JPS5919479A - 撮像装置 - 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】 本発明は、蓄積時間を広範囲にわたって制御し得る撮像
装置に関するものである。

キ午＝１１来キト畔− テレビジョン放送用カメラに用いられる固体撮像装置は
、現行のテレビジョン放送で使用されている撮像用電子
管釜みの解像力を備える必要がある。このため、約５０
０（垂直）Ｘ４００（水平）画素程度の光電変換素子、
各光電変換素子に対応する（Ｘ、Ｙ）座標選択用のスイ
ッチ、およびスイッチを開閉する約５００段ずつのＸ走
査回路、Ｘ走査回路が必要となる。したがって、通常は
高集積化が比較的容易なＭＯ８大規模集積回路技術を用
いて作られる。第１図はこの様な固体撮像装置の概略を
説明する図であり、１１はＸ位置選択用水平走査回路、
１２ＨＹ位置選択用垂直走査回路である。１３ｔｊ：回
路１２からの垂直走査パルスによって開閉する垂直スイ
ッチ用ＭＯ８）ランジスタ（以下、ＭＯ８Ｔと略記／ する）、１４はＭＯ８Ｔ１３のソース接合を利用したフ
ォトダイオード、１５はＭＯ８Ｔ１３のドレインを共通
に接続した垂直信号出力線である。ま九１６は水平走査
回路１１からの水平走査パルスによって開閉する水平ス
イッチ用ＭＯ８Ｔで、ドレインは水平信号出力線１７、
ソースは垂直信号出力線１５に接続されている。１８は
水平信号出力線１７に抵抗１９を介して接続したフォト
ダイオードの駆動電圧源（ビデオ電圧源）である。又、
２０は信号出力端子である。前記水平、垂直２つの走査
回路はスイッチ用ＭＯ８Ｔ１６゜１３を順次開閉して二
次元状に配列したフォトダイオードからの光電流を抵抗
１９を通して読出す。各フォトダイオードからの信号は
その上に投影された光学儂に対応するので、上記動作に
より映像信号を取出すことができる。この種固体撮像装
置の特徴は、光電変換にスイッチ用ＭＯ８Ｔのソースが
利用でき、また走査回路にはＭＯ８Ｔシフトレジスタが
利用できる。

したがって、通常は高集積化が比較的容易で、第２図に
画素構造の一例を示したようなＭＯ８大規模集積回路技
術を用いて作られる。

第２図において、２３は光電変換素子、走査回路等を集
積化するだめのＮ型半導体基板、２４＃ｉＮ型半導体基
板上に形成したＰ型半導体領域のウェルである。又１３
は垂直走査回路１２からの垂直走査パルスの印加される
ゲート電極２５を備えた垂直スイッチＭＯ８Ｔである。

２６はＭＯ８Ｔ１３のソースであり、高濃度Ｎ型不純物
領域であって、Ｐ型ウェルとの間の接合でもって光ダイ
オード１４を構成する。２７ＨＭＯ８Ｔ１３のドレイン
であり、高濃度Ｎ型不純物領域であって、垂直信号出力
線１５となる導体層２８に接続されている。複数のスイ
ッチ用ＭＯ８Ｔのドレインが共通につながった出力線２
８（１５）の一端は、水平走査回路１１からの水平走査
パルスにより開閉する水平スイッチＭＯ８Ｔ１６につな
がり、スイッチ用ＭＯ８Ｔ１６の他端は水平信号出力線
１７に接続されている。また、ウェル２４および基板２
３は通常接地電圧（ＯＶ）に固定される（ウェルと基板
間のＰＮ接合を逆パイアダすることもある）。又、２９
１．２９２，２９３は絶縁膜であり、通常ｓｔｏｗ膜が
使われる。

走査によりターゲット電圧Ｖｖまで充電されたフォトダ
イオードは、１フレ一ム期間て入射した光量に応じて放
′ｆ１１（Δｖｖ）シ、次回の走査でスイッチ用ＭＯ８
Ｔ１３．１６が導通すると、この放電分を充電するため
の充電電流が流れる。この充電電流はターゲット電源１
８につながる抵抗１９を介して読出され、出力端子２０
に映像信号を得ることができる。

