JPH04298078A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH04298078A JPH04298078A JP3106329A JP10632991A JPH04298078A JP H04298078 A JPH04298078 A JP H04298078A JP 3106329 A JP3106329 A JP 3106329A JP 10632991 A JP10632991 A JP 10632991A JP H04298078 A JPH04298078 A JP H04298078A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amount
- charge
- mosfet
- light receiving
- detecting
- 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
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- 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】この発明は、固体撮像素子に関し
、特にその受光部の改良を図った構造に関するものであ
る。
、特にその受光部の改良を図った構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の固体撮像素子の平面構造を
示す。図において、1は光量及び受光時間に比例して、
信号電荷を蓄積する構造を有する受光部で、半導体基板
上に多数配置されている。2は信号電荷を読み出すため
のCCD部、3は読み出しMOSFETで、受光部1と
CCD部2との間に配置され、そのソースは受光部1に
、そのドレインはCCD部2にそれぞれ接続されている
。4はCCD部2の出力側に接続され、信号電荷に比例
した電圧を外部に出力する増幅器である。5は受光部1
に蓄積した過剰な信号電荷を掃き出すための掃き出しド
レイン、6は掃き出しFETで、そのソースは受光部1
に接続されており、そのドレインは掃き出しドレイン5
にそれぞれ接続されている。
示す。図において、1は光量及び受光時間に比例して、
信号電荷を蓄積する構造を有する受光部で、半導体基板
上に多数配置されている。2は信号電荷を読み出すため
のCCD部、3は読み出しMOSFETで、受光部1と
CCD部2との間に配置され、そのソースは受光部1に
、そのドレインはCCD部2にそれぞれ接続されている
。4はCCD部2の出力側に接続され、信号電荷に比例
した電圧を外部に出力する増幅器である。5は受光部1
に蓄積した過剰な信号電荷を掃き出すための掃き出しド
レイン、6は掃き出しFETで、そのソースは受光部1
に接続されており、そのドレインは掃き出しドレイン5
にそれぞれ接続されている。
【0003】図3は図4の点線αに示す部分の断面図で
ある。図中、7はP型シリコン基板、8はP型シリコン
基板7の一主面に形成されたn型層で、シリコン基板7
とn型層8の境界が受光部1に相当する。また、9は酸
化膜、10は保護膜を示す。
ある。図中、7はP型シリコン基板、8はP型シリコン
基板7の一主面に形成されたn型層で、シリコン基板7
とn型層8の境界が受光部1に相当する。また、9は酸
化膜、10は保護膜を示す。
【0004】図5は固体撮像素子の動作を示すタイミン
グチャートである。図中、横軸は時間の経過を表わす。 11は読み出しMOSFET3のゲートに加えられるク
ロックであり、12はクロック11の“H”状態の時間
幅tR を示す。13は掃き出しMOSFET6のゲー
トに加えられるクロックであり、14はクロック13の
“H”状態の時間幅tS を示す。15はCCD部2の
動作で、16は転送状態を示す。17は1サイクル時間
TC を示す。なお、18は読み出しMOSFETがオ
フ状態になった後に、掃き出しMOSFET6がオン状
態になるまでの時間tn ,19は掃き出しMOSFE
T6がオフ状態になった後に読み出しMOSFETがオ
ン状態になるまでの時間ta をそれぞれに示す。
グチャートである。図中、横軸は時間の経過を表わす。 11は読み出しMOSFET3のゲートに加えられるク
ロックであり、12はクロック11の“H”状態の時間
幅tR を示す。13は掃き出しMOSFET6のゲー
トに加えられるクロックであり、14はクロック13の
“H”状態の時間幅tS を示す。15はCCD部2の
動作で、16は転送状態を示す。17は1サイクル時間
TC を示す。なお、18は読み出しMOSFETがオ
