JP2003007996A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JP2003007996A
JP2003007996A JP2001186347A JP2001186347A JP2003007996A JP 2003007996 A JP2003007996 A JP 2003007996A JP 2001186347 A JP2001186347 A JP 2001186347A JP 2001186347 A JP2001186347 A JP 2001186347A JP 2003007996 A JP2003007996 A JP 2003007996A
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JP
Japan
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sensor
solid
sensor array
state image
image pickup
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JP2001186347A
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English (en)
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Takeshi Kanayama
武司 金山
Shinya Yoshida
真也 吉田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な信号処理を要することなく良質の画質
を得る固体撮像素子を提供すること。 【解決手段】 感度差のある複数のセンサ列を有する固
体撮像素子において、最高の感度を有するセンサ列のみ
に転送レジスタへの電荷のオーバフローを防止するシャ
ッター構造を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に関
し、特にリニアカラーセンサに用いて最適な固体撮像素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は同一の半導体チップ上に形成され
た白黒センサ列1、RED(赤)センサ列2、GREE
N(緑)センサ列3及びBLUE(青)センサ列4を備
えた固体撮像素子Aを示す。これは例えば、ディジタル
カラー複写機やカラーイメージスキャナの読み取り部に
使われるリニアセンサである。各センサ列1、2、3、
4の一側方にはそれぞれROG(リードアウトゲート)
電極1a、2a、3a、4a及びCCDレジスタ1b、
2b、3b、4bが設けられている。ROG電極1a、
2a、3a、4aにはROGパルスが与えられる。各セ
ンサ列1、2、3、4には図示せずとも多数の光電変換
部としての画素(センサ部ともいう)が直線的に配列さ
れている。これらに蓄積された電荷はROGパルスによ
り、ROG電極1a、2a、3a、4aを介してCCD
レジスタ1b、2b、3b、4bへと読み出される。こ
れらCCDレジスタ1b、2b、3b、4bへは2相の
転送パルスφ1 、φ2 が供給され、これらパルスに同期
して、図において左方へと順次、転送されていく。各C
CDレジスタ1b、2b、3b、4bの左端にはHOG
(出力ゲート)電極5、FDA(フローティング・ディ
ヒュージョン・アンプ)6、リセット電極7及びドレイ
ン8が接続されている。公知のようにしてFDA6で電
荷→電圧に変換され、これらからそれぞれ出力信号Vo
ut B/W、Vout RED、Vout GREE
N及びVout BLUEが取り出される。なお、白黒
センサ列1の上方にはフィルタが配設されていないが、
REDセンサ列2、GREENセンサ列3及びBLUE
センサ列4の上方には図示せずともそれぞれREDフィ
ルタ、GREENフィルタ及びBLUEフィルタが配設
されている。
【0003】然るにカラーセンサ列2、3、4と白黒セ
ンサ列1とでは光感度比にして約1:4と差があり、カ
ラーセンサ列2、3、4に露光条件を合わせると、白黒
センサ列1からCCDレジスタ1bへ転送される電荷の
オーバフローが起こる可能性がある。このままではこの
固体撮像素子Aから得られる画質が悪くなる。これに対
しては、例えば白黒センサ列1用のCCDレジスタ1b
から電荷をすべて排出した後に、改めて短時間で蓄積し
た電荷をCCDレジスタ1bに転送してVout B/
Wを取り出すことが考えられるが、これではそれだけ画
像処理が遅れることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
に鑑みてなされ、迅速な画像処理で上質の画像を得るこ
とのできる固体撮像素子を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】以上の課題は、第1のセ
ンサ列と、前記第1のセンサ列よりも高感度な第2のセ
ンサ列とを有する固体撮像素子において、前記第2のセ
ンサ列に転送レジスタへの電荷のオーバフローを防止す
るシャッター構造を設けたことを特徴とする固体撮像素
子、又は感度差のある複数のセンサ列を有する固体撮像
素子において、最高の感度を有するセンサ列のみに転送
レジスタへの電荷のオーバフローを防止するシャッター
構造を設けたことを特徴とする固体撮像素子、又は第1
のセンサ列と、前記第1のセンサ列よりも高感度な第2
のセンサ列とを有する固体撮像素子において、前記第2
のセンサ列に転送レジスタへの電荷のオーバフローを防
止するオーバフロー制御ゲート構造を設けたことを特徴
とする固体撮像素子、又は感度差のある複数のセンサ列
を有する固体撮像素子において、最高の感度を有するセ
