JPH02218276A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH02218276A JPH02218276A JP1039662A JP3966289A JPH02218276A JP H02218276 A JPH02218276 A JP H02218276A JP 1039662 A JP1039662 A JP 1039662A JP 3966289 A JP3966289 A JP 3966289A JP H02218276 A JPH02218276 A JP H02218276A
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- JP
- Japan
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- period
- conductivity type
- electrode
- voltage
- type region
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
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、電荷転送素子を用いた固体撮像素子に関する
ものであり、詳しくは、ストロボ効果を奏することので
きる固体撮像素子に関するものである。
ものであり、詳しくは、ストロボ効果を奏することので
きる固体撮像素子に関するものである。
[従来の技術]
近年の半導体集積回路技術の着実な発展を背景に、固体
撮像装置は、家庭用ビデオカメラとして急速に普及しつ
つあり、また、業務用としても在来型にとってかわりつ
つある。撮像装置に対しては、業務用は勿論のこと、家
庭用のものについても、単に画像を記録するだけでなく
、特殊映像効果を発揮したビデオ録画も可能であること
が求められている。
撮像装置は、家庭用ビデオカメラとして急速に普及しつ
つあり、また、業務用としても在来型にとってかわりつ
つある。撮像装置に対しては、業務用は勿論のこと、家
庭用のものについても、単に画像を記録するだけでなく
、特殊映像効果を発揮したビデオ録画も可能であること
が求められている。
このような特殊効果の一つにストロボ撮影効果がある。
スタジオ内あるいはライブステージでの中継を業務とす
る放送分野においては、映像効果を高めるために、この
ストロボ効果が多用されている。従来は、この効果を実
現するためには、ストロボ光源を使用するか、あるいは
、デジタル映像変換装置を用いる必要があった。
る放送分野においては、映像効果を高めるために、この
ストロボ効果が多用されている。従来は、この効果を実
現するためには、ストロボ光源を使用するか、あるいは
、デジタル映像変換装置を用いる必要があった。
[発明が解決しようとする問題点]
上述した従来例装置においては、ストロボ光源を用いる
か、あるいはデジタル映像変換装置を用いるかしてスト
ロボ効果を得ていたので、前者においては、大光量のス
トロボ発光管および高圧電源が必要であり、家庭内で使
用するには設備が大規模で高価なものとなりすぎ、かつ
高電圧の使用による危険性を伴うものであらな。また、
後者においては、大がかりなデジタル回路を使用しなけ
ればならないため、この場合も装置が高価なものとなっ
た。
か、あるいはデジタル映像変換装置を用いるかしてスト
ロボ効果を得ていたので、前者においては、大光量のス
トロボ発光管および高圧電源が必要であり、家庭内で使
用するには設備が大規模で高価なものとなりすぎ、かつ
高電圧の使用による危険性を伴うものであらな。また、
後者においては、大がかりなデジタル回路を使用しなけ
ればならないため、この場合も装置が高価なものとなっ
た。
[問題点を解決するための手段]
本発明の固体撮像装置は、第1導電型半導体基板と、該
第1導電型半導体基板上に設けられた第2導電型ウェル
と、該第2導電型ウェル内に列状に配置され該第2導電
型ウェルとともにフォトダイオードを構成する第1導電
型領域と、該第1導電型領域から所定の電荷読み出し周
期毎に光電変換電荷を読み出しこれを出力側へ転送する
転送レジスタ領域と、該転送レジスタ領域上に第1の絶
縁膜を介して形成された前記第1導電型領域がら光電変
換電荷を読み出しこれを転送するためのゲート電極と、
さらにその上に第2の絶縁膜を介して形成された前記第
1導電型領域直上部に開口を有するフォトシールド電極
とを備えた固体撮像素子と、 前記所定の電荷読み出し周期を第1の期間、第2の期間
および第1の期間が終了し第2の期間が開始する迄の一