フ状態になった後に、掃き出しMOSFET6がオン状
態になるまでの時間tn ,19は掃き出しMOSFE
T6がオフ状態になった後に読み出しMOSFETがオ
ン状態になるまでの時間ta をそれぞれに示す。
【0005】次に動作について説明する。読み出しMO
SFET3をオン状態12にすることにより信号電荷を
CCD部2へ転送する。CCD部2は転送された全ての
信号電荷を増幅器4へ順次転送する。また、この間に掃
き出しMOSFET6をオン状態にし、tn 間に蓄積
した電荷を掃き出しドレイン5を通して外部へ排出する
。
SFET3をオン状態12にすることにより信号電荷を
CCD部2へ転送する。CCD部2は転送された全ての
信号電荷を増幅器4へ順次転送する。また、この間に掃
き出しMOSFET6をオン状態にし、tn 間に蓄積
した電荷を掃き出しドレイン5を通して外部へ排出する
。
【0006】次に、図6を用いて、TC 間に受光部1
に蓄積される信号電荷量の変化について説明する。図中
、横軸は時間経過を表わし、縦軸は蓄積電荷量を表わす
。 12,14,18,19は図5と同一部分を示す。まず
、tR 間に、それ以前に蓄積した信号電荷を全てCC
D部2へ転送する。次にtn 間に電荷は蓄積されるが
、tS 間に掃き出しドレイン5を通して過剰電荷とし
て排出される。よって、ta 間に蓄積された電荷が信
号電荷としてCCD部2へ転送される。
に蓄積される信号電荷量の変化について説明する。図中
、横軸は時間経過を表わし、縦軸は蓄積電荷量を表わす
。 12,14,18,19は図5と同一部分を示す。まず
、tR 間に、それ以前に蓄積した信号電荷を全てCC
D部2へ転送する。次にtn 間に電荷は蓄積されるが
、tS 間に掃き出しドレイン5を通して過剰電荷とし
て排出される。よって、ta 間に蓄積された電荷が信
号電荷としてCCD部2へ転送される。
【0007】上記に示した過剰電荷を排出する動作は光
量が多い場合に非常に有効である。受光部1は光量及び
受光時間に比例した信号電荷量を与える機構を有してい
るが、信号電荷量が飽和量に達すると上記の比例関係が
失われ、一定の飽和電荷量となってしまう。このため過
剰電荷を掃き出しMOSFET6により排出することに
より、再び比例関係を回復することができる。よって、
tn ,ta の時間配分を適切に行えば、常に検出器
を飽和させることなく正常に動作させることができる。 しかし、急激に光量が多くなった場合、信号電荷量は容
易に飽和電荷量に達してしまう。また従来装置では信号
電荷量を出力部4を介してしか検知することができない
ため、検出器が飽和することを避けるためにtn ,t
a の時間配分を素早く最適化することができなかった
。
量が多い場合に非常に有効である。受光部1は光量及び
受光時間に比例した信号電荷量を与える機構を有してい
るが、信号電荷量が飽和量に達すると上記の比例関係が
失われ、一定の飽和電荷量となってしまう。このため過
剰電荷を掃き出しMOSFET6により排出することに
より、再び比例関係を回復することができる。よって、
tn ,ta の時間配分を適切に行えば、常に検出器
を飽和させることなく正常に動作させることができる。 しかし、急激に光量が多くなった場合、信号電荷量は容
易に飽和電荷量に達してしまう。また従来装置では信号
電荷量を出力部4を介してしか検知することができない
ため、検出器が飽和することを避けるためにtn ,t
a の時間配分を素早く最適化することができなかった
。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像素子は
前記のように構成されているので、信号電荷量が飽和電
荷量に達してしまってもCCD部2を介して出力信号を
調べるまで検出器が飽和したことを検知することができ
ないという問題点があった。
前記のように構成されているので、信号電荷量が飽和電
荷量に達してしまってもCCD部2を介して出力信号を
調べるまで検出器が飽和したことを検知することができ
ないという問題点があった。
【0009】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受光部の信号電荷量をCCD部
を介することなくリアルタイムに検知することができる
固体撮像素子を得ることを目的とする。
ためになされたもので、受光部の信号電荷量をCCD部
を介することなくリアルタイムに検知することができる
固体撮像素子を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る固体撮像
素子は、受光部が形成された基板に蓄積電荷量検知用の
トランジスタを形成し、当該トランジスタのゲートと受
