JP2668883B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2668883B2 JP62184177A JP18417787A JP2668883B2 JP 2668883 B2 JP2668883 B2 JP 2668883B2 JP 62184177 A JP62184177 A JP 62184177A JP 18417787 A JP18417787 A JP 18417787A JP 2668883 B2 JP2668883 B2 JP 2668883B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばビデオカメラ、電子スチルカメラ等
に使用して好適な電子シャッタ機能を有する固体撮像装
置、特にこの電子シャッタ機能を絞り制御(光量調整)
に利用するようにした固体撮像装置に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、電子シャッタ機能を用いて電気的に絞り制
御するようにした固体撮像装置において、受光時のシャ
ッタ速度の決定を、それ以前の複数フィールドの平均光
強度により行うことにより、画面に生じるフリッカーを
減少するようにしたものである。 〔従来の技術〕 従来、メカニカルシャッタを用いずに、電気的に露出
時間を制御するようになされた所謂可変電子シャッタ機
能を有した固体撮像装置が提案されている。この固体撮
像装置としては、例えば、第1導電型の半導体基板上に
第2導電型の領域を形成すると共に、この第2導電型領
域上に受光部、垂直シフトレジスタ部、水平シフトレジ
スタ部及び出力部を設け、半導体基板に印加する電圧を
制御し、1フィールド期間のうち初期から所定時点まで
の期間t1に受光部に蓄積された信号電荷を半導体基板に
掃き出させ、1フィールド期間の残りの期間t2に受光部
に蓄積された信号電荷を読みだすようになし、その期間
t1を可変制御することによって露出時間(すなわち電子
シャッタ速度)t2の制御を行うようにしている。そし
て、近時、このような電子シャッタ機能を用いて電気的
に絞り制御を行い、レンズの機械的な絞り機能を省略し
ようとすることが試みられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 一方、本出願人は、先に受光部に蓄積された信号電荷
を掃き出させて露出時間即ち電子シャッタ速度の制御を
行う固体撮像装置において、水平ブランキング期間に信
号電荷を掃き出させて電子シャッタ速度を制御する方式
を提案している。 このような電子シャッタ機能を絞り制御に用いる場合
は第4図に示すように行われる。すなわち、第4図にお
いて、(1)はレンズ系及びCCD固体撮像素子を備えた
カメラ部、(2)はCCD固体撮像素子からのCCD出力信号
を信号処理して映像出力を得るための信号処理回路、
(3)はCCD固体撮像素子を駆動するための駆動回路、
(5)は被写体を示す。今、n番目のフィールドを受光
しており、その受光時の絞りを制御する場合は、信号処
理回路(2)からの例えばn−2番目のフィールドの平
均光量すなわち輝度信号に基づいて駆動回路(3)にお
いて電子シャッタ速度が決定され、駆動回路(3)から
その電子シャッタ速度に応じた信号がカメラ部(1)の
CCD固体撮像素子に与えられ、受光されているn番のフ
ィールドの絞り制御がなされる。この場合、水平ブラン
キング期間に信号電荷を掃き出す方式では、電子シャッ
タ速度の刻みがデジタル的となる。 ところで、例えば第5図Aの示す如く被写体の光強度
が変化した時、電子シャッタ速度は所定の光強度毎に変
わるため例えば第5図Aの或るしきい値aで電子シャッ
タ速度が変わるとすると第5図Bに示すように光強度が
しき値aより小であれば電子シャッタ速度がVbとなり、
光強度がしき値aより大であれば電子シャッタ速度はVa
となり、従って電子シャッタ速度が短時間に数回切り替
り、その結果、CCD出力信号が第5図Cに示す如くな
り、フリッカーが生じてしまう。 本発明は、上述の点に鑑み、電子シャッタ機能を絞り
制御に用いる場合、被写体の光強度変化によっても画面
にフリッカーが生ずるを低減することができる固体撮像
装置を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 第1の導電型の半導体基板の表面側に形成された第2
の導電型の領域と、該第2の導電型の領域の表面側に形
成された信号電荷蓄積領域とを有し、上記第1の導電型
の半導体基板に所定電圧を印加して上記信号電荷蓄積領
域に蓄積された信号電荷を上記第1の導電型の半導体基
板に掃き出させる電子シャッタ機能を用いて電気的に絞
り制御し、該電子シャッタ動作を水平ブランキング期間
に行う固体撮像装置において、受光時の電子シャッタ速
度を、それ以前の複数フィールドの平均光強度により決
定するようになす。 〔作用〕 電荷を基板に掃き出させる所謂縦形オーバーフロー構
造の電子シャッタ機能を用いて電気的に絞り制御し、電
子シャッタ動作を水平ブランキング期間に行う固体撮像
装置において、電子シャッタ速度を決める為の光強度を
それ以前の複数フィールドの平均光強度とすることによ
り、被写体の光強度に変化があった時にも、フリッカー
が減少する。 〔実施例〕 以下、第1図及び第2図を用いて本発明による固体撮
像装置の実施例を説明する。 先ず、第2図を用いて電子シャッタ機能を有する固体
撮像素子の一例を説明する。本例においてはN型シリコ
ン基板(14)上に受光部(17)、垂直シフトレジスタ部
(18)、水平シフトレジスタ部(図示せず)及び出力部
(図示せず)を設け、所謂インターライン転送方式のCC
D固体撮像素子として構成する。この場合、N型シリコ
ン基板(14)の表面側にP型領域(15)を形成すると共
に、更にこのP型領域(15)の表面側にN-型領域(19)
を形成する。そして、受光部(7)は、このN-型領域
(19)の表面領域に浅いP++型領域(20)を形成し、こ
