JPS59105779A

JPS59105779A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS59105779A
Application number: JP57216324A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Furusawa; 古沢　俊洋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-06-19

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】（＋）　　技術分野本発明にＣ０Ｄ（電荷結合素子）型の固体撮像装置に関
する。

（１０従来技術この種固体撮像装置は、半導体基板に光電変換を行なう
光センサ部を多数配列した撮像基板に、画像うしを結像
ぜしめ、各光センサ部にて光電タグ換さｎた電荷を画素
単位の画像信号として外部に取り出Ｔ午に依って、撮像
を行なうものである。

ところが、上記撮像基板に部分的に強い光が当次った時
には、この箇所の光センザ部にて一３ｕ屯変換さ几る電
荷量が非常に大きくなり、この電荷が余剰重荷となって
隣接する元センサ部に溢ル出てじマイ、本来強い元が当
っていない箇所の光センサ部にも強い光が当っている場
合と同様の電荷が生じる事がしばしばあった。その結果
、この場合に得られる画像信号にて再生さ几た画像には
白いにじみが生じるプルーミング現象が生じ、再生画像
の品質を低下せしめていた。

斯るブルーミング現象を抑制する目的で、撮像基板の各
元センサ部に近接した位置に上述の如き余剰電荷を吸収
する為のオーバーフロードレインを設けた固体撮像装置
が出現している。

ところが、斯様な固体撮像装置に於いても、撮像基板の
光センサ部から得らＩＬる光電荷量の上限が一定値に設
定さ７ｔてしまう為に、撮像基板全体に強い画像光が入
射さ７’Ｌｌた時に１１１画面全体が同程度の明るさに
なってしまい、コントラストの低い再生画像しか得られ
なかった。

従って、従来から撮像基板に機械的なシャッターや絞り
等の露出機構を設け、この撮像基板の各光センザ乙部で
の最適な電荷量の範凹を決定していた。

しかしながら、テレビカメラ等に用いら几るこの種固体
撮像装置に於いては、近年小型軽量化が強く要望さオｔ
てお９、上述の如き機械的な露出機構を備えていたので
は、斯る装置の小型＠量化を図るには限界があった。

０１１）発明の目的本発明は、上述の点に鑑みて為され、半導体構成の撮像
基板内に、入射元址を制御するのと同等の働き行なう電
気的なシャッター機能を備えた固体撮像装置を提供する
ものである。

ＯＶＪ　　発明の構成本発明の一体撮像装置は、半導体構成の撮像基板に多数
配列された各党センサ一部に近接した位置に、こｎら光
センサ部、からの余剰電荷を吸収するオーバーフロード
レインを設けると共に、こ肚等オーバーフロードレイン
と光センサ部との間にこれ等の結合及び遮断を行なうオ
ーバーフローコントロールゲートな設け、上記光センサ
部から画像信号として読み出さルる〕し電荷量を検出す
る串に依って、この光重荷量に対応して上記ゲート部で
の遮断期間を決定するものである。

（Ｖ）実施例第１図に本発明の固体ＰＪＬ像装置を示す。同図に於い
て、（１）ａ撮像を行なう撮像基板であり、その平面図
を模式的に示している。（２１は該撮像基板から得ら几
る画像信号に基づいて、撮像基板＋１１でのる為の第１
のクロック発生器、（４）もまた上記撮像のクロック発
生器であるが、この第２のクロック発生器（４）の第２
のクロックφ２のデユーティ比は（２）上紀露出検出回へから得らｔＬる露出光量検知信号に基
づいて可変制御される。

