JP3440722B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラ - Google Patents
固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラInfo
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- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその駆動方法、並びに撮像デバイスとして固体撮像装
置を用いたカメラに関し、特にオーバーフロードレイン
（ＯＦＤ）構造を持つＣＣＤ(Charge Coupled Device)
型固体撮像素子（以下、ＣＣＤ撮像素子と称する）を用
いた固体撮像装置およびその駆動方法、並びにメカニカ
ルシャッタ等の遮光手段を備えたカメラに関する。
びその駆動方法、並びに撮像デバイスとして固体撮像装
置を用いたカメラに関し、特にオーバーフロードレイン
（ＯＦＤ）構造を持つＣＣＤ(Charge Coupled Device)
型固体撮像素子（以下、ＣＣＤ撮像素子と称する）を用
いた固体撮像装置およびその駆動方法、並びにメカニカ
ルシャッタ等の遮光手段を備えたカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ撮像素子の読み出し方式として、
図１３に示すように、各画素において１／６０秒（１フ
ィールド相当期間）だけ信号電荷を蓄積し、各画素から
読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ中において垂直方向に
て隣り合う２画素間で混合し、また混合する垂直２画素
の組み合わせを奇数フィールドおよび偶数フィールドで
変えることによってインターレース走査を実現するいわ
ゆるフィールド読み出し方式と、図１４に示すように、
１／３０秒の蓄積時間で奇数ラインの信号電荷と偶数ラ
インの信号電荷をフィールドごとに交互に読み出すいわ
ゆるフレーム読み出し方式と、図１５に示すように、各
画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ中で混合せずに同一時刻に
独立に読み出すいわゆる全画素読み出し方式とがある。
図１３に示すように、各画素において１／６０秒（１フ
ィールド相当期間）だけ信号電荷を蓄積し、各画素から
読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤ中において垂直方向に
て隣り合う２画素間で混合し、また混合する垂直２画素
の組み合わせを奇数フィールドおよび偶数フィールドで
変えることによってインターレース走査を実現するいわ
ゆるフィールド読み出し方式と、図１４に示すように、
１／３０秒の蓄積時間で奇数ラインの信号電荷と偶数ラ
インの信号電荷をフィールドごとに交互に読み出すいわ
ゆるフレーム読み出し方式と、図１５に示すように、各
画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ中で混合せずに同一時刻に
独立に読み出すいわゆる全画素読み出し方式とがある。
【０００３】これらの読み出し方式のうち、フィールド
読み出し方式は、各画素における信号電荷の蓄積時間が
１／６０秒であり、蓄積時間が１／３０秒のフレーム読
み出し方式と比較して半分であることから、動画像の撮
像を良好に行うことができるため、ビデオカメラ等には
適している。その反面、垂直方向において２画素間で信
号電荷を混合しているために垂直解像度が低いという欠
点がある。このため、垂直解像度も要求される電子スチ
ルカメラでは、メカニカルシャッタを使用したフレーム
読み出し方式、あるいは全画素読み出し方式が用いられ
ている。
読み出し方式は、各画素における信号電荷の蓄積時間が
１／６０秒であり、蓄積時間が１／３０秒のフレーム読
み出し方式と比較して半分であることから、動画像の撮
像を良好に行うことができるため、ビデオカメラ等には
適している。その反面、垂直方向において２画素間で信
号電荷を混合しているために垂直解像度が低いという欠
点がある。このため、垂直解像度も要求される電子スチ
ルカメラでは、メカニカルシャッタを使用したフレーム
読み出し方式、あるいは全画素読み出し方式が用いられ
ている。
【０００４】ところで、フレーム読み出し方式では、１
枚（１フレーム）の画像を得るためには、２つのフィー
ルドの信号が必要である。これに対し、電子スチルカメ
ラのように１回の露光で１枚の画像を得る場合には、２
つのフィールド間で画像を変化させないようにする必要
があり、そのためには、露光完了後にメカニカルシャッ
タ等の遮光手段を用いて遮光する必要がある。
枚（１フレーム）の画像を得るためには、２つのフィー
ルドの信号が必要である。これに対し、電子スチルカメ
ラのように１回の露光で１枚の画像を得る場合には、２
つのフィールド間で画像を変化させないようにする必要
があり、そのためには、露光完了後にメカニカルシャッ
タ等の遮光手段を用いて遮光する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オーバ
ーフロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子において、
露光完了後に遮光した場合、蓄積されている信号電荷の
フェルミ準位とオーバーフローバリアのポテンシャル差
が時間の経過とともに増加し、ある一定値になるまでオ
ーバーフローバリアを越えて信号電荷の一部がオーバー
フロードレインへ放出される。
ーフロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子において、
露光完了後に遮光した場合、蓄積されている信号電荷の
フェルミ準位とオーバーフローバリアのポテンシャル差
が時間の経過とともに増加し、ある一定値になるまでオ
ーバーフローバリアを越えて信号電荷の一部がオーバー
フロードレインへ放出される。
【０００６】このため、メカニカルシャッタを閉じてか
ら信号電荷を読み出すまでの間に、時間の経過とともに
飽和信号電荷量Ｑｓが減少し、また第２フィールドで
は、メカニカルシャッタを閉じてから信号電荷を読み出
すまでの期間が第１フィールドの場合よりも１フィール
ド相当期間だけさらに長いので、飽和信号電荷量Ｑｓが
さらに減少し、第１フィールドと第２フィールドの飽和
信号電荷量Ｑｓに段差が生じることになる。これらの飽
和信号電荷量Ｑｓの減少は、Ｓ／Ｎやダイナミックレン
ジ等の特性を悪化させるので好ましくない。
ら信号電荷を読み出すまでの間に、時間の経過とともに
飽和信号電荷量Ｑｓが減少し、また第２フィールドで
は、メカニカルシャッタを閉じてから信号電荷を読み出
すまでの期間が第１フィールドの場合よりも１フィール
ド相当期間だけさらに長いので、飽和信号電荷量Ｑｓが
さらに減少し、第１フィールドと第２フィールドの飽和
信号電荷量Ｑｓに段差が生じることになる。これらの飽
和信号電荷量Ｑｓの減少は、Ｓ／Ｎやダイナミックレン
ジ等の特性を悪化させるので好ましくない。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、露光完了から信号電
荷の読み出しまでの期間に生ずる飽和信号電荷量の減少
によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を防
止した固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラを
提供することにある。
であり、その目的とするところは、露光完了から信号電
荷の読み出しまでの期間に生ずる飽和信号電荷量の減少
によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を防
止した固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、オーバーフロードレイン構造を持つ行列状に配列
された複数のセンサ部およびこれらのセンサ部から読み
出された信号電荷を転送する電荷転送部を有する固体撮
像素子と、露光完了後に当該固体撮像素子の撮像エリア
への光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作
モード時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し
期間において固体撮像素子のオーバーフローバリアのポ
テンシャルを浅くすべく駆動する駆動系とを備えた構成
となっている。
置は、オーバーフロードレイン構造を持つ行列状に配列
された複数のセンサ部およびこれらのセンサ部から読み
出された信号電荷を転送する電荷転送部を有する固体撮
像素子と、露光完了後に当該固体撮像素子の撮像エリア
