JPS6238678A - 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、撮像用カメラに用いられる固体撮像装置に関
するものである。

従来の技術 固体撮像装置においては、一般に、一定期間内にフォト
ダイオード等で構成される光感知部に入力する光量に比
例して発生する電荷量を時系列的に読み出すことによっ
て撮像動作を行なう。通常自然の被写体照度は、０．０
１１ｕｘから１０５１ｕスの範囲で変動し、それに応じ
て入射光量も変化するのに対し、前記の光電変換におい
て実用的に可能な許容幅は、せいぜい１０３の程度であ
る。このため固体撮像装置への光量調節は、いわゆるレ
ンズ絞りあるいは固定減光フィルタによって外部入力光
を調整することが不可欠となっている。光電変換素子と
くに撮像デバイスにおいては、撮像面の一部の領域にお
いて入力した光量が過大で、飽和しても、他の領域では
未飽和の状態で撮像可能な状態は、撮像素子としての動
作範囲と考えねばならない。しかるに、過大な光入力で
飽和した領域から溢れ出た電荷が、入力部外の領域に出
たり、読み出し構造にまで溢れる場合には、入射光量が
未飽和の正常領域まで流出し、撮像不能となる現象、い
わゆるブルーミング現象を呈するに至る。このため溢れ
出た電荷を排出する、いわゆるオーバーフロードレイン
構造が設けられる。

このような従来の固体撮像装置について、第４図〜第６
図を用いて説明する。第４図は従来の固体撮像装置の回
路図、第５図は同固体撮像装置の要部の断面図、第６図
は同固体撮像装置の要部の回路図で、 １はフォトダイオードからなる光感知部、２は垂直シフ
トレジスタ、３はオーバーフロードレイン出力端子、４
はオーバフロードレイン、５は水平ＣＣＤ出力端子、６
は水平ＣＣＤ注入端子、７〜９は電荷プライミング制御
端子、１０は水平ＣＣＤシフトレジスタ、１１はチャン
ネル阻止拡散域、１２はオーバーフローコントロールゲ
ート電極、１３は読み出しスイッチゲート電極、１４は
信号読み出しｆｆ１．１５は垂直シフトレジスタクロッ
ク入力端子、１６はＰ型エピタキシアル層、１７はＰ１
型型半体基板である。このような２次元型の固体撮像素
子では、過大光に対するオーバーフローレベルの設定は
、オーバーフローコントロールゲート電極１２の印加電
圧によって定まる。溢れ出た電荷は、オーバーフロード
レイン４と称せられる導条に取り込まれ、排出されるこ
とになる。またこのような従来の固体撮像装置では、光
感知部１において光電変換を行なう期間は、１フレ一ム
期間１７３０秒、または１フイ一ルド期間１／６０秒で
、厳密には、それらから光感知部１から信号電荷の読み
出し時間（１マイクロ秒から数十マイクロ秒）を引いた
ものである。

このような２次元型の固体撮像装置の他に、Ｐ−ウェル
型として知られる３次元型の固体撮像装置もある。これ
については、例えば、テレビジョン学会誌、１９８３年
１０月号、第３７巻、Ｎｏ、１０．第７８３頁「小型Ｃ
ＣＤ固体撮像素子の検討」堀居他、参照。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の構成では、オーバーフローレ
ベルは単に信号の飽和量を定めるのみで。

光入力が最大のために、飽和に達する時間を制御するも
のでなく、単位時間にとり込まれる信号電荷量の制御は
、専らレンズ絞りによって行なわれる。したがって、受
容できる光量の範囲は、レンズ絞りの可変比と、光電変
換素子のダイナミックレンジとによってきまっている。

このため、絞り数の範囲Ｆ１．２〜Ｆ１６では１　：　
２５６の程度であり、不足であるという問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解消するもので。

入力光量許容範囲を飛躍的に拡大し、過大な光入力があ
るときに生ずる問題を解決できる固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明の固体撮像装置は、
行列状に多数配置された光感知部と、これら光感知部の
一方の端子のそれぞれに入力端子が共通接続された第１
および第２のスイッチングトランジスタと、前記第１の
スイッチングトランジスタのゲートが各行ごとに共通に
接続された第１のシフトレジスタと、前記第２のスイッ
チングトランジスタのゲートが各行ごとに共通に接続さ
れた第２のシフトレジスタとを備え、前記第１および第
２のスイッチングトランジスタの出力端子をそれぞれ各
列ごとに共通接続したものである６作用 上記構成によれば、入射光量に関する感度を、蓄積時間
ｔ≦ｔｌｌの可変比だけ変え得ることになる。

