JPH07135606A - イメージセンサおよびその駆動方法 - Google Patents

イメージセンサおよびその駆動方法

Info

Publication number
JPH07135606A
JPH07135606A JP5282236A JP28223693A JPH07135606A JP H07135606 A JPH07135606 A JP H07135606A JP 5282236 A JP5282236 A JP 5282236A JP 28223693 A JP28223693 A JP 28223693A JP H07135606 A JPH07135606 A JP H07135606A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image sensor
light receiving
period
gate electrodes
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5282236A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Konuma
和夫 小沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP5282236A priority Critical patent/JPH07135606A/ja
Priority to US08/325,152 priority patent/US5598017A/en
Publication of JPH07135606A publication Critical patent/JPH07135606A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】フレームトランスファ型イメージセンサにおい
て、外部からの制御によりイメージセンサの解像度をセ
ルの繰り返し周期よりも細かい周期までの範囲で解像可
変とする。 【構成】垂直CCDレジスタのゲート電極を信号転送方
向と異なる方向に12−1,1、12−1,2のように
分割し、受光期間中に各々のゲート電極に異なるパルス
電圧を印加することで、セルを構成する受光素子の面内
感度分布を制御し、空間サンプリングのサンプリング点
を任意の位置に設定することでセル数よりも多くのサン
プリング点を得ることができるとともに、外部からのパ
ルス電圧を制御することで随時空間サンプリング特性を
制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイメージセンサおよびそ
の駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のイメージセンサとして、図4に示
す構成のものが提案されている。図5はこのイメージセ
ンサの駆動方法の説明のためのタイミング図である。こ
のイメージセンサは受光領域1に配された垂直CCDレ
ジスタ2(例えば左端の垂直CCDレジスタはCCDチ
ャネル11−1と、ゲート電極12−1,12−2,
…,12−Mとを有している。)が照射光を光電変換
し、発生した電荷を一定期間蓄積する役目もはたしてい
る。更に、受光領域1の次には受光領域1内の垂直CC
Dレジスタから転送された信号電荷を蓄積する垂直CC
Dレジスタからなるメモリ領域2が配されている。メモ
リ領域の2の次には水平CCDレジスタ4が接続されて
おり、信号を順次出力するための出力部5とオンチップ
増幅器6が配されている。このようなイメージセンサは
フレームトランスファ型CCDイメージセンサと呼ばれ
ている。
【0003】受光領域1内の垂直CCDレジスタでは表
面から光を照射する表面照射型のイメージセンサでは、
光はポリシリコンのゲート電極とその下の半導体基板内
にある絶縁膜(SiO2膜)を透過して、ゲート電極に
印加される印加電圧により逆バイアス状態に保たれたC
CDチャネルと半導体基板とのp−n接合部で光電変換
されて信号電荷を発生させその信号電荷の蓄積が行なわ
れる。イメージセンサを構成する基板を薄くして裏面か
ら光を照射する場合もあるが光電変換および蓄積動作は
共通である。
【0004】ゲート電極には、12−(4n+1)〜1
2−(4n+4)、n=0,1,2,…,M、4つを一
組として、パルス電圧φ1 〜φ4 が供給される。パルス
電圧が“H”のとき、そのパルス電圧が印加されるゲー
ト電極下のチャネルポテンシャルは深くなり、“L”の
