JPH05505087A - リアルタイム読み出し特性を有するホトダイオードを備えるイメージデバイス - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 リアルタイム読み出し特性を有するホトダイオードを備えるイメージデバイ発明 の技術分野 本発明は固体イメージセンサ、例えば、電荷結合イメージセンサ（ＣＣＤｓ）、 より具体的には連続時間ホトダイオードとしても作動可能な固体イメージセンサ に関する。

発明の背景 他の形式の写真と同様、電子イメージの品質は照明条件によって決まる。多くの 従来のフィルムカメラは、露出を調節するために単一のあるいはマトリクス状に 組み合わせたホトダイオードを使用している。これらのホトダイオードは、米国 特許第４，８２７，１１９に記載されているようなイルミナント（照度）カラー 検出またはタイプ検出を行う際にも使用することができる。この特許に記載され た照度検出は実時間の信号入力を必要とする。電子式スチールカメラは既に、光 を検出し、実時間信号を供給するためのセンサを有している。従って、このセン サを使用することが適当であろう。固体イメージセンサの状態は、“ブルーミン グと呼ばれる現象の発生を防ぐためのオーバーフロー防止装置が提供されるとこ ろまで進歩した。この現象は、感光素子に蓄積された電荷と隣接感光素子に蓄積 された電荷との相互作用による拡がりと定義される。種々の方法が、“ブルーミ ング″を排除又は制御するために用いられている。いくつかの方法が、以下の特 許に示されている。

Ｅａｒｌｙによる米国特許第３，８９６．４８５　ｒオーバーフロー防止装置を 有する電荷結合装置」。

Ａ層ｅｌ　Ｉｏ　等による米国特許第３，８９６，４７４　ｒカラムアンチブル ーミングコントロール（Ｃｏｌｕｍｎ　Ａｎｔｉ−Ｂｌｏｏｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔ ｒｏｌ）を有する電荷結合区画イメージング装置（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ ｄ　Ａｒｅａ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ）　Ｊ。

５ｕｚｕｋｌ　による米国特許第４．２４２．．５９９　ｒアンチブルーミング （Ａｎｔ４ｂｌｏｏｍｉｎｇ）及び露出コントロー化を有する電荷移動イメージ センサ」。

Ｙａｔｘａｄａ　による米国特許第４，３７３，１６７　ｒオーバーフロー防止 装置を有する高解像度の固体イメージセンサ」。

発明の概要 本発明は、横方向ブルーミング防止装置を有する固体イメージセンサの改良で、 そのレベルは、オーバーフローチャネルへの電荷の流れに対して障壁を形成する オーバーフローゲートへの印加電圧によって制御される。この改良は、イメージ センサの感光部に照射する瞬時光を表示する連続時間信号出力を提供する。制御 電圧がセンサに印加されて障壁か制御され、電荷が感光部に蓄積されず、電荷の 流れが該感光部に照射する瞬時光の関数となる。固体イメージセンサには、オー バーフローチャネルからの電荷の流れを受け取り、電荷の流れの関数として連続 時間出力信号を供給するための増幅器が接続される。

前述したように、本発明の第一の目的は、センサに照射された瞬時光の強度の関 数である信号を供給することができる改良されたイメージセンサを提供すること にある。

本発明の他の目的は、センサ上に映った像の複数のゾーンそれぞれからの瞬時光 強度を個々に決定するためのイメージセンサを提供することにある。

本発明の他の目的としては、二つ以上のゾーンが連結してなる像の複数のゾーン それぞれからイメージセンサを提供することにある。

また、本発明の他の目的としては、光強度のうち、センサのサンプリング速度で 検出される周波数よりも高い周波数成分を検出することができるイメージセンサ を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、照射光の高周波成分を含む信号を供給するイメージ センサを提供することにある。

本発明のこれら及び他の目的は、以下の説明や図と関連させることにより、より 明らかになるであろう。ここでは、同様の文字で同様の部材を示し、それぞれの 図は本発明の一部を表している。

図面の簡単な説明 図１はＣＣＤアレイの一部の本発明のダイオードの構造を示す断面図である。

図２は図１の構造に対応する電位図である。

図３は図１の好適な実施例の一部であるホトダイオード回路を表す記号図である 。

図４は図１の好適な実施例と共に使われる増幅器の回路図である。

図５はホトダイオード信号のレベルシフティング及び限定された電流利得を発生 するための回路図で、図４を含む。

図６はマルチゾーン露出計を形成するために区画アレーを分割する電位図である 。

図７は図６に示したマルチゾーン露出計に相当するものを示すための図３の記号 図と同様の記号図である。

好適な実施例の説明 本発明は、シリコン半導体において実施されるものとして説明するが、他の材料 でも同等に効果があるものと理解することとする。

図１にはイメージセンサ６０の一部分の断面がオーバーフロー防止装置と共に示 されている。センサは、裏面が電圧源ＶＳに接続された基板１９上に形成される 。基板１９はＰ型材料よりなる。Ｎ十型領域を形成するためにリンのようなＮ型 不純物を基板材に埋め込む（インブランティング）か拡散させることにより、い くつかの電荷シンク領域（チャネル）１１．１３及び１５が基板に形成される。

チャネル１３はオーバーフローチャネル、チャネル１５はＣＣＤ、すなわち信号 電荷結合チャネル、そしてチャネル１７はホトダイオードの作用による電子を蓄 積するためのウェルである。これらの二つのチャネルの間には基板材のＷ１４が ある。絶縁層２０はオーバーフローチャネル１３を除くこれらすべてのチャネル 上に位置している。導電材の電極１８はチャネル１３の材料と接触して形成され る。基板材で形成される分離！！１２がオーバーフローチャネル１３と感光部１ ７の間にある。電位Ｖｄが電極１８に印加される。導電材で形成されるゲート２ ２は壁１２上に位置し、電位Ｖｏｇに接続される。導電性のタブ２４が壁１４を 含むＣＣＤチャネル１５上に位置し、像をセンサ６０から読み出す際にウェル１ ７に蓄積された電荷をチャネル１５に排出するためのクロック信号Ｐｈ１ｖを供 給する。

図２には本発明の動作が電位図により示されている。イメージセンサが読み出し モードで作動している時、電位ＰｈＩｖ及びＶｏｇは最初、チャネル１７の両側 に電位壁を形成するレベルに設定され、チャネルに電子が蓄積される。オーバー フローがない状態と同じように、これらの電子は読み出し適切な時間に、チャネ ル１７とチャネル１５の間の電位障壁レベルを下げることにより、チャネル１５ に排出される。イメージセンサが照度検出モードで作動している時、電位壁をレ ベル１２Ａからレベル１２Ｂに移すために電位Ｖｏｇが設定される。この時、電 位壁１４は高いままである。チャネル１７に蓄積された電子は、チャネル１７に 更に蓄積されることなく、オーバーフローチャネル１３そして電極１８に直接流 れ込む。

この電子の流れが電流Ｉｏｖである。オーバーフローモードでは、チャネル１７ の電子の数が増加し、それがチャネル１５に読み出されると°ブルーミング°を 起こす数にまで達すると、これらの電子はオーバーフローチャネル１３に流れ出 すが、その速度は電位Ｖｏｇによって決められる。縦方向のオーバーフロー構造 では、障壁のレベルは幾何学的及びドーピング特性によって決まり、固定した値 となる。

図１に示された横方向のオーバーフロー構造では、障壁のレベルはオーバーフロ ーゲート電圧Ｖｏｇによって設定される。

電流ｌｏｗが定常値に達した時、装置は図３に示されるように光が制御する電流 源１６として表すことができる。

図４では、電流１ｏｖを検出するための対数増幅器３０は、入力３１．３４を有 する増幅器３２及び電圧Ｖ　ｒｅｒに参照されるフィードバック素子３３で構成 され、対数機能を供給する。Ｖ　ｒｅｆは入力３４のバイアス電圧でもある一電 流ｌｏｗは増幅器３０の反転入力３１に入るが、これは総和接続点でフィードバ ック電流１ｒｆは電流ｌｏｗに等しい。ＶＯで示された出力信号は、−Ｖｔ　Ｉ ｎ　［Ｉｏｖ／　Ｂ　Ｉｓ］に等しい。この対数増幅器は装置に照射する光を表 すＩｏｖの大きなダイナミックレンジを圧縮するのに用いられる。

図５にはレベルシフトの開局を取り除く増幅回路を示す。カレントミラー４１は 増幅器３０の入力３１に接続され、検出された光電流１ｏνにより作動する。こ の段階で、エレメントトランジスタＭｌ及びＭ２のサイズにより、いくらかの利 得が得られる可能性がある。Ｍｌ及びＭ２のゲート長が等しいとすると、利得は 約Ｗ２　／Ｗｌとなる。この構成では、増幅器３２の入力３４は電圧Ｖ　ｒｅｆ に接続されているが、この電圧は増幅器の出力が以下の信号処理回路により期待 されるレベルでバイアスされるのを保証するために選択されるものである。

図６には４１１１のゾーン露出計６０の構成ブロック図が示されている。それぞ れのゾーン１から４は、図６及び図７に５１から５４のようにまとめて示されて いるいくつかのホトダイオードから構成される。それぞれのゾーンはいくつかの ホトダイオードのオーバーフローゲートを有し、共通に接続され、別々のオーバ ーフロー電圧ＶｏｇｌからＶｏｇ４によりそれぞれ別々に制御される。従って、 それぞれのゾーンは、それぞれのゾーンに別々に照射される瞬時光強度を測定す るのに用いられる。望ましい出力を形成するために、２個以上のゾーンが連結さ れている点に着目すべきである。構成ブロック図と等価な回路の概略図を図７に 示した。

