JPH0720215B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH0720215B2 JPH0720215B2 JP59248118A JP24811884A JPH0720215B2 JP H0720215 B2 JPH0720215 B2 JP H0720215B2 JP 59248118 A JP59248118 A JP 59248118A JP 24811884 A JP24811884 A JP 24811884A JP H0720215 B2 JPH0720215 B2 JP H0720215B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vertical
- solid
- horizontal
- blooming
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に係り、特に強い光照射に発生す
るブルーミングを抑圧するに好適な画素構成に関する。
るブルーミングを抑圧するに好適な画素構成に関する。
固体撮像装置においては入射光量が一定量以上になると
画面上に白い縦縞の入るブルーミングと呼ばれる現象が
生じ、画質を著しく劣化させる。このブルーミングを抑
圧するために、特開昭57−197966号公報に示される固体
撮像素子が提案されている。しかし、この従来例では蓄
積電荷量の多い受光素子から、その電荷の一部（余剰電
荷）を読み出すため、垂直読み出しスイツチMOSトラン
ジスタ（以下MOSTと略記する）を飽和動作領域で動作さ
せざるを得ない。その結果、垂直読み出しスイツチMOST
のしきい電圧のばらつきにより、飽和信号電荷が各受光
素子でばらつき、２次元のばらつき（一種の雑音）とな
る。又、従来例では垂直読み出しMOSTのゲートが垂直走
査回路と別のスイツチMOSTとから選択されるため、両方
の動作が誤動作しないような垂直走査回路を考慮する必
要があり、走査回路が複雑になつてしまうという問題が
ある。
画面上に白い縦縞の入るブルーミングと呼ばれる現象が
生じ、画質を著しく劣化させる。このブルーミングを抑
圧するために、特開昭57−197966号公報に示される固体
撮像素子が提案されている。しかし、この従来例では蓄
積電荷量の多い受光素子から、その電荷の一部（余剰電
荷）を読み出すため、垂直読み出しスイツチMOSトラン
ジスタ（以下MOSTと略記する）を飽和動作領域で動作さ
せざるを得ない。その結果、垂直読み出しスイツチMOST
のしきい電圧のばらつきにより、飽和信号電荷が各受光
素子でばらつき、２次元のばらつき（一種の雑音）とな
る。又、従来例では垂直読み出しMOSTのゲートが垂直走
査回路と別のスイツチMOSTとから選択されるため、両方
の動作が誤動作しないような垂直走査回路を考慮する必
要があり、走査回路が複雑になつてしまうという問題が
ある。
第１図は従来のMOS型固体撮像装置の原理図である。マ
トリツクス状に配列された光ダイオード１からなる感光
部９と、光ダイオードに蓄積された光信号を読み出すた
めの垂直読出しスイツチ用MOST91〜9nおよび水平読出し
スイツチ用MOST81〜8mと、それぞれのスイツチを順序よ
く切換えるための垂直シフトレジスタ３および水平シフ
トレジスタ２と、出力信号線４から成つている。垂直，
水平の切換えスイツチ用MOSTは、シフトレジスタの各段
の出力から得られる出力パルスによつてMOSTのゲート電
圧を制御し、スイツチ動作を得ている。
トリツクス状に配列された光ダイオード１からなる感光
部９と、光ダイオードに蓄積された光信号を読み出すた
めの垂直読出しスイツチ用MOST91〜9nおよび水平読出し
スイツチ用MOST81〜8mと、それぞれのスイツチを順序よ
く切換えるための垂直シフトレジスタ３および水平シフ
トレジスタ２と、出力信号線４から成つている。垂直，
水平の切換えスイツチ用MOSTは、シフトレジスタの各段
の出力から得られる出力パルスによつてMOSTのゲート電
圧を制御し、スイツチ動作を得ている。
ところでこの固体撮像装置においては、入射光量が一定
量以上になると画面上に白い縦縞の入るブルーミングと
呼ばれる現象が生じ、画質を著しく劣化させる。これは
以下に述べる原因によると考えられる。すなわち第２図
および第３図に示すように、強い光の当つている光ダイ
オード１はそれに蓄積された多量の電荷12によつて順方
向にバイアスされる。それ以後光電流によつて生じる電
荷は、垂直読出しスイツチ用MOST9iの下に構成される寄
生トランジスタ11iを通して水平出力線10にあふれだ