定時間の第3の期間に分け、第1の期間および第2の期
間には前記半導体基板と前記フォトシールド電極とにそ
れぞれ第1の基板電圧と第1のフォトシールド電圧とを
供給して前記第1導電型領域を電荷蓄積状態とし、第3
の期間においては前記半導体基板と前記フォトシールド
電極とにそれぞれ第2の基板電圧と第2のフォトシール
ド電圧とを供給して前記第1導電型領域を電荷吐き出し
状態とするパルス信号発生回路とを具備するものであっ
て、 前記第1の期間の終了時点は前記所定の電荷読み出し周
期内の任意の時点に設定しうるものである。
第1導電型半導体基板上に設けられた第2導電型ウェル
と、該第2導電型ウェル内に列状に配置され該第2導電
型ウェルとともにフォトダイオードを構成する第1導電
型領域と、該第1導電型領域から所定の電荷読み出し周
期毎に光電変換電荷を読み出しこれを出力側へ転送する
転送レジスタ領域と、該転送レジスタ領域上に第1の絶
縁膜を介して形成された前記第1導電型領域がら光電変
換電荷を読み出しこれを転送するためのゲート電極と、
さらにその上に第2の絶縁膜を介して形成された前記第
1導電型領域直上部に開口を有するフォトシールド電極
とを備えた固体撮像素子と、 前記所定の電荷読み出し周期を第1の期間、第2の期間
および第1の期間が終了し第2の期間が開始する迄の一
定時間の第3の期間に分け、第1の期間および第2の期
間には前記半導体基板と前記フォトシールド電極とにそ
れぞれ第1の基板電圧と第1のフォトシールド電圧とを
供給して前記第1導電型領域を電荷蓄積状態とし、第3
の期間においては前記半導体基板と前記フォトシールド
電極とにそれぞれ第2の基板電圧と第2のフォトシール
ド電圧とを供給して前記第1導電型領域を電荷吐き出し
状態とするパルス信号発生回路とを具備するものであっ
て、 前記第1の期間の終了時点は前記所定の電荷読み出し周
期内の任意の時点に設定しうるものである。
[作用]
第3図には、本発明に用いられる固体撮像素子の断面図
が、従来の駆動回路とともに示されている。同図に示さ
れるように、N型の半導体基板1上にはPウェル2が設
けられ、該ウェル内にはフォトダイオードN−型領域3
と垂直転送レジスタ領域4とが形成されている。半導体
基板上には垂直転送ゲート電極5およびN−型領域3以
外の部分を遮光するフォトシールド電m<以下、PS電
極という)6か設けられている。フォトダイオードN−
型領域3は、フローティング状態で空乏化されて使用さ
れる。而して、PS電極がフローティング状態であると
半導体の表面の電位が不安定になるので、接地あるいは
第3図に示すように一定電圧(DC)を印加して使用す
る。
が、従来の駆動回路とともに示されている。同図に示さ
れるように、N型の半導体基板1上にはPウェル2が設
けられ、該ウェル内にはフォトダイオードN−型領域3
と垂直転送レジスタ領域4とが形成されている。半導体
基板上には垂直転送ゲート電極5およびN−型領域3以
外の部分を遮光するフォトシールド電m<以下、PS電
極という)6か設けられている。フォトダイオードN−
型領域3は、フローティング状態で空乏化されて使用さ
れる。而して、PS電極がフローティング状態であると
半導体の表面の電位が不安定になるので、接地あるいは
第3図に示すように一定電圧(DC)を印加して使用す
る。
ところで、実験によれば、PS電極に印加する電圧Vp
5とCCD出力電圧の関係は第5図に示すとおりであっ
て、CCD出力電圧はVp5に大きく依存し、vpsの
増減に応してCCD出力も増減している。この現象を第
4図を用いて説明する。PS電極6の開口率が低く、P
S電極6の遮光アルミニウムが厚い場合、第4図に示す
ように、アルミニラムの表面からも電気力線1oがN−
壁領域3全面に作用して、等測的に遮光アルミニウムが
N−壁領域3全体を覆っているのと同様の効果が生じ、
蓄積電荷量がPS電極電圧■Psで制御されているもの
と考えられる。即ち、このことは、PS電極の電位によ
ってフォトタイオートN−型領域3の電位を制御しうろ
ことを意味する。
5とCCD出力電圧の関係は第5図に示すとおりであっ
て、CCD出力電圧はVp5に大きく依存し、vpsの
増減に応してCCD出力も増減している。この現象を第
4図を用いて説明する。PS電極6の開口率が低く、P
S電極6の遮光アルミニウムが厚い場合、第4図に示す
ように、アルミニラムの表面からも電気力線1oがN−
壁領域3全面に作用して、等測的に遮光アルミニウムが
N−壁領域3全体を覆っているのと同様の効果が生じ、
蓄積電荷量がPS電極電圧■Psで制御されているもの
と考えられる。即ち、このことは、PS電極の電位によ
ってフォトタイオートN−型領域3の電位を制御しうろ
