JP2008016862A - Solid-state image sensor - Google Patents
Solid-state image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008016862A JP2008016862A JP2007219688A JP2007219688A JP2008016862A JP 2008016862 A JP2008016862 A JP 2008016862A JP 2007219688 A JP2007219688 A JP 2007219688A JP 2007219688 A JP2007219688 A JP 2007219688A JP 2008016862 A JP2008016862 A JP 2008016862A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- vertical transfer
- sensitivity
- conversion element
- low
- 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.)
- Abandoned
Links
Images
Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements disposed on a surface of a semiconductor substrate in a row direction and a column direction orthogonal thereto.
デジタルカメラに利用される固体撮像素子は、光電変換素子によって画像信号に対応する電荷を検出するため、一般にダイナミックレンジを広げるのが困難である。そこで、広ダイナミックレンジの画像を得るため、高感度撮影と低感度撮影を短時間で連続して行い、取得した2枚の画像を合成するという処理が採用されている。しかし、合成する2枚の画像は、同時刻の画像でないため動きのある被写体を撮影すると、不自然な画像になるという問題がある。 Since a solid-state imaging device used for a digital camera detects charges corresponding to an image signal by a photoelectric conversion device, it is generally difficult to widen the dynamic range. Therefore, in order to obtain an image with a wide dynamic range, a process of continuously performing high-sensitivity shooting and low-sensitivity shooting in a short time and combining the two acquired images is employed. However, since the two images to be combined are not images at the same time, there is a problem that when a moving subject is photographed, the image becomes unnatural.
別の解決手段は、固体撮像素子に相対的に高感度の光電変換素子(以下、「高感度画素」と記述する場合もある。)と、相対的に低感度の光電変換素子(以下、「低感度画素」と記述する場合もある。)を有する固体撮像素子を利用することである。この場合、カラー画像信号を検出するためには、高感度画素及び低感度画素の上方にカラーフィルタを設ける。 Another solution is a relatively high-sensitivity photoelectric conversion element (hereinafter sometimes referred to as “high-sensitivity pixel”) for a solid-state imaging device, and a relatively low-sensitivity photoelectric conversion element (hereinafter, “ A solid-state imaging device having a low-sensitivity pixel ”). In this case, in order to detect a color image signal, a color filter is provided above the high sensitivity pixel and the low sensitivity pixel.
本発明は、光電変換素子、及びその上方のカラーフィルタを効率よく配置し、効率よく利用することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the solid-state image sensor which can arrange | position efficiently a photoelectric conversion element and its upper color filter, and can utilize it efficiently.
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換素子を含む固体撮像素子であって、前記光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタを有し、前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第1の光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第2の光電変換素子とを含み、前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの1/2だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、前記第1の光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタと、前記第2の光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタとは、それぞれベイヤー配列となっているものである。 A solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements arranged on a semiconductor substrate surface in a row direction and a column direction orthogonal thereto, and is arranged above the photoelectric conversion elements. The photoelectric conversion element includes a first photoelectric conversion element arranged in a square lattice pattern in a row direction and a column direction orthogonal thereto, and a square lattice pattern in a row direction and a column direction orthogonal thereto And the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element have the same arrangement pitch and are arranged in the row direction by a half of the arrangement pitch with respect to each other. The color filters arranged above the first photoelectric conversion elements and the color filters arranged above the second photoelectric conversion elements are arranged at positions shifted in the column direction, respectively. Is what
本発明によれば、光電変換素子、及びその上方のカラーフィルタを効率よく配置し、効率よく利用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a photoelectric conversion element and the color filter above it can be arrange | positioned efficiently, and can be utilized efficiently.
本発明の固体撮像素子は、前記第1の光電変換素子が、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であり、前記第2の光電変換素子が、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子であるものを含む。 In the solid-state imaging device of the present invention, the first photoelectric conversion element is a plurality of high-sensitivity photoelectric conversion elements that perform relatively high-sensitivity photoelectric conversion, and the second photoelectric conversion element is relatively low. This includes a plurality of low-sensitivity photoelectric conversion elements that perform sensitivity photoelectric conversion.
本発明によれば、高感度画素と低感度画素、及びその上方のカラーフィルタを効率よく配置し、効率よく利用することができる。 According to the present invention, a high-sensitivity pixel, a low-sensitivity pixel, and a color filter thereabove can be efficiently arranged and used efficiently.
