JPH0746480A - 電荷注入型固体撮像装置 - Google Patents
電荷注入型固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH0746480A JPH0746480A JP5189745A JP18974593A JPH0746480A JP H0746480 A JPH0746480 A JP H0746480A JP 5189745 A JP5189745 A JP 5189745A JP 18974593 A JP18974593 A JP 18974593A JP H0746480 A JPH0746480 A JP H0746480A
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- Japan
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- pixel
- separation
- pixels
- charge
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高解像度と高感度を任意に切換えて使用で
き、高感度にした場合もノイズ等の発生が大きくなるこ
とを抑える。 【構成】 画素分離電極２０は、２次元配列された画素
ＰＳ間に画素間の電荷の漏れを防ぐために配列され、か
つ、ｍ×ｎ個の画素ブロック単位で独立して制御可能と
なっている。分離電極ロウ選択回路３１、分離電極カラ
ム選択回路３２は、高感度化を図るときには、ｍ×ｎ個
の画素ブロックの画素間の電荷が移動でき、読み出し画
素に周囲画素の電荷が集約するように前記複数の画素分
離電極ＰＳの分離機能を抑圧する。
き、高感度にした場合もノイズ等の発生が大きくなるこ
とを抑える。 【構成】 画素分離電極２０は、２次元配列された画素
ＰＳ間に画素間の電荷の漏れを防ぐために配列され、か
つ、ｍ×ｎ個の画素ブロック単位で独立して制御可能と
なっている。分離電極ロウ選択回路３１、分離電極カラ
ム選択回路３２は、高感度化を図るときには、ｍ×ｎ個
の画素ブロックの画素間の電荷が移動でき、読み出し画
素に周囲画素の電荷が集約するように前記複数の画素分
離電極ＰＳの分離機能を抑圧する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＣＩＤ（Charge Inj
ection Device ：電荷注入型撮像素子）を用いた電荷注
入型固体撮像装置に関するもので、特にその感度を制御
できるようにしたものである。
ection Device ：電荷注入型撮像素子）を用いた電荷注
入型固体撮像装置に関するもので、特にその感度を制御
できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】まずＣＩＤの原理について簡単に説明す
る。図４（Ａ）は単純化したＣＩＤの構造を示してい
る。ＣＩＤは公知のものとして特開昭６０−８８４６１
号がある。ロウ電極１は読み出し電極であり、行単位に
読み出し線２に接続され、増幅器３に導かれている。増
幅器３の出力は、時間多重化されて１つの映像出力とし
て素子外部に出力される。カラム電極４は、選択電極で
あり列単位に選択線５により接続されている。ロウ電極
１とカラム電極４の１対が１画素を構成している。
る。図４（Ａ）は単純化したＣＩＤの構造を示してい
る。ＣＩＤは公知のものとして特開昭６０−８８４６１
号がある。ロウ電極１は読み出し電極であり、行単位に
読み出し線２に接続され、増幅器３に導かれている。増
幅器３の出力は、時間多重化されて１つの映像出力とし
て素子外部に出力される。カラム電極４は、選択電極で
あり列単位に選択線５により接続されている。ロウ電極
１とカラム電極４の１対が１画素を構成している。
【０００３】図４（Ｂ）はＣＩＤの断面構造を示してい
る。電極と半導体基板７とは酸化膜等の絶縁物８で分離
され、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semicondauctor）構造
となっている。入射光は、半導体基板７中で光電変換さ
れ、発生した電荷はロウ電極１、カラム電極４のいずれ
かの下に生成された電荷井戸に蓄えられる。電極９は画
素分離電極を示している。画素分離電極９に電圧を印加
して、直下の電荷井戸を消滅させることにより、各画素