この様な従来のＭＯＳ型の固体撮像素子では読み出し即
ち走査をＴＶ定走査同期させなければならない為、各絵
素毎の蓄積時間は一定であった。

これに対し蓄積時間を変化させる為にロータリーシャッ
タを用い九すする方法もあるが、構成が複雑となる欠点
がある。

一方、ＣＣＤタイプのイメージセンナに於ては蓄積時間
の前半に各絵素の電荷をクリアさせてしまり事により、
蓄積時間を制御する事ができるが、ＭＯＳタイプのセン
サに於て全絵素の電荷を一斉にクリアしてから順次読み
出しを行なおうとすると後に読み出される絵素はど蓄積
量が多くなってしまい、均一な蓄積を行なう事ができな
い。

本発明はこの様な従来技術の欠点に鑑みて為されたもの
で、ＴＶ走査周期に同期させながら蓄積時間を変化させ
得るイメージセンサを提供するものである。

以下実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明撮像装置に適した半導体デバイスの一実
施例を示す図、第４図は第３図示デバイスの要部断面図
である。

伺、第１、第２図と同じ構成要素には同じ符番を付す。

１１１．１１２は夫々Ｘ及びＹ位置でのクリア選択用シ
フトレジスタ、１１３ｉｊ：レジスタ１１１からの水平
クリアパルスによって開閉する水平スイッチ用ＭＯ８）
ランジスタ（ＭＯ８Ｔ）、１２２．１１５は共通配線で
漬る。１１６は垂直クリアパルスによシ開閉するＭＯ８
Ｔであってソースは電源１８のプラス側に接続される。

上記水平、垂直２つのクリア選択シフトレジスタにより
、ＭＯＳＴ１１６，１１３を順次開閉して二次元状に配
列したフォトダイオードからの光電流をクリアしていく
。

岡、上記シフトレジスタにはＭＯ８Ｔシフトレジスタを
利用しても良い。

第４図に於て１１３は水平ＭＯＳスイッチであって、Ｘ
位置でのクリア用レジスタ１１１からのクリアパルスが
印加されるゲート電極１２５を有している。ＭＯＳＴ１
３のソース２６はＭＯＳＴ１１３のソースと共通になっ
ている。

１２７はＭＯＳＴ１１３のドレインであって電極１２８
を介して水平クリア線１２２に電荷を流し込む。クリア
線１２２の一端はＭＯ８Ｔスイッチ１１６に接続されて
おり、該ＭＯ８Ｔスイッチ１１６はＹ位置クリア用レジ
スタ１１２からのクリアパルスにより開閉する。

又、ＭＯＳＴ１１６のドレインは電源１８のプラスに接
続されている。

この様に構成されているので、本実施例によればシフト
レジスタ１１１．１１２によりクリアパルスが出力され
る事によりフォトダイオード部１４に蓄積された電荷は
クリア線１２２を介してドレインに吸収される。

このクリア動作後、ターゲット電圧まで充電されたフォ
トダイオードは読み出し走査により出力されるまでの期
間に入射した光量に応じて放電し、その放電量は読み出
し走査の際にターゲット電源１８につながる抵抗１９を
介して充電され、出力端子２０にはそれに応じた映像信
号を得ることができる。

この様なりリア動作と読み出し動作を行なわせる為の構
成の一例を示したのが第５図（ａ）であり、同図（ｂ）
はそのタイミング図である。

１は第３図示の如きイメージセンサであり、２×２ビツ
トから成る。２は読み出しパルスφ１゜〜φ２．を出力
する読み出し回路であり、３は蓄積時間タイマー、４は
このタイ＼マーの出力時間を被写体輝度に応じて変化さ
せる為の測光回路、７はクリアパルスφＣＬ、、〜φＣ
Ｌ□を出力する為のクリア回路であり、これら回路２〜
４．７によって制御回路が構成されている。

伺、読み出しパルスφ□〜φ４は夫々センサの電荷Ａ１
１〜Ａ４２を読み出す為のパルスであり、クリアパルス
φＣＬ　ｏ〜φＣＬｔｔは夫々センサの電荷Ａｕ〜Ａ、
、をクリアする為のパルスである。又、各パルスがハイ
レベルとなる事により指定されたビットがＸｌＹ位置レ
ジスタによって選択されるものである。