本発明の固体撮像素子は、さらに、前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、前記第1の光電変換素子の前記電荷読み出し領域と前記第2の光電変換素子の前記電荷読み出し領域は、互いに異なる前記垂直転送電極に対応した位置に形成されているものを含む。 The solid-state imaging device of the present invention further includes a vertical transfer unit that transfers charges from the photoelectric conversion element in the column direction, a horizontal transfer unit that transfers charges from the vertical transfer unit in the row direction, and An output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred by the horizontal transfer unit, and the vertical transfer unit is formed on the semiconductor substrate corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements arranged in a column direction. A plurality of vertical transfer channels, a plurality of vertical transfer electrodes formed so as to intersect each of the vertical transfer channels in plan view, and a charge readout for reading out the charge of the photoelectric conversion element to the vertical transfer channel The vertical transfer channel has a meandering shape extending in the column direction as a whole between the photoelectric conversion elements, and the vertical transfer electrode as a whole between the photoelectric conversion elements. It has a meandering shape extending in the row direction, and the charge readout region of the first photoelectric conversion element and the charge readout region of the second photoelectric conversion element correspond to the different vertical transfer electrodes. Including those formed in position.
本発明によれば、列方向に隣接する光電変換素子の電荷を、異なる垂直転送チャネルによって転送するので、2行分の高感度画素の電荷又は2行分の低感度画素の電荷を同時に水平転送部に転送することができる。したがって、電荷の読み出しを2回に分けても、処理時間が低下せず、高感度画素の電荷のみの読み出しは、さらに短時間で行うことができる。また、1画素分の電荷転送チャネルを列方向2画素分の領域に配置することができるため、電荷転送チャネルの幅を狭くすることができ、高密度化を図ることができる。 According to the present invention, the charges of the photoelectric conversion elements adjacent in the column direction are transferred by different vertical transfer channels. Therefore, the charges of the high-sensitivity pixels for two rows or the charges of the low-sensitivity pixels for two rows are simultaneously transferred horizontally. Can be transferred to the department. Therefore, even if the readout of charges is divided into two, the processing time does not decrease, and the readout of only the charges of the high-sensitivity pixels can be performed in a shorter time. Further, since the charge transfer channel for one pixel can be arranged in the region for two pixels in the column direction, the width of the charge transfer channel can be narrowed and the density can be increased.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光電変換素子、及びその上方のカラーフィルタを効率よく配置し、効率よく利用することができる固体撮像素子を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device that can efficiently arrange and efficiently use the photoelectric conversion element and the color filter thereabove.
(第1の実施の形態)
図1に、第1の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図1の固体撮像素子は、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子であって、高感度の光電変換素子と、低感度の光電変換素子とを有するものである。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. The solid-state image sensor of FIG. 1 is a so-called honeycomb-structured solid-state image sensor, and has a high-sensitivity photoelectric conversion element and a low-sensitivity photoelectric conversion element.
図1の固体撮像素子は、複数の低感度画素10と複数の高感度画素20によって、光強度を電荷信号に変換するものであり、複数の垂直転送部30(図1では、一部にのみ符号を付してある。)、水平転送部40を経て、出力部50に信号電荷を転送し、出力部50から信号電荷に対応する電圧信号51を出力するものである。
The solid-state imaging device in FIG. 1 converts light intensity into a charge signal by a plurality of low-sensitivity pixels 10 and a plurality of high-
低感度画素10及び高感度画素20(図1では、一部にのみ符号を付してある。)は、それぞれ、行方向Xとこれに直交する列方向Yに正方格子状に配列されている。低感度画素10の配列ピッチと高感度画素20の配列ピッチは、同じであり、低感度画素10と高感度画素20は、互いに配列ピッチの1/2だけ行方向X及び列方向Yにずれた位置に配列されている。低感度画素10及び高感度画素20を構成するフォトダイオード等の光電変換素子の感度を変化させるには、光電変換素子の受光面の面積を変化させてもよいし、光電変換素子上方に設けたマイクロレンズによって、集光面積を変化させてもよい。これらの方法は、いずれも周知であるので説明を省略する。
The low-sensitivity pixels 10 and the high-sensitivity pixels 20 (in FIG. 1, only a part thereof is denoted by a reference numeral) are respectively arranged in a square lattice pattern in the row direction X and the column direction Y orthogonal thereto. . The arrangement pitch of the low-sensitivity pixels 10 and the arrangement pitch of the high-
