(57)【要約】【課題】電子シャッタの動作に支障をきたすことなく２次電子或いはフォトンによる発光現象を充分に抑制することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】エミッタフォロワー回路５を有する固体撮像素子１と、エミッタフォロワー回路と第１の接地抵抗体３または第１の抵抗体よりも抵抗値の大きな第２の接地抵抗体４とを接続する切換手段２を備え、通常露光モードの場合にはエミッタフォロワー回路と第１の接地抵抗体を接続し、長時間露光モードの場合にはエミッタフォロワー回路と第２の接地抵抗体とを接続する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタフォロワー回路を有する固体撮像素子と、
該エミッタフォロワー回路と、第１の接地抵抗体または該第１の接地抵抗体よりも抵抗値の大きな第２の接地抵抗体とを接続する切換手段を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
基板電圧を制御するエミッタフォロワー回路を有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、
前記エミッタフォロワー回路のエミッタより接続される回路にシャッターパルスを供給することにより受光部に蓄積された電荷を前記基板に廃棄すると共に、前記エミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑制するために前記エミッタフォロワー回路に流れる電流を制限する電流制限手段を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記電流制限手段が抵抗体であり、抵抗体の抵抗値を切換えることによって前記エミッタフォロワー回路に流れる電流を制限することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記抵抗値は露光時間が所定時間未満である撮像モードの場合に第１の抵抗値と成し、露光時間が所定時間以上である撮像モードの場合に第２の抵抗値と成すことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関する。詳しくは、エミッタフォロワー回路を有する固体撮像素子を備える固体撮像装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ固体撮像素子の撮像領域は、ｎ型半導体基板を例にとると、このｎ型半導体基板にｐ型のウェル領域が形成され、更にこのウェル領域の表面にｎ型の光電変換部、即ち受光部が形成され、この受光部が複数のマトリクス状に配列されて構成されている。
【０００３】
この様なＣＣＤ固体撮像素子において、光の入射によって受光部に蓄積される信号電荷ｅの許容量、いわゆる受光部の取り扱い電荷量について図２に示す。図２は一般的な縦型オーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像素子の光電変換を行う受光部の断面図である。図２のポテンシャル分布図に示す様に、いわゆる受光部の取り扱い電荷量はｐ型のウェル領域で構成されるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁φａの高さで決定される。即ち、受光部に蓄積される信号電荷ｅが取り扱い電荷量を超えた場合、その超えた分の電荷がオーバーフローバリアのポテンシャル障壁φａを超えてオーバーフロードレインＯＦＤを構成するｎ型基板にあふれ、結果的に捨てられる。なお、図２中符号ａは受光部上の酸化膜を示している。
【０００４】
この受光部の取り扱い電荷量、つまりオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁φａの高さは、オーバーフロードレインとなる基板に印加するバイアス電圧、即ちいわゆる基板電圧Ｖｓｕｂによって制御している。しかし、この構造は、デバイスの製造ばらつきのために、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁φａの高さが図２中破線で示す様にチップ毎、又同一チップでも受光部毎にばらつく。ここで、固体撮像素子は受光部に蓄積される信号電荷の最大量（飽和信号量）を品質管理上一定の仕様値以上とする必要があるため、あるチップのＶｓｕｂの設定はチップ内の受光部全てが上記仕様を満たす飽和信号量となる様なＶｓｕｂとする。この場合のＶｓｕｂの設定回路にはエミッタフォロワー回路が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
