JPH01103378A - 固体撮像素子の露出制御回路 - Google Patents
固体撮像素子の露出制御回路Info
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- JPH01103378A JPH01103378A JP62262232A JP26223287A JPH01103378A JP H01103378 A JPH01103378 A JP H01103378A JP 62262232 A JP62262232 A JP 62262232A JP 26223287 A JP26223287 A JP 26223287A JP H01103378 A JPH01103378 A JP H01103378A
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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
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は固体撮像素子の露出制御回路に関する。
（ロ）従来の技術
固体撮像素子は、半導体基板表面に光電変換を行う画素
を多数行列状に配列し、クロックで制御された一定の光
蓄積期間の後、画素毎の電荷を順次転送して電気信号と
して出力するものである。
を多数行列状に配列し、クロックで制御された一定の光
蓄積期間の後、画素毎の電荷を順次転送して電気信号と
して出力するものである。
斯る固体撮像素子では、各画素に著しく強い光が入射す
ると光電変換きれた電荷は転送チャンネルの能力を超え
、出力信号は飽和状態となり光強度への応答を失い、あ
るいは画素の電荷蓄積能力を越えると過剰電荷は隣接画
素に流出してブルーミングを生ずる。いずれも画像を損
ねる現象であるので、光学的に入射光を絞るか、光蓄積
期間を短縮する等の方法で過剰な電荷の発生を抑えるこ
とが行われている。
ると光電変換きれた電荷は転送チャンネルの能力を超え
、出力信号は飽和状態となり光強度への応答を失い、あ
るいは画素の電荷蓄積能力を越えると過剰電荷は隣接画
素に流出してブルーミングを生ずる。いずれも画像を損
ねる現象であるので、光学的に入射光を絞るか、光蓄積
期間を短縮する等の方法で過剰な電荷の発生を抑えるこ
とが行われている。
従来では第６図に示す如く、固体撮像素子の出力信号自
体を用いて入射光量を測定し、光蓄積期間を制御する方
法が行われていた。第６図において、（３１）は固体撮
像素子、（３２〉は信号処理回路、（３３）は積分回路
、（３４）はタイミング信号発生回路である。ｔｉ！ｄ
体撮像素子（３１）はある光蓄積時間の開光電変換を行
った後、画像信号を出力する。この信号は信号処理回路
（３２）によって増幅・レベル整形等の処理を受けた後
、映像信号として利用されると同時に、積分回路（３３
）にも入力される。積分回路（３３）は映像信号強度を
平均化してタイミング信号発生回路（３４）に与える。
体を用いて入射光量を測定し、光蓄積期間を制御する方
法が行われていた。第６図において、（３１）は固体撮
像素子、（３２〉は信号処理回路、（３３）は積分回路
、（３４）はタイミング信号発生回路である。ｔｉ！ｄ
体撮像素子（３１）はある光蓄積時間の開光電変換を行
った後、画像信号を出力する。この信号は信号処理回路
（３２）によって増幅・レベル整形等の処理を受けた後
、映像信号として利用されると同時に、積分回路（３３
）にも入力される。積分回路（３３）は映像信号強度を
平均化してタイミング信号発生回路（３４）に与える。
タイミング信号発生回路（３４）は映像信号強度が不足
の場合には光蓄積時間を延長し、逆に映像信号強度が過
度の場合には光蓄積時間を短縮するよう動作し、その結
果入射光量に対して適度の蓄積時間が実現されて自動感
度調整が行われることになる。
の場合には光蓄積時間を延長し、逆に映像信号強度が過
度の場合には光蓄積時間を短縮するよう動作し、その結
果入射光量に対して適度の蓄積時間が実現されて自動感
度調整が行われることになる。
断る先行技術としては当社の先願である特願昭６１−１
６８４３８号等がある。
６８４３８号等がある。
（ハ）発明が解決しようとする問題点
しかしながら斯る方法では、フィード・バックシステム
