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JP2000358198A - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

Info

Publication number
JP2000358198A
JP2000358198A JP11168897A JP16889799A JP2000358198A JP 2000358198 A JP2000358198 A JP 2000358198A JP 11168897 A JP11168897 A JP 11168897A JP 16889799 A JP16889799 A JP 16889799A JP 2000358198 A JP2000358198 A JP 2000358198A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid
imaging device
light receiving
state imaging
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11168897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumihiko Ando
文彦 安藤
Toshiki Saito
敏紀 斉藤
Yoshio Nakayama
美穂 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP11168897A priority Critical patent/JP2000358198A/en
Publication of JP2000358198A publication Critical patent/JP2000358198A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/79Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57Control of the dynamic range

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型にも拘わらず開口部の比率を上げること
ができる、平面構成の固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 1つの画素領域PJ,Kは9つの小ブロッ
クに区分されており、1つのブロックはフォトダイオー
ド12Aとパルス発生器20Aを含む。他の8つのブロ
ックは、第1ビット出力〜第8ビット出力を得るための
カウンタ51〜58をそれぞれ含む。カウンタ51〜5
8から得られた第1ビット出力〜第8ビット出力は、水
平走査回路34によるON/OFF制御に従い、スイッ
チSWを介して外部に出力される。垂直走査回路44
は、固体撮像装置SIDに含まれる行方向の画素領域群
を選択する。
(57) [Problem] To provide a solid-state imaging device having a planar configuration, which can increase the ratio of apertures despite its small size. SOLUTION: One pixel area PJ , K is divided into nine small blocks, and one block includes a photodiode 12A and a pulse generator 20A. The other eight blocks include counters 51 to 58 for obtaining the first to eighth bit outputs, respectively. Counters 51-5
The first to eighth bit outputs obtained from 8 are output to the outside via the switch SW in accordance with ON / OFF control by the horizontal scanning circuit 34. Vertical scanning circuit 44
Selects a pixel region group in the row direction included in the solid-state imaging device SID.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換された電
気信号を直ちにデジタル信号として取り出す固体撮像装
置に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a solid-state imaging device for immediately extracting a photoelectrically converted electric signal as a digital signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】既に周知の如く、デジタル信号の形式に
て信号伝送や各種の信号処理を行うことにより、SN比
の劣化を極めて少なくすることができる。かかる観点か
ら、撮像装置においても、できるだけ初期の信号処理段
階にて映像信号をデジタル化し、その後に各種の処理を
行おうとする試みがなされている。
2. Description of the Related Art As is well known, by performing signal transmission and various kinds of signal processing in the form of digital signals, deterioration of the SN ratio can be extremely reduced. From this point of view, even in an imaging apparatus, an attempt has been made to digitize a video signal at an early signal processing stage as much as possible and then perform various processes.

【0003】しかし、従来の撮像装置においては、光電
変換された信号を、できるだけ早くデジタル信号に変換
する場合でも、固体撮像素子の画素から得られる各々の
アナログ情報を時系列のアナログ情報として一度素子外
に取り出した後に、AD(アナログ・デジタル)変換器
によりデジタル信号に変換していた。
However, in a conventional imaging apparatus, even when a photoelectrically converted signal is converted into a digital signal as soon as possible, each analog information obtained from a pixel of a solid-state imaging device is once converted into time-series analog information. After being taken out, it was converted to a digital signal by an AD (analog-digital) converter.

【0004】このような構成を採る限り、AD変換を行
う以前の撮像素子におけるアナログ信号処理は従来通り
であり、そこでの問題は何ら解決されずに残ることにな
る。すなわち、各種の雑音が重畳してSN比を十分に高
めることができないなど、良好な撮像ができないという
欠点がみられた。
[0004] As long as such a configuration is adopted, analog signal processing in an image sensor before performing AD conversion is the same as before, and the problem there remains without being solved at all. That is, there is a defect that good imaging cannot be performed, for example, various types of noises are superimposed and the SN ratio cannot be sufficiently increased.