ことを意味する。
そこで、半導体基板1とPS電極6に、第6図に示す基
板電圧φSUBとPS電極印加電圧φpsとを印加する
ものとする。すなわち、読み出しパルスの間の電荷蓄積
期間において、第1の期間t1および第2の期間t2に
おいては、基板とPS電極とにそれぞれIOVと5Vの
電圧を印加し、第1の期間t]が終了し第2の期間t2
が開始する迄の間は、基板とPS電極とにそれぞれ40
Vと10Vの電圧を印加するものとする。このようなパ
ルスを印加すれば、まず第1の期間t1においては、フ
ォトダイオードN−型領域3て、光電変換電荷が蓄積さ
れるが、次いで、φ5IIBが4゜Vに、またφpsが
−1,OVとなると、それまでN型領域3に蓄積されて
いた信号電荷は基板側へ吐き出される。その後、φ5L
IBとφpsかもとの値に復帰して第2の期間t2がス
タートすると、再び光電変換電荷の蓄積が開始されるが
、この開始時点から次の読み出しパルスがゲート電極5
に印加されるまでの期間か新たな蓄積時間となる。ここ
で、第1の期間(または第2の期間)の長さを外部の制
御手段により自由に選択できるものとして、フィールド
毎に第2の期間の長さを変化させると、入射光量が一定
であってもフィールドによって蓄積信号電荷量に差が生
し、ここに映像信号上てストロボ効果が得られる。
板電圧φSUBとPS電極印加電圧φpsとを印加する
ものとする。すなわち、読み出しパルスの間の電荷蓄積
期間において、第1の期間t1および第2の期間t2に
おいては、基板とPS電極とにそれぞれIOVと5Vの
電圧を印加し、第1の期間t]が終了し第2の期間t2
が開始する迄の間は、基板とPS電極とにそれぞれ40
Vと10Vの電圧を印加するものとする。このようなパ
ルスを印加すれば、まず第1の期間t1においては、フ
ォトダイオードN−型領域3て、光電変換電荷が蓄積さ
れるが、次いで、φ5IIBが4゜Vに、またφpsが
−1,OVとなると、それまでN型領域3に蓄積されて
いた信号電荷は基板側へ吐き出される。その後、φ5L
IBとφpsかもとの値に復帰して第2の期間t2がス
タートすると、再び光電変換電荷の蓄積が開始されるが
、この開始時点から次の読み出しパルスがゲート電極5
に印加されるまでの期間か新たな蓄積時間となる。ここ
で、第1の期間(または第2の期間)の長さを外部の制
御手段により自由に選択できるものとして、フィールド
毎に第2の期間の長さを変化させると、入射光量が一定
であってもフィールドによって蓄積信号電荷量に差が生
し、ここに映像信号上てストロボ効果が得られる。
また、第2の期間t2の長さを入射光量が多いときは短
く、入射光量が少ないときは長くするならば、蓄積信号
電荷量をほぼ一定に制御することができる。
く、入射光量が少ないときは長くするならば、蓄積信号
電荷量をほぼ一定に制御することができる。
[実施例]
次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。
る。
第1図は、本発明の一実施例を示すブロック図てあり、
第2図は、そのタイミングチャートと出力波形図である
。第1図において、7は設定された第1の期間t1の長
さ(あるいは第2の期間t2の長さ)に応じたタイミン
グでパルスを発生することのできるタイミング発生回路
である。そして、その出力は、増幅器8.9において増
幅された後、半導体基板1およびPS電極6に印加され
る。
第2図は、そのタイミングチャートと出力波形図である
。第1図において、7は設定された第1の期間t1の長
さ(あるいは第2の期間t2の長さ)に応じたタイミン
グでパルスを発生することのできるタイミング発生回路
である。そして、その出力は、増幅器8.9において増
幅された後、半導体基板1およびPS電極6に印加され
る。
第2図は、第6図のチャートの時間軸を短縮して示した
ものであって、(a)、(b)および(C)は、それぞ
れ、PS電極印加電圧φp5、基板電圧φSUBおよび
出力信号の波形を示している。
ものであって、(a)、(b)および(C)は、それぞ
れ、PS電極印加電圧φp5、基板電圧φSUBおよび
出力信号の波形を示している。
第2図に示すように、読み出し周期101においては、
第2の期間の長さはt2aであり、次の読み出し周期1
02においての第2の期間の長さはt2bである。ここ
に図示された部分の近傍においては、読み出し周期10
2においてのみ第2の期間の長さがt2bであり、その
他の読み出し周期におけるそれはt2aであるものとし
、そして第2の期間がt2bである読み出し期間は一定
周期毎にあられれるものとする。
第2の期間の長さはt2aであり、次の読み出し周期1
02においての第2の期間の長さはt2bである。ここ
