JPS58127371A

JPS58127371A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS58127371A
Application number: JP57009667A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Goto; 浩成後藤
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1983-07-29
Also published as: JPH0263313B2

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】発明の技術分野本発明は、例えばカメラ婢に用いられる固体撮像装置に
関する。

発明の技術的背景固体撮像装置をカメラ婢に搭載し、被写体光度の大きく
異なるものの撮像に用いる場合には、信号出力を適正に
保つ丸めに種々の対策が必要である。Ｎえば光学フィル
タを用いたり、光電流の積分時間（以下単に積分時間と
称す）を変えて発生する信号電荷量を１ｌ１１１Ｋｌす
る（ここで光ｔｆｌＬｏｃｗＡ度、信号電荷量ば光電故
×積分時間、従って信号電荷量ｏｃ照度×槓分時間とな
っている）郷が採用されている。しかし、積分時間を変
える方法では、高精度かつ迅速な動作が要求される場合
、必しも妥轟な方法がとられていない。

例えば第１図は第１の従来例を示しており、この場合、
感光画素列１に光ダイオード２を並列に配置し、その光
ダイオード２から光電流を光電流検出回路３にて検出し
て照度を検知して積分時間設定回路４にて対応する積分
時間を設けるようにしている。第２図は第２の従来例を
示しており、この場合には感光ｍ１ｌｌ素列１から読出
回路４にで出力を読み出し、判断回路６にてその読み出
し出力が適正か否かを判断し、出力が過剰の場合には設
定回路４における積分時間を短く、過少の場合には積分
時間を長くする様にフィードバックループを形成してい
る。

背景技術の問題点しかし、上記し九第１の従来例の場合には、光電流を見
るために低照度の場合に対応して大きなｒインを有する
増幅器が必要となり、回路的に繁雑である。また、第２
の従来例の場合には、一度出力を読み出し、それから積
分時間を決めるために動作上時間遅れができ、光／４’
ターンの速い変化に対して追随できるとは限らないとい
う欠点があった。

発明の目的本発明は上記事情に鮨みてなされたもので、高いｒイン
を有する増幅器が不要で回路が簡単化でき、積分時間決
定に際してフィードバックループを形成する必要がなく
、光パターンの速い変化に対しても追随して積分時間の
決定ができる固体撮像装置を提供することを目的とする
。

発明の概要本発明は、被写体の光強度によらずに各感光画素からの
出力レベルを適正に保つ構成とすることに％黴があり、
そのために各感光ＩＩｋｌ木に並列に光ダイオードを設
け、この光ダイオードからの光電流に基づく信号電荷量
を検出して積分時間を決定するようにしており、この光
ダイオードからの信号電荷を検出制御する手段と上記感
光画素の出力を検出制御する手段とが同期して動作する
ようになっている。

発明の実施例第３図は本発明の第１実施例に係る固体撮像装置を示し
ており、また第４図、第５図はそれぞれ第３図のＡ−ム
線、Ｂ−Ｂ＠に沿う断面構造を示している。図において
、１１は例えばＰ型シリコンの半導体基板、１２ａ〜１
２・はこの半導体基板１ノ上に互いに分離配設され、照
射光の強度に応じた信号電荷を発生する感光ｌｉｋｌ１
ｇ１１３はこの感光画素１２１〜１２・で発生した信号
電荷を後述するＣＣＤレジスタへ移送するための移送ｆ
−）、１４はこの移送ｆ−ト１３から送られてくる信号
電荷を格納するＣＣＤレジスタ、１５はこのＣＣＤレジ
スタ１４から送られてきた信号電荷を検出し、出力電圧
に変換する出力部、１６は上記感光画素ＪＪａ〜１２・
列と並列して設けられ、この感光画素と同等の光ダイオ
ード、１７はこの光ダイオード１６からの信号電荷を取
り出すための出力’ｙ”　−ト、１ｇはこの出力ｒ−）
１７により制御されて導出される信号電荷を４テンシヤ
ルとして蓄える浮遊拡散領域、１９はこの浮遊拡散領域
１８の蓄積電荷をリセットするためにダートするリセッ
トグー）、２１９はこのリセッ）ｅ−ト１９にて導びか
れる電荷を排出する丸めのリセットドレイン、２１は前
記基板１４上にオンチップ化され、上記浮遊拡散領域１
８の電位レベル（電荷量）音検出するソースフォロワ回
路、２２はこのソースフォロワ回路２ノの出力によって
前記移送グー）ＪＪを駆動させると共にリセッ）ｆｆ−
）１９を動作させる信号を発生する動作信号発生部であ
る。また、２３は半導体基板１１と同一導電型の不純物
を高濃度に含むテヤネルストッ！領域、２４は基板１１
上に設けられた絶縁膜、Ｉ　ｊ　ａ　ＣＣＤレジスタ１
４の転送電極、２６はアルミニウムによる光總蔽膜、２
７は保躾膜である。