間の分離を行っている。
る。電極と半導体基板７とは酸化膜等の絶縁物８で分離
され、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semicondauctor）構造
となっている。入射光は、半導体基板７中で光電変換さ
れ、発生した電荷はロウ電極１、カラム電極４のいずれ
かの下に生成された電荷井戸に蓄えられる。電極９は画
素分離電極を示している。画素分離電極９に電圧を印加
して、直下の電荷井戸を消滅させることにより、各画素
間の分離を行っている。
【０００４】図５は、ＣＩＤの動作を説明するために示
した図である。画素電極下に蓄積された電荷は３つの状
態を経て読み出される。 （ａ）蓄積：カラム電極４の下の電荷井戸に電荷が溜ま
る。 （ｂ）読み出し：カラム電極４に電圧を印加し、井戸を
消滅させる。ロウ電極３にはペアとなるカラム電極４か
ら電荷が転送される。この転送により、読み出し線２に
は電流ｉが流れる。ｉ＝ｄＱ／ｄｔである。増幅器３
は、電流ｉを読み取り電圧Ｖ（＝ｉＲ）を出力する。 （ｃ）電荷注入：リセット端子に電圧を印加すると、ロ
ウ電極１にも電圧が加わり、ロウ電極３直下の電位井戸
は消滅する。井戸にあった電荷は、基板７に注入され
る。この素子が考案された当初は、この基板７に注入さ
れる電荷によって変位する電流を出力としていたために
チャージ インジェクション デバイスという命名がな
された。 （ｄ）蓄積：電極への電圧印加を止めると、再び電荷井
戸が電極下に形勢され、光の入射により基板７に発生し
た電荷が再びカラム電極４の下に蓄積される。
した図である。画素電極下に蓄積された電荷は３つの状
態を経て読み出される。 （ａ）蓄積：カラム電極４の下の電荷井戸に電荷が溜ま
る。 （ｂ）読み出し：カラム電極４に電圧を印加し、井戸を
消滅させる。ロウ電極３にはペアとなるカラム電極４か
ら電荷が転送される。この転送により、読み出し線２に
は電流ｉが流れる。ｉ＝ｄＱ／ｄｔである。増幅器３
は、電流ｉを読み取り電圧Ｖ（＝ｉＲ）を出力する。 （ｃ）電荷注入：リセット端子に電圧を印加すると、ロ
ウ電極１にも電圧が加わり、ロウ電極３直下の電位井戸
は消滅する。井戸にあった電荷は、基板７に注入され
る。この素子が考案された当初は、この基板７に注入さ
れる電荷によって変位する電流を出力としていたために
チャージ インジェクション デバイスという命名がな
された。 （ｄ）蓄積：電極への電圧印加を止めると、再び電荷井
戸が電極下に形勢され、光の入射により基板７に発生し
た電荷が再びカラム電極４の下に蓄積される。
【０００５】上述した読み出しプロセスにおいて、
（ｃ）の電荷注入プロセスを省略すると読み出した電荷
はそのまま保存され、再び読み出すことができる。これ
がいわゆる非破壊読み出しで、ＣＣＤ（Charge Coupled
Device ）と異なり、露光を続けながら信号を読み出す
ことができるＣＩＤの特徴である。
（ｃ）の電荷注入プロセスを省略すると読み出した電荷
はそのまま保存され、再び読み出すことができる。これ
がいわゆる非破壊読み出しで、ＣＣＤ（Charge Coupled
Device ）と異なり、露光を続けながら信号を読み出す
ことができるＣＩＤの特徴である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】撮像素子の高感度化を
考えた場合、読み出し増幅器の増幅率を上げるか、画素
に溜まる電荷量を増やすかのいずれかとなる。増幅器の
増幅率を上げた場合、雑音が多くなり、ロウ毎のばらつ
きは固定パターンノイズとなり画質を著しく悪化させ
る。一方、電荷量を増やすためには１画素あたりの面積
を大きくしなければならないが、撮像素子には高解像度
化の要求があるためにいたずらに画素を大きくすること
はできない。したがって、高感度と高解像度を実現する
には相反する問題があり、高解像度を得るように製作す
ると感度が犠牲になった製品となり、高感度を得るよう
に製作すると解像度が犠牲になった製品となる。
考えた場合、読み出し増幅器の増幅率を上げるか、画素
に溜まる電荷量を増やすかのいずれかとなる。増幅器の
増幅率を上げた場合、雑音が多くなり、ロウ毎のばらつ
きは固定パターンノイズとなり画質を著しく悪化させ
る。一方、電荷量を増やすためには１画素あたりの面積
を大きくしなければならないが、撮像素子には高解像度