さて、図３に従来のＣＣＤカメラの回路概略図を示す。ここで示すＣＣＤチップ１０１には、上記Ｖｓｕｂ設定回路内に設けられるエミッタフォロワーのトランジスタは、トランジスタ１０３のコレクタが電源ＶＤＤ、ベースが抵抗分圧等で所定電圧を発生する内蔵回路、エミッタが抵抗体１０２を介しグランドに接続され、トランジスタのエミッタ端子と抵抗体の間より、カップリングコンデンサを介して基板外に設けられた図３中符号Ｄで示すシャッターパルス等のためのＶｓｕｂに交流パルスを入力するための端子からはいわゆる電子シャッタ電圧が印加される。
【０００６】
ここで、電子がエミッタフォロワー回路を流れる際に、トランジスタ内のＰＮ接合部を電子が通過する際に電界により加速されシリコン結晶格子に衝突することにより２次電子とフォトンを放出するのであるが、前記エミッタフォロワー回路が画素エリア付近に設けられている場合、この２次電子やフォトンがＣＣＤチップの画素エリア内に進入し、ノイズとして検出される現象が確認されている。
即ち、図４に示す模式的な図で表す様に、図４中符号Ａで示す２次電子及びフォトンが影響を及ぼす領域と図４中符号Ｂで示すＣＣＤチップの画素エリアが重複する図４中符号Ｃで示す領域では、２次電子が画素電荷として混入することによって発光しているように見えたり、或いはフォトンが前記画素エリアに混入し光電変換されることによってやはり発光しているように見えたりすることが画質異常として認識されていた。なお、現在はまだ前記画質異常の主因が前記２次電子の混入によるものか、前記フォトン発生による光電変換によるものか判明していない。
【０００７】
特に、ＣＣＤカメラにて暗時の撮影等に使用する、概ね露光時間が１秒〜数分程度である撮影モード（以下、長時間露光モードと言う）によって例えば夜景等を撮影する場合には、上記した２次電子或いはフォトンによる発光現象が顕著に現れる。なお、３〜５枚／ｓｅｃ．の撮影を行う通常の撮影モード（以下、通常露光モードと言う）では露光時間が短いが故に、発生する２次電子或いはフォトンの量が少なく、発光現象が画質異常として認識されるレベルには達しない。
【０００８】
なお、上記した２次電子或いはフォトンによる発光現象を抑制するための方法として、接地抵抗体の抵抗値を大きくすることでエミッタフォロワー回路に流れる電流を制限し、エミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑えるという方法が考えられる。しかし、接地抵抗体の抵抗値を単に大きくしたのでは、図３中符号Ｄで示す端子から入力する、通常露光モードの時に使用する電子シャッタ機能用の入力パルスがなまってしまい、電子シャッタの動作に支障をきたす恐れがある。従って、従来は電子シャッタの動作に影響を及ぼさない程度に接地抵抗体の抵抗値を大きくすることによって２次電子或いはフォトンによる発光現象の抑制を行っていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３２０６５号公報  （第２−１４頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子シャッタの動作に影響を及ぼさない程度に接地抵抗の抵抗値を大きくするという対策では、２次電子或いはフォトンによる発光現象を充分に抑制することができなかった。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、電子シャッタの動作に支障をきたすことなく２次電子或いはフォトンによる発光現象を充分に抑制することができる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置では、エミッタフォロワー回路を有する固体撮像素子と、該エミッタフォロワー回路と、第１の接地抵抗体または該第１の接地抵抗体よりも抵抗値の大きな第２の接地抵抗体とを接続する切換手段を備える。
【００１３】
ここで、エミッタフォロワー回路と、第１の接地抵抗体または第１の接地抵抗体よりも抵抗値の大きな第２の接地抵抗体とを接続する切換手段によって、電子シャッタの機能に支障をきたさないモードとエミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑えるモードとを切換えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置では、基板電圧を制御するエミッタフォロワー回路を有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、前記エミッタフォロワー回路のエミッタより接続される回路にシャッターパルスを供給することにより受光部に蓄積された電荷を前記基板に廃棄すると共に、前記エミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑制するために前記エミッタフォロワー回路に流れる電流を制限する電流制限手段を設けた。
【００１５】
ここで、エミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑制するためにエミッタフォロワー回路に流れる電流を制限する電流制限手段を設けたことによって、２次電子或いはフォトンによる発光現象を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１７】
