JPH04172085A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH04172085A JPH04172085A JP2301280A JP30128090A JPH04172085A JP H04172085 A JPH04172085 A JP H04172085A JP 2301280 A JP2301280 A JP 2301280A JP 30128090 A JP30128090 A JP 30128090A JP H04172085 A JPH04172085 A JP H04172085A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
- H04N25/621—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
- H04N25/622—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming by controlling anti-blooming drains
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14875—Infrared CCD or CID imagers
- H01L27/14881—Infrared CCD or CID imagers of the hybrid type
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- H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、固体撮像装置に関し、特に電荷上澄み転送
方式の固体撮像装置に関するものである。
方式の固体撮像装置に関するものである。
第５図は従来の赤外線撮像素置の概略構造の斜視図であ
り、図において、ｌは例えば１２８Ｘ１２８個の画素か
らなる２次元アレイ型フォトダイオードで、入射する赤
外線４を検知し、これを光電変換している。２は２次元
アレイ型フォトダイオードｌから出力される電荷を順次
転送するための電荷転送部で、この場合は、シリコン（
Ｓｉ）基板上に形成されたＣ ＣＤ （Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）から構成されている
。３は２次元アレイフォトダイオードｌと信号転送用５
ｉ−ＣＣＤ２とを電気的に接続するイニジウム（Ｉｎ）
バンプ電極である。
り、図において、ｌは例えば１２８Ｘ１２８個の画素か
らなる２次元アレイ型フォトダイオードで、入射する赤
外線４を検知し、これを光電変換している。２は２次元
アレイ型フォトダイオードｌから出力される電荷を順次
転送するための電荷転送部で、この場合は、シリコン（
Ｓｉ）基板上に形成されたＣ ＣＤ （Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）から構成されている
。３は２次元アレイフォトダイオードｌと信号転送用５
ｉ−ＣＣＤ２とを電気的に接続するイニジウム（Ｉｎ）
バンプ電極である。
また、第６固唾）〜（Ｃ１は第５図の赤外線撮像素子の
ＣＣＤ２の電荷入力回路の動作を示しており、図におい
て、第５図と同一符号は同一部分を示し、５はＣＣＤ２
の電荷入力回路への信号電荷の入力を制御する入力ゲー
ト電極、６は電荷入力回路に入力された電荷を一旦蓄積
するための蓄積ゲート電極、７は電荷をＣＣＤ２の初段
部に転送するための転送ゲート電極、８はＣＣＤ２の駆
動用電極、９は画素のスキミングレベルを設定するため
のスキミング電圧を供給するスキミングゲート電極で、
このスキミングレベルは蓄積ゲート６下のポテンシャル
井戸内に形成される。１１は蓄積電荷で、そのうちｌｌ
ａはスキミングレベルを越えずに残存している蓄積電荷
、ｌｌｂはスキミングレベルを越えて蓄積している電荷
、１０は蓄積電荷ｌｌｂの外部への排出を制御する電荷
排出ゲート電極、２５は電荷排出電極を示している。
ＣＣＤ２の電荷入力回路の動作を示しており、図におい
て、第５図と同一符号は同一部分を示し、５はＣＣＤ２
の電荷入力回路への信号電荷の入力を制御する入力ゲー
ト電極、６は電荷入力回路に入力された電荷を一旦蓄積
するための蓄積ゲート電極、７は電荷をＣＣＤ２の初段
部に転送するための転送ゲート電極、８はＣＣＤ２の駆
動用電極、９は画素のスキミングレベルを設定するため
のスキミング電圧を供給するスキミングゲート電極で、
このスキミングレベルは蓄積ゲート６下のポテンシャル
井戸内に形成される。１１は蓄積電荷で、そのうちｌｌ
ａはスキミングレベルを越えずに残存している蓄積電荷
、ｌｌｂはスキミングレベルを越えて蓄積している電荷
、１０は蓄積電荷ｌｌｂの外部への排出を制御する電荷
排出ゲート電極、２５は電荷排出電極を示している。
次に動作について説明する。
２次元アレイフォトダイオードｌと信号転送用５ｉ−Ｃ
ＣＤ２とはＩｎバンプ３により電気的に接続されており
、また、スキミングゲート電極９には、蓄積ゲート電極
６にかかる電圧とは異なる電圧を印加することにより、
電荷蓄積部内にポテンシャル障壁を形成している。
ＣＤ２とはＩｎバンプ３により電気的に接続されており
、また、スキミングゲート電極９には、蓄積ゲート電極
６にかかる電圧とは異なる電圧を印加することにより、
電荷蓄積部内にポテンシャル障壁を形成している。
ここで、２次元アレイフォトダイオードＨこ赤外線４が
入射すると、フォトダイオード１により充電変換された
電荷】】は、インジウムバンプ３を介して入力ゲート電
極５に流れ込み、蓄積ゲート電極６の下に一定時間蓄積
される（第６図（ａ））。
入射すると、フォトダイオード１により充電変換された