光部を接続した構造を有するものである。
素子は、受光部が形成された基板に蓄積電荷量検知用の
トランジスタを形成し、当該トランジスタのゲートと受
光部を接続した構造を有するものである。
【0011】また、蓄積電荷量検知用のトランジスタに
、該トランジスタにより駆動され、ゲート電位が最大と
なる画素を検出してその電荷蓄積量を読出す周辺回路を
接続するようにしたものである。
、該トランジスタにより駆動され、ゲート電位が最大と
なる画素を検出してその電荷蓄積量を読出す周辺回路を
接続するようにしたものである。
【0012】
【作用】この発明においては、基板に形成したトランジ
スタにより、検出器の電荷量に応じた電圧をリアルタイ
ムで検知できる。
スタにより、検出器の電荷量に応じた電圧をリアルタイ
ムで検知できる。
【0013】また、周辺回路によりゲート電位が最大と
なる画素を検出できるので、電子シャッタと組合わせる
ことより、露出を最適に制御できる。
なる画素を検出できるので、電子シャッタと組合わせる
ことより、露出を最適に制御できる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の一実施例による固体撮像素子を
示す。図中、7〜10は図3に示す従来装置と同様ある
いは相当する部分である。22はこの発明によるところ
の蓄積電荷量検知用のMOSFETで、20は当該MO
SFETのゲート、21はゲートと受光部1のn型層8
とを接続する金属配線を示す。
する。図1はこの発明の一実施例による固体撮像素子を
示す。図中、7〜10は図3に示す従来装置と同様ある
いは相当する部分である。22はこの発明によるところ
の蓄積電荷量検知用のMOSFETで、20は当該MO
SFETのゲート、21はゲートと受光部1のn型層8
とを接続する金属配線を示す。
【0015】次に蓄積電荷量を検知し外部へ伝達する回
路について説明する。図2において、1〜6は図4にお
ける同等あるいは相当部分を示す。22は図1に示すと
ころの蓄積電荷量検知用MOSFETである。23は蓄
積電荷量検知用MOSFET22の状態を外部へ伝達す
るための周辺回路で、P型シリコン基板7上に形成され
ている。24は周辺回路23に電力を供給するための電
源電圧端子であり、正電位が印加されている。25は出
力端子を示す。26は周辺回路23を構成する周辺回路
抵抗、27は周辺回路MOSFETを示す。抵抗の一端
及び周辺回路MOSFET27のドレインは電源電圧端
子24に接続され、周辺回路抵抗26の他端と周辺回路
MOSFET27のゲートは蓄積電荷量検知用MOSF
ET22のドレインに接続されている。なお、周辺回路
MOSFET27のソースは出力端子25に接続され、
蓄積電荷量検知用MOSFET22のソースはP型シリ
コン基板7に接地されている。
路について説明する。図2において、1〜6は図4にお
ける同等あるいは相当部分を示す。22は図1に示すと
ころの蓄積電荷量検知用MOSFETである。23は蓄
積電荷量検知用MOSFET22の状態を外部へ伝達す
るための周辺回路で、P型シリコン基板7上に形成され
ている。24は周辺回路23に電力を供給するための電
源電圧端子であり、正電位が印加されている。25は出
力端子を示す。26は周辺回路23を構成する周辺回路
抵抗、27は周辺回路MOSFETを示す。抵抗の一端
及び周辺回路MOSFET27のドレインは電源電圧端
子24に接続され、周辺回路抵抗26の他端と周辺回路
MOSFET27のゲートは蓄積電荷量検知用MOSF
ET22のドレインに接続されている。なお、周辺回路
MOSFET27のソースは出力端子25に接続され、
蓄積電荷量検知用MOSFET22のソースはP型シリ
コン基板7に接地されている。
【0016】次に動作について説明する。本実施例は受
光部1に蓄積電荷量検知用のMOSFET22のゲート
が接続されており、このMOSFET22により受光部
の蓄積電荷量をリアルタイムで検知することができる。 信号電荷を読み出した直後、受光部1は一定の正電位に
リセットされる。この時、蓄積電荷量検知用MOSFE
T22のソース・ドレイン間はローインピーダンス状態
である。受光部1に電荷が蓄積されるに従って、受光部
1の電位は低下するため、蓄積電荷量検知用MOSFE
T22のソース・ドレイン間はハイインピーダンス状態
になる。周辺回路MOSFET27のゲート電位は高く
なるが、全ての周辺回路MOSFET27のソースが出
力端子25に接続されているため、全ての周辺回路MO
SFET27の中でオン状態になるのは、最もゲート電
位が高いFETのみであり、他の周辺回路MOSFET
27はオフ状態である。従って、出力端子25の電位は