のP++型領域(20)の下方に信号電荷蓄積領域を構成す
るN+型領域(16)を形成することによって構成する。ま
た、P++型領域(20)及びN+型領域(16)に隣接してチ
ャンネルストップ分を構成するP+型領域(21)を形成す
る。(22)はSiO2による絶縁層である。垂直シフトレジ
スタ部(18)は、信号電荷転送領域を構成するN+型領域
(24)を形成すると共にこのN+型領域(24)上にSiO2
りなる絶縁層(12)及びSi3N4よりなる絶縁層(25)を
介して多結晶シリコンよりなる転送電極(26)を形成す
ることによって構成する。この場合、信号電荷転送領域
を構成するN+型領域(24)の下方にスミアを防止するた
めのP型領域(27)を形成する。また、受光部(17)と
垂直シフトレジスタ部(18)間には受光部(17)の信号
電荷を垂直シフトレジスタ部(18)へ読み出すための読
み出しゲート部(29)を設ける。この読み出しゲート部
(29)はチャンネル領域を構成するP型領域(23)上に
絶縁層(12)及び(15)を介してゲート電極(30)を形
成して構成する。この例ではゲート電極(30)は転送電
極(26)と共通に多結晶シリコンにて形成する。受光部
(17)を除いて読み出しゲート部(29)、垂直シフトレ
ジスタ部(18)及びチャンネルストップ部上には絶縁層
(22)を介して遮光用のアルミニウム層(28)を設け
る。尚、この第2図には1個の転送電極(26)のみを示
しているが、この例では4相駆動方式により垂直シフト
レジスタ部(18)を駆動するように転送電極を配置す
る。また、水平シフトレジスタ部及び出力部については
図示せざるも、従来周知の様に構成する。 本例ではN型シリコン基板(14)に、63.5msec毎に設
定される水平ブランキング期間のうち任意に選択された
水平ブランキング期間に同期した基板パルス(Ps)を印
加し、それまで信号電荷蓄積領域(16)に蓄積していた
信号電荷をN型シリコン基板(14)に掃き出す様にす
る。これによって、第3図に示すように基板パネル(P
s)が印加された時刻から読み出しパルス(P1)までの
間が露出時t2となり所謂電子シャッタ速度が設定され
る。第3図Cは水平ブランキングパルスである。 第1図は本実施例による固体撮像装置の構成図であ
る。(1)はレンズ系及び例えば第2図に示すCCD固体
撮像素子(32)を備えたカメラ部、(2)はCCD固体撮
像素子(32)からのCCD出力信号を信号処理して映像出
力を得るための信号処理回路、(3)はCCD固体撮像素
子(32)を駆動するための駆動回路、(4)はシフトレ
ジスタ、(5)は被写体を示す。 本例においては、n番目のフィールドを受光している
とすると、信号処理回路(2)からの例えばn−2,n−
3,…n−k番目のフィールドの光量すなわち輝度信号を
順次シフトレジスタ(4)に供給し、且つこれより同時
に駆動回路(3)に供給し、駆動回路(3)内でこのn
−2,n−3,…n−k番目のフィールド(即ちk−1個の
フィールド)の光量を積分し平均して受光しているn番
目のフィールドの電子シャッタ速度を決定する。すなわ
ち、k−1個のフィールドの平均光量に応じて選択され
た水平ブランキング期間に同期した基板パルス(Ps)を
得て、この基板パルス(Ps)をカメラ部(1)のCCD固
体撮像素子(32)のN型シリコン基板(14)に供給する
ようになされる。これによってn番目のフィールドの受
光時の絞りが制御される。そして、次のn+1番目のフ
ィールドの受光時の電子シャッタ速度は、n−1,n−2,
…n−(k−1)番目のフィールド(k−1個のフィー
ルド)の光量を積分し平均して決定するようになし、以
後同時にして電子シャッタ速度が決定される。 かかる構成によれば、受光時の電子シャッタ速度を、
それ以前の複数フィールド分例えば3〜4フィールド分
(数10〜数100msec)の平均光強度によって決定するこ
とにより、この電子シャッタ機能を絞り制御に利用した
場合において、被写体(5)の光強度に変化があったと
きにもフリッカーの発生を減少することができ、画質を
改善することができる。 尚、カメラ部(1)に別体に光量センサを設けて、こ
の光量センサで得られる光量に基づいて電子シャッタ速
度を決定し、駆動回路(3)を通じて受光時の電子シャ
ッタ速度を制御するような場合にも、本発明は適用でき
る。 又、上例ではCCD固体撮像素子として第2図に示す構
造を示したが、これに限ることなく、可変電子シャッタ
機能を有するCCD固体撮像素子であればどのように構成
の固体撮像素子をも用いることができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、電荷を基板に掃き出させる所謂縦形
オーバーフロー構造の電子シャッタ機能を利用して電気
的に絞り制御し、電子シャッタ動作を水平ブランキング
期間に行うようにした固体撮像装置において、受光時の
電子シャッタ速度をそれ以前の複フィールドの平均光強
度により決定することにより、被写体の光強度に変化が
あったときにもフリッカーを減少することができ、画質
を向上することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a solid-state imaging device having an electronic shutter function suitable for use in, for example, a video camera, an electronic still camera, and the like. Light intensity adjustment)
