JPS62272773A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する
ものである。

更に詳述すれば、本発明は、露光時間を制御可能とした
固体撮像装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、特開昭５６−１３８３７１号公報に示される
如く、ＣＣＤ等の固体イメージセンサにおいてプルーミ
ングを防止するために、受光面内にオーバー・フロー・
ドレインを設ける代わりに表面再結合を利用して過剰キ
ャリアを消滅させるものが考えられている。

かかるイメージセンサは受光面内の開口率を犠牲にする
ことがないので、感度が高く且つ集積度を向上させるこ
とができ、その結果として、水平解像度を上げることが
できる等の利点を有している。

第３図〜第５図は、上述した表面再結合によるプルーミ
ング防止方法について説明する図である。ここで、第３
図は一般的なフレーム・トランスファー型ＣＣＤの正面
図である。本図中、１は受光部であり、感光性を有する
複数の垂直転送レジスタから成る。

２は蓄積部であり、遮光された複数の垂直転送レジスタ
から成る。

３は水平転送レジスタであって、蓄積部２の各垂直転送
レジスタ内の情報を同時に１ビツトシフトすることによ
り、この水平転送レジスタに取り込み、次いでレジスタ
３を水平転送動作させることにより出力アンプ４からビ
デオ信号を得ることができる。

一般に、受光部１の各垂直転送レジスタ内で形成された
情報は標準テレビジョン方式における垂直ブランキング
期間内に、蓄積部２に垂直転送され、次の垂直走査期間
内に水平転送レジスタ３より順次１行ずつ読み出される
。

なお、ここで受光部１．蓄積部２．水平転送レジスタ３
はそれぞれ２相駆動されるものとし、それぞれの転送電
極をＰＩ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４．Ｐ５．ｐＨとし、その転
送りロックを（φＰｌ＋φ、２）、（φＰ３＋φＰ、）
、（φＰ５＋　φｐａ）とする。

第４図はこのような転送電極Ｐ１〜Ｐ６下のポテンシャ
ル・プロフィールを示す図である。本図に示されるとお
り、Ｐ型シリコン基板６に絶縁層５を介して設けられた
各電極下には、イオン注入等により電子から見てポテン
シャルの低い部分と高い部分とが形成されている。そし
て、電極Ｐ２．Ｐ４．Ｐ６にローレベルの電圧−ｖｌを
印加し、電極Ｐ、、Ｐ、、Ｐ５にハイレベルの電圧ｖ２
を印加した時には、図中の実線のようなポテンシャルが
形成される。また、電極ＰＩ、Ｐ３．Ｐ５にローレベル
電圧Ｖ、を印加し、電極Ｐ２．　Ｐ４．Ｐ、にハイレベ
ル電圧ｖ２を印加した場合には、図中破線のようなポテ
ンシャルが形成される。

従って、電極ＰＩ、Ｐ３．ＰＳと電極’２＋Ｐ４＋Ｐ６
とに交番電圧を互いに逆位相で印加することにより、キ
ャリアは一方向（図では右方向）に順次転送されていく
。

また、本図中の一点鎖線は電極に大きな正の電圧ｖ３を
印加した場合のポテンシャルを示し、このポテンシャル
のウェルは反転状態となるため、所定量以上の過剰なキ
ャリアは多数キャリアと再結合し消滅してしまう。

第５図は、このような電極電圧と内部のポテンシャルの
形状を半導体基板６の厚さ方向について示した図である
。本図から明らかなように、電極電圧ｖ３に対してポテ
ンシャル・ウェルは浅くなり、過剰キャリアは絶縁層と
の界面において多数キャリアと再結合する第２の状態と
なる。

一方、電極電圧−ｖｌにおいては、第１の状態としての
アキュムレーション状態となり、界面周辺に多数キャリ
アが集まり易くなる（例えば、図示しないチャネル・ス
トッパ領域からこの多数キャリアが供給される）。

従って、例えば電極Ｐ２に電圧−ｖｌを印加することに
よってバリアを形成した状態で、電極Ｐ１に電圧−ｖｌ
とｖ３とを交互に印加することにより、電極Ｐ１下に蓄
積される小数キャリアは所定量以下に制御される。

しかし、このような電荷再結合を用いたイメージセンサ
では、再結合のためのクロック信号が出力信号に混入し
て雑音になるという不都合がある。

そこで、かかるクロック信号ノイズを除去するために、
第６図に関して次に述べる手法が本出願人により既に提
案されている。ここでは、単相駆動方式のフレームトラ
ンスファー型ｃｃＤについて説明する。

