電圧を０
Ｖとし、フォトダイオード２１からの電荷の流入を止
め、これによりストレージ２２の信号電荷の積分動作が
終了する。
荷は、そこで電圧信号に変換され、モニタ回路１２に送
られる。モニタ回路１２は、後述するように、モニタ用
領域２９からの電圧信号を積分し、その積分値が所定値
以上となった場合に、バリアゲート２４の印加電圧を０
Ｖとし、フォトダイオード２１からの電荷の流入を止
め、これによりストレージ２２の信号電荷の積分動作が
終了する。
【００３２】ストレージ２２の積分動作の終了後は、ト
ランスファゲート２５への印加電圧が５Ｖとなり、スト
レージ２２内の蓄積された信号電荷がＣＣＤレジスタ２
３に移送される。ＣＣＤレジスタ２３から信号電荷をＦ
ＤＡ１４に転送する。
ランスファゲート２５への印加電圧が５Ｖとなり、スト
レージ２２内の蓄積された信号電荷がＣＣＤレジスタ２
３に移送される。ＣＣＤレジスタ２３から信号電荷をＦ
ＤＡ１４に転送する。
【００３３】図５はラインセンサ１１における各画素２
０間の接続構成を示す図である。ラインセンサ１１で
は、図に示すように、互いに対称形に形成された画素２
０どうしが一対となって並列に複数組形成されている。
各画素２０の間には、ストッパ３４が形成されている。
各画素２０のバリアゲート２４、トランスファゲート２
５は、それぞれ１本のメタル配線３１，３２で接続され
ており、図２で示したＣＣＤ制御回路１３と接続されて
いる。同様に、積分クリアゲート２６および積分クリア
ゲートドレイン２７も、図示されていないメタル配線に
より接続されている。
０間の接続構成を示す図である。ラインセンサ１１で
は、図に示すように、互いに対称形に形成された画素２
０どうしが一対となって並列に複数組形成されている。
各画素２０の間には、ストッパ３４が形成されている。
各画素２０のバリアゲート２４、トランスファゲート２
５は、それぞれ１本のメタル配線３１，３２で接続され
ており、図２で示したＣＣＤ制御回路１３と接続されて
いる。同様に、積分クリアゲート２６および積分クリア
ゲートドレイン２７も、図示されていないメタル配線に
より接続されている。
【００３４】また、各モニタ用領域２９は、コンタクト
３１ａを介して１本のメタル配線３３で接続されてい
る。このメタル配線３３は、モニタ回路１２と接続され
ている。これにより、モニタ回路１２へは、各画素２０
のモニタ用領域２９の出力レベルの平均値が送られる。
３１ａを介して１本のメタル配線３３で接続されてい
る。このメタル配線３３は、モニタ回路１２と接続され
ている。これにより、モニタ回路１２へは、各画素２０
のモニタ用領域２９の出力レベルの平均値が送られる。
【００３５】図６は本形態のモニタ回路１２の構成例を
示す図である。モニタ回路１２にはコンパレータ４２が
設けられている。このコンパレータ４２の一方の入力端
子４２ａには、コンデンサ４１を介してメタル配線３３
が接続されている。また、入力端子４２ａには、スイッ
チ４３が接続されている。また、コンパレータ４２の他
方の入力端子４２ｂには、しきい値としてのＡＧＣ（Au
to Gain Control ）レベルが印加されている。
示す図である。モニタ回路１２にはコンパレータ４２が
設けられている。このコンパレータ４２の一方の入力端
子４２ａには、コンデンサ４１を介してメタル配線３３
が接続されている。また、入力端子４２ａには、スイッ
チ４３が接続されている。また、コンパレータ４２の他
方の入力端子４２ｂには、しきい値としてのＡＧＣ（Au
to Gain Control ）レベルが印加されている。
【００３６】積分開始時に、メタル配線３３部分には例
えば７Ｖの電圧が印加されると同時に、スイッチ４３が
閉じられて入力端子４２ａには３Ｖの電圧が印加され
る。したがって、コンデンサ４１ｂには４Ｖの電位差が
ある。
えば７Ｖの電圧が印加されると同時に、スイッチ４３が
閉じられて入力端子４２ａには３Ｖの電圧が印加され
る。したがって、コンデンサ４１ｂには４Ｖの電位差が
ある。
【００３７】そして、積分開始と同時にスイッチ４３が
開かれるとともに、画素２０の各フォトダイオード２１
で受光した光量に応じて、各画素２０のモニタ用領域２
９の出力電位が下がってくる。これにより、各モニタ用
領域２９の平均出力電圧が現れるメタル配線３３部分の
電位も７Ｖから徐々に低下し、これと同時に入力端子４
２ａの電位も３Ｖから徐々に低下する。コンパレータ４
２は、この入力端子４２ａの電位が入力端子４２ｂのＡ
ＧＣレベル（例えば１Ｖ）以下となった時点で、積分終
了信号発生部４４に指令信号を送る。
開かれるとともに、画素２０の各フォトダイオード２１
で受光した光量に応じて、各画素２０のモニタ用領域２
９の出力電位が下がってくる。これにより、各モニタ用
領域２９の平均出力電圧が現れるメタル配線３３部分の
電位も７Ｖから徐々に低下し、これと同時に入力端子４
２ａの電位も３Ｖから徐々に低下する。コンパレータ４
２は、この入力端子４２ａの電位が入力端子４２ｂのＡ
ＧＣレベル（例えば１Ｖ）以下となった時点で、積分終
了信号発生部４４に指令信号を送る。
【００３８】指令信号を受けた積分終了信号発生部４４
は、各画素２０のバリアゲート２４を閉じるべく、積分
終了信号を発生する。これにより、各画素２０の受光動
作が終了する。
は、各画素２０のバリアゲート２４を閉じるべく、積分
終了信号を発生する。これにより、各画素２０の受光動
作が終了する。
【００３９】このように、本形態では、ラインセンサ１
１の各画素２０内にモニタ用領域２９を形成して、画素
２０のフォトダイオード２１で受光した光に応じた電圧
信号を取得してモニタし、これに基づいて信号電荷の蓄
積時間（積分時間）を制御するようにしたので、検出位
置の誤差がなくなり、より正確なモニタが可能となる。
また、モニタ用の受光部を設ける必要がないので、チッ
プサイズを小さくできる。
１の各画素２０内にモニタ用領域２９を形成して、画素
