WO2010087277A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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久則 鈴木
康人 米田
慎一郎 ▲高▼木
堅太郎 前田
村松　雅治
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01L29/765—Charge-coupled devices
    • H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76816—Output structures

Definitions

  • the present invention relates to a multi-port type and charge multiplication type solid-state imaging device.
  • solid-state imaging devices include multiport type and charge multiplication type solid-state imaging devices as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-124675 and Japanese Patent No. 3862850.
  • Such a solid-state imaging device includes an imaging region and a plurality of units.
  • the imaging region includes a plurality of pixel columns.
  • Each of the plurality of units includes an output register that transfers charges from one or more corresponding pixel columns of the plurality of pixel columns, and a multiplier that generates the multiplied charges in response to the charges transferred by the output registers.
  • JP 2007-124675 A Japanese Patent No. 3862850
  • the present invention provides a multi-port and charge multiplying solid-state imaging device that outputs signals based on charges from an imaging region from a plurality of units, and that can reduce gain variation between units.
  • the purpose is to do.
  • the solid-state imaging device of the present invention is a multi-port type solid-state imaging device, and includes an imaging region and a plurality of units.
  • the imaging area has a plurality of pixel columns.
  • the plurality of units generate signals based on charges from the imaging region.
  • Each of the plurality of units has an output register, a plurality of multiplication registers, and an amplifier.
  • the output register transfers charges from one or more corresponding pixel columns among the plurality of pixel columns.
  • the plurality of multiplication registers are provided in parallel, and receive charges from the output register to generate individually multiplied charges.
  • the amplifier generates a signal based on the multiplied charge from the plurality of multiplication registers.
  • each of the plurality of units constituting the multi-port has a plurality of multiplication registers provided in parallel, even if there is a variation in gain between the plurality of multiplication registers.
  • the gain of each unit is averaged. As a result, variation in gain between units is reduced.
  • a multi-port type charge multiplying solid-state imaging device that outputs a signal based on charges from an imaging region from a plurality of units.
  • a reducible solid-state imaging device is provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a solid-state imaging device according to an embodiment.
  • a solid-state imaging device 10 illustrated in FIG. 1 includes an imaging region 12 and a plurality of units 14.
  • the imaging region 12 is a region that generates charges in response to incident light.
  • the imaging region 12 includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and each pixel includes a photodiode.
  • the solid-state imaging device 10 includes a charge accumulation region 16 in addition to the imaging region 12.
  • the charge accumulation area 16 is a part for temporarily accumulating charges generated by the imaging area 12 before transferring them to an output register described later.
  • the solid-state imaging device 10 having such a charge storage region 16 is called a frame transfer CCD image sensor.
  • the solid-state imaging device of the present invention may be an interline CCD image sensor or a full frame transfer CCD image sensor.
  • the imaging area 12 has a plurality of areas 12a to 12d.
  • the plurality of areas 12a to 12d are arranged in the horizontal direction, and each area includes a plurality of pixel columns.
  • the charges generated by the plurality of areas 12 a to 12 d are output to the corresponding unit 14.
  • the imaging region 12 of the solid-state imaging device 10 includes four areas, that is, a four-port solid-state imaging device, but the number of ports of the solid-state imaging device of the present invention is not limited to four. Absent.
  • Each of the plurality of units 14 includes an output register 18, a plurality of multiplication registers 20, and an amplifier 22.
  • each of the plurality of units 14 further includes a corner register 24.
  • the output register 18 is a transfer register that receives the charge generated by the corresponding area of the imaging region 12 and transferred in the vertical direction, and transfers the charge in the horizontal direction.
  • the corner register 24 is a transfer register that transfers charges similarly to the output register 18. The corner register 24 is provided between the output register 18 and the multiplication register 20. The corner register 24 transfers the charge transferred by the output register 18 to the multiplication register 20.
  • the plurality of multiplication registers 20 are registers for multiplying the charges by the impact ionization effect and transferring the multiplied charges.
  • each unit has three multiplication registers.
  • each unit may have two or more multiplication registers.
  • a plurality of multiplication registers 20 are provided in parallel between the output register 18 and the amplifier 22.
  • the plurality of multiplication registers 20 receive the charges transferred from the output register 18 via the corner register 24 and output the multiplied charges to the amplifier 22.
  • the amplifier 22 receives the charges multiplied by the plurality of multiplication registers 20, performs charge-voltage conversion, and generates a signal corresponding to the amount of the received charges.
  • a floating diffusion amplifier can be used as the amplifier 22.
  • a signal based on charges multiplied by a plurality of multiplication registers 20 provided in parallel is output from the amplifier 22. Therefore, even if the gains of the plurality of multiplication registers 20 vary, the gains of the units 14 are averaged. As a result, gain variation among the plurality of units 14 is reduced. Therefore, the image obtained by the solid-state imaging device 10 is of high quality.
  • SYMBOLS 10 Solid-state imaging device, 12 ... Imaging area, 14 ... Unit, 16 ... Charge storage area, 18 ... Output register, 20 ... Multiplication register, 22 ... Amplifier, 24 ... Corner register

