JPH0683399B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 固体撮像素子は、撮像管と比較して多くの利点を有する
ため盛んに開発が進められている。

固体撮像素子の開発初期にはブルーミング現象（過大光
入射によって生じた過剰電荷が他の光電変換素子や転送
チャンネルに流入することによって、その部分の画像情
報が消失する現象）が問題となったが、いくつかの方法
によって通常の使用状態では大きな問題とはならない状
態になってきた。しかし特に入射光量が多い状態におい
ては、未だ不充分な状態である。

以下図面を参照しながら、従来のブルーミング抑制法に
ついて説明する。

第１図はインターライン転送方式CCDと呼ばれる方式の
固体撮像の全体構成図である。

同図で１は光電変換素子として用いられるフォトダイオ
ード（以下PDと略記する）、PD1に蓄積された信号電荷
は垂直転送CCD2へ移送された後、一行毎に水平転送CCD3
へ転送され、順次電荷検知部４へ転送され出力される。
ブルーミング現象とは、過大入射光を受けたPD1に発生
した過剰電荷が、そのPD1から隣接した垂直CCD2、もし
くはその他のPD1へ溢れ出す現象である。そのようなブ
ルーミング現象を抑制する一つの方法としていわゆるＰ
ウエル構造がある。それを第１図のA-A′線に沿った素
子断面図を示す第２図を用いて説明する。同図に示すよ
うに、本素子は、ｎ基板５の上に形成されたＰウエル６
を形成し、その中にフォトダイオード部７、垂直CCDチ
ャンネル８及びその上に垂直CCDの転送電極とフォトダ
イオード部からの信号電荷の移送を制御する電極を兼ね
た電極９が形成された構造となっている。この構造の素
子では後述するように３値のパルスによって駆動し、最
も高い電圧を印加した時に、フォトダイオード部７から
信号電荷を垂直CCDチャンネル８に移送する。このとき
の電位分布を第２図のB-B′線に沿って表した第３図ａ
を示す。同図で7-1はフォトダイオード部、8-1は垂直CC
D部領域の電位を示す。

本素子では前述したようにブルーミング抑制のためにＰ
ウエル構造となっており、その動作を第２図のC-C′線
に沿った電位分布を表わす第３図ｂを用いて説明する。
同図で7-1はフォトダイオード部、6-1はＰウエル、5-1
はｎ基板５の各領域を示している。従来駆動では、同図
に示すようにｎ基板5-1に、直流電圧Vsubを印加する。
第３図ａに示すフォトダイオード部7-1から信号電荷を
移送した直後のフォトダイオード部7-1の電位7-9と第３
図ｂにおける7-9は同一時刻におけるフォトダイオード
部7-1の電位を示しており、同一である。信号電荷のフ
ォトダイオード部7-1からの移送期間が終了し、信号電
荷蓄積期間が開始される。信号電荷が蓄積されるととも
にフォトダイオード部7-1の電位は下がり、例えば7-8の
電位まで下がると過剰電荷15はＰウエル領域6-1を通過
してｎ基板領域5-1に排出される。

