JPS6027280A - Still camera using solid-state image pickup device - Google Patents
Still camera using solid-state image pickup deviceInfo
- Publication number
- JPS6027280A JPS6027280A JP58134283A JP13428383A JPS6027280A JP S6027280 A JPS6027280 A JP S6027280A JP 58134283 A JP58134283 A JP 58134283A JP 13428383 A JP13428383 A JP 13428383A JP S6027280 A JPS6027280 A JP S6027280A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- conductivity type
- solid
- vertical
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 59
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/76—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the image signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
胤監斑1
本発明は固体撮像デバイスを用いたスチルカメラ、とく
に、MOS型の固体撮像デバイスを用いたスチルカメラ
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a still camera using a solid-state imaging device, and particularly to a still camera using a MOS type solid-state imaging device.
i見韮遣
撮像セルが2次元に配列され、この2次元アレイにおけ
る垂直および水平アドレスを指定して映像信号を読み出
すMOS型の固体撮像デバイスが多く使用されている。MOS-type solid-state imaging devices are often used in which image sensing cells are arranged two-dimensionally and video signals are read out by specifying vertical and horizontal addresses in this two-dimensional array.
これは、金属酸化膜半導体構造を代表とし、より一般的
には金属絶縁膜半導体(Mis)構造をとるが、ここで
は、これらをすべて包含する意味で「NO5型」なる用
語を使用するものとする。This is typically a metal oxide film semiconductor structure, and more generally a metal insulating film semiconductor (Mis) structure, but here the term "NO5 type" will be used to include all of these. do.
このようなMO8型固体撮像デバイスは、たとえば磁気
ディスクなどの磁気記録媒体に映像信号を記録するいわ
ゆる電子カメラなどにも、撮像素子として有利に適用さ
れる。Such an MO8 type solid-state imaging device is advantageously applied as an imaging element to a so-called electronic camera that records video signals on a magnetic recording medium such as a magnetic disk.
一般に固体撮像デバイスはブルーミング現象が生ずる欠
点がある。当業者に周知のように、MO349固体撮像
デバイスにおけるブルーミンクは、2次元配列された撮
像セルのあるものに強い入射光が照射された場合、その
セルに過剰に励起された光電子がこれに隣接する他のセ
ルや垂直信号路にあふれ出すことによって生ずる。これ
によって、1■f生された映像には、その強い入射光の
画素を中心として画面の垂直方向に明るいか11点の列
が現われる。In general, solid-state imaging devices have the drawback of blooming phenomenon. As is well known to those skilled in the art, blooming in the MO349 solid-state imaging device occurs when a certain two-dimensional array of imaging cells is irradiated with strong incident light, and photoelectrons that are excessively excited in that cell are adjacent to it. This is caused by overflowing to other cells or vertical signal paths. As a result, in the image produced for 1 f, a row of 11 bright points appears in the vertical direction of the screen centering on the pixel of the strong incident light.
このブルーミングを抑圧するために、たとえば、撮像セ
ルの光キヤリア蓄積領域からデバイス構体の半導体基板
にかけて形成される縦型トランジスタのベース領域に相
当する部分にバイアス電圧を印加して余剰キャリアを基
板に排出させる対策が一般にとられる。In order to suppress this blooming, for example, a bias voltage is applied to a portion corresponding to the base region of a vertical transistor formed from the optical carrier accumulation region of the imaging cell to the semiconductor substrate of the device structure, and excess carriers are discharged to the substrate. Measures are generally taken to prevent this.
しかし従来技術では、このバイアスが常時、すなわち光
電荷M積時のみならず光電荷読出し時に−も印加されて
いるために、水平読出しゲートにおけるチャージポンピ
ング現象に起因するとみられる固定パターン雑音や、映
像信号における黒レベルのオフセットが生ずる。However, in the conventional technology, this bias is always applied, that is, not only when photocharge M is accumulated, but also when photocharge is read out. This results in a black level offset in the signal.
チャージポンピング現象は、水平および垂直読出しゲー
トとしてのMOSスイッチをパルス駆動したときに、駆
動パルスのチャネル領域にパルスの立上りでソースおよ
びドレーン領域から注入されたキャリアの全部が同パル
スの立下りでソースおよびドレーン領域に戻される°訳
けではなく、前述の縦型トランジスタのバイアスのため
に一部が基板に流れ込む現象である。The charge pumping phenomenon occurs when the MOS switches used as horizontal and vertical readout gates are pulse-driven. This is a phenomenon in which a portion of the liquid flows into the substrate due to the bias of the vertical transistor mentioned above, rather than being returned to the drain region.
