JPH04281681A - X‐yアドレス型固体撮像装置 - Google Patents
X‐yアドレス型固体撮像装置Info
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- JPH04281681A JPH04281681A JP3069335A JP6933591A JPH04281681A JP H04281681 A JPH04281681 A JP H04281681A JP 3069335 A JP3069335 A JP 3069335A JP 6933591 A JP6933591 A JP 6933591A JP H04281681 A JPH04281681 A JP H04281681A
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- JP
- Japan
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- capacitor
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- Pending
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X‐Yアドレス型固体
撮像装置に関し、特に電子シャッター動作が可能な固体
撮像デバイスとして用いて好適なX‐Yアドレス型固体
撮像装置に関する。
撮像装置に関し、特に電子シャッター動作が可能な固体
撮像デバイスとして用いて好適なX‐Yアドレス型固体
撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】X‐Yアドレス型固体撮像装置は、(X
,Y)座標でアドレスされた1画素に走査パルスを印加
して信号を取り出す方式のものである。このX‐Yアド
レス型固体撮像装置としては、MOS型固体撮像装置等
が知られている。このMOS型固体撮像装置では、図4
に示すように、単位画素のフォトセンサ部40が、光電
変換素子であるフォトダイオード41と信号読出し用の
MOSトランジスタ42との組合せで形成された構成と
なっていた。
,Y)座標でアドレスされた1画素に走査パルスを印加
して信号を取り出す方式のものである。このX‐Yアド
レス型固体撮像装置としては、MOS型固体撮像装置等
が知られている。このMOS型固体撮像装置では、図4
に示すように、単位画素のフォトセンサ部40が、光電
変換素子であるフォトダイオード41と信号読出し用の
MOSトランジスタ42との組合せで形成された構成と
なっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のM
OS型固体撮像装置等では、フォトダイオード41での
光電変換によって発生した信号電荷を蓄積する箇所を一
カ所しか持たない構成となっていたので、信号電荷の蓄
積と読出しを独立に行うことができなく、したがって、
いわゆる電子シャッター動作を行う場合、1画素毎にシ
ャッター動作が行われることになるため、画素毎にシャ
ッター動作の時刻に差が生じる、という不具合があった
。
OS型固体撮像装置等では、フォトダイオード41での
光電変換によって発生した信号電荷を蓄積する箇所を一
カ所しか持たない構成となっていたので、信号電荷の蓄
積と読出しを独立に行うことができなく、したがって、
いわゆる電子シャッター動作を行う場合、1画素毎にシ
ャッター動作が行われることになるため、画素毎にシャ
ッター動作の時刻に差が生じる、という不具合があった
。
【0004】一方、図5に示すように、金属膜43を介
して積層された積層膜44を有する積層型のMOS型固
体撮像装置等では、PN接合ダイオードからなるストレ
ージキャパシタ45が設けられているものの、フォトキ
ャリアーの発生する積層膜44との間にスイッチ素子が
存在しないため、やはり電子シャッター動作が不可能で
あり、また光が入射すると偽信号となるため遮光が必要
となり、特に基板裏面側から光を取り込むいわゆる裏面
照射型では、この遮光が困難となる欠点があった。また
、積層膜44に対するバイアス電圧をオン/オフさせた
場合には、積層膜44のトラップ性残像により、やはり
電子シャッター動作は不可能である。
して積層された積層膜44を有する積層型のMOS型固
体撮像装置等では、PN接合ダイオードからなるストレ
ージキャパシタ45が設けられているものの、フォトキ
ャリアーの発生する積層膜44との間にスイッチ素子が
存在しないため、やはり電子シャッター動作が不可能で
あり、また光が入射すると偽信号となるため遮光が必要
となり、特に基板裏面側から光を取り込むいわゆる裏面
照射型では、この遮光が困難となる欠点があった。また
、積層膜44に対するバイアス電圧をオン/オフさせた
場合には、積層膜44のトラップ性残像により、やはり
電子シャッター動作は不可能である。
【0005】そこで、本発明は、全画素でタイムラグの