に図示された部分の近傍においては、読み出し周期10
2においてのみ第2の期間の長さがt2bであり、その
他の読み出し周期におけるそれはt2aであるものとし
、そして第2の期間がt2bである読み出し期間は一定
周期毎にあられれるものとする。
このように駆動条件が設定されると、第2図(C)に示
すように、読み出し周期102に応じた出力周期103
における出力○UTbのみが、他の周期の出力OU T
aと比較して大きくなる。このことは、読み出し周期
102内においてストロボ光が被写体に瞬時に照射され
たことと等価になることを意味する。次に、読み出し周
期102における時間t2bの長さを制御ずれば、スト
ロボ光の光量を変化させたことと同等の効果を生じさせ
ることができ、また、読み出し周期101におけるt2
aを変化させれば、スI・ロボが発光していない時の被
写体への照射光、すなわちバックグラウンド光の光量を
変化させたのと等価にすることができる。例えは、バッ
クグラウンド光を零にしたときの映像効果を得たいので
あれば、時間t2aを零にすればよい。
すように、読み出し周期102に応じた出力周期103
における出力○UTbのみが、他の周期の出力OU T
aと比較して大きくなる。このことは、読み出し周期
102内においてストロボ光が被写体に瞬時に照射され
たことと等価になることを意味する。次に、読み出し周
期102における時間t2bの長さを制御ずれば、スト
ロボ光の光量を変化させたことと同等の効果を生じさせ
ることができ、また、読み出し周期101におけるt2
aを変化させれば、スI・ロボが発光していない時の被
写体への照射光、すなわちバックグラウンド光の光量を
変化させたのと等価にすることができる。例えは、バッ
クグラウンド光を零にしたときの映像効果を得たいので
あれば、時間t2aを零にすればよい。
」二連した実施例では、蓄積時間(第2の期間)の長い
期間が一定の周期の繰り返しであられれるものてあった
が、これを次のように変更してもよい。すなわち、蓄積
期間の長い期間のあられれる周期が徐々に長くなるとか
、徐々に短くなるように設定する。このようにすると、
再生画像において、あたかもストロボの発光が徐々に遅
くなったかのように、あるいは発光が徐々に早まったか
のように見える効果が生じる。また、両者をミックスす
れば、−層変化に富んだ画像を創出することができる。
期間が一定の周期の繰り返しであられれるものてあった
が、これを次のように変更してもよい。すなわち、蓄積
期間の長い期間のあられれる周期が徐々に長くなるとか
、徐々に短くなるように設定する。このようにすると、
再生画像において、あたかもストロボの発光が徐々に遅
くなったかのように、あるいは発光が徐々に早まったか
のように見える効果が生じる。また、両者をミックスす
れば、−層変化に富んだ画像を創出することができる。
なお、第1の期間、第2の期間の切り換えのタイミング
については、出力信号が得られない水平ブランキング期
間にφSυB、φpsのタイミングを設定することが好
ましい。しかし、タイミングの設定については、ビデオ
カメラと組み合わせた際の容易さにより任意に設定し得
るものである。また、第2図に例示したφ5IIB 、
φpsの駆動波形を得るためには、単安定マルチバイブ
レーク等を用いればよい。
については、出力信号が得られない水平ブランキング期
間にφSυB、φpsのタイミングを設定することが好
ましい。しかし、タイミングの設定については、ビデオ
カメラと組み合わせた際の容易さにより任意に設定し得
るものである。また、第2図に例示したφ5IIB 、
φpsの駆動波形を得るためには、単安定マルチバイブ
レーク等を用いればよい。
なお、本発明における撮像素子は、リニア型のものでも
エリア型のものでもよいし、また、読み出し方式もイン
ターライン方式のものでも他の方式によるものでもよい
。
エリア型のものでもよいし、また、読み出し方式もイン
ターライン方式のものでも他の方式によるものでもよい
。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明は、電荷蓄積期間内の任意
の時点において基板の電圧とPS電極の電圧とを操作し
て、フォトダイオードの蓄積電荷を基板側へ吐き出させ
、その後、新たに信号電荷の蓄積を行うものであるので
、本発明によれば、高価なストロボ装置や複雑なデジタ
ル回路を使用することなく、簡単な制御回路を付加する
のみでストロボ撮影効果を実現することができる。
の時点において基板の電圧とPS電極の電圧とを操作し
て、フォトダイオードの蓄積電荷を基板側へ吐き出させ
、その後、新たに信号電荷の蓄積を行うものであるので
