JP5333869B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
25a 光電変換部
27a、27b 電荷蓄積領域
29、29a、29b リセット電極
31 電荷転送部
Tx1、Tx2 振り分けゲート
R1、R2 リセットゲート
S 短絡ゲート
次に図13から15を参照して、ドレインゲートDおよびドレイン電極33を設けたこの発明の実施形態を説明する。図13は、図7に対応する画素ユニット25のレイアウト図で、同じ要素は同じ参照番号で示されている。図7の構造との相違は、電荷転送部31がドレインゲートDを介してドレイン電極33に接続されていることである。図14は、図13に対応する回路図であり、ドレインゲートDが加えられている。
次に図16から19を参照して電荷転送部31が転送ゲートTx0を介して光電変換部25aに接続された、この発明の一実施形態を説明する。図16に示す画素ユニットの構造は、転送ゲートTx0が光電変換領域25aと電荷転送部31との間に存在する点で、図7に示す画素ユニットの構造と相違する。図16において図7と同じ構成要素には図7と同じ参照番号が付されている。
図20から図22を参照して、ドレインゲートおよび転送ゲートの両方を備えた、この発明の実施形態を説明する。図20は図13に対応するこの実施形態の画素ユニット25のレイアウト図である。図13との相違は、転送ゲートTx0が光電変換部25aと電荷転送部31との間に設けられている点である。図21は、この実施形態の等価回路図である。
図23は、図20の実施形態における光電変換部25aの形状を櫛形にした例である。このような櫛形の形状にすることにより、光電変換部25aの各点の最小幅は電荷転送部31の最小幅より狭いので、イオン濃度(ドーピングレベル)を変えることなく、ポテンシャルを高くすることができ、ドリフトによる電荷の移動を早くすることができる。
図24は、図20に示す画素ユニット25の変形で、光電変換部25aは、微細な4つの光電変換部25a-1、25a-2、25a-3、25a-4から構成されている。これら4つの微細な光電変換部は、転送ゲートTx0-1、Tx0-2、Tx0-3、Tx0-4を介して共通の電荷転送部31に接続されている。4つの光電変換部のそれぞれが微細であるのでポテンシャルの傾斜が形成され、ドリフトによる電荷転送部31への電荷の移動を早くすることができる。このように光電変換部25aを分割することにより、電荷の転送時間を短縮することができる。
これまでの実施形態において電荷蓄積領域27a、27bはMOS(Metal-Oxide-Silicon)構造のコンデンサで構成することができる。MOSコンデンサは一般に知られている。図25は、図7の画素ユニット25において電荷蓄積領域27aおよび27bを分割して電荷蓄積領域の主要部をMOSコンデンサで構成した例を示す。同様にそのたの実施形態の電荷蓄積領域をMOSコンデンサで構成することができる。
この発明の実施形態における画素ユニット25の光電変換部25aの光入射方向前方にマイクロレンズを配置して、集光率を向上させることができる。図26は、光電変換部25aが、4つの微細な光電変換部25a-1、25a-2、25a-3、25a-4で構成される実施形態において、それぞれの微細な光電変換部の前方にマイクロレンズ51を配置した実施例を示す。レンズをそれぞれの光電変換部25a-1、25a-2、25a-3、25a-4に合わせた数だけ設け位置合わせすることにより、光の無駄がなくなり、感度を向上させることができる。
図27は、図23の実施形態において、電荷蓄積領域27a、27bの隣にゲートRT1、RT2を介して読み出し電荷蓄積領域41a、41bを設けた実施形態を示す。図28は、この等価回路であり、ゲートRTを介して読み出し電荷蓄積領域41aに対応するコンデンサC4、読み出し電荷蓄積領域41bに対応するコンデンサC5が示されている。
Claims (17)
- 所定の周期で光を出す光源、および視野から受け取る光を光電変換するための画素ユニット配列の受光部を備えた撮像装置であって、
前記光源の発光と同期した露光周期で前記光電変換により生成した電荷を蓄積させるよう制御する制御装置を備え、
一つの前記露光周期は、光源からの光で照射された被写体からの反射光を受け取るための第1期間、および前記光源からの光を含まない環境光で照射された被写体からの光を受け取るための第2期間を含み、
前記受光部の各光電変換領域に接続された電荷転送部、前記第1期間に前記光電変換領域に生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第1の電荷蓄積領域、および前記第2期間に前記画素ユニットに生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第2の電荷蓄積領域を備え、
前記電荷転送部は、前記光電変換部を遮光幕の下に延長し該光電変換部に対しポテンシャルが低く形成されている、
撮像装置。 - 前記第1および第2の電荷蓄積領域は、n回の露光にわたって前記光電変換領域で生成される電荷を積分するよう構成されており、
前記n回の露光が終わったとき、前記第1および第2の電荷蓄積領域の電荷を取り出し、その差分をとる差分回路を備える、請求項1に記載の撮像装置。 - 前記差分をとることにより、環境光による影響を取り除いた画像を形成する手段を備える、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記差分をとることにより得られた信号と前記光源の光との位相の差により被写体までの距離を算出する手段を備える、請求項2に記載の撮像装置。