固定パターン雑「は周知のように、水平読出しケートと
してのMOSスイッチのオン、オフにともなって生ずる
スパイク雑音がそれらのゲート・ソース間およびゲート
・ドレーン間の浮遊容量に応してばらつくため、映像回
路における低域フィルタでは除去しきれない固定的な雑
音として映像信号に混入するものである。しかし一般に
、これはII:負l114極性にほぼ均等に現われるか
ぎり、積分回路によって相殺することができる。ところ
が、゛前述のように縦型トランジスタにバイアスを印加
することによってチャージポンピング現象が生ずると、
このIF負負極極性スパイクが不均衡になり、積分して
も相殺されなくなってしまう。As is well known, fixed pattern noise is caused by the spike noise generated when the MOS switch as a horizontal readout gate is turned on and off, which varies depending on the stray capacitance between the gate and source and between the gate and drain. This noise is mixed into the video signal as a fixed noise that cannot be removed by the low-pass filter in the circuit.However, in general, this can be canceled out by the integrating circuit as long as it appears approximately evenly in the II: negative l114 polarity. However, if a charge pumping phenomenon occurs by applying a bias to the vertical transistor as described above,
This IF negative/negative polarity spike becomes unbalanced and cannot be canceled out even when integrated.
また、テレビジョン信号は水平帰線期間において黒レベ
ルの基準を設定している。しかし、水平および(■直読
用しスイ・ンチにおけるチャージポンピング現象のため
に、両スイッチをオフにしたときにオフセット電流が流
れ、水平帰線期間の黒レベルの変動をきたすことになる
。Further, the television signal has a black level standard set during the horizontal retrace period. However, due to the charge pumping phenomenon in the horizontal and direct reading switches, an offset current flows when both switches are turned off, causing fluctuations in the black level during the horizontal retrace period.
川−血
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、ブルーミ
ングのない映像信号を出方することのできるl、+・1
体撮像デバイスを用いたスチルカメラな提供することを
目的とする。The present invention solves the drawbacks of the prior art and outputs a video signal without blooming.
The purpose is to provide a still camera using a body imaging device.
l艶五訓j
本発明によれば、2次元配列の撮像セルアレイを有する
MO9O9型固体撮像デバイス撮像セルアレイに被写体
像を露光する露光手段と、露光手段を制御して露光期間
だけ撮像セルアレイを露光させ、撮像セルアレイを走査
して画素信号を読み出す制御回路とを含むMO3型固体
撮像デバイスを用いたスチルカメラにおいて、各撮像セ
ルは、一方の導電型の半導体基板上に形成された他方の
導電型の層、および他方の導電型の層に形成され光キヤ
リア発生領域をなす一方の導電型の層からなり、制御回
路は、他方の導電型の層の形成する電位障壁を低下させ
るバイアス電圧を他方の導電型の層、に、露光期間中は
印加し、画素信号の読出し期間中は印加しない。According to the present invention, there is provided an exposure means for exposing a subject image to an MO9O9 type solid-state imaging device imaging cell array having a two-dimensional array of imaging cells, and an exposure means for controlling the exposure means to expose the imaging cell array for only an exposure period. In a still camera using an MO3 type solid-state imaging device including a control circuit that scans an imaging cell array and reads out pixel signals, each imaging cell is formed on a semiconductor substrate of one conductivity type and a control circuit of the other conductivity type. and a layer of one conductivity type that is formed on the layer of the other conductivity type and forms a photocarrier generation region, and the control circuit applies a bias voltage to the layer of the other conductivity type to lower the potential barrier formed by the layer of the other conductivity type. A voltage is applied to the conductive type layer during the exposure period, and is not applied during the readout period of the pixel signal.
LMJL(7)皿J
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像デバイス
を用いたスチルカメラの実施例を詳細に説明する。LMJL (7) Dish J Next, embodiments of a still camera using a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図を参照すると、本発明による固体撮像デフへイス
を用いたスチルカメラの実施例では、被写体像を撮′像
する撮像レンズ14の後方の結像位置に2 &光固体撮
像デバイス10の撮像セルアレイ12が配設されている
。撮像レンズ14とアレイ12の間には光学シャッタ1
6が配設され、これは矢印18で象徴的に示すようにシ
ャッタ駆動機構20によって開閉動作する。Referring to FIG. 1, in an embodiment of a still camera using a solid-state imaging differential according to the present invention, an optical solid-state imaging device 10 is positioned at an imaging position behind an imaging lens 14 that captures an object image. An imaging cell array 12 is provided. An optical shutter 1 is provided between the imaging lens 14 and the array 12.
6 is provided, which is opened and closed by a shutter drive mechanism 20 as symbolically indicated by an arrow 18.
シャッタ駆動機構20は、カメラのシャツタレリーズボ
タン40の走査に応動して本装置を制御する撮影制御回
路22によって制御される。固体撮像デバイス10の映
像信号出力端子32は、前置増幅器34および積分回路
46を介して映像回路36に接続されている。積分回路
4Bは後述するように、水平読出しスイッチ123の駆
動により発生する正負両極+1のスパイク雑音を積分に
よって相殺する固定パターン雑音除去回路である。The shutter drive mechanism 20 is controlled by a photographing control circuit 22 which controls the apparatus in response to scanning of the camera's shirt release button 40. A video signal output terminal 32 of the solid-state imaging device 10 is connected to a video circuit 36 via a preamplifier 34 and an integrating circuit 46. As will be described later, the integrating circuit 4B is a fixed pattern noise removal circuit that cancels out spike noise of both positive and negative polarities +1 generated by driving the horizontal readout switch 123 by integration.
