JPH03252163A - Ccd撮像装置 - Google Patents
Ccd撮像装置Info
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- JPH03252163A JPH03252163A JP2049952A JP4995290A JPH03252163A JP H03252163 A JPH03252163 A JP H03252163A JP 2049952 A JP2049952 A JP 2049952A JP 4995290 A JP4995290 A JP 4995290A JP H03252163 A JPH03252163 A JP H03252163A
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- Japan
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- ccd
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- transfer
- imaging device
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N (3beta,5beta,7alpha)-3,7-Dihydroxycholan-24-oic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(O)=O)C)C1(C)CC2 RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、CCD撮像装置に関し、特にその新規な回
路構成に関するものである。
路構成に関するものである。
第3図は例えば文献「固体撮像デバイス」 (木内雄二
他監修 テレビジョン学会績、昭晃堂)p。
他監修 テレビジョン学会績、昭晃堂)p。
93に示された従来のCCD撮像装置の一例を示してお
り、同図はインターライン転送型撮像デバイスの代表的
な平面構造を示すものである。
り、同図はインターライン転送型撮像デバイスの代表的
な平面構造を示すものである。
図において、30は水平CCD、31は垂直CCD、3
2は転送ゲート、33は転送パルス入力端子、34はチ
ャネルストップ領域、35は出力ゲート、36はフロー
ティング拡散領域、37はリセント用ドレイン、38は
リセント用ゲートである。又、39は映像検出用トラン
ジスタである。
2は転送ゲート、33は転送パルス入力端子、34はチ
ャネルストップ領域、35は出力ゲート、36はフロー
ティング拡散領域、37はリセント用ドレイン、38は
リセント用ゲートである。又、39は映像検出用トラン
ジスタである。
なおフォトダイオードは4oで示されている。
次に動作について説明する。
第3図において、入射光信号はフォトダイオード40で
電荷として蓄積され、端子33より入力された転送パル
スによって転送ゲート32がハイレベルとなり、電荷が
一斉に垂直CCD31に移動する。垂直CCD31に移
された信号電荷は4相CCDクロツク(φVI+ φ
7□、φV3+ φV4)によって水平CCD30に
転送される。垂直CCD内で一段転送した後、信号は水
平CCDによって読出され、再び垂直CCD内で一段転
送され、以後、この動作が繰り返される。
電荷として蓄積され、端子33より入力された転送パル
スによって転送ゲート32がハイレベルとなり、電荷が
一斉に垂直CCD31に移動する。垂直CCD31に移
された信号電荷は4相CCDクロツク(φVI+ φ
7□、φV3+ φV4)によって水平CCD30に
転送される。垂直CCD内で一段転送した後、信号は水
平CCDによって読出され、再び垂直CCD内で一段転
送され、以後、この動作が繰り返される。
信号電荷はリセットレベルにあるフローティング拡散領
域36の電位を変化させ、その変化分が映像検出用トラ
ンジスタ39の入力となり、信号検出が行われる。
域36の電位を変化させ、その変化分が映像検出用トラ
ンジスタ39の入力となり、信号検出が行われる。
従来のCCD撮像装置は以上のように構成されており、
入射光がシリコン基板で吸収されて発生した電荷を一定
時間蓄積して得られた信号電荷をそのまま読出していた
。このため、微小光の入力に対する信号電荷の量が少な
く、信号検出部等で発生するノイズに対してS/N比が
大きくとれない等の問題点があった。
入射光がシリコン基板で吸収されて発生した電荷を一定
時間蓄積して得られた信号電荷をそのまま読出していた
。このため、微小光の入力に対する信号電荷の量が少な
く、信号検出部等で発生するノイズに対してS/N比が
大きくとれない等の問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、信号電荷量を増倍して検出することのでき
るCCD撮像装置を得ることを目的とする。
れたもので、信号電荷量を増倍して検出することのでき
るCCD撮像装置を得ることを目的とする。
この発明に係るCCD撮像装置は、通常のCCD撮像装
置の出力部に、電荷倍増機能を有するCCDを接続し、
信号電荷を増倍して出力するようにしたものである。
置の出力部に、電荷倍増機能を有するCCDを接続し、