そのゲート電位の最も高い周辺回路MOSFET27の
ゲート電位に応じてアナログ的に変化する。即ち、周辺
回路23は全ての受光部1の中で最も蓄積電荷量が多い
ものを選択し、それに応じた電位を出力端子25より出
力することが可能である。
光部1に蓄積電荷量検知用のMOSFET22のゲート
が接続されており、このMOSFET22により受光部
の蓄積電荷量をリアルタイムで検知することができる。 信号電荷を読み出した直後、受光部1は一定の正電位に
リセットされる。この時、蓄積電荷量検知用MOSFE
T22のソース・ドレイン間はローインピーダンス状態
である。受光部1に電荷が蓄積されるに従って、受光部
1の電位は低下するため、蓄積電荷量検知用MOSFE
T22のソース・ドレイン間はハイインピーダンス状態
になる。周辺回路MOSFET27のゲート電位は高く
なるが、全ての周辺回路MOSFET27のソースが出
力端子25に接続されているため、全ての周辺回路MO
SFET27の中でオン状態になるのは、最もゲート電
位が高いFETのみであり、他の周辺回路MOSFET
27はオフ状態である。従って、出力端子25の電位は
そのゲート電位の最も高い周辺回路MOSFET27の
ゲート電位に応じてアナログ的に変化する。即ち、周辺
回路23は全ての受光部1の中で最も蓄積電荷量が多い
ものを選択し、それに応じた電位を出力端子25より出
力することが可能である。
【0017】このように、本実施例によれば、蓄積電荷
量検知用MOSFET22をそのゲートが受光部1に接
続されるように形成し、かつ蓄積電荷量検知用MOSF
ETにより駆動されるMOSFETと抵抗からなる周辺
回路により、全ての受光部1の中で最も蓄積電荷量が多
いものを選択するようにしたので、受光部の蓄積電荷量
のうちの最大のものをリアルタイムに検知でき、飽和す
る直前の蓄積電荷量を容易に検出できる。また電子シャ
ッタと組み合わせることにより、蓄積電荷量を読み出す
ことなしに露光時間を最適化できる。
量検知用MOSFET22をそのゲートが受光部1に接
続されるように形成し、かつ蓄積電荷量検知用MOSF
ETにより駆動されるMOSFETと抵抗からなる周辺
回路により、全ての受光部1の中で最も蓄積電荷量が多
いものを選択するようにしたので、受光部の蓄積電荷量
のうちの最大のものをリアルタイムに検知でき、飽和す
る直前の蓄積電荷量を容易に検出できる。また電子シャ
ッタと組み合わせることにより、蓄積電荷量を読み出す
ことなしに露光時間を最適化できる。
【0018】ところで、上記説明では、受光部1を1次
元的に配した構造について説明したが、2次元的に配し
た場合についても同様である。また、蓄積電荷量検知用
トランジスタにn型MOSFETを用いたが、受光部1
電位に応じた電位を供給できるトランジスタであるなら
ば、P型MOSFETを用いてもよく、さらに周辺回路
については蓄積電荷に応じて出力が変化するものであれ
ばどのような回路構成のものでもよい。
元的に配した構造について説明したが、2次元的に配し
た場合についても同様である。また、蓄積電荷量検知用
トランジスタにn型MOSFETを用いたが、受光部1
電位に応じた電位を供給できるトランジスタであるなら
ば、P型MOSFETを用いてもよく、さらに周辺回路
については蓄積電荷に応じて出力が変化するものであれ
ばどのような回路構成のものでもよい。
【0019】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る固体撮像
素子によれば、受光部が形成された半導体基板上に蓄積
電荷検知用のトランジスタを形成するとともに、かつそ
のゲートが受光部に接続されるようにするようにしたの
で、受光部に蓄積した電荷をリアルタイムに検知するこ
とができ、電荷蓄積時間の最適化を図ることが可能とな
る。
素子によれば、受光部が形成された半導体基板上に蓄積
電荷検知用のトランジスタを形成するとともに、かつそ
のゲートが受光部に接続されるようにするようにしたの
で、受光部に蓄積した電荷をリアルタイムに検知するこ
とができ、電荷蓄積時間の最適化を図ることが可能とな
る。
【0020】また、蓄積電荷量検知用のトランジスタに
、該トランジスタにより駆動され、ゲート電位が最大と
なる画素を検出してその電荷蓄積量を読出す周辺回路を
接続するようにしたので、電子シャッタと組合わせるこ
とにより、露出を最適に制御できる効果がある。
、該トランジスタにより駆動され、ゲート電位が最大と
なる画素を検出してその電荷蓄積量を読出す周辺回路を
接続するようにしたので、電子シャッタと組合わせるこ
とにより、露出を最適に制御できる効果がある。