本装置はクロック発生器24を有し、本装置を動作させ
る1、!i木ツクロック撮像デバイス1o、撮影制御回
路22および映像回路36などに供給される。映像回路
36は、クロック発生器24から制御線42を通して供
給される水平および垂直同期信号に応動して、たとえば
テレビジョン信号形式の映像信号を形成し、映像信号出
力端子38に出力する回路である。この映像信号は、た
とえば磁気ディスクなど一
の磁気記録媒体に記録したり、モニタ装置に表示するな
どして利用される。The device has a clock generator 24, which operates the device 1,! The signal is supplied to the clock imaging device 1o, the imaging control circuit 22, the video circuit 36, and the like. The video circuit 36 is a circuit that responds to the horizontal and vertical synchronizing signals supplied from the clock generator 24 through the control line 42 to form a video signal in, for example, a television signal format, and outputs the video signal to the video signal output terminal 38. . This video signal is used, for example, by being recorded on a magnetic recording medium such as a magnetic disk or displayed on a monitor device.
2次元固体撮像デバイス10は本実施例では、第2図に
示すように、撮像セルすなわちフォトダイオード120
が行列形式に配列されたMOS構造の撮像セルアレイ1
2を有し、いわゆるXYアドレス方式によって選択した
撮像セル120に対する充電型温を読み出すMO3型撮
像デン<イスを構成している。In this embodiment, the two-dimensional solid-state imaging device 10 includes an imaging cell, that is, a photodiode 120, as shown in FIG.
An imaging cell array 1 having a MOS structure in which cells are arranged in a matrix.
2, and constitutes an MO3 type imaging device that reads out the charging temperature for the selected imaging cell 120 using a so-called XY address method.
各撮像セル120は垂直読出しスイッチ121のソース
・ドレーン路を介して垂直読出し電極導体すなわち垂直
読出し路122に接続され、各垂直読出しスイッチ12
1のゲートは垂直アドレス指定線126によって垂直走
査シフトレジスタ128の各段に接続されている。各垂
直読出しスイッチ121は、対応する撮像セル120に
蓄積された光電荷をこれからil iI′、+読出しラ
イン122に読み出す読出しケートである。Each imaging cell 120 is connected to a vertical readout electrode conductor, ie, a vertical readout path 122, through a source-drain path of a vertical readout switch 121.
The gate of 1 is connected to each stage of vertical scan shift register 128 by vertical addressing line 126. Each vertical readout switch 121 is a readout gate that reads out the photocharges accumulated in the corresponding imaging cell 120 from there to the il iI',+ readout line 122.
垂直走査シフトレジスタ128は、この実施例ではクロ
ック発生器24かもの2相の垂直シフトクロックφVに
応動し、撮影制御回路22から与えられるtlt−・の
垂直駆動パルスvPがシフトし、いずれか1つの垂直ア
ドレス指定線12fiを選択的に順次伺勢する垂直走査
信号発生回路である。In this embodiment, the vertical scanning shift register 128 responds to the two-phase vertical shift clock φV of the clock generator 24, shifts the vertical drive pulse vP of tlt-・ given from the photographing control circuit 22, and shifts the vertical drive pulse vP of tlt-. This is a vertical scanning signal generation circuit that selectively and sequentially activates two vertical addressing lines 12fi.
各重ll′]読出しライン122は水平読出しスイッチ
123のソース・ドレーン路を介して映像信号出力端−
r32に接続され、水平読出し電極導体すなわち水・1
・−読出し路124を構成している。各水平読出しスイ
ッチ123のゲートすなわち水平走査アドレス指定線1
25は水平走査シフI・レジスタ130の各段に接続さ
れている。水平走査シフトレジスタ130は、この実施
例ではクロック発生器24からの2相の水・Ilシフト
クロックφHに応動し、撮影制御回路22から与えられ
る単一の水平駆動パルスHPがシフトし、いずれか1つ
の水平アドレス指定v;Al25を選択的に順次付勢す
る水平走査信号発生回路である。The readout line 122 is connected to the video signal output terminal through the source/drain path of the horizontal readout switch 123.
r32, horizontal readout electrode conductor i.e. water 1
-Constituting the readout path 124. The gate of each horizontal readout switch 123, that is, the horizontal scanning addressing line 1
25 is connected to each stage of the horizontal scanning shift I register 130. In this embodiment, the horizontal scanning shift register 130 responds to the two-phase water/Il shift clock φH from the clock generator 24, and shifts the single horizontal drive pulse HP given from the photographing control circuit 22. One horizontal address designation v: This is a horizontal scanning signal generation circuit that selectively and sequentially energizes Al25.
水平読出しスイ・ンチ123は、各垂直読出し路122
から画素信号を出力32に順次直列に読み出すものであ
る。この読出し動作は、垂直シフトレジスタ128がシ
フトクロ・ンクφVに応動して垂直駆動パルスvPを1
つの段にシフトさせ、そのアドレス線126が伺勢され
ている間、撮影制御回路22から制御線26に供給され
る水平駆動パルスHPが水平シフトクロックφHに応動
して水平走査シフトレジスタ+30の各段をシフトする
ことによって行なわれる。このようにこれはXYアドレ
ス指定方式のMO3固体撮像デバイス1oを構成してい
る。A horizontal readout switch 123 connects each vertical readout path 122.