への光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作
モード時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し
期間において固体撮像素子のオーバーフローバリアのポ
テンシャルを浅くすべく駆動する駆動系とを備えた構成
となっている。
【０００９】本発明による駆動方法は、オーバーフロー
ドレイン構造を持つ行列状に配列された複数のセンサ部
およびこれらのセンサ部から読み出された信号電荷を転
送する電荷転送部を有する固体撮像素子を備えた固体撮
像装置において、露光完了後に固体撮像素子の撮像エリ
アへの光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動
作モード時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出
し期間において固体撮像素子のオーバーフローバリアの
ポテンシャルを浅くするようにする。
ドレイン構造を持つ行列状に配列された複数のセンサ部
およびこれらのセンサ部から読み出された信号電荷を転
送する電荷転送部を有する固体撮像素子を備えた固体撮
像装置において、露光完了後に固体撮像素子の撮像エリ
アへの光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動
作モード時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出
し期間において固体撮像素子のオーバーフローバリアの
ポテンシャルを浅くするようにする。
【００１０】本発明によるカメラは、オーバーフロード
レイン構造を持つ行列状に配列された複数のセンサ部お
よびこれらのセンサ部から読み出された信号電荷を転送
する電荷転送部を有する固体撮像素子と、この固体撮像
素子の撮像エリアに対して入射光を導く光学系と、この
光学系による前記固体撮像素子の撮像エリアへの光の入
射を遮断して露光期間を決める遮光手段と、露光完了後
に当該遮光手段によって固体撮像素子の撮像エリアへの
光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モー
ド時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間
において固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテン
シャルを浅くすべく駆動する駆動系とを具備した構成と
なっている。
レイン構造を持つ行列状に配列された複数のセンサ部お
よびこれらのセンサ部から読み出された信号電荷を転送
する電荷転送部を有する固体撮像素子と、この固体撮像
素子の撮像エリアに対して入射光を導く光学系と、この
光学系による前記固体撮像素子の撮像エリアへの光の入
射を遮断して露光期間を決める遮光手段と、露光完了後
に当該遮光手段によって固体撮像素子の撮像エリアへの
光の入射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モー
ド時に少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間
において固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテン
シャルを浅くすべく駆動する駆動系とを具備した構成と
なっている。
【００１１】上記の構成において、遮光時には、センサ
部の信号電荷の一部が時間の経過とともにオーバーフロ
ードレインへ放出される。そこで、少なくとも遮光状態
での信号電荷の読み出し期間において、この信号電荷の
減少を見込んでオーバーフローバリアのポテンシャルを
浅くする。これにより、遮光時に時間の経過とともに減
少する前の飽和信号電荷量をその減少分を見込んで増加
させることができる。その結果、所望の飽和信号電荷量
を確保できる。
部の信号電荷の一部が時間の経過とともにオーバーフロ
ードレインへ放出される。そこで、少なくとも遮光状態
での信号電荷の読み出し期間において、この信号電荷の
減少を見込んでオーバーフローバリアのポテンシャルを
浅くする。これにより、遮光時に時間の経過とともに減
少する前の飽和信号電荷量をその減少分を見込んで増加
させることができる。その結果、所望の飽和信号電荷量
を確保できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態
では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ撮像素
子に適用した場合を例に採って説明するものとする。
て図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態
では、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ撮像素
子に適用した場合を例に採って説明するものとする。
【００１３】図１は、本発明に係る固体撮像装置の一例
を示す概略構成図である。図１において、行（垂直）方
向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、か
つ入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換し
て蓄積する複数のセンサ部１１と、これらセンサ部１１
の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出し
ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送
する複数本の垂直ＣＣＤ１３とによって撮像エリア１４
が構成されている。
を示す概略構成図である。図１において、行（垂直）方
向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、か
つ入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換し
て蓄積する複数のセンサ部１１と、これらセンサ部１１
の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出し
ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送
する複数本の垂直ＣＣＤ１３とによって撮像エリア１４
が構成されている。
【００１４】この撮像エリア１４において、センサ部１
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなってい
る。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み出
しゲート部１２に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加
されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直
ＣＣＤ１３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜
φＶ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を
水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）
に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなってい
る。このセンサ部１１に蓄積された信号電荷は、読み出
しゲート部１２に後述する読み出しパルスＸＳＧが印加
されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。垂直
ＣＣＤ１３は、例えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜
φＶ４によって転送駆動され、読み出された信号電荷を
水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）
に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
【００１５】ここで、垂直ＣＣＤ１３において、１相目
および３相目の転送電極は、読み出しゲート部１２のゲ
ート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロック
φＶ１と３相目の転送クロックφＶ３が低レベル、中間
レベルおよび高レベルの３値を採るように設定されてお
り、その３値目の高レベルのパルスが読み出しゲート部
１２に与えられる読み出しパルスＸＳＧとなる。