ない電子シャッター動作が可能で、しかもキャパシタ部
の遮光を不要としたX‐Yアドレス型固体撮像装置を提
供することを目的とする。
ない電子シャッター動作が可能で、しかもキャパシタ部
の遮光を不要としたX‐Yアドレス型固体撮像装置を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるX‐Yアド
レス型固体撮像装置においては、水平及び垂直方向にて
画素単位で2次元的に配列された複数個のフォトセンサ
部の各々を、入射光に応じた信号電荷を蓄積する光電変
換素子と、この光電変換素子の蓄電状態をリセットする
第1のスイッチ素子と、蓄電素子と、光電変換素子に蓄
積された信号電荷を蓄電素子に転送する第2のスイッチ
素子と、蓄電素子の蓄電電荷を読み出す第3のスイッチ
素子とによって構成し、蓄電素子としてスタック型構造
のキャパシタを用いた構成となっている。
レス型固体撮像装置においては、水平及び垂直方向にて
画素単位で2次元的に配列された複数個のフォトセンサ
部の各々を、入射光に応じた信号電荷を蓄積する光電変
換素子と、この光電変換素子の蓄電状態をリセットする
第1のスイッチ素子と、蓄電素子と、光電変換素子に蓄
積された信号電荷を蓄電素子に転送する第2のスイッチ
素子と、蓄電素子の蓄電電荷を読み出す第3のスイッチ
素子とによって構成し、蓄電素子としてスタック型構造
のキャパシタを用いた構成となっている。
【0007】
【作用】本発明によるX‐Yアドレス型固体撮像装置に
おいて、光電変換素子での信号電荷の蓄積期間を第1の
スイッチ素子でコントロールし、光電変換素子に蓄積さ
れた信号電荷を垂直ブランキング期間の一部で第2のス
イッチ素子によって全画素一斉に蓄電素子に転送してス
トックする。信号電荷をストックした蓄電素子と光電変
換素子とは第2のスイッチ素子によって電気的に分離さ
れる。各画素の蓄電素子にストックされた信号電荷をX
Y読出しすることにより、全画素でタイムラグのない電
子シャッター動作が可能となる。また、蓄電素子として
スタック型(積み重ね型)構造のキャパシタを用いたこ
とにより、表面照射型の場合には、PN接合のキャパシ
タよりも小さい面積で、しかも配線あるいはMOSトラ
ンジスタ上にキャパシタを設けることができ、裏面照射
型の場合には、フォトセンサ部上に設けることができる
。
おいて、光電変換素子での信号電荷の蓄積期間を第1の
スイッチ素子でコントロールし、光電変換素子に蓄積さ
れた信号電荷を垂直ブランキング期間の一部で第2のス
イッチ素子によって全画素一斉に蓄電素子に転送してス
トックする。信号電荷をストックした蓄電素子と光電変
換素子とは第2のスイッチ素子によって電気的に分離さ
れる。各画素の蓄電素子にストックされた信号電荷をX
Y読出しすることにより、全画素でタイムラグのない電
子シャッター動作が可能となる。また、蓄電素子として
スタック型(積み重ね型)構造のキャパシタを用いたこ
とにより、表面照射型の場合には、PN接合のキャパシ
タよりも小さい面積で、しかも配線あるいはMOSトラ
ンジスタ上にキャパシタを設けることができ、裏面照射
型の場合には、フォトセンサ部上に設けることができる
。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は例えばMOS型固体撮像装置に適用
した本発明の一実施例を示す構成図である。図において
、単位画素のフォトセンサ部10は、光電変換素子であ
るフォトダイオード11と垂直スイッチ素子である垂直
MOSトランジスタ12との間に、フォトダイオード1
1の蓄電状態をリセットするリセットMOSトランジス
タ13と、蓄電素子であるストレージキャパシタ14と
、フォトダイオード11に蓄積された信号電荷をストレ
ージキャパシタ14に転送する転送MOSトランジスタ
15とを新たに有する構成となっている。なお、リセッ
トMOSトランジスタ13のゲート及び転送MOSトラ
ンジスタ15のゲートは全画素共通に構成される。
に説明する。図1は例えばMOS型固体撮像装置に適用
した本発明の一実施例を示す構成図である。図において
、単位画素のフォトセンサ部10は、光電変換素子であ
るフォトダイオード11と垂直スイッチ素子である垂直
MOSトランジスタ12との間に、フォトダイオード1
1の蓄電状態をリセットするリセットMOSトランジス
タ13と、蓄電素子であるストレージキャパシタ14と
、フォトダイオード11に蓄積された信号電荷をストレ
ージキャパシタ14に転送する転送MOSトランジスタ
15とを新たに有する構成となっている。なお、リセッ
トMOSトランジスタ13のゲート及び転送MOSトラ
ンジスタ15のゲートは全画素共通に構成される。
【0009】図2は、単位画素のフォトセンサ部10の
断面構造図である。同図において、P型半導体基板21
の表面側にN+ 型領域22が形成されることによって
受光部が構成されている。N+ 型領域22の左右両側