２０のフォトダイオード２１で受光した光に応じた電圧
信号を取得してモニタし、これに基づいて信号電荷の蓄
積時間（積分時間）を制御するようにしたので、検出位
置の誤差がなくなり、より正確なモニタが可能となる。
また、モニタ用の受光部を設ける必要がないので、チッ
プサイズを小さくできる。
【００４０】あるいは、フォトダイオード２１の受光面
積を多少大きくしても、従来と同じスペースまたは小さ
なスペースで実現できる。これにより、信号電荷量を多
くできるので、センサ出力のばらつきなどのノイズを低
減でき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。例えば信
号電荷量が２倍になれば、センサ出力のばらつきは（１
／２）1/2 とすることができる。
積を多少大きくしても、従来と同じスペースまたは小さ
なスペースで実現できる。これにより、信号電荷量を多
くできるので、センサ出力のばらつきなどのノイズを低
減でき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。例えば信
号電荷量が２倍になれば、センサ出力のばらつきは（１
／２）1/2 とすることができる。
【００４１】さらに、本形態の構成では、モニタ用領域
２９を設けることによりストレージ２２の面積が小さく
なるが、ストレージ２２の電荷蓄積容量は、面積だけで
なく印加電圧に応じて大きくできるので、面積が減少し
た分だけ印加電圧を上げれば、従来通りの電荷蓄積容量
を得ることができる。たとえ面積のほうを大きくしたと
しても、上述した理由から、センササイズの増加は非常
に小さい。
２９を設けることによりストレージ２２の面積が小さく
なるが、ストレージ２２の電荷蓄積容量は、面積だけで
なく印加電圧に応じて大きくできるので、面積が減少し
た分だけ印加電圧を上げれば、従来通りの電荷蓄積容量
を得ることができる。たとえ面積のほうを大きくしたと
しても、上述した理由から、センササイズの増加は非常
に小さい。
【００４２】なお、本形態では、ラインセンサ１１の各
画素２０のモニタ用領域２９を１本のメタル配線３３で
接続する例を示したが、配線を別個にして、画素毎にモ
ニタするようにしてもよい。これにより、各画素の特性
に応じて積分時間をコントロールできるので、ダイナミ
ックレンジの広いイメージセンサが実現できる。
画素２０のモニタ用領域２９を１本のメタル配線３３で
接続する例を示したが、配線を別個にして、画素毎にモ
ニタするようにしてもよい。これにより、各画素の特性
に応じて積分時間をコントロールできるので、ダイナミ
ックレンジの広いイメージセンサが実現できる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、各画素
の蓄積部の一部にモニタ用領域を形成し、モニタ用領域
に蓄積された信号電荷をモニタ用出力信号として取り出
して、電荷の蓄積時間を制御するようにしたので、位置
ずれによる誤差をなくせるため、各画素の受光部におけ
る受光量を正確にモニタすることができる。
の蓄積部の一部にモニタ用領域を形成し、モニタ用領域
に蓄積された信号電荷をモニタ用出力信号として取り出
して、電荷の蓄積時間を制御するようにしたので、位置
ずれによる誤差をなくせるため、各画素の受光部におけ
る受光量を正確にモニタすることができる。
【００４４】また、蓄積部の一部にモニタ用領域を設け
たので、センサ部とモニタ部が一体にでき、イメージセ
ンサ全体を小型化できる。
たので、センサ部とモニタ部が一体にでき、イメージセ
ンサ全体を小型化できる。
【図１】ラインセンサの構成要素である画素の具体的な
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】本形態のＣＣＤイメージセンサの概略構成を示
す図である。
す図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）は図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図、（Ｂ）
は図１のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
は図１のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図５】ラインセンサにおける各画素間の接続構成を示
す図である。
す図である。
【図６】本形態のモニタ回路の構成例を示す図である。
【図７】従来のＣＣＤイメージセンサの概念図である。
【図８】従来のＣＣＤイメージセンサの画素の構成を示
す図である。
す図である。
【図９】従来のＣＣＤイメージセンサの全体構成図であ
る。
る。
１０ ＣＣＤイメージセンサ １０ａ ラインセンサ部 １１ ラインセンサ １２ モニタ回路 １３ ＣＣＤ制御回路 １４ ＦＤＡ ２０ 画素 ２１ フォトダイオード ２２ ストレージ ２３ ＣＣＤレジスタ ２４ バリアゲート ２５ トランスファゲート ２６ 積分クリアゲート ２７ 積分クリアゲートドレイン ２８ ストッパ ２９ モニタ用領域
Claims (4)
- 【請求項１】 光電変換した信号をＣＣＤ転送すること
により各画素から画像情報を得るＣＣＤイメージセンサ
において、 受光した光を光電変換する受光部と、前記光電変換され
た信号電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部の一部に形
成され、自身の領域に蓄積された前記信号電荷をモニタ
用出力信号として取り出すモニタ用領域と、前記蓄積部
のモニタ用領域以外の領域に蓄積された信号電荷をデー
タ出力側に転送するＣＣＤレジスタと、を有する複数の
画素と、 前記各画素のモニタ用領域からのモニタ用出力信号に基
づいて、前記蓄積部における電荷の蓄積時間を制御する