信号電荷を増倍して出力するようにしたものである。
この発明における電荷増倍機能を有するCCDは、電荷
転送時に電荷にかけられる電界によって電荷がアバラン
シェ増倍される。このため信号電荷は上記CCDを通過
することによって増倍される。
転送時に電荷にかけられる電界によって電荷がアバラン
シェ増倍される。このため信号電荷は上記CCDを通過
することによって増倍される。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例によるCCD撮像装置を示し
、これは通常のリニアイメージセンサに電荷増倍用CC
Dを接続したものである。
、これは通常のリニアイメージセンサに電荷増倍用CC
Dを接続したものである。
第1図において、1はCCD−Aで、増倍作用は持たな
いものである。また、2は電荷増倍作用を有するCCD
−B、3は電荷検出回路である。
いものである。また、2は電荷増倍作用を有するCCD
−B、3は電荷検出回路である。
また32は転送ゲート、33は転送パルス入力端子、4
0はフォトダイオードである。
0はフォトダイオードである。
次に実施例の動作について説明する。第1図において、
入射光信号はフォトダイオード40で電荷として蓄積さ
れ、端子33より入力された転送パルスによって転送ゲ
ート32がハイ−レベルとなり、電荷がCCD1に移動
する。信号電荷はCCD−A l中を電荷転送され、C
CD−82に移される。信号電荷は電荷増倍作用を有す
るC0D−B中を転送される間に増倍されてゆき、増倍
された電荷が電荷検出回路3で検出される。
入射光信号はフォトダイオード40で電荷として蓄積さ
れ、端子33より入力された転送パルスによって転送ゲ
ート32がハイ−レベルとなり、電荷がCCD1に移動
する。信号電荷はCCD−A l中を電荷転送され、C
CD−82に移される。信号電荷は電荷増倍作用を有す
るC0D−B中を転送される間に増倍されてゆき、増倍
された電荷が電荷検出回路3で検出される。
次にCCD−A、CCD−Bの違いについて説明する。
CCD−B中の電荷増倍は後述するように電荷にかかる
高電界によって起きる。従って、電界増倍効果を起こす
CCD−Bにおいてはクロック電圧は高く設定する必要
がある。従ってCCD−Bにおいては電荷転送のための
クロックレベルが高いという特徴がある。
高電界によって起きる。従って、電界増倍効果を起こす
CCD−Bにおいてはクロック電圧は高く設定する必要
がある。従ってCCD−Bにおいては電荷転送のための
クロックレベルが高いという特徴がある。
CCD−A中では電荷増倍を起こしてはならない。なぜ
ならば各画素の信号に対する増倍CCDの段数を等しく
する必要があるからである。C0D−Aに電荷増倍作用
があるとすると、信号電荷が高電界を受ける回数が画素
毎に異なってしまう。
ならば各画素の信号に対する増倍CCDの段数を等しく
する必要があるからである。C0D−Aに電荷増倍作用
があるとすると、信号電荷が高電界を受ける回数が画素
毎に異なってしまう。
CCD中のアバランシェ増倍については文献1により過
去、理論的に予測されている。
去、理論的に予測されている。
文献1:グー。ヘス、シー、ティー、サー著。
「アイイーイーイー トランザクション エレクトロン
デバイス イーデイ−254(K、 He5s、 C
。
デバイス イーデイ−254(K、 He5s、 C
。
T、 Sah、 IEEE Transaction
Electron Device ED25、 P、1
399.1987) また、実験上も確認されている。以下文献を示す。
Electron Device ED25、 P、1
399.1987) また、実験上も確認されている。以下文献を示す。
文献2:エス、ケー、マダンら著、「アイイーイーイー
トランザクション エレクトロン デバイス イーデ
イ−30J (S、 K、 Madan et al、
、 IBEE Transaction Electr
on Device ED−30,P、p694、19
83) 文献3ニジエイ、ダブリュー、スロソトブーンら著、[
コンファレンス オン ソリッドステート デバイス
アンド マテリアルズ トーキヨーj (J、 W、
Slotboom、 et al、、 Conf、 5
olid St。
トランザクション エレクトロン デバイス イーデ
イ−30J (S、 K、 Madan et al、
、 IBEE Transaction Electr
on Device ED−30,P、p694、19
83) 文献3ニジエイ、ダブリュー、スロソトブーンら著、[
コンファレンス オン ソリッドステート デバイス
アンド マテリアルズ トーキヨーj (J、 W、
Slotboom、 et al、、 Conf、 5
olid St。
Dev、 and Mat、 Tokyo、 p315
.1986)第2図にシリコン結晶中の電子のイオン化
率の電界依存性を示す。この図は文献4より転載したも
のである。
.1986)第2図にシリコン結晶中の電子のイオン化
率の電界依存性を示す。この図は文献4より転載したも
のである。
文献4ニジエイ、ダブリュー、スロットプーンラ著、「
インターナショナル エレクトロン デバイス ミーテ
ィング アイイーデイ−エム87」(J、 W、 51
otbooa+、 et al、、Internati
