JPH04256292A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH04256292A
JPH04256292A JP3017493A JP1749391A JPH04256292A JP H04256292 A JPH04256292 A JP H04256292A JP 3017493 A JP3017493 A JP 3017493A JP 1749391 A JP1749391 A JP 1749391A JP H04256292 A JPH04256292 A JP H04256292A
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JP
Japan
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signal charge
charge detection
detection section
solid
ccd
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Pending
Application number
JP3017493A
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English (en)
Inventor
Shunichi Naka
仲 俊一
Yasushi Watanabe
恭志 渡辺
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to EP92301043A priority patent/EP0498664B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エリアセンサーならび
にラインセンサー等に用いられ、CCD(チャージカッ
プルドデバイス)を利用した固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CCDを利用した固体撮像装置の出力部
をなす信号電荷検出部の信号電荷検出方法としては、例
えばカレント・アウトプット法およびフローティング・
ディフュージョン・アンプリファイア法およびフローテ
ィング・ゲート・アンプリファイア法等がある。これら
の信号電荷検出方法の感度やダイナミックレンジ等の特
性は、各信号電荷検出方法の間で、互いに異なっている
。そして、上記各信号電荷検出方法は、上記特性につい
て、夫々一長一短がある。また、同一の信号電荷検出方
法の信号電荷検出部であっても、その形成方法によって
、感度やダイナミックレンジ等の特性は様々に変化する
【0003】図3にフローティング・ディフュージョン
・アンプリファイア法を用いた信号電荷検出部を有する
固体撮像装置の上記信号電荷検出部付近の構造図を示す
。P型基板31とN+層32とでフローティング・ディ
フュージョン・ダイオードFDを構成している。また、
N+層33はリセットドレインRDをなす。RSはリセ
ットゲートである。導線34は、上記フローティング・
ディフュージョン・ダイオードFDと増幅用のトランジ
スタTR31のゲートを接続している。上記フローティ
ング・ディフュージョン・ダイオードFDと導線34と
トランジスタTR31とリセットドレインRDとリセッ
トゲートRSとで上記信号電荷検出部を構成している。
【0004】上記フローティング・ディフュージョン・
ダイオードFDは、出力電極OGの下方の水平CCDの
後端からの信号電荷を検出して、導線34に出力電圧V
outを発生させる。上記フローティング・ディフュー
ジョン・ダイオードFDは、そのN+層32と出力電極
OGとの間の浮遊容量C1と、N+層32とリセットゲ
ートRSとの間の浮遊容量C2と、N+層32とP型基
板31との間の容量Cdを有している。また、上記導線
34は浮遊容量Cgを有している。したがって、上記フ
ローティング・ディフュージョン・ダイオードFDと導
線34を有する上記信号電荷検出部が有するキャパシタ
CFDのキャパシタンスcfdは、浮遊容量C1,C2
,Cgのキャパシタンスを夫々c1,c2,cgとし、
容量Cdのキャパシタンスをcdとすると、次の数1で
計算できる。
【0005】
【数1】cfd = c1+c2+cg+cdまた、上
記信号電荷検出部の出力電圧Voutは、上記信号電荷
検出部が検出する信号電荷量をQsigとすると、次の
数2で計算できる。
【0006】
【数2】Vout = Qsig/cfdしたがって、
上記信号電荷検出部が有するキャパシタCFDのキャパ
シタンスcfdを可変にすると、上記信号電荷検出部の
出力電圧Voutが可変になる。例えば、上記信号電荷
検出部に可変容量ダイオードを並列に接続した場合には
、上記信号電荷検出部の出力電圧が可変になる。 しかし、この場合には、上記可変容量ダイオードを並列
に接続した分だけ、上記信号電荷検出部が有するキャパ
シタンスが増大して、上記信号電荷検出部の出力電圧が
小さくなってしまう。
【0007】ところで、一般にCCDを利用した固体撮
像装置は、その出力部をなす信号電荷検出部を1つだけ
備える。このため、例えば、上記固体撮像装置を通常よ
りも暗い場所で使用したい場合には、上記固体撮像装置
の外部に設けられ、上記信号電荷検出部からの出力信号
を増幅する外部回路を、より増幅度の高い外部回路に切
り換える必要がある。したがって、上記信号電荷検出部
を1つだけ備える固体撮像装置では、上記外部回路がコ
ストアップすると共に、上記外部回路が大型化するとい
う不具合がある。
【0008】そこで、従来、上記不具合を解消する固体
撮像装置としては、図2に示すものがある。この固体撮
像装置は、垂直CCD21と水平CCD22とを備えて
いる。この水平CCD22の最終段には、感度やダイナ
ミックレンジ等の特性が異なる3つの信号電荷検出部2
3,25,26を並列に接続している。したがって、上
記固体撮像装置の使用条件に応じて、上記3つの信号電
荷検出部23,25,26の出力のうち、最適の信号電
荷検出部の出力を選択することによって、上記固体撮像
装置の外部回路を、上記固体撮像装置の使用条件に応じ
て切り換える必要がなくなる。このため、上記固体撮像
装置の外部回路のコストを抑えることができると共に、
上記外部回路を小型化できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
固体撮像装置では、水平CCD22の最終段に、3つの
信号電荷検出部23,25,26を並列に接続している
ので、上記信号電荷検出部23が有する静電容量と信号
電荷検出部25が有する静電容量と信号電荷検出部26
が有する静電容量とを加算した値の静電容量を上記水平
CCD22の最終段に接続していることになる。したが
って、水平CCD22の最終段に信号電荷検出部を1つ
だけ接続する場合に較べて大きな値の静電容量を上記水
平CCD22の最終段に接続していることになる。この
ため、上記大きな値の静電容量が、上記水平CCD22
からの信号電荷に対する上記信号電荷検出部23,25
,26の出力電圧を低下させて、上記固体撮像装置が使
用に耐えなくなるという問題がある。
【0010】そこで、本発明の目的は、特性が異なる複
数の信号電荷検出部を備えて、使用条件に応じた特性の
信号電荷検出部を選択できると共に、複数の信号電荷検
出部を備えることに起因する上記信号電荷検出部の出力
電圧の低下を防止できる固体撮像装置を提供することに
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の固体撮像装置は、水平CCDと、上記水平C
CDからの信号電荷を検出する特性が異なる複数の信号
電荷検出部と、上記複数の信号電荷検出部の中から任意
の1つの信号電荷検出部を選択して、上記水平CCDか
ら上記任意の1つの信号電荷検出部への信号電荷の伝送
経路を形成するCCD構造の分岐ユニットを備えること
を特徴としている。
【0012】
【作用】上記構成によれば、上記CCD構造の分岐ユニ
ットによって、特性の異なる複数の信号電荷検出部の中
から使用条件に応じた特性の1つの信号電荷検出部を選
択して、上記水平CCDから上記信号電荷検出部への信
号電荷の伝送経路を形成することが可能である。このた
め、この固体撮像装置の外部回路を、使用条件に応じて
切り換える必要がなくなって、上記外部回路のコストを
抑えることが可能になると共に、上記外部回路の小型化
が可能になる。しかも、上記伝送経路の形成により、上
記水平CCDの最終段には、上記選択した信号電荷検出
部のみを接続していることになるので、上記水平CCD
の最終段には上記選択した信号電荷検出部が有する静電
容量のみを接続していることになる。したがって、水平
CCDの最終段に複数の信号電荷検出部を並列接続した
従来例と異なり、上記水平CCDの最終段に継ながる静
電容量が信号電荷検出部を1つだけ備える場合に較べて
増加することがない。したがって、上記複数の信号電荷
検出部を備えることによって、上記信号電荷検出部の出
力電圧が低下することがない。
【0013】
【実施例】以下、本発明の固体撮像装置を図示の実施例
により詳細に説明する。図1は本発明の実施例の固体撮
像装置の信号電荷検出部付近のブロック図である。図1
に示すように、この実施例の固体撮像装置は、水平CC
D1の最終段に、CCD構造の分岐ユニット2を設けて
いる。このCCD構造の分岐ユニット2は、その転送電
極3,3…にパルス信号φa,φb,φc,φ1,φ2
を印加することにより、上記水平CCD1の最終段から
3つの信号電荷検出部4,5,6のうち任意の1つの信
号電荷検出部への信号電荷の伝送経路を形成するように
なっている。 上記3つの信号電荷検出部4,5,6は、夫々上記水平
CCD1の最終段からの信号電荷を検出する機能を有し
ている。また、上記3つの信号電荷検出部4,5,6は
、互いに異なった感度やダイナミックレンジを有してい
る。 上記3つの信号電荷検出部4,5,6は、夫々トランジ
スタTR14,TR15,TR16を介して外部回路に
接続している。上記トランジスタTR14,TR15,
TR16は、夫々ゲート信号φ14,φ15,φ16を
受けて導通する。
【0014】上記構成の固体撮像装置は、上記CCD構
造の分岐ユニット2の転送電極3,3,…にパルス信号
φa,φb,φc,φ1,φ2を印加することによって
、上記特性の異なる3つの信号電荷検出部4,5,6の
中から、使用条件に適した任意の1つの信号電荷検出部
を選択して、上記水平CCD1の最終段から上記使用条
件に適した任意の1つの信号電荷検出部への信号電荷の
伝送経路を形成できる。したがって、上記外部回路を、
使用条件に応じて切り換える必要がなくなって、上記外
部回路のコストを抑えることができると共に、上記外部
回路を小型化できる。しかも、上記伝送経路の形成によ
り、上記水平CCD1の最終段には、上記使用条件に適
した1つの信号電荷検出部のみを接続していることにな
るので、上記水平CCD1の最終段には、上記使用条件
に適した1つの信号電荷検出部が有する静電容量のみを
接続していることになる。したがって、この実施例の固
体撮像装置は、水平CCDの最終段に3つの信号電荷検
出部を並列接続した従来例と異なり、上記水平CCD1
最終段に継ながる静電容量が、信号電荷検出部を1つだ
け備える場合に較べて増加することがない。したがって
、上記3つの信号電荷検出部4,5,6を備えることに
よって上記信号電荷検出部4,5,6の出力電圧が低下
することを防止できる。
【0015】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の固体撮像装置は、CCD構造の分岐ユニットによって
、特性の異なる複数の信号電荷検出部の中から使用条件
に応じた特性の1つの信号電荷検出部を選択して、上記
水平CCDから上記信号電荷検出部への信号電荷の伝送
経路を形成することができる。このため、この固体撮像
装置の外部回路を、使用条件に応じて切り換える必要が
なくなって、上記外部回路のコストを抑えることが可能
になると共に、上記外部回路の小型化が可能になる。 しかも、上記伝送経路の形成により、上記水平CCDの
最終段には、上記選択した信号電荷検出部のみを接続し
ていることになるので、上記水平CCDの最終段には上
記選択した信号電荷検出部が有する静電容量のみを接続
していることになる。したがって、本発明によれば、水
平CCDの最終段に複数の信号電荷検出部を並列接続し
た従来例と異なり、水平CCDの最終段に継ながる静電
容量を、信号電荷検出部を1つだけ備える場合に較べて
増加しないようにできる。したがって、本発明によれば
、複数の信号電荷検出部を備えることに起因する、信号
電荷検出部の出力電圧の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の固体撮像装置の実施例の信号電荷
検出部付近のブロック図である。
【図2】  従来の固体撮像装置のブロック図である。
【図3】  フローティング・ディフュージョン・アン
プリファイア法を用いた信号電荷検出部を有する固体撮
像装置の上記信号電荷検出部付近の構造図である。
【符号の説明】
1,22  水平CCD 2       分岐ユニット 3       転送電極 4,5,6,23,25,26  信号電荷検出部21
     垂直CCD FD     フローティング・ディフュージョン・ダ
イオード RD     リセットドレイン OG     出力電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  水平CCDと、上記水平CCDからの
    信号電荷を検出する特性が異なる複数の信号電荷検出部
    と、上記複数の信号電荷検出部の中から任意の1つの信
    号電荷検出部を選択して、上記水平CCDから上記任意
    の1つの信号電荷検出部への信号電荷の伝送経路を形成
    するCCD構造の分岐ユニットを備えることを特徴とす
    る固体撮像装置。
JP3017493A 1991-02-08 1991-02-08 固体撮像装置 Pending JPH04256292A (ja)

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US07/831,209 US5225695A (en) 1991-02-08 1992-02-07 Solid-state imaging device having multiple charge detectors
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EP92301043A EP0498664B1 (en) 1991-02-08 1992-02-07 Solid-state imaging device

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DE (1) DE69231261T2 (ja)

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EP0498664A1 (en) 1992-08-12
KR920017462A (ko) 1992-09-26
KR950008709B1 (ko) 1995-08-04
US5225695A (en) 1993-07-06
EP0498664B1 (en) 2000-07-19
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