ここで、上記撮像基板１１）の構成を第２図の断面［４
を参照して詳述する。これ等の図に於いて、ケＣはＰ型
シリコンからなる半導体基板、Ｕ・・・ａ該基板［１Ｇ
に行列配置された光センナ部であシ、ＩＪ型の不純物が
導入さ几た１１型味城からなっている。ｕｚ・・・は上
記光センサ部（］１１・・・の各垂直列に沿ってその連
なった水平チャンネル部であり、こ几等チャンネル部０
・・・、（ｌｈ工Ｎ型の不純物が導入されたＮ型領域か
らなっている。ｕ３１ｖ工上記光センサ部ｕｌｌ・・・
の各垂直列に沿ってその他側辺側に一尾間隔を保って配
列さＩしたオーバーフロードレインであシ、上記光セン
ザ部（１１１・・・、並びに各チャンネル部ｕ２１・・
・、−と同様にＮ型領域で構成され、その各上端部は共
通接続され正の一定電位に保持さ几ている。側は上記オ
ーバーフロードレイン（１３１と、これに隣接する垂直
チャンネル部（１２）との間に垂直方向に延在するチャ
ンネルストッパであり、Ｐ型の半導体基板（１０１にさ
らにＰ型の不純物を高ｌａ度に導入したＰ１型領域から
なっている。（１５＋は上記各領域ｕ１１・・・、（１
２１・・・、１２１％１３１・・・、（１４１・・・、
が構成された半導体基板１１α上に被着された絶縁膜で
あり、列えば該基板力０）の表面酸化処理に依る透明な
２酸化シリコンからなっている。けｉｉ＋・・・は上記
垂直チャンネル部（１７１上に絶縁膜（Ｉ５）を介して
多数配列さ１ｔた垂直Ｈ荷転送電極列、（Ｌ６１・・・
は上記水平チャンネル部１２１とに絶縁膜圓送′市極列
Ｕ６１＝＝、１ＩＬｉｌｒＬ、一般的ｚＣｃＤｐの電！
　転送素子として哉能するものである。即ち、各垂直電
荷転送電極ｔ１６＋・・・列の父互の各電極ｕＧｌ・・
・の犬りに２相のクロックパルス（図示せず）を印加す
る争に依って、各垂直チャンネル部μｚ川内の［Ｋ荷を
その単位毎に下端方向へ転送し、−万、水平電荷転送電
極＋ｔｂ＋・・・列の変圧の各電極（Ｉ６１・・・の夫
々に２相のクロックパルス（図示せず）を印〃ｕする事
に依って、上記垂直チャンネル部Ｑｚ・・・から水平チ
ャンネル部（ｌｚ内に導入さＩした電荷をその単位毎に
左端方向へ転送出力する。（１７）・・・框上記光セン
サ部旧１・・・の各垂直列と各垂直チャンネル部ｔｔａ
・・・との間の帯状箇所の絶縁膜Ｕ上に垂直方定に延在
せしめたチャンネルゲートであり、上記第１のクロック
発生器（３）から得られる第１のクロックパルスφ１に
基ツいて、各元センサ部ｕＩＩ・・・と各垂直チャンネ
ル部（１２１との間の結合及び遮断を行なう。Ｑ８１・
・・は上記光センサ部ｔｉｌｌ・・・の各垂直列と各オ
ーバーフロードレイン（１４１・・・との間の帯状箇所
の絶縁膜睡上に垂直方向に延在せしめたオーバーフロー
コントロールケートであり、上記第２のクロック発生器
（４）から得られる第２のクロックパルスφ２に基づい
て、各元センサａ（Ｓｔｉｌ＋・・・と各オーバーフロ
ードレイン０４１・・・どの間の結合及び遮断を行なう
。

次に％第６図のタイミング図、及び第４図のポテンシャ
ル図に基づいて、本発明撮像装置の動作上述べる。尚、
ここでは説明の簡略化の為に撮像基板（１）は、２列６
行計６個の光センサ部σ工１・・・を備えているものと
する。

斯る固体撮像装置は、基本的にはその撮像基板（１）に
常に撮像光が入射さ几、各元センサ部ｔｔｎ・・・では
常時光′成変換されているが、第６図に示す如く。

フレーム周期Ｆ単位で一画面の撮像が行なわルる。

このフレーム周期Ｆの始めの期間Ｘに於いては。

第１のクロックｉ’Ｅ器ｔ３１からの第１のクロックパ
ルスφ１は正′成位の″Ｌ＃レベル、及び第２のクロッ
ク発生器（４１からの第２のクロックパルスφ２は正電
位の′Ｈルベルにある。こ２’Ｌに依って、第４図のＸ
に示す如く、チャンネルゲー）（１７１・・・下のポテ
ンシャル■７μ元センサ部ｔｉｌｌ・・・のポテンシャ
ルｖ１よυ高レベルに保持され、オーバーフローコント
ロールゲート鰻・・・下のポテンシャル■８が光センサ
部１ト・・のポテンシャルｖ１より低レベルとなる。卯
ち、元センサ部（Ｉｌｌ・・・が正の一定電位に保持さ
肚てさらに低いポテンシャルＶ３を保持しているオーバ
ーフロードレイン（１３１に結合さ］Ｌる。

従って、この期１ｔｆｊ　Ｘに於いて光センサ部（ｌｌ
Ｉ・・・で光電笈換さＴＬｆｃ電荷、この場合電子はオ
ーバーフロービレ１ンα計・・Ｖこ全て吸収さスする争
となる。