ときには浅くなる。図5におけるフィールド期間Aの受
光期間のある時点aでのフレームトランスファ型CCD
イメージセンサのチャネルポテンシャルの状態について
述べる。ゲート電極12−(4n+1)と12−(4n
+2)に“H”の電圧が印加され、12−(4n+3)
と12−(4n+4)に“L”の電圧が印加された状態
ではゲート電極12−(4n+3)と12−(4n+
4)下の浅いポテンシャルに囲まれたゲート電極12−
(4n+1)と12−(4n+2)下の深いポテンシャ
ルが電荷を保持するバケットとなる。フレームトランス
ファ型CCDイメージセンサでは図5の受光期間にCC
Dチャネルに照射された光により光電変換が行なわれ発
生した電荷の蓄積が行なわれる。この光電変換と蓄積を
総じて感光と呼ぶことにする。フィールド期間A内の受
光期間ではゲート電極12−(4n+1)と12−(4
n+2)下のチャネルで感光が行なわれる。ゲート電極
12−(4n+3)と12−(4n+4)下では感光は
行なわれない。同様に、フィールド期間Bの受光期間の
時点bではゲート電極12−(4n+3)と12−(4
n+4)下が感光領域となる。各転送期間では受光領域
の信号電荷がメモリ領域2に転送され、トランスファゲ
ート3を通って水平CCDレジスタに送られ、順次に出
力される。
【0005】上述の動作により、受光領域1上の光強度
分布が空間サンプリングされ、出力端から時系列信号と
して出力されることになる。空間サンプリングの様子を
図6に模式的に示す。図6(a),(b)はそれぞれ前
述した時点a,bでの状態を示している。同様に図6
(c),(d)にそれぞれ示したような空間サンプリン
グを行なう動作も可能である。すなわち、図6(c)は
ゲート電極12−1,12−2,12−4,12−5,
12−7,12−8,…下のCCDチャネルで感光を行
なう状態を示し、図6(d)は、ゲート電極12−(4
n+2),12−(4n+3)下のCCDチャネルで感
光を行なう状態を示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】フレームトランスファ
型CCDイメージセンサではゲート電極に印加する電圧
の高低の組み合わせにより、垂直方向の光強度空間サン
プリング点の増減およびサンプリング重心とサンプリン
グ点の大きさの増減ができる。しかしながら水平方向の
空間サンプリング点の上限は垂直CCDレジスタの本数
で制限されてしまっている。このため、水平方向の空間
分解能(解像度)を高くするためには垂直CCDレジス
タの本数を増やさなければならない。垂直CCDレジス
タの本数の増加は水平CCDレジスタの段数増加を招い
てしまう。水平CCDレジスタ一段当りの転送損失が一
定の場合、段数の増加により全段数転送された信号電荷
の転送損失が大きくなる。また、一定の受光領域内で垂
直CCDレジスタの本数を増やす場合、垂直CCDレジ
スタ一本当りの面積が小さくなる。垂直CCDレジスタ
間を分離するのに必要な分離領域の面積は素子構造や製
造工程や駆動条件に依存しており、垂直CCDレジスタ
の微細化に従って縮小することはできない。このため、
感光領域となる有効チャネル領域が小さくなり、感度低
下を招く。また、垂直CCDレジスタ一本当りの面積を
一定として本数を増やした場合には受光領域が大きくな
ってしまい、光学系に対する要求が厳しくなる等の問題
が生じる。
【0007】以上述べたように空間分解能を上げるため
に垂直CCDレジスタの本数を増加すると感度や転送損
失等の性能劣化や光学系への要求が厳しくなる問題が生
じる。ここで、実際にイメージセンサを使って撮像を行
なう場合を考えてみる。イメージセンサはその使用条件
や撮像対象物の性質に応じで、空間分解能、感度、フレ
ームレートといった仕様の組み合わせである最適仕様が
随時異なる。例えば、イメージセンサを用いたカメラで
動きの遅い撮像対象物の形状を詳細に得る場合には高い
空間分解能が必要である一方、フレームレートに対する
要求は緩い。動きの速い対象物の移動情報を得る場合に
は空間分解能は低くて良い代わりに高フレームレートで
ある必要がある。対象物の状態や必要とする出力は、随
時変化するため、上述した仕様の最適値は時間と共に変
化する。
【0008】垂直CCDレジスタの繰り返し周期が高く
なり、一本当りの垂直CCDレジスタ有効面積が縮小す
ると受光素子が小さくなり感度が低下する。また、垂直
CCDレジスタ数が増加すると、一定のデータ読み出し
レートにおいてはフレームレートが低くなる。このよう