電荷】】は、インジウムバンプ３を介して入力ゲート電
極５に流れ込み、蓄積ゲート電極６の下に一定時間蓄積
される（第６図（ａ））。
その後、転送ゲート電極７にかかる電圧を変えることて
、蓄積電荷１１ｂをＣＣＤ駆動用電極８の下へ移送する
（第６図（ｂ））。このとき、蓄積ゲート電極６内にス
キミングゲート電極９によって形成されたポテンシャル
障壁により、蓄積電荷ｌｌのうちポテンシャル障壁を越
えない一定量の蓄積電荷１１ａは転送されずに残る。
、蓄積電荷１１ｂをＣＣＤ駆動用電極８の下へ移送する
（第６図（ｂ））。このとき、蓄積ゲート電極６内にス
キミングゲート電極９によって形成されたポテンシャル
障壁により、蓄積電荷ｌｌのうちポテンシャル障壁を越
えない一定量の蓄積電荷１１ａは転送されずに残る。
その後、排出ゲート電極１０を操作することにより、蓄
積電荷１１ａを電荷排出電極２５に排出する（第６図（
Ｃ））。
積電荷１１ａを電荷排出電極２５に排出する（第６図（
Ｃ））。
第７図はこれを平面的に示した場合の概念図を示してお
り、Ｉ５は第６図に示したＣＣＤ２の電荷入力回路を示
している。
り、Ｉ５は第６図に示したＣＣＤ２の電荷入力回路を示
している。
この方式は、例えばアイ・イー・イー・イートランザク
ションズ エレクトロン デバイシイズ ＥＤ−２９巻
１９８２年１月１号 ３頁〜４頁 （ＩＥＥＢ Ｔ
ｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ、ｖｏｌ。
ションズ エレクトロン デバイシイズ ＥＤ−２９巻
１９８２年１月１号 ３頁〜４頁 （ＩＥＥＢ Ｔ
ｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ、ｖｏｌ。
ＥＤ−２９，ＮＯＩ、 ＪＡＮＵＡＲＹ、 ＰＰ、 ３
〜４．１９８２）に示されており、「電荷上澄み転送」
と呼ばれている。この方式は、赤外線撮像の様に信号の
コントラストが小さいときに有効である。
〜４．１９８２）に示されており、「電荷上澄み転送」
と呼ばれている。この方式は、赤外線撮像の様に信号の
コントラストが小さいときに有効である。
第８図は例えばＩＯμｍ帯の赤外線撮像における蓄積電
荷１！の内容であるが、信号光により励起された電荷１
２よりも、背景光により励起された電荷１３が極めて多
いため、信号のコントラストが小さい。前述の電荷上澄
み転送では、スキミングゲート電極９にかける電圧を適
度に与えることで、第９図（ａ）、 （ｂ）に示すよう
に、スキミングレベル１４を決定し、背景光により励起
された電荷１３を取り除き、信号光により励起された電
荷１２を効率よく転送する。
荷１！の内容であるが、信号光により励起された電荷１
２よりも、背景光により励起された電荷１３が極めて多
いため、信号のコントラストが小さい。前述の電荷上澄
み転送では、スキミングゲート電極９にかける電圧を適
度に与えることで、第９図（ａ）、 （ｂ）に示すよう
に、スキミングレベル１４を決定し、背景光により励起
された電荷１３を取り除き、信号光により励起された電
荷１２を効率よく転送する。
従って、この方法によれば信号のコントラストの高い、
良質な画像が得られる。
良質な画像が得られる。
ところで、上記の様な従来の電荷上澄み方式を有する赤
外線撮像素子では、スキミングゲート電圧を各画素共通
にしなければならなかった。また、各画素独立にスキミ
ングゲート電圧を加える場合には、例えば１２８Ｘ１２
８画素分の配線を外部に取り出さねばならず、物理的に
は不可能であった。
外線撮像素子では、スキミングゲート電圧を各画素共通
にしなければならなかった。また、各画素独立にスキミ
ングゲート電圧を加える場合には、例えば１２８Ｘ１２
８画素分の配線を外部に取り出さねばならず、物理的に
は不可能であった。
従来の電荷上澄み転送方式を有する固体撮像装置は以上
のように構成されており、スキミングゲート電圧が全画
素共通となっているため、第１Ｏ図（ａ）の画素と電荷
量の関係に示すようにフォトダイオードの感度が各画素
で均一でない場合には、一番感度の低い画素にあわせて
スキミングゲート電圧１４を設定しなければならず、こ
の結果、スキミング後は第１Ｏ図（ｂ）に示すようにな
り、全画素にわたって有効に背景輻射による直流成分を
除去することができず、従って有効な電荷上澄み転送が
できないという問題点かあった。
のように構成されており、スキミングゲート電圧が全画
素共通となっているため、第１Ｏ図（ａ）の画素と電荷
量の関係に示すようにフォトダイオードの感度が各画素
で均一でない場合には、一番感度の低い画素にあわせて
スキミングゲート電圧１４を設定しなければならず、こ
の結果、スキミング後は第１Ｏ図（ｂ）に示すようにな
り、全画素にわたって有効に背景輻射による直流成分を
除去することができず、従って有効な電荷上澄み転送が
できないという問題点かあった。
また、このような問題の解決策としては各画素毎に独立
してスキミングゲート電圧を設定する方法が考えられる
が、個々の画素にスキミングレベルを設定するためには
、全画素分（１２８Ｘ１２８個）の配線を外部に取り出
すとともに、これらすべての各画素に配線を通して独立
したスキミングレベル設定値を入力する必要があり、配
線設計上物理的に不可能であるという問題点かあった。
してスキミングゲート電圧を設定する方法が考えられる
が、個々の画素にスキミングレベルを設定するためには
、全画素分（１２８Ｘ１２８個）の配線を外部に取り出
すとともに、これらすべての各画素に配線を通して独立
したスキミングレベル設定値を入力する必要があり、配
線設計上物理的に不可能であるという問題点かあった。
またこのような問題を解決したものとして、特開平２−
１５１１８３号公報に示すものがあり、これは、スキミ
