JP3474638B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP3474638B2 JP14961294A JP14961294A JP3474638B2 JP 3474638 B2 JP3474638 B2 JP 3474638B2 JP 14961294 A JP14961294 A JP 14961294A JP 14961294 A JP14961294 A JP 14961294A JP 3474638 B2 JP3474638 B2 JP 3474638B2
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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、固体撮像装置に関す
る。 【0002】 【従来の技術】固体撮像装置に関して、走査速度、感
度、SN(信号対雑音)比の特性を向上させるために、
TDI(Time Delay Integratio
n)方式が提案されている。 【0003】図8は、TDI方式で用いられる固体撮像
装置の一例の平面図を示している。入射光を受けて光電
変換により光を電子に変換するフォトダイオード等から
なる画素81aを複数個(m個)直線状にならべた画素
列81が、複数本(n本)平行に配設されている。各画
素列は、それぞれ画素列に平行配置された転送電極83
を有しており、画素列と転送電極が交互に配設された構
造となっている。 【0004】これらの転送電極は、第k列(1≦k≦n
−1)の転送電極に注目すると、図中において当該電極
の左側に隣接する第k列の画素列の第i行(1≦i≦
m)の画素から右側に隣接する第(k+1)列の画素列
の第i行の画素へ、電荷を転送する。 【0005】以下、第i行、第j列(1≦j≦n)の画
素を、画素(i、j)と表すことにする。 【0006】このTDI方式の固体撮像装置において、
画素(1、1)で発生した信号電荷は、第1列の転送電
極83を通して画素(1、2)へ移され、順次画素
(1、3)、(1、4)、…、(1、n−1)、(1、
n)まで転送され、さらに信号電荷転送部84によって
CCDレジスタ85に送られる。そして、この信号電荷
はCCDレジスタ85から出力部86へ転送され、ここ
で適当な出力信号に変換されて出力される。 【0007】TDI方式で画像を読み取り走査する時、
画像はセンサ上を画素列に垂直な方向(A)へ移動す
る。 【0008】このとき、画素列間の電荷の転送速度は、
センサ上の画像走査速度と同期しており、ある画像に対
応する信号電荷には、常に同一の画像が照射される画素
にあり、対応する信号電荷を加算する。すなわち、ある
特定の画像部分からの入射光によって第1列の画素で発
生した信号電荷が第2列の画素に転送された時点におい
ては、この信号電荷を発生させた入射光は第2列の画素
に当たっており、ここでこの入射光によって発生した信
号電荷は第1列の画素で発生して転送されてきた信号電
荷に加算される。 【0009】図9は、図8に示した固体撮像装置の画素
列及び転送部の走査方向の断面図で、図10は図9に対
応した電位分布図、図11は転送電極93に印加される
パルス電圧を示す図である。ある特定の入射光によって
画素91−1で発生した信号電荷は、図11の転送パル
スによって転送部93−1を通って画素91−2へ転送
される。この信号電荷が、画素91−2に転送された時
点において、この信号電荷に対応する入射光は画素91
−2に当たっており、ここで発生した信号電荷が画素9
1−1から転送されてきた信号電荷に加算される。 【0010】図9において、画素91、電極93内に
は、基板の不純物分布等を変化させて、電荷の逆流を防
止する電位障壁が設けられている。 【0011】以上説明したように、ある画像部分からの
入射光によって発生した信号電荷は最後の第n列まで順
次加算されていく。 【0012】したがって、ある画像部分からの入射光に
対応する信号電荷を発生する画素の総面積は、合計で画
素n個分となるので、高感度が得られる。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】ところで、画素読み取
り装置の解像度は画素列方向(B)と、画素列に垂直方
向(A)で通常同じであるので、画素列内の画素ピッチ
(dB)と、画素列間のピッチ(dA)は同じでなけれ
ばならない。したがって、高解像度化等の要求から走査
ピッチが縮小されると、画素列に垂直方向(A)の画素
開口幅は、転送電極43があるため、狭ってゆき、逆に
感度と飽和電荷量が低下するという問題を生じる。 【0014】例えば、図9で画素列のピッチを10μ
m、転送電極93のバリア部長(93a)を2μm、蓄
積部長(93b)を4μmとすると、画素部のバリア部
長91aと蓄積部長91bは2μmしかとれず、感度低
下と、画素部の飽和電荷量が小さくなるという問題が生
じる。 【0015】更に、画素列ピッチが小さくなると、画素