また、図1の固体撮像素子は、カラー画像信号を検出するために、低感度画素10及び高感度画素20の上方にカラーフィルタ(図示せず)を有する。カラーフィルタの配列方法は任意であるが、広ダイナミックレンジの画像を得るためには、低感度画素10の配列と高感度画素20の配列を同一にするのが好ましい。図1では、カラーフィルタがベイヤー配列となっており、対応する光電変換素子は、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光に対応する電荷を検出する。以下、高感度画素20によって検出される赤色光、緑色光、青色光に対応する信号をR信号、G信号、B信号(あるいは単に、R、G、B)、低感度画素10によって検出される赤色光、緑色光、青色光に対応する信号をr信号、g信号、b信号(あるいは単に、r、g、b)と、記述する場合もある。
Further, the solid-state imaging device of FIG. 1 has a color filter (not shown) above the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送部30は、低感度画素10及び高感度画素20からの電荷を列方向Yに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル(図示せず)、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極101〜104、低感度画素10及び高感度画素20の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域(図1では、模式的に矢印で示してある。)を含む。
The
垂直転送チャネルは、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として列方向Yに延在する蛇行形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極101〜104によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。垂直転送電極101〜104は、低感度画素10及び高感度画素20それぞれに対応して4つ設けられ(図では、1行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。)、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として行方向Xに延在する蛇行形状を呈するものである。図1では、電荷が蓄積、転送される領域区分の形状を接続して記載してあるが、実際には、ほぼ同一の幅の導電体で形成される。
The vertical transfer channel has a meandering shape extending in the column direction Y as a whole between the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送電極101〜104には、端子111〜114を介して4相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Yに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部30と水平転送部40の間の転送電極105、106にも印加され、垂直転送パルスの1周期毎に、1行分の低感度画素10及び高感度画素20で検出された電荷が、水平転送部40に送られる。低感度画素10及び高感度画素20から垂直転送チャネルへの読出しは、垂直電荷転送開始直後の第1相パルス(端子111に印加される垂直転送パルス)、及び第3相パルス(端子113に印加される垂直転送パルス)に読出しパルスを重畳させることによって行う。
Four-phase vertical transfer pulses are applied to the
なお、図1では記載していないが、垂直転送チャネルの間には、チャネルストップが形成される。また、図1では、垂直転送電極101〜104を低感度画素10及び高感度画素20に比べて大きく示しているが、実際には、もっと小さい。
Although not shown in FIG. 1, channel stops are formed between the vertical transfer channels. In FIG. 1, the
水平転送部40は、垂直転送部30からの電荷を、行方向Xに転送するものであり、水平転送チャネル及び水平転送電極(いずれも図示せず)を含む。水平転送電極には、端子121、122を介して2相の水平転送パルスが印加され、垂直転送部30から転送された、1行分の低感度画素10と1行分の高感度画素20の信号電荷が、出力部50に転送される。
The
次に、図1に示した固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素10及び高感度画素20に蓄積された電荷は、第1相及び第3相の垂直転送パルスに重畳される読み出しパルスによって、垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。次いで、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部50に送られ、電荷量に対応する電圧信号51が出力される。
Next, driving of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described. The charges accumulated in the low-sensitivity pixel 10 and the high-
以上のように、図1に示す従来の固体撮像素子は、水平転送部から高感度画素信号と低感度画素信号が交互に出力されるので、広ダイナミックレンジの画像信号を生成することができる。例えば、図1の初段の水平転送においては、「GgRrGgRrGgRr・・・GgRr」の順に出力され、次段の水平転送においては、「GgBbGgBbGgBb・・・GgBb」の順に出力される。 As described above, the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 1 can generate an image signal with a wide dynamic range because the high-sensitivity pixel signal and the low-sensitivity pixel signal are alternately output from the horizontal transfer unit. For example, in the first-stage horizontal transfer in FIG. 1, the signals are output in the order of “GgRrGgRrGgRr... GgRr”.
しかし、広ダイナミックレンジの画像信号を得るために高感度画素信号と低感度画素信号の両方の信号を必要とするのは、記録すべき静止画を撮影する場合のみであって、動画の撮影時や、カメラのビューファインダ表示用の画像の作成には、一般に高感度画素信号のみで充分である。したがって、交互に出力される低感度画素信号と高感度画素信号との分離等、無駄な処理が行う必要があり、処理時間の増大することになる。また、不要な信号電荷を転送することになり、消費電力の増加も無視できない。 However, in order to obtain an image signal with a wide dynamic range, both the high-sensitivity pixel signal and the low-sensitivity pixel signal are required only when shooting a still image to be recorded and when shooting a moving image. In general, only a high-sensitivity pixel signal is sufficient for creating an image for camera viewfinder display. Therefore, it is necessary to perform useless processing such as separation of the low-sensitivity pixel signal and the high-sensitivity pixel signal that are alternately output, which increases the processing time. Further, unnecessary signal charges are transferred, and an increase in power consumption cannot be ignored.