ング電圧を時系列信号として転送するためのスキミング
用ＣＯＤを、上澄み転送をする垂直ＣＣＤに並列に設け
、各画素の背景輻射による電荷に比例した電圧レベルを
測定し、これを外部メモリに一旦記憶し、上澄み転送時
にこの記憶した信号をスキミングＣＣＤにより順次転送
して各画素のスキミング電極に印加するようにしたもの
である。しかるに、この装置では、スキミングレベル設
定のための外部メモリや、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器
などを必要とするうえ、さらにＢＣＣＤに並列にスキミ
ング電圧転送用のＣＣＤを設けなければならず、構造が
複雑になるという問題点があった。またさらには−旦ス
キミングレベルを外部にメモリしているため、瞬時に変
化している画素の感度の変化に対応できず、この画素の
感度変化をリアルタイムでスキミングレベルに反映する
ことかできないという問題点かあった。
１５１１８３号公報に示すものがあり、これは、スキミ
ング電圧を時系列信号として転送するためのスキミング
用ＣＯＤを、上澄み転送をする垂直ＣＣＤに並列に設け
、各画素の背景輻射による電荷に比例した電圧レベルを
測定し、これを外部メモリに一旦記憶し、上澄み転送時
にこの記憶した信号をスキミングＣＣＤにより順次転送
して各画素のスキミング電極に印加するようにしたもの
である。しかるに、この装置では、スキミングレベル設
定のための外部メモリや、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器
などを必要とするうえ、さらにＢＣＣＤに並列にスキミ
ング電圧転送用のＣＣＤを設けなければならず、構造が
複雑になるという問題点があった。またさらには−旦ス
キミングレベルを外部にメモリしているため、瞬時に変
化している画素の感度の変化に対応できず、この画素の
感度変化をリアルタイムでスキミングレベルに反映する
ことかできないという問題点かあった。
この発明は、上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、外部メモリを用いることなく、個々の画素に
応じたスキミングレベルを設定でき、画素間の感度が不
均一であっても、有効な電荷上澄み転送ができる固体撮
像装置を得ることを目的とする。
たもので、外部メモリを用いることなく、個々の画素に
応じたスキミングレベルを設定でき、画素間の感度が不
均一であっても、有効な電荷上澄み転送ができる固体撮
像装置を得ることを目的とする。
この発明に係る固体撮像装置は、各画素毎に独立にして
設けられた、各画素で光電変換された電荷量を検知しこ
れに応じた電圧レベルを出力するサンプリング回路と、
このサンプリング回路の出力電圧をそのスキミング電圧
とする、各画素て光電変換された信号電荷を上澄み転送
する電荷入力部とを備えたものである。
設けられた、各画素で光電変換された電荷量を検知しこ
れに応じた電圧レベルを出力するサンプリング回路と、
このサンプリング回路の出力電圧をそのスキミング電圧
とする、各画素て光電変換された信号電荷を上澄み転送
する電荷入力部とを備えたものである。
この発明の固体撮像装置においては、サンプリング回路
が、各画素に入力する電荷量を自動的に検知し、その量
に応じた電圧を、各画素のスキミングゲート電極に印加
する。
が、各画素に入力する電荷量を自動的に検知し、その量
に応じた電圧を、各画素のスキミングゲート電極に印加
する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置、特に
赤外線撮像素子におけるＣＣＤの入力回路の動作を示す
図である。図において、従来例で示した第６図と同一符
号は同−又は相当部分を示しており、１は例えば１２８
Ｘ１２８個の画素からなる２次元アレイ型フォトダイオ
ード、２は信号転送用の５ｉ−ＣＣＤ、３は２次元アレ
イフォトダイオードｌと信号転送用５ｉ−ＣＣＤ２とを
電気的に接続するイニジウム（Ｉｎ）バンブ、４は２次
元アレイフォトダイオードｌに入射する信号光で例えば
赤外線、５はＣＣＤ２の電荷入力部の入力ゲート電極、
６はＣＣＤの電荷入力部に入力された電荷を一時蓄積す
る蓄積ゲート電極、７は電荷をＣＣＤの電荷転送部に転
送する転送ゲート電極、８は転送電極から転送されてき
た電荷を紙面と垂直方向に順次転送するための駆動クロ
ックが印加されるＣＣＤ２の駆動用電極、９は画素のス
キミングレベルを設定するためのスキミング電圧を供給
するスキミングゲート電極、ＩＯはスキミングされた残
りの蓄積電荷を電荷排出電極２５に排出するための電荷
排出ゲート電極であり、１５はこれらからなる従来例で
ある第６図と全く同一の構成を有する電荷入力回路であ
る。また１６は電荷入力回路１５と同一のシリコン基板
上に形成された、２次元アレイフォトダイオード１で検
出した電荷量を検知するサンプリング回路を示しており
、１７は２次元アレイフォトダイオードｌで検出した電
荷を電荷入力回路１５．サンプリング回路１６のいずれ
か一方に入力するための切り換えを行う回路選択スイッ
チを示しており、これはトランジスタ等により形成され
ている。１８はサンプリング用の入力ゲート電極、１９
はサンプリング用のリセットクロックが印加されるゲー
ト電極、２０は基板内に形成された高濃度にｎ型不純物
を有するフローティング拡散領域、２１はフローティン
グ拡散領域にそのゲートが電気的に接続され、ソースが
接地電位に接続され、ドレインが出力端となっているサ
ンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴで、また、２３はフロー
ティングディフュージョンアンプ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ
Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；以下、ＦＤ
Ａと称す）のソースフォロワ電源、２２は一方がソース
フォロア電源２３に、他方がサンプリング出力用ＭＯ３
ＦＥＴ２１の出力端に接続された抵抗で、さらにＭＯ３
ＦＥＴ２１の出力端と抵抗２２の接続点は配線により電
荷入力回路のスキミング電極９に接続されている。２４
はＦＤＡのリセット電極である。
赤外線撮像素子におけるＣＣＤの入力回路の動作を示す
図である。図において、従来例で示した第６図と同一符
号は同−又は相当部分を示しており、１は例えば１２８
Ｘ１２８個の画素からなる２次元アレイ型フォトダイオ
ード、２は信号転送用の５ｉ−ＣＣＤ、３は２次元アレ
イフォトダイオードｌと信号転送用５ｉ−ＣＣＤ２とを
電気的に接続するイニジウム（Ｉｎ）バンブ、４は２次
元アレイフォトダイオードｌに入射する信号光で例えば
赤外線、５はＣＣＤ２の電荷入力部の入力ゲート電極、
６はＣＣＤの電荷入力部に入力された電荷を一時蓄積す
る蓄積ゲート電極、７は電荷をＣＣＤの電荷転送部に転
送する転送ゲート電極、８は転送電極から転送されてき
た電荷を紙面と垂直方向に順次転送するための駆動クロ
ックが印加されるＣＣＤ２の駆動用電極、９は画素のス
キミングレベルを設定するためのスキミング電圧を供給
するスキミングゲート電極、ＩＯはスキミングされた残
りの蓄積電荷を電荷排出電極２５に排出するための電荷
排出ゲート電極であり、１５はこれらからなる従来例で
ある第６図と全く同一の構成を有する電荷入力回路であ
る。また１６は電荷入力回路１５と同一のシリコン基板
上に形成された、２次元アレイフォトダイオード１で検
出した電荷量を検知するサンプリング回路を示しており
、１７は２次元アレイフォトダイオードｌで検出した電
荷を電荷入力回路１５．サンプリング回路１６のいずれ
か一方に入力するための切り換えを行う回路選択スイッ
チを示しており、これはトランジスタ等により形成され
ている。１８はサンプリング用の入力ゲート電極、１９
はサンプリング用のリセットクロックが印加されるゲー
ト電極、２０は基板内に形成された高濃度にｎ型不純物
を有するフローティング拡散領域、２１はフローティン
グ拡散領域にそのゲートが電気的に接続され、ソースが
接地電位に接続され、ドレインが出力端となっているサ
ンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴで、また、２３はフロー
ティングディフュージョンアンプ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ
Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；以下、ＦＤ
Ａと称す）のソースフォロワ電源、２２は一方がソース
フォロア電源２３に、他方がサンプリング出力用ＭＯ３
ＦＥＴ２１の出力端に接続された抵抗で、さらにＭＯ３
ＦＥＴ２１の出力端と抵抗２２の接続点は配線により電
荷入力回路のスキミング電極９に接続されている。２４
はＦＤＡのリセット電極である。
以下、この赤外線撮像素子を用いた電荷上澄み転送の手
順を、第１図（ａｌ〜（Ｃ）を用いて説明する。
順を、第１図（ａｌ〜（Ｃ）を用いて説明する。
まず、外部からの制御クロックによって、スイッチ１７
をサンプリング回路１６側へ接続し、サンプリング回路
１６の動作を行う。
をサンプリング回路１６側へ接続し、サンプリング回路
１６の動作を行う。
入射赤外線４をフォトダイオードｌにより光電変換して
得られた電荷を、インジウムバンブ電極３及びサンプリ
ング用入力ゲート電極１８を介してフローティング拡散
領域２０に注入する。
得られた電荷を、インジウムバンブ電極３及びサンプリ
ング用入力ゲート電極１８を介してフローティング拡散
領域２０に注入する。
このフローティング拡散領域２０に注入された電荷量と
、サンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴ２ Ｊの容量で決ま
る電圧レベルを、サンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴ２１
の出力端に出力する。
、サンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴ２ Ｊの容量で決ま
る電圧レベルを、サンプリング用出力ＭＯ３ＦＥＴ２１
の出力端に出力する。
ＭＯ３ＦＥＴ２１の出力端は、ＦＤＡのソースフォロワ
電源２３に接続された抵抗２２に接続され、さらに両者
の接続点は各画素のスキミングゲート電極９につながっ
ているので、ＦＥＴ２１の内部抵抗をＲ２１、抵抗２２
の抵抗をＲｔ２、電源電圧をＶ。とすると、これらの等
価回路は第３図に示すようになり、スキミングゲート電
極９に加わる電圧Ｖ８には、 となる。よって、ＦＥＴ２１の内部抵抗Ｒ２１か小さい
ほど、即ち、フローティング拡散領域２０（：蓄積され
る電荷量が多ければ多いほどスキミング電極９に加わる
電圧Ｖ８には小さくなる。
電源２３に接続された抵抗２２に接続され、さらに両者
の接続点は各画素のスキミングゲート電極９につながっ
ているので、ＦＥＴ２１の内部抵抗をＲ２１、抵抗２２
の抵抗をＲｔ２、電源電圧をＶ。とすると、これらの等
価回路は第３図に示すようになり、スキミングゲート電
極９に加わる電圧Ｖ８には、 となる。よって、ＦＥＴ２１の内部抵抗Ｒ２１か小さい
ほど、即ち、フローティング拡散領域２０（：蓄積され
る電荷量が多ければ多いほどスキミング電極９に加わる
電圧Ｖ８には小さくなる。
このような原理に基づいて、スキミングゲート電極９に