化の要求があるためにいたずらに画素を大きくすること
はできない。したがって、高感度と高解像度を実現する
には相反する問題があり、高解像度を得るように製作す
ると感度が犠牲になった製品となり、高感度を得るよう
に製作すると解像度が犠牲になった製品となる。
【０００７】そこでこの発明は、高解像度と高感度を任
意に切換えて使用でき、高感度にした場合もノイズ等の
発生が大きくならないようにした電荷注入型固体撮像装
置を提供することを目的とする。
意に切換えて使用でき、高感度にした場合もノイズ等の
発生が大きくならないようにした電荷注入型固体撮像装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、２次元配列
された画素間に画素間の電荷の漏れを防ぐために配列さ
れ、かつ、ｍ×ｎ個の画素ブロック単位で独立して制御
可能な複数の画素分離電極と、前記複数の画素分離電極
を制御し、高感度化を図るときには、ｍ×ｎ個の画素ブ
ロックの画素間の電荷が移動でき、読み出し画素に周囲
画素の電荷が集約するように前記複数の画素分離電極の
分離機能を抑圧する分離電極制御手段とを備えるもので
ある。
された画素間に画素間の電荷の漏れを防ぐために配列さ
れ、かつ、ｍ×ｎ個の画素ブロック単位で独立して制御
可能な複数の画素分離電極と、前記複数の画素分離電極
を制御し、高感度化を図るときには、ｍ×ｎ個の画素ブ
ロックの画素間の電荷が移動でき、読み出し画素に周囲
画素の電荷が集約するように前記複数の画素分離電極の
分離機能を抑圧する分離電極制御手段とを備えるもので
ある。
【０００９】
【作用】上記の手段により、１つの製品であっても、高
解像度を得る動作と高感度を得る動作に切換えて使用す
ることができる。
解像度を得る動作と高感度を得る動作に切換えて使用す
ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である。基本的な構
造は、図１に示した素子と変わりはないが、この発明で
は、２次元配列された画素間に画素間の電荷の漏れを防
ぐために配列され、かつ、ｍ×ｎ個の画素ブロック領域
の単位で独立して制御可能な複数の画素分離電極２０が
設けられている。即ち、ＰＳは２次元配列された画素で
あり、個々の画素ＰＳは、ロウ電極１とカラム電極４の
一対からなる。また、ロウ電極１は、行単位に読み出し
線２に接続され、増幅器３に導かれている。増幅器３の
出力は、時間多重化されて１つの映像出力として素子外
部に出力される。カラム電極４は、選択電極であり列単
位に選択線５により接続されている。
明する。図１はこの発明の一実施例である。基本的な構
造は、図１に示した素子と変わりはないが、この発明で
は、２次元配列された画素間に画素間の電荷の漏れを防
ぐために配列され、かつ、ｍ×ｎ個の画素ブロック領域
の単位で独立して制御可能な複数の画素分離電極２０が
設けられている。即ち、ＰＳは２次元配列された画素で
あり、個々の画素ＰＳは、ロウ電極１とカラム電極４の
一対からなる。また、ロウ電極１は、行単位に読み出し
線２に接続され、増幅器３に導かれている。増幅器３の
出力は、時間多重化されて１つの映像出力として素子外
部に出力される。カラム電極４は、選択電極であり列単
位に選択線５により接続されている。
【００１１】この実施例では、画素間に画素間の電荷の
漏れを防ぐために画素分離電極２０が配列される。この
画素分離電極２０は、ｍ×ｎ個の画素ブロック領域の単
位で独立して制御可能なように設けられている。図では
２×２画素ブロックの例を示している。
漏れを防ぐために画素分離電極２０が配列される。この
画素分離電極２０は、ｍ×ｎ個の画素ブロック領域の単
位で独立して制御可能なように設けられている。図では
２×２画素ブロックの例を示している。
【００１２】次に図２及び図３を参照して動作を説明す
る。図２（２ａ）は、注目している４つの画素ＰＳ１、
ＰＳ２、ＰＳ３、ＰＳ２の断面を模式的に示している。
以下、高感度により映像信号を得る場合に、この４画素
の電荷状態が変化していく様子を（２ｂ）〜（２ｄ）、
及び図３（３ａ）〜（３ｃ）に示して説明する。高感度
を得る場合は、（２ｂ）のように、分離電極２０に対す
る電圧印加をやめて、画素ＰＳ１とＰＳ２間、画素ＰＳ
３とＰＳ４間でそれぞれ電荷が行き来できるようにして
おく。次に、カラム電極４に電圧を印加する。すると、