【0005】上述の点に鑑み、各画素において光電変換
された画素毎の電気信号を、デジタル信号に直接変換し
て信号処理するよう構成した固体撮像装置が本出願人に
より既に提案されている(特公平7−99868号「固
体撮像装置」)。
In view of the above points, the present applicant has already proposed a solid-state imaging device configured to directly convert an electric signal of each pixel photoelectrically converted in each pixel into a digital signal and perform signal processing ( Japanese Patent Publication No. Hei 7-99868 “Solid-state imaging device”).

【0006】上記出願にかかる固体撮像装置は、到来す
るフォトン(光子)の数をデジタル的に計測して、画素
ごとのデジタル信号を送出するものであって、図1に示
すような構成を備えている。すなわち、まず複数の光セ
ンサ部8Aを直線状に配置してラインセンサを形成し、
このラインセンサを約10μmの厚さに薄片化して、所
定枚数だけ垂直方向に貼り合わせることにより、2次元
像の撮像が可能な固体撮像装置を構成している。ここ
で、垂直走査回路16は、各ラインセンサ毎に備えられ
ている水平走査回路14のいずれか一つを指定して水平
走査線を特定する機能を果たしている。
The solid-state imaging device according to the above application digitally measures the number of arriving photons (photons) and sends out a digital signal for each pixel, and has a configuration as shown in FIG. ing. That is, first, a plurality of optical sensor units 8A are linearly arranged to form a line sensor,
This line sensor is sliced into a thickness of about 10 μm, and a predetermined number of the line sensors are vertically attached to each other to constitute a solid-state imaging device capable of capturing a two-dimensional image. Here, the vertical scanning circuit 16 has a function of specifying one of the horizontal scanning circuits 14 provided for each line sensor and specifying a horizontal scanning line.

【0007】このように、図1の構成では、2次元平面
上に光センサ部8Aをマトリクス状に配列するにあた
り、各々のラインセンサ相互を電気的に絶縁して重ね合
わせることにより、通常の2次元走査を可能にしてい
る。
As described above, in the configuration of FIG. 1, when arranging the optical sensor units 8A in a matrix on a two-dimensional plane, the line sensors are electrically insulated from each other and overlapped with each other. It enables dimensional scanning.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1に
示したような従来の固体撮像装置は、2次元像の撮像を
行うためには、薄片化したラインセンサを電気的に絶縁
しながら積み重ねなければならないので、高度な技術を
要するばかりでなく、生産効率も上がらないという問題
がある。
However, in the conventional solid-state imaging device as shown in FIG. 1, in order to capture a two-dimensional image, the thinned line sensors must be stacked while being electrically insulated. Therefore, there is a problem that not only high technology is required but also production efficiency is not improved.

【0009】そこで、薄片化したラインセンサを積み重
ねることなく2次元像の撮像を可能にするために、平面
基板上に、光センサ部・カウンタ・水平走査回路・垂直
走査回路等を全て実装した平面構成を採ることを考え
た。
In order to make it possible to capture a two-dimensional image without stacking the thinned line sensors, a planar substrate on which a photosensor unit, a counter, a horizontal scanning circuit, a vertical scanning circuit, etc. are all mounted. I thought about adopting a configuration.

【0010】しかし、斯かる平面構成を採った場合に
は、1画素に対応する平面領域中に、光センサおよびそ
の他の多数の回路を含ませなければならないので、入射
光を直接検出するための面積、すなわち開口部の比率が
非常に小さくなってしまうという問題が生じる。
[0010] However, when such a plane configuration is adopted, an optical sensor and many other circuits must be included in a plane area corresponding to one pixel, so that it is necessary to directly detect incident light. There is a problem that the area, that is, the ratio of the openings, becomes very small.

【0011】よって、本発明の第1の目的は上述の点に
鑑み、高度な技術を要することなく、生産効率の向上を
可能とした、平面構成の固体撮像装置を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a planar configuration which can improve production efficiency without requiring advanced technology in view of the above points.