The pixel signals are sequentially read out to the output 32 in series. In this read operation, the vertical shift register 128 responds to the shift clock φV and outputs the vertical drive pulse vP by 1.
While the address line 126 is being activated, the horizontal drive pulse HP supplied from the imaging control circuit 22 to the control line 26 is applied to each of the horizontal scanning shift registers +30 in response to the horizontal shift clock φH. This is done by shifting stages. In this way, this constitutes the MO3 solid-state imaging device 1o of the XY addressing method.
第3図(A)は、第1図に示す任意の1つのフォトダイ
オード120から垂直読出しスイッチ121および水平
読出しスイッチ123を経て出力端子32に至る信号経
路の縦断面構造を模式的に示している。この実施例では
、n型シリコン基板140ノ上に成長させたp型エピタ
キシャル層142に3種類のn型領域144.146お
よび148が形成されている。これらの」二に酸化シリ
コンなどの絶縁層150が形成され、n型領域相互の間
は金属の電、8i152および154が形成されている
。FIG. 3(A) schematically shows the vertical cross-sectional structure of a signal path from any one photodiode 120 shown in FIG. 1 to the output terminal 32 via the vertical readout switch 121 and the horizontal readout switch 123. . In this embodiment, three types of n-type regions 144, 146 and 148 are formed in a p-type epitaxial layer 142 grown on an n-type silicon substrate 140. An insulating layer 150 made of silicon oxide or the like is formed between these layers, and metal conductors 152 and 154 are formed between the n-type regions.
n型領域144はその下のp型層142とともにpn接
合によるフォトダイオード120を形成し、入射光hυ
によって光キャリアを発生し、蓄積する。The n-type region 144 forms a photodiode 120 with a pn junction together with the p-type layer 142 below, and the incident light hυ
generates and accumulates photocarriers.
n領域144,148.電極152およびその下の絶縁
層+50によって前述の垂直読出しスイッチ121が形
成され、n領域148,148.電極154およびその
下の絶縁層+50によって1)b述の水平読出しスイッ
チ123が形成されている。n領域148には電極15
8が接続され、出力端子32に接続されている。これに
は、図〉1\のように抵抗15Bを通して正電圧Elな
る映像電源160が接続されている。n areas 144, 148. The aforementioned vertical readout switch 121 is formed by the electrode 152 and the insulating layer +50 thereunder, and the n-regions 148, 148 . The horizontal readout switch 123 described in 1)b is formed by the electrode 154 and the insulating layer +50 below. The electrode 15 is in the n region 148.
8 is connected to the output terminal 32. A video power supply 160 having a positive voltage El is connected to this through a resistor 15B as shown in Figure 1.
ノ、(板140には、電圧E2が供給され、これは映像
電源E1より高くてよい。また、第1図および第3図(
A)に・印】62で概念的に示すように、エピタキシャ
ル層142は接続線44によって撮影制御回路22に接
続され、これより正電圧E3のパルス50が供給される
。これについては後に詳述する。なお、この実施例はn
チャネルMO9構成をとっているが、本発明はpチャネ
ルMO9構成にも有利に適用できることは言うまでもな
い。pチャネルMOSの場合には、電圧極性がnチャネ
ルの場合とすべて反対になる。(The voltage E2 is supplied to the board 140, which may be higher than the video power source E1. Also, as shown in FIGS. 1 and 3,
As shown conceptually at 62 in A), the epitaxial layer 142 is connected to the imaging control circuit 22 by a connecting line 44, from which a pulse 50 of positive voltage E3 is supplied. This will be explained in detail later. Note that in this example, n
Although the channel MO9 configuration is adopted, it goes without saying that the present invention can also be advantageously applied to a p-channel MO9 configuration. In the case of a p-channel MOS, the voltage polarities are all opposite to those in the case of an n-channel.
第4図のタイミング図を参照して動作を説明する。シャ
ツタレリーズボタン40を操作すると(同図(A) )
、制御回路22はこれに応動してシャッタ駆動機構20
を制御し、必要な露光時間だけシャッタ16を開放する
(同(B))。これによって、撮像セルアレイ12に結
像された被写体像に応じた入射光がフォトダイオード】
20のpn接合部に光キャリアを発生させる。制御回路
22゛はまた、これに同期して接続線44にバイアスパ
ルス50を出力し、p型エピタキシャル層142を一時
的に正電圧E3にする。The operation will be explained with reference to the timing diagram of FIG. When the shirt release button 40 is operated ((A) in the same figure)
, the control circuit 22 responds to this by controlling the shutter drive mechanism 20.
The shutter 16 is opened for the necessary exposure time ((B)). As a result, incident light corresponding to the subject image formed on the imaging cell array 12 is transmitted to the photodiode.
Optical carriers are generated at the pn junction of 20. The control circuit 22' also outputs a bias pulse 50 to the connection line 44 in synchronization with this, and temporarily sets the p-type epitaxial layer 142 to a positive voltage E3.