および３相目の転送電極は、読み出しゲート部１２のゲ
ート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目の転送クロック
φＶ１と３相目の転送クロックφＶ３が低レベル、中間
レベルおよび高レベルの３値を採るように設定されてお
り、その３値目の高レベルのパルスが読み出しゲート部
１２に与えられる読み出しパルスＸＳＧとなる。
【００１６】撮像エリア１４の図面上の下側には、水平
ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、
複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ラインに相当する信号電
荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２相の
水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れ、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の
信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間に
おいて順次水平方向に転送する。
ＣＣＤ１５が配されている。この水平ＣＣＤ１５には、
複数本の垂直ＣＣＤ１３から１ラインに相当する信号電
荷が順次転送される。水平ＣＣＤ１５は、例えば２相の
水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れ、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の
信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間に
おいて順次水平方向に転送する。
【００１７】水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、例え
ばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電
荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換
部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた
信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧
信号は、出力回路（図示せず）を経た後、被写体からの
光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＯＵＴとして、出力端子
１７から外部に出力される。
ばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電
荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換
部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた
信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧
信号は、出力回路（図示せず）を経た後、被写体からの
光の入射量に応じたＣＣＤ出力ＯＵＴとして、出力端子
１７から外部に出力される。
【００１８】上述したセンサ部１１、読み出しゲート部
１２、垂直ＣＣＤ１３、水平ＣＣＤ１５および電荷電圧
変換部１６等は半導体基板（以下、単に基板と称す）１
８上に形成される。以上により、インターライン転送方
式のＣＣＤ撮像素子１０が構成されている。このＣＣＤ
撮像素子１０を駆動するための４相の垂直転送クロック
φＶ１〜φＶ４および２相の水平転送クロックφＨ１，
φＨ２は、タイミング発生回路１９から発生される。
１２、垂直ＣＣＤ１３、水平ＣＣＤ１５および電荷電圧
変換部１６等は半導体基板（以下、単に基板と称す）１
８上に形成される。以上により、インターライン転送方
式のＣＣＤ撮像素子１０が構成されている。このＣＣＤ
撮像素子１０を駆動するための４相の垂直転送クロック
φＶ１〜φＶ４および２相の水平転送クロックφＨ１，
φＨ２は、タイミング発生回路１９から発生される。
【００１９】４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４
は、基板１８上に形成された端子（パッド）２２-1〜２
２-4を介して垂直ＣＣＤ１３に供給される。２相の水平
転送クロックφＨ１，φＨ２は、端子２３-1，２３-2を
介して水平ＣＣＤ１５に供給される。タイミング発生回
路１９はさらに、これらの転送クロックの外に、センサ
部１１に蓄積された信号電荷を基板１８へ掃き出すため
のシャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング信号
をも適宜発生する。
は、基板１８上に形成された端子（パッド）２２-1〜２
２-4を介して垂直ＣＣＤ１３に供給される。２相の水平
転送クロックφＨ１，φＨ２は、端子２３-1，２３-2を
介して水平ＣＣＤ１５に供給される。タイミング発生回
路１９はさらに、これらの転送クロックの外に、センサ
部１１に蓄積された信号電荷を基板１８へ掃き出すため
のシャッタパルスφＳＵＢなどの各種のタイミング信号
をも適宜発生する。
【００２０】基板１８上にはさらに、当該基板１８をバ
イアスするバイアス電圧（以下、基板バイアスと称す
る）Ｖｓｕｂを発生するバイアス電圧発生回路２０も形
成されている。このバイアス電圧発生回路２０で生成さ
れた基板バイアスＶｓｕｂは、トランジスタＱ１を介し
て基板１８に印加される。この基板バイアスＶｓｕｂの
作用については、後で詳述する。
イアスするバイアス電圧（以下、基板バイアスと称す
る）Ｖｓｕｂを発生するバイアス電圧発生回路２０も形
成されている。このバイアス電圧発生回路２０で生成さ
れた基板バイアスＶｓｕｂは、トランジスタＱ１を介し
て基板１８に印加される。この基板バイアスＶｓｕｂの
作用については、後で詳述する。
【００２１】図２は、センサ部１１の周辺の基板深さ方
向の構造を示す断面図である。図２において、例えばＮ
型の基板１８の表面にＰ型のウェル領域３１が形成され
ている。このウェル領域３１の表面にはＮ+ 型の信号電
荷蓄積領域３２が形成され、さらにその上にＰ+ 型の正
孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡ
Ｄ（正孔蓄積ダイオード）構造のセンサ部１１が構成さ
れている。
向の構造を示す断面図である。図２において、例えばＮ
型の基板１８の表面にＰ型のウェル領域３１が形成され
ている。このウェル領域３１の表面にはＮ+ 型の信号電
荷蓄積領域３２が形成され、さらにその上にＰ+ 型の正
孔蓄積領域３３が形成されることにより、いわゆるＨＡ
Ｄ（正孔蓄積ダイオード）構造のセンサ部１１が構成さ
れている。
【００２２】このセンサ部１１に蓄積される信号電荷ｅ
の電荷量は、図３のポテンシャル分布図に示すように、
Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフローバリ
アＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定され
る。すなわち、このオーバーフローバリアＯＦＢは、セ
ンサ部１１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決めるも
のであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越え
た場合に、その越えた分の電荷がポテンシャルバリアを
越えて基板１８側へ掃き出される。
の電荷量は、図３のポテンシャル分布図に示すように、
Ｐ型のウェル領域３１で構成されるオーバーフローバリ
アＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによって決定され
る。すなわち、このオーバーフローバリアＯＦＢは、セ
ンサ部１１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑｓを決めるも
のであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量Ｑｓを越え
た場合に、その越えた分の電荷がポテンシャルバリアを
越えて基板１８側へ掃き出される。
【００２３】以上により、いわゆる縦型オーバーフロー
ドレイン構造のセンサ部１１が構成されている。縦型オ
ーバーフロードレイン構造においては、基板１８がオー
バーフロードレインとなる。このセンサ部１１におい