【0012】本発明の第2の目的は、小型にも拘わらず
開口部の比率を上げることができる、平面構成の固体撮
像装置を提供することにある。
It is a second object of the present invention to provide a solid-state imaging device having a planar configuration, which can increase the ratio of the openings despite its small size.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る固体撮像装置は、入射フォトン数に
応じたパルス状信号を送出する受光手段を、平面基板上
に2次元的に、複数個配列してなる固体撮像装置であっ
て、1画素に対応する平面領域内に、前記受光手段と、
前記受光手段から送出されたパルス状信号を計数する手
段とを配置したものである。
In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention comprises a light receiving means for transmitting a pulse-like signal corresponding to the number of incident photons on a two-dimensional substrate. A plurality of solid-state imaging devices arranged in a plane area corresponding to one pixel, the light receiving means,
Means for counting the pulse signal sent from the light receiving means.

【0014】また、上記の固体撮像装置において、さら
に加えて、前記受光手段の開口率を上げる手段を備える
ことも可能である。ここで、前記受光手段の開口率を上
げる手段として、撮像面を形成する複数の画素領域と、
これら画素領域のそれぞれに対応する前記受光手段とを
接続する光ファイバを用いることができる。また、前記
受光手段の開口率を上げる手段として、撮像レンズの後
段に配置した拡大光学系と、該拡大光学系からの出力光
を導入するために前記受光手段の入射表面に貼り付けた
マイクロレンズとを用いることも可能である。さらに、
前記受光手段の開口率を上げる手段として、1画素領域
の全入射表面にわたって光電変換膜を貼付し、該光電変
換膜と前記受光手段との間に電荷収集用電極を配置する
ことも可能である。
Further, in the solid-state imaging device described above, it is possible to further include a unit for increasing an aperture ratio of the light receiving unit. Here, as means for increasing the aperture ratio of the light receiving means, a plurality of pixel regions forming an imaging surface,
An optical fiber for connecting the light receiving means corresponding to each of these pixel regions can be used. Further, as a means for increasing the aperture ratio of the light receiving means, an enlargement optical system disposed after the imaging lens, and a microlens attached to an incident surface of the light reception means for introducing output light from the enlargement optical system It is also possible to use further,
As means for increasing the aperture ratio of the light receiving means, a photoelectric conversion film may be attached over the entire incident surface of one pixel region, and a charge collecting electrode may be arranged between the photoelectric conversion film and the light receiving means. .

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】実施の形態1 本実施の形態による固体撮像装置を説明するにあたり、
まず本実施の形態における回路構成を説明し、その後
に、具体的な基板上の画素配置について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 In describing a solid-state imaging device according to the present embodiment,
First, a circuit configuration according to the present embodiment will be described, and then a specific pixel arrangement on a substrate will be described.

【0016】図2は、本固体撮像装置における1画素分
の光検知回路を示す。本図において、12Aは光検出素
子であるフォトダイオード、11Aは蓄積電荷を放電す
るためのFETスイッチ、9Aは放電時定数決定用のオ
ン(ON)抵抗である。20Aはパルス発生回路であ
り、フォトダイオード12Aからの出力電圧がスレッシ
ュホールド電圧を超えた時にパルスを出力すると共に、
フォトダイオード12Aを初期状態に戻すためのリセッ
トパルスを発生する。51〜58は、第1ビット出力〜
第8ビット出力を得るための2進カウンタである。
FIG. 2 shows a light detection circuit for one pixel in the solid-state imaging device. In this figure, 12A is a photodiode serving as a light detecting element, 11A is an FET switch for discharging accumulated charges, and 9A is an ON (ON) resistance for determining a discharge time constant. 20A is a pulse generation circuit, which outputs a pulse when the output voltage from the photodiode 12A exceeds a threshold voltage,
A reset pulse for returning the photodiode 12A to the initial state is generated. 51 to 58 are first bit outputs
This is a binary counter for obtaining the eighth bit output.

【0017】図3は、図2に示した1画素分の光検知回
路を含んだラインセンサを示す。本図は、通常のICプ
ロセスに従って単一の基板上にラインセンサを構成する
態様を表している。
FIG. 3 shows a line sensor including a light detection circuit for one pixel shown in FIG. This drawing shows an embodiment in which a line sensor is formed on a single substrate according to a normal IC process.