開口が取れなくなる場合もある。 【0016】本発明の目的は、TDI方式の固体撮像装
置において、走査ピッチが小さくなっても、感度の低下
を防止することができる固体撮像装置を提供することで
ある。 【0017】 【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置によれば、光電変換を行なう一次元状に配列された複
数の感光画素からなる複数の画素列と、隣接する画素列
のうち一方の画素列に蓄積又は発生した電荷を他方の画
素列へ転送する転送部とを備え、走査方向が上記画素列
と直交する方向である固体撮像装置において、上記画素
列間のピッチが上記感光画素の列方向のピッチのN倍
(Nは整数、2≦N、以下同様)であり、上記転送部
は、所定の蓄積期間に発生した電荷を感光画素ごとに
(N−1)組蓄積することができ、かつ、上記蓄積期間
以上の期間蓄積しておくことを特徴とする。 【0018】走査方向が画素列に対して直交する方向で
あるTDI方式の固体撮像装置において、任意の第k列
と第(k+1)列の画素列との間隔が、相互に隣接する
走査ライン間隔である走査ピッチ、即ち、感光画素の列
方向のピッチのN倍であり、この画素列間において(N
−1)組の電荷を蓄積可能な転送部は、N≧2のとき走
査ピッチの(N−1)倍以下の幅の領域に形成すること
が可能なので、走査ピッチを小さくしたときでも、画素
をほぼ走査ピッチ分の幅で形成できて有効面積の減少を
防止することができ、さらに、転送部は所定の蓄積期間
に発生した電荷を当該蓄積期間以上の期間蓄積しておく
ことができるので、転送中の特定の信号電荷に対応する
入射光が画素列の間に照射しているときは、電荷を転送
部に保持しておくことができる。 【0019】 【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。 【0020】図1は、本発明の一実施例にかかる固体撮
像装置の概略構成を示す平面図である。同図から明らか
なように、この実施例では従来の固体撮像装置の1ピッ
チ分の幅を有する画素1aを直線状に配列した画素列1
−1、1−2、…、1−(n−1)、1−nを複数列平
行に配設し、これらの画素列の間隔が、画素列と直交す
る方向の走査ピッチの2倍となっている。また、任意の
隣接する画素列間には、信号電荷を一時蓄積することが
できる蓄積部2と転送電極3を配設している。 【0021】図2は、図1の画素列及び転送部の走査方
向の拡大断面図、図3は図2に対応した電位分布図、図
4は、画素列間の電極に印加されるパルスタイミング図
である。 【0022】この実施例における動作を説明する。第1
列の電荷について検討してみる。入射光が第1列の画素
列1−1(21−1)に当たると、光電変換により信号
電荷が発生し、所定の期間この画素列1−1(21−
1)に蓄積される()。この時点t1 において、蓄積
部2−1(22−1)の下には、前のサイクルで転送さ
れた電荷′が蓄積されている。所定の光電期間終了
後、時刻t2 に、蓄積部2−1(22−1)に蓄積され
ている電荷′が電極3−1(23−1)の下に移動し
(′)、次に時刻t3 で、画素列1−1(21−1)
の電荷は蓄積部2−1(22−1)へ移動される
()。時刻t4 で電極3−1(23−1)の下の電荷
′を第2列の画素列1−2(21−2)に移動させ
る。最後に、蓄積部2−1(22−1)の下に蓄積され
ていた電荷が、時刻t5 で浅い位置′に移動され
る。 【0023】この転送動作は、走査ピッチの1単位を走
査する時間、すなわち走査の1周期と同期して行われる
ので、特定の画像部分からの入射光が当たっている画素
列には、これと同一の入射光によって、当該画素列の1
列前までの画素列で発生した信号電荷が蓄積されてい
る。すなわち、ある時点において、第k列の画素に特定
の画像部分からの入射光が当たっているとすると、この
画素には、第1列から第(k−1)列までの画素で同一
の入射光によって発生し、順次転送されながら蓄積され
てきた信号電荷がすべて蓄積されている。この1周期後
には、当該入射光は、第k列の画素列と第(k+1)列
の画素列との間にある第k列の転送電極部に当たってい
る。このとき、この入射光による信号電荷は、この部分
の蓄積部に保持されている。 【0024】このようにして、ある特定の画像部分から
の入射光によって、第1列から第n列までの画素列にお
いて発生した信号電荷は、順次すべて加算された後、信
号電荷転送部4によってCCDレジスタ5へ転送され、
さらに出力部6まで転送されて、ここで適当な出力信号
に変換されて出力される。 【0025】したがって、ある画像部分からの入射光に
対応する信号電荷を発生する画素の総面積は、合計で画
素n個分となるので、個々の画素の大きさが小さくても
高感度が得られる。 【0026】以上の実施例においては画素列間のピッチ
を走査ピッチの2倍としているが、整数N倍(ただし、
2≦N)とすることができる。この場合、画素列間には