onal Electron Device Meet
ing IEDM87 p、4941987)第2図は
従来の実験結果をまとめたものであり、図中の5urf
aceはシリコン表面近傍での値であり、5CCD (
表面チャネルCCD)で測定したものである。又、Bu
lkはシリコン深部での値であり、BCCD (埋込み
チャネルCCD)で測定したものである。
インターナショナル エレクトロン デバイス ミーテ
ィング アイイーデイ−エム87」(J、 W、 51
otbooa+、 et al、、Internati
onal Electron Device Meet
ing IEDM87 p、4941987)第2図は
従来の実験結果をまとめたものであり、図中の5urf
aceはシリコン表面近傍での値であり、5CCD (
表面チャネルCCD)で測定したものである。又、Bu
lkはシリコン深部での値であり、BCCD (埋込み
チャネルCCD)で測定したものである。
第2図において、例えばイオン化率10100(13以
上を得るにはシリコン表面において電界が1.9X10
5 CV/cm)以上が必要である。隣り合ったゲート
間で表面ポテンシャルの差が10■のとき、上記の電界
を得るにはゲート間の距離dが10/1.9X105=
0.53μm以下である必要がある。d=0.53μm
の時、1段当たりの増倍係数Mは、 M=exp (100x0.5X10−’)=1.00
53 となる。
上を得るにはシリコン表面において電界が1.9X10
5 CV/cm)以上が必要である。隣り合ったゲート
間で表面ポテンシャルの差が10■のとき、上記の電界
を得るにはゲート間の距離dが10/1.9X105=
0.53μm以下である必要がある。d=0.53μm
の時、1段当たりの増倍係数Mは、 M=exp (100x0.5X10−’)=1.00
53 となる。
従って、N段に対してはMN倍に増倍され、N=500
段のときMNは、 M’=13.9 となり信号電荷は約14倍に増倍される。
段のときMNは、 M’=13.9 となり信号電荷は約14倍に増倍される。
第4図に4相駆動CCDにおける電荷転送の様子を示す
。
。
図中で、41は信号電荷、42は高電界領域である。信
号電荷41は高電界領域42を通過することによって電
荷増倍される。
号電荷41は高電界領域42を通過することによって電
荷増倍される。
なお、上記実施例では、増巾用CCDをフォトダイオー
ドからの電荷を読出すCCDの転送方向に配置したが、
シリコンチップの長さの制限によっては第5図に示した
ような配置も可能である。
ドからの電荷を読出すCCDの転送方向に配置したが、
シリコンチップの長さの制限によっては第5図に示した
ような配置も可能である。
また、上記実施例ではりニアセンサへの適用例を示した
が、エリアセンサへの適用も可能であり、この時は第6
図に示したような配置となる。
が、エリアセンサへの適用も可能であり、この時は第6
図に示したような配置となる。
以上のように、この発明によれば、CCD撮像装置にお
いて信号電荷を増倍する機構を設けたため、S/Nの高
い高感度のCCD撮像装置が得られる効果がある。
いて信号電荷を増倍する機構を設けたため、S/Nの高
い高感度のCCD撮像装置が得られる効果がある。
第1図は本発明の一実施例によるCCD撮像装置を示す
図、第2図は従来の実験結果を示す図、第3図は従来の
CCD撮像装置を示す図、第4図は4相駆動CCDにお
ける電荷転送のようすを示す図、第5図および第6図は
本発明の他の実施例を示す図である。 図において、1はCCD−A、2はCCD−B。 3は電荷検出回路、30は水平CCD、31は垂直CC
D、32は転送ゲート、33は転送パルス入力端子、3
4はチャネルストップ、35は出力ゲート、36はフロ
ーティング拡散領域、37はリセット用ドレイン、38
はリセット用ゲート、39は映像検出用トランジスタ、
40はフォトダイオードである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
図、第2図は従来の実験結果を示す図、第3図は従来の
CCD撮像装置を示す図、第4図は4相駆動CCDにお
ける電荷転送のようすを示す図、第5図および第6図は
本発明の他の実施例を示す図である。 図において、1はCCD−A、2はCCD−B。 3は電荷検出回路、30は水平CCD、31は垂直CC
D、32は転送ゲート、33は転送パルス入力端子、3
4はチャネルストップ、35は出力ゲート、36はフロ
ーティング拡散領域、37はリセット用ドレイン、38
はリセット用ゲート、39は映像検出用トランジスタ、
40はフォトダイオードである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- (1)半導体基板上に、複数の光電変換部と、前記光電
変換部から信号電荷を読出し転送する走査用電荷転送素
子とが集積されたCCD撮像装置において、 CCDの電荷転送最終段に、電荷増倍機能を有するCC
