JPH04262678A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH04262678A JPH04262678A JP3044259A JP4425991A JPH04262678A JP H04262678 A JPH04262678 A JP H04262678A JP 3044259 A JP3044259 A JP 3044259A JP 4425991 A JP4425991 A JP 4425991A JP H04262678 A JPH04262678 A JP H04262678A
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- JP
- Japan
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- incident light
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- solid
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- substrate voltage
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- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 17
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
Landscapes
- 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】本発明は、固体撮像装置に関し、
特にオーバーフロードレイン構造の固体撮像素子を用い
た固体撮像装置に関する。
特にオーバーフロードレイン構造の固体撮像素子を用い
た固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブルーミング抑制機構を有する固体撮像
素子として、強い入射光によって発生した過剰電荷を半
導体基板側に吸い取る縦型オーバーフロードレイン構造
のものが知られている。
素子として、強い入射光によって発生した過剰電荷を半
導体基板側に吸い取る縦型オーバーフロードレイン構造
のものが知られている。
【０００３】図４に縦型オーバーフロードレイン構造の
セル断面図を示す。同図において、４１はｎ型半導体基
板、４２はｐウェル、４３はｎ型のフォトダイオード領
域、４４は垂直ＣＣＤのｎ型電荷転送領域、４５はフォ
トダイオード領域４３および電荷転送領域４４の周囲を
囲むｐ＋ 型チャネルストップである。図４において、
フォトダイオード領域４３と電荷転送領域４４との間の
基板表面領域は電荷読み出しのための転送ゲート領域と
なされている。
セル断面図を示す。同図において、４１はｎ型半導体基
板、４２はｐウェル、４３はｎ型のフォトダイオード領
域、４４は垂直ＣＣＤのｎ型電荷転送領域、４５はフォ
トダイオード領域４３および電荷転送領域４４の周囲を
囲むｐ＋ 型チャネルストップである。図４において、
フォトダイオード領域４３と電荷転送領域４４との間の
基板表面領域は電荷読み出しのための転送ゲート領域と
なされている。
【０００４】次に、図４に示された撮像素子のブルーミ
ング抑制機構について説明する。図５は、フォトダイオ
ード領域４３直下のｐウェル４２が完全に空乏化されて
いる時のフォトダイオード領域直下の電位分布およびセ
ルの横方向の電位分布を模式的に示したものである。フ
ォトダイオード領域４３内およびその周囲で発生した信
号電荷はこのフォトダイオード領域の形成する電位井戸
内に蓄積される。この蓄積電荷が一定以上となると、そ
れ以上の電荷はフォトダイオード領域直下のｐウェルが
形成している電位障壁を超えるようになり、それ以上の
過剰電荷はすべてｎ型半導体基板に流れ込むことになる
。
ング抑制機構について説明する。図５は、フォトダイオ
ード領域４３直下のｐウェル４２が完全に空乏化されて
いる時のフォトダイオード領域直下の電位分布およびセ
ルの横方向の電位分布を模式的に示したものである。フ
ォトダイオード領域４３内およびその周囲で発生した信
号電荷はこのフォトダイオード領域の形成する電位井戸
内に蓄積される。この蓄積電荷が一定以上となると、そ
れ以上の電荷はフォトダイオード領域直下のｐウェルが
形成している電位障壁を超えるようになり、それ以上の
過剰電荷はすべてｎ型半導体基板に流れ込むことになる
。
【０００５】すなわち、基板電圧ＶＳＵＢ によって制
御されるｐウェルの最低電位ψＰＢが電荷蓄積時におけ
る転送ゲート（ＴＧ）のチャネル電位ψＴＧＭ より常
に高くなるような関係：ψＴＧＭ ＜ψＰＢに基板電圧
ＶＳＵＢ を調整しておき、過剰電荷によるオーバーフ
ローブルーミングを抑制している。
御されるｐウェルの最低電位ψＰＢが電荷蓄積時におけ
る転送ゲート（ＴＧ）のチャネル電位ψＴＧＭ より常
に高くなるような関係：ψＴＧＭ ＜ψＰＢに基板電圧
ＶＳＵＢ を調整しておき、過剰電荷によるオーバーフ
ローブルーミングを抑制している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の縦型オーバーフ
ロードレイン構造の素子を用いた固体撮像装置では、基
板電圧は、あるレベルの入射光量を想定しこのレベルを
超えた分の電荷を基板側へ引き抜くことのできる値に設
定されるのであるが、異常に強力な光が入射した場合に
も確実にブルーミングを抑止できるように、この値は高
めに設定される。この種固体撮像装置のダイナミックレ
ンジの決定要素の一つが上記基板電圧であるところ、通
常の撮像時においては上記基板電圧は不必要に高く設定
されていたので、通常時のダイナミックレンジが上記基
板電圧によって制限を受けることとなりその範囲が狭く
なされていた。
ロードレイン構造の素子を用いた固体撮像装置では、基
板電圧は、あるレベルの入射光量を想定しこのレベルを
超えた分の電荷を基板側へ引き抜くことのできる値に設
定されるのであるが、異常に強力な光が入射した場合に
も確実にブルーミングを抑止できるように、この値は高
めに設定される。この種固体撮像装置のダイナミックレ
ンジの決定要素の一つが上記基板電圧であるところ、通
常の撮像時においては上記基板電圧は不必要に高く設定