よって、各画素毎にその電荷量に応じたポテンシャル障
壁を電荷蓄積部内に形成する（第１図（ａ））。
よって、各画素毎にその電荷量に応じたポテンシャル障
壁を電荷蓄積部内に形成する（第１図（ａ））。
次に外部からの制御クロックにより、スイッチ１７を電
荷入力回路１５へ接続する。
荷入力回路１５へ接続する。
これにより、各画素でフォトダイオードで光電変換され
、得られた電荷１１はインジウムバンブ電極３及び入力
ゲート電極５を介して蓄積ゲート電極６下の電荷蓄積部
内にたまる。（第１図（ｂ））。
、得られた電荷１１はインジウムバンブ電極３及び入力
ゲート電極５を介して蓄積ゲート電極６下の電荷蓄積部
内にたまる。（第１図（ｂ））。
そして転送ゲート電極７に印加する電圧を変えることで
、上述の方法で各画素に事前に形成した電荷蓄積部内の
ポテンシャル障壁によりスキミングされた電荷１１ａの
みを転送する。一方、スキミングされず電荷蓄積部に残
存している電荷１１ｂは、排出ゲート電極１０の操作に
より、電荷排出電極２５に排出する。
、上述の方法で各画素に事前に形成した電荷蓄積部内の
ポテンシャル障壁によりスキミングされた電荷１１ａの
みを転送する。一方、スキミングされず電荷蓄積部に残
存している電荷１１ｂは、排出ゲート電極１０の操作に
より、電荷排出電極２５に排出する。
そしてスキミングされ転送された電荷１１ａを、従来例
と同様の駆動によって、順次転送し、時系列信号として
出力する。
と同様の駆動によって、順次転送し、時系列信号として
出力する。
第２図はこれを平面的に示した場合の一例を示す概念図
であり、サンプリング回路１６はＣＣＤ２の電荷入力回
路１５と同一基板上にこれと近接して配置している。
であり、サンプリング回路１６はＣＣＤ２の電荷入力回
路１５と同一基板上にこれと近接して配置している。
なお、ここでサンプリングに用いた回路１６は、フロー
ティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）と呼ばれて
おり、微小電荷を電圧に変換するものとして広く使われ
ているものである。
ティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）と呼ばれて
おり、微小電荷を電圧に変換するものとして広く使われ
ているものである。
以上のように、本実施例によれば、各画素のＣＣＤの電
荷入力回路】５ごとにサンプリング回路１６を設け、サ
ンプリング回路１６で予め個々の画素の電荷量をサンプ
リングし、その量に応じたポテンシャル障壁を電荷入力
回路１５の電荷蓄積部内に形成するようにしたので、第
４図に示すように、各画素毎に最適のスキミングレベル
１４を自動的に設定でき、各画素間の感度か不均一であ
っても、背景光により励起された電荷１３を有効に取り
除くことができ、信号光により励起された電荷１２を効
率よく上澄み転送することかできる。
荷入力回路】５ごとにサンプリング回路１６を設け、サ
ンプリング回路１６で予め個々の画素の電荷量をサンプ
リングし、その量に応じたポテンシャル障壁を電荷入力
回路１５の電荷蓄積部内に形成するようにしたので、第
４図に示すように、各画素毎に最適のスキミングレベル
１４を自動的に設定でき、各画素間の感度か不均一であ
っても、背景光により励起された電荷１３を有効に取り
除くことができ、信号光により励起された電荷１２を効
率よく上澄み転送することかできる。
その結果フォトダイオードの感度か各画素で共通でない
場合においても信号のコントラストの高い良質な画像を
得ることかできる。
場合においても信号のコントラストの高い良質な画像を
得ることかできる。
また、サンプリング回路１６はＣＣＤと同一基板上にし
かも電荷入力回路１５と近接して形成したので、ＣＣＤ
の製造技術の他に何ら特別な製造技術を用いることなく
、ＣＣＤ製造のためのプロセス技術のみで容易にサンプ
リング回路を形成することができる。
かも電荷入力回路１５と近接して形成したので、ＣＣＤ
の製造技術の他に何ら特別な製造技術を用いることなく
、ＣＣＤ製造のためのプロセス技術のみで容易にサンプ
リング回路を形成することができる。
また、本実施例では、個々画素ごとに独立に、ＣＣＤの
電荷入力回路に近接してサンプリング回路を設け、まず
サンプリング回路を動作させ、ＦＤＡにより電荷量に応
じた電圧レベルを自動的に設定し、これを−旦外部メモ
リに蓄えることなくスキミングレベルとして直接に電荷
入力回路のスキミング電圧端子に加え、スキミングレベ
ルを設定し、次に電荷入力回路を動作させて該スキミン
グレベルに応じた上澄み転送を行なうようにしているた
め、配線数を増やすことなく各画素毎に最適なスキミン
グレベルを設定でき、しかも設定するスキミングレベル
はほぼリアルタイムで各画素の感度を反映したものとで
き、より高精度に上澄み転送を行うことができる。さら
に本実施例の構造は外部メ牟りなどを必要とするもので
はなく、ＣＣＤと同一チップ上でのみ構成しているので
、素子構造を小規模なものにできる。
電荷入力回路に近接してサンプリング回路を設け、まず
サンプリング回路を動作させ、ＦＤＡにより電荷量に応
じた電圧レベルを自動的に設定し、これを−旦外部メモ
リに蓄えることなくスキミングレベルとして直接に電荷
入力回路のスキミング電圧端子に加え、スキミングレベ
ルを設定し、次に電荷入力回路を動作させて該スキミン
グレベルに応じた上澄み転送を行なうようにしているた
め、配線数を増やすことなく各画素毎に最適なスキミン
グレベルを設定でき、しかも設定するスキミングレベル
はほぼリアルタイムで各画素の感度を反映したものとで
き、より高精度に上澄み転送を行うことができる。さら
に本実施例の構造は外部メ牟りなどを必要とするもので
はなく、ＣＣＤと同一チップ上でのみ構成しているので