に、垂直CCDレジスタ面積と感度および垂直CCDレ
ジスタ数とフレームレートとは密接な関係があり、互い
に性能を制限するという関係で依存しあっている。
【0009】従来のイメージセンサは、受光領域に照射
された入射光の面内光強度分布をマトリクス状に配した
セルをサンプリングの最小繰り返し空間周期として空間
サンプリングしている。特に、フレームトランスファ型
イメージセンサでは、その水平方向の空間サンプリング
の最小繰り返し周期は垂直CCDレジスタの繰り返し周
期であった。即ち、垂直CCDレジスタの繰り返し周期
が水平方向のサンプリング周期の基体単位であり、垂直
CCDレジスタの繰り返し周期よりも小さな周期の空間
分解能を得ることはできない。このため、垂直CCDレ
ジスタの繰り返し周期は所望の空間分解能以上の周期に
しなければならない。上述した通り、イメージセンサの
空間分解能、感度およびフレームレートの最適仕様は随
時変化するが、垂直CCDレジスタの繰り返し周期が空
間分解能の最大値を決めてしまうために従来のイメージ
センサでは最も空間分解能が必要な場合を想定して垂直
CCDレジスタの繰り返し周期を決めなければならな
い。このことは、空間分解能の要求が下がり感度やフレ
ームレートの要求が高まった状況でもそれにあわせて仕
様を最適化することはできない点で問題であった。この
ため、状況に応じた専用の仕様のイメージセンサおよび
その駆動方式を用いて、例えば、高解像度カメラ、低照
度用高感度カメラ、高速撮影用高フレームレートカメラ
といった専用のカメラを使い分けなければならなかっ
た。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、半導体基板の表面に絶縁膜を介して列状に配置され
た複数のゲート電極を有し、前記ゲート電極下の半導体
基板表面部に入射する光に応じた電荷を転送する垂直C
CDレジスタを複数本有するイメージセンサにおいて、
それぞれの前記垂直CCDレジスタのゲート電極が列方
向と異なる向きに分割され各々異なるパルス電圧を印加
する手段を有しているというものである。
【0011】また、本発明のイメージセンサの駆動方法
は、このイメージセンサの前記分割されたゲート電極に
加えるパルス電圧の高低の組合せを受光期間に変化させ
ることによって解像度を向上させるというものである。
【0012】
【作用】フレームトランスファ型CCDイメージセンサ
における垂直CCDレジスタの各ゲート電極を電荷転送
方向とは異なる方向に分割して異なるパルス電圧を印加
することで、各垂直CCDレジスタ内の電荷転送方向と
は異なる方向のポテンシャル分布を時間変化させる。受
光素子の機能を兼ねるフレームトランスファ型CCDイ
メージセンサの垂直CCDレジスタはそのポテンシャル
状態に依存した感度特性を有するので、前記パルス電圧
印加により、そのポテンシャル分布に応じた感度分布を
受光素子内に持たせることができ、かつ、感度分布の状
態を時間変化させることができる。イメージセンサにお
いては受光領域内の光強度分布を各受光素子単位で空間
サンプリングしており、空間サンプリング点の重心は各
受光素子単位の感度重心と等しい。各垂直CCDレジス
タ内の感度重心を信号転送方向とは異なる向きに時間変
化させることができる、すなわち、空間サンプリング点
の重心を信号転送方向とは異なる向きに時間変化させる
ことができる。空間サンプリング点の重心が異なるフィ
ールド即ちサンプリング点の分布が異なるフィールドを
複数組み合わせて一つのフレームとすることで垂直CC
Dレジスタの配列数よりも細かな空間サンプリングを行
うことができる。このことは垂直CCDレジスタの繰り
返し周期よりも高い空間分解能(解像度)を得ることが
できることを意味する。上記サンプリング点の分布やサ
ンプリング点の大きさは外部から加えられるパルス電圧
により制御することができ、状況に応じて空間分解能や
フレームレートを垂直CCDレジスタの繰り返し周期を
越えて可変することができる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例のイメージセンサを
示すブロック図、図2はこの一実施例のイメージセンサ
の駆動方法の説明のためのタイミング図である。
【0014】この実施例は図示しないシリコン基板の表
面部のPウェルに選択的に形成されたn型拡散層からな
るCCDチャネル11−1,11−2,…,11−Nを
有している。各CCDチャネルの表面には、図示しない
酸化シリコン膜を介して被着されたポリシリコン膜から