- 所定の周期で光を出す光源、および視野から受け取る光を光電変換するための画素ユニット配列の受光部を備えた撮像装置であって、
前記光源の発光と同期した露光周期で前記光電変換により生成した電荷を蓄積させるよう制御する制御装置を備え、
一つの前記露光周期は、光源からの光で照射された被写体からの反射光を受け取るための第1期間、および前記光源からの光を含まない環境光で照射された被写体からの光を受け取るための第2期間を含み、
前記受光部の各光電変換領域に接続された電荷転送部、前記第1期間に前記光電変換領域に生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第1の電荷蓄積領域、および前記第2期間に前記画素ユニットに生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第2の電荷蓄積領域を備え、
前記受光部のそれぞれの画素ユニットは櫛型の光電変換領域を有し、前記電荷転送領域に接続されている、
撮像装置。 - 所定の周期で光を出す光源、および視野から受け取る光を光電変換するための画素ユニット配列の受光部を備えた撮像装置であって、
前記光源の発光と同期した露光周期で前記光電変換により生成した電荷を蓄積させるよう制御する制御装置を備え、
一つの前記露光周期は、光源からの光で照射された被写体からの反射光を受け取るための第1期間、および前記光源からの光を含まない環境光で照射された被写体からの光を受け取るための第2期間を含み、
前記受光部の各光電変換領域に接続された電荷転送部、前記第1期間に前記光電変換領域に生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第1の電荷蓄積領域、および前記第2期間に前記画素ユニットに生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第2の電荷蓄積領域を備え、
前記受光部のそれぞれの画素ユニットは複数個の小さな光電変換領域に分割されており、各画素ユニットの前記複数個の小さな光電変換領域は共通の前記電荷転送部に接続されている、
撮像装置。 - 前記第1および第2の電荷蓄積領域は、画素ごとに前記複数の小さな光電変換領域に共通である、請求項6に記載の撮像装置。
- 前記電荷転送部はドレインゲートを介してドレイン電極に接続される、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記光源の立ち上がり、立ち下がりの期間、前記ドレインゲートを開いて前記電荷転送部の電荷をすてるよう構成された、請求項8に記載の撮像装置。
- 前記光電変換領域および前記電荷転送部は埋め込みフォトダイオード構造で形成されており、各画素ユニットは転送ゲートを介して前記電荷転送部に接続されている、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記光電変換領域、前記電荷転送部、および前記第1および第2の電荷蓄積領域が埋め込みフォトダイオード構造で形成されている、請求項10に記載の撮像装置。
- 前記受光部の受光面の前にマイクロレンズを備えた、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記電荷蓄積領域は、MOSキャパシタで形成されており、振り分けゲートを介して前記電荷転送部に接続されている、請求項1に記載の撮像装置。
- ゲートを介して前記電荷蓄積領域に隣接して設けられた読み出し電荷蓄積領域を備える、請求項1に記載の撮像装置。
- 所定の周期で光を出す光源、および視野から受け取る光を光電変換するための画素ユニット配列の受光部を備えた撮像装置であって、
前記光源の発光と同期した露光周期で前記光電変換により生成した電荷を蓄積させるよう制御する制御装置を備え、
一つの前記露光周期は、光源からの光で照射された被写体からの反射光を受け取るための第1期間、および前記光源からの光を含まない環境光で照射された被写体からの光を受け取るための第2期間を含み、
前記受光部の各光電変換領域に接続された電荷転送部、前記第1期間に前記光電変換領域に生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第1の電荷蓄積領域、および前記第2期間に前記画素ユニットに生じた電荷を前記電荷転送部を介して受け取る第2の電荷蓄積領域を備え、
前記電荷蓄積領域は、読み出し転送ゲートを介して読み出し電荷蓄積領域に接続されており、
露光サイクルの終わりに前記読み出し電荷蓄積領域をリセットした後該電荷蓄積領域の電位を読み出して記憶しておき、続いて、前記電荷蓄積領域の電荷を該読み出し電荷蓄積領域に移し、該読み出し電荷蓄積領域の電位を読み出して、先に記憶した電位との差をとることにより、光電変換により生じた電荷を検出する、
撮像装置。 - 前記第1および第2の電荷蓄積領域をそれぞれリセット電位に接続する第1および第2のリセットゲートと、前記第1および第2の電荷蓄積領域を電気的に接続することができる短絡ゲートとを備え、該短絡ゲートは、前記リセットゲートがオンにされるときオンにされ、前記第1および第2の電荷蓄積領域を同電位にする、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1および第2の電荷蓄積領域をリセット電位に接続する共通のリセットゲートを備える、請求項1に記載の撮像装置。
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