【0018】図3において、9A〜9Nは蓄積電荷の放
電時定数を決めるオン抵抗、20A〜20Nはパルス発
生回路、30A〜30Nはパルス発生回路20A〜20
Nからそれぞれ送出されるパルス信号をカウントするカ
ウンタ回路(具体的には、フリップフロップを縦続接続
してある)である。
In FIG. 3, 9A to 9N are on-resistances for determining a discharge time constant of accumulated charges, 20A to 20N are pulse generation circuits, and 30A to 30N are pulse generation circuits 20A to 20N.
A counter circuit (specifically, flip-flops are cascaded) that counts the pulse signals sent from N.

【0019】12A〜12Nはフォトダイオードであ
り、これらのフォトダイオードはフォトンが到来する受
光面上に1列に配列してある。なお、これらフォトダイ
オード12A〜12Nの替わりに、光導電膜などの光電
変換素子あるいは高速光電子増倍素子(例えば、アバラ
ンシェフォトダイオード、または光電面とマイクロチャ
ンネルプレートの組合わせ等)から成る光検出素子を用
いることも可能である。
Reference numerals 12A to 12N denote photodiodes, and these photodiodes are arranged in a line on a light receiving surface from which photons arrive. Instead of the photodiodes 12A to 12N, a photoelectric conversion element such as a photoconductive film or a high-speed photomultiplier (for example, an avalanche photodiode, or a photodetector composed of a combination of a photocathode and a microchannel plate) is used. Can also be used.

【0020】11A〜11Nは、各々のフォトダイオー
ド12A〜12Nに蓄えられた電荷をリセットするため
の放電用のスイッチである(具体的には、図2に示した
ように、FETスイッチを用いる)。24は水平走査回
路であり、カウンタ回路30A〜30Nからデジタル計
数値を逐次読み出すと同時にリセットを行う。この読み
出しを行う為の方法として、従来から知られているアド
レススイッチング手法を用いるのが好適である。
11A to 11N are discharge switches for resetting the electric charges stored in the photodiodes 12A to 12N (specifically, FET switches are used as shown in FIG. 2). . Reference numeral 24 denotes a horizontal scanning circuit which sequentially reads out digital count values from the counter circuits 30A to 30N and simultaneously resets them. As a method for performing this reading, it is preferable to use a conventionally known address switching method.

【0021】図3に示したラインセンサを動作させる場
合は、まず1フレーム時間に相当する1/30秒間につ
いて、入射フォトン数に対応したパルス信号をカウンタ
回路30A〜30Nに導入し、カウントが終了した時点
で水平走査回路24を用いて、これら各カウンタ回路3
0A〜30Nからそれらの計数値を逐次読み出す。そし
て、計数値の読み出し後に各カウンタ回路30A〜30
Nを零にリセットし、以下同じ動作を繰り返す。このこ
とにより、受光面における照度を各画素単位でデジタル
信号に直接変換し、出力することができる。
When the line sensor shown in FIG. 3 is operated, first, a pulse signal corresponding to the number of incident photons is introduced into the counter circuits 30A to 30N for 1/30 second corresponding to one frame time, and the counting is completed. At this point, each of the counter circuits 3 is used by using the horizontal scanning circuit 24.
The count values are sequentially read from 0A to 30N. Then, after reading the count value, each of the counter circuits 30A to 30A
N is reset to zero, and the same operation is repeated thereafter. Thus, the illuminance on the light receiving surface can be directly converted into a digital signal for each pixel and output.

【0022】そして、図3に示したラインセンサを並列
に配置することにより、2次元センサを構成する(図示
せず)。
A two-dimensional sensor is constructed by arranging the line sensors shown in FIG. 3 in parallel (not shown).

【0023】図4は、本実施の形態における基板構成を
模式的に示した平面図である。本図において、SIDは
平面基板上に形成された固体撮像素子(Solid Imaging
Device)であり、マトリクス状に配置されたM行N列の
画素領域P1,1〜PM,Nを含んでいる。本図の右側には、
1つの画素領域PJ,Kを拡大して描いてある。また、3
4は水平走査回路、44は垂直走査回路、SWは水平走
査回路34により制御されるスイッチである。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a substrate configuration in the present embodiment. In this figure, SID is a solid-state imaging device (Solid Imaging Device) formed on a flat substrate.
Device), and includes pixel regions P 1,1 to P M, N of M rows and N columns arranged in a matrix. On the right side of the figure,
One pixel area P J, K is drawn in an enlarged manner. Also, 3
4 is a horizontal scanning circuit, 44 is a vertical scanning circuit, and SW is a switch controlled by the horizontal scanning circuit 34.