にはそれぞれN+ 型領域23,24が形成され、N+
型領域22,23及びゲート電極25によってリセッ
トMOSトランジスタ13が構成され、N+ 型領域2
2,24及びゲート電極26によって転送MOSトラン
ジスタ15が構成されている。N+ 型領域24の右側
にはさらにN+ 型領域27が形成され、これらN+
型領域24,27及びゲート電極28によって垂直MO
Sトランジスタ12が構成されている。この垂直MOS
トランジスタ12の上には、ストレージキャパシタ14
が積み重ねられることによってスタック型構造のキャパ
シタが構成されている。
断面構造図である。同図において、P型半導体基板21
の表面側にN+ 型領域22が形成されることによって
受光部が構成されている。N+ 型領域22の左右両側
にはそれぞれN+ 型領域23,24が形成され、N+
型領域22,23及びゲート電極25によってリセッ
トMOSトランジスタ13が構成され、N+ 型領域2
2,24及びゲート電極26によって転送MOSトラン
ジスタ15が構成されている。N+ 型領域24の右側
にはさらにN+ 型領域27が形成され、これらN+
型領域24,27及びゲート電極28によって垂直MO
Sトランジスタ12が構成されている。この垂直MOS
トランジスタ12の上には、ストレージキャパシタ14
が積み重ねられることによってスタック型構造のキャパ
シタが構成されている。
【0010】このように、ストレージキャパシタ14を
スタック型構造とすることにより、PN接合のキャパシ
タよりも小さい面積で、しかもMOSトランジスタ12
(あるいは配線)上にキャパシタを設けることができる
ので、開口率を悪化させなくて済むことになる。1例と
して、信号量が105 エレクトロンとすると、これを
5Vで蓄積するためには、約3.2fFの容量Cが必要
であり、ストレージキャパシタ14の酸化膜厚を100
Åとすると、1μm2 の面積があれば良いことになる
。これに対し、図5に示したPN接合構造の場合には、
2μm2 位の面積が必要となる。また、図2の断面構
造図には、半導体基板21の表面側から光を取り込むい
わゆる表面照射型の実施例を示したが、裏面照射型の場
合には、ストレージキャパシタ14をスタック型構造と
することにより、ストレージキャパシタ14を受光部の
上に積み重ねることができるのでメリットが大きく、光
による偽信号の蓄積がないことから、遮光が不要となる
。
スタック型構造とすることにより、PN接合のキャパシ
タよりも小さい面積で、しかもMOSトランジスタ12
(あるいは配線)上にキャパシタを設けることができる
ので、開口率を悪化させなくて済むことになる。1例と
して、信号量が105 エレクトロンとすると、これを
5Vで蓄積するためには、約3.2fFの容量Cが必要
であり、ストレージキャパシタ14の酸化膜厚を100
Åとすると、1μm2 の面積があれば良いことになる
。これに対し、図5に示したPN接合構造の場合には、
2μm2 位の面積が必要となる。また、図2の断面構
造図には、半導体基板21の表面側から光を取り込むい
わゆる表面照射型の実施例を示したが、裏面照射型の場
合には、ストレージキャパシタ14をスタック型構造と
することにより、ストレージキャパシタ14を受光部の
上に積み重ねることができるのでメリットが大きく、光
による偽信号の蓄積がないことから、遮光が不要となる
。
【0011】再び図1において、かかる構成のフォトセ
ンサ部10を画素単位で有するMOS型固体撮像装置に
おいては、単位画素のフォトセンサ部10が水平及び垂
直方向にて2次元的に多数配列されており、垂直MOS
トランジスタ12のゲートがXライン19に、そのソー
スがYライン20にそれぞれ接続され、垂直走査回路1
6で生成されるバイアス電圧が垂直MOSトランジスタ
12のゲートに行(ライン)単位で印加されることによ
り、垂直走査が行われる。また、Yライン20の末端に
は水平スイッチ素子である水平MOSトランジスタ17
が接続されており、各列の水平MOSトランジスタ17
が水平走査回路18によって水平方向に左から右へ順に
スイッチングされることにより、水平走査が行われる。
ンサ部10を画素単位で有するMOS型固体撮像装置に
おいては、単位画素のフォトセンサ部10が水平及び垂
直方向にて2次元的に多数配列されており、垂直MOS
トランジスタ12のゲートがXライン19に、そのソー
スがYライン20にそれぞれ接続され、垂直走査回路1
6で生成されるバイアス電圧が垂直MOSトランジスタ
12のゲートに行(ライン)単位で印加されることによ
り、垂直走査が行われる。また、Yライン20の末端に
は水平スイッチ素子である水平MOSトランジスタ17
が接続されており、各列の水平MOSトランジスタ17
が水平走査回路18によって水平方向に左から右へ順に
スイッチングされることにより、水平走査が行われる。
【0012】次に、単位画素のフォトセンサ部10にお
ける電子シャッター動作について図3のタイミングチャ