第3図(A)に概念的に示すように、フォトダイオード
120のpn接合とその下の基板140とのpn接合と
で縦型npn )ランジスタ182が形成される。As conceptually shown in FIG. 3A, a vertical npn transistor 182 is formed by the pn junction of the photodiode 120 and the pn junction of the substrate 140 below.
同図(B)に示すように、同(A)の構体を同図の横方
向に見たエネルギーバンド構造によれば、定常状fl:
においてフォトダイオード120のn領域144に電位
の井戸206が形成されている。仮りに端子44にバイ
アスパルス50を印加しないとすると、強い入射光によ
ってn領域144に過剰に発生した光キャリアは、垂直
読出しスイッチ+21の形成する電位障壁200を越え
て垂直読出しスイッチ121の電位の井戸にまであふれ
出ることになる。As shown in Figure (B), according to the energy band structure of the structure in Figure (A) viewed in the lateral direction of the figure, steady state fl:
A potential well 206 is formed in the n region 144 of the photodiode 120 in FIG. If the bias pulse 50 is not applied to the terminal 44, the photocarriers generated excessively in the n-region 144 due to the strong incident light will cross the potential barrier 200 formed by the vertical readout switch +21 and reduce the potential of the vertical readout switch 121. It will overflow even into the well.
しかし本発明によれば、第3図(A)においてフォトダ
イオード120の部分を縦に見たエネルギーバンド構造
を示す同(C)かられかるように。However, according to the present invention, as can be seen from FIG. 3(C), which shows the energy band structure when the photodiode 120 is viewed vertically in FIG. 3(A).
11)電圧E3のバイアスパルス50がエピタキシャル
層+42に印加されているときは、縦型トランジスタ1
62のベース電圧が上昇し、これによって層142の電
位障壁202が下るので、過剰な光キャリア204が発
生したときは、これがn型基板140に流れ込む。つま
り、n領域144に過剰キャリア204が発生すること
によって、そのときのトランジスタ162のベース電位
E3からそのベース争エミッタ間電圧だけ下った電位以
下に、n領域すなわちエミッタ144の電位が低下する
と、トランジスタ162が導通し、余剰キャリア204
が基板140に排出される。これかられかるように、電
圧E3はトランジスタ162のベース−エミッタ電圧程
度、たとえば約0.7ボルトに設定すればよい。11) When the bias pulse 50 of voltage E3 is applied to the epitaxial layer +42, the vertical transistor 1
As the base voltage of 62 increases, which lowers the potential barrier 202 of layer 142, excess photocarriers 204, if generated, flow into n-type substrate 140. In other words, when excess carriers 204 are generated in the n-region 144, the potential of the n-region, that is, the emitter 144, decreases to a potential lower than the base-to-emitter voltage from the base potential E3 of the transistor 162 at that time. 162 is conductive, surplus carrier 204
is discharged onto the substrate 140. As will be seen, voltage E3 may be set to about the base-emitter voltage of transistor 162, for example about 0.7 volts.
このようにして、撮像セルアレイ12の各撮像セル12
0にはそれに形成された被写体像に応じた光キャリアが
蓄積される。その際、強い入射光によって生じた余剰光
キャリアは縦型トランジスタ182を経て基板140に
排出され、垂直信号路122にあふれることはないので
、ブルーミングは発生しない。In this way, each imaging cell 12 of the imaging cell array 12
0, optical carriers corresponding to the object image formed therein are accumulated. At this time, excess optical carriers generated by strong incident light are discharged to the substrate 140 through the vertical transistor 182 and do not overflow into the vertical signal path 122, so that blooming does not occur.
露光時間が経過してシャツ°り1Bが閉成すると、制御
回路22はバイアスパルス50をO電位に復旧させる(
ER4図(C))。これによって、エピタキシャル層1
42の電位障壁は第3図(D)示すように元の高い状態
に復する。When the exposure time elapses and the shirt opening 1B closes, the control circuit 22 restores the bias pulse 50 to the O potential (
ER4 diagram (C)). As a result, the epitaxial layer 1
The potential barrier 42 returns to its original high state as shown in FIG. 3(D).
そこで撮影制御回路22は、制御線28および2Bにそ
れぞれ垂直駆動パルスvPおよび水平駆動パルスHPを
出力する(第4図(F)および(G))。これらの駆動
パルスvPおよびIPは、それぞれ垂直シフトレジスタ
+28および水平シフトレジスタ130の初段に人力さ
れ、クロック発生器24から供給される垂直シフトクロ
ックφVおよび水平シフトクロックφHに応動して各段
を順次シフトする(同CD)および(E))。なお、第
4図(D)および(E)は、簡単のために2相のシフト
クロックの1相のみ示しである。このシフト動作によっ
て、電位の井戸206に蓄積されていた光キャリアは、
画素信号として出力端子32に読み出される。Therefore, the photographing control circuit 22 outputs a vertical drive pulse vP and a horizontal drive pulse HP to the control lines 28 and 2B, respectively (FIG. 4(F) and (G)). These driving pulses vP and IP are input to the first stages of the vertical shift register +28 and the horizontal shift register 130, respectively, and are sequentially applied to each stage in response to the vertical shift clock φV and horizontal shift clock φH supplied from the clock generator 24. Shift (CD) and (E)). Note that FIGS. 4(D) and (E) only show one phase of the two-phase shift clock for simplicity. Due to this shift operation, the photocarriers accumulated in the potential well 206 are
It is read out to the output terminal 32 as a pixel signal.