そのため、信号電荷の読み出しを高感度画素信号と低感度画素信号の2回に分けて読み出すようにし、低感度画素信号が不要な場合は省力する。 For this reason, the signal charge is read out in two steps, that is, the high-sensitivity pixel signal and the low-sensitivity pixel signal, and labor is saved when the low-sensitivity pixel signal is unnecessary.
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態の固体撮像素子において、高感度画素信号と低感度画素信号の2回に分けて読み出すことにより高感度信号のみを読み出すようにした場合、低感度画素信号が必要な場合には、本来1回で読み出せるものを2回に分けて行うため、処理時間が増大することになる。特開2001−8104公報に記載された固体撮像素子のように、水平転送部に転送路を高感度画素用と低感度画素用に2つ設けるものも提案されているが、AD変換等周辺要素の増加を伴う、また、消費電力増加は避けられない。第2の実施の形態の固体撮像素子は、その場合でも、高感度画素信号と低感度画素信号とを同時に読み出すことができるようにしたものである。
(Second Embodiment)
In the solid-state imaging device according to the first embodiment, when only the high sensitivity signal is read by reading the high sensitivity pixel signal and the low sensitivity pixel signal twice, when the low sensitivity pixel signal is necessary. Since processing that can be read at one time is performed in two steps, the processing time increases. As in the solid-state imaging device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-8104, a device that provides two transfer paths for a high-sensitivity pixel and a low-sensitivity pixel in the horizontal transfer unit has been proposed. In addition, an increase in power consumption is unavoidable. Even in such a case, the solid-state imaging device according to the second embodiment can simultaneously read out the high-sensitivity pixel signal and the low-sensitivity pixel signal.
図2に、第2の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図2の固体撮像素子における複数の低感度画素10、複数の高感度画素20、水平転送部40、及び出力部50の構成は、図1の固体撮像素子と同一であるので説明を省略する。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment. The configurations of the plurality of low-sensitivity pixels 10, the plurality of high-
垂直転送部31(図2では、一部にのみ符号を付してある。)は、低感度画素10及び高感度画素20からの電荷を列方向Yに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル(図示せず)、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極201〜208、低感度画素10及び高感度画素20の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域(図2では、模式的に矢印で示してある。)を含む。
The vertical transfer unit 31 (only a part is given a sign in FIG. 2) transfers charges from the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送チャネルは、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として列方向Yに延在する蛇行形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極201〜208によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。垂直転送電極201〜208は、列方向Yに隣接する2つの低感度画素10及び高感度画素20それぞれに対応して8つ設けられ(図では、2行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。)、図1の垂直転送電極101〜104と同様、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として行方向Xに延在する蛇行形状を呈するものである。また、実際に、ほぼ同一の幅の導電体で形成される点も、図1の垂直転送電極101〜104と同様である。
The vertical transfer channel has a meandering shape extending in the column direction Y as a whole between the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送電極201〜208には、端子211〜218を介して8相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Yに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部30と水平転送部40の間の転送電極209、210にも印加され、垂直転送パルスの1周期毎に、2行分の低感度画素10又は高感度画素20で検出された電荷が、水平転送部40に送られる。垂直転送チャネルへの電荷の読出しは、低感度画素10からの読み出しと高感度画素20からの読み出しとで分けて行われる。低感度画素10からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第1相パルス(端子211に印加される垂直転送パルス)、及び第5相パルス(端子215に印加される垂直転送パルス)に読出しパルスを重畳させることによって行う。また、高感度画素20からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第3相パルス(端子213に印加される垂直転送パルス)、及び第7相パルス(端子217に印加される垂直転送パルス)に読出しパルスを重畳させることによって行う。
Eight-phase vertical transfer pulses are applied to the
低感度画素10の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域は、列方向に隣接する2つの低感度画素10で、互いに異なる垂直転送チャネルとの間に形成されている。すなわち、端子211に印加される第1相パルス印加時の読み出しは、図示上、低感度画素10の右側の垂直転送チャネルに読み出され、端子215に印加される第5相パルス印加時の読み出しは、図示上、低感度画素10の左側の垂直転送チャネルに読み出される。 The charge readout region for reading out the charge of the low-sensitivity pixel 10 to the vertical transfer channel is formed between the two low-sensitivity pixels 10 adjacent in the column direction and different vertical transfer channels. That is, the readout when the first phase pulse applied to the terminal 211 is read out to the vertical transfer channel on the right side of the low-sensitivity pixel 10 in the drawing, and the readout when the fifth phase pulse applied to the terminal 215 is applied. Is read out to the vertical transfer channel on the left side of the low-sensitivity pixel 10 in the drawing.
