JP2002064196A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JP2002064196A JP2002064196A JP2000247434A JP2000247434A JP2002064196A JP 2002064196 A JP2002064196 A JP 2002064196A JP 2000247434 A JP2000247434 A JP 2000247434A JP 2000247434 A JP2000247434 A JP 2000247434A JP 2002064196 A JP2002064196 A JP 2002064196A
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- JP
- Japan
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- black
- black reference
- imaging device
- state imaging
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長時間露光を行う場合でも、横筋や黒ずれな
どの弊害を防止すること。 【解決手段】 半導体基板に不純物を注入して形成さ
れ、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素領
域１０と、有効画素領域１０と隣接して設けられ入射光
に対する遮光膜を有する黒基準部とを備える固体撮像装
置であり、この黒基準部として、半導体基板に不純物を
注入して形成された第１オプティカルブラック１１と、
半導体基板に不純物が注入されていない第２オプティカ
ルブラック１２とから構成されるものである。
どの弊害を防止すること。 【解決手段】 半導体基板に不純物を注入して形成さ
れ、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素領
域１０と、有効画素領域１０と隣接して設けられ入射光
に対する遮光膜を有する黒基準部とを備える固体撮像装
置であり、この黒基準部として、半導体基板に不純物を
注入して形成された第１オプティカルブラック１１と、
半導体基板に不純物が注入されていない第２オプティカ
ルブラック１２とから構成されるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を取り込ん
で蓄積した電荷を電気信号として出力する固体撮像装置
に関する。
で蓄積した電荷を電気信号として出力する固体撮像装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、固体撮像装置には信号レベルの基
準となる信号（黒基準信号）を得るためにオプティカル
ブラック（光学的黒）である黒基準領域を備えており、
有効画素信号はその黒基準領域で得たレベルを基準とし
て演算処理される。
準となる信号（黒基準信号）を得るためにオプティカル
ブラック（光学的黒）である黒基準領域を備えており、
有効画素信号はその黒基準領域で得たレベルを基準とし
て演算処理される。
【０００３】図３は、従来の固体撮像装置を説明するブ
ロック図である。すなわち、ＣＣＤ１から出力された信
号は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）２に入力さ
れ、その後、オプティカルブラックから出力された黒基
準信号をクランプするオプティカルブラッククランプ回
路３へ入力される。
ロック図である。すなわち、ＣＣＤ１から出力された信
号は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）２に入力さ
れ、その後、オプティカルブラックから出力された黒基
準信号をクランプするオプティカルブラッククランプ回
路３へ入力される。
【０００４】クランプ後の信号はゲインコントローラ
（ＧＣ）４、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５
を経てデジタル信号に変換され、信号処理回路７へ渡さ
れる。
（ＧＣ）４、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５
を経てデジタル信号に変換され、信号処理回路７へ渡さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな固体撮像装置には次のような問題がある。すなわ
ち、この固体撮像装置をデジタルスチルカメラ等に用
い、長時間露光モードで撮影を行った場合、画素に蓄積
された暗電流が増加し、画素毎の信号レベルのばらつき
が大きくなるため、それをクランプすると画面に横筋が
生じるといった弊害が発生してしまう。
うな固体撮像装置には次のような問題がある。すなわ
ち、この固体撮像装置をデジタルスチルカメラ等に用
い、長時間露光モードで撮影を行った場合、画素に蓄積
された暗電流が増加し、画素毎の信号レベルのばらつき
が大きくなるため、それをクランプすると画面に横筋が
生じるといった弊害が発生してしまう。
【０００６】また、光透過対策で、不純物注入を行わな
