JPS61201577A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はＣＯＤ　（電荷結合素子）などを用いる固体撮
像装置に関する。

〔″発明の技術的背景とその問題点〕

一般にカメラの自動焦点制御装置に用いられる固体ライ
ンセジサでは、入射光強度によらず出力信号レベルを適
正だ保つように、ＡＧＣ（自動利得制御）機能が要求さ
れている。ＡＧＣ機能を有する固体ラインセンサの従来
例は第８図ないし第１１図に示される。第８図は平面的
構成図、第９図は蓄積部の平面配置図、第１’　０９は
第９図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第１１図は第１０図の
電位分布図である。

第８図においてＱは例えばＰ型シリコン基板、１は感光
画素、イーは感光画素１で発生した信号電荷を蓄積する
蓄積部、３は蓄積部２に蓄積された信号電荷ｉ　ＣＣＤ
レジスタ６へ転送させるだめのシフトゲート、４は蓄積
部２に蓄積された信号電荷量に対応する出力を検出する
検出部、５は検出部４の出力より出力信号レベルを適正
に保つために蓄積時間を制御する・やルスを発生するＡ
ＧＣ部、７はＣＣＤレジスタ６によって転送さ？してき
た信号電荷を出力信号に変換する出力部である。

第９図において８は感光画素１で発生した信号電荷全フ
ローティングヶ°−ト９へ出力する出力ｒ−）である。

フロー子イングダート９は信号電荷に蓄積すると同時に
、信号電荷量に比例してケ゛−ト電極電位が変動する。

１０けフローティノ／ｆ）ｒ’、−ト９に蓄積された信
号電荷を排出するｒｃｃ＋”−ト、１ノはＩＣＣ／ｆｋ
−ト１ｏから排出された電荷を捨てるために正電圧全印
加した不純物領域、１２はフローティングｒ−ト９ｆ一
定電圧にリセットするリセッ）ｆ−ト、１３はフローテ
ィングｆ−ト９のリセット用の一定電圧が印加される端
子、１４はフローティングｆ　−）　９の電位変化を検
出部４に伝える信号線である。

第１０図において１は前記感光画素のＮ型領域、１６は
ＣＣＤレジスタ電極、１７は埋め込みチャネル用Ｎ型領
域、１８はバリア用Ｐ型領域である。

第１２図はデバイスに印加されるノ２ルスのタイミング
図テ、ＦＧＲ８はリセットゲート１２に印加されるパル
ス、ＩＣＧばＩＣＣゲート１ｏに印加される・２ルス、
ＳＨはシフｌ／−”−１，７に印加される・臂ルス、Ｆ
Ｇはフローティングゲート９の電位変化である。

このような従来装置にあっては、感光画素１で発生した
信号電荷は、出力ｒ−）８を通してフワ〜ティング？−
ト９に蓄積される。フローティングデート９は予めノ！
ルスＦＧＲ８によって、一定電圧にリセットされている
。信号電荷がフローティングゲート９に蓄積されると、
７０−テイングｆ　−ト９の電位は信号電荷量に比例し
て減少する。蓄積期間は、ノクルヌＩＣＧを低レベルに
したことによシ開始し、フローティングダート電位ＦＧ
が２定しペルＶｔｈに達したとき。

ＡＧＣ部５からノ母ルスＳＨが発生し、信号電荷をＣＣ
Ｄレジスタ６に転送し、蓄積を終了する。

このような動作をすることにより、蓄積期間を入射光量
に応じて調節し、出力信号レベルとするものである。

しかしながら上述したような構造では、蓄積部２に蓄積
された信号電荷量に対応した出方のゲインが、一般に一
定値（直線性）であるため、特に光が強い場合は、７０
−チイングｒ−ト９の電位ＦＣが急激にしきい値レベル
ｖｔｈに達し、ノ“ルスＳ）Ｉがすぐに応答できない等
で、　ＡＧＣ機能のダイナミックレンジが小さくなると
いう問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので。

ＡＧＣ機能のダイナミックレンジを大きくできる固体撮
像装置を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕　、 本発明は上記目的を達成するため、半導体基板と、この
基板上に分離配置され入射光強度に応じて信号電荷を発
生する感光画素と、前記信号電荷を一時蓄えておく蓄積
部と、この蓄積電荷量に対応する出力全蓄積期間中に検
出する検出部と、この検出部の出力に応じて信号電荷の
蓄積時間を制御するための信号を発生する自動利得制御
部とを具備し、前記蓄積部に蓄えられた信号電荷量に対
応した出方のゲインが２種以上の値をとり得る構成とし
たものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図は蓄積部の平面的構成図、第２図は第１図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第３図は筑２図の構成の電位分布図であ
るが、これらは前記従来例のものと対応させた場合の例
であるから、対応する個所には同−符号全村して説明を
省略し、特徴とする点の説明を行なう。本実施例の特徴
は、蓄積部２に蓄積電極１９を設けた点である。即ち感
光画素１で発生した信号電荷は、蓄積電極１９と７０−
テイングｆ　−ト９に蓄積される。蓄積電荷１９には一
定電圧が印加されており、蓄積電極１９下の電位はフロ
ーティングゲート９の電位より浅くなっている。フロー
ティングダート９には、従来例と同様にＩＣＣゲート１
ｏが隣接し、更にフローティングダート９の電位をリセ
ットするだめのゲート１２及びリセット用電圧端子１３
が付加されている。