図１に本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤカメラの回路概略図を示す。ここで示すＣＣＤチップ１には、ＣＣＤチップに印加する基板電圧を与える端子であり、切換スイッチ２を介して数百Ω〜数ＭΩ程度の第１の接地抵抗体３または数ＭΩ〜数十ＭΩ程度の第２の接地抵抗体４と接続されるＶｓｕｂ端子が形成され、ＣＣＤチップ内部においては、Ｖｓｕｂ端子と繋がるエミッタフォロワー回路となるトランジスタ５が形成されている。なお、ＣＣＤチップのシリコン基板にて発生した電子は、上記した従来のＣＣＤカメラの場合と同様に、エミッタフォロワー回路の電源もしくは、抵抗体を介してグランドへ流れていくこととなる。
【００１８】
ここで、上記した切換スイッチは、通常露光モードでは第１の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続し、長時間露光モードでは、第２の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続する様に構成されている。即ち、露光時間が短くエミッタフォロワー回路で発生した２次電子或いはフォトンの量が少なく、２次電子がＣＣＤチップの画素エリアに混入し或いはフォトンがＣＣＤチップの画素エリアに混入し光電変換されたとしても、２次電子或いはフォトンによる発光現象が画質異常として認識されるレベルに達しない通常露光モードにおいては、抵抗値の小さな第１の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続し、露光時間が長くエミッタフォロワー回路で発生した２次電子或いはフォトンの量が多く、２次電子がＣＣＤチップの画素エリアに混入し或いはフォトンがＣＣＤチップの画素エリアに混入し光電変換されることによる発光現象が顕著に現れ画質異常として認識されるケースが発生し得る長時間露光モードにおいては、抵抗値の大きな第２の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続する様に構成されている。
【００１９】
上記したＣＣＤカメラの回路構成により、通常露光モード時の電子シャッタ機能の動作を保ちながら、長時間露光モード時の２次電子或いはフォトンによる発光現象を抑制することが可能となるものである。
即ち、通常露光モードでは抵抗値が数百Ω〜数ＭΩである第１の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続しているために、電子シャッタ機能用の入力パルスがなまることがなく、電子シャッタの動作に支障をきたすことはない。なお、上述したように、通常露光モードにおいては露光時間が短くエミッタフォロワー回路で発生する２次電子或いはフォトンの量が少ないために２次電子或いはフォトンによる発光現象が問題となることは無い。
一方、長時間露光モードでは抵抗値が数ＭΩ〜数十ＭΩである第２の接地抵抗体とエミッタフォロワー回路を接続しているために、エミッタフォロワー回路に流れる電流を制限し、エミッタフォロワー回路から発生する２次電子或いはフォトンを抑えることができ、２次電子或いはフォトンによる発光現象を抑制することができる。なお、長時間露光モードにおいては、電子シャッタを使用することが無いために、第２の接地抵抗体の抵抗値を大きくすることによる弊害は無い。
【００２０】
なお、前記第１、第２の抵抗体は電流を抑制できるものであれば、Ｌ、Ｃ、ＲあるいはＦＥＴ等或いはそれらの組み合わせでも良く、また、抵抗値の切換えについても単に単体の抵抗体を切換えるのみでなく、抵抗体の組み合わせによって抵抗値を切換えても良いのは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の固体撮像装置では、電子シャッタの動作に支障をきたすことなく２次電子或いはフォトンによる発光現象を充分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤカメラの回路概略図である。
【図２】一般的な縦型オーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像素子の光電変換を行う受光部の断面図である。
【図３】従来のＣＣＤカメラの回路概略図である。
【図４】２次電子による発光現象を説明するための模式的な図である。
【符号の説明】
１    ＣＣＤチップ
２    切換スイッチ
３    第１の接地抵抗体
４    第２の接地抵抗体
５    トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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