【図1】本発明の一実施例を示す要部断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す配線図である。
【図3】従来の固体撮像素子の要部断面図である。
【図4】固体撮像素子の平面図である。
【図5】固体撮像素子の動作を示すタイミングチャート
図である。
図である。
【図6】1サイクル間における蓄積電荷量の変化を示す
図である。
図である。
1 受光部
2 CCD部
3 読み出しMOSFET
4 増幅器
5 掃き出しドレイン
6 掃き出しMOSFET
7 P型シリコン基板
8 n型拡散層
9 酸化膜
10 保護膜
11 読み出しMOSFETの動作
12 読み出しMOSFETがオン状態になるタイミ
ング及び時間 13 掃き出しMOSFETの動作 14 掃き出しMOSFETがオン状態になるタイミ
ング及び時間 15 CCD部の動作 16 CCD部が転送状態になるタイミング及び時間
17 1サイクル時間 18 過剰電荷が蓄積される時間 19 信号電荷が蓄積される時間 20 本発明による蓄積電荷量検知用MOSFETの
ゲート 21 蓄積電荷量検知用MOSFETのゲートと受光
部を接続する金属配置 22 蓄積電荷量検知用MOSFET23 周辺回
路 24 周辺回路の電源電圧端子 25 周辺回路の出力端子 26 周辺回路の抵抗 27 周辺回路のMOSFET
ング及び時間 13 掃き出しMOSFETの動作 14 掃き出しMOSFETがオン状態になるタイミ
ング及び時間 15 CCD部の動作 16 CCD部が転送状態になるタイミング及び時間
17 1サイクル時間 18 過剰電荷が蓄積される時間 19 信号電荷が蓄積される時間 20 本発明による蓄積電荷量検知用MOSFETの
ゲート 21 蓄積電荷量検知用MOSFETのゲートと受光
部を接続する金属配置 22 蓄積電荷量検知用MOSFET23 周辺回
路 24 周辺回路の電源電圧端子 25 周辺回路の出力端子 26 周辺回路の抵抗 27 周辺回路のMOSFET
Claims (2)
- 【請求項1】 受光により信号電荷を発生する受光部
と、当該信号電荷を転送する電荷転送部とを半導体基板
の一主面上に配列してなる構造を有する固体撮像素子に
おいて、上記各画素の受光部と同一半導体基板上に蓄積
電荷量検知用トランジスタが形成され、該蓄積電荷量検
知用トランジスタのゲートが上記各画素に接続された構
造を有することを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項2】上記蓄積電荷量検知用トランジスタには、
該トランジスタにより駆動され、ゲート電位が最大とな
る画素を検出しその電荷蓄積量を読出す周辺回路が接続
されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3106329A JPH04298078A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3106329A JPH04298078A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298078A true JPH04298078A (ja) | 1992-10-21 |
Family
ID=14430866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3106329A Pending JPH04298078A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04298078A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9233455B2 (en) | 2010-12-02 | 2016-01-12 | Fuji Electric Co., Ltd. | Chucking device and chucking method |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP3106329A patent/JPH04298078A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9233455B2 (en) | 2010-12-02 | 2016-01-12 | Fuji Electric Co., Ltd. | Chucking device and chucking method |
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