次に上記構成の動作を説明する。第４図はこの構成で印
加されるパルス、及び一定入射光量時のフローティング
ゲート９の電位変化を示す図である。感光画素１で発生
した信号電荷は、出力ｒ−ト８ｆ通って蓄積電極１９に
流入する。

信号電荷の蓄積期間は、パルスＦＧＲ８によってフロー
ティングダート９の電位をリセットした後、・やルスＩ
ＣＧ　ｉ印加して開始される。蓄積開始直後は、信号電
荷はフローティングダート９の電位井戸に蓄積され、そ
の後７０−テインググート９及び蓄積電極１９０両方の
領域に蓄積される。フローティングｆ−）９及び蓄積電
極１９の形状を適当に設計することにより、フローティ
ングダート９の電位変化ＦＧは、フローティングダート
９のみに蓄積されている期間２ｏでは高いゲインを、ま
た蓄積電極１９と７０−テインググート９の両方に蓄積
されている期間２１では、比較的低いゲインをもつよう
にできる。

このような特性をもつとき、蓄積期間全終了させるため
の信号を発生させるしきい値レベルを、入射光量が弱く
て信号電荷の小さい時は、高ゲインの期間のしきい値ｖ
ｔｈ１に設定し、入射光量が強い時には、低ダインの期
間のしきい値Ｖｔｈ２に設定する。この時フローティン
グゲート電位ＦＣがＶｔｈｌをも通過するが、この場合
Ｖｔｈ１に達するまでの期間は短かいので、／？ルスＳ
Ｈが出力されないようにＡＧＣ回路を設定しておけば問
題はない。上記のようにしきい値レベルを設定すること
により、蓄積期間のとり得る範囲が同じであるとすると
、従来の単一のゲインをもつ構造に比較して、より広範
囲の入射光量に対してＡＧＣ機能金働らかせることか可
能となる。

更にまた信号電荷の出力部７０ゲインも、蓄積部と同様
に、信号電荷量に応じて切り換えられるような構成であ
れば、信号出力レベルを適正レベルに保つのは容易であ
る。

第５図は本発明の他の実施例の平面構成図、第６図は同
モニタ用感光部とモニタ用出力部の平面的構成図、第７
図は蓄積部の平面的構成図である。この実施例では、入
射光量の大きさはモニタ用感光部（モニタ用感光画素）
２２の出力によって検出する。２３はモニタ用出力部、
２４は一定電圧を印加されたモニタ用出力ダート、２５
はモニタ用感光部２２で発生した信号電荷を蓄積する浮
遊拡散領域、２６は拡散領域２５の電位リセットを行な
うｒ−）、２７はリセット電位が印加された不純物領域
、２９はモニタ用出力部のゲインを切り換えるダート、
３０はゲイン切り換え用容量、３１は拡散領域２５の電
位を検出するソースフォロワ回路、２８はモニタ用出力
、３３は一定電圧が印加され、信号電荷全蓄積する蓄積
電極である。

この実施例では、拡散領域２５と容量３０により蓄積部
ｔ２′Ｍｉとし、スイッチ２９によって上記蓄積部に対
応するモニタ用出力部２３のゲインを切り換えることに
より、広いダイナミックレンジを得ることができるもの
である。

なお本発明は実施例に限られず、種々の応用が可能であ
る。例えば実施例では、蓄積部に蓄えられた信号電荷量
に対応した出力のゲインが２種となる場合を説明したが
、ゲインが２種以上の値をとり得るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、感光部で発生した信
号電荷の蓄積量に対応した出力のゲインが２種以上の値
をとり得るので、従来の単一のゲインをもつ構成に比較
して、より広いダイナミックレンジをもつＡＧＣ機能を
有する固体撮像装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は同実施例
の断面図、第３図は同実施例の電位分布図、第４図は同
実施例の信号波形図、第５図ないし第７図は本発明の他
の実施例の構成図、第８図、第９図は従来例を示す構成
図、第１０図は従来例の断面図、第１１図は従来例の電
位分布図、第１２図は従来例の信号波形図である。 １・・感光画素、２・・・蓄積部、３・・・シフトｒ−
ト、４・・・検出部、５・・・ＡＧＣ部、６・・・ＣＣ
Ｄレノスタ、７・・・出力部、８・・・出力ダート、９
・・・フローティングｒ−ト、１０・・・ＩＣＧＩ’−
ト−１５・・・半導体基板、１９・・・蓄積電極、２２
・・・モニタ用感光部、２３・・・モニタ用出力部、２
５・・・浮遊拡散領域、２９・・・切り換えｙ−ト、３
０・・・ゲイン切り換え用容量。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 第４図 第６図 第８図 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、この基板上に分離配置され入射光
   強度に応じて信号電荷を発生する感光画素と、前記信号
   電荷を一時蓄えておく蓄積部と、この蓄積部に蓄えられ
   た電荷量に対応する出力を蓄積期間中に検出する検出部
   と、この検出部の出力に応じて信号電荷の蓄積時間を制
   御するための信号を発生する自動利得制御部とを具備し
   、前記蓄積部に蓄えられた信号電荷量に対応した出力の
   ゲインが２種以上の値を取り得るものであることを特徴
   とする固体撮像装置。
2. （２）前記蓄積部はモニタ用画素の蓄積領域であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像装
   置。