なお、本実施例ではバイアスパルス50がシャッタ16
の開放に一致して高レベルをとるように構成yれている
。しかし後の説明からも明らかなように、必ずしもこの
ように構成しなくてもよく、要は、少なくとも撮像セル
120に入射光hυが照射されている期間はエピタキシ
ャル層142に高レベルのバイアスを印加し、かつ、撮
像セル120から画素信号を読み出す期間中はエピタキ
シャル・層142に高レベルのバイアスを印加しないこ
とである。In this embodiment, the bias pulse 50 is applied to the shutter 16.
It is configured to take a high level in accordance with the opening of . However, as will be clear from the explanation that follows, it does not necessarily have to be configured in this way, and the point is that a high level bias is applied to the epitaxial layer 142 at least during the period when the imaging cell 120 is irradiated with the incident light hυ. However, a high level bias is not applied to the epitaxial layer 142 during the period of reading out pixel signals from the imaging cell 120.
ところで、このような本発明によれば、垂直スイッチ1
21および水平読出しスイッチ123において映像の読
出し期間中、チャージボンピング現象は発生しない。し
たがって、映像信号にはこれによる固定パターン雑音や
黒レベルシフトも発生しない。By the way, according to the present invention, the vertical switch 1
21 and the horizontal readout switch 123, no charge bombing phenomenon occurs during the image readout period. Therefore, fixed pattern noise and black level shift due to this do not occur in the video signal.
詳述すると、説明のために仮りに、映像信号の読出し期
間中もバイアスパルス50がエピタキシャル層142に
印加されているような構成であったとする。たとえば水
平読出しスイッチ123を例にとって、これに第5図に
示すような水平読出しパルス210が水平シフトレジス
タ130から印加されるとする。To explain in detail, for the sake of explanation, it is assumed that the configuration is such that the bias pulse 50 is applied to the epitaxial layer 142 even during the readout period of the video signal. For example, let us take the horizontal readout switch 123 as an example and assume that a horizontal readout pulse 210 as shown in FIG. 5 is applied thereto from the horizontal shift register 130.
まず、パルス210の立上り期間TIでは、第5図(A
)に示すように電子212がソース領域148およびド
レーン領域148からチャネル領域に移送され、定常状
態T2では同(B)に示すように、ゲート電極154の
下に電子212が集まる。パルス210が立ち下がる期
間T3では、チャネル領域に集まった゛電子の一部21
4はソース領域14Bおよびドレーン領域148に戻る
が、残り21Bはエピタキシャル層142を下方に進み
、基板140に排出される。したがって、ゲート電極1
54直下の空乏層にパルス210の立」ニリでソース領
域146およびドレーン領域+48から注入された電子
に比べて、パルス210の立下りでソース領域14Bお
よびドレーン領域+48に戻される電子の方が量が少な
くなる。First, during the rising period TI of the pulse 210, FIG.
), electrons 212 are transferred from the source region 148 and drain region 148 to the channel region, and in steady state T2, the electrons 212 gather under the gate electrode 154, as shown in FIG. During the period T3 during which the pulse 210 falls, some of the electrons 21 gathered in the channel region
4 returns to source region 14B and drain region 148, while remaining 21B travels down epitaxial layer 142 and is discharged into substrate 140. Therefore, gate electrode 1
The amount of electrons returned to the source region 14B and drain region +48 at the fall of pulse 210 is larger than that injected from the source region 146 and drain region +48 at the rise of pulse 210 into the depletion layer immediately below 54. becomes less.
ところで、周知のように固定パターン雑音は、水11読
出しスイッチ123のオン、オフにともなってそれらの
ゲート・ソース間およびゲート・ドレーン間の浮遊容量
を介して水平読出し線124に漏れ込み、しかもこのス
パイク雑音がそれら個々の素子の浮遊容量に応じてばら
つくため、映像回路36に設けた低域フィルタ(図示せ
ず)では除去しきれない固定的な雑音として映像信号に
混入する。By the way, as is well known, fixed pattern noise leaks into the horizontal readout line 124 through the stray capacitance between the gate and source and between the gate and drain as the readout switch 123 of the water 11 is turned on and off. Since the spike noise varies depending on the stray capacitance of each element, it is mixed into the video signal as fixed noise that cannot be completely removed by a low-pass filter (not shown) provided in the video circuit 36.