The present invention relates to a solid-state imaging device that is used for a solid-state imaging device. SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, in a solid-state imaging device in which aperture control is electrically performed using an electronic shutter function, a shutter speed at the time of light reception is determined based on an average light intensity of a plurality of fields before the light reception. Thus, flicker generated on the screen is reduced. [Prior Art] Conventionally, there has been proposed a solid-state imaging device having a so-called variable electronic shutter function in which an exposure time is electrically controlled without using a mechanical shutter. As this solid-state imaging device, for example, a region of a second conductivity type is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a light receiving unit, a vertical shift register unit, a horizontal shift register unit, the output unit is provided to control the voltage applied to the semiconductor substrate, thereby swept out the signal charges accumulated in the light receiving unit from the initial of one field period in the period t 1 until a predetermined time in a semiconductor substrate, of one field period None remainder of t 2 to read the signal charges accumulated in the light receiving unit, the period
and to perform the exposure time (i.e. electronic shutter speed) control of t 2 by variably controlling the t 1. Recently, attempts have been made to electrically control the aperture using such an electronic shutter function and to omit the mechanical aperture function of the lens. [Problems to be Solved by the Invention] On the other hand, the present applicant has proposed a horizontal blanking in a solid-state imaging device that controls the exposure time, that is, the electronic shutter speed by sweeping out signal charges previously accumulated in the light receiving unit. A method of controlling the electronic shutter speed by sweeping out signal charges during a period has been proposed. When such an electronic shutter function is used for aperture control, it is performed as shown in FIG. That is, in FIG. 4, (1) is a camera unit having a lens system and a CCD solid-state imaging device, and (2) is a signal processing for obtaining a video output by performing signal processing on a CCD output signal from the CCD solid-state imaging device. circuit,
(3) is a driving circuit for driving the CCD solid-state imaging device,
(5) indicates a subject. Now, when the n-th field is received and the aperture at the time of the light reception is to be controlled, for example, the driving circuit ( In 3), the electronic shutter speed is determined, and a signal corresponding to the electronic shutter speed is output from the driving circuit (3) to the camera unit (1).