次に同図（ａ）の動作について説明すると同図（ｂ）Ｋ
示す如く、読み出しパルスφ８．〜φ２．はＴＶ走査周
期であシ例えば１フイ一ルド周期毎に出力される。又、
各パルスは順次ＴＶの走査に対応した順番で供給される
。

本発明ではクリアパルスもこの読み出しパルスと同じ順
番、同じ周期で順次各絵素に供給されるが、測光回路に
よって決まる位相だけずれている。

この様に構成する事により読み出し走査周期は常に一定
でありながら蓄積時間は任意に変化させる事ができ、短
かい蓄積時間を得る事かでブ きる。従って高輝度被写体に対してもブルーミング等が
発生する事がない。

次に第６図（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施例を示す
図で同図（−）は構成例、（ｂ）はそのタイミングを示
す図である。

本実施例はクリアゲートを持たない従来のＭＯＳ−Ｘ−
Ｙアドレスタイプのイメージセンナに対しても適用可能
なものである。

図中５はゲート回路であってセンサ１の出力を遮断し得
る。

読み出しパルスφ６．〜φ２２は第５図と同様Ｋ　一定
周期で供給される。これに対し、測光回路４で決まる遅
延時間を有する遅延回路３及びＯＲゲート６を介して再
び読み出しパルスがセンナに供給されるものである。

面亀、遅延回路から読み出しパルスが供給されている間
はゲート５を閉じる様構成しているものである。

これによシ遅延回路３からの読み出しパルスに応じて読
み出されたビデオ信号は排出される。

同、第５図のタイマ回路３、第６図の遅延回路３′の時
間は１フイールド毎に変化する様構成されている。

以上説明した如く本発明では各絵素についてこの様なり
リア動作と読み出し動作とを順次行なう様にした点に特
徴を有する。

而も、各絵素を同時にクリアするのではなく、順次読み
出し周期と同じ周期でクリアさせた点に特徴を有する。

即ち、クリア走査と読み出し走査とを所定位相差だけず
らして行なう事により、この位相差に応じた時間だけの
蓄積が可能となり、従来得られなかった極めて短かい時
間の蓄積が可能となるものである。

従って高輝度の被写体の撮影をしてもブルーミング等を
生じない。

而もＴＶ同期を損なう事もない。又、シャッタも不要で
ある。

同、本発明は第３〜第６図の実施例のフォトダイオード
構造の代わりにフォトトランジスタ構造を形成し、絵素
部に増巾機能も持たせたイメージセンサにも適用可能で
ある。

又、第３図〜第５図の第１の実施例によれば、通常上ン
サの出力端に設けられる積分回路に於けるスパイク・ノ
イズの発生を防止し得る効果も有する。即ち、一般にＭ
Ｏ８型イメージセンサの出力１ｃｔｊ、固定パターン雑
音を除く為に積分回路が接続されるが、例えば第６図示
の構成だと頻繁な読み出しの為にスパイク・ノイズが発
生し易くなるが、例えば第３〜第５図示の如くクリアゲ
ートを独立に設ければこの様な心配もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＭＯ８型センサの構成模式図、第２図は
第１図示センナの要部断面図、第３図は本発明に適した
半導体デバイスの一実施例を示す図、第４図は第３図の
要部断面図、第５図（−）は本発明の撮像装置の一例を
示す図、第５図（ｂ）は同図（ａ）のタイミング図、第
６図（ａ）は本発明の撮像装置の他の例を示す図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のタイミング図である。 １１・・・・・・・・・　Ｘ位置読み出しレジスタ、１
２・・・・・・・・・Ｘ位置読み出しレジスタ、１１１
・・・・曲・Ｘ位置クリアレジスタ、１１２・・・・・
・・・・Ｙ位置クリアレジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄積効果を有する複数の絵素の信号を夫々独立に
   出力端子に導びく為に各絵素に接続された複数の読み出
   し手段と、 各絵素の信号を夫々独立に排出する為に各絵素に接続さ
   れた複数の排出手段とを有する撮像装置。 （ｚ）蓄積効果を有する複数の絵素の信号を所定の順番
   で順次排出すると共に、所定時間経過後、前記複数の絵
   素の信号を同じ順番に順次読み出す制御手段を有する撮
   像装置。