つまり、第6図に示すように、水平読出しスイッチ12
3が順次駆動されてゆくにつれ、各スパイク220およ
び222は尖頭値七味がばらつくが、一般に正負両極性
にほぼ均等に現われる。したがって、積分回路46で正
負両極性に積分することによってこれを相殺することが
できる。なお、第6図のハツチングした部分224が画
素信号成分である。ところが、前述の仮定のように画素
信号読出し期間中にも縦型トランジスタ162にバイア
スを印加したとすると、チャージボンピング現象によっ
てそのチャネル空乏層に出入りする電流に不均衡が生じ
、この正負両極性のスパイク220および222が均等
でなくなり、積分しても相殺されなくなってしまう。し
かし、本発明のように、読出し期間中はバイアスパルス
50をエピタキシャル層142に印加しない構成をとっ
ているので、チャージボンピング現象が生ぜず、したが
ってこれによる固定パターン雑音も発生しない。That is, as shown in FIG.
As the spikes 220 and 222 are sequentially driven, the peak value of each spike 220 and 222 varies, but generally they appear almost equally in both positive and negative polarities. Therefore, this can be canceled by integrating in both positive and negative polarities in the integrating circuit 46. Note that the hatched portion 224 in FIG. 6 is the pixel signal component. However, if a bias is applied to the vertical transistor 162 even during the pixel signal readout period as assumed above, an imbalance will occur in the current flowing in and out of the channel depletion layer due to the charge bombing phenomenon, and this polarity will change between positive and negative. The spikes 220 and 222 are no longer equal and do not cancel out when integrated. However, as in the present invention, since the bias pulse 50 is not applied to the epitaxial layer 142 during the read period, the charge bombing phenomenon does not occur, and hence no fixed pattern noise occurs.
また、黒レベルオフセットについても同様である。本発
明によれば、読出し期間中に水平読出しスイッチ123
および垂直読出しスイッチ+21にチャージボンピング
現象の発生がないので、両スイッチをオフにしたときに
オフセット電流が流れず、水平帰線期間における黒レベ
ルの変動がない。The same applies to the black level offset. According to the invention, during the readout period the horizontal readout switch 123
Also, since no charge bombing phenomenon occurs in the vertical readout switch +21, no offset current flows when both switches are turned off, and there is no fluctuation in the black level during the horizontal retrace period.
勉−一工
本発明による固体撮像デバイスを用いたスチルカメラは
このように構成したことにより、ブルーミンクのない映
像信号を出力することができる。By configuring the still camera using the solid-state imaging device according to the present invention in this manner, it is possible to output a video signal without blooming.
とくに、映像信号の読出し期間中は撮像セルの縦型トラ
ンジスタにバイアスを印加していないため、水平および
垂直読出しスイッチにチャージポンピング現象がなく、
したがってこれに起因する固定パターン雑音や黒レベル
オフセットが映像信5′tに含まれない。In particular, since no bias is applied to the vertical transistor of the imaging cell during the video signal readout period, there is no charge pumping phenomenon in the horizontal and vertical readout switches.
Therefore, fixed pattern noise and black level offset caused by this are not included in the video signal 5't.
なお、本発明はスチルカメラとして具現化されているが
、スチル撮影の極限としてのフィールドスキンプムービ
ーなどによる連続撮影にも本発明は有効に適用される。Although the present invention is embodied as a still camera, the present invention can also be effectively applied to continuous shooting such as a field skimp movie, which is the ultimate in still shooting.
したがって、用語「スチル」もこの、a、味において連
続撮影をも包含するよう広義に解釈するものとする。Therefore, the term "still" shall be interpreted broadly to include continuous shooting in this sense.
第1図は本発明による固体撮像デバイスを用いたスチル
カメラの実施例を示すブロック図、第2図は第1図の実
施例に使用されるMO3型固体撮像デバイスの回路構成
の例を示す概略回路図、
第3図(A)は第1図に示す任意の1つのフォトタイオ
ードから垂直および水平読出しスイッチを経て画素信号
出力端子に至る信号経路の縦断面構造を模式的に示す断
面図、
第3図(B)ないしくD)は同図(A)の構造における
エネルギーバンド構造を同(A)に対応して示すエネル
ギーバンド図、
+54図は第1図に示す実施例の各部に現われる信号波
形を示す波形図、
第5図はチャージボンピング現象の説明図、第6図は映
像信号に含まれるスパイク雑音の説明図である。
一ニー〉の −一の呑
IQ、 、 、 MO3型固体撮像デバイス+2.、、
撮像セルアレイ
140.撮像レンズ
16、、、光学シャッタ
20、、、シャ・ンタ駆動機構
22、、、撮影制御回路
40、、、シャツタレリーズボタン
44、、、接続線
48、、、積分回路
50、、、/ヘイアスパルス
+20.、、撮像セル
+21.、、垂直読出しスイ・フチ
+23...水平読出しスイ・ソチ
!42...エピタキシャル層
162、、、縦型トランジスタ
特シ乍出願人 富士写真フィルム株式会社奉4 圀
時開
革、5凹
ネろ回
□時聞FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a still camera using a solid-state imaging device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the circuit configuration of an MO3 type solid-state imaging device used in the embodiment of FIG. 3(A) is a cross-sectional view schematically showing a vertical cross-sectional structure of a signal path from an arbitrary photodiode shown in FIG. 1 to a pixel signal output terminal via vertical and horizontal readout switches; Figure 3 (B) or D) is an energy band diagram showing the energy band structure in the structure shown in Figure 3 (A) corresponding to Figure 3 (A), and Figure 54 appears in each part of the embodiment shown in Figure 1. A waveform diagram showing signal waveforms, FIG. 5 is an explanatory diagram of the charge bombing phenomenon, and FIG. 6 is an explanatory diagram of spike noise included in the video signal. -1's IQ, , , MO3 type solid-state imaging device +2. ,,
Imaging cell array 140. Imaging lens 16, optical shutter 20, shutter drive mechanism 22, photographing control circuit 40, shirt release button 44, connecting line 48, integrating circuit 50, /Haias pulse +20. ,,imaging cell+21. ,, Vertical readout switch edge +23. .. .. Horizontal readout Sui Sochi! 42. .. .. Epitaxial layer 162, Vertical transistor special feature Applicant: Fuji Photo Film Co., Ltd.