The aperture control of the n-th field which is given to the CCD solid-state imaging device and received is performed. In this case, in the method of sweeping out signal charges during the horizontal blanking period, the electronic shutter speed is digital. By the way, for example, when the light intensity of the subject changes as shown in FIG. 5A, the electronic shutter speed changes at every predetermined light intensity. For example, when the electronic shutter speed changes at a certain threshold a in FIG. 5A. Then, as shown in FIG. 5B, if the light intensity is smaller than the threshold value a, the electronic shutter speed becomes Vb,
If the light intensity is larger than the threshold value a, the electronic shutter speed is Va
Therefore, the electronic shutter speed is switched several times in a short time. As a result, the CCD output signal becomes as shown in FIG. 5C, and flicker occurs. In view of the above points, the present invention provides a solid-state imaging device that can reduce the occurrence of flicker on the screen even when the light intensity of a subject changes when the electronic shutter function is used for aperture control. [Means for Solving the Problems] The second conductive layer formed on the front surface side of the semiconductor substrate of the first conductivity type
And a signal charge storage region formed on the surface side of the second conductivity type region, and applying a predetermined voltage to the first conductivity type semiconductor substrate to generate the signal charge In a solid-state imaging device in which a diaphragm is electrically controlled using an electronic shutter function for sweeping out signal charges accumulated in an accumulation region to the semiconductor substrate of the first conductivity type and the electronic shutter operation is performed during a horizontal blanking period. The electronic shutter speed at the time of light reception is determined by the average light intensity of a plurality of fields before that. [Operation] For determining the electronic shutter speed in a solid-state imaging device that electronically controls the aperture using an electronic shutter function of a so-called vertical overflow structure that sweeps out electric charges to a substrate and performs an electronic shutter operation in a horizontal blanking period. By setting the light intensity to the average light intensity of a plurality of previous fields, flicker is reduced even when the light intensity of the subject changes. Embodiment An embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. First, an example of a solid-state imaging device having an electronic shutter function will be described with reference to FIG. In this example, a light receiving section (17), a vertical shift register section (18), a horizontal shift register section (not shown) and an output section (not shown) are provided on an N-type silicon substrate (14). Transfer method CC
It is configured as a D solid-state imaging device. In this case, a P-type region (15) is formed on the surface side of the N-type silicon substrate (14), and an N - type region (19) is further formed on the surface side of the P-type region (15).
To form Then, the light receiving portion (7), the N - type region (19) of the P ++ type region (20) is formed shallow in the surface region of the signal charge storage region below the P ++ type region (20) Is formed by forming an N + type region (16). Further, to form a P ++ type region (20) P + -type regions forming the channel stop component adjacent to and N + -type region (16) (21). (22) is an insulating layer made of SiO 2 . The vertical shift register section (18) forms an N + -type region (24) constituting a signal charge transfer region, and has an insulating layer (12) made of SiO 2 and Si 3 N on the N + -type region (24). It is configured by forming a transfer electrode (26) made of polycrystalline silicon via an insulating layer (25) made of ( 4 ). In this case, a P-type region (27) for preventing smear is formed below the N + -type region (24) constituting the signal charge transfer region. Further, a read gate unit (29) for reading the signal charges of the light receiving unit (17) to the vertical shift register unit (18) is provided between the light receiving unit (17) and the vertical shift register unit (18). The read gate unit (29) is formed by forming a gate electrode (30) on a P-type region (23) constituting a channel region via insulating layers (12) and (15). In this example, the gate electrode (30) is formed of polycrystalline silicon in common with the transfer electrode (26). Except for the light receiving section (17), a light shielding aluminum layer (28) is provided on the read gate section (29), the vertical shift register section (18), and the channel stop section via an insulating layer (22). Although FIG. 2 shows only one transfer electrode (26), in this example, the transfer electrodes are arranged so as to drive the vertical shift register section (18) by a four-phase drive system. The horizontal shift register unit and the output unit are not shown, but are configured as conventionally known. In this example, a substrate pulse (Ps) synchronized with a horizontal blanking period arbitrarily selected from among the horizontal blanking periods set every 63.5 msec is applied to the N-type silicon substrate (14), and the signal charge until then. The signal charges accumulated in the accumulation region (16) are swept out to the N-type silicon substrate (14). As a result, as shown in FIG. 3, the substrate panel (P
s) there is between the applied time until the read pulse (P 1) becomes a so-called electronic shutter speed exposure time t 2 is set. FIG. 3C shows a horizontal blanking pulse. FIG. 1 is a configuration diagram of the solid-state imaging device according to the present embodiment. (1) is a camera unit having a lens system and, for example, a CCD solid-state imaging device (32) shown in FIG. 2, and (2) is a signal processing device that processes a CCD output signal from the CCD solid-state imaging device (32) to output a video output. A signal processing circuit for obtaining the signal, (3) a driving circuit for driving the CCD solid-state imaging device (32), (4) a shift register, and (5) a subject. In this example, assuming that the n-th field is received, for example, n−2, n− from the signal processing circuit (2).