ートに基づいて説明する。なお、同図において、波形(
a)はリセットMOSトランジスタ13のゲート電位G
1 を、波形(b)はフォトダイオード11の出力電位
V1 を、波形(c)は転送MOSトランジスタ15の
ゲート電位G2 を、波形(d)はストレージキャパシ
タ14の出力電位V2 をそれぞれ示している。1フィ
ールド期間内において、リセットMOSトランジスタ1
3のゲート電位G1 (a)が“L”レベルの期間、即
ちシャッターオープン期間でフォトダイオード11がフ
ォトキャリア(信号電荷)を蓄積する。続いて、垂直ブ
ランキング期間における一定期間で転送MOSトランジ
スタ15のゲート電位G2 (c)を“H”レベルにす
ると、転送MOSトランジスタ15がオン状態となって
フォトダイオード11に蓄積された信号電荷をストレー
ジキャパシタ14に転送する。転送MOSトランジスタ
15のゲート電位G2 (c)が“L”レベルに遷移後
、リセットMOSトランジスタ13のゲート電位G1(
a)を“H”レベルにすることで、フォトダイオード1
1をリセット状態にする。そして、1フィールド期間内
における読出し期間中にストレージキャパシタ14の出
力電位V2 をXY読出しする。なお、MOS型はいわ
ゆる破壊読出しなので、読出しが終わると、ストレージ
キャパシタ14はリセット状態となる。
ける電子シャッター動作について図3のタイミングチャ
ートに基づいて説明する。なお、同図において、波形(
a)はリセットMOSトランジスタ13のゲート電位G
1 を、波形(b)はフォトダイオード11の出力電位
V1 を、波形(c)は転送MOSトランジスタ15の
ゲート電位G2 を、波形(d)はストレージキャパシ
タ14の出力電位V2 をそれぞれ示している。1フィ
ールド期間内において、リセットMOSトランジスタ1
3のゲート電位G1 (a)が“L”レベルの期間、即
ちシャッターオープン期間でフォトダイオード11がフ
ォトキャリア(信号電荷)を蓄積する。続いて、垂直ブ
ランキング期間における一定期間で転送MOSトランジ
スタ15のゲート電位G2 (c)を“H”レベルにす
ると、転送MOSトランジスタ15がオン状態となって
フォトダイオード11に蓄積された信号電荷をストレー
ジキャパシタ14に転送する。転送MOSトランジスタ
15のゲート電位G2 (c)が“L”レベルに遷移後
、リセットMOSトランジスタ13のゲート電位G1(
a)を“H”レベルにすることで、フォトダイオード1
1をリセット状態にする。そして、1フィールド期間内
における読出し期間中にストレージキャパシタ14の出
力電位V2 をXY読出しする。なお、MOS型はいわ
ゆる破壊読出しなので、読出しが終わると、ストレージ
キャパシタ14はリセット状態となる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
X‐Yアドレス型固体撮像装置において、単位画素で設
けられた複数個のフォトセンサ部の各々を、光電変換素
子と読出しスイッチ素子の間に、光電変換素子の蓄電状
態をリセットする第1のスイッチ素子と、蓄電素子と、
光電変換素子に蓄積された信号電荷を蓄電素子に転送す
る第2のスイッチ素子とを設けて構成したので、1フィ
ールド期間を使ってXY読出しができ、全画素でタイム
ラグのない電子シャッター動作が可能となる効果がある
。また、蓄電素子としてスタック型構造のキャパシタを
用いたことにより、表面照射型の場合には、PN接合の
キャパシタよりも小さい面積で、しかも配線あるいはM
OSトランジスタ上にキャパシタを設けることができる
ため、開口率を悪化させずに済み、裏面照射型の場合に
は、光による偽信号の蓄積がないので、遮光が不要とな
る効果がある。
X‐Yアドレス型固体撮像装置において、単位画素で設
けられた複数個のフォトセンサ部の各々を、光電変換素
子と読出しスイッチ素子の間に、光電変換素子の蓄電状
態をリセットする第1のスイッチ素子と、蓄電素子と、
光電変換素子に蓄積された信号電荷を蓄電素子に転送す
る第2のスイッチ素子とを設けて構成したので、1フィ
ールド期間を使ってXY読出しができ、全画素でタイム
ラグのない電子シャッター動作が可能となる効果がある
。また、蓄電素子としてスタック型構造のキャパシタを
用いたことにより、表面照射型の場合には、PN接合の
キャパシタよりも小さい面積で、しかも配線あるいはM
OSトランジスタ上にキャパシタを設けることができる
ため、開口率を悪化させずに済み、裏面照射型の場合に
は、光による偽信号の蓄積がないので、遮光が不要とな
る効果がある。
【図1】MOS型固体撮像装置に適用した本発明の一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
【図2】単位画素のフォトセンサ部の断面構造図である
。
。
【図3】電子シャッター動作を説明するためのタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【図4】MOS型固体撮像装置の従来例を示す構成図で