第６図は、受光部１と蓄積部２の境界領域における断面
の電極構造、および、ポテンシャルの概略を示す図であ
る。

本図中、ＰＰＩは受光部の転送りロックφ１！を印加す
る転送電極、ＰＡＢは再結合クロックφ。を印加するた
めの再結合手段としての再結合制御電極、ＰＰＳは蓄積
部の転送りロックφｐｓを印加する転送電極、６Ｅはオ
ーバー・フロー・ドレインを構成するｎ＋領領域ある。

φ＾ｎは過剰電荷を表面再結合中心でホールと再結合さ
せるためのクロックである。

本図中に示した実線のポテンシャル状態は、φ、１．φ
ｐｓとしてローレベルの電圧を印加し、φ、としてハイ
レベルの電圧を印加した場合のものであり、破線はφＰ
＋＋　φｐｓをハイレベル、φＡｎをローレベルとした
場合のものである。

なお、基板６内にはイオン注入により図示のようなポテ
ンシャルの階段が形成されている。

また、電極ＰＰＩ　＋ＰＰＳ＋ＰＡＢによって覆われて
いない絶縁層の下部、すなわち絶縁層と半導体基板との
境界部分には図示はしていないが、仮想電極（Ｖｉｒｔ
ｕａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を構成するための例えば
Ｐ型置転相が形成されている。

従って、電極に覆われていない半導体領域内のポテンシ
ャルは、各電極へのバイアスによって変化しないように
なっている。

第７図は、第６図示の領域における電極パターンの一例
を示す図である。本図中に示すＣ５はチャネルストップ
であって、水平方向の電荷の移動を阻止する。

第６図および第７図示の構成によれば、電荷再結合のた
めの電極ＰＡ６の幅を転送電極Ｐ、□の幅よりも充分小
さくできるので、過剰電荷を除去する場合に除去効率を
高くすることかできる。

また、−相駆動方式のＣＣＤイメージセンサにおいて、
電荷の再結合動作を転送動作と独立して行うことができ
る。

しかも、上述した撮像素子の再結合制御用構造は、チャ
ネルストップと同一プロセスで製造可能な電極用のポリ
シリコンゲート形成ステップおよび内部ポテンシャルの
階段を形成するためのイオン注入ステップで形成するこ
とができる。

このような構成をとることにより、撮像画面中に輝度レ
ベルの著しい被写体が存在したとしても、ブルーミング
等の悪影響を防止することかできる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、アンチブルーミングパルスをＩ最像素子
に供給することにより、素子自身の消費電力が増加して
しまい、その結果、余分な熱が発生に すること／なる。

よって、放熱対策が十分でない素子はこれが原因して暗
電流分が増加し、特に低輝度部でＳ／Ｎが悪くなってし
まうという不都合が生じる。

かかる不都合を避けるため、再結合パルスの周波数を低
くすることも考えられるが、この場合には、露光時間が
短いときブルーミング除去が不完全になってしまうとい
う欠点が生じる。

よって、本発明の目的は、上述の点に鑑み、長時間露光
時・短時間露光時に拘りなく、ブルーミングや暗電流な
どを有効に除去するよう構成した固体撮像装置を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明では表面電荷再結
合により、余剰電荷を除去する手段を備えた固体撮像装
置において、前記再結合を行うための動作周波数を、露
光時間に応じて変化させるよう構成する。

［作　用］ 露光時間の長短に応じて、表面電荷再結合を行うための
動作周波数を変化させ、これにより、ブルーミングや不
要な暗電流が生じるのを防止する。

［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用した一実施例の全体構成図である
。本図中、先に述べた第３図〜第５図と同じ符号のもの
は、同じ要素を示す。

ＳＨＯはシャッタユニット、ＤＰ口は絞りユニットであ
り、制御回路ＭＳにより制御される。０Ｆｔｌは受光部
１の蓄積部２に対して反対側に設けられた過剰電荷排出
用のオーバー・フロー・ドレインであって、一定の正電
圧Ｖ。０によりバイアスされている。

また、蓄積部２および水平転送レジスタ３にはそれぞれ
転送用のクロックφＰｌ！＋　φ３が印加されている。

また、受光部１のみ光入射が可能となっており、蓄積部
２．レジスタ３．アンプ４等は遮光されている。

ＣＫＤはこれらのクロックパルスφＰＩ＋　φ。。

φＰＳ＋　φ８等を撮像素子に供給するための制御手段
として作用するクロックトライバ、ＣＫＧはこれらのパ
ルスを形成するためのタイミング信号を発生するクロッ
クジェネレータ、ＰＡＰは出力撮像信号から各色信号を
生成するためのプロセス回路である。ＥＣＤはエンコー
ダであって、プロセス回路ＰＡＰから送出されたビデオ
信号はこのエンコーダによって例えばＮＴＳＣ信号のよ
うな標準テレビジョン方式の信号に変換される。