す。１水平期間に水平出力線10にあふれだした電荷13
は、同じ水平出力線10につながる他の光ダイオードの電
荷を読出すとき同時に読出され、ブルーミングを生じ
る。
量以上になると画面上に白い縦縞の入るブルーミングと
呼ばれる現象が生じ、画質を著しく劣化させる。これは
以下に述べる原因によると考えられる。すなわち第２図
および第３図に示すように、強い光の当つている光ダイ
オード１はそれに蓄積された多量の電荷12によつて順方
向にバイアスされる。それ以後光電流によつて生じる電
荷は、垂直読出しスイツチ用MOST9iの下に構成される寄
生トランジスタ11iを通して水平出力線10にあふれだ
す。１水平期間に水平出力線10にあふれだした電荷13
は、同じ水平出力線10につながる他の光ダイオードの電
荷を読出すとき同時に読出され、ブルーミングを生じ
る。
したがつて、第３図に示すように１水平期間にあふれだ
す電荷に相当する電荷量13を水平ブランキング期間に読
出しておき、１水平期間後においても光ダイオードから
水平出力線に電荷があふれださぬようにすればブルーミ
ングを防止することができる。
す電荷に相当する電荷量13を水平ブランキング期間に読
出しておき、１水平期間後においても光ダイオードから
水平出力線に電荷があふれださぬようにすればブルーミ
ングを防止することができる。
本発明の目的はブルーミングの抑圧を可能とする固体撮
像装置を提供することにある。
像装置を提供することにある。
本発明は、同一半導体基板上に、少なくとも光電変換素
子および、該素子に蓄積した光信号電荷を読み出し回路
に転送する転送素子からなる画素を複数個集積化した固
体撮像素子において、所定の交番電圧を印加する事によ
り、該光電変換素子の読み出し時には該光電変換素子の
蓄積可能容量を増加させるように働き、非読み出し時に
は該光電変換素子の蓄積可能容量を増やさないように働
く機能を備えた可変容量素子を該光電変換素子に設ける
ものである。
子および、該素子に蓄積した光信号電荷を読み出し回路
に転送する転送素子からなる画素を複数個集積化した固
体撮像素子において、所定の交番電圧を印加する事によ
り、該光電変換素子の読み出し時には該光電変換素子の
蓄積可能容量を増加させるように働き、非読み出し時に
は該光電変換素子の蓄積可能容量を増やさないように働
く機能を備えた可変容量素子を該光電変換素子に設ける
ものである。
第４図は本発明を、ブルーミングについて本発明のよう
な点は配慮されていない従来例に適用した実施例であ
る。この素子においては水平信号線がないため、簡単に
適用でき、ブルーミングを抑圧できる。111,112は垂
直、水平走査回路、113はホトダイオード、117はインタ
レーススイツチ、131,132は水平MOST、垂直MOST、133は
垂直走査線、135は水平走査線、136は水平信号線、137
は垂直スイツチMOST、140はビデオ電源、141,142は垂直
信号線、143,144は負荷抵抗、145,146はプリアンプ、14
7はリセツトライン、148はリセツトMOST、149,150は出
力である。160が本発明の付加容量である。この素子の
動作を説明する。水平ブランキング期間の前半に水平信
号線に混入しているブルーミング電荷はリセツトMOSト
ランジスタ148を介して外部に掃き出される。その後、
垂直走査線が選択されると同時に本発明のMOS容量160が
ホトダイオード容量に付加される。その後、水平走査期
間に水平走査線が順次走査され信号電荷が読み出され
る。この読み出し時選択行のホトダイオードからはブル
ーミング電荷は発生しない。一方、非選択行のホトダイ
オードからはブルーミング電荷が発生するが、水平信号
線が異なるため、読み出し行の信号電荷には混入せず、
次の水平ブランキング期間に外部に掃き出される。例え
ば、ホトダイオードの容量をCp、付加容量をCmとする
と、最後の列のダイオードにおける飽和光量とブルーミ
ングの発生する光量との比ｎは近似的に下記の式で示さ
れる。
な点は配慮されていない従来例に適用した実施例であ
る。この素子においては水平信号線がないため、簡単に
適用でき、ブルーミングを抑圧できる。111,112は垂
直、水平走査回路、113はホトダイオード、117はインタ
レーススイツチ、131,132は水平MOST、垂直MOST、133は
垂直走査線、135は水平走査線、136は水平信号線、137
は垂直スイツチMOST、140はビデオ電源、141,142は垂直
信号線、143,144は負荷抵抗、145,146はプリアンプ、14
7はリセツトライン、148はリセツトMOST、149,150は出