ある。
ある。
【図5】積層型のMOS型固体撮像装置の断面構造図で
ある。
ある。
10,40 フォトセンサ部
11,41 フォトダイオード
12 垂直MOSトランジスタ
13 リセットMOSトランジスタ
14 ストレージキャパシタ
15 転送MOSトランジスタ
17 水平MOSトランジスタ
Claims (1)
- 【請求項1】 水平及び垂直方向にて画素単位で2次
元的に配列された複数個のフォトセンサ部の各々を、入
射光に応じた信号電荷を蓄積する光電変換素子と、前記
光電変換素子の蓄電状態をリセットする第1のスイッチ
素子と、蓄電素子と、前記光電変換素子に蓄積された信
号電荷を前記蓄電素子に転送する第2のスイッチ素子と
、前記蓄電素子の蓄電電荷を読み出す第3のスイッチ素
子とによって構成し、前記蓄電素子としてスタック型構
造のキャパシタを用いたことを特徴とするX‐Yアドレ
ス型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3069335A JPH04281681A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | X‐yアドレス型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3069335A JPH04281681A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | X‐yアドレス型固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04281681A true JPH04281681A (ja) | 1992-10-07 |
Family
ID=13399581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3069335A Pending JPH04281681A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | X‐yアドレス型固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04281681A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003500905A (ja) * | 1999-05-18 | 2003-01-07 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | センサマトリックス |
WO2004043061A1 (ja) * | 2002-11-07 | 2004-05-21 | Rohm Co., Ltd. | エリアイメージセンサ |
JP2007115803A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Seiko Epson Corp | 固体撮像素子 |
JP2008177593A (ja) * | 2008-02-18 | 2008-07-31 | Sony Corp | 固体撮像素子及びカメラ装置 |
JP2008277511A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Fujifilm Corp | 撮像素子及び撮像装置 |
US7623170B2 (en) | 1998-06-30 | 2009-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Amplification type image pickup apparatus and method of controlling the amplification type image pickup apparatus |
WO2013088983A1 (ja) | 2011-12-12 | 2013-06-20 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法及び電子機器 |
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KR20150058155A (ko) | 2012-09-25 | 2015-05-28 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 장치, 전자기기 |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3069335A patent/JPH04281681A/ja active Pending
Cited By (16)
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