て、飽和信号電荷量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂
直ＣＣＤ１３の取り扱い電荷量などによって決定される
が、製造ばらつきにより、オーバーフローバリアＯＦＢ
のポテンシャルがばらつくことになる。このオーバーフ
ローバリアＯＦＢのポテンシャルは、オーバーフロード
レインバイアス、即ち先述した基板バイアスＶｓｕｂに
よって制御可能である。
ドレイン構造のセンサ部１１が構成されている。縦型オ
ーバーフロードレイン構造においては、基板１８がオー
バーフロードレインとなる。このセンサ部１１におい
て、飽和信号電荷量Ｑｓは、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂
直ＣＣＤ１３の取り扱い電荷量などによって決定される
が、製造ばらつきにより、オーバーフローバリアＯＦＢ
のポテンシャルがばらつくことになる。このオーバーフ
ローバリアＯＦＢのポテンシャルは、オーバーフロード
レインバイアス、即ち先述した基板バイアスＶｓｕｂに
よって制御可能である。
【００２４】センサ部１１の横方向には、読み出しゲー
ト部１２を構成するＰ型領域３４を介してＮ+ 型の信号
電荷転送領域３５およびＰ+ 型のチャネルストッパ領域
３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下に
は、スミア成分の混入を防止するためのＰ+ 型の不純物
拡散領域３７が形成されている。さらに、信号電荷転送
領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば
多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることに
より、垂直ＣＣＤ１３が構成されている。転送電極３９
は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が、読み出しゲ
ート部１２のゲート電極を兼ねている。
ト部１２を構成するＰ型領域３４を介してＮ+ 型の信号
電荷転送領域３５およびＰ+ 型のチャネルストッパ領域
３６が形成されている。信号電荷転送領域３５の下に
は、スミア成分の混入を防止するためのＰ+ 型の不純物
拡散領域３７が形成されている。さらに、信号電荷転送
領域３５の上方には、ゲート絶縁膜３８を介して例えば
多結晶シリコンからなる転送電極３９が配されることに
より、垂直ＣＣＤ１３が構成されている。転送電極３９
は、Ｐ型領域３４の上方に位置する部分が、読み出しゲ
ート部１２のゲート電極を兼ねている。
【００２５】垂直ＣＣＤ１３の上方には、転送電極３９
を覆うようにして層間膜４０を介してＡｌ（アルミニウ
ム）遮光膜４１が形成されている。このＡｌ遮光膜４１
は、センサ部１１において選択的にエッチング除去され
ており、外部からの光Ｌはこのエッチング除去によって
形成された開口４２を通してセンサ部１１内に入射す
る。そして、基板１８には、上述したように、センサ部
１１に蓄積される信号電荷の電荷量を決定する、即ちオ
ーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルを決める基板
バイアスＶｓｕｂが印加されるようになっている。
を覆うようにして層間膜４０を介してＡｌ（アルミニウ
ム）遮光膜４１が形成されている。このＡｌ遮光膜４１
は、センサ部１１において選択的にエッチング除去され
ており、外部からの光Ｌはこのエッチング除去によって
形成された開口４２を通してセンサ部１１内に入射す
る。そして、基板１８には、上述したように、センサ部
１１に蓄積される信号電荷の電荷量を決定する、即ちオ
ーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルを決める基板
バイアスＶｓｕｂが印加されるようになっている。
【００２６】基板バイアスＶｓｕｂは、図１に示す基板
バイアス発生回路２０において、デバイス個々の製造ば
らつきに伴うセンサ部１１におけるオーバーフローバリ
アＯＦＢ（図３を参照）のポテンシャルのばらつきを考
慮してチップごとに最適値に設定され、バイポーラトラ
ンジスタＱ１でインピーダンス変換された後基板１８に
与えられる。このバイポーラトランジスタＱ１も、基板
バイアス発生回路２０と共に基板１８上に形成されてい
る。
バイアス発生回路２０において、デバイス個々の製造ば
らつきに伴うセンサ部１１におけるオーバーフローバリ
アＯＦＢ（図３を参照）のポテンシャルのばらつきを考
慮してチップごとに最適値に設定され、バイポーラトラ
ンジスタＱ１でインピーダンス変換された後基板１８に
与えられる。このバイポーラトランジスタＱ１も、基板
バイアス発生回路２０と共に基板１８上に形成されてい
る。
【００２７】一方、電子シャッタ動作時に、タイミング
発生回路１９から発生されるシャッタパルスφＳＵＢ
は、コンデンサＣ８で直流カットされた後、端子２４を
介してバイポーラトランジスタＱ１のエミッタに印加さ
れる。バイポーラトランジスタＱ１は、シャッタパルス
φＳＵＢの低レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベ
ルにクランプするためのクランプ回路２１を構成してい
る。端子２４とグランドとの間には、抵抗Ｒ１が接続さ
れている。
発生回路１９から発生されるシャッタパルスφＳＵＢ
は、コンデンサＣ８で直流カットされた後、端子２４を
介してバイポーラトランジスタＱ１のエミッタに印加さ
れる。バイポーラトランジスタＱ１は、シャッタパルス
φＳＵＢの低レベルを基板バイアスＶｓｕｂの直流レベ
ルにクランプするためのクランプ回路２１を構成してい
る。端子２４とグランドとの間には、抵抗Ｒ１が接続さ
れている。
【００２８】また、外部から与えられる基板電圧コント
ロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．は、抵抗Ｒ２を介してバ
イポーラトランジスタＱ２のベースに印加される。この
バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは接地されてお
り、そのコレクタは抵抗Ｒ３を介して端子２５に接続さ
れている。端子２５には、バイポーラトランジスタＱ１
のベースが接続されている。バイポーラトランジスタＱ
２および抵抗Ｒ２，Ｒ３により、基板電圧コントロール
信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．に基づいて基板バイアスＶｓｕ
ｂを一時的に下げるべく駆動する駆動系２６が構成され
ている。
ロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．は、抵抗Ｒ２を介してバ
イポーラトランジスタＱ２のベースに印加される。この
バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは接地されてお
り、そのコレクタは抵抗Ｒ３を介して端子２５に接続さ
れている。端子２５には、バイポーラトランジスタＱ１
のベースが接続されている。バイポーラトランジスタＱ
２および抵抗Ｒ２，Ｒ３により、基板電圧コントロール
信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．に基づいて基板バイアスＶｓｕ
ｂを一時的に下げるべく駆動する駆動系２６が構成され
ている。
【００２９】すなわち、この駆動系２６において、基板
電圧コントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が低レベルの
ときには、バイポーラトランジスタＱ２がオフ状態にあ
るため、基板バイアス発生回路２０で生成された基板バ
イアスＶｓｕｂはそのままバイポーラトランジスタＱ１
を介して基板１８に印加される。一方、基板電圧コント
ロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が高レベルになると、バ
イポーラトランジスタＱ２がオン状態となり、バイポー
ラトランジスタＱ１のベースを抵抗Ｒ３を介して接地す
るため、基板バイアス発生回路２０で生成された基板バ
イアスＶｓｕｂが、抵抗Ｒ３の抵抗値に応じた電位だけ
低下する。
電圧コントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が低レベルの
ときには、バイポーラトランジスタＱ２がオフ状態にあ
るため、基板バイアス発生回路２０で生成された基板バ
イアスＶｓｕｂはそのままバイポーラトランジスタＱ１
を介して基板１８に印加される。一方、基板電圧コント
ロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が高レベルになると、バ
イポーラトランジスタＱ２がオン状態となり、バイポー