Dを接続してなることを特徴とするCCD撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2049952A JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ccd撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2049952A JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ccd撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03252163A true JPH03252163A (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=12845374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2049952A Pending JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ccd撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03252163A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1094308A2 (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-25 | Agilent Technologies Inc. (a Delaware Corporation) | High quantum efficiency point light detector |
JP2002026306A (ja) * | 2000-04-28 | 2002-01-25 | Isetex Inc | ダイナミックレンジが大きい電荷読み出しシステム |
JP2004523112A (ja) * | 2001-01-18 | 2004-07-29 | イー2ヴィ テクノロジーズ リミテッド | 固体撮像素子構成 |
JP2008535231A (ja) * | 2005-03-31 | 2008-08-28 | イー2ヴイ テクノロジーズ (ユーケイ) リミテッド | Ccd素子 |
US7420605B2 (en) * | 2001-01-18 | 2008-09-02 | E2V Technologies (Uk) Limited | Solid state imager arrangements |
WO2010087372A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
WO2010087366A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2049952A patent/JPH03252163A/ja active Pending
Cited By (12)
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US6734415B1 (en) | 1999-10-07 | 2004-05-11 | Agilent Technologies, Inc. | High quantum efficiency point light detector |
US6930301B2 (en) | 1999-10-07 | 2005-08-16 | Agilent Technologies, Inc. | High quantum efficiency point light detector |
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WO2010087372A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
WO2010087366A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
US8466498B2 (en) | 2009-01-30 | 2013-06-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid state image device having a pair of overflow drains extends along the electron transfer direction at a boundary between channel region and channel stop isolation regions of the multiplication register |
US9048164B2 (en) | 2009-01-30 | 2015-06-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image sensing device containing electron multiplication function having N-type floating diffusion (FD) region formed within a P-type well region |
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