、素子構造を小規模なものにできる。
なお、上記実施例では、この発明を赤外線撮像素子に利
用する場合について述へたか、他の撮像素子に適用して
もよく、その場合においても上記実施例と同様の効果を
奏する。
用する場合について述へたか、他の撮像素子に適用して
もよく、その場合においても上記実施例と同様の効果を
奏する。
また、上記実施例では、サンプリング回路１６にＦＤＡ
を用いた場合について示したか、これは微小電荷を電圧
に変換でき、上述の所望の動作を満足するものであれば
、他の方式でもよく、ＦＤへのみに限定されるものでは
ない。
を用いた場合について示したか、これは微小電荷を電圧
に変換でき、上述の所望の動作を満足するものであれば
、他の方式でもよく、ＦＤへのみに限定されるものでは
ない。
また、サンプリング回路１６は必ずしも電荷入力回路１
５と同一基板上に配置する必要はなく、ＣＣＤ２基板と
別の基板上に形成してもよい。
５と同一基板上に配置する必要はなく、ＣＣＤ２基板と
別の基板上に形成してもよい。
また、上記実施例では電荷転送手段にＣＣＤを用いる場
合について示したか、これは他の方式を用いても構わな
い。
合について示したか、これは他の方式を用いても構わな
い。
以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、画素毎
に独立に、電荷量を検知しこれに応じたスキミング電圧
を得、上澄み転送する電荷量を自動的に設定するサンプ
リング回路を設けるようにしたので、配線数を増やすこ
となく、リアルタイムで各画素毎に最適なスキミングレ
ベルを決定することができるため、画素間の感度か不均
一であっても、効率良く背景光による電荷か除去でき、
結果として極めて高コントラストの画素が得られるとい
う効果がある。
に独立に、電荷量を検知しこれに応じたスキミング電圧
を得、上澄み転送する電荷量を自動的に設定するサンプ
リング回路を設けるようにしたので、配線数を増やすこ
となく、リアルタイムで各画素毎に最適なスキミングレ
ベルを決定することができるため、画素間の感度か不均
一であっても、効率良く背景光による電荷か除去でき、
結果として極めて高コントラストの画素が得られるとい
う効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置のＣＣ
Ｄの入力回路部の動作を示した図、第２図はこの発明の
一実施例による固体撮像装置の平面的な概念図、第３図
はこの発明の一実施例による固体撮像装置のサンプリン
グ回路におけるスキミング電圧の設定のための等価回路
図、第４図はこの発明の一実施例による固体撮像装置の
電荷上澄み転送を説明するための図、第５図は従来の赤
外線撮像素子の斜視図、第６図は従来の赤外線撮像素子
における、ＣＣＤの入力回路部の動作を示した図、第７
図は従来の赤外線撮像素子の平面的な概念図、第８図は
本発明、従来に共通のＩＯμｍ帯の赤外線撮像における
蓄積電荷の内容を示す図、−第９図、第１０図は、従来
の赤外線撮像素子の電荷上澄み転送を説明するための図
である。 ｌは２次元アレイフォトダイオード、２は信号転送用５
ｉ−ＣＣＤ、３はＩｎバンプ、４は入射赤外線、５は入
力ゲート電極、６は蓄積ゲート電極、７は転送ゲート電
極、８はＣＣＤ駆動用電極９はスキミングゲート電極、
１０は電荷排出ゲート電極、１１は蓄積電荷、１２は信
号光により励起された電荷、１３は背景光により励起さ
れた電荷、１４はスキミングレベル、１５は電荷入力回
路、１６は電荷量検知用サンプリング回路、１７は回路
選択スイッチ、１８はサンプリング用入力ゲート電極、
１９はサンプリング用リセットゲート電極、２０はフロ
ーティング拡散、２１はサンプリング用出力ＭＯ３ＦＥ
Ｔ、２２は抵抗、２３はＦＤＡのソースフォロワ電源、
２４はＦＤＡのソースフォロワ電極、２５は電荷排出電
極である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Ｄの入力回路部の動作を示した図、第２図はこの発明の
一実施例による固体撮像装置の平面的な概念図、第３図
はこの発明の一実施例による固体撮像装置のサンプリン
グ回路におけるスキミング電圧の設定のための等価回路
図、第４図はこの発明の一実施例による固体撮像装置の
電荷上澄み転送を説明するための図、第５図は従来の赤
外線撮像素子の斜視図、第６図は従来の赤外線撮像素子
における、ＣＣＤの入力回路部の動作を示した図、第７
図は従来の赤外線撮像素子の平面的な概念図、第８図は
本発明、従来に共通のＩＯμｍ帯の赤外線撮像における
蓄積電荷の内容を示す図、−第９図、第１０図は、従来
の赤外線撮像素子の電荷上澄み転送を説明するための図
である。 ｌは２次元アレイフォトダイオード、２は信号転送用５
ｉ−ＣＣＤ、３はＩｎバンプ、４は入射赤外線、５は入
力ゲート電極、６は蓄積ゲート電極、７は転送ゲート電
極、８はＣＣＤ駆動用電極９はスキミングゲート電極、
１０は電荷排出ゲート電極、１１は蓄積電荷、１２は信
号光により励起された電荷、１３は背景光により励起さ
れた電荷、１４はスキミングレベル、１５は電荷入力回
路、１６は電荷量検知用サンプリング回路、１７は回路
選択スイッチ、１８はサンプリング用入力ゲート電極、
１９はサンプリング用リセットゲート電極、２０はフロ
ーティング拡散、２１はサンプリング用出力ＭＯ３ＦＥ
Ｔ、２２は抵抗、２３はＦＤＡのソースフォロワ電源、
２４はＦＤＡのソースフォロワ電極、２５は電荷排出電
極である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）電荷上澄み転送方式を有する固体撮像装置におい
て、 各画素毎に独立して設けられた、各画素で光電変換され
た信号電荷量を検知しこれに応じた電圧レベルを出力す