この期間Ｘに続く期Ｉ￥１ｌＶｃ於いては、第１及び第
２のクロックパルスφ１、ψ２は共に’Ｌ’レベルとな
り、これｖｃ１代って、第４囚のＹに示す如＜、チャン
ネル）ｙ’−Ｎ１７１・・・及ヒオーバーフローコント
ロールゲートｕ８１・・・下の両ポテンシャル■７、Ｖ
ａＨ光センサ部住Ｄ・・・のポテンシャル■１より高レ
ベルとなる。即ち、元センサ部（１１１・・・が垂直チ
ャンネル１ｌＮ３ｕ２１・・・並ヒにオーバーフロード
レインｕ３・・・と−ｍ　ｌＧｉさス′シるので、この
期間Ｙに於いて光センｌｓｕ・・・で光゛屯ｘ挨さ！ｔ
た磁子は、この光センサ部’Ｉｌｌ・・・に蓄積さ几る
李となる。尚、この時、オーバ卸フローコントロールゲ
ー）　＜（８１−・下のポテンシャルＶ　８　：：７チ
ヤンネルゲー？　（１７１・・・下のポテンシャルＶ７
よりわずかＶＣ低レベルになる如く、第１及び第２のク
ロックパルスφ１、φ２の％Ｌ＃レベル時の電位を設定
し′〔いるので、この期間Ｙに於いて、３ｕセンサ部圓
・・・にて、電子が大址に発生した場合には、余剰な電
子がオーバーフローコントロールゲート０８１・・・下
のポテンシャルＶ８をのり越えてポテンシャルｖ５を保
持しているオーツく−フロードレイン（１３）・・・に
吸収さｎる事となる。

さらにこの期間Ｙに続くフレームＪ制四Ｆ９最後の期間
ｚｉ／こ於いては、第１のクロックパルスφ１［’ｌ（
’レベル、及び第２のグロックパルスφ２ｕ　ａ　Ｌ　
＃レベルとなり、こ几に依って、第４１Ｖ、Ｚに示ｒｍ
＜、チャンネルゲート住７）・・・下のポテンシャル■
７が九センサ部ｕＩＩ・・・のポテンシャルＶ１より低
レベル（！ｌ：　７ｚ　リ、オーバーフローコントロー
ルゲート（ＩＮ・・・下のポテンシャルｖａ（４光セン
サＨＢｔｔｎ・・・のポテンシャルｖ１よシ高レベルに
保持される。

即ち、元センサ部ＩＪ１１・・・が垂直チャンネル部μ
２・・・に結合さ几るので、直前の期間Ｙに於いて各光
センサｇｕ１１・・・に畜ａさオｔた電子が、垂直チャ
ンネル部（１２１・・・に導本される◎ 上述した如く、各フレーム周期Ｆ毎に、各光センサ部圓
・・・に１期間Ｙに光電変換した電子が各党セｙｆｇ（
１１１に対応した画素単位で垂直チャンネル部ｕｚ・・
・に卿り出さｎる事となる。

−万、通常の電荷転送素子として動作下る垂直チャンネ
ル部（Ｌ２１・・・、及び水平チャンネル部ａ’ａｎ直
前の〕ｖ−Ａ周期Ｆに於いて、垂直チャンネル部（１２
＋・・・に導入さｎた全ての画素、この場合６画素に対
する電子を、この時のフレーム周期Ｆに亘って順次転送
８力する争になり、水平チャンネル部（ＩＳの左端から
得らｎる６画素に対する電子量の列が第６図に示す如く
画像信号ｖｏ　ｕｔとして出力さ几る。

斯して、各フレーム周期Ｆ毎に得られる画像信号■・１
１　ｔに露出検知回路（２）に入力され、この露出検知
回路（２）にて画像信号Ｖｏｕｔに基づき上記撮像基板
（１）での露出光量を検知する。該露出検知回路（２１
としては、サンプルホールド機能を備え几ものが用いら
れ、各フレーム周期Ｆ毎のピーク値を検知し、例えば第
６図の画像信号ＶｏｕｔのＶｐを検知し、この値Ｖｐが
撮像基板１１）に於ける最適な露出量範囲の上限として
設定さｎたｖｔｈより大なる時には、直前のフレーム周
期Ｆでの露出オーバーを示す露出信号を出力し、逆に値
ｖｐがＶｔｈより小なる時には、露出不足を示す露出信
号を出力する。

こ几に依って、第２のクロック発生器（４）に上記露出
検知回路（２）からの露出信号を受けて、次のフレーム
周期Ｆに於ける上記撮像基板（１）のオーバーフローコ
ントロールゲートｔｔｓに印加する第２のクロックパル
スφ２のデユーティ−比を割肌する。

即ち、露出オーバーの場合には各フレーム周期Ｆでの第
２のクロックパルスφ２が′Ｈルベルとなる期間Ｘが延
長されるがとなる。父、逆に露出不足の場合にはその期
間Ｘが短縮さ１１．る屯となる。