(N−1)組の蓄積部と転送部が設けられる。 【0027】図9と同一寸法で電極22、23を形成し
たとすると図2に示す様に、画素21−2の蓄積部は6
μmとれ、十分な、飽和電荷量と感度が確保できる。 【0028】図5、6、7に他の実施例を示す。図2に
比べ、画素51、電極52、53の構造と駆動タイミン
グが異なる。信号電荷の転送は、CCDレジスタ5に近
い画素列から(51−n、51−(n−1)、…、51
−2、51−1)順次転送される。画素51−1にある
電荷の転送動作は、まず、電極53−1が開き、電極5
2−1下の電荷を次の画素列51−2へ転送し、次に電
極52−1を開閉し、51−1の電荷を52−1下へ移
す。 【0029】図2に示すように画素部は10μmと図8
より大きく取れるが、駆動タイミングが複雑になる欠点
がある。 【0030】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る固体
撮像装置においては、画素列間距離を、相互に隣接する
走査ライン間隔である走査ピッチ、即ち、感光画素の列
方向のピッチのN倍にし、画素幅を走査ピッチ分確保し
ているので、走査ピッチを縮小した場合でも十分な画素
の有効面積を得ることができ、また、画素列間に配設し
た転送部は所定の蓄積期間に発生した電荷を当該蓄積期
間以上の期間蓄積しておくことができるので、特定の画
像部分からの入射光によって発生した信号電荷を、転送
しながら順次加算していくことができ、高い感度と十分
な飽和電荷量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明にかかる固体撮像装置の一実施例を示す
平面図。 【図2】図1に記載の本発明にかかる固体撮像装置の一
実施例における画素列及び転送部の走査方向の拡大断面
図。 【図3】図2に記載の本発明にかかる固体撮像装置の一
実施例における画素列及び転送部の走査方向の拡大断面
に対応した電位分布図。 【図4】図2に記載の本発明にかかる固体撮像装置の一
実施例における画素列間の電極に印加されるパルスタイ
ミング図。 【図5】本発明にかかる固体撮像装置の他の実施例にお
ける走査方向の断面図。 【図6】図5に記載の本発明にかかる固体撮像装置の他
の実施例の断面部分における電位分布図。 【図7】図5に記載の本発明にかかる固体撮像装置の他
の実施例におけるパルスタイミング図。 【図8】従来技術にかかるTDI方式の固体撮像装置を
示す平面図。 【図9】図8に記載の従来技術にかかるTDI方式の固
体撮像装置における走査方向の断面図。 【図10】図9に記載の従来技術にかかるTDI方式の
固体撮像装置における走査方向の断面に対応した電位分
布図。 【図11】図9に記載の従来技術にかかるTDI方式の
固体撮像装置の転送電極93に印加されるパルス電圧を
示す図。 【符号の説明】 1−1、1−2、…、1−(n−1)、1−n 画素列 1a 画素 2−1、2−2、…、2−(n−1) 蓄積部 3−1、3−2、…、3−(n−1) 転送電極 4 信号電荷転送部 5 CCDレジスタ 6 出力部 21−1、21−2 画素 22−1、22−2 蓄積部の電極 23−1、23−2 転送電極 51−1、51−2 画素 52−1、52−2 蓄積部の電極 53−1、53−2 転送電極 81 画素列 81a 画素 (1、1)、(1、2)、(1、3)、(1、4)、
…、…、(1、n−1)、(1、n) 画素 83 転送電極 88 信号電荷転送部 85 CCDレジスタ 86 出力部 91−1、91−2 画素 93−1、93−2 転送部 91a 画素部のバリア部長 91b 画素部の蓄積部長 93a 転送電極のバリア部長 93b 転送電極の蓄積部長

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】光電変換を行なう一次元状に配列された複
    数の感光画素からなる複数の画素列と、 隣接する画素列のうち一方の画素列に蓄積又は発生した
    電荷を他方の画素列へ転送する転送部とを備え、 走査方向が前記画素列と直交する方向である固体撮像装
    置において、 前記画素列間のピッチが前記感光画素の列方向のピッチ
    のN倍(Nは整数、2≦N、以下同様)であり、 前記転送部は、所定の蓄積期間に発生した電荷を感光画
    素ごとに(N−1)組蓄積することができ、かつ、前記
    蓄積期間以上の期間蓄積しておくことを特徴とする固体
    撮像装置。
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FR2990299B1 (fr) * 2012-05-03 2014-05-09 E2V Semiconductors Capteur d'image matriciel a transfert de charges bidirectionnel a grilles dissymetriques
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