また、高感度画素20の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域についても同様であり、端子213に印加される第3相パルス印加時の読み出しは、図示上、高感度画素20の右側の垂直転送チャネルに読み出され、端子217に印加される第7相パルス印加時の読み出しは、図示上、高感度画素20の左側の垂直転送チャネルに読み出される。
The same applies to the charge readout region in which the charge of the high-
また、垂直転送チャネルの間には、図1の固体撮像素子と同様チャネルストップが形成されるが、画素の周囲部分については、図1のものと異なる。すなわち、画素の周囲部分については、電荷読み出し領域を設けない側に設ける。 Further, a channel stop is formed between the vertical transfer channels as in the solid-state imaging device of FIG. 1, but the peripheral portion of the pixel is different from that of FIG. That is, the peripheral portion of the pixel is provided on the side where the charge readout region is not provided.
次に、図2に示す固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素10及び高感度画素20に蓄積された電荷は、別々に読み出される。まず、第3相及び第7相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳すると、高感度画素20の電荷が垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部50に送られ、電荷量に対応する電圧信号51が出力される。
Next, driving of the solid-state imaging device shown in FIG. 2 will be described. The charges accumulated in the low-sensitivity pixel 10 and the high-
この時、列方向に隣接する高感度画素20の電荷は、互いに異なる垂直転送チャネルに読み出され、同時に水平転送チャネルに転送されるので、例えば、図2の固体撮像素子における高感度画素20の水平転送においては、「GBRGGBRGGBRG・・・GBRG」の順に出力される。
At this time, the charges of the high-
高感度画素20の電荷の転送終了後、低感度画素10の電荷の転送を行う場合は、第1相及び第5相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳して、低感度画素10の電荷が垂直転送チャネルに読み出す。そして、読み出された電荷は、同様に垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部50に送られ、電荷量に対応する電圧信号51が出力される。この場合、出力部50から「gbrggbrg・・・gbrg」の順に出力される。
When transferring the charge of the low-sensitivity pixel 10 after the transfer of the charge of the high-
低感度画素10の電荷信号を必要としない場合は、省略すればよく、連続して次の画像撮影が可能となるので、動画撮影時には、撮影間隔を短くすることができる。また、垂直転送電極の駆動を8相で行っているので、垂直転送電極4相分の多きさの区画に転送電荷を蓄積できることになり、電荷転送チャネルの幅を狭くすることができる。 If the charge signal of the low-sensitivity pixel 10 is not required, it can be omitted, and the next image can be taken continuously, so that the shooting interval can be shortened during moving image shooting. In addition, since the vertical transfer electrodes are driven in eight phases, transfer charges can be stored in a section as large as four phases of the vertical transfer electrodes, and the width of the charge transfer channel can be reduced.
図2の固体撮像素子の垂直転送電極は、図1に示す従来の固体撮像素子とものと同様の構成としたが、さらに簡単にすることもできる。すなわち、垂直転送電極211と212、213と214、215と216、217と218をまとめて4つの電極とし、これらを4相の垂直転送パルスによって駆動するものである。このような構成とすると、垂直転送の滑らかさが多少なくなるが、出力信号は、全く同一である。
The vertical transfer electrode of the solid-state imaging device of FIG. 2 has the same configuration as that of the conventional solid-state imaging device shown in FIG. 1, but can be further simplified. That is, the
(第3の実施の形態)
第1の実施の形態の固体撮像素子において、垂直転送部を形成する領域は、想定される電荷転送量に応じて確保する必要があるが、図1のような配置とする場合、低感度画素の検出電荷を転送する領域も高感度画素用の領域と同じ領域を占めるため、必要以上の領域の確保が必要で生じる。第3の実施の形態の固体撮像素子は、必要以上に検出電荷を転送する領域を確保しなくてもよいようにし、撮像素子の高密度化を可能とするものである。
(Third embodiment)
In the solid-state imaging device according to the first embodiment, it is necessary to secure a region for forming the vertical transfer unit according to an assumed charge transfer amount. Since the area for transferring the detected charge occupies the same area as the area for the high-sensitivity pixels, it is necessary to secure an area more than necessary. The solid-state image sensor according to the third embodiment does not need to secure an area for transferring the detected charges more than necessary, and enables the image sensor to have a high density.