【0024】図4の右側に示したように、1つの画素領
域PJ,Kは9つの小ブロックに区分されており、中央の
ブロックにはフォトダイオード12Aとパルス発生回路
20A(図2参照)が含まれている。そして、上記中央
のブロックを取り囲む8つの周辺ブロックには、それぞ
れ、第1ビット出力〜第8ビット出力を得るためのカウ
ンタ51〜58(図2参照)が含まれている。これらカ
ウンタ51〜58から得られた第1ビット出力〜第8ビ
ット出力は、水平走査回路34によるON/OFF制御
に従い、スイッチSWを介して外部に出力される。この
とき、垂直走査回路44は、本固体撮像素子SIDに含
まれる行方向(図4の横方向)の画素領域群を選択す
る。すなわち、水平走査回路34と垂直走査回路44に
より1つの画素領域PJ,Kが選択され、この画素領域P
J,Kから各ビット出力が得られる。
As shown on the right side of FIG. 4, one pixel area P J, K is divided into nine small blocks, and a photodiode 12A and a pulse generation circuit 20A (see FIG. 2) are provided in the center block. It is included. The eight peripheral blocks surrounding the central block include counters 51 to 58 (see FIG. 2) for obtaining the first to eighth bit outputs, respectively. The first to eighth bit outputs obtained from the counters 51 to 58 are output to the outside via the switch SW in accordance with ON / OFF control by the horizontal scanning circuit 34. At this time, the vertical scanning circuit 44 selects a pixel region group in the row direction (horizontal direction in FIG. 4) included in the solid-state imaging device SID. That is, one pixel area P J, K is selected by the horizontal scanning circuit 34 and the vertical scanning circuit 44, and this pixel area P J, K is selected.
Each bit output is obtained from J and K.

【0025】図5は、垂直走査回路44により行方向の
画素領域群が選択される状態を説明した図である。本図
において、図4と同じ構成要素には、同じ符号を付して
ある。この図5から明らかなように、各カウンタ51〜
58の出力端と出力取り出し線との間にはFETスイッ
チがそれぞれ接続されており、垂直走査回路44から出
力されるゲート制御信号により各FETスイッチがON
/OFFされる。かくして、選択された特定の画素領域
J,Kからは、第1ビット出力B1〜第8ビット出力B
8がスイッチSW(図4)に供給される。図6は、この
状態を別の視点から描いたものである。
FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which the vertical scanning circuit 44 selects a pixel area group in the row direction. In this figure, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. As is apparent from FIG.
FET switches are respectively connected between the output terminal of 58 and the output extraction line, and each FET switch is turned on by a gate control signal output from the vertical scanning circuit 44.
/ OFF. Thus, from the selected specific pixel area PJ , K , the first bit output B1 to the eighth bit output B
8 is supplied to the switch SW (FIG. 4). FIG. 6 illustrates this state from another viewpoint.

【0026】本実施の形態は、1画素に対応する平面領
域内の中央部に受光手段を配置し、その受光手段を取り
囲むように受光手段から送出されたパルス状信号を計数
する手段を配列した例を説明したが、配列のやり方はこ
れに限られるわけではなく、さまざまなバリエーション
が考えられる。
In this embodiment, a light receiving means is arranged at a central portion in a plane area corresponding to one pixel, and means for counting the pulse-like signal sent from the light receiving means are arranged so as to surround the light receiving means. Although the example has been described, the arrangement method is not limited to this, and various variations can be considered.

【0027】本実施の形態では、フォトダイオードおよ
び他の複数の回路を平面的に構成することにより、第1
ビット出力B1〜第8ビット出力B8から成る並列信号
を画素毎に順次(すなわち時系列的に)出力することが
できる。
In the present embodiment, the photodiode and other plural circuits are formed in a planar manner, so that the first
A parallel signal composed of the bit output B1 to the eighth bit output B8 can be output sequentially (that is, in time series) for each pixel.