されていたので、通常時のダイナミックレンジが上記基
板電圧によって制限を受けることとなりその範囲が狭く
なされていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置は
、第１導電型半導体基板上に設けられた第２導電型ウェ
ルの表面領域内に複数の第１導電型のフォトダイオード
領域が形成されているオーバーフロードレイン構造の固
体撮像素子と、前記固体撮像素子の画素領域に入射する
入射光のピーク値を導出する手段と、前記入射光のピー
ク値に応じて前記半導体基板に印加される電圧を調整す
る基板電圧調整手段と、を具備するものである。また、
必要に応じてさらに前記入射光のピーク値に応じて映像
信号の白クリップレベルを調整するクリップ調整手段を
備えるように構成される。
、第１導電型半導体基板上に設けられた第２導電型ウェ
ルの表面領域内に複数の第１導電型のフォトダイオード
領域が形成されているオーバーフロードレイン構造の固
体撮像素子と、前記固体撮像素子の画素領域に入射する
入射光のピーク値を導出する手段と、前記入射光のピー
ク値に応じて前記半導体基板に印加される電圧を調整す
る基板電圧調整手段と、を具備するものである。また、
必要に応じてさらに前記入射光のピーク値に応じて映像
信号の白クリップレベルを調整するクリップ調整手段を
備えるように構成される。
【０００８】すなわち、本発明の固体撮像装置において
は、平常時においては基板電圧は低く設定されており、
そして入射光のピーク値が高レベルとなった場合には基
板電圧が自動的に上昇するように構成されている。
は、平常時においては基板電圧は低く設定されており、
そして入射光のピーク値が高レベルとなった場合には基
板電圧が自動的に上昇するように構成されている。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図
である。同図に示されるように、固体撮像素子１の出力
する出力信号はローパスフィルタ２を通りコンパレータ
３に入力される。コンパレータ３は、あらかじめ一定値
に設定された基準信号と出力信号とを比較し基準値以上
の出力信号を検出する。
て説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図
である。同図に示されるように、固体撮像素子１の出力
する出力信号はローパスフィルタ２を通りコンパレータ
３に入力される。コンパレータ３は、あらかじめ一定値
に設定された基準信号と出力信号とを比較し基準値以上
の出力信号を検出する。
【００１０】次に、積分回路４は、コンパレータからの
信号を取り込み、図２に示すように、有効画素領域Ａ内
で積分を行ない、基準値以上となっている画素領域Ｂの
面積を検出する。これと並行して基板電流検出回路５は
半導体基板に流れ込む基板電流を検出する。
信号を取り込み、図２に示すように、有効画素領域Ａ内
で積分を行ない、基準値以上となっている画素領域Ｂの
面積を検出する。これと並行して基板電流検出回路５は
半導体基板に流れ込む基板電流を検出する。
【００１１】次に、マイクロプロセッサユニット（ ｍ
ｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ ：以下、Ｍ
ＰＵと記す）６は、積分回路４と基板電流検出回路５か
らの信号を取り込み、これら２種の信号から入射光のピ
ーク値を導出する。例えば、基準値以上となっている画
素領域の面積値が大きくても基板電流値が小さい場合は
標準光量の数十倍の光量の光が入射しており、また、上
記画素領域の面積値が小さく基板電流値は大きい場合は
標準光量の数百倍の光が入射しているというような判断
から入射光のピーク値を導出する。
ｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ ：以下、Ｍ
ＰＵと記す）６は、積分回路４と基板電流検出回路５か
らの信号を取り込み、これら２種の信号から入射光のピ
ーク値を導出する。例えば、基準値以上となっている画
素領域の面積値が大きくても基板電流値が小さい場合は
標準光量の数十倍の光量の光が入射しており、また、上
記画素領域の面積値が小さく基板電流値は大きい場合は
標準光量の数百倍の光が入射しているというような判断
から入射光のピーク値を導出する。
【００１２】次に、ＭＰＵ６は、導出された入射光のピ
ーク値に関する情報を基板電圧調整回路７とクリップ調
整回路８に伝送する。基板電圧調整回路７とクリップ調
整回路８は、各々ＭＰＵ６から送られた入射光のピーク
値に関する情報をもとに、基板電圧の調整と白のクリッ
プレベルの設定を行なう。
ーク値に関する情報を基板電圧調整回路７とクリップ調
整回路８に伝送する。基板電圧調整回路７とクリップ調
整回路８は、各々ＭＰＵ６から送られた入射光のピーク
値に関する情報をもとに、基板電圧の調整と白のクリッ
プレベルの設定を行なう。
【００１３】図３はこのときの光量−出力信号の状態を
示すニー（Ｋｎｅｅ）特性図である。通常時には基板電
圧は低く設定されている。この状態を■に示す。このと
きクリップレベルは高く設定されており、広いダイナミ
ックレンジが確保されている。この状態のとき、強い光
が入射すると基板電圧は高められる（図の■の状態）と
ともにクリップレベルが下げられる。この状態では十分
なブルーミング抑制機能が発揮される。本実施例により
、通常時での撮影において、ダイナミックレンジを１．
３倍程度拡げることができた。
示すニー（Ｋｎｅｅ）特性図である。通常時には基板電
圧は低く設定されている。この状態を■に示す。このと
きクリップレベルは高く設定されており、広いダイナミ
ックレンジが確保されている。この状態のとき、強い光
が入射すると基板電圧は高められる（図の■の状態）と
ともにクリップレベルが下げられる。この状態では十分
なブルーミング抑制機能が発揮される。本実施例により
、通常時での撮影において、ダイナミックレンジを１．
３倍程度拡げることができた。
【００１４】本発明は、縦型オーバーフロードレイン構
造のデバイスを用いたもののみならず、横型オーバーフ
ロードレイン構造のデバイスを用いたものにも適用しう
るものである。また、ピーク値を求める方式は実施例に
限定されるものではなく、例えば、固体撮像素子の出力
する撮像信号から直接これを求めるようにすることがで
きる。さらに、調整回路７、８内に不感帯を設定し、入
力されたピーク値が一定範囲を超えた場合にのみ基板電
圧やクリップレベルを変更するようにしてもよい。
造のデバイスを用いたもののみならず、横型オーバーフ
ロードレイン構造のデバイスを用いたものにも適用しう
るものである。また、ピーク値を求める方式は実施例に
限定されるものではなく、例えば、固体撮像素子の出力
する撮像信号から直接これを求めるようにすることがで
きる。さらに、調整回路７、８内に不感帯を設定し、入
力されたピーク値が一定範囲を超えた場合にのみ基板電
圧やクリップレベルを変更するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は入射光の
ピーク値に対応して基板電圧と白のクリップレベルを自
動的に調整するものであるので、本発明によれば、通常
の被写体の撮影時には広いダイナミックレンジを確保す
ることができるとともに強い光が入射した場合には十分
なブルーミング機能を発揮させることができる。
ピーク値に対応して基板電圧と白のクリップレベルを自
動的に調整するものであるので、本発明によれば、通常
の被写体の撮影時には広いダイナミックレンジを確保す
ることができるとともに強い光が入射した場合には十分
なブルーミング機能を発揮させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図２】図１の実施例の動作説明図。
【図３】図１の実施例の動作説明図。
【図４】縦型オーバーフロードレイン構造の固体撮像素
子の断面図。
子の断面図。
【図５】従来例の動作説明図。
１ 固体撮像素子
２ ローパスフィルタ
３ コンパレータ
４ 積分回路
５ 基板電流検出回路
６ マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）７ 基
板電圧調整回路 ８ クリップ調整回路
板電圧調整回路 ８ クリップ調整回路
Claims (2)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に設けられた
第２導電型ウェルの表面領域内に複数の第１導電型のフ
ォトダイオード領域が形成されているオーバーフロード
レイン構造の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の画素
領域内に入射する入射光のピーク値を導出する手段と、
前記入射光のピーク値に応じて前記半導体基板に印加さ
れる電圧を調整する基板電圧調整手段と、を具備する固
体撮像装置。 - 【請求項２】 第１導電型半導体基板上に設けられた
第２導電型ウェルの表面領域内に複数の第１導電型のフ
ォトダイオード領域が形成されているオーバーフロード
レイン構造の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の画素
領域内に入射する入射光のピーク値を導出する手段と、
前記入射光のピーク値に応じて前記半導体基板に印加さ
れる電圧を調整する基板電圧調整手段と、前記入射光の
ピーク値に応じて映像信号の白クリップレベルを調整す
るクリップ調整手段と、を具備する固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044259A JPH04262678A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044259A JPH04262678A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262678A true JPH04262678A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=12686519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3044259A Pending JPH04262678A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04262678A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057417A (ja) * | 1999-08-17 | 2001-02-27 | Nikon Corp | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| WO2002003711A1 (en) | 2000-06-29 | 2002-01-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Color image pickup device |
| US6888573B2 (en) * | 2002-10-31 | 2005-05-03 | Motorola, Inc. | Digital pixel sensor with anti-blooming control |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP3044259A patent/JPH04262678A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001057417A (ja) * | 1999-08-17 | 2001-02-27 | Nikon Corp | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| JP4590659B2 (ja) * | 1999-08-17 | 2010-12-01 | 株式会社ニコン | 撮像装置およびこの撮像装置を備えた電子カメラ |
| WO2002003711A1 (en) | 2000-06-29 | 2002-01-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Color image pickup device |
| US6888573B2 (en) * | 2002-10-31 | 2005-05-03 | Motorola, Inc. | Digital pixel sensor with anti-blooming control |
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