これが従来の駆動方法である。しかしこの駆動方法では
以下に述べるような欠点を有する。

それを第３図ａのＢ′‐D-C′線に沿った電位を示す第
４図を用いて説明する。同図は第３図ａと第３図ｂを結
合した図であり、フォトダイオード部7-1から信号電荷
を移送期間中である。この期間中フォトダイオード部で
発生した電荷は、7-8の電荷になるまで垂直CCDチャンネ
ル領域8-1、移送ゲート領域11-1、フォトダイオード部
領域7-2に蓄積される。（同図の斜線部）実際には、こ
れ以上浅く（低く）なると過剰電荷が基板5-1に溢れる
という閾値電位7-8まで下がる前に垂直CCDチャンネル内
の隣接した領域に溢れ出す。即ち、フォトダイオード部
から信号電荷を移送期間中は、事実上ブルーミング抑制
能力が無効になるという大きな欠点を有していた。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、フォトダイオード部からの信
号電荷移送期間中にもブルーミング抑制効果を発揮する
ことができる固体撮像装置を提供するものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明の固体撮像装置は、複
数個の光電変換素子とその光電変換素子に蓄積された信
号電荷を読み出す手段と、前記光電変換素子から過剰電
荷を排出する過剰電荷排出手段と、前記光電変換素子へ
の電荷蓄積期間と前記読み出し手段への電荷移送期間と
に前記過剰電荷排出手段へ異なる電位を与える手段とを
有し、排出をより容易ならしめる状態にすることによっ
て、信号電荷移送期間中もブルーミング抑制能力を有効
な状態とすることができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第５図は本発明の第１の実施例における駆動パルス例を
示すものである。20は垂直CCDの転送電極とフォトダイ
オード部からの信号電荷の移送を制御する電極を兼ねた
電極９へ印加するクロックパルスであり、20-1の電圧が
印加されている期間が移送期間であり、20-2,20-3の電
圧が交互に印加される期間に垂直CCD内を転送する。こ
れは従来と同じである。本発明は、ｎ基板５に21で示す
ようなクロックパルスを印加することにある。同図の2
0,21のＥ期間を拡大したのがそれぞれ第６図の22,23で
ある。同図に示すようにクロックパルス22の20-1の期間
と重なりをもつパルス（21-1）をｎ基板９に印加するこ
とにある。即ち信号電荷蓄積期間の殆んどは従来と同じ
低レベルの電圧21-2を印加し、移送期間中に、高レベル
の電圧21-1を印加することによって、過剰電荷を排出す
る電位（閾値）26よりも浅い（低い）電荷はフォトダイ
オード部7-1に蓄積されずに基板5-1に排出されるため、
ブルーミング抑制効果を有効にする。このときのブルー
ミング抑制効果を説明する電位分布を第４図に示してい
る。このとき移送期間中には、符号26で示した破線と電
位7-8との間の電荷はｎ基板領域5-1に排出されるためブ
ルーミングが抑制される。このとき、垂直CCDの隣接領
域とのバリヤーは電位26より低いことが必要であるが、
実際には容易に実現できる。

ｎ基板5-1に印加する電圧パルスの立上りの位相は第６
図で22と23に示すように、移送期間の開始と同位相が望
ましい。しかし、ブルーミングが発生しない入射光強度
が若干低くなるが25に示すように少し遅れても構わな
い。

ただし24に示すように移送期間になる前にｎ基板5-1に
高レベル24-1が印加されるとフォトダイオード部に蓄積
された信号電荷が第４図の電位26まで排出されるためフ
ォトダイオードのダイナミックレンジが低下する。ｎ基
板5-1へ印加するパルスの立ち下がりの位相は移送期間
の終了と同時でもよいが、同期性の容易さからは23に示
すように若干遅れた方がよい。

なお、本実施例では、ブルーミング抑制手段としてＰウ
エル構造のものについて説明したが、これに限定される
ものではなく、フォトダイオード部から過剰電荷を排出
する機能を有するものであれば何でもよい。例えば、フ
ォトダイオード部に隣接してオーバーフローコントロー
ルゲート及びオーバーフロードレインを有したいわゆる
「オーバーフロードレイン構造」のものでもオーバーフ
ローコントロールゲートにクロックパルスを印加するこ
とによって同様の効果を得ることができる。またインタ
ーライン移送方式CCDを例に用いて説明したが、他の方
式の素子でも、また一次元の固体撮像素子でも同様であ
る。

発明の効果 以上のように、本発明は光電変換部に蓄積された信号電
荷を読み出し手段に移送する期間中に、過剰電荷排出制
御をより排出を容易にする状態とすることによって、移
送期間中にブルーミング抑制能力が無効になる期間をな
くし、よりブルーミング抑制能力を高めることができ、
その実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターライン転送方式CCDの全体構成図、第
２図は要部の断面構造図、第３図a,bは従来駆動におけ
る電位分布を示す図、第４図は従来駆動及び本発明駆動
の比較図、第５図は本発明駆動の一実施例を示す図、第
６図は本発明駆動の一実施例及び他の実施例のクロック
パルスを示す図である。 １……フォトダイオード、２……垂直CCD、３……水平C
CD、４……電荷検知部、５……ｎ基板、６……Ｐウエ
ル、７……フォトダイオード、８……垂直CCDチャネ
ル、９……電極、10……酸化膜、7-8,7-9……電位、20,
21,22,23,24,25……駆動クロックパルス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−168475（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の光電変換素子と、前記光電変換素
   子に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し手段と、前
   記光電変換素子からの過剰電荷を排出する過剰電荷排出
   手段と、前記光電変換素子への電荷蓄積期間と前記読み
   出し手段への電荷移送期間とに前記過剰電荷排出手段へ
   異なる電位を与える制御手段とを有することを特徴とす
   る固体撮像装置。