それぞれの電流１ｏｖｌからＩ　ｏｖ４は、図６の結合したゾーンに照射される 光を表す。ゾーンは４個示されているが、このゾーンの数はいくつにも増やすこ とができる。ゾーンの幾何学的形状は、それぞれのオーバーフローゲートが連結 できるかどうかによってのみ制限される。

本発明の好適実施例と見なされるものを示してきたが、本発明の本質的な精神か ら逸脱することなく、多くの変更及び修正がなされ得ることは明白である。従っ て、添付の請求の範囲では、本発明の技術範囲に入るこのような変更及び修正を すべて包含することを意図する。

図１ 図４ 図５ り 要ｖＪ書 溝方向ブルーミング防止装置を存するＣＣＤイメージセンサのような固体イメー ジセンサでは、そのレベルは障壁を形成するオーバーフローゲート電圧により制 御され、センサのホトダイオード接続部位における電子の蓄積は、その障壁を除 去し、電荷をセンサのホトダイオード接続部位からオーバーフロー領域に流し込 むことによって排除される。そして、この電荷の流れはホトダイオードに照射す る瞬時光の関数として検出される。オーバーフローゲートの物理的な結合がゾー ンを形成するために選択されている。電荷の流れはここで瞬時光強度を表すので 、センササンプリング速度により限定されるものより高い周波数成分が検出され る。増幅器がそれぞれのゾーンからの電荷の流れを検知するために接続されてお り、光強度の範囲が大きい場合、増幅器には対数フィードバック成分が供給され る。この成分は、検出された電荷の流れを表す信号を圧縮したものを供給する。

国際調査報告　＋１ｒＴ／ｌｌｅ　６１　／ｎ６１’ｌｃｆｆ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．横方向ブルーミング防止装置を有し、そのレベルがオーバーフローチャネル ヘの電荷の流れに対して障壁を形成するオーバーフローゲートヘの印加電圧によ って制御される固体イメージセンサにおける、イメージセンサの感光部に照射さ れる瞬時光を表示する連続時間出力信号を供給する固体イメージセンサであって 、 電荷が感光部に蓄積されず、電荷の流れが該感光部に照射される瞬時光の関数と なるように障壁を制御すべく該センサに制御電圧を供給する手段と、該オーバー フローチャネルからの電荷の流れを受け取り、電荷の流れの関数として連続時間 出力信号を供給すべく該固体イメージセンサに接続された増幅手段と、 を有することを特徴とする固体イメージセンサ。
2. ２．それぞれのセグメントから単一の出力を該増幅手段に供給すべくそれぞれ別 々のセグメントにあるオーバーフローゲートの結合、並びに、それぞれのセグメ ントのオーバーフローチャネルの結合により該固体イメージセンサがセグメント から形成されることを特徴とする請求項１記載の固体イメージセンサ。
3. ３．２個以上の該セグメントが互いに接続されることを特徴とする請求項２記載 の固体イメージセンサ。
4. ４．固体イメージセンサであって、 別々に像を検出するためにそれぞれのゾーンに照射する瞬時光の関数として電荷 の流れを供給し、並びにそれぞれの感光性素子により生成された電荷を供給する たあのいくつかのゾーンを形成する複数の感光性素子と、それぞれのゾーンから 電荷の流れを受け取るため、ゾーンの数にその数が相当するいく１つかのオーバ ーフローチャネル手段と、該オーバーフローチャネル手段から電荷の流れを受け 取り、並びにいくつものゾーンそれぞれに照射する瞬時光を示す出力を供給ずる ために該オーバーフローチャネル手段に接続された増幅手段と、を含むことを特 徴とする固体イメージセンサ。
5. ５．１個以上の該ゾーンが互いに接続されることを特徴とする請求項４記載の固 体イメージセンサ。
6. ６．感光性部位に接続された電荷保存領域を有するＣＣＤイメージセンサであっ て、 該感光性部位により該感光性部位に照射する照度の関数として生成された電荷を 保存する手段と、 該保存手段に連結され、電荷の保存を制御して防ぎ、並びに該感光性部位からの 電荷の流れを該感光性部位の瞬時光の関数として発生させる手段と、該保存手段 から電荷の流れを受け取る増幅手段と、を有することを特徴とするＣＣＤイメー ジセンサ。
7. ７．ゾーンを形成するいくつかの感光性部位の結合により該イメージセンサがゾ ーンによって形成され、さらに 単一の出力をそれぞれのゾーンの平均照度の関数として該増幅手段に供給する手 段と、 を含むことを特徴とする請求項６記載のＣＣＤイメージセンサ。
8. ８．２個以上の該ゾーンが互いに連結されることを特徴とする請求項７記載のＣ ＣＤイメージセンサ。