力である。160が本発明の付加容量である。この素子の
動作を説明する。水平ブランキング期間の前半に水平信
号線に混入しているブルーミング電荷はリセツトMOSト
ランジスタ148を介して外部に掃き出される。その後、
垂直走査線が選択されると同時に本発明のMOS容量160が
ホトダイオード容量に付加される。その後、水平走査期
間に水平走査線が順次走査され信号電荷が読み出され
る。この読み出し時選択行のホトダイオードからはブル
ーミング電荷は発生しない。一方、非選択行のホトダイ
オードからはブルーミング電荷が発生するが、水平信号
線が異なるため、読み出し行の信号電荷には混入せず、
次の水平ブランキング期間に外部に掃き出される。例え
ば、ホトダイオードの容量をCp、付加容量をCmとする
と、最後の列のダイオードにおける飽和光量とブルーミ
ングの発生する光量との比ｎは近似的に下記の式で示さ
れる。
tfはホトダイオードの信号蓄積時間であり、tf≒1/60s
であり、 thはCmの容量が付加されて、最後の列の信号電荷が読み
出されるまでの時間であり、th≒53μｓである。
であり、 thはCmの容量が付加されて、最後の列の信号電荷が読み
出されるまでの時間であり、th≒53μｓである。
ここで、CMCPとすると飽和光量の約300倍の光に対し
てもブルーミングは発生しない事となる。さらに理解を
深めるためにこの素子の画素平面を用いて説明する。第
９図は本発明を適用しない従来例のものであり、200は
活性領域を示し、135,133はゲート電極用の配線であ
り、113がホトダイオードである。
てもブルーミングは発生しない事となる。さらに理解を
深めるためにこの素子の画素平面を用いて説明する。第
９図は本発明を適用しない従来例のものであり、200は
活性領域を示し、135,133はゲート電極用の配線であ
り、113がホトダイオードである。
MOST131,132はスイツチ機能を持てば良く、ａ〜ｅの寸
法は試作技術の許す限り最小の寸法に設計する（通常ホ
トダイオード容量が小さく、読み出しスピードに対し、
画素領域の時定数は無視できるため）。
法は試作技術の許す限り最小の寸法に設計する（通常ホ
トダイオード容量が小さく、読み出しスピードに対し、
画素領域の時定数は無視できるため）。
第10図は本発明の画素平面図であり、斜線領域201が本
発明の容量160を構成している。なお動作的にはMOST132
のゲート容量（縦縞領域202）も本発明の容量160の一部
として働く。
発明の容量160を構成している。なお動作的にはMOST132
のゲート容量（縦縞領域202）も本発明の容量160の一部
として働く。
さらにこの素子においては、MOS容量160と垂直MOST132
とのそれぞれの機能を兼ねそなえた、新たな垂直MOST16
2を用いた第８図の実施例においてはホトダイオードの
開口率を更に大きくできる。なお、この垂直MOSトラン
ジスタ162は本発明のブルーミング抑圧効果を考慮したM
OS容量をもち、かつ、信号電荷を水平MOST131を介して
外部へ読み出す機能をもつものである。この実施例の画
素平面図を第11図〜第13図に示す。斜線領域203,204,20
5が本発明の容量として働く。なお、第13図において
は、ブルーミング強度を考えると、ｆの寸法は最小加工
寸法ｅよりも一般に大きくしなければならない。
とのそれぞれの機能を兼ねそなえた、新たな垂直MOST16
2を用いた第８図の実施例においてはホトダイオードの
開口率を更に大きくできる。なお、この垂直MOSトラン
ジスタ162は本発明のブルーミング抑圧効果を考慮したM
OS容量をもち、かつ、信号電荷を水平MOST131を介して
外部へ読み出す機能をもつものである。この実施例の画
素平面図を第11図〜第13図に示す。斜線領域203,204,20
5が本発明の容量として働く。なお、第13図において
は、ブルーミング強度を考えると、ｆの寸法は最小加工
寸法ｅよりも一般に大きくしなければならない。
以上述べた本発明の実施例によれば、ブルーミング現象
を実用上問題ないレベルまで抑圧する事ができる。さら
に、走査回路の複雑さが解消される事はあきらかであ
る。
を実用上問題ないレベルまで抑圧する事ができる。さら
に、走査回路の複雑さが解消される事はあきらかであ
る。
本発明によればホトダイオードの信号を外部に読み出す
期間にホトダイオードの蓄積可能電荷を増加させる事が
でき、ホトダイオードからの過剰の電荷（ブルーミング
電荷）を発生しないようにできるのでブルーミング現象
を実用上問題のないレベルまで抑圧できる効果がある。
期間にホトダイオードの蓄積可能電荷を増加させる事が
