JPH0595008A - 電荷転送素子における電荷検出部 - Google Patents
電荷転送素子における電荷検出部Info
- Publication number
- JPH0595008A JPH0595008A JP3253211A JP25321191A JPH0595008A JP H0595008 A JPH0595008 A JP H0595008A JP 3253211 A JP3253211 A JP 3253211A JP 25321191 A JP25321191 A JP 25321191A JP H0595008 A JPH0595008 A JP H0595008A
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- Japan
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- voltage
- electrode
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 フローティング・ディフュージョン２４に隣
接するコントロールゲート２６にＤＣまたはクロック電
圧を印加することにより検出容量を可変とする。 【効果】 状況に応じた電荷電圧変換率が得られるた
め、高い電荷電圧変換率と広いダイナミックレンジが同
一素子で実現でき、その機能的効果大である。
接するコントロールゲート２６にＤＣまたはクロック電
圧を印加することにより検出容量を可変とする。 【効果】 状況に応じた電荷電圧変換率が得られるた
め、高い電荷電圧変換率と広いダイナミックレンジが同
一素子で実現でき、その機能的効果大である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、イメージセンサや遅
延素子などに適用して、好適な電荷転送素子における電
荷検出部に関し、特に、信号電荷の電荷電圧変換部にお
ける変換率を可変にしたものである。
延素子などに適用して、好適な電荷転送素子における電
荷検出部に関し、特に、信号電荷の電荷電圧変換部にお
ける変換率を可変にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】チャージ・カップルド・デバイス（ＣＣ
Ｄ）などの電荷転送素子（ＣＴＤ）を用いたデバイスの
代表的なものとして、図６に示す一次元イメージセン
サ、図７に示す二次元イメージセンサ、そして図８に示
すシリアル・パラレル・シリアル（ＳＰＳ）方式の遅延
素子などがよく知られている。図６〜８において、２は
光電変換素子、４はトランスファゲート、６は垂直転送
チャネル、８は水平転送チャネル、１２は電荷電圧変換
部（信号出力部）、１４はアンプである。また、１６は
電圧電荷変換部（信号入力部）、１８は水平転送チャネ
ルである。
Ｄ）などの電荷転送素子（ＣＴＤ）を用いたデバイスの
代表的なものとして、図６に示す一次元イメージセン
サ、図７に示す二次元イメージセンサ、そして図８に示
すシリアル・パラレル・シリアル（ＳＰＳ）方式の遅延
素子などがよく知られている。図６〜８において、２は
光電変換素子、４はトランスファゲート、６は垂直転送
チャネル、８は水平転送チャネル、１２は電荷電圧変換
部（信号出力部）、１４はアンプである。また、１６は
電圧電荷変換部（信号入力部）、１８は水平転送チャネ
ルである。
【０００３】これらのデバイスは何れも、矢印で示すよ
うに、転送チャネルを通して信号電荷の転送を行い、順
次転送されてきた信号電荷は、信号出力部において電荷
電圧変換され、後に続くアンプを動作させる。
うに、転送チャネルを通して信号電荷の転送を行い、順
次転送されてきた信号電荷は、信号出力部において電荷
電圧変換され、後に続くアンプを動作させる。
【０００４】ＦＤＡ形電荷検出部を有する電荷転送素子
において、電荷検出部の代表的な構造を図９に、駆動タ
イミングを図１０に、その時のポテンシャル関係を図１
１に示す。
において、電荷検出部の代表的な構造を図９に、駆動タ
イミングを図１０に、その時のポテンシャル関係を図１
１に示す。
【０００５】図９において、８は、水平転送ゲート（Ｈ
１，Ｈ２）、１０はアウトプットゲート（ＯＧ）、２０
はリセットゲーム（ＲＧ）、２２はリセットドレイン
（ＲＤ）、２４はフローティング・デフュージョン（Ｆ
Ｄ）、１４はＭＯＳアンプである。また、図１１におい
て、ΔＶMAXはＦＤで取り扱える最大信号振幅である。
１，Ｈ２）、１０はアウトプットゲート（ＯＧ）、２０
はリセットゲーム（ＲＧ）、２２はリセットドレイン
（ＲＤ）、２４はフローティング・デフュージョン（Ｆ
Ｄ）、１４はＭＯＳアンプである。また、図１１におい
て、ΔＶMAXはＦＤで取り扱える最大信号振幅である。
【０００６】転送チャネルを通り順次転送されてきた信
号電荷Ｑsigは、ＦＤにおいて電荷電圧変換され、ＦＤ
に結合された配線を通し後に続くＭＯＳアンプを動作さ
せる。ＦＤの接合容量をＣd，ＭＯＳアンプのゲート容
量をＣg，その他の寄生容量をＣfとすれば、ＣFDはＦＤ
に関する全容量であり ＣFD＝Ｃd＋Ｃg＋Ｃf で示されるこの時、ＭＯＳアンプのゲートでの検出信号
をΔＶsigとすれば ΔＶsig＝Ｑsig／ＣFD で示される。
号電荷Ｑsigは、ＦＤにおいて電荷電圧変換され、ＦＤ
に結合された配線を通し後に続くＭＯＳアンプを動作さ
せる。ＦＤの接合容量をＣd，ＭＯＳアンプのゲート容
量をＣg，その他の寄生容量をＣfとすれば、ＣFDはＦＤ
に関する全容量であり ＣFD＝Ｃd＋Ｃg＋Ｃf で示されるこの時、ＭＯＳアンプのゲートでの検出信号
をΔＶsigとすれば ΔＶsig＝Ｑsig／ＣFD で示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年、例えば２次元イ
メージセンサにおいてデバイスの高画素化，小型化に伴
い電荷電圧変換率の向上が求められている。図９に示す
電荷検出部においては検出容量ＣFDを十分小さく設定す
ることで実現できる。
メージセンサにおいてデバイスの高画素化，小型化に伴
い電荷電圧変換率の向上が求められている。図９に示す
電荷検出部においては検出容量ＣFDを十分小さく設定す
ることで実現できる。
【０００８】しかし、ＦＤでの最大取り扱い電荷量ΔＱ
MAXは、 ΔＱMAX＝ＣFD・ΔＶMAX で示されるため、ΔＶMAX一定の場合、ＣFDを小さくす
ることでΔＱMAXの減少が生じる。つまり、図９に示す
ような従来の構造においては、ＣFDは固定されるため高
い電荷電圧変換率を得るためにＣFDを小さくすれば、Δ
ＱMAXの低下をまねきその結果、広いダイナミックレン
ジを確保することができなくなる。
MAXは、 ΔＱMAX＝ＣFD・ΔＶMAX で示されるため、ΔＶMAX一定の場合、ＣFDを小さくす
ることでΔＱMAXの減少が生じる。つまり、図９に示す
ような従来の構造においては、ＣFDは固定されるため高
い電荷電圧変換率を得るためにＣFDを小さくすれば、Δ
ＱMAXの低下をまねきその結果、広いダイナミックレン
ジを確保することができなくなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 ＦＤＡ形電荷検出部
を有する電荷転送素子において、検出容量を可変とする
ことにより電荷電圧変換率を可変とする。
を有する電荷転送素子において、検出容量を可変とする
ことにより電荷電圧変換率を可変とする。
【００１０】 ＦＤＡ形電荷検出部を有する電荷転送
素子において、ＦＤに隣接する電極にＤＣ、またはクロ
ック電圧を印加することにより検出容量を可変とする。
素子において、ＦＤに隣接する電極にＤＣ、またはクロ
ック電圧を印加することにより検出容量を可変とする。
【００１１】本発明第２項の一例として、図１に２６と
して示すようにＦＤ２４とＯＧ１０の間に新たに電極Ｃ
Ｇ（コントロールゲート）を設け、これにＤＣ、または
クロック電圧を印加することにより検出容量を可変とす
るものが考えられる。この場合、新たに設ける電極はＦ
ＤとＯＧの間以外、例えば、ＦＤ２４とＲＧ２０の間な
どＦＤに隣接していればよく、また電極の枚数は１枚で
なくてもよい。
して示すようにＦＤ２４とＯＧ１０の間に新たに電極Ｃ
Ｇ（コントロールゲート）を設け、これにＤＣ、または
クロック電圧を印加することにより検出容量を可変とす
るものが考えられる。この場合、新たに設ける電極はＦ
ＤとＯＧの間以外、例えば、ＦＤ２４とＲＧ２０の間な
どＦＤに隣接していればよく、また電極の枚数は１枚で
なくてもよい。
【００１２】
【作用】電極ＣＧにＤＣ、又は、クロック電圧を印加す
ることで検出容量を選択することができ、その結果電荷
電圧変換率を選択することができる。つまり、取り扱う
Ｑsigの大きさにより、高い電荷電圧変換率か、もしく
は広いダイナミックレンジかを状況に応じて確保するこ
とが可能となる。
ることで検出容量を選択することができ、その結果電荷
電圧変換率を選択することができる。つまり、取り扱う
Ｑsigの大きさにより、高い電荷電圧変換率か、もしく
は広いダイナミックレンジかを状況に応じて確保するこ
とが可能となる。
【００１３】
【実施例】本発明第２項の実施例における電荷検出部の
断面図を図１に、検出容量を切り換える場合のタイミン
グ図を図２に、それぞれの検出容量で動作しているとき
のポテンシャル図を図３及び図４に示し、それぞれの動
作について説明を行う。
断面図を図１に、検出容量を切り換える場合のタイミン
グ図を図２に、それぞれの検出容量で動作しているとき
のポテンシャル図を図３及び図４に示し、それぞれの動
作について説明を行う。
【００１４】はじめに、図２におけるｔ＝ｔ1の期間、
検出容量を小さくし電荷電圧変換率を大きくとりたい場
合のポテンシャル関係について図３に示す。
検出容量を小さくし電荷電圧変換率を大きくとりたい場
合のポテンシャル関係について図３に示す。
【００１５】順次転送されてきた信号電荷はＯＧ，ＣＧ
電極下のチャネルを通りＦＤにおいて電荷電圧変換され
る。その後ＦＤはＲＧ電極をオンすることによりＲＤに
印加された基準電圧にリセットされる。
電極下のチャネルを通りＦＤにおいて電荷電圧変換され
る。その後ＦＤはＲＧ電極をオンすることによりＲＤに
印加された基準電圧にリセットされる。
【００１６】ＦＤの接合容量をＣd1，ＭＯＳアンプのゲ
ート容量をＣg1，その他の寄生容量をＣf1とすればＣ
FD1は ＣFD1＝Ｃd1＋Ｃg1＋Ｃf1 で示され、この時の電荷電圧変換された信号電荷をΔＶ
sig1とすれば ΔＶsig1＝Ｑsig／ＣFD1 で示される。
ート容量をＣg1，その他の寄生容量をＣf1とすればＣ
FD1は ＣFD1＝Ｃd1＋Ｃg1＋Ｃf1 で示され、この時の電荷電圧変換された信号電荷をΔＶ
sig1とすれば ΔＶsig1＝Ｑsig／ＣFD1 で示される。
【００１７】つぎに、図２におけるｔ＝ｔ2の期間、検
出容量を大きくし電荷電圧変換率を小さく取りたい場合
のポテンシャル関係について図４に示す。
出容量を大きくし電荷電圧変換率を小さく取りたい場合
のポテンシャル関係について図４に示す。
【００１８】順次転送されてきた信号電荷はＯＧ電極下
のチャネルを通り、ＣＧ電極下及びＦＤに広がりそこで
電荷電圧変換される。その後ＦＤはＲＧ電極をオンする
ことによりＲＤに印加された基準電圧にリセットされ
る。この時、ＲＧ電極下のポテンシャルを基準電圧にリ
セットする必要から、ＲＧ電極には高い電圧が印加され
ている。
のチャネルを通り、ＣＧ電極下及びＦＤに広がりそこで
電荷電圧変換される。その後ＦＤはＲＧ電極をオンする
ことによりＲＤに印加された基準電圧にリセットされ
る。この時、ＲＧ電極下のポテンシャルを基準電圧にリ
セットする必要から、ＲＧ電極には高い電圧が印加され
ている。
【００１９】ＣＧ電極下の領域を電荷電圧変換に利用す
ることによる検出容量の増加をΔＣCGとすればＣFD2は ＣFD2＝ＣFD1＋ΔＣCC で示され、この時の電荷電圧変換された信号電荷をΔＶ
sig2とすれば ΔＶsig2＝Ｑsig／ＣFD2 で示される。
ることによる検出容量の増加をΔＣCGとすればＣFD2は ＣFD2＝ＣFD1＋ΔＣCC で示され、この時の電荷電圧変換された信号電荷をΔＶ
sig2とすれば ΔＶsig2＝Ｑsig／ＣFD2 で示される。
【００２０】このようにＣＧに印加する電圧及びクロッ
クを制御することにより検出容量をＣFD1またはＣFD2と
任意に選ぶことができる。ＣFD1とＣFD2を例えば ＣFD2＝α・ＣFD1 と設定すれば、ＣFD1の動作においてはＣFD2の動作のα
倍の電荷電圧変換率を得ることが可能となる。
クを制御することにより検出容量をＣFD1またはＣFD2と
任意に選ぶことができる。ＣFD1とＣFD2を例えば ＣFD2＝α・ＣFD1 と設定すれば、ＣFD1の動作においてはＣFD2の動作のα
倍の電荷電圧変換率を得ることが可能となる。
【００２１】その他の実施例として、図５に示す構造が
ある。
ある。
【００２２】図５において図９に示す従来構造との違い
は、２８として示すＦＤ２４内に設けたＰ+領域（Ｃ
Ｄ）である。このＣＤ２８に外部から電圧を印加するこ
とにより、ＦＤ２４のＮ+とＣＤ２８のＰ+との接合容量
をコントロールし、その結果検出容量を可変とすること
が可能となる。
は、２８として示すＦＤ２４内に設けたＰ+領域（Ｃ
Ｄ）である。このＣＤ２８に外部から電圧を印加するこ
とにより、ＦＤ２４のＮ+とＣＤ２８のＰ+との接合容量
をコントロールし、その結果検出容量を可変とすること
が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、例えば従来の電荷検出部
に新たな電極を設け、ＤＣ又はクロック電圧を印加する
ことにより検出容量が可変となり、その結果、状況に応
じた電荷電圧変換率が得られるため、高い電荷電圧変換
率（イメージセンサーにおける低照度時の感度向上な
ど）と広いダイナミックレンジが同一素子で実現でき、
その機能的効果大である。
に新たな電極を設け、ＤＣ又はクロック電圧を印加する
ことにより検出容量が可変となり、その結果、状況に応
じた電荷電圧変換率が得られるため、高い電荷電圧変換
率（イメージセンサーにおける低照度時の感度向上な
ど）と広いダイナミックレンジが同一素子で実現でき、
その機能的効果大である。
【図１】本発明における電荷検出部の断面図である。
【図２】検出容量を切り換える場合のタイミング図であ
る。
る。
【図３】小さい検出容量で動作しているときのポテンシ
ャル図である。
ャル図である。
【図４】大きい検出容量で動作しているときのポテンシ
ャル図である。
ャル図である。
【図５】本発明における他の実施例を示す電荷検出部の
断面図である。
断面図である。
【図６】一次元イメージセンサを示す図である。
【図７】二次元イメージセンサを示す図である。
【図８】シリアル・パラレル・シリアル方式の遅延素子
を示す図である。
を示す図である。
【図９】従来技術における電荷検出部の断面図である。
【図１０】同駆動タイミングを示す図である。
【図１１】同ポテンシャル図である。
２６ コントロールゲート ２８ コントロールディフュージョン
Claims (2)
- 【請求項１】 フローティング・ディフュージョン・ア
ンプリファイア（ＦＤＡ）形電荷検出部を有する電荷転
送素子において、検出容量を可変とすることを特徴とす
る、電荷転送素子における電荷検出部。 - 【請求項２】 ＦＤＡ形電荷検出部を有する電荷転送素
子において、フローティング・ディフュージョンに隣接
する電極にＤＣ、またはクロック電圧を印加することに
より検出容量を可変とすることを特徴とする、電荷転送
素子における電荷検出部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3253211A JPH0595008A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 電荷転送素子における電荷検出部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3253211A JPH0595008A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 電荷転送素子における電荷検出部 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0595008A true JPH0595008A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17248105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3253211A Pending JPH0595008A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 電荷転送素子における電荷検出部 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0595008A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9338374B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-05-10 | Sony Corporation | Solid-state image sensor, method for driving solid-state image sensor, and electronic device |
| WO2022044669A1 (ja) * | 2020-08-27 | 2022-03-03 | 富士フイルム株式会社 | 撮像制御装置、撮像装置、制御方法、及びプログラム |
-
1991
- 1991-10-01 JP JP3253211A patent/JPH0595008A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9338374B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-05-10 | Sony Corporation | Solid-state image sensor, method for driving solid-state image sensor, and electronic device |
| WO2022044669A1 (ja) * | 2020-08-27 | 2022-03-03 | 富士フイルム株式会社 | 撮像制御装置、撮像装置、制御方法、及びプログラム |
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