すなわち、ｔｗｉｇの最大値のとき最大感度を示すこと
になり、そのときは従来装置と同様の駆動方法となる。

したがって、光量レベルが強いときは、蓄積時間を制御
するという光量調整は光学的レンズ絞りの作用に等価で
ある。光学系は、最大感度に合わせておくが、被写体側
からの入射光量条件の最大または最小条件に、それぞれ
ｔｒ、ｔｌＩの最小または最大条件を合わせておくと、
入力光量の変化は、光学的絞りを変えなくても、　ｔｇ
ｔｌｌの制御によって調整し得ることになる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例における固体撮像装置の回路
図で、２１はフォトダイオードからなる光感頬部、２２
．２３は垂直シフトレジスタ、２４はオーバーフロード
レイン出力端子、２５はオーバフロードレイン、２６は
水平ＣＣＤ出力端子、２７は水平ＣＣＤ注入端子、２８
〜３０は電荷プライミング制御端子、３１は水平ＣＣＤ
シフトレジスタ、３２はオーバフローコントロールゲー
ト電極、３３は読み出しスイッチゲート電極、３４は垂
直シフトレジスタクロック入力端子、（ＦＥＴ□）（Ｆ
ＥＴ２）はスイッチング用の電界効果トランジスタであ
る。

この固体撮像装置は、蓄積時間を光入力に応じて可変と
し、信号出力に応じて制御するものであり、動作タイミ
ングを第２図に示す。垂直の段数は１０段で、第２図の
ｉ工ｌ　１２・・・は第１段、第２段。

・・に対する読み出しパルスを示している。各光感頬部
２１の蓄積時間は、２水平期間で、Ｓ、〜Ｓ　ｘａはオ
ーバーフローコントロールゲート電極３２に印加される
クロックパルスであり、ローレベルの期間が蓄積期間で
ある。Ｓい〜Ｓ□。のローレベルの期間が零のとき、従
来装置と同様の駆動法となる。

８１〜Ｓ１゜のローレベルの期間は、１水平期間の数分
の１程度にまで変化させることが可能で、垂直段を２５
０段とし、蓄積時間ｔｓｗの最小値をＩＨ期間の１７１
０とすると、蓄積時間の可変比は、最大２５００となる
。Ｓ□〜Ｓ　１０の蓄積時間外のハイレベルの期間では
、発生した信号電荷はオーバーフロードレイン出力端子
２４に排出され、濡出出力信号となる。

第３図は、上記固体撮像装置を用いて、外部入力光に対
する感度変化を自動的に行なわしめるための制御回路を
備えた撮像システムの回路ブロック図で、３５は光学レ
ンズ、３６は固定光学フィルタ、３７は固体撮像装置、
３８はプロセスおよび出力回路、３９は蓄積時間制御回
路、４０は固体撮像装置駆動回路、４１は同期信号発生
回路、４２は出力増幅器である。

輝度信号Ｙの大きさと信号飽和量最大値との比較によっ
て、蓄積時間ｔＧｔｌｌを、蓄積時間制御回路３９で制
御する。なお、撮像の全面に均等に光入射される状態か
らはずれた、強い局部光の受光領域からのオーバーフロ
ー電流を、第１図のオーバーフロードレイン出力端子２
４より検出しても、蓄積時間の制御が可能であり、従来
の自動光学絞りと等価な撮像動作が可能となる。

発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、光学的なレンズ絞り
の働きよりも、より広い光量範囲にねたって光量調節を
行なうことができる。また信号出力からの輝度信号成分
を蓄積時間に帰還動作させることにより、光量自動調節
機能を有する撮像装置と等価となる。更に、通常の監視
システムでは、光学的レンズ絞りを要しない撮像システ
ムが可能となり、経済性および信頼性の両面で非常に優
れでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における固体撮像袋置の回路
図、第２図は第１に示す回路のタイミンへ 冬 グチヤード、第３図はβ明の一実施例における固体撮像
装置を用いた撮像システムの概略構成図、第４図は従来
の固体撮像装置の回路図、第５図は同固体撮像装置の要
部の断面図、第６図は同固体撮像装置の要部の回路図で
ある。 ２１・・・光感頬部、２２．２３・・・垂直シストレジ
スタ、２５・・・オーバーフロードレイン、（ＦＥＴ、
）（ＦＥＴ２）・・・電界効果トランジスタ 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第　／ロ ザ１ ２／−−４九検知をす ２ｓ″−１−ノぐ一フロードレイン ＦＥＴびＥ丁４−−−１も拳りカ犀、トヲノジ久り之　
Ｖ５ぢ司　遇５５６いり　り 均一で＝） 第Ｓ図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、行列状に多数配置された光感知部と、これら光感知
   部の一方の端子のそれぞれに入力端子が共通接続された
   第１および第２のスイッチングトランジスタと、前記第
   １のスイッチングトランジスタのゲートが各行ごとに共
   通に接続された第１のシフトレジスタと、前記第２のス
   イッチングトランジスタのゲートが各行ごとに共通に接
   続された第２のシフトレジスタとを備え、前記第１およ
   び第２のスイッチングトランジスタの出力端子をそれぞ
   れ各列ごとに共通接続した固体撮像装置。 ２、信号出力または電荷溢出出力の少なくとも一方を蓄
   積時間制御信号として帰還動作させる構成とした特許請
   求の範囲第１項記載の固体撮像装置。