3,... The light quantity of the (nk) th field, that is, the luminance signal is sequentially supplied to the shift register (4), and simultaneously supplied to the drive circuit (3).
.., N-3,... Nk-th field (i.e., k-1 fields) are integrated and averaged to determine the electronic shutter speed of the n-th received field. That is, a substrate pulse (Ps) synchronized with the horizontal blanking period selected according to the average light amount of the k-1 fields is obtained, and the substrate pulse (Ps) is obtained by the CCD solid-state imaging device of the camera unit (1). The N-type silicon substrate (14) of (32) is supplied. This controls the aperture at the time of light reception in the n-th field. Then, the electronic shutter speed at the time of light reception in the next (n + 1) th field is n−1, n−2,
... The amount of light of the n- (k-1) th field (k-1 fields) is integrated and determined by averaging, and thereafter, the electronic shutter speed is determined simultaneously. According to this configuration, the electronic shutter speed at the time of receiving light is
When the electronic shutter function is used for aperture control, the light intensity of the subject (5) is determined by the average light intensity of a plurality of fields before that, for example, 3 to 4 fields (several tens to several hundreds msec). Even when there is a change, the occurrence of flicker can be reduced, and the image quality can be improved. It should be noted that a light amount sensor is separately provided in the camera section (1), the electronic shutter speed is determined based on the light amount obtained by the light amount sensor, and the electronic shutter speed at the time of light reception is controlled through the drive circuit (3). In this case, the present invention can be applied. In the above example, the structure shown in FIG. 2 is shown as a CCD solid-state imaging device. However, the CCD solid-state imaging device having a variable electronic shutter function is not limited to this structure. Can be used. EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, an electronic shutter function of a so-called vertical overflow structure that sweeps out charges to a substrate is used to electrically control the aperture, and the electronic shutter operation is performed in the horizontal blanking period. In a solid-state imaging device, flicker can be reduced even when the light intensity of the subject changes, and the image quality is improved by determining the electronic shutter speed at the time of light reception based on the average light intensity of the previous multiple fields. can do.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による固体撮像装置の一例を示す構成
図、第2図は電子シャッタ機能を有するCCD固体撮像素
子の一例を示す要部の断面図、第3図はその説明に供す
るタイムチャート、第4図は従来の固体撮像装置の構成
図、第5図は従来の固体撮像装置の説明に供する線図で
ある。 (1)はカメラ部、(2)は信号処理回路、(3)はカ
メラ部の駆動回路、(4)はシフトレジスタ、(5)は
被写体である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing an example of a CCD solid-state imaging device having an electronic shutter function, and FIG. FIG. 4 is a time chart for explanation thereof, FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional solid-state imaging device, and FIG. 5 is a line diagram for explanation of a conventional solid-state imaging device. (1) is a camera unit, (2) is a signal processing circuit, (3) is a driving circuit of the camera unit, (4) is a shift register, and (5) is a subject.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 克郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−61176(JP,A) 特開 昭58−125961(JP,A) 特開 昭63−105579(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Katsuro Miyata               6-7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo So               Knee Co., Ltd.                (56) References JP-A-55-61176 (JP, A)                 JP-A-58-125961 (JP, A)                 JP-A-63-105579 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.第1の導電型の半導体基板の表面側に形成された第
2の導電型の領域と、該第2の導電型の領域の表面側に
形成された信号電荷蓄積領域とを有し、上記第1の導電
型の半導体基板に所定電圧を印加して上記信号電荷蓄積
領域に蓄積された信号電荷を上記第1の導電型の半導体
基板に掃き出させる電子シャッタ機能を用いて電気的に
絞り制御し、該電子シャッタ動作を水平ブランキング期
間に行う固体撮像装置において、 受光時の電子シャッタ速度を、それ以前の複数フィール
ドの平均光強度により決定することを特徴とする固体撮
像装置。
(57) [Claims] A second conductivity type region formed on the surface side of the first conductivity type semiconductor substrate; and a signal charge accumulation region formed on the surface side of the second conductivity type region. Aperture control using an electronic shutter function for applying a predetermined voltage to the semiconductor substrate of the first conductivity type to sweep out signal charges accumulated in the signal charge accumulation region to the semiconductor substrate of the first conductivity type A solid-state imaging device that performs the electronic shutter operation during a horizontal blanking period, wherein the electronic shutter speed at the time of light reception is determined by the average light intensity of a plurality of fields before that.
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