なる一対のゲート電極(12−1,1、12−1,2
等)が列状に配置されている。すなわち、図4に示した
従来例の受光領域の垂直CCDレジスタの各ゲート電極
が電荷転送行方向(列方向)と垂直方向(行方向)にア
ルミニウム配線層(裏面照射型CCDの場合)などによ
ってそれぞれ連結されてパルス電圧が印加される。N個
のゲート電極12−(4n+1),1、n=0,1,
2,…,Mを行方向に連結してパルス電圧φ11が印加さ
れ、同様にゲート電極12−(4n+1),2にはφ12
が印加される。またゲート電極12−(4n+2),1
にはφ21、ゲート電極12−(4n+2),2にはφ22
が、ゲート電極12−(4n+3),1にはφ31が、ゲ
ート電極12−(4n+3),2にはφ32が、ゲート電
極12−(4n+4),1にはφ41が、ゲート電極12
−(4n+4),2にはφ42がそれぞれ印加される。
【0015】図2に示すフィールド期間Aの受光期間
(転送期間での転送パルスは×で表示。受光期間は転送
期間を除く期間)には左側のゲート電極12−(4n+
1),1と12−(4n+2),1に“H”の電圧が供
給されその直下で感光が行なわれる。感度の重心はゲー
ト電極12−(4n+1),1と12−(4n+2),
1の中心付近となる。この状態を図3(a)に示す。フ
ィールド期間Bの受光期間にはゲート電極12−(4n
+3),1、12−(4n+4),1の電圧が“H”と
なり、その直下で感光が行なわれ、感度の重心は図3
(b)のようになる。フィールド期間Cの受光期間に
は、ゲート電極12−(4n+1),2、12−(4n
+2),2直下で感光が行なわれ、感度の重心は図3
(c)のようになる。フィールド期間Dの受光期間に
は、ゲート電極12−(4n+3),2、12−(4n
+4),2直下で感光が行なわれ感度の重心は図3
(d)のようになる。フィールド期間BおよびCの転送
期間には、φ12,φ22,φ32,φ42を全て“L”にし、
φ11,φ21,φ31,φ41をそれぞれ図5に示したのと同
様の4相の転送クロックとすることによりメモリ領域2
へ転送することができる。他の転送期間についてもこれ
に準じる。すなわち、一対のゲート電極のうち、直前の
受光期間に“L”が印加される側のゲート電極の電位は
“L”のままにしておき、反対側のゲート電極を使って
転送を行えばよい。以上4フィールドで1フレームを構
成する例について説明した。この例において、例えば左
側のゲート電極12−1,1にある“H”レベルの電圧
H1を印加し、これと対をなす右側のゲート電極12−
1,2にH1より低い“H”レベルの電圧H2を印加す
ることにより、これらの中間点よりゲート電極12−
1,1側にずれた位置に感度の重心を持たせることもで
きる。このように、左右のゲート電極に印加する電圧を
異にするフィールドをいくつか組み合わせて1つのフレ
ームとすることで、空間分解能の高い撮像を行なうこと
ができる。逆に左右のゲート電極に印加する電圧を固定
することで、1フレーム内でのフィールド数を減らして
空間分解能を低下させて、フレーム周波数を増加させる
ことも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、垂直CCDレジス
タで感光を行なうイメージセンサにおいて垂直CCDレ
ジスタのゲート電極を信号転送方向と異なる方向に分割
し独立のパルス電圧を印加することにより受光感度分布
を制御し解像度やフレームレートを適宜に変更して撮像
することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のイメージセンサを示すブロ
ック図である。
【図2】本発明の一実施例のイメージセンサの駆動方法
の説明のためのタイミング図である。
【図3】一実施例のイメージセンサの駆動方法の説明の
ため4つの場合を(a)〜(d)に分図して示す模式図
である。
【図4】従来例のイメージセンサを示すブロック図であ
る。
【図5】従来例のイメージセンサの駆動方法の説明のた
めのタイミング図である。
【図6】従来例のイメージセンサの駆動方法の説明のた
め4つの場合を(a)〜(d)に分図して示す模式図で
ある。
【符号の説明】
1,1a 受光領域 11−1〜11−N 垂直CCDレジスタのチャネル 12−1〜12−(4M+4) ゲート電極 12−1,1〜12−(4M+4),1,12−1,2
〜12−(4M+4),2 ゲート電極 2 メモリ領域 3 トランスファゲート 4 水平CCDレジスタ 5 水平CCDレジスタの出力部 6 オンチップ増幅器 7 出力端