蓄積時間制御手段と、 を有することを特徴とするＣＣＤイメージセンサ。 - 【請求項２】 前記蓄積時間制御手段は、前記画素毎に
前記蓄積時間の制御を行うことを特徴とする請求項１記
載のＣＣＤイメージセンサ。 - 【請求項３】 前記画素のモニタ用領域を１ライン毎に
接続するライン接続手段を有するとともに、前記蓄積時
間制御手段は、前記ライン上の画素の平均受光量をモニ
タすることで前記蓄積時間を制御することを特徴とする
請求項１記載のＣＣＤイメージセンサ。 - 【請求項４】 前記モニタ用領域は、イオンドープによ
り形成された空乏防止壁により前記蓄積部の他の領域と
区切られていることを特徴とする請求項１記載のＣＣＤ
イメージセンサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171973A JP2937192B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | Ｃｃｄイメージセンサ |
| DE19926321A DE19926321A1 (de) | 1998-06-19 | 1999-06-09 | CCD-Bildsensor |
| KR1019990022456A KR20000006203A (ko) | 1998-06-19 | 1999-06-16 | Ｃｃｄ이미지센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171973A JP2937192B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | Ｃｃｄイメージセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2937192B1 true JP2937192B1 (ja) | 1999-08-23 |
| JP2000013687A JP2000013687A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=15933186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10171973A Expired - Lifetime JP2937192B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | Ｃｃｄイメージセンサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2937192B1 (ja) |
| KR (1) | KR20000006203A (ja) |
| DE (1) | DE19926321A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8102443B2 (en) | 2007-03-13 | 2012-01-24 | Renesas Electronics Corporation | CCD image sensor having charge storage section between photodiode section and charge transfer section |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3781672B2 (ja) | 2001-12-14 | 2006-05-31 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| CN101542734B (zh) * | 2006-11-28 | 2011-07-06 | 浜松光子学株式会社 | 固体摄像元件 |
| JP5593867B2 (ja) * | 2010-06-15 | 2014-09-24 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2012048065A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Canon Inc | 光電変換装置、焦点検出装置、および撮像システム |
| CN111355901A (zh) * | 2020-03-14 | 2020-06-30 | 北京大学深圳研究生院 | 光电传感器、像素电路、图像传感器及光电感测方法 |
-
1998
- 1998-06-19 JP JP10171973A patent/JP2937192B1/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-06-09 DE DE19926321A patent/DE19926321A1/de not_active Withdrawn
- 1999-06-16 KR KR1019990022456A patent/KR20000006203A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8102443B2 (en) | 2007-03-13 | 2012-01-24 | Renesas Electronics Corporation | CCD image sensor having charge storage section between photodiode section and charge transfer section |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19926321A1 (de) | 1999-12-23 |
| KR20000006203A (ko) | 2000-01-25 |
| JP2000013687A (ja) | 2000-01-14 |
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