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Abstract

　一実施形態に係る固体撮像装置は、マルチポート型の固体撮像装置であって、撮像領域、及び、複数のユニットを備えている。撮像領域は、複数の画素列を有している。複数のユニットは、撮像領域からの電荷に基づく信号を生成するものである。複数のユニットの各々は、出力レジスタ、複数の増倍レジスタ、及び、アンプを有している。出力レジスタは、複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する。複数の増倍レジスタは、並列に設けられており、出力レジスタからの電荷を受けて個別に増倍された電荷を生成する。アンプは、複数の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する。

Description

固体撮像装置
　本発明は、マルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置に関するものである。
　固体撮像装置には、特開２００７－１２４６７５号公報及び特許３８６２８５０号明細書に記載されているようなマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置がある。このような固体撮像装置は、撮像領域、及び複数のユニットを備えている。撮像領域は、複数の画素列を含んでいる。複数のユニットの各々は、複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する出力レジスタ、当該出力レジスタによって転送された電荷を受けて増倍された電荷を生成する増倍レジスタ、及び、増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成するアンプを有している。
特開２００７－１２４６７５号公報 特許３８６２８５０号明細書
　マルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置には、全ユニットにおける増倍レジスタのゲインのバラツキを小さくすることが望まれる。しかしながら、製造バラツキといった種々の要因によりユニット間のゲインのバラツキを抑制することは、一般に困難であった。
　本発明は、撮像領域からの電荷に基づく信号を複数のユニットから出力するマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置であって、ユニット間のゲインのバラツキを低減可能な固体撮像装置を提供することを目的としている。
　本発明の固体撮像装置は、マルチポート型の固体撮像装置であって、撮像領域、及び、複数のユニットを備えている。撮像領域は、複数の画素列を有している。複数のユニットは、撮像領域からの電荷に基づく信号を生成するものである。複数のユニットの各々は、出力レジスタ、複数の増倍レジスタ、及び、アンプを有している。出力レジスタは、複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する。複数の増倍レジスタは、並列に設けられており、出力レジスタからの電荷を受けて個別に増倍された電荷を生成する。アンプは、複数の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する。
　この固体撮像装置によれば、マルチポートを構成する複数のユニットの各々が並列に設けられた複数の増倍レジスタを有しているので、複数の増倍レジスタ間のゲインにバラツキがあっても、各ユニットのゲインは平均化されたものとなる。その結果、ユニット間のゲインのバラツキが低減される。
　以上説明したように、本発明によれば、撮像領域からの電荷に基づく信号を複数のユニットから出力するマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置であって、ユニット間のゲインのバラツキを低減可能な固体撮像装置が提供される。
一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
　図１は、一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図１に示す固体撮像装置１０は、撮像領域１２、及び、複数のユニット１４を備えている。
　撮像領域１２は、入射する光に感応して電荷を生成する領域である。具体的には、撮像領域１２は二次元に配列された複数の画素を含んでおり、各画素はフォトダイオードを含んでいる。