でき、ホトダイオードからの過剰の電荷（ブルーミング
電荷）を発生しないようにできるのでブルーミング現象
を実用上問題のないレベルまで抑圧できる効果がある。
第１図は従来例の回路構成図、第２図はブルーミング現
象を説明する模式回路図、第３図はポテンシヤル図、第
４図、第５図は本発明の実施例の回路構成図、第６図は
従来例の画素平面図、第７図から第10図は本発明の画素
平面図である。
象を説明する模式回路図、第３図はポテンシヤル図、第
４図、第５図は本発明の実施例の回路構成図、第６図は
従来例の画素平面図、第７図から第10図は本発明の画素
平面図である。
フロントページの続き (72)発明者 小池 紀雄 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 安藤 治久 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大場 信弥 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−6683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−244176（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】同一半導体基板上に、少なくとも光電変換
素子、読み出し用の垂直スイッチ素子、水平スイッチ素
子からなる複数の画素アレー、及び走査用の垂直走査回
路、水平走査回路から構成する固体撮像装置において、 該垂直スイッチ素子の制御用ゲートと兼用し、該ゲート
の一部にて、該光電変換素子との静電容量結合領域を該
光電変換素子の任意の位置に設けることを特徴とする固
体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59248118A JPH0720215B2 (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59248118A JPH0720215B2 (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61127164A JPS61127164A (ja) | 1986-06-14 |
| JPH0720215B2 true JPH0720215B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=17173493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59248118A Expired - Lifetime JPH0720215B2 (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0720215B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110055B2 (ja) * | 1987-09-02 | 1995-11-22 | シャープ株式会社 | 二次元密着型イメージセンサ |
| JP3915161B2 (ja) * | 1997-03-04 | 2007-05-16 | ソニー株式会社 | ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法とその固体撮像素子 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057746B2 (ja) * | 1977-07-13 | 1985-12-17 | 株式会社日立製作所 | 固体撮像装置 |
| JPS56164681A (en) * | 1980-05-22 | 1981-12-17 | Matsushita Electronics Corp | Solidstate image pick-up device |
| JPS586683A (ja) * | 1981-07-06 | 1983-01-14 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
-
1984
- 1984-11-26 JP JP59248118A patent/JPH0720215B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61127164A (ja) | 1986-06-14 |
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