図3に、第3の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図3の固体撮像素子における複数の低感度画素10、複数の高感度画素20、水平転送部40、及び出力部50の構成は、図1の固体撮像素子と同一であるので説明を省略する。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the third embodiment. The configurations of the plurality of low-sensitivity pixels 10, the plurality of high-
垂直転送部32(図3では、一部にのみ符号を付してある。)は、低感度画素10及び高感度画素20からの電荷を列方向Yに転送するもので、半導体基板上に形成された複数本の垂直転送チャネル(図示せず)、垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極301〜304、低感度画素10及び高感度画素20の電荷を垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域(図3では、模式的に矢印で示してある。)を含む。
The vertical transfer unit 32 (only a part is given a sign in FIG. 3) transfers charges from the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送チャネルは、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として列方向Yに延在する蛇行形状が2つ接続された形状を呈するものであり、その上方に形成された垂直転送電極301〜304によって、電荷が蓄積、転送される領域が区分される。蛇行形状が2つ接続された形状を有するので、図3では、垂直転送チャネルは、低感度画素10を囲むような形状となっている。図3のように、低感度画素の面積を小さく形成する場合は、低感度画素10を囲むように形成するが、低感度画素10と高感度画素20の面積を同じにする場合は、どちらの画素を囲んでもよい。
The vertical transfer channel has a shape in which two meandering shapes extending in the column direction Y are connected between the low-sensitivity pixel 10 and the high-
垂直転送電極301〜304は、低感度画素10及び高感度画素20それぞれに対応して2つ設けられ(図では、1行分の高感度画素に対応するもののみに符合を付してある。)、図1の垂直転送電極101〜104と同様、低感度画素10及び高感度画素20の間を全体として行方向Xに延在する蛇行形状を呈するものである。また、実際に、ほぼ同一の幅の導電体で形成される点も、図1の垂直転送電極101〜104と同様である。
Two
垂直転送電極301〜304には、端子311〜314を介して4相の垂直転送パルスが印加され、垂直転送チャネルの電荷が列方向Yに転送される。垂直転送パルスは、垂直転送部32と水平転送部40の間の転送電極305、306にも印加され、垂直転送パルスの1周期毎に、1行分の低感度画素10又は高感度画素20で検出された電荷が、水平転送部40に送られる。垂直転送チャネルへの電荷の読出しは、低感度画素10からの読み出しと高感度画素20からの読み出しとで分けて行われる。低感度画素10からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第1相パルス(端子311に印加される垂直転送パルス)に読出しパルスを重畳させることによって行う。また、高感度画素20からの読み出し時には、垂直電荷転送開始直後の第3相パルス(端子313に印加される垂直転送パルス)に読出しパルスを重畳させることによって行う。
Four-phase vertical transfer pulses are applied to the
1つの垂直転送チャネルは、その垂直転送チャネルが囲む低感度画素10の電荷と、その垂直転送チャネルに隣接する高感度画素10の電荷の転送に共用される。また、垂直転送チャネルの間には、図1の固体撮像素子と同様チャネルストップが形成される。 One vertical transfer channel is shared by the charge of the low-sensitivity pixel 10 surrounded by the vertical transfer channel and the charge of the high-sensitivity pixel 10 adjacent to the vertical transfer channel. Further, a channel stop is formed between the vertical transfer channels as in the solid-state imaging device of FIG.
次に、図3に示す固体撮像素子の駆動について説明する。被写界からの入射光の強度に応じて低感度画素10及び高感度画素20に蓄積された電荷は、別々に読み出される。まず、第3相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳すると、高感度画素20の電荷が垂直転送チャネルに読み出される。そして、垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部50に送られ、電荷量に対応する電圧信号51が出力される。
Next, driving of the solid-state imaging device shown in FIG. 3 will be described. The charges accumulated in the low-sensitivity pixel 10 and the high-
この時、1行分の高感度画素20の電荷が、それぞれの垂直転送チャネルに読み出され、同時に水平転送チャネルに転送されるので、例えば、図3の固体撮像素子における高感度画素20の初段の水平転送においては「GRGRGR・・・GR」の順に出力され、次段の水平転送においては「BGBGBG・・・BG」の順に出力される。
At this time, the charges of the high-
高感度画素20の電荷の転送終了後、低感度画素10の電荷の転送を行う場合は、第1相の垂直転送パルスに読み出しパルスを重畳して、低感度画素10の電荷が垂直転送チャネルに読み出す。そして、読み出された電荷は、同様に垂直転送パルスに応じて垂直転送チャネル内を転送され、水平転送チャネルの所定の領域に保持される。そして、水平転送パルスが印加されると、保持された電荷は、順次出力部50に送られ、電荷量に対応する電圧信号51が出力される。この場合、初段の水平転送においては「rgrgrg・・・rg」の順に出力され、次段の水平転送においては「gbgbgb・・・gb」の順に出力される。
When transferring the charge of the low-sensitivity pixel 10 after the transfer of the charge of the high-
低感度画素10の電荷信号を必要としない場合は、図2の場合と同様省略すればよく、連続して次の画像撮影が可能となるので、動画撮影時には、撮影間隔を短くすることができる。また、垂直転送チャネルが蛇行形状を2つ接続された形状となって幅が広くなっているので、低感度画素10と高感度画素20の行方向Xのピッチを狭くすることができる。
When the charge signal of the low-sensitivity pixel 10 is not required, it can be omitted as in the case of FIG. 2, and the next image can be taken continuously, so that the shooting interval can be shortened during moving image shooting. . In addition, since the vertical transfer channel has a shape in which two meandering shapes are connected and has a wide width, the pitch in the row direction X between the low-sensitivity pixels 10 and the high-
なお、以上の説明では、高感度画素及び低感度画素の色フィルタを、RGBの原色ベイヤー配列としたが、シアン、緑、黄色、マゼンタの市松補色フィルタ配列、あるいはストライプフィルタでもよい。また、画素単位の色フィルタをなくし、3板構成のカラー撮像装置用のものとしてもよい。 In the above description, the color filters of the high-sensitivity pixels and the low-sensitivity pixels are RGB primary color Bayer arrays, but may be cyan, green, yellow, magenta checkered complementary filter arrays, or stripe filters. In addition, the color filter for each pixel may be eliminated, and the color imaging device having a three-plate configuration may be used.