るサンプリング回路と、 該サンプリング回路の出力電圧をそのスキミング電圧と
する、各画素で光電変換された信号電荷を上澄み転送す
る電荷転送素子の電荷入力部とを備えたことを特徴とす
る固体撮像装置。 - （２）前記サンプリング回路は、 フローティングディフュージョンアンプを含むものであ
ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2301280A JPH04172085A (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 固体撮像装置 |
| GB9108734A GB2249430B (en) | 1990-11-05 | 1991-04-24 | A solid-state imaging device |
| US07/695,344 US5146302A (en) | 1990-11-05 | 1991-05-03 | Charge skimming solid-state imaging device including sampling circuits |
| FR9113399A FR2668873A1 (fr) | 1990-11-05 | 1991-10-30 | Dispositif imageur a semiconducteurs et procede de commande de ce dispositif. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2301280A JPH04172085A (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172085A true JPH04172085A (ja) | 1992-06-19 |
Family
ID=17894926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2301280A Pending JPH04172085A (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 固体撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5146302A (ja) |
| JP (1) | JPH04172085A (ja) |
| FR (1) | FR2668873A1 (ja) |
| GB (1) | GB2249430B (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5293261A (en) * | 1992-12-31 | 1994-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Device for low electric-field induced switching of Langmuir-Blodgett ferroelecric liquid crystal polymer films |
| GB2289981A (en) * | 1994-06-01 | 1995-12-06 | Simage Oy | Imaging devices systems and methods |
| GB2289983B (en) * | 1994-06-01 | 1996-10-16 | Simage Oy | Imaging devices,systems and methods |
| US6035013A (en) * | 1994-06-01 | 2000-03-07 | Simage O.Y. | Radiographic imaging devices, systems and methods |
| GB2289979A (en) * | 1994-06-01 | 1995-12-06 | Simage Oy | Imaging devices systems and methods |
| JP3559640B2 (ja) * | 1996-02-27 | 2004-09-02 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| US6133596A (en) * | 1999-04-21 | 2000-10-17 | Raytheon Company | Near complete charge transfer device |
| US6900839B1 (en) | 2000-09-29 | 2005-05-31 | Rockwell Science Center, Llc | High gain detector amplifier with enhanced dynamic range for single photon read-out of photodetectors |
| US6504141B1 (en) | 2000-09-29 | 2003-01-07 | Rockwell Science Center, Llc | Adaptive amplifier circuit with enhanced dynamic range |
| US6873359B1 (en) | 2000-09-29 | 2005-03-29 | Rockwell Science Center, Llc. | Self-adjusting, adaptive, minimal noise input amplifier circuit |
| US6965707B1 (en) | 2000-09-29 | 2005-11-15 | Rockwell Science Center, Llc | Compact active pixel with low-noise snapshot image formation |