ンサ列のみに転送レジスタへの電荷のオーバフローを防
止するオーバフロー制御ゲート構造を設けたことを特徴
とする固体撮像素子、によって解決される。以上の構成
により、画像処理を迅速にして、良質の画像を得ること
ができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
を示す。なお、従来例の図6に対応する部分については
同一の符号を付すものとする。すなわち、白黒センサ列
1のCCDレジスタ1bとは反対側にオーバフロー制御
ゲート電極10(OFCG−Over Flow Control Gat
e )及びドレイン11が設けられる。すなわち、これら
によりOFCG構造12が構成されている。
【0007】OFCG電極10には、定電圧が印加され
る。これによって図3に示すように、この電極10の下
方の電位は10aとなる。これは、ROGゲート電極1
aにROGパルスが加えられていない時の電位aよりは
低い。これによりセンサ部Sの電荷はOFCG10のレ
ベル10aまでは蓄えられるが、このレベル10aを越
えるとドレイン11へと越えた分、排出される。
【0008】ROG電極1aにROGパルスが印加され
ると、図3において電極1aの下方の電位はbとなり、
センサ部SからCCDレジスタ1bへと転送される。こ
のようにしてカラーセンサ列2、3、4に電荷を蓄積し
ている間にCCDレジスタ1b内へオーバフローするほ
ど電荷がセンサ部Sに蓄えられることはない。よって特
別の信号処理を行わずとも良質の画質を得ることができ
る。
【0009】図2は本発明の第2の実施の形態を示す。
やはり従来例の図6に対応する部分については同一の符
号を付すものとする。白黒センサ列1のCCDレジスタ
1bとは反対側にシャッタゲート電極13とドレイン1
4とで成るシャッタ構造15が設けられている。
【0010】次に図4、図5を参照して本実施の形態の
作用を説明する。各センサ列における蓄積時間及び各出
力の時間的順序を図5を参照して説明する。図5Aにお
いてROGパルスP(カラーセンサ列のROG電極2
a、3a、4aに印加されるパルス)、Q(白黒センサ
1のROG電極1aに印加されるパルス)のt1 、t2
の間には、白黒センサ列1に電荷が蓄積される。時間t
2 でROGパルスQがROG電極1aに加えられ、CC
Dレジスタ1bへと読み出され、このレジスタ1bを転
送された電荷はVout B/WとしてFDA6から信
号が順次、導出される。この読み出し時間がt2 乃至t
3 であり、「白黒センサ出力」として示されている。こ
のt2 、t3 の間には非常に間隔の小さい多数の読み出
しパルスが発生されているが、図示は省略し、×印とし
てこれを模式的に示す。白黒センサ列1のCCDレジス
タ1bからの出力は時間t2 で始まるのであるが、この
時間t2 に(厳密にはパルスQの立下りと共に)シャッ
タ電極13に図5Cで示すようなパルスHが印加され
る。これによって図4で示すシャッタ電極13の下方の
電位は下辺cのレベルとなる。よってセンサ部Sからこ
こに蓄えられた電荷は全てドレインへ排出される。時間
4 では、カラーセンサ列2、3、4のROG電極2
a、3a、4aにパルスPが印加され、CCDレジスタ
2b、3b、4bに転送される。一方、シャッタパルス
HはLowとなり、白黒センサ列1のセンサ部Sに電荷
が蓄えられ始まる。この開始時間t4 と共にカラーセン
サ列2、3、4から読み出された電荷がCCDレジスタ
2b、3b、4bを転送されてVoutとしてこれらカ
ラー信号を導出させる。時間t4 、t6 の間、白黒セン
サ列1のセンサ部Sで電荷が蓄積される。この時にはシ
ャッタパルスHはLowとなっている。すなわち、図4
においてシャッタ電極13の下方の電位はdとなってい
る。以上のようにしてカラーセンサ蓄積時間、例えばt
2 〜t4 において、同一チップ上に形成されている白黒
センサ列1にも電荷が蓄積されるのであるが、この間シ
ャッタパルスHはHighであるので全てドレイン14
に排出され、センサ部Sに電荷が蓄積されることはな
い。以上のようにしてカラーセンサ蓄積時間中に白黒セ
ンサ部Sで電荷がCCDレジスタ1b内にオーバフロー
するほど電荷が蓄えられることはない。よって何らの信
号処理をせずともCCDレジスタ1bへはオーバフロー
するほどセンサ部Sで電荷が蓄えられることがなく、良
質の画質を常に得ることができる。
【0011】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本
発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0012】例えば以上の実施の形態では、リニアセン
サを説明したが、これに代えてエリアセンサにも本発明
は適用可能である。図7はこの概略図を示すものである
が、垂直レジスタ20に対応して大きな正方形で示され
ている感度大なるセンサ部21と小さな方形で示される
感度の低いセンサ部22で撮像部Rが形成される。この
下方の水平転送レジスタ部23を通ってバッファ24か
ら信号出力が取り出されるのであるが、最高感度のセン
サ列21の側方にシャッタ構造33を構成するシャッタ
電極31及びドレイン32が配設されており、第2の実
施の形態と同様に図5で示すようなタイミングで感度の
低いセンサ部22で電荷が蓄積されている間はシャッタ
パルスHが供給されてドレイン32にセンサ部21に蓄
積された電荷が全て排出される。勿論、シャッタ構造3
3に代えて第1の実施の形態で述べたようにオーバフロ
ー制御電極構造12を配設するようにしてもよい。な
お、センサ部もしくは受光部の感度を違える方法として
は、1.センサ部の開口面積を違える。2.オンチップ
レンズ(以上の実施の形態では図示しなかったが、セン
サ部の上方に設ける場合がある)の倍率を違える。3.