【0028】実施の形態2 上述した実施の形態1は、平面基板上に形成された固体
撮像素子SIDそのものについて述べたものであるが、
図4〜図6に示した平面構成だけでは、撮像素子として
の開口率が限定されてしまう。
Embodiment 2 In Embodiment 1 described above, the solid-state imaging device SID formed on a flat substrate is described.
The aperture ratio as the image sensor is limited only by the planar configurations shown in FIGS. 4 to 6.

【0029】そこで、ここで述べる実施の形態2では、
より開口率を上げるために、図7に示すように、光電変
換膜70を固体撮像素子SIDの入射光線側に貼り付け
ることにより、実質的な開口率を100%にしている。
すなわち、フォトダイオード12Aの上に電荷収集用の
画素電極72を設けると同時に、その画素電極72の上
に光電変換膜70を積層したものである。
Therefore, in the second embodiment described here,
In order to further increase the aperture ratio, as shown in FIG. 7, the photoelectric conversion film 70 is attached to the incident light beam side of the solid-state imaging device SID, so that the substantial aperture ratio is set to 100%.
That is, a pixel electrode 72 for collecting electric charges is provided on the photodiode 12A, and at the same time, the photoelectric conversion film 70 is laminated on the pixel electrode 72.

【0030】このような構成とすることにより、光電変
換膜70で変換された電子(または正孔)をフォトダイ
オードの部分のみに集めることができ、光信号を無駄な
く利用することができる。
With such a configuration, electrons (or holes) converted by the photoelectric conversion film 70 can be collected only in the photodiode portion, and the optical signal can be used without waste.

【0031】実施の形態3 上記実施の形態2では撮像面が大きくなるので、撮影レ
ンズも大型のものが必要となる。一方、撮像装置全体を
敢えて大型化するという考え方はあり得ないので、撮影
レンズの後段に拡大光学系を用いるという発想はなかっ
た。しかるに、画素単位毎に処理を行うようにした本撮
像素子SIDでは、1画素領域の面積に対して、フォト
ダイオード(感光部)の占める割合が非常に小さくなる
ので、それと共に撮像素子自体が大型化してしまうこと
になる。この場合には、大型の撮影レンズを用いればよ
いのであるが、レンズ自体が大きくなり、特殊なものを
設計しなければならないことになる。
Embodiment 3 In Embodiment 2 described above, since the imaging surface is large, a large photographic lens is required. On the other hand, there is no idea of intentionally increasing the size of the entire image pickup apparatus. Therefore, there was no idea of using an enlargement optical system after the photographing lens. However, in the present image sensor SID which performs processing for each pixel, the ratio of the photodiode (photosensitive portion) to the area of one pixel region becomes very small, and the image sensor itself becomes large. It will become. In this case, a large photographic lens may be used, but the lens itself becomes large, and a special lens must be designed.

【0032】そこで、ここで述べる実施の形態3では、
図8に示すように、撮像素子SIDの前段側に拡大光学
系68を設け、さらに撮像素子SIDの直前にマイクロ
レンズ66を設けることにより、1画素領域に入射した
光をフォトダイオード(感光部)のみに集中させる構成
としてある。
Therefore, in the third embodiment described here,
As shown in FIG. 8, an enlargement optical system 68 is provided in front of the image sensor SID, and a microlens 66 is provided immediately before the image sensor SID. It is configured to concentrate only on

【0033】すなわち、撮影レンズ60には従来のまま
小型のものを用いて通常の焦点面を小さくしたまま、撮
像素子SIDの大きさに見合った拡大光学系68で像を
拡大し、さらに1画素領域内の必要な部分にだけ光を集
めるために、画素単位にマイクロレンズ66を設ける。
That is, an image is enlarged by an enlargement optical system 68 corresponding to the size of the image sensor SID while using a small photographic lens 60 as usual and keeping the normal focal plane small. A micro lens 66 is provided for each pixel in order to collect light only at a necessary portion in the region.