ラトランジスタＱ１のベースを抵抗Ｒ３を介して接地す
るため、基板バイアス発生回路２０で生成された基板バ
イアスＶｓｕｂが、抵抗Ｒ３の抵抗値に応じた電位だけ
低下する。
【００３０】図４は、上記構成の本実施形態による固体
撮像装置を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメ
ラの概略構成図である。図４において、被写体（図示せ
ず）からの光は、レンズ５１等の光学系およびメカニカ
ルシャッタ５２を経てＣＣＤ固体撮像素子５３の撮像エ
リアに入射する。メカニカルシャッタ５２は、ＣＣＤ固
体撮像素子５３の撮像エリアへの光の入射を遮断して露
光時間を決めるためのものである。
撮像装置を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメ
ラの概略構成図である。図４において、被写体（図示せ
ず）からの光は、レンズ５１等の光学系およびメカニカ
ルシャッタ５２を経てＣＣＤ固体撮像素子５３の撮像エ
リアに入射する。メカニカルシャッタ５２は、ＣＣＤ固
体撮像素子５３の撮像エリアへの光の入射を遮断して露
光時間を決めるためのものである。
【００３１】ＣＣＤ固体撮像素子５３としては、先述し
た本実施形態に係るＣＣＤ固体撮像素子が用いられる。
このＣＣＤ固体撮像素子５３は、先述したタイミング発
生回路１９や駆動系２６などを含むＣＣＤ駆動回路５４
によって駆動される。ＣＣＤ固体撮像素子５３の出力信
号は、次段の信号処理回路５５において、自動ホワイト
バランス調整などの種々の信号処理が行われた後、撮像
信号として外部に導出される。メカニカルシャッタ５２
の開閉制御、ＣＣＤ駆動回路５４の制御、信号処理回路
５５の制御などは、システムコントローラ５６によって
行われる。
た本実施形態に係るＣＣＤ固体撮像素子が用いられる。
このＣＣＤ固体撮像素子５３は、先述したタイミング発
生回路１９や駆動系２６などを含むＣＣＤ駆動回路５４
によって駆動される。ＣＣＤ固体撮像素子５３の出力信
号は、次段の信号処理回路５５において、自動ホワイト
バランス調整などの種々の信号処理が行われた後、撮像
信号として外部に導出される。メカニカルシャッタ５２
の開閉制御、ＣＣＤ駆動回路５４の制御、信号処理回路
５５の制御などは、システムコントローラ５６によって
行われる。
【００３２】次に、上記構成のカメラの基本的な動作に
ついて、図５のタイミングチャートを用いて説明する。
ついて、図５のタイミングチャートを用いて説明する。
【００３３】先ず、シャッタ（図示せず）が押される
と、これに応答して数ｍｓのパルス幅のトリガパルスＴ
ＲＩＧ．が発生し、その期間においてシャッタパルスφ
ＳＵＢが数個発生することで、全てのセンサ部１１の信
号電荷が基板１８に掃き捨てられる。そして、ある一定
の露光期間が経過すると、メカニカルシャッタ５２が閉
じ、例えばフレーム読み出しによって全画素の信号電荷
を読み出す全画素読み出し期間に入る。
と、これに応答して数ｍｓのパルス幅のトリガパルスＴ
ＲＩＧ．が発生し、その期間においてシャッタパルスφ
ＳＵＢが数個発生することで、全てのセンサ部１１の信
号電荷が基板１８に掃き捨てられる。そして、ある一定
の露光期間が経過すると、メカニカルシャッタ５２が閉
じ、例えばフレーム読み出しによって全画素の信号電荷
を読み出す全画素読み出し期間に入る。
【００３４】この全画素読み出し期間において、先ず、
垂直ＣＣＤ１３の高速転送駆動によって垂直ＣＣＤ１３
中の電荷が掃き出される。そして、垂直転送クロックφ
Ｖ１に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、第１フィー
ルドの各画素の信号電荷が読み出される。第１フィール
ドの信号電荷の読み出し後、再び高速転送駆動によって
垂直ＣＣＤ１３中の電荷が掃き出され、続いて垂直転送
クロックφＶ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、
第２フィールドの各画素の信号電荷が読み出される。
垂直ＣＣＤ１３の高速転送駆動によって垂直ＣＣＤ１３
中の電荷が掃き出される。そして、垂直転送クロックφ
Ｖ１に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、第１フィー
ルドの各画素の信号電荷が読み出される。第１フィール
ドの信号電荷の読み出し後、再び高速転送駆動によって
垂直ＣＣＤ１３中の電荷が掃き出され、続いて垂直転送
クロックφＶ３に読み出しパルスＸＳＧが立つことで、
第２フィールドの各画素の信号電荷が読み出される。
【００３５】その後、メカニカルシャッタ５２が開き、
高速撮像期間に移行する。この高速撮像期間では、撮像
中の画像をモニタに映し出すモニタリングや、アイリス
（図示せず）の開度を制御することによって露光を調整
する自動アイリス制御や、レンズ５１の光軸方向の位置
を制御することによって焦点を調整する自動フォーカス
制御や、ホワイトバランスをとる自動ホワイトバランス
制御などの各種の自動制御が行われる。
高速撮像期間に移行する。この高速撮像期間では、撮像
中の画像をモニタに映し出すモニタリングや、アイリス
（図示せず）の開度を制御することによって露光を調整
する自動アイリス制御や、レンズ５１の光軸方向の位置
を制御することによって焦点を調整する自動フォーカス
制御や、ホワイトバランスをとる自動ホワイトバランス
制御などの各種の自動制御が行われる。
【００３６】さて、課題の項で述べたように、露光完了
から信号電荷の読み出しまでの間には、センサ部１１の
飽和信号電荷の一部が時間の経過とともに放出されるこ
とによって飽和信号電荷量Ｑｓが減少する。この露光完
了から信号電荷の読み出しまでの期間と飽和信号電荷量
Ｑｓの関係を図６に示す。この飽和信号電荷量Ｑｓの減
少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を
防ぐには、飽和信号電荷が時間の経過とともに放出され
ないだけの十分なポテンシャルバリア差を確保すれば良
い訳であるが、この飽和信号電荷量Ｑｓは、ＣＣＤ固体
撮像素子１０の垂直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量やブルー
ミング特性等によって決定されるため、当該ポテンシャ
ルバリア差を確保するのは困難である。
から信号電荷の読み出しまでの間には、センサ部１１の
飽和信号電荷の一部が時間の経過とともに放出されるこ
とによって飽和信号電荷量Ｑｓが減少する。この露光完
了から信号電荷の読み出しまでの期間と飽和信号電荷量
Ｑｓの関係を図６に示す。この飽和信号電荷量Ｑｓの減
少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を
防ぐには、飽和信号電荷が時間の経過とともに放出され
ないだけの十分なポテンシャルバリア差を確保すれば良
い訳であるが、この飽和信号電荷量Ｑｓは、ＣＣＤ固体
撮像素子１０の垂直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量やブルー
ミング特性等によって決定されるため、当該ポテンシャ
ルバリア差を確保するのは困難である。
【００３７】また、先述した基板バイアスＶｓｕｂを下
げて、時間の経過とともに減少する前の飽和信号電荷量
Ｑｓをその減少分を見込んで予め増加させることによっ
ても、飽和信号電荷量Ｑｓの減少によるＳ／Ｎやダイナ
ミックレンジ等の特性の悪化を防ぐことができる。ここ
で、図５において、基板バイアスＶｓｕｂを全ての期間
で変えた場合、全画素読み出し期間では、露光期間に垂
直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量以上の信号やブルーミング
等の成分が発生しても、掃き出し期間にて掃き捨てら
れ、またメカニカルシャッタ５２が閉じていることか
ら、上記成分が信号出力中に発生しないため問題とはな
らない。
げて、時間の経過とともに減少する前の飽和信号電荷量
Ｑｓをその減少分を見込んで予め増加させることによっ
ても、飽和信号電荷量Ｑｓの減少によるＳ／Ｎやダイナ
ミックレンジ等の特性の悪化を防ぐことができる。ここ
で、図５において、基板バイアスＶｓｕｂを全ての期間
で変えた場合、全画素読み出し期間では、露光期間に垂
直ＣＣＤ１３の取扱い電荷量以上の信号やブルーミング
等の成分が発生しても、掃き出し期間にて掃き捨てら
れ、またメカニカルシャッタ５２が閉じていることか
ら、上記成分が信号出力中に発生しないため問題とはな
らない。
【００３８】これに対し、モニタリングや、自動アイリ
ス制御／自動フォーカス制御／自動ホワイトバランス制
御等の自動制御などに用いる高速撮像期間では、メカニ
カルシャッタ５２が開いているので、垂直ＣＣＤ１３の
取扱い電荷量以上の信号やブルーミング等の成分が発生