画素Ｐ１、Ｐ３においてカラム電極４の下の電荷は、対
応するロウ電極３の下に集まる（図２（２ｃ））。次に
ロウ電極３に電圧を印加すると、図２（２ｄ）に示すよ
うに画素Ｐ２、Ｐ４のカラム電極４の下に電荷が集ま
る。次に、画素ＰＳ２、ＰＳ４のロウ電極３をリセット
した後、画素ＰＳ１、ＰＳ３のカラム電極４の井戸を消
滅させ、かつ画素ＰＳ４のロウ電極の井戸も消滅させ
る。すると、図３（３ａ）に示すように、各画素の電荷
が１つに集約され、このときの読み出し線２上の電流変
化が信号として読みとられる。これらの一連の動作によ
り２×２画素分の電荷が集約された形で読みとられ、解
像度は犠牲になるが、電荷量が多くなり感度を上げるこ
とができる。図３（３ｂ）はすべての電位井戸を消滅し
た状態、図３（３ｃ）は図２（２ｂ）の状態と同じであ
る。信号が読み取られた後は、図（３ｂ）に示したよう
に、すべての電荷を基板注入してリセットするか、その
ままにして電荷を保存し非破壊読み出しのための蓄積が
行われる。
る。図２（２ａ）は、注目している４つの画素ＰＳ１、
ＰＳ２、ＰＳ３、ＰＳ２の断面を模式的に示している。
以下、高感度により映像信号を得る場合に、この４画素
の電荷状態が変化していく様子を（２ｂ）〜（２ｄ）、
及び図３（３ａ）〜（３ｃ）に示して説明する。高感度
を得る場合は、（２ｂ）のように、分離電極２０に対す
る電圧印加をやめて、画素ＰＳ１とＰＳ２間、画素ＰＳ
３とＰＳ４間でそれぞれ電荷が行き来できるようにして
おく。次に、カラム電極４に電圧を印加する。すると、
画素Ｐ１、Ｐ３においてカラム電極４の下の電荷は、対
応するロウ電極３の下に集まる（図２（２ｃ））。次に
ロウ電極３に電圧を印加すると、図２（２ｄ）に示すよ
うに画素Ｐ２、Ｐ４のカラム電極４の下に電荷が集ま
る。次に、画素ＰＳ２、ＰＳ４のロウ電極３をリセット
した後、画素ＰＳ１、ＰＳ３のカラム電極４の井戸を消
滅させ、かつ画素ＰＳ４のロウ電極の井戸も消滅させ
る。すると、図３（３ａ）に示すように、各画素の電荷
が１つに集約され、このときの読み出し線２上の電流変
化が信号として読みとられる。これらの一連の動作によ
り２×２画素分の電荷が集約された形で読みとられ、解
像度は犠牲になるが、電荷量が多くなり感度を上げるこ
とができる。図３（３ｂ）はすべての電位井戸を消滅し
た状態、図３（３ｃ）は図２（２ｂ）の状態と同じであ
る。信号が読み取られた後は、図（３ｂ）に示したよう
に、すべての電荷を基板注入してリセットするか、その
ままにして電荷を保存し非破壊読み出しのための蓄積が
行われる。
【００１３】図１に戻って説明する。上記のように、ロ
ウ電極１、カラム電極４、及び画素分離電極２０があら
かじめ設定したタイミングフローに従って駆動される
が、分離電極ロウ選択回路３１、分離電極カラム選択回
路３２が設けられている。つまり、複数の分離電極２０
は、その行指定が行ライン３３を通じて分離電極ロウ選
択回路３１により行われ、また列指定が列ライン３４を
通じて分離電極カラム選択回路３２により行われる。行
ライン３３、列ライン３４はマトリックス配列され、交
点にはスイッチ素子が設けられ、このスイッチ素子の出
力が対応する分離電極に与えられるようになっている。
なお、高解像度モードで動作させる場合には、分離電極
は画素間の電荷漏れを防止するように分離電圧が供給さ
れる。
ウ電極１、カラム電極４、及び画素分離電極２０があら
かじめ設定したタイミングフローに従って駆動される
が、分離電極ロウ選択回路３１、分離電極カラム選択回
路３２が設けられている。つまり、複数の分離電極２０
は、その行指定が行ライン３３を通じて分離電極ロウ選
択回路３１により行われ、また列指定が列ライン３４を
通じて分離電極カラム選択回路３２により行われる。行
ライン３３、列ライン３４はマトリックス配列され、交
点にはスイッチ素子が設けられ、このスイッチ素子の出
力が対応する分離電極に与えられるようになっている。
なお、高解像度モードで動作させる場合には、分離電極
は画素間の電荷漏れを防止するように分離電圧が供給さ
れる。
【００１４】この発明は上記の実施例に限定されるもの
ではない。分離電極２０は、さらに画素と画素の間に設
けられてもよい。また、１つの分離電極に対応する画素
ブロック数も上記の実施例に限定されるものではない。
また、選択回路３１、３２が分離電極を選択的に制御で
きるようにすると、撮像面全体で、一部高感度、一部高