であるため応答が遅いという問題点がある。即ち、突然
入射光量が増大した場合、例えば屋内の暗い対象を撮像
していて急に明るい戸外を撮像した場合など画像は一度
飽和状態となり、その後徐々に適度な感度に落ちつくこ
とになる。応答を早めようとすると感度の振動状態が生
じやすいことは、フィードバックシステムの通例であり
、なかなか対応できない。
であるため応答が遅いという問題点がある。即ち、突然
入射光量が増大した場合、例えば屋内の暗い対象を撮像
していて急に明るい戸外を撮像した場合など画像は一度
飽和状態となり、その後徐々に適度な感度に落ちつくこ
とになる。応答を早めようとすると感度の振動状態が生
じやすいことは、フィードバックシステムの通例であり
、なかなか対応できない。
（ニ）問題点を解決するための手段
本発明は斯上した問題点に鑑みてなされ、固体撮像素子
のオーバーフロードレインに流出する電荷量を検出して
光蓄積期間を調整することにより、従来の問題点を大幅
に改善した固体撮像素子の露出制御回路を実現するもの
である。
のオーバーフロードレインに流出する電荷量を検出して
光蓄積期間を調整することにより、従来の問題点を大幅
に改善した固体撮像素子の露出制御回路を実現するもの
である。
（ホ）作用
本発明に依れば、光蓄積期間における固体撮像素子のオ
ーバーフロードレインの電荷量を監視し、その電荷量が
増大し始めると光電変換が飽和に近づいたと判定して光
蓄積期間を短縮するので、実時間での電子絞りを実現で
きる。
ーバーフロードレインの電荷量を監視し、その電荷量が
増大し始めると光電変換が飽和に近づいたと判定して光
蓄積期間を短縮するので、実時間での電子絞りを実現で
きる。
（へ）実施例
本発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照して説明す
る。
る。
固体撮像素子には一般的にオーバーフロードレインが設
けられている。オーバーフロードレインは画素の光蓄積
能力あるいは電荷転送能力を超える過剰の電荷が発生し
た場合、これを吸収排出することによりブルーミング等
の現象を抑制するための構造であり、排出の為の電極に
接続されている。
けられている。オーバーフロードレインは画素の光蓄積
能力あるいは電荷転送能力を超える過剰の電荷が発生し
た場合、これを吸収排出することによりブルーミング等
の現象を抑制するための構造であり、排出の為の電極に
接続されている。
ＦＴ方式ＣＯＤの撮像部の構造を第３図および第４図に
示す。この撮像部はクロスゲート構造を採用しており、
（１１）はＰ型のシリコン基板、（１２）はゲート酸化
膜、（１３）はＬＯＧＯ８構造を有するフィールド酸化
膜より成るチャンネル分離領域、（１４）（Ｉｓ）は水
平方向に延在されるポリシリコンより成る下層ゲート電
極、（１６）（１７）は垂直方向に延在されるポリシリ
コンより成る上層ゲート電極、（１８）はＮ＋型のオー
バーフロードレイン領域、（１９）はＮ型の蛇行したチ
ャンネル領域、（２０）は開口窓、（２１）は開口窓（
２０）下に設けたＰ”型の開口領域である。
示す。この撮像部はクロスゲート構造を採用しており、
（１１）はＰ型のシリコン基板、（１２）はゲート酸化
膜、（１３）はＬＯＧＯ８構造を有するフィールド酸化
膜より成るチャンネル分離領域、（１４）（Ｉｓ）は水
平方向に延在されるポリシリコンより成る下層ゲート電
極、（１６）（１７）は垂直方向に延在されるポリシリ
コンより成る上層ゲート電極、（１８）はＮ＋型のオー
バーフロードレイン領域、（１９）はＮ型の蛇行したチ
ャンネル領域、（２０）は開口窓、（２１）は開口窓（
２０）下に設けたＰ”型の開口領域である。
斯るＦＴ方式ＣＯＤは第５図に示すクロックパルスで駆
動される。クロックパルスφ１．−１は上層ゲート電極
（１６）（１７）に１つおきに印加され％ＶＬＩＶ＆１
．ＶＳ１の３つのレベルを持つ、クロックパルスφ！。
動される。クロックパルスφ１．−１は上層ゲート電極
（１６）（１７）に１つおきに印加され％ＶＬＩＶ＆１
．ＶＳ１の３つのレベルを持つ、クロックパルスφ！。
φ、は下層ゲート電極（１４）（１５）に１つおきに印
加され、ＶＬ ＃ ＶＮの２つのレベルを持つ。
加され、ＶＬ ＃ ＶＮの２つのレベルを持つ。
２：１インクレース駆動の奇数フィールドにおいて、ク
ロックパルスφ８．φ、および−４がｖＬにセットされ
、クロックパルスφ１はｖＭにセットされて光蓄積期間
に入る。この光蓄積期間中に光電変換された電荷は、開
口窓（２０）周辺のクロック≠。
ロックパルスφ８．φ、および−４がｖＬにセットされ
、クロックパルスφ１はｖＭにセットされて光蓄積期間
に入る。この光蓄積期間中に光電変換された電荷は、開
口窓（２０）周辺のクロック≠。
を印加された上層ゲート電極（１６）、クロック≠、。
φ４を印加された下層ゲート電極（１４）（１５）下に
蓄積され、クロックφ、を印加された上層ゲート電極（
１７）下でせき止められている。なお強い入射光により
過剰発生した電荷は、クロック≠１を印加した上層ゲー
ト電極（１６）下のチャンネル分離領域（１３）を通し
て隣接したオーバーフロードレイン領域（１８）にあふ
れ出る。この蓄積された電荷は、次のフレーム転送期間
で４相駆動法により撮像部から蓄積部に転送される。
蓄積され、クロックφ、を印加された上層ゲート電極（
１７）下でせき止められている。なお強い入射光により
過剰発生した電荷は、クロック≠１を印加した上層ゲー
ト電極（１６）下のチャンネル分離領域（１３）を通し
て隣接したオーバーフロードレイン領域（１８）にあふ
れ出る。この蓄積された電荷は、次のフレーム転送期間
で４相駆動法により撮像部から蓄積部に転送される。
次に偶数フィールドにおいて、光蓄積期間中クロックパ
ルスφ１．φ、およびφ４がＶＬにセットされ、クロッ
クパルスφ、はｖ２にセットされる。この期間中に光電
変換された電荷は、開口窓（２０）周辺のクロックφ、
を印加された上層ゲート電極（１７）、クロックφ１．
φ４を印加された下層ゲート電極（１４）（１５）下に
蓄積され、クロックφ１を印加された上層ゲート電極（
１６）下でせき止められている。この電荷は同様にフレ
ーム転送期間中に４相駆動法により撮像部から蓄積部に
転送される。
ルスφ１．φ、およびφ４がＶＬにセットされ、クロッ
クパルスφ、はｖ２にセットされる。この期間中に光電
変換された電荷は、開口窓（２０）周辺のクロックφ、
を印加された上層ゲート電極（１７）、クロックφ１．
φ４を印加された下層ゲート電極（１４）（１５）下に
蓄積され、クロックφ１を印加された上層ゲート電極（
１６）下でせき止められている。この電荷は同様にフレ
ーム転送期間中に４相駆動法により撮像部から蓄積部に
転送される。
固体撮像素子に入射する光量が増大すると、信号出力も
増大するが更に入射光量が増大すると過剰電荷はオーバ
ーフロードレインに排出移れはじめ全画素が飽和状態に
達すると信号出力は飽和し、過剰の電荷は全てオーバー
フロードレインから排出されるに至る。この関係を第２
図にて示す、第２図において横軸は固体撮像素子への入
射光量、縦軸は出力端子ないしオーバーフロードレイン
端子からの平均電荷出力値である。ａは出力端子からの
出力電荷、ｂはオーバーフロードレインからの排出電荷
、Ｃは光電変化された電荷量の入射光量に対する変化を
示している。ｃ＝ａ＋ｂの関係になる。またｄ点が上に
述べた全画素が飽和状態となる入射光量である。
増大するが更に入射光量が増大すると過剰電荷はオーバ
ーフロードレインに排出移れはじめ全画素が飽和状態に
達すると信号出力は飽和し、過剰の電荷は全てオーバー
フロードレインから排出されるに至る。この関係を第２
図にて示す、第２図において横軸は固体撮像素子への入
射光量、縦軸は出力端子ないしオーバーフロードレイン
端子からの平均電荷出力値である。ａは出力端子からの
出力電荷、ｂはオーバーフロードレインからの排出電荷
、Ｃは光電変化された電荷量の入射光量に対する変化を
示している。ｃ＝ａ＋ｂの関係になる。またｄ点が上に
述べた全画素が飽和状態となる入射光量である。
さて本発明に依る固体撮像素子の露出制御回路を第１図
に示す、第１図において（１）は固体撮像素子、（２）
は信号処理回路、（３）は電流電圧変換器、（４〉はタ
イミング信号発生回路である。上記（１）（２）（４）
はそれぞれ第６図の（３１）（３２）（３４）と同じも
のである。線（５）はオーバーフロードレインの排出電
極である。
に示す、第１図において（１）は固体撮像素子、（２）
は信号処理回路、（３）は電流電圧変換器、（４〉はタ
イミング信号発生回路である。上記（１）（２）（４）
はそれぞれ第６図の（３１）（３２）（３４）と同じも
のである。線（５）はオーバーフロードレインの排出電
極である。
次に動作について説明する。固体撮像素子が光蓄積を開
始し、ある画素の電荷が飽和状態に達すると、それ以後
光電変換された過剰な電荷はオーバーフロードレイン（
５）に流出する。この流出電荷は電流電圧変換器（３）
によって電圧変換きれるが、流出電荷がある閾値を越え
た場合タイミング信号発生回路（４）は光蓄積を打切る
べく光蓄積期間を短縮して固体撮像素子を制御する。
始し、ある画素の電荷が飽和状態に達すると、それ以後
光電変換された過剰な電荷はオーバーフロードレイン（
５）に流出する。この流出電荷は電流電圧変換器（３）
によって電圧変換きれるが、流出電荷がある閾値を越え
た場合タイミング信号発生回路（４）は光蓄積を打切る
べく光蓄積期間を短縮して固体撮像素子を制御する。
従来の方法においては入射光量は全画素の出力が終了し
て確定するものであったから蓄積時間制御は事後的にし
か行い得なかったが、オーバーフロードレインは全画素
からの過剰電荷を集めるものであるため、上記の如く実
時間での蓄積時間制御が可能となる。尚以上では画素か
らの過剰電荷の流出をまって制御が行われる如く述べた
が、オーバーフロードレインの形成法によっては、画素
が飽和に達する以前から光電変換された電荷の一定割合
をオーバーフロードレインに配分することも可能であり
、この場合には画素が飽和に達するより低い光量の領域
で感度制御を行うことも十分可能である。また、固体撮
像素子にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄ
ｅｖｉｃｅ ） Ｍ ＯＳ等の種類があるが、本発明は
、いずれの形式であるかによらず過剰電荷を排出するオ
ーバーフロードレイン機構を備えたものであれば実施可
能である。
て確定するものであったから蓄積時間制御は事後的にし
か行い得なかったが、オーバーフロードレインは全画素
からの過剰電荷を集めるものであるため、上記の如く実
時間での蓄積時間制御が可能となる。尚以上では画素か
らの過剰電荷の流出をまって制御が行われる如く述べた
が、オーバーフロードレインの形成法によっては、画素
が飽和に達する以前から光電変換された電荷の一定割合
をオーバーフロードレインに配分することも可能であり
、この場合には画素が飽和に達するより低い光量の領域
で感度制御を行うことも十分可能である。また、固体撮
像素子にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄ
ｅｖｉｃｅ ） Ｍ ＯＳ等の種類があるが、本発明は
、いずれの形式であるかによらず過剰電荷を排出するオ
ーバーフロードレイン機構を備えたものであれば実施可
能である。
（ト）発明の効果
本発明に依れば、固体撮像素子に入射する光量が多い場
合、光電変換によって過剰に発生した電荷がオーバーフ
ロードレインに出力される事を利用しその電荷の量を監
視することによって、画像信号の出力を待つことなく、
光蓄積期間中に同時に入射光量の検出が可能となり、実
時間で応答する電子絞り機構を実現することができる利
点を有する。
合、光電変換によって過剰に発生した電荷がオーバーフ
ロードレインに出力される事を利用しその電荷の量を監
視することによって、画像信号の出力を待つことなく、
光蓄積期間中に同時に入射光量の検出が可能となり、実
時間で応答する電子絞り機構を実現することができる利
点を有する。
第１図は本発明に依る固体撮像素子の露出制御回路を説
明するブロック図、第２図は固体撮像素子の入射光量を
平均電荷出力の関係を示す特性図、第３図はフレームト
ランスファ方式ＣＣＤ固体撮像素子を説明する上面図、
第４図は第３図のＩＶ−Ｎ線断面図、第５図は固体撮像
素子の駆動方法に用いるクロックパルスのタイミングチ
ャート図、第６図は従来の固体撮像素子の露出制御回路
を説明するブロック図である。 （１）は固体撮像素子、 （２）は信号処理回路、（３
）は電流電圧変換器、 （４）はタイミング信号発生回
路である。
明するブロック図、第２図は固体撮像素子の入射光量を
平均電荷出力の関係を示す特性図、第３図はフレームト
ランスファ方式ＣＣＤ固体撮像素子を説明する上面図、
第４図は第３図のＩＶ−Ｎ線断面図、第５図は固体撮像