センサ部の各々に透過率の異なるフィルタを付ける。
4.信号電荷の蓄積時間を違える。等の方法も考えられ
る。図7の変形例では、センサ部21、22の方形の形
を大小でこれを示したが、以上のようにして感度を変え
る場合にも適用可能である。勿論、本発明の第1、第2
の実施の形態にも適用可能である。
【0013】また以上の実施の形態では、いわゆる4列
のリニアカラーセンサを説明したが、列数もこれに限る
ことなく、例えば2列のリニアセンサにも適用可能であ
る。この場合には、勿論、感度が大なる方のセンサ列に
本発明の構成が適用される。また図7の変形例では、感
度の大なるセンサ列21は1列で、感度の小なるセンサ
列22は3列の場合を示したが、この3列のセンサ列の
感度は同一としているので、これらは第2のセンサ列と
解釈するようにしてもよい。
【0014】また以上の実施の形態では、赤、緑、青の
センサ列を同一感度としたが、その上方に設けられるフ
ィルタの光透過率によっては図5でカラーセンサの出
力、カラーセンサ蓄積時間のタイミングをそれぞれ変え
るようにしてもよい。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の固体撮像素
子によれば複雑な信号処理を行うことなく画質の優れた
撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による固体撮像素子
の要部の平面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態による固体撮像素子
の要部の平面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による作用を示す電
位チャートである。
【図4】本発明の第2の実施の形態の作用を示す電位チ
ャートである。
【図5】本発明の第2の実施の形態による作用を示す白
黒センサ出力、カラーセンサ出力、白黒センサ蓄積時間
及びカラーセンサ蓄積時間の時間的変化を示すタイムチ
ャートである。
【図6】従来例のリニアカラーセンサとして構成される
固体撮像素子の平面図である。
【図7】本発明の実施の形態の変形例の固体撮像素子の
平面図である。
【符号の説明】
10……OFCG、11……ドレイン、12……OFC
G構造、13……シャッタゲート、14……ドレイン、
15……シャッタ構造、20……垂直転送レジスタ、2
1……感度の大なるセンサ部、22……感度の小なるセ
ンサ部、31……シャッタ電極、32……ドレイン、3
3……シャッタ構造。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 真也 神奈川県横浜市保土ヶ谷区神戸町134番地 ソニー・エルエスアイ・デザイン株式会 社内 Fターム(参考) 4M118 AA02 AA05 AB01 BA11 BA13 CA02 DB09 FA06 FA08 FA14 FA19 GC01 GC09 GC15 5C024 CX54 DX01 EX01 GY01 5F049 MA01 NA04 NB05 UA20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のセンサ列と、前記第1のセンサ列
    よりも高感度な第2のセンサ列とを有する固体撮像素子
    において、前記第2のセンサ列に転送レジスタへの電荷
    のオーバフローを防止するシャッター構造を設けたこと
    を特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 感度差のある複数のセンサ列を有する固
    体撮像素子において、最高の感度を有するセンサ列のみ
    に転送レジスタへの電荷のオーバフローを防止するシャ
    ッター構造を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
  3. 【請求項3】 第1のセンサ列と、前記第1のセンサ列
    よりも高感度な第2のセンサ列とを有する固体撮像素子
    において、前記第2のセンサ列に転送レジスタへの電荷
    のオーバフローを防止するオーバフロー制御ゲート構造
    を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
  4. 【請求項4】 感度差のある複数のセンサ列を有する固
    体撮像素子において、最高の感度を有するセンサ列のみ
    に転送レジスタへの電荷のオーバフローを防止するオー
    バフロー制御ゲート構造を設けたことを特徴とする固体
    撮像素子。
  5. 【請求項5】 前記センサ列はリニアセンサを構成する
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体
    撮像素子。
  6. 【請求項6】 前記最高の感度を有するセンサ列は白黒
    センサ列であることを特徴とする請求項2又は4に記載
    の固体撮像素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008205167A (ja) * 2007-02-20 2008-09-04 Toppan Printing Co Ltd リニアセンサー
US8059319B2 (en) 2007-08-03 2011-11-15 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging apparatus

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JP2008205167A (ja) * 2007-02-20 2008-09-04 Toppan Printing Co Ltd リニアセンサー
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RD03 Notification of appointment of power of attorney

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Effective date: 20071027