解像度と言うように、撮像段階で感度や解像度をコント
ロールできることになる。
ではない。分離電極２０は、さらに画素と画素の間に設
けられてもよい。また、１つの分離電極に対応する画素
ブロック数も上記の実施例に限定されるものではない。
また、選択回路３１、３２が分離電極を選択的に制御で
きるようにすると、撮像面全体で、一部高感度、一部高
解像度と言うように、撮像段階で感度や解像度をコント
ロールできることになる。
【００１５】
【発明の効果】上記したようにこの発明によれば、高解
像度と高感度を任意に切換えて使用でき、高感度にした
場合もノイズ等の発生が大きくなるようなことはない。
像度と高感度を任意に切換えて使用でき、高感度にした
場合もノイズ等の発生が大きくなるようなことはない。
【図１】この発明の一実施例を示す構成説明図。
【図２】図１の装置の動作説明図。
【図３】同じく図１の装置の動作説明図。
【図４】従来のＣＩＤの基本構成説明図。
【図５】図５のＣＩＤの動作説明図。
１…ロウ電極、２…読み出し線、３…増幅器、４…カラ
ム電極、５…選択線、２０…画素分離電極、３１…分離
電極ロウ選択回路、３２…分離電極カラム選択回路。
ム電極、５…選択線、２０…画素分離電極、３１…分離
電極ロウ選択回路、３２…分離電極カラム選択回路。
Claims (2)
- 【請求項１】 ２次元配列された画素間に画素間の電荷
の漏れを防ぐために配列され、かつ、ｍ×ｎ個の画素ブ
ロック単位で独立して制御可能な複数の画素分離電極
と、 前記複数の画素分離電極を制御し、高感度化を図るとき
には、ｍ×ｎ個の画素ブロックの画素間の電荷が移動で
き、読み出し画素に周囲画素の電荷が集約するように前
記複数の画素分離電極の分離機能を抑圧する分離電極制
御手段とを具備したことを特徴とする電荷注入型固体撮
像装置。 - 【請求項２】 上記画素は、１画素がロウ電極とカラム
電極の対からなり、上記画素分離電極は、縦方向の第１
電極と横方向の第２電極が十字型に配置されてなり、こ
の第１、第２電極の間に形成され各領域にそれぞれ上記
１画素が配置されていることを特徴とする請求項１記載
の電荷注入型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5189745A JPH0746480A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 電荷注入型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5189745A JPH0746480A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 電荷注入型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0746480A true JPH0746480A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16246474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5189745A Pending JPH0746480A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 電荷注入型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0746480A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006279718A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Denso Corp | 撮像装置 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP5189745A patent/JPH0746480A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006279718A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Denso Corp | 撮像装置 |
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