素子の駆動方法に用いるクロックパルスのタイミングチ
ャート図、第６図は従来の固体撮像素子の露出制御回路
を説明するブロック図である。 （１）は固体撮像素子、 （２）は信号処理回路、（３
）は電流電圧変換器、 （４）はタイミング信号発生回
路である。
Claims (1)
- （１）受光により発生した電荷を転送するチャンネル領
域に隣接して設けたオーバーフロードレインを有する固
体撮像素子と、前記オーバーフロードレインから流出す
る電荷量を検出する検出回路と、前記検出回路の出力に
応答して前記固体撮像素子の光蓄積期間を変化させるタ
イミング回路とを具備することを特徴とする固体撮像素
子の露出制御回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262232A JPH01103378A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 固体撮像素子の露出制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262232A JPH01103378A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 固体撮像素子の露出制御回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103378A true JPH01103378A (ja) | 1989-04-20 |
Family
ID=17372912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62262232A Pending JPH01103378A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 固体撮像素子の露出制御回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01103378A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650643A (en) * | 1994-03-30 | 1997-07-22 | Nec Corporation | Device for receiving light used in CCD image sensor or the like |
| WO1999044358A2 (en) * | 1998-02-26 | 1999-09-02 | Foveonics, Inc. | Exposure control in electronic cameras by detecting overflow |
| US6697114B1 (en) | 1999-08-13 | 2004-02-24 | Foveon, Inc. | Triple slope pixel sensor and arry |
| US6760070B1 (en) | 2000-02-29 | 2004-07-06 | Foveon, Inc. | High-sensitivity storage pixel sensor array having auto-exposure detection |
| US6809768B1 (en) | 2000-02-14 | 2004-10-26 | Foveon, Inc. | Double slope pixel sensor and array |
| JP2009005285A (ja) * | 2007-06-25 | 2009-01-08 | Canon Inc | 撮像装置及びその画素飽和状態検出方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS58127476A (ja) * | 1982-01-22 | 1983-07-29 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP62262232A patent/JPH01103378A/ja active Pending
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