【0034】本実施の形態3では、従来から用いられて
いる小型の撮影レンズ60を利用でき、かつ入射光も無
駄なく利用できるため、外見上は小型の撮像素子で撮影
し、別の処理回路で画像処理したのと同等の効果が得ら
れる。その上、1画素内での画像処理を自由に行えると
いう大きなメリットが付加される。
In the third embodiment, since the conventionally used small photographing lens 60 can be used and the incident light can be used without waste, it is apparently photographed with a small image pickup device and another processing circuit is used. The same effect as when image processing is performed can be obtained. In addition, a great merit that image processing can be freely performed within one pixel is added.

【0035】以上述べた通り、撮影レンズ60で結像さ
れた映像を拡大光学系68で必要な大きさまで拡大し、
その後マイクロレンズ66によってフォトダイオード部
分に集光させることにより、各画素内の光感度のある部
分のみに光情報を集めることができると同時に、撮影レ
ンズは通常の一般的な小型レンズを使用できる、という
格別な効果が得られる。
As described above, the image formed by the photographing lens 60 is enlarged to a required size by the enlargement optical system 68,
Then, by condensing the light on the photodiode portion by the micro lens 66, it is possible to collect light information only in the light sensitive portion in each pixel, and at the same time, the photographing lens can use an ordinary general small lens, The special effect is obtained.

【0036】実施の形態4 図8に示した実施の形態3では、第1の焦点面(図8に
は、「通常の焦点面」と記載してある)から撮像素子S
IDまでの距離が長くなるという問題がある。
Fourth Embodiment In the third embodiment shown in FIG. 8, the image pickup element S is moved from the first focal plane (in FIG. 8, it is described as "normal focal plane").
There is a problem that the distance to the ID becomes long.

【0037】そこで、本実施の形態4では、撮像部全体
を小型化するため、図9に示すように、光ファイバOP
TFの一方の端面を撮像素子SIDの各画素領域のフォ
トダイオードに接続し、かつ各光ファイバOPTFの相
対的位置関係が変わらないように、他方の端面をできる
だけ小さく束ね、その面を撮像面とする。これにより、
撮像面を小さくできるので、従来の小型撮影レンズ60
を使うことができると共に、入射光を無駄なく各画素の
受光部(フォトダイオード)に導くことができる。その
結果として、撮影レンズ60と撮像素子SIDとの間の
距離を、図8の場合より短くすることが可能である。
Therefore, in the fourth embodiment, in order to reduce the size of the entire image pickup unit, as shown in FIG.
One end face of the TF is connected to the photodiode in each pixel area of the image sensor SID, and the other end face is bundled as small as possible so that the relative positional relationship of each optical fiber OPTF does not change. I do. This allows
Since the imaging surface can be made smaller, the conventional small photographing lens 60 can be used.
And the incident light can be guided to the light receiving portion (photodiode) of each pixel without waste. As a result, the distance between the taking lens 60 and the image sensor SID can be made shorter than in the case of FIG.

【0038】このように、本実施の形態4では、光ファ
イバOPTFの一方の端面を画素領域のピッチに等しく
配置し、他方の端面をできるだけ小面積に配列した構成
としてあるので、受光面に入射した光は各々の光ファイ
バOPTFを通り、所定のフォトダイオードに無駄なく
導かれる。
As described above, in the fourth embodiment, one end face of the optical fiber OPTF is arranged so as to be equal to the pitch of the pixel area, and the other end face is arranged as small as possible. The light passed through each optical fiber OPTF is guided to a predetermined photodiode without waste.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、高
度な技術を要することなく、生産効率の向上を可能とし
た、平面構成の固体撮像装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device having a planar configuration which can improve the production efficiency without requiring advanced technology.

【0040】さらに、本発明によれば、小型にも拘わら
ず開口部の比率を上げることができる、平面構成の固体
撮像装置を実現することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device having a planar configuration in which the ratio of openings can be increased despite its small size.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関連した従来技術の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional technique related to the present invention.

【図2】本発明固体撮像装置の1画素分の光検知回路を
示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a light detection circuit for one pixel of the solid-state imaging device according to the present invention.