なお、上記感光画素１２ａ〜１２＠及び光ダイオード１
６は、半導体基板１１と逆導電型の不純物を含む半導体
領域であり、浮遊拡散領域１８及びリセットドレイン２
ｏも半導体基板１１と逆導電型の不純物を含む半導体領
域として形成されている。

上記の様な固体撮愉装置において、感光画素１２＆〜１
２・は光パターンに対応して光電流を発生し、信号電荷
を蓄積する。後述する積分時間終了後、移送ダート１３
を開いてＣＣＤレジスタ１４にこの信号電荷を移送する
。そして、このＣＣＤレジスタ１４の転送電極２５にク
ロックパルス管印加することにより、ｃｃＤレジスタ１
４内の電荷は出力部１５に移送され、ここで電荷に対応
する電圧に変換されて順次時系列信号として取シ出され
る。また、出力ゲート１７及びリセットドレイン２０に
は適当な直流電圧が印加されており、リセット電極１９
と移送ｒ−ト１３は動作信号発生部２２からの同期パル
ス信号によって同期して開閉する。この同期パルスによ
って感光画素１２＆〜１２＠から信号電荷がＣＣＤレジ
スタ１４に移送されると同時に、浮遊拡散領域１８の電
位がリセットされる。この同期パルスによる上記動作終
了時点から次の同期パルス発生までの時間が積分時間に
相当する。

この積分時間の間では、光ダイオード１６には感光画素
１２＆〜１２・に照射される光パターンと略同−の光パ
ターンが照射され、これに応じて光電流が発生する。今
、感光画素を１−１．２．３・・・Ｎ（図ではＮ＝５と
なっているが、これに限定されるものではない）と番号
をつけ、画素ｌでの光パターンの照度を！量、光〆イオ
ード１６の面積を８１単位面積、単位照度あたシの光電
流発生率をダとすると、光ダイオード１６から発生する
光電流Ｊは、となシ、各画素の光ツクターンの平均値に対応した光電
流が発生する。この電流は浮遊拡散領域１８に流入し、
ここの電位を変化させる。同期パルス発生後、時間Ｔの
間にはこの電位変化は次式で４見られる。

ここで、Ｃは上記浮遊拡散領域１８の空乏層容量である
。また、各ｍ票１２ａ〜１２・にそれぞれ蓄積されてい
る信号電荷量は、その面積をＡとするとＡ−Ｔ−１ｉ　
・マで与えられるので、上記（２）式は、結局電荷量の平均値）・・・・・・（３）となる、従って、ソースフォロワ回路２１を通じてこの
領域１８の電位変化を取り出して各画素に蓄積されてい
る信号電荷量の平均値を検知し、これが予じめ定められ
九レベルを越えれば、動作信号発生部２２から同期パル
スを出して移送ゲート１３とリセットｆ−ト１ｍとを同
期して開くようにすれば、ＣＣＤレジスタ１４から適正
な信号出力を確保することができると共に次の積分動作
に移ることができる。

すなわち、従来装置では低照度の場合に電流Ｊが小さく
なり、これを検出して積分時間を決めゐＫは高利得の増
幅器が必要であったが、上記実施例装置によれば電位変
化Ｖの場合には常に上記（３）式の関係が成立している
ので、この電位変化Ｖｔ−観察してこれが一定レベルを
越えるか否か奢判足するだけでよいので、上記し九高利
得増幅器は必要なく、またフィードバックルーズを形成
する必要がなく、回路が簡単になる。

つまり、低照度の場合でも単に待機時間が長くなるのみ
でシステム的に有利となる。

第６図は本発明の第２実施例に係る固体撮儂装置を示し
ておシ、第７図は棺６図のＣ−Ｃ＠に沿う断面構造を示
している。本実施例の場合には、３画素毎に対応して光
ダイオード１６ａ。

１６ｂ１出力グート１１＊、１７ｂ、浮遊拡散領域１８
ａ、ｌ１ｊｂ、　　リセット？’−ト１９ｍ。

１９ｂ１　リセットドレイ７２０ｍ、２０ｂ及びンース
フォロワ回路２１ｍ、２１ｂを設けている。そして、光
ダイオード１６ｍ、１６ｂを画素間に挿入し、画素の配
列からはずれる部分を光シールド膜２６で覆っており、
画素列の間に入っている部分は光シールド膜２６により
覆われていない、その他は前述の実施例同様である。