さらに、低感度画素の色フィルタをなくして低感度画素の信号を補間処理に利用することにより、高解像度の画像を得ることも可能である。 Furthermore, it is possible to obtain a high-resolution image by eliminating the color filter of the low-sensitivity pixel and using the signal of the low-sensitivity pixel for the interpolation process.
10・・・低感度画素
20・・・高感度画素
30、31、32・・・垂直転送部
40・・・水平転送部
50・・・出力部
51・・・電圧信号
101〜104、201〜208、301〜304・・・垂直転送電極
105、106、209、210、305,306・・・転送電極
121、122・・・水平転送パルス用端子
111〜114、211〜218、311〜314・・・垂直転送パルス用端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ...
Claims (3)
前記光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタを有し、
前記光電変換素子は、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第1の光電変換素子と、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第2の光電変換素子とを含み、
前記第1の光電変換素子と前記第2の光電変換素子は、同一の配列ピッチで、かつ、互いに配列ピッチの1/2だけ行方向及び列方向にずれた位置に配列されており、
前記第1の光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタと、前記第2の光電変換素子の上方に配列されたカラーフィルタとは、それぞれベイヤー配列となっている固体撮像素子。 A solid-state imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements arranged on a semiconductor substrate surface in a row direction and a column direction orthogonal thereto,
Having a color filter arranged above the photoelectric conversion element;
The photoelectric conversion elements include a first photoelectric conversion element arranged in a square lattice pattern in a row direction and a column direction orthogonal thereto, and a second photoelectric array arranged in a square lattice pattern in a row direction and a column direction orthogonal thereto. A photoelectric conversion element of
The first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are arranged at the same arrangement pitch and at positions shifted in the row direction and the column direction by a half of the arrangement pitch.
The color filter arrayed above the first photoelectric conversion element and the color filter arrayed above the second photoelectric conversion element are solid-state imaging elements each having a Bayer array.
前記第1の光電変換素子は、相対的に高感度の光電変換を行う複数の高感度光電変換素子であり、
前記第2の光電変換素子は、相対的に低感度の光電変換を行う複数の低感度光電変換素子である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The first photoelectric conversion element is a plurality of high-sensitivity photoelectric conversion elements that perform relatively high-sensitivity photoelectric conversion,
The second photoelectric conversion element is a solid-state imaging element that is a plurality of low-sensitivity photoelectric conversion elements that perform relatively low-sensitivity photoelectric conversion.