、本発明によれば、高価なストロボ装置や複雑なデジタ
ル回路を使用することなく、簡単な制御回路を付加する
のみでストロボ撮影効果を実現することができる。
第1図は、本発明の実施例を示すブロック図、第2図は
、第1図の装置のタイミングチャートと出力波形図、第
3図乃至第6図は、本発明の詳細な説明するための図面
であって、第3図は、固体撮像装置の駆動回路図、第4
図は、第3図の部分拡大図、第5図は、第3図の装置の
特性曲線図、第6図は、第3図の装置に対する駆動パル
ス波形図である。 1・・・・・・半導体基板、 2・・・・・・Pウェル
、 3・・・・・・フォトダイオードN−型領域、 4
・・・・・・垂直転送レジスタ領域、 5・・・・・・
垂直転送ゲート電極、6・・・・・・フォトシールド電
極(PS電8iり、 7.。 ・・・タイミング発生回路、 8.9・・・・・・増幅
器、10・・・・・・電気力線、 101.102・・
・・・・読み出し周期(1フイ一ルド周期)、 103
・・・・・・出力周期(1フイ一ルド周期)。
、第1図の装置のタイミングチャートと出力波形図、第
3図乃至第6図は、本発明の詳細な説明するための図面
であって、第3図は、固体撮像装置の駆動回路図、第4
図は、第3図の部分拡大図、第5図は、第3図の装置の
特性曲線図、第6図は、第3図の装置に対する駆動パル
ス波形図である。 1・・・・・・半導体基板、 2・・・・・・Pウェル
、 3・・・・・・フォトダイオードN−型領域、 4
・・・・・・垂直転送レジスタ領域、 5・・・・・・
垂直転送ゲート電極、6・・・・・・フォトシールド電
極(PS電8iり、 7.。 ・・・タイミング発生回路、 8.9・・・・・・増幅
器、10・・・・・・電気力線、 101.102・・
・・・・読み出し周期(1フイ一ルド周期)、 103
・・・・・・出力周期(1フイ一ルド周期)。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第1導電型半導体基板と、該第1導電型半導体基板上に
設けられた第2導電型ウェルと、該第2導電型ウェル内
に列状に配置され該第2導電型ウェルとともにフォトダ
イオードを構成する第1導電型領域と、該第1導電型領
域から所定の電荷読み出し周期毎に光電変換電荷を読み
出しこれを出力側へ転送する転送レジスタ領域と、該転
送レジスタ領域上に第1の絶縁膜を介して形成された前
記第1導電型領域から光電変換電荷を読み出しこれを転
送するためのゲート電極と、さらにその上に第2の絶縁
膜を介して形成された前記第1導電型領域直上部に開口
を有するフォトシールド電極とを備えた固体撮像素子と
、 前記所定の電荷読み出し周期を第1の期間、第2の期間
および第1の期間が終了し第2の期間が開始する迄の一
定時間の第3の期間に分け、第1の期間および第2の期
間には前記半導体基板と前記フォトシールド電極とにそ
れぞれ第1の基板電圧と第1のフォトシールド電圧とを
供給して前記第1導電型領域を電荷蓄積状態とし、第3
の期間においては前記半導体基板と前記フォトシールド
電極とにそれぞれ第2の基板電圧と第2のフォトシール
ド電圧とを供給して前記第1導電型領域を電荷吐き出し
状態とするパルス信号発生回路とを具備する固体撮像装
置において、 前記第1の期間の終了時点は前記所定の電荷読み出し周
期内の任意の時点に設定しうるものであることを特徴と
とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039662A JPH02218276A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1039662A JPH02218276A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218276A true JPH02218276A (ja) | 1990-08-30 |
Family
ID=12559298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1039662A Pending JPH02218276A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02218276A (ja) |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1039662A patent/JPH02218276A/ja active Pending
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