　本実施形態の固体撮像装置１０は、撮像領域１２に加えて電荷蓄積領域１６を備えている。電荷蓄積領域１６は、撮像領域１２によって生成された電荷を後述の出力レジスタに転送する前に一時的に蓄積する部分である。このような電荷蓄積領域１６を有する固体撮像装置１０は、フレームトランスファーＣＣＤイメージセンサと呼ばれるものである。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、インターラインＣＣＤイメージセンサ、或いは、フルフレームトランスファーＣＣＤイメージセンサであってもよい。
　撮像領域１２は、複数のエリア１２ａ～１２ｄを有している。複数のエリア１２ａ～１２ｄは、水平方向に並んでおり、各エリアには複数の画素列が含まれている。複数のエリア１２ａ～１２ｄによって生成された電荷は、対応のユニット１４に出力される。なお、固体撮像装置１０の撮像領域１２は四つのエリアを含んでいる、即ち、４ポートの固体撮像装置であるが、本発明の固体撮像装置のポート数は、四つに限定されるものではない。
　複数のユニット１４の各々は、出力レジスタ１８、複数の増倍レジスタ２０、アンプ２２を有している。本実施の形態では、複数のユニット１４の各々は、更に、コーナーレジスタ２４も含んでいる。
　出力レジスタ１８は、撮像領域１２の対応のエリアによって生成され垂直方向に転送された電荷を受けて、当該電荷を水平方向に転送する転送レジスタである。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８と同様に電荷を転送する転送レジスタである。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８と増倍レジスタ２０との間に設けられている。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８によって転送される電荷を、増倍レジスタ２０に転送する。
　複数の増倍レジスタ２０は、インパクトイオナイゼーション効果によって電荷を増倍し、増倍した電荷を転送するレジスタである。本実施の形態では、各ユニットが三つの増倍レジスタを有しているが、本発明の固体撮像装置では、各ユニットが二以上の増倍レジスタを有していればよい。
　固体撮像装置１０では、複数の増倍レジスタ２０が、出力レジスタ１８とアンプ２２との間において並列に設けられている。これら複数の増倍レジスタ２０は、複数の増倍レジスタ２０は、出力レジスタ１８から転送される電荷をコーナーレジスタ２４を介して受けて、増倍した電荷をアンプ２２に出力する。
　アンプ２２は、複数の増倍レジスタ２０によって増倍された電荷を受けて、電荷電圧変換を行い、受けた電荷の量に応じた信号を生成する。アンプ２２としては、フローティングディフュージョンアンプを用いることが可能である。
　以上説明した固体撮像装置１０によれば、並列に設けられた複数の増倍レジスタ２０によって増倍された電荷に基づく信号がアンプ２２から出力される。したがって、複数の増倍レジスタ２０それぞれのゲインにバラツキがあったとしても、各ユニット１４のゲインは平均化されたものとなる。その結果、複数のユニット１４間のゲインのバラツキは低減される。故に、固体撮像装置１０によって得られる画像は高品質なものとなる。
　１０…固体撮像装置、１２…撮像領域、１４…ユニット、１６…電荷蓄積領域、１８…出力レジスタ、２０…増倍レジスタ、２２…アンプ、２４…コーナーレジスタ。

Claims (1)

  1. 　マルチポート型の固体撮像装置であって、
    　複数の画素列を有する撮像領域と、
    　前記撮像領域からの電荷に基づく信号を生成する複数のユニットと、
    を備える固体撮像装置であって、
    　前記複数のユニットの各々は、
    　　前記複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する出力レジスタと、
    　　並列に設けられた複数の増倍レジスタであって、前記出力レジスタからの電荷を受けて個別に増倍された電荷を生成する複数の増倍レジスタと、
    　　前記複数の増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成するアンプと、
    　を有している、
    固体撮像装置。
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