本実施例の場合には、全１ｊＩＩＩ素を一度にではな（
，３ｉｉｉｉ＊毎（これは必ずしも３画ｌＬＫ限定され
ない）に信号電荷量の平均値をとるようＫしていること
に％微がある。従って、本実施例の場合には、前述の実
施例とｒｉｉＪ様の効果を有するだけでなく、更に全画
素の平均値ではなくて小さな群にわけてその平均値をみ
るために、局所的に強い光があたった場合にも全体でな
らされることなく、より正確な積分時間を設定できる。

また、光ダイオード１６ｍと１６ｂが画素列１２１〜１
２１と同一の列内にあるので、画素列１２１〜１２１と
より同一の光ＡＩターン′Ｉｋ得ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく徨々変
形実施できる０例えば第１実施例の場合には光ダイオー
ド１６を分割してｌｉｉ累群毎の平均値をみる構造とし
てもよいし、第２実施例の場合には光ダイオード１６　
ａ　ｐ　ｌ　６　ｂ　ｔ−統合して画素全体の平均値を
みる構造としてもよい、ｔた、上記実施例の装置を複数
個並べてエリアセンサ構造とすることもできる。この場
合にはエリア全体を統合して平均値を見るようにする。

さらに、上記実施例では、ＣＣＤレジスタを表面チャネ
ル型として説明したが、ＣＣＤレジスタ等の各ダート下
を埋込みチャネル型としてもよい。

発明の効果本発明によれば、感光画素からの光電流を積分し、光量
罠対応した電荷を検出するために高いゲインを有する増
幅器が不要となるので回路が簡単化できる。また、感光
画素に並列に配設された光ダイオードからの信号電荷を
みるために積分時間の決定に際してフィードバックルー
ズを形成する必要がなく、光・母ターンの速い変化に対
しても追随して積分時間の決定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の固体撮像装置の概略構成図、
第３図は本発明の第１実施例に係る國体撮＊装置の構成
図、第４図は第３図のＡ−Ａ＠に沿う断面構造図、第５
図は第３図のＢ−Ｂ線に沿う断面構造図、第６図は本発
明の第２実施例に係る固体撮像装置の構成図、第７図は
第６図のＣ−Ｃ線に沿う断面構造図である。１ノ・・・半導体基板、１２ａ〜１２ｆ・・・感光画素
、１３・・・移送ダート、１４・・・ＣＣＤレジスタ゛
、１５・・・出力部、１６・・・光ダイオード、１７・
・・田力ｙ−ト、１８・・・浮遊拡散領域、１９・・・
リセ。）ｒ−ト、２０・・・リセットドレイン、２１・・・ン
ースフォロワ回路、２２・・・動作信号発生部、２３・
・・チャネルストップ領域、２４・・・絶縁膜、２５・
・・転送電極、２６・・・光遮蔽膜、２１・・・保饅膜
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　半導体基板上に互いに分離配設され光・中タ
ーンの強度に応じた信号電荷を発生する複数の感光画素
と、これら感光−素に並列に配置されｌｌｊ素からの信
号電荷を格納するＣＣＤＣＤレジスタこのＣＯＤレジス
タへ前記感光画素で発生した信号電荷を移送する電荷移
送制御手段と、上記ＣＣＤＣＤレジスタ転送されてきた
信号電荷を検出して対応する出力電圧に変換する出力部
と、前記感光ｌｉｉ素に並列に配設され前記光パターン
の強度に応じた信号電荷を得る感光部と、この感光部で
発生した信号電荷量を検出する電荷量検出手段と、この
電荷量検出手段の出力によって前記電荷移送制御手段の
駆動動作及び該電荷量検出手段のリセット動作とを同期
して行なうだめの同期パルスを発生する動作信号発生手
段とを具備し、前記感光部からの信号電荷蓋に基づいて
積分時間を決定するようにしてなることを特徴とする固
体撮像装置。
（２）前記感光部蒸び電荷量検出手段は、前記複数個の
感光画素に対して１ないし複数個設けられてなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
（３）前記感光部の一部分が前記感光画素間内に延長し
て形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の固体撮像装置。
（４）前記電荷量検出手段は、前記感光部からの信号電
荷を蓄積して電位レベルに変換する浮遊拡散領域と、こ
の浮遊拡散領域の電位レベルを検出するソースフォロワ
回路と、上記浮遊拡散領域の信号電荷を排出するための
リセット手段とを有してなることを特徴とする特許請求
の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の固体撮像装
置。