し、これを掃き捨てる期間も無いため問題となってしま
う。そこで、本発明では、少なくとも信号電荷の読み出
し期間、即ち全画素読み出し期間において基板バイアス
Ｖｓｕｂを下げることにより、飽和信号電荷量Ｑｓをそ
の減少分を見込んで予め増加させるようにしている。
ス制御／自動フォーカス制御／自動ホワイトバランス制
御等の自動制御などに用いる高速撮像期間では、メカニ
カルシャッタ５２が開いているので、垂直ＣＣＤ１３の
取扱い電荷量以上の信号やブルーミング等の成分が発生
し、これを掃き捨てる期間も無いため問題となってしま
う。そこで、本発明では、少なくとも信号電荷の読み出
し期間、即ち全画素読み出し期間において基板バイアス
Ｖｓｕｂを下げることにより、飽和信号電荷量Ｑｓをそ
の減少分を見込んで予め増加させるようにしている。
【００３９】この基板バイアスＶｓｕｂを下げるための
制御信号、即ち先述した基板バイアスコントロール信号
ＶｓｕｂＣｏｎｔ．は、例えばシステムコントローラ５
６から出力される。基板バイアスコントロール信号Ｖｓ
ｕｂＣｏｎｔ．をタイミング発生回路１９から出力する
ことも可能である。この基板バイアスコントロール信号
ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が、図１のバイポーラトランジスタ
Ｑ２のベースに抵抗Ｒ２を介して印加されることによ
り、先述したように、抵抗Ｒ３の抵抗値に応じた電位だ
け基板バイアスＶｓｕｂが低下する。この低下分は、セ
ンサ部１１におけるオーバーフローバリアＯＦＢ（図３
を参照）の遮光時のポテンシャル低下分を見込んで設定
される。
制御信号、即ち先述した基板バイアスコントロール信号
ＶｓｕｂＣｏｎｔ．は、例えばシステムコントローラ５
６から出力される。基板バイアスコントロール信号Ｖｓ
ｕｂＣｏｎｔ．をタイミング発生回路１９から出力する
ことも可能である。この基板バイアスコントロール信号
ＶｓｕｂＣｏｎｔ．が、図１のバイポーラトランジスタ
Ｑ２のベースに抵抗Ｒ２を介して印加されることによ
り、先述したように、抵抗Ｒ３の抵抗値に応じた電位だ
け基板バイアスＶｓｕｂが低下する。この低下分は、セ
ンサ部１１におけるオーバーフローバリアＯＦＢ（図３
を参照）の遮光時のポテンシャル低下分を見込んで設定
される。
【００４０】このように、少なくとも全画素読み出し期
間において、基板バイアスＶｓｕｂを下げることによ
り、その低下した分だけセンサ部１１におけるオーバー
フローバリアＯＦＢのポテンシャルが浅くなり、遮光時
に時間の経過とともに減少する前の飽和信号電荷量Ｑｓ
をその減少分を見込んで増加させることができるため、
飽和信号電荷量Ｑｓを向上できる。したがって、飽和信
号電荷量Ｑｓの減少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ
等の特性の悪化を防ぐことができる。
間において、基板バイアスＶｓｕｂを下げることによ
り、その低下した分だけセンサ部１１におけるオーバー
フローバリアＯＦＢのポテンシャルが浅くなり、遮光時
に時間の経過とともに減少する前の飽和信号電荷量Ｑｓ
をその減少分を見込んで増加させることができるため、
飽和信号電荷量Ｑｓを向上できる。したがって、飽和信
号電荷量Ｑｓの減少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ
等の特性の悪化を防ぐことができる。
【００４１】以下に、基板バイアスＶｓｕｂを下げる開
始タイミングの４つの具体例について、図８〜図１０の
タイミングチャートを用いて説明する。
始タイミングの４つの具体例について、図８〜図１０の
タイミングチャートを用いて説明する。
【００４２】先ず、図８に示す具体例１では、基板バイ
アスＶｓｕｂを下げる開始点を露光開始前としている。
これによれば、露光期間も含めた全ての期間での飽和信
号電荷量Ｑｓの減少を補うことが可能となる。したがっ
て、ストロボ光のような露光期間中の一部の期間で飽和
してしまう信号にも対応可能となる。なお、図８におい
て、基板バイアスコントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．
を露光完了前から数ｍｓ前としているのは、図７に示す
ように、基板バイアスコントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎ
ｔ．が印加されてから基板バイアスＶｓｕｂが実際に下
がるのに、図１の抵抗Ｒ１の抵抗値とコンデンサＣの容
量値で決まる時定数によって数ｍｓの時間を要するため
である。
アスＶｓｕｂを下げる開始点を露光開始前としている。
これによれば、露光期間も含めた全ての期間での飽和信
号電荷量Ｑｓの減少を補うことが可能となる。したがっ
て、ストロボ光のような露光期間中の一部の期間で飽和
してしまう信号にも対応可能となる。なお、図８におい
て、基板バイアスコントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．
を露光完了前から数ｍｓ前としているのは、図７に示す
ように、基板バイアスコントロール信号ＶｓｕｂＣｏｎ
ｔ．が印加されてから基板バイアスＶｓｕｂが実際に下
がるのに、図１の抵抗Ｒ１の抵抗値とコンデンサＣの容
量値で決まる時定数によって数ｍｓの時間を要するため
である。
【００４３】次に、図９に示す具体例２では、基板バイ
アスＶｓｕｂを下げる開始点を露光期間中としている。
これによれば、メカニカルシャッタ５２を閉じている期
間での飽和信号電荷量Ｑｓの減少を補うことが可能とな
る。ここで、図８の場合のように、基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げる開始点を露光開始前としていないことによる
利点は、図中のトリガ信号ＴＲＩＧ．がＯＮした状態
（カメラのシャッタが押された状態）からメカニカルシ
ャッタ５２が閉じる（露光完了）までの期間が速くなる
ことである。
アスＶｓｕｂを下げる開始点を露光期間中としている。
これによれば、メカニカルシャッタ５２を閉じている期
間での飽和信号電荷量Ｑｓの減少を補うことが可能とな
る。ここで、図８の場合のように、基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げる開始点を露光開始前としていないことによる
利点は、図中のトリガ信号ＴＲＩＧ．がＯＮした状態
（カメラのシャッタが押された状態）からメカニカルシ
ャッタ５２が閉じる（露光完了）までの期間が速くなる
ことである。
【００４４】図１０に示す具体例３では、基板バイアス
Ｖｓｕｂを下げる開始点を第１フィールドの信号電荷の
読み出しから第２フィールドの信号電荷の読み出しまで
の期間内としている。これによれば、第１フィールドの
信号電荷を読み出すまでに飽和信号電荷量Ｑｓが減少し
てしまうものの、第２フィールドの飽和信号電荷量Ｑｓ
の減少を防ぐことができる。したがって、従来技術で問
題となっていた第１フィールドと第２フィールドの飽和
信号電荷量Ｑｓの違い（段差）を無くすことが可能とな
る。
Ｖｓｕｂを下げる開始点を第１フィールドの信号電荷の
読み出しから第２フィールドの信号電荷の読み出しまで
の期間内としている。これによれば、第１フィールドの
信号電荷を読み出すまでに飽和信号電荷量Ｑｓが減少し
てしまうものの、第２フィールドの飽和信号電荷量Ｑｓ
の減少を防ぐことができる。したがって、従来技術で問
題となっていた第１フィールドと第２フィールドの飽和
信号電荷量Ｑｓの違い（段差）を無くすことが可能とな
る。
【００４５】図１１に示す具体例４では、基板バイアス
Ｖｓｕｂを下げる開始点を露光完了から信号電荷の読み
出しまでの期間内としている。これによれば、一部飽和
信号電荷量Ｑｓが減少してしまう期間があるものの、露
光期間中において基板バイアスＶｓｕｂを下げたことに
より発生するブルーミング等の成分が減少し、露光完了
直後に行う掃き出し期間での掃き捨てがよりし易くな
る。
Ｖｓｕｂを下げる開始点を露光完了から信号電荷の読み
出しまでの期間内としている。これによれば、一部飽和
信号電荷量Ｑｓが減少してしまう期間があるものの、露
光期間中において基板バイアスＶｓｕｂを下げたことに
より発生するブルーミング等の成分が減少し、露光完了
直後に行う掃き出し期間での掃き捨てがよりし易くな
る。
【００４６】なお、上記実施形態においては、フレーム
読み出し方式を例にとって説明したが、信号電荷の読み
出し方式はフィールド読み出し方式や全画素読み出し方
式であっても構わない。また、遮光手段としてメカニカ
ルシャッタ５２を用いたが、メカニカルシャッタ５２に
限定されるものではなく、液晶シャッタ等の他の遮光手
段であっても良い。
読み出し方式を例にとって説明したが、信号電荷の読み
出し方式はフィールド読み出し方式や全画素読み出し方
式であっても構わない。また、遮光手段としてメカニカ
ルシャッタ５２を用いたが、メカニカルシャッタ５２に
限定されるものではなく、液晶シャッタ等の他の遮光手
段であっても良い。
【００４７】また、上記実施形態では、基板バイアス発
生回路２０およびクランプ回路２１がＣＣＤ固体撮像素
子１０の内部に設けられた場合において、クランプ回路
２１の入力端（バイポーラトランジスタＱ１のベース）
を抵抗Ｒ３を介して接地するか否かを基板バイアスコン
トロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．によって選択的に切り
替えることにより、少なくとも信号電荷の読み出し期間
で基板バイアスＶｓｕｂを下げる構成としたが、基板バ
イアス発生回路２０およびクランプ回路２１がＣＣＤ撮
像素子１０の外部に設けられた場合にも同様に適用する
ことが可能である。
生回路２０およびクランプ回路２１がＣＣＤ固体撮像素
子１０の内部に設けられた場合において、クランプ回路
２１の入力端（バイポーラトランジスタＱ１のベース）
を抵抗Ｒ３を介して接地するか否かを基板バイアスコン
トロール信号ＶｓｕｂＣｏｎｔ．によって選択的に切り
替えることにより、少なくとも信号電荷の読み出し期間
で基板バイアスＶｓｕｂを下げる構成としたが、基板バ
イアス発生回路２０およびクランプ回路２１がＣＣＤ撮
像素子１０の外部に設けられた場合にも同様に適用する
ことが可能である。
【００４８】この場合の構成を図１２に示す。図１２に
おいて、ＣＣＤ撮像素子１０′の基本的な構成は先の実
施形態に係るＣＣＤ撮像素子１０と同じである。このＣ
ＣＤ撮像素子１０′の外部には、基板バイアスＶｓｕｂ
を発生する基板バイアス発生回路２７が設けられてい
る。この基板バイアス発生回路２７で発生された基板バ
イアスＶｓｕｂは、クランプ回路２８を構成するバイポ
ーラトランジスタＱ３のベースに印加される。
おいて、ＣＣＤ撮像素子１０′の基本的な構成は先の実
施形態に係るＣＣＤ撮像素子１０と同じである。このＣ
ＣＤ撮像素子１０′の外部には、基板バイアスＶｓｕｂ
を発生する基板バイアス発生回路２７が設けられてい
る。この基板バイアス発生回路２７で発生された基板バ
イアスＶｓｕｂは、クランプ回路２８を構成するバイポ
ーラトランジスタＱ３のベースに印加される。
【００４９】バイポーラトランジスタＱ３のコレクタは
端子２９に接続され、そのエミッタは抵抗Ｒ４を介して
接地されている。これにより、基板バイアスＶｓｕｂ
は、バイポーラトランジスタＱ１でインピーダンス変換
された後、端子２９を介して基板１８に与えられる。一
方、タイミング発生回路１９で発生されるシャッタパル
スφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カットされた後、バ
イポーラトランジスタＱ３のエミッタに印加される。こ
のとき、シャッタパルスφＳＵＢはバイポーラトランジ
スタＱ３によってその低レベルが基板バイアスＶｓｕｂ
の直流レベルにクランプされる。
端子２９に接続され、そのエミッタは抵抗Ｒ４を介して
接地されている。これにより、基板バイアスＶｓｕｂ
は、バイポーラトランジスタＱ１でインピーダンス変換
された後、端子２９を介して基板１８に与えられる。一
方、タイミング発生回路１９で発生されるシャッタパル
スφＳＵＢは、コンデンサＣで直流カットされた後、バ
イポーラトランジスタＱ３のエミッタに印加される。こ
のとき、シャッタパルスφＳＵＢはバイポーラトランジ
スタＱ３によってその低レベルが基板バイアスＶｓｕｂ
の直流レベルにクランプされる。
【００５０】このように、基板バイアス発生回路２７お
よびクランプ回路２８がＣＣＤ撮像素子１０′の外部に
設けられた固体撮像装置において、基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げるには、基板バイアス発生回路２７に対して基
板バイアスＶｓｕｂ自体を一定期間だけ下げるためのタ
イミング信号を与えるとともに、このタイミング信号が
与えられたら、基板バイアス発生回路２７から通常より
も一定の電位だけ低い基板バイアスＶｓｕｂが上記一定
期間に亘って出力される構成とすれば良い。また、基板
バイアスＶｓｕｂを下げる開始タイミングについては、
先述した実施形態に係る具体例１〜４の場合と同様に設
定すれば良い。
よびクランプ回路２８がＣＣＤ撮像素子１０′の外部に
設けられた固体撮像装置において、基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げるには、基板バイアス発生回路２７に対して基
板バイアスＶｓｕｂ自体を一定期間だけ下げるためのタ
イミング信号を与えるとともに、このタイミング信号が
与えられたら、基板バイアス発生回路２７から通常より
も一定の電位だけ低い基板バイアスＶｓｕｂが上記一定
期間に亘って出力される構成とすれば良い。また、基板
バイアスＶｓｕｂを下げる開始タイミングについては、
先述した実施形態に係る具体例１〜４の場合と同様に設
定すれば良い。
【００５１】なお、上記実施形態では、縦型オーバーフ
ロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子に適用し、少な
くとも信号電荷の読み出し期間においてオーバーフロー
ドレインとなる基板１８に印加する基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げるようにした場合について説明したが、横型オ
ーバーフロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子にも同
様に適用可能であり、この場合には、少なくとも信号電
荷の読み出し期間において直接オーバーフロードレイン
バイアスを下げるようにすれば良い。
ロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子に適用し、少な
くとも信号電荷の読み出し期間においてオーバーフロー
ドレインとなる基板１８に印加する基板バイアスＶｓｕ
ｂを下げるようにした場合について説明したが、横型オ
ーバーフロードレイン構造を持つＣＣＤ撮像素子にも同
様に適用可能であり、この場合には、少なくとも信号電
荷の読み出し期間において直接オーバーフロードレイン
バイアスを下げるようにすれば良い。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部がオーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像
素子において、露光完了後に固体撮像素子の撮像エリア
を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モード時に、
少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間におい
て固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテンシャル
を浅くするようにしたことにより、遮光時に時間の経過
とともに減少する前の飽和信号電荷量をその減少分を見
込んで増加させることができるので、露光完了から信号
電荷の読み出しまでの期間に生ずる飽和信号電荷量の減
少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を
防止することが可能となる。
センサ部がオーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像
素子において、露光完了後に固体撮像素子の撮像エリア
を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モード時に、
少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間におい
て固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテンシャル
を浅くするようにしたことにより、遮光時に時間の経過
とともに減少する前の飽和信号電荷量をその減少分を見
込んで増加させることができるので、露光完了から信号
電荷の読み出しまでの期間に生ずる飽和信号電荷量の減
少によるＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性の悪化を
防止することが可能となる。
【図１】本発明に係る固体撮像装置の概略構成図であ
る。
る。
【図２】センサ部周辺の断面構造図である。
【図３】センサ部の基板深さ方向のポテンシャル分布図
である。
である。
【図４】本発明に係るカメラの概略構成図である。
【図５】基本的な動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図６】露光完了から読み出しまでの期間と飽和信号電
荷量Ｑｓとの関係を示す特性図である。
荷量Ｑｓとの関係を示す特性図である。
【図７】基板バイアス制御時のタイミングチャートであ
る。
る。
【図８】具体例１の場合のタイミングチャートである。
【図９】具体例２の場合のタイミングチャートである。
【図１０】具体例３の場合のタイミングチャートであ
る。
る。
【図１１】具体例４の場合のタイミングチャートであ
る。
る。
【図１２】本発明の変形例を示す概略構成図である。
【図１３】フィールド読み出し方式の説明図である。
【図１４】フレーム読み出し方式の説明図である。
【図１５】全画素読み出し方式の説明図である。
１０，１０′ ＣＣＤ撮像素子 １１ センサ部
１３ 垂直ＣＣＤ １４ 撮像エリア １５ 水平ＣＣＤ １６ 電荷
電圧変換部 １８ 半導体基板 １９ タイミング発生回路 ２０，２７ 基板バイアス発生回路 ２１，２８ ク
ランプ回路 ５２ メカニカルシャッタ ５６ システムコントロ
ーラ φＳＵＢ シャッタパルス Ｖｓｕｂ 基板バイアス ＶｓｕｂＣｏｎｔ． 基板バイアスコントロール信号
１３ 垂直ＣＣＤ １４ 撮像エリア １５ 水平ＣＣＤ １６ 電荷
電圧変換部 １８ 半導体基板 １９ タイミング発生回路 ２０，２７ 基板バイアス発生回路 ２１，２８ ク
ランプ回路 ５２ メカニカルシャッタ ５６ システムコントロ
ーラ φＳＵＢ シャッタパルス Ｖｓｕｂ 基板バイアス ＶｓｕｂＣｏｎｔ． 基板バイアスコントロール信号
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/148
H04N 5/335
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】 オーバーフロードレイン構造を持つ行列
状に配列された複数のセンサ部およびこれらのセンサ部
から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部を有す
る固体撮像素子と、 露光完了後に前記固体撮像素子の撮像エリアへの光の入
射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モード時に
少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間におい
て前記固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテンシ
ャルを浅くすべく駆動する駆動系とを備えたことを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記駆動系は、前記固体撮像素子のオー
バーフローバリアのポテンシャルを浅くする開始点を露
光開始前とすることを特徴とする請求項１記載の固体撮
像装置。 - 【請求項３】 前記駆動系は、前記固体撮像素子のオー
バーフローバリアのポテンシャルを浅くする開始点を露
光期間中とすることを特徴とする請求項１記載の固体撮
像装置。 - 【請求項４】 前記駆動系は、前記固体撮像素子のオー
バーフローバリアのポテンシャルを浅くする開始点を第
１フィールドの信号電荷の読み出しから第２フィールド
の信号電荷の読み出しまでの期間内とすることを特徴と
する請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項５】 前記駆動系は、前記固体撮像素子のオー
バーフローバリアのポテンシャルを浅くする開始点を露
光完了から信号電荷の読み出しまでの期間内とすること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】 オーバーフロードレイン構造を持つ行列
状に配列された複数のセンサ部およびこれらのセンサ部
から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部を有す
る固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、 露光完了後に前記固体撮像素子の撮像エリアへの光の入
射を遮光した状態で信号電荷を読み出す動作モード時に
少なくとも遮光状態での信号電荷の読み出し期間におい
て前記固体撮像素子のオーバーフローバリアのポテンシ
ャルを浅くすることを特徴とする固体撮像装置の駆動方
法。 - 【請求項７】 前記固体撮像素子のオーバーフローバリ
アのポテンシャルを浅くする開始点を露光開始前とする
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の駆動方
法。 - 【請求項８】 前記固体撮像素子のオーバーフローバリ
アのポテンシャルを浅くする開始点を露光期間中とする
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の駆動方
法。 - 【請求項９】 前記固体撮像素子のオーバーフローバリ
アのポテンシャルを浅くする開始点を第１フィールドの
信号電荷の読み出しから第２フィールドの信号電荷の読
み出しまでの期間内とすることを特徴とする請求項６記
載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項１０】 前記固体撮像素子のオーバーフローバ
リアのポテンシャルを浅くする開始点を露光完了から信
号電荷の読み出しまでの期間内とすることを特徴とする
請求項６記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項１１】 オーバーフロードレイン構造を持つ行
列状に配列された複数のセンサ部およびこれらのセンサ
部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部を有
する固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の撮像エリアに対して入射光を導く光
学系と、 前記光学系による前記固体撮像素子の撮像エリアへの光
の入射を遮断して露光期間を決める遮光手段と、 露光完了後に前記遮光手段によって前記固体撮像素子の
撮像エリアへの光の入射を遮光した状態で信号電荷を読
み出す動作モード時に少なくとも遮光状態での信号電荷
の読み出し期間において前記固体撮像素子のオーバーフ
ローバリアのポテンシャルを浅くすべく駆動する駆動系
とを具備したことを特徴とするカメラ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30144496A JP3440722B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-11-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラ |
| US08/933,533 US6559889B2 (en) | 1996-09-20 | 1997-09-18 | Solid-state imaging apparatus with lowered overflow drain bias, method for driving same and camera using same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24965296 | 1996-09-20 | ||
| JP8-249652 | 1996-09-20 | ||
| JP30144496A JP3440722B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-11-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10150183A JPH10150183A (ja) | 1998-06-02 |
| JP3440722B2 true JP3440722B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=26539416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30144496A Expired - Lifetime JP3440722B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-11-13 | 固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6559889B2 (ja) |
| JP (1) | JP3440722B2 (ja) |
Cited By (1)
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