【図3】図2に示した1画素分の光検知回路を含んだラ
インセンサの構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a line sensor including a photodetection circuit for one pixel shown in FIG. 2;

【図4】実施の形態1における基板構成を模式的に示し
た平面図である。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a substrate configuration in the first embodiment.

【図5】実施の形態1における基板構成を模式的に示し
た平面図である。
FIG. 5 is a plan view schematically showing a substrate configuration in the first embodiment.

【図6】実施の形態1における基板構成を模式的に示し
た平面図である。
FIG. 6 is a plan view schematically showing a substrate configuration in the first embodiment.

【図7】実施の形態2を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a second embodiment.

【図8】実施の形態3を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a third embodiment.

【図9】実施の形態4を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9A〜9N オン抵抗 12A〜12N フォトダイオード 20A〜20N パルス発生回路 30A〜30N カウンタ回路 34 水平走査回路 44 垂直走査回路 51〜58 2進カウンタ SID 平面基板上に形成された固体撮像素子 PJ,K 1つの画素領域9A to 9N On-resistance 12A to 12N Photodiode 20A to 20N Pulse generation circuit 30A to 30N Counter circuit 34 Horizontal scanning circuit 44 Vertical scanning circuit 51 to 58 Binary counter SID Solid-state imaging device P J, K formed on a flat substrate One pixel area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 美穂 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Fターム(参考) 4M118 AA10 AB01 BA05 CA02 CA14 DD09 DD12 GD03 HA23 5C024 AA01 CA12 DA07 EA04 FA01 FA11 GA01 GA04 GA31 HA16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Miho Nakayama 1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku, Tokyo Japan Broadcasting Corporation F-Term in the Broadcasting Research Institute (reference) 4M118 AA10 AB01 BA05 CA02 CA14 DD09 DD12 GD03 HA23 5C024 AA01 CA12 DA07 EA04 FA01 FA11 GA01 GA04 GA31 HA16

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射フォトン数に応じたパルス状信号を
送出する受光手段を、平面基板上に2次元的に、複数個
配列してなる固体撮像装置であって、 1画素に対応する平面領域内に、前記受光手段と、前記
受光手段から送出されたパルス状信号を計数する手段と
を配置したことを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state imaging device in which a plurality of light receiving means for transmitting a pulse-like signal corresponding to the number of incident photons are two-dimensionally arranged on a flat substrate, wherein a flat area corresponding to one pixel is provided. Wherein the light receiving means and a means for counting the pulse-like signal transmitted from the light receiving means are arranged therein.
【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、さらに加えて、 前記受光手段の開口率を上げる手段を備えたことを特徴
とする固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a unit configured to increase an aperture ratio of said light receiving unit.
【請求項3】 請求項2に記載の固体撮像装置におい
て、 前記受光手段の開口率を上げる手段として、撮像面を形
成する複数の画素領域と、これら画素領域のそれぞれに
対応する前記受光手段とを接続する光ファイバを用いた
ことを特徴とする固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein, as means for increasing an aperture ratio of the light receiving means, a plurality of pixel areas forming an imaging surface and the light receiving means corresponding to each of the pixel areas. A solid-state imaging device, characterized by using an optical fiber for connecting the two.
【請求項4】 請求項2に記載の固体撮像装置におい
て、 前記受光手段の開口率を上げる手段として、撮像レンズ
の後段に配置した拡大光学系と、該拡大光学系からの出
力光を導入するために前記受光手段の入射表面に貼り付
けたマイクロレンズとを用いたことを特徴とする固体撮
像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein, as means for increasing the aperture ratio of said light receiving means, an enlargement optical system disposed downstream of an imaging lens and output light from said enlargement optical system are introduced. And a microlens attached to the incident surface of the light receiving means.
【請求項5】 請求項2に記載の固体撮像装置におい
て、 前記受光手段の開口率を上げる手段として、1画素領域
の全入射表面にわたって光電変換膜を貼付し、該光電変
換膜と前記受光手段との間に電荷収集用電極を配置した
ことを特徴とする固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a photoelectric conversion film is attached over an entire incident surface of one pixel region as a means for increasing an aperture ratio of the light receiving unit, and the photoelectric conversion film and the light receiving unit are attached. And a charge collecting electrode disposed between the two.
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