Claims (1)
固体撮像デバイス 該撮像セルアレイに被写体像を露光する露光手段と、 該露光手段を制御して露光期間だけ前記撮像セルアレイ
を露光させ、該撮像セルアレイを走査して画素信号を読
み出す制御回路とを含むMO3型固体撮像デバイスを用
いたスチルカメラにおいて、 1iij記撮像セルは、一方の導電型の半導体基板上に
形成された他方の導電型の層、および該他方の導電型の
層に形成され光キヤリア発生領域をなす一力の導電型の
層からなり、 前記制御回路は、前記他方の導電型の層の形成する゛i
E位障壁を低下させるバイアス電圧を該他方の導電型の
層に、前記露光期間中は印加し、画素信号の読出し期間
中は印加しないことを特徴とする固体撮像デバイスを用
いたスチルカメラ。 2、特許請求の範囲第1項記載のカメラにおいて、該カ
メラは、前記固体撮像デバイスから読み出された画素信
号を積分して固定パターン雑音を除去する積分回路を含
むことを特徴とするスチルカメラ。1. An MO9O9 type solid-state imaging device having a two-dimensional array of imaging cells; an exposure means for exposing a subject image to the imaging cell array; controlling the exposure means to expose the imaging cell array for an exposure period and scanning the imaging cell array; In a still camera using an MO3 type solid-state imaging device including a control circuit for reading pixel signals by reading out pixel signals, the imaging cell has a layer of one conductivity type formed on a semiconductor substrate of one conductivity type, and a layer of the other conductivity type formed on a semiconductor substrate of one conductivity type. A layer of a single conductivity type is formed on the layer of the other conductivity type and forms a photocarrier generation region, and the control circuit is formed on the layer of the other conductivity type.
A still camera using a solid-state imaging device, characterized in that a bias voltage for lowering the E-level barrier is applied to the layer of the other conductivity type during the exposure period, but is not applied during the pixel signal readout period. 2. A still camera according to claim 1, characterized in that the camera includes an integrating circuit that integrates pixel signals read out from the solid-state imaging device to remove fixed pattern noise. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58134283A JPS6027280A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Still camera using solid-state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58134283A JPS6027280A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Still camera using solid-state image pickup device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6027280A true JPS6027280A (en) | 1985-02-12 |
Family
ID=15124657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58134283A Pending JPS6027280A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Still camera using solid-state image pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6027280A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5444354A (en) * | 1992-03-02 | 1995-08-22 | Hitachi, Ltd. | Charging generator control for vehicles |
-
1983
- 1983-07-25 JP JP58134283A patent/JPS6027280A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5444354A (en) * | 1992-03-02 | 1995-08-22 | Hitachi, Ltd. | Charging generator control for vehicles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4322753A (en) | Smear and/or blooming in a solid state charge transfer image pickup device | |
Ohba et al. | MOS area sensor: part II-low-noise MOS area sensor with antiblooming photodiodes | |
CN101312205B (en) | Solid-state imaging device and camera | |
JPH11122532A (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof | |
JP2000350103A (en) | Photoelectric conversion device | |
Hynecek | BCMD-An improved photosite structure for high-density image sensors | |
JP3278243B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
EP0022323B1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP3311004B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JPH04312082A (en) | Solid-state image pick-up device | |
JPS614376A (en) | solid state imaging device | |
JPH1041493A (en) | Solid-state image pickup device | |
US6778215B1 (en) | Driving method of solid-state image pickup device and image pickup system | |
JPH0453149B2 (en) | ||
KR940008798B1 (en) | Solid state imaging device having a defect relief system | |
JP3919243B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
JPH02304973A (en) | solid-state imaging device | |
US4764814A (en) | Solid-state imaging device with reset pulse selector | |
JPS6027280A (en) | Still camera using solid-state image pickup device | |
JP2922912B2 (en) | Imaging device | |
JPS6058779A (en) | Solid-state image pickup device | |
JPS61157178A (en) | Image pickup device | |
JP5573231B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera | |
Yamada et al. | A 1/2-in 1.3 M-pixel progressive-scan IT-CCD for digital still camera applications | |
JP4306701B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera |