JPH0815322B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0815322B2
JPH0815322B2 JP61114915A JP11491586A JPH0815322B2 JP H0815322 B2 JPH0815322 B2 JP H0815322B2 JP 61114915 A JP61114915 A JP 61114915A JP 11491586 A JP11491586 A JP 11491586A JP H0815322 B2 JPH0815322 B2 JP H0815322B2
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    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
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    • H04N25/621Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
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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ブルー
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ビッ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P1,P2,P3,P4,P5,P6とし、その転送クロック(φP1
P2),(φP3P4),(φP5P6)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−V1を印加し、電
極P1,P3,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P1,P3,P5にローレベル電圧V1を印加し、電極P2,P4,P6
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P1,P3,P5と電極P2,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
印加した場合ポテンシャルを示し、このポテンシャルの
ウエ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・ウエルは浅くなり、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−V1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−V1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−V1とV3
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は受光部の転送クロックφPIを印加する
転送電極、PABは再結合クロックφAB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
送クロック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+領域である。φAB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、φPI
PSとしてローレベルの電圧を印加し、φAB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φPI,
φPSをハイレベル、φAB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φPI,
φPSAB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(Virtual electrode)を構成するた
めの例えばP型反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CS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PABの幅を転送電極PPI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
することができる。
また、一相駆動方式の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ができる。
[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撮像素子
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、余分な熱が発生することになる。
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は、半導体の表面
に電極を設け、該電極に所定の再結合電位を周期的に印
加することにより余剰電荷を電荷再結合させて除去する
余剰電荷除去手段を備えた固体撮像装置において、前記
再結合を行うために前記電極に印加される前記再結合電
位の周波数を、露光時間が長くなる場合は小さくし、露
光時間が短くなる場合には大きくするように制御する制
御手段を有するものである。
[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は防止する。
[実施例] 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
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。
SHUはシャッタユニット、DPUは絞りユニットであり、
制御回路MSにより制御される。OFD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VOD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φPS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φPIABPS
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
ロックドライバ、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、PA
P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はクロックドライバCKD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
φAB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
クロックドライバから出力されるφAB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AE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S1)、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(ステップ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(ステップS6)、再びステップS1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φAB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(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S1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
正があればそれも含む。)に絞り込み、シャッタを開成
する。次いでφABをF(T)の周波数で供給する(ステ
ップS82)。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S85で開放にしてから、ステップS86
でCCDからの読み出しを開始したうえでゲート回路AGを
開き、1画面分の映像信号を記録装置RCC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
構成としてあるので、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、 CKD……クロックドライバ、 CKG……クロックジェネレータ、 PAP……プロセス回路、 ECD……エンコーダ、 AG……ゲート、 MS……制御回路、 RCC……記録装置、 ES……露光時間設定回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体の表面に電極を設け、該電極に所定
    の再結合電位を周期的に印加することにより余剰電荷を
    電荷再結合させて除去する余剰電荷除去手段を備えた固
    体撮像装置において、 前記再結合を行うために前記電極に印加される前記再結
    合電位の周波数を、露光時間が長くなる場合は小さく
    し、露光時間が短くなる場合には大きくするように制御
    する制御手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
JP61114915A 1986-05-21 1986-05-21 固体撮像装置 Expired - Fee Related JPH0815322B2 (ja)

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