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に絶縁膜を介して列状
    に配置された複数のゲート電極を有し、前記ゲート電極
    下の半導体基板表面部に入射する光に応じた電荷を転送
    する垂直CCDレジスタを複数本有するイメージセンサ
    において、それぞれの前記垂直CCDレジスタのゲート
    電極が列方向と異なる向きに分割され各々異なるパルス
    電圧を印加する手段を有していることを特徴とするイメ
    ージセンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のイメージセンサの前記分
    割されたゲート電極に加えるパルス電圧の高低の組合せ
    を受光期間に変化させることによって解像度を向上させ
    ることを特徴とするイメージセンサの駆動方法。
JP5282236A 1993-11-11 1993-11-11 イメージセンサおよびその駆動方法 Pending JPH07135606A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5282236A JPH07135606A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 イメージセンサおよびその駆動方法
US08/325,152 US5598017A (en) 1993-11-11 1994-10-20 Image sensor having charge coupled device registers and driving method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5282236A JPH07135606A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 イメージセンサおよびその駆動方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07135606A true JPH07135606A (ja) 1995-05-23

Family

ID=17649834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5282236A Pending JPH07135606A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 イメージセンサおよびその駆動方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5598017A (ja)
JP (1) JPH07135606A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100747875B1 (ko) * 1999-11-29 2007-08-08 아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드 능동 픽셀 센서 회로

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6255134B1 (en) * 2000-04-24 2001-07-03 Pulnix America, Inc. Method for making high-frame-rate CCD imaging devices from otherwise ordinary and inexpensive CCD devices

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5985187A (ja) * 1982-11-08 1984-05-17 Toshiba Corp 固体撮像装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5856458U (ja) * 1981-10-09 1983-04-16 株式会社日立製作所 カラ−固体撮像装置
JPS6318664A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Hitachi Ltd 電荷移送形固体撮像素子

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5985187A (ja) * 1982-11-08 1984-05-17 Toshiba Corp 固体撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100747875B1 (ko) * 1999-11-29 2007-08-08 아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드 능동 픽셀 센서 회로

Also Published As

Publication number Publication date
US5598017A (en) 1997-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200068146A1 (en) Imaging device and camera system including sense circuits to make binary decision
US9374505B2 (en) Solid-state imaging device
JP3862850B2 (ja) Ccdイメージャ
EP1515540B1 (en) Semiconductor device, and control method and device for driving unit component of semiconductor device
US9490291B2 (en) Solid state imaging device and camera system
US7944495B2 (en) Solid-state image pickup element including a thinning method to discharge unnecessary image data
JP3689866B2 (ja) Cmd及びcmd搭載ccd装置
US20050128327A1 (en) Device and method for image sensing
JPH05167777A (ja) カラーセンサーアレイ多重化配列
TW201008265A (en) Solid-state imaging element and camera system
US9549138B2 (en) Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device using comparator in analog-to-digital converter
US6462779B1 (en) Constant speed, variable resolution two-phase CCD
US20040021788A1 (en) Solid state image pickup device with non-volatile memory
US20060072026A1 (en) Solid-state image pickup device and method for driving the same
JP2500428B2 (ja) イメ―ジセンサおよびその駆動方法
JP2003110940A (ja) 固体撮像装置
JPH07135606A (ja) イメージセンサおよびその駆動方法
JPH11225289A (ja) エッジ検出用固体撮像装置、並びに固体撮像装置の駆動によるエッジ検出方法
JP2504845B2 (ja) 固体撮像装置
US4860326A (en) Solid-state image pickup device
JPH0821705B2 (ja) 電荷移送形固体撮像素子
JP2699895B2 (ja) イメージセンサの駆動方法
JPS5911303B2 (ja) 固体撮像素子の信号処理方法
JPH05268410A (ja) リニアセンサ
US6677997B1 (en) Amplifying solid-state imaging device, and method for driving the same

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19961001