いで形成したオプティカルブラックを備える固体撮像装
置もある（特許第２９１７３６１号参照）。このような
固体撮像装置では、上記のようなデジタルスチルカメラ
の長時間露光モードで撮影した場合、暗電流成分がほと
んど含まれないため、安定したクランプを行うことがで
きる。
いで形成したオプティカルブラックを備える固体撮像装
置もある（特許第２９１７３６１号参照）。このような
固体撮像装置では、上記のようなデジタルスチルカメラ
の長時間露光モードで撮影した場合、暗電流成分がほと
んど含まれないため、安定したクランプを行うことがで
きる。
【０００７】しかし、特に長時間露光モードで撮影した
場合には、有効画素とオプティカルブラックとの信号差
分が増大し、黒ずれの発生を招くという問題が生じる。
場合には、有効画素とオプティカルブラックとの信号差
分が増大し、黒ずれの発生を招くという問題が生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたものである。すなわち、本
発明は、半導体基板に不純物を注入して形成され、入射
光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素部と、有効
画素部と隣接して設けられ入射光に対する遮光膜を有す
る黒基準部とを備える固体撮像装置であり、この黒基準
部として、半導体基板に不純物を注入して形成された第
１の黒基準部と、半導体基板に不純物を注入していない
第２の黒基準部とから構成されるものである。
題を解決するために成されたものである。すなわち、本
発明は、半導体基板に不純物を注入して形成され、入射
光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素部と、有効
画素部と隣接して設けられ入射光に対する遮光膜を有す
る黒基準部とを備える固体撮像装置であり、この黒基準
部として、半導体基板に不純物を注入して形成された第
１の黒基準部と、半導体基板に不純物を注入していない
第２の黒基準部とから構成されるものである。
【０００９】このような本発明では、有効画素部で取り
込んで得たアナログ信号を、第２の黒基準部から出力さ
れる第２の黒基準信号でクランプし、デジタル信号に変
換した後に第１の黒基準部から出力される第１の黒基準
信号でクランプする。これにより、長時間露光モードで
撮影した場合であっても、不要な暗電流成分を含まない
第２の黒基準信号で安定したクランプを行えるととも
に、その後に第１の黒基準信号で有効画素部との差分を
正確に演算できるようになる。
込んで得たアナログ信号を、第２の黒基準部から出力さ
れる第２の黒基準信号でクランプし、デジタル信号に変
換した後に第１の黒基準部から出力される第１の黒基準
信号でクランプする。これにより、長時間露光モードで
撮影した場合であっても、不要な暗電流成分を含まない
第２の黒基準信号で安定したクランプを行えるととも
に、その後に第１の黒基準信号で有効画素部との差分を
正確に演算できるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像
装置の主要部を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は有効画素部断面図、（ｃ）は第１オプティカルブラッ
クの断面図、（ｄ）は第２オプティカルブラックの断面
図である。
基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像
装置の主要部を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は有効画素部断面図、（ｃ）は第１オプティカルブラッ
クの断面図、（ｄ）は第２オプティカルブラックの断面
図である。
【００１１】図１（ａ）に示すように、本実施形態の固
体撮像装置は、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する
有効画素領域１０と、有効画素領域１０に隣接して設け
られる第１オプティカルブラック１１と、有効画素領域
１０および第１オプティカルブラック１１の領域を囲む
ように形成される第２オプティカルブラック１２とを備
えている。
体撮像装置は、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する
有効画素領域１０と、有効画素領域１０に隣接して設け
られる第１オプティカルブラック１１と、有効画素領域
１０および第１オプティカルブラック１１の領域を囲む
ように形成される第２オプティカルブラック１２とを備
えている。
【００１２】図１（ｂ）に示すように、有効画素領域の
画素部は、ｐ型のシリコン基板１００の表面（もしく
は、ｎ型のシリコン基板に設けられたｐウェル領域）に
注入されるｎ+型不純物拡散領域１０１と、読み出し部
１０２を介して形成されるチャネル層１０３と、チャネ
ル層１０３上に形成される転送電極１０４と、ｎ+型不
純物拡散領域１０１上のみ開口して他の部分を覆う遮光
膜１０５とを備えている。
画素部は、ｐ型のシリコン基板１００の表面（もしく
は、ｎ型のシリコン基板に設けられたｐウェル領域）に
注入されるｎ+型不純物拡散領域１０１と、読み出し部
１０２を介して形成されるチャネル層１０３と、チャネ
ル層１０３上に形成される転送電極１０４と、ｎ+型不
純物拡散領域１０１上のみ開口して他の部分を覆う遮光
膜１０５とを備えている。
【００１３】このような有効画素部では、遮光膜１０５
の開口から入射される光に応じた電荷がｎ+型不純物拡
散領域１０１に蓄積され、所定のタイミングによって読
み出し部１０２からその電荷がチャネル層１０３へ読み
出される。そして、転送電極１０４の駆動によって電荷
がチャネル層１０３を順次転送していくことになる。
の開口から入射される光に応じた電荷がｎ+型不純物拡
散領域１０１に蓄積され、所定のタイミングによって読
み出し部１０２からその電荷がチャネル層１０３へ読み
出される。そして、転送電極１０４の駆動によって電荷
がチャネル層１０３を順次転送していくことになる。
【００１４】図１（ｃ）に示す第１オプティカルブラッ
ク１１は、ｐ型のシリコン基板１００の表面に形成され
るｎ+型不純物拡散領域１０１、読み出し部１０２、チ
ャネル層１０３、転送電極１０４については有効画素部
と同じであるが、ｎ+型不純物拡散領域１０１を含む全
面に遮光膜１０５を備える点で相違する。
ク１１は、ｐ型のシリコン基板１００の表面に形成され
るｎ+型不純物拡散領域１０１、読み出し部１０２、チ
ャネル層１０３、転送電極１０４については有効画素部
と同じであるが、ｎ+型不純物拡散領域１０１を含む全
面に遮光膜１０５を備える点で相違する。
【００１５】このような第１オプティカルブラック１１
では、遮光膜１０５によって入射光が遮られることか
ら、所定のタイミングによって読み出される信号は、第
１の黒基準信号となって転送されることになる。
では、遮光膜１０５によって入射光が遮られることか
ら、所定のタイミングによって読み出される信号は、第
１の黒基準信号となって転送されることになる。
【００１６】図１（ｄ）に示す第２オプティカルブラッ
ク１２は、ｐ型のシリコン基板１００、読み出し部１０
２、チャネル層１０３、転送電極１０４については第１
オプティカルブラック１１と同じであるが、ｎ+型不純
物拡散領域１０１に対応する部分に不純物が注入されて
いない点で相違する。
ク１２は、ｐ型のシリコン基板１００、読み出し部１０
２、チャネル層１０３、転送電極１０４については第１
オプティカルブラック１１と同じであるが、ｎ+型不純
物拡散領域１０１に対応する部分に不純物が注入されて
いない点で相違する。
【００１７】このような第２オプティカルブラック１２
では、第１オプティカルブラック１１のｎ+型不純物拡
散領域１０１に対応する部分になにも不純物が注入され
ていないことから、この部分での電荷の蓄積は行われな
い。つまり、有効画素領域１０からの暗電流の流入が極
めて小さく、不要な暗電流成分を含まない第２の黒基準
信号を転送できるようになる。
では、第１オプティカルブラック１１のｎ+型不純物拡
散領域１０１に対応する部分になにも不純物が注入され
ていないことから、この部分での電荷の蓄積は行われな
い。つまり、有効画素領域１０からの暗電流の流入が極
めて小さく、不要な暗電流成分を含まない第２の黒基準
信号を転送できるようになる。
【００１８】本実施形態の固体撮像装置では、このよう
に有効画素領域１０の外側にｎ+型不純物拡散領域１０
１を持つ第１オプティカルブラック１１と、ｎ+型不純
物拡散領域１０１を持たない第２オプティカルブラック
１２とを備えているため、有効画素領域１０で取り込ん
で得た信号を、第１オプティカルブラック１１から出力
される第１の黒基準信号および第２オプティカルブラッ
ク１２から出力される第２の黒基準信号の各々のクラン
プによって演算することができる。
に有効画素領域１０の外側にｎ+型不純物拡散領域１０
１を持つ第１オプティカルブラック１１と、ｎ+型不純
物拡散領域１０１を持たない第２オプティカルブラック
１２とを備えているため、有効画素領域１０で取り込ん
で得た信号を、第１オプティカルブラック１１から出力
される第１の黒基準信号および第２オプティカルブラッ
ク１２から出力される第２の黒基準信号の各々のクラン
プによって演算することができる。
【００１９】図２は、本実施形態における固体撮像装置
のシステム構成図である。このシステムでは、ＣＣＤ
１、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）２、アナログ
クランプ回路３、ＧＣ（ゲインコントローラ）４、Ａ／
Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５、デジタルクラン
プ回路６および信号処理回路７から構成される。
のシステム構成図である。このシステムでは、ＣＣＤ
１、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）２、アナログ
クランプ回路３、ＧＣ（ゲインコントローラ）４、Ａ／
Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５、デジタルクラン
プ回路６および信号処理回路７から構成される。
【００２０】このＣＣＤ１としては、上記説明した有効
画素領域１０、第１オプティカルブラック１１および第
２オプティカルブラック１２を備えたものが適用され
る。また、アナログクランプ回路３では、第２オプティ
カルブラック１２から出力される第２の黒基準信号が用
いられ、デジタルクランプ回路６では、第１オプティカ
ルブラック１１から出力される第１の黒基準信号が用い
られる。
画素領域１０、第１オプティカルブラック１１および第
２オプティカルブラック１２を備えたものが適用され
る。また、アナログクランプ回路３では、第２オプティ
カルブラック１２から出力される第２の黒基準信号が用
いられ、デジタルクランプ回路６では、第１オプティカ
ルブラック１１から出力される第１の黒基準信号が用い
られる。
【００２１】まず、ＣＣＤ１で取り込んだ電荷に対応す
る出力信号はＣＤＳ２に入力される。ＣＤＳ２では、リ
セット期間の電位をクランプして、信号レベルをサンプ
ルホールドし、ノイズを除去した信号を得るようにして
いる。
る出力信号はＣＤＳ２に入力される。ＣＤＳ２では、リ
セット期間の電位をクランプして、信号レベルをサンプ
ルホールドし、ノイズを除去した信号を得るようにして
いる。
【００２２】次いで、ＣＤＳ２から出力された信号はア
ナログクランプ回路３に入力される。ここでは、図１に
示す第２オプティカルブラック１２から出力された第２
の黒基準信号をクランプし、ＣＤＳ２から出力された信
号との差分を演算する。
ナログクランプ回路３に入力される。ここでは、図１に
示す第２オプティカルブラック１２から出力された第２
の黒基準信号をクランプし、ＣＤＳ２から出力された信
号との差分を演算する。
【００２３】第２オプティカルブラック１２では、ｎ+
型不純物拡散領域を持たないことから不要な暗電流成分
を含まない安定した黒基準信号を得ることができ、正確
な基準による信号を得ることが可能となる。
型不純物拡散領域を持たないことから不要な暗電流成分
を含まない安定した黒基準信号を得ることができ、正確
な基準による信号を得ることが可能となる。
【００２４】次に、アナログクランプ回路３から出力さ
れた信号はＧＣ４によってゲインコントロールされ、Ａ
／Ｄ変換回路５によりデジタル信号に変換される。
れた信号はＧＣ４によってゲインコントロールされ、Ａ
／Ｄ変換回路５によりデジタル信号に変換される。
【００２５】その後、デジタル信号はデジタルクランプ
回路６に入力される。デジタルクランプ回路６では、図
１に示す第１オプティカルブラック１１から出力される
第１の黒基準信号をクランプし、Ａ／Ｄ変換回路５から
出力されたデジタル信号との差分を演算する。
回路６に入力される。デジタルクランプ回路６では、図
１に示す第１オプティカルブラック１１から出力される
第１の黒基準信号をクランプし、Ａ／Ｄ変換回路５から
出力されたデジタル信号との差分を演算する。
【００２６】第１オプティカルブラック１１では、ｎ+
型不純物拡散領域１０１を持つことから、有効画素部で
のレベル変動を正確に吸収できる黒基準信号を得ること
ができ、この基準によって正確なレベルの信号を得るこ
とが可能となる。
型不純物拡散領域１０１を持つことから、有効画素部で
のレベル変動を正確に吸収できる黒基準信号を得ること
ができ、この基準によって正確なレベルの信号を得るこ
とが可能となる。
【００２７】そして、デジタルクランプ回路６から出力
された信号は、所望の信号処理回路７で処理されること
になる。
された信号は、所望の信号処理回路７で処理されること
になる。
【００２８】ここで、アナログクランプ回路３として第
２オプティカルブラック１２から出力される第２の黒基
準信号をクランプして演算し、デジタルクランプ回路６
として第１オプティカルブラック１１から出力される第
１の黒基準信号をクランプして演算することで、高ダイ
ナミックレンジの信号出力を得ることが可能となる。
２オプティカルブラック１２から出力される第２の黒基
準信号をクランプして演算し、デジタルクランプ回路６
として第１オプティカルブラック１１から出力される第
１の黒基準信号をクランプして演算することで、高ダイ
ナミックレンジの信号出力を得ることが可能となる。
【００２９】このような本実施形態の固体撮像装置を適
用したシステムでは、デジタルスチルカメラ等の長時間
露光時にも横筋や黒ずれの弊害を生じない画像を適用で
きるようになる。
用したシステムでは、デジタルスチルカメラ等の長時間
露光時にも横筋や黒ずれの弊害を生じない画像を適用で
きるようになる。
【００３０】なお、上記実施形態では、主として有効画
素領域１０を備えるエリアセンサーを例として説明した
が、有効画素列を備えるラインセンサーであっても適用
可能である。
素領域１０を備えるエリアセンサーを例として説明した
が、有効画素列を備えるラインセンサーであっても適用
可能である。
【００３１】また、ｎ+型不純物拡散領域１０１を持つ
第１オプティカルブラック１１は、水平転送方向の前方
部に配置されていてもよい。
第１オプティカルブラック１１は、水平転送方向の前方
部に配置されていてもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。すなわち、本発明の固体撮像装置
では、黒基準部として、半導体基板に不純物を注入して
形成された第１の黒基準部と、半導体基板に不純物が注
入されていない第２の黒基準部とを有していることか
ら、長時間露光モードで撮影した場合であっても、不要
な暗電流成分を含まない第２の黒基準信号で安定したク
ランプを行えるとともに、その後に第１の黒基準信号で
有効画素部との差分を正確に演算できるようになる。こ
れにより、横筋や黒ずれのない良好な画像を生成するこ
とが可能となる。
のような効果がある。すなわち、本発明の固体撮像装置
では、黒基準部として、半導体基板に不純物を注入して
形成された第１の黒基準部と、半導体基板に不純物が注
入されていない第２の黒基準部とを有していることか
ら、長時間露光モードで撮影した場合であっても、不要
な暗電流成分を含まない第２の黒基準信号で安定したク
ランプを行えるとともに、その後に第１の黒基準信号で
有効画素部との差分を正確に演算できるようになる。こ
れにより、横筋や黒ずれのない良好な画像を生成するこ
とが可能となる。
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の主要部を説明
する図である。
する図である。
【図２】本実施形態における固体撮像装置のシステム構
成図である。
成図である。
【図３】従来例を説明するシステム構成図である。
１…ＣＣＤ、２…ＣＤＳ、３…アナログクランプ回路、
４…ＧＣ、５…Ａ／Ｄ変換回路、６…デジタルクランプ
回路、７…信号処理回路、１０…有効画素領域、１１…
第１オプティカルブラック、１２…第２オプティカルブ
ラック
４…ＧＣ、５…Ａ／Ｄ変換回路、６…デジタルクランプ
回路、７…信号処理回路、１０…有効画素領域、１１…
第１オプティカルブラック、１２…第２オプティカルブ
ラック
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板に不純物を注入して形成さ
れ、入射光に応じた電荷を蓄積して出力する有効画素部
と、前記有効画素部と隣接して設けられ入射光に対する
遮光膜を有する黒基準部とを備える固体撮像装置におい
て、 前記黒基準部は、前記半導体基板に不純物を注入して形
成された第１の黒基準部と、前記半導体基板に不純物を
注入していない第２の黒基準部とから構成されることを
特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記第２の黒基準部から出力される第２
の黒基準信号をアナログ信号の状態でクランプするアナ
ログクランプ手段と、 前記第１の黒基準部から出力される第１の黒基準信号を
デジタル信号の状態でクランプするデジタルクランプ手
段とを備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247434A JP4552289B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247434A JP4552289B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002064196A true JP2002064196A (ja) | 2002-02-28 |
| JP2002064196A5 JP2002064196A5 (ja) | 2007-04-12 |
| JP4552289B2 JP4552289B2 (ja) | 2010-09-29 |
Family
ID=18737529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247434A Expired - Fee Related JP4552289B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4552289B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303856A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子および撮像装置 |
| JP2006340064A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Fujifilm Holdings Corp | 固体撮像素子 |
| US7247829B2 (en) | 2005-04-20 | 2007-07-24 | Fujifilm Corporation | Solid-state image sensor with an optical black area having pixels for detecting black level |
| JP2008236787A (ja) * | 2008-05-07 | 2008-10-02 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその固定パターン雑音除去方法 |
| CN100426849C (zh) * | 2005-12-02 | 2008-10-15 | 佳能株式会社 | 固态摄像设备和处理来自固态摄像设备的信号的方法 |
| JP2009005329A (ja) * | 2007-05-21 | 2009-01-08 | Canon Inc | 撮像装置及びその処理方法 |
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