JPS5820074A - 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】 本発明は静電−導ト４ンジスタイメージセンサを用いた
撮像装置に関するものであるＯ従来、半導体イメージセ
ンナを用いた撮像装置としては、ＣＯＤイメージセンサ
を用いたものや、ＭＯＢ型イメージセンサを用いたもの
が知られている。しかし、これらの撮像装置においては
、使用する０００イメージ七ンサやｍｏｓ　ＩＩＩイメ
ージセンナの感度が比較的低いため、特に暗い場所での
撮影の際には補助照明装置や明るい撮影レンズが必要と
なり、携帯性、操作性に問題があると共に、ダイナ建ツ
クレンジが比較的狭いため、輝度差の大きい被写体を撮
影する場合には被写体像の照度分布に正確に対応する１
像信号を得ることができない欠点がある。

一方、最近では人力インピーダンスが高く電圧駆動形の
特長を保ちながら、出力電流が電圧の増加と共に次第に
増加し、三極管と同様に不飽和形の電流電圧特性を示す
と共に、大出力、低歪、他軸音特性を有する静ｖｓｍ導
トランジスタ（８ｔａｔｉＯＩｎｄｕＯＺｉＯｎ　Ｔｒ
ｌＬｎａｉｌｉｔＯｒ　ｉ以下−文字をとってＳＩＴと
称する）が提案され、またかかるＥＸＴ　ｔ−盲するＳ
Ｉ’ｌ’イメージセンサも開発されている◎第７図ムお
よびＢはＳＩＴイメージセンサを構成する１つのＳ工Ｔ
イメージセルの一例の構成を示す断面図およびその噂価
回路図を示すものである。

このＢＩＴイメージセルは読み出し用１０Ｂ形ＢＩＴ　
／とホトトランジスタコとから成り、増幅機能を有する
表面照射形で、浮遊領域により形成ざ訃たｎｐ接合を含
むものである。ＭＯ８形ＳＩＴ　／およびホトトランジ
スタコは分離用絶縁領域Ｊで囲まれたｐ形牛導体基体参
に形成され、ホトトランジスタコは表面透明電極ｊ％ｎ
＋１＃ぶ、ｐ″″領域７、ｐ浮遊領域ｌおよびｎ＋浮遊
領域デを有する７０−ティングエミッタ構造となってい
る。ｎ　浮遊領域９はホトトランジスタコのエミッタで
あると同時に読み出し用１［Ｏ８形ＳＩＴ　／のドレイ
ン電極１／に接続されている。このドレイン電極／／上
には絶縁層ｌコを介して導電層ｌＪが被着され、これら
ドレイン電極／／　、絶縁＠／２および導電層１３によ
り蓄積容−〇８を構成している。ＭＯ８形ＳＩＴ　／の
ゲート領域（ｐチャンネル）／事はｎ＋浮遊領域９に接
合して形成され、このゲート−域ｌ亭の上方にはゲート
酸化ｔｉｌｌ　／ｊ　ｆ：介して、ゲート電極１６が設
けられている。

またｎ＋のソース領域ｎはｐチャンネルのゲート領域ｌ
参に接合して形成され、このソース領域ｌフにソース電
極／Ｉが接続されている。なお、ドレイン電極／／　、
導電層１３、ゲート電極１６およびソース電極ＩＩは絶
縁層／９により互いに絶縁されていると共に、Ｓ工Ｔ／
のドレイン電極ノ／、導電層／３およびホトトランジス
タλは絶縁層〃により絶縁されている。

上述したＳＩＴイメージセルにおいて、ホトトランジス
タコの表面透明電極ｊにはｐ−領域７が空乏化するに十
分な正のバイアス電圧Ｖ、（÷）が印加される。また、
ＭＯ８形ＳＩＸ’　／のゲート電極１４にはホトトラン
ジスタλを介して蓄積容量０８に記憶された電圧を読み
出すための信号を供給するワードライン〃が接続され、
ソース電極／Ｉには読り出された電圧を出力するビット
ライン〃が接続されるＯ 以下、上述したＳＩＴイメージセルの動作を第２図を参
照して説明する。

ホトトランジスタコの表面透明電極ｊ＆：ｌｌｌコ図ム
に示すようにｐ−領域７が空乏化するに十分な正のバイ
アス電−Ｖ、（りを印加した状態で、数表［Ｉｓ明電＃
ｋｊに入射光ｈνが入射すると、これにより励起された
電子−ホール対のうち電子番才表面のｎ＋　４４に直ち
に吸収され、ホールはｐ−領域７ニ加わっている強電界
により加速されてｐ浮遊領域ｌに流れ込み、このｐ浮遊
領域ＺｔｌｌＪＩＥＩＢにＶ　（ｔ）で示すように止に
帯電する。ｐ浮遊領域ｌが正に帯電すると、ｎ＋浮遊領
域９との間が順方向にバイアスされることになる。すな
わち　ｎ＋浮遊領域９から電子がｐ浮遊領域ｌに注入さ
れ、注入された電子はこのｐ浮遊領域ｌを通過し、高抵
抗のｐ−領域７をドリフト走行して表面のｎ　嗜４に吸
収される。このようにｎ＋浮遊領域９力１ら電子が流出
すると、この領域９も電子が不足して第コ図ＣにＶｎ（
ｔ）で示すように正に帯電されることになる。

このｎ＋浮遊領域デの電位Ｖｎ（ｔ）　４ま、ｐ浮遊領
域ｌが極めて薄い場合は、 ｑ−ａ　・　０ Ｖｎ（ｔ）ｌ’ｖ　　　ｏ。

となる。ただし、Ｏｆはｐ浮遊領域Ｉの容置、ｑは単位
電荷、８は光子密、度、０は光速度を表わす。

上式から明らかなように、電位Ｖｎ（ｔ）は入射光量お
よび露光時間ｔに比例し、Ｏｆに反比例する。

したがって、ｐ浮遊領域ｌの容量Ｏｆは小ざい程僅かな
ホールの流入で大きな電圧変化を得ることができ、感度
を向上させることがでさる。なお、ｎ＋浮遊領域デに接
続された蓄積容置Ｏｓは、フック構造の増幅作用により
、Ｏａにあまり依存せずに浮遊ｎ＋ｐ接合が所定の順方
向バイアスになるまでｎ＋浮遊領域９から電子が流れ出
すから、この領域９の電圧値にあまり杉響を与えない。

これに対し、従来のＭ０３イメージセンサにおいｑ＠ｓ
°０・ｔで与えら ては、蓄槽領域の電位が−ｒ れる。したがって、上述したＳＩ’ｌ’イメージセンヤ
と比べると、Ｓ工Ｔイメージセンサにおいては０ｓ１０
ｆ倍の感度を得ることができる。なお０Ｂ１０（は０（
を容易に小ざくできることから、１０−、／ＤＯ程度と
することができるＯ ８↓でイメージ七ルにお・いては、読み出しは破壊読み
出しにも、非破壊読み出しにもできる。非破壊読み出し
を行なう場合には、第２図Ｄ　＆：ＶＧ（ｔ）で示すよ
うなパルス電圧をワードラインＪを介してＭＯ８形８Ｉ
Ｔ　／のゲートに加えて導通させする０Ｍ０８形ＳＩＴ
　／が導通すると、ソース領域／７からｐチャンネルの
ゲート領域／亭を介して電子がｎ＋浮遊領域９に流れ込
んで＠２図０に示すようにｎ＋浮遊領域デの正電圧Ｖｎ
（ｔ）を低下させるが、このときには第コ図Ｂに示すよ
うにｐ浮遊領域ｌの電位Ｖｐ（ｔ）が増加して浮遊ｎ＋
ｐ接合の順方向バイアスが深くなるから流れ込んだ電子
は直ちに高抵抗（Ｆ）Ｐ−領域７に注入される。したが
って、ビットラインＵの寄生容１ｉｏＢに殆んどよらな
いで第２図Ｅに示すような読み出し電圧ｖｏｕｔを得る
ことができると共に、ｎ＋浮遊領域９の電位は１回読み
出しが行なわれて一旦低下しても、しばらく時間が経過
するとそれ以前表は−同じように増加し続ける。

以上説明したところから明らかなように、１９ＩＴイメ
ージ七ンサは次のような特長を有する〇（１）　　ＢＩ
Ｔが直線性の良い不飽和形の電流電圧特性を有すること
から、蓄積容量０８にアナログ的に書き込まれた電圧に
対し読み出し電圧を相当広い範囲に亘って直線的に変化
させることができ、したがってダイナ・ミックレンジを
極めて広くすることができる。

（２）集積度が高いのでＳＩＴイメージセンサの個々の
セルの表面積を極めて小ざくでき、高解像度を得ること
ができる・ （３）破壊読み出し、非破壊読み出しのいずれも可能で
ある。

（４）増幅率が大きいから、光検出感度が高く、入射元
臘が少なくても大きな信号が得られる。

（６）個々のセルを独立に駆動できるのでランダムな読
み出しが可能であると共に、個々のセルの感度をＩＩＩ
Ｉ！することもできる。

（６）　　チャンネル中の電子の′移動度１９ｖ匍が大
きいことから、書き込み／読み出しを高速度で行なうこ
とができる〇 （））蓄積容量０８に！ｊＩ続されるりフレッシュ用の
ＳＩＴを同一基体に形成し、このリフレッシュ用ＳＩＴ
を選択的に駆動することにより蓄積容量０８を容易にリ
フレッシュすることができる。

以上のようにＳＩＴイメージ七ンサにお１いては、従来
の０（３ＤイメージセンサやＭＯ８型イメージセンサに
ない優れた特長を有する。しかしながら、第１図に示す
ＳＩＴイメージセルな同一基体に画素単位にマトリック
ス状に多数配列して１１３図に示すよりなＳＩＴイメー
ジセンサＪ／　ｒｔ影形成、このＳＩＴイメージ七ンサ
３１を矢印で示す順序に従って第１セル３２−ｌから最
終セル３２−ｎまで順次アクセスしてシリアルな画像信
号を得る場合には、最終セル３２−ｎに近いセル程すな
わちアクセスされるタイミングが４いセル程露光時間が
長くなるため、ＳＩＴイメージセンサ３１の全面に一様
な光が入射している場合には各画素信号が一様とならず
順次のアクセスに従って増加してしまい画像信号に輝度
むらが生じる不具合がある。

本発明の目的は上述した不具合を解決し、！ＩＩＷｌ性
、操作性に優れ、高感度でしかも被写体像の照度分布に
正確に追従する輝度むらのない画像信号が得られるよう
適切に構成した撮像１１Ｍｔｌｌｌを提供しようとする
ものである。

本発明の撮像装置は、多数のＳＩＴイメージセルを画素
単位に配列して成るＳＩＴイメージセンサと、このＳＩ
Ｔイメージセンナの入射面側に配置したシャッタとを具
え、このシャッタにより前記ＳＩＴイメージ七ンサの露
光時間を制御し得るよう構成したことを特徴とするもの
である。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第参図は本発明の撮像装置の一例の構成を示す線（２）
である。本例では被写体ヂｌの像を撮影レンズＱおよび
カーセルを′用いたシャッタＱを経てＳＩＴイメージセ
ンサ件上に結像させる。ＳＩＴイメージセンサ揮は、第
１図に示したと同様のＳ工Ｔイメージ七ルを同一基体に
多数個マトリックス状に形成したものを用いる。なお、
シャツタダ３はＳＩＴイメージセンサ停に密着させて配
置してもよいし、間隔をおいて配置してもよい。このシ
ャッタｌＩ３は、モニタ＃ｊに内蔵された一面の平均輝
度検出装置によって決定される時間だけ、制＃回路輻お
よびシャッタ駆動回路＃７を経て開ｔＩＬ（透明化）す
るよう構成する。また、ＳＩＴイメージ七ン豐停はシャ
ッタ＃３が開状態から閉状態になるのに同期しｔ１制御
回路％により続出し回路ｑを経て走査し、これにより画
素信号を順次読み出してモニタ釘にシリアルな画像信号
を供給するようｓｅａすると共に１シヤツタ＃Ｊの閉状
態下で画像信号の読み出し終了に同期して、制御回路６
によりリアレツシエ回路押を経てＳＩＴイメージセンを
停の全ての画素（ＳＩＴイメージセル）１リフレツシユ
するよう構成する。

第ｊ図Ａ、Ｂおよび０はそれぞれシャッタＱの開閉動作
、Ｓ工Ｔイメージセンサ邦の読み出し動作およびＳＩＴ
イメージセンナ揮のりフレッシュ動作のタイミングを示
すｓａ！！ｌである０このように、ＢＩＴイメージセン
サ停の入射面部にシャッタ＃Ｊを配置し、このシャッタ
ｑを所定時間開放させた＠ＢＩＴイメージ七ンサ邦をア
クセスするようにすれば、８ＩＴイメ一ジセンサ件の個
々のｍ虞の露光時間を全て等しくすることができるむら
のない画像信号を得ることができる。またＳＩＴイメー
ジセンサ件の各−素のリフレッシュは、全てのｌｌｌ嵩
のアクセス後シャッタＲが閉じている期間に全ての画素
を同時に或いはライン毎順次に行なうことができるから
、リフレッシュタイミングの設計の自゛由度を大きくす
ることができる。

なお、以上の動作例においてはスチル−像を再生するよ
うにしたが、ムービー綱像を得る場合にはに＆５のスチ
ル−像再生のルーチンなムービーカメラが必要とするフ
レーム数７８６０のスピードで繰返せばよい＠ 第６図は本発明の撮像装置の他の例の構成を示す線図で
ある。この撮像装置はカーセルを用いたシャッタＲｒｔ
ＭＩＴイメージセンサＨの画素に対応して複数のシャッ
タ領域何−ム・・・・、＃Ｊ−１１に分割すると共に、
これらシャッタ領域をランダムアクセスできるようにし
て、各シャッタ領域に対応するＢＩＴイメージセンナ停
の画素の露光時間を任意に設定し得るようＩＩ成するこ
とにより、例えば被写体像の暗い部分を明るくする◆部
分的に階調を変えられるようにした点がＩＩＩ参図に示
すものと員なるものであり、第参図に示す符号と同一符
号は同一作用を成すものを表わす。シャッタ領域１１Ｊ
−／、・・・・、　参７−　ＩＩの各々の大きざは、Ｓ
ＩＴイメージ七ンサ拝のｌ−素に対応させてもよいし、
−数画素に対応させてもよい。このため、本例ではＳＩ
Ｔイメージセンナ停上の任意の画素領域、例えば明るく
したい部分の画素領域に対応するシャッタ領域な指定す
る選択−路望を設け、この選択回路ｙにより指定された
シャッタ領域を他のシャッタ領域よりも長い時間開放す
るように、制御【ω路％によりジャシタ駆動回路４を経
てシャッタ＋３を駆動制御するよう構成する。またＢＩ
Ｔイメージセンサ停は指定されたシャッタ領域が開状態
から閉状−になるのに同期して、制御回路６により読み
出し回路＊ｔａて走査し、これによりｍａｔｓ号を蝋次
読み出して七品夕１ｊにシリアルな画像信号を供給する
よう構成すると共に、全てのシ′ヤツタ値域の一状繍下
で画像信号の読み出し終了に同期して、制御面路らによ
りリフレッシュ回路舒を経てＳＩ’ｌ’イメージ七ンサ
鐸の全ての画素なりフレッシュするよう＊成するＯ このように、シャッタ＃３を複数のシャッタ領域に分割
すると共にこれらシャッタ領域をランダムアクセスでき
るようにすれば、再生Ｉｆｌｌ−のａｎｉを部分的に補
正することができるＯ なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。

例えば、ＳＩＴイメージセンサの各画素のリフレッシュ
は、シャッタが閉じた状態で各−素について了り七ス後
直ちに行なうようにしてもよいＯまた、シャッタはカー
セルの他、エレクトｐ・クロ電ツク等を用いて構成する
こともできるし、機械式のものを用いることもできる。

更に、シャッタの開放時間は、モニタをみながら手動調
整するよう構成することもできる。更にまた、第１図の
例においては、明るくしたい部分を指定して、その部分
に対応するシャッタ領域の開放時間を長くするようにし
たが、逆に明るい部分を指定してこの部分に対応するシ
ャッタ領域の開放時間ｆ：＠くするよう構成することも
できる。

以上詳細に説明したように、本発明においては、ＢＩＴ
イメージ七ンサの入射面側にシャツ１夕を配置し、この
シャッタによりＳＩＴイメージ七ンサの露光時間を制御
するようにしたから、ＳＩＴイメージ七ンサの個々の画
素の露光時間を等しくすることができ、したがって被写
体像の照度分布に正確に追従する輝度むらのない良好な
画像信号を得ることができると共に、各−素のりフレッ
シュタイミングの設計の自由度が大きくなる。また、Ｓ
ＩＴイメージセンナを用いたから、ＳＩＴイメージセン
サの広ダイナミツクレンジ、高集積度の特性を有効に利
用できる。したがって高感度、高解像度の画像信号を得
ることができると共に、小形かつ軽量とすることができ
るから操作性、携帯性に優れた撮像装置を得ることがで
きる０更に、シャッタを傾数の領域に分割すると共に、
これらの領域をランダムアクセス可能にすることにより
、−像信号ｔＳ分的に補正することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ムおよびＢは８ＩＴイメージセルの一例の構成を
示す＃面図およびその等価回路図、第２図Ａ〜冨は１１
１７図に示すＳＩＴイメージ七ルの動作を説明するため
の信号波形図、ｌＩＪ図はＳＩＴイメージセンサを用い
て画像信号を得る場合の間醜点を説明するための線図、
ｌｌ４Ｉ図は本発明の撮像装置の一例の構成を示す線図
、＃Ｉｊ図ム、Ｂおよび０はその動作を説明するための
タイミングチャート、第４図は本発明の撮像装置の他の
例の構成を示す４１図である・ 参ｌ・・・被写体、侵・・・撮影レンズ、Ｒ・・・シャ
ッタ、（１３−／、・・・・、グＪ−ｍ・・・シャッタ
領域、揮・・・Ｓ工Ｔイメージセンサ、＃Ｓ・・・モニ
タ、％・・・制御回路、Ｃ・・・シャッタ駆動回路、′
ａ・・・読み出し回路、押・・・リフレッシュ回路、ｙ
・・・選択回路。 第１図 （Ａ） （Ｂ） 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　多数の静１Ｋｍ導トランジスタイメーもジセルな１
   −素単位に配列して成る静電誘導トランジスタイメージ
   センサと、この＃電−導トランジスタイメージ七ンサの
   入射ｒＩＢｒｉｎに配置したシャッタとｒｔＪＩ＆え、
   このシャッタにより前記静電誘導トランジスタイメージ
   センサの露光時間を制御し得るよう構成したことを特徴
   とする撮像ｍ１ｌｌ　ｏ− ２前記シャッタを複：数の領域に分割すると共に、その
   個々の領ｔｆ４ｒｔ独立に駆動し得るよう構成したこと
   を特徴とする特許請求の範茜第１項記載の撮像装置。