ＲＣＣは記録装置であり、ゲートＡＧの開閉に従って１
画面分を記録するものである。

ＭＳはクロックトライバＣＨＤによる各種パルスの出力
状態を切換えるための制御回路であり、再結合用クロッ
クφ＾Ｂの周波数を切換え得る。この制御回路ＭＳはレ
リーズ入力端子からのＲＬ侶信号第１および第２のレリ
ーズ出力）に応じて、アナログゲートＡＧの開閉を制御
する。

また、制御回路ＭＳには、露光時間設定回路ＥＳの出力
信号Ｔ（露光時間を表す）が供給され、この出力に応じ
てクロックトライバから出力されるφ。のクロック周波
数Ｆ　（Ｔ）を可変制御するものである。ここで露光時
間設定回路ＥＳは、絞り優先へＥモードならば設定絞り
値により、またプログラムモードならば外部の測光素子
等により得られた被写体輝度レベルに応じて、所定値に
設定される。

第２図は、本実施例の制御手順を示すフローチャートで
ある。

まず、図示しないレリーズスイッチを押下することによ
りレリーズ入力端子から第１のレリーズ出力が導入され
ると（ステップＳｔ）　、露光時間設定回路ＥＳから得
られる露光時間信号Ｔを読み取り（ステップＳ２）、被
写体輝度・絞り値から適正露出が得られるか否かを判断
する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において適正露出が得られないと判断され
た場合は、現在設定されている露光時間に基づいて適正
な絞り値に補正を行うことができるか否かが判断される
（ステップＳ４）。その結果、補正が可能ならばその絞
り値に補正する（ステラプＳ５）。ステップＳ４におい
て補正が不可能であると判断されたときには、その旨を
オペレータに警告しくステップＳ６）、再びステップＳ
１に戻る。

撮影条件が制御回路ＭＳのメモリ内で設定されると、露
光時間信号Ｔの表す露光時間に応じて、アンチブルーミ
ング用クロックパルスφ、の動作周波数Ｆ　（Ｔ）を設
定する（ステップＳ７）。すなわち、露光時間が長くな
るとＦ　（Ｔ）を小さく、また露光時間が短くなるとＦ
　（Ｔ）を大きく設定する。

上述した動作周波数Ｆ　（Ｔ）の設定が制御回路のメモ
リ内で完了すると、図示しないレリーズスイッチから第
２のレリーズ出力が得られたか否かを判断しくステップ
Ｓ８）、第２のレリーズ出力が得られないときにはステ
ップＳｔに戻る。ステップＳ８において第２のレリーズ
出力が検出された場合には、ステップＳ８１で絞りを設
定値（補正があれば１智含む。）に絞り込み、シャッタ
を開成する。

次いでφ＾ＢをＦ　（Ｔ）の周波数で供給する　（ステ
ップ５８　へ更にステップＳ８３で時間Ｔが経過したか
否かを見て、経過したら、ステップＳ８４でシャッタを
閉成し、絞りをステップ５８５で開放にしてから、ステ
ップ５８６でＣＣＤからの読み出しを開始したうえでゲ
ート回路へＧを開き、１画面分の映像信号を記録装置Ｒ
ＣＣに供給する（ステップＳ９）。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、露光時間に応じて
表面電荷再結合を行うための動作周波数を変化させる構
成としであるので、撮像素子の露光時間に拘りなく、ブ
ルーミングや不要な暗電流などを有効に除去することが
可能となり、もって、高Ｓ／Ｎの映像信号を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、 第２図は本発明の制御手順を示すフローチャート、 第３図〜第７図はそれぞれ従来から知られているアンチ
ブルーミング処理動作を説明する図である。 ＯＦＤ・・・オーバー・フロー・ドレイン、１・・・受
光部、 ２・・・蓄積部、 ３・・・水平転送レジスタ、 Ｃに０・・・クロックトライバ、 ＣＫＧ・・・クロックジェネレータ、 ＰＡＰ・・・プロセス回路、 ＥＣＤ・・・エンコーダ、 八Ｇ・・・ゲート、 ＭＳ・・・制御回路、 ＲＣＣ・・・記録装置、 ＥＳ・・・露光時間設定回路。 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面電荷再結合により、余剰電荷を除去する手段を備え
   た固体撮像装置において、 前記再結合を行うための動作周波数を、露光時間に応じ
   て変化させるようにしたことを特徴とする固体撮像装置
   。