前記光電変換素子からの電荷を前記列方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部からの電荷を、前記行方向に転送する水平転送部と、
前記水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、
前記垂直転送部は、列方向に配設された複数の前記光電変換素子に対応して前記半導体基板に形成された複数本の垂直転送チャネルと、前記垂直転送チャネルの各々を平面視上交差するように形成された複数本の垂直転送電極と、前記光電変換素子の電荷を前記垂直転送チャネルに読み出す電荷読み出し領域とを含み、
前記垂直転送チャネルは、前記光電変換素子の間を全体として列方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、
前記垂直転送電極は、前記光電変換素子の間を全体として行方向に延在する蛇行形状を呈するものであり、
前記第1の光電変換素子の前記電荷読み出し領域と前記第2の光電変換素子の前記電荷読み出し領域は、互いに異なる前記垂直転送電極に対応した位置に形成されている固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
A vertical transfer unit for transferring charges from the photoelectric conversion elements in the column direction;
A horizontal transfer unit that transfers charges from the vertical transfer unit in the row direction;
An output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred by the horizontal transfer unit,
The vertical transfer unit intersects each of the plurality of vertical transfer channels formed in the semiconductor substrate corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements arranged in the column direction and the vertical transfer channels in plan view. A plurality of vertical transfer electrodes formed as described above, and a charge readout region for reading out the charge of the photoelectric conversion element to the vertical transfer channel,
The vertical transfer channel has a meandering shape extending in the column direction between the photoelectric conversion elements as a whole,
The vertical transfer electrode has a meandering shape extending in the row direction between the photoelectric conversion elements as a whole,
The solid-state imaging device in which the charge readout region of the first photoelectric conversion element and the charge readout region of the second photoelectric conversion element are formed at positions corresponding to the different vertical transfer electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007219688A JP2008016862A (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Solid-state image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007219688A JP2008016862A (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Solid-state image sensor |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002210562A Division JP4139641B2 (en) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | Solid-state image sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008016862A true JP2008016862A (en) | 2008-01-24 |
Family
ID=39073520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007219688A Abandoned JP2008016862A (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Solid-state image sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008016862A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7873271B2 (en) | 2008-09-30 | 2011-01-18 | Fujifilm Corporation | Photography apparatus and photography method |
| US8154620B2 (en) | 2008-09-19 | 2012-04-10 | Fujifilm Corporation | Imaging apparatus and imaging method |
| US10199408B2 (en) | 2015-06-08 | 2019-02-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Imaging device including first and second pixels |
| US11532652B2 (en) | 2014-10-23 | 2022-12-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Imaging device and image acquisition device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000125209A (en) * | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state imaging device and signal reading method |
| JP2000125311A (en) * | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state imaging device |
| JP2004055786A (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid-state image sensor |
-
2007
- 2007-08-27 JP JP2007219688A patent/JP2008016862A/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000125209A (en) * | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state imaging device and signal reading method |
| JP2000125311A (en) * | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state imaging device |
| JP2004055786A (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid-state image sensor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8154620B2 (en) | 2008-09-19 | 2012-04-10 | Fujifilm Corporation | Imaging apparatus and imaging method |
| US7873271B2 (en) | 2008-09-30 | 2011-01-18 | Fujifilm Corporation | Photography apparatus and photography method |
| US11532652B2 (en) | 2014-10-23 | 2022-12-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Imaging device and image acquisition device |
| US10199408B2 (en) | 2015-06-08 | 2019-02-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Imaging device including first and second pixels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4139641B2 (en) | Solid-state image sensor | |
| US9215387B2 (en) | Imaging sensor, imaging apparatus, electronic device, and imaging method with photoelectric conversion elements having different exposure times | |
| JP4951440B2 (en) | Imaging apparatus and solid-state imaging device driving method | |
| US20090059051A1 (en) | Imaging apparatus and driving method for ccd type solid-state imaging device | |
| JP3970185B2 (en) | Solid-state image sensor and digital camera | |
| JP2008016862A (en) | Solid-state image sensor | |
| US7655892B2 (en) | Solid-state imaging device, and method of driving solid-state imaging device | |
| US20090059050A1 (en) | Imaging apparatus and driving method of ccd type solid-state imaging device | |
| JP2008252791A (en) | Driving method and imaging apparatus for CCD solid-state imaging device | |
| JP2009055273A (en) | Solid-state image sensor | |
| JP5124549B2 (en) | Moving image signal readout method and imaging apparatus for solid-state imaging device | |
| US7772665B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP4579072B2 (en) | Solid-state imaging device driving method and solid-state imaging device | |
| JP3704406B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| CN115988299A (en) | Image sensor with shared microlens partially blocking phase focusing and control method thereof | |
| JP2007235888A (en) | Single-plate color solid-state imaging device and imaging apparatus | |
| JP4848349B2 (en) | Imaging apparatus and solid-state imaging device driving method | |
| JP3475084B2 (en) | Imaging device | |
| JP4667268B2 (en) | Solid-state image sensor | |
| JP2009141578A (en) | Solid-state imaging device driving method, signal processing method, and imaging apparatus | |
| JP2003060185A (en) | Solid-state image pickup device and control method therefor | |
| JP4373431B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP5044184B2 (en) | Driving device and driving method of solid-state imaging device | |
| JP5256084B2 (en) | Imaging device and driving method of imaging device | |
| JP2009094397A (en) | CCD type solid-state imaging device and imaging apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071112 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071119 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110726 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110801 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20110829 |