| US6888572B1 (en) | 2000-10-26 | 2005-05-03 | Rockwell Science Center, Llc | Compact active pixel with low-noise image formation |
| US6538245B1 (en) | 2000-10-26 | 2003-03-25 | Rockwell Science Center, Llc. | Amplified CMOS transducer for single photon read-out of photodetectors |
| US7489351B2 (en) * | 2005-01-21 | 2009-02-10 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Dynamic range extension for focal plane arrays |
| US7514716B2 (en) * | 2006-08-29 | 2009-04-07 | Aptina Imaging Corporation | In-pixel analog memory with non-destructive read sense circuit for high dynamic range global shutter pixel operation |
| US7696545B2 (en) * | 2006-08-29 | 2010-04-13 | Micron Technology, Inc. | Skimmed charge capture and charge packet removal for increased effective pixel photosensor full well capacity |
| US8089036B2 (en) * | 2009-04-30 | 2012-01-03 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with global shutter and in pixel storage transistor |
| US8605181B2 (en) | 2010-11-29 | 2013-12-10 | Teledyne Dalsa B.V. | Pixel for correlated double sampling with global shutter |
| US10192911B2 (en) * | 2017-05-09 | 2019-01-29 | Apple Inc. | Hybrid image sensors with improved charge injection efficiency |
| US10475848B2 (en) | 2017-12-12 | 2019-11-12 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Integrated circuit image sensor cell with skimming gate implemented using a vertical gate transistor structure |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4300062A (en) * | 1979-04-30 | 1981-11-10 | Honeywell Inc. | Offset compensation circuit for charge-coupled devices |
| DE2919936A1 (de) * | 1979-05-17 | 1980-11-20 | Licentia Gmbh | Verfahren und schaltungsanordnung zur trennung des thermischen hintergrundsignals eines ir-detektors vom nutzsignal |
| JPH0748826B2 (ja) * | 1988-12-01 | 1995-05-24 | 三菱電機株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1990
- 1990-11-05 JP JP2301280A patent/JPH04172085A/ja active Pending
-
1991
- 1991-04-24 GB GB9108734A patent/GB2249430B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-03 US US07/695,344 patent/US5146302A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-30 FR FR9113399A patent/FR2668873A1/fr active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2249430B (en) | 1995-01-18 |
| GB2249430A (en) | 1992-05-06 |
| GB9108734D0 (en) | 1991-06-12 |
| FR2668873A1 (fr) | 1992-05-07 |
| US5146302A (en) | 1992-09-08 |
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