従って、各フレーム周期Ｆでの第２のクロックパルスφ
２が’　Ｌ　’レベルとなる期間Ｙ＋Ｚ（即ち第４図に
示す如く、各光センサ部ｊ１１１・・・にて光電変換さ
７１．た電子を、画像信号Ｖｏｕｔとして使用する為に
、垂直チャンネル部（１２１・・・に導入する期間）が
、最適な露出量を決定する目的で、上記露出検知回路（
２）、並びに第２のクロック発出器ｆ４に依つてフィー
ドバック制卸されている。

上述の実施例１に於いては、画像・ｆゴ号ＶＯｕｔのフ
レーム周期ア゛待のピーク値Ｖｐを検知するサンプルホ
ールド機能を備えた露出検知回路（２）を示し友が、こ
の検知回路（２）としては、フレ−ム周期Ｆ内の画像信
号Ｖｏｕｔの各画素毎の″４圧１直の平均値を算出し、
この平均値に基づいて露出量を検知する構成としても艮
い。この場合、上述の実施例に比べて一画面中の各画素
の内の最も明るい箇所と最も暗い箇所との間のコントラ
ストが多事低下するものの、特定画素が非常に明るい場
合であっても、その他の画素の明るさを最適な明るさの
範囲内に設定する事ができる− （Ｖｌ効　果本発明の固体撮像装置に１以上の説明から明らかな如く
、撮像基板に多数配列さ几た各元センサ部に近接した位
置に、オーバーフロードレイン、並びに光センサ部とオ
ーバーフロードレインとの結合及び遮断を行なうオーバ
ーフローコントロールゲートと；を設け、上記元センサ
部から画像信号として読み出される元電荷銚を検出する
事に依って、この光電荷量に対応して上記ゲートでの遮
断期間を決定するものであるので、半導体基板に入射さ
れる撮像光に依って、うｔセンザ部で光電変換さ２した
光電荷の内、最適な範囲の露出光量を得る事のできる期
ｔｉｌｌ内で光電変換さｒｔた光電荷を画像信号として
外部へ取り扇子争ができる。従って、撮像基板に機械的
な露出機構を付加する串なく、露出光量の胎適制菌並び
にブルーミング現象の抑制が可能となり、〃５品質の再
生画家が得らｎるばかりか、この種固体撮像装置ｒＬの
大ｒｌｌな小型軽液化が望める。

【図面の簡単な説明】

第１図に本発明の固体（」皮板装置の一実ＩＭｆｌｌの
描成図、第２図は本発明＠置に用いられる３ＭＩ像基板
基板面図、第６図及び第４図は本発明装置に係るタイミ
ング図、及びポテンシャル図である。＋１１・・・撮像基板、（２）・・・露出検知回路、（
３）・・・第１のクロック発生器、（４）・・・４２の
クロック発生器、　１１（１・・・斗導体基板、（ＩＤ
・・・元センサ部、ｕａ’ｚ・・・チャンネルｅ、ｔ１
３１・・・オーバーフロードレイン、（１４１・・・チ
ャンネルストッパ、　（１７１・・・チャンネルゲート
、ｕ・・・オーバーフローコントロールゲート。第りト１第４４トＩＶワ（−４ＳＣり　　　　　　　　　　　　　　＄　　　　　今、）
ご１手　　続　　補　　正　　書　（自発）昭和５８年１２
４．’、７　日特許庁長官殿１事件の表示昭和５７年　特許１１’、Ｎ　　第２１６３２４号２発
明の名称固体撮像装置ろ、補正をする者事件との関係　　特　許　出　願　人名体　（１８８）三洋電機株式会社４代理人住所　守口市京阪本通２丁目１８番地５、補正の対象明細書の、発明の詳細な説明、の欄６、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

１）　半導体構成の撮像基板に）ｆＳ電変換を行なう元
センサ部を多数配列し、こ几等各光センサ部からの光電
荷を画ＩＮ！信号として読み扇子固体撮像装置において
、上記各光センサ部に近接した位置にこれ等元センサ部
からの余刺鐵荷を吸収する為のオーバーフロードレイン
を設けると共に、こ几等近接したオーバーフロードレイ
ンと）′ｔ、センサ部とノＩＭＩに該光センサ部とオー
バーフロードレインとノ結合及び遮断を行なうオーバー
フローコントロールゲートな備え、上記各光センサ部か
ら画像信号として読み出さｔ、る光電荷量を検出する事
に依って、この光電荷量に対応して上記ゲートでの遮断
期間を決定し、この遮断期間に於いて上記元センサ部か
ら得ら几る光電荷量を側副する事を特徴とした固体撮像
装置。