(57)【要約】【課題】  固体撮像素子の特性によらずブルーミングの発生を抑制する。【解決手段】  個々の固体撮像素子毎の感度を測定し、個々の固体撮像素子毎の前記感度に応じた目標飽和量を個々の固体撮像素子毎に決定し、個々の固体撮像素子毎に前記目標飽和量となるオーバーフロードレイン電圧値を測定し、個々の固体撮像素子に当該固体撮像素子の前記オーバーフロードレイン電圧値のデータを対応付ける。これにより、固体撮像素子を組み込む機器側では、固体撮像素子の特性に合ったブルーミングを起こさないオーバーフロードレイン電圧を設定可能となる。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の固体撮像素子毎の感度を測定し、個々の固体撮像素子毎の前記感度に応じた目標飽和量を個々の固体撮像素子毎に決定し、個々の固体撮像素子毎に前記目標飽和量となるオーバーフロードレイン電圧値を測定し、個々の固体撮像素子に当該固体撮像素子の前記オーバーフロードレイン電圧値のデータを対応付けることを特徴とする固体撮像素子のオーバーフロードレイン電圧決定方法。
【請求項２】
前記固体撮像素子がＣＣＤ型固体撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子のオーバーフロードレイン電圧決定方法。
【請求項３】
搭載された固体撮像素子の基板にオーバーフロードレイン電圧を印加し該固体撮像素子を駆動する撮像装置において、前記オーバーフロードレイン電圧が請求項１または請求項２に記載のオーバーフロードレイン電圧決定方法で決定され前記対応付けられたデータに基づいて設定されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
デジタルカメラであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び固体撮像素子のオーバーフロードレイン電圧（以下、ＯＦＤ電圧という。）決定方法に係り、特に、ブルーミングの発生を良好に回避可能なＯＦＤ電圧決定方法とこの方法によって決定されたＯＦＤ電圧で駆動される固体撮像素子を搭載した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置のダイナミックレンジを決める重要な要素として、固体撮像素子の飽和信号レベルがある。固体撮像素子として電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）が多く用いられ、飽和信号レベルまでの領域は露光量に対して線形な信号量が得られている。つまり、この線形領域では、良質な画像データを得ることができる。
【０００３】
しかし、飽和信号レベルが適切に設定されていないと、良質な画像データを得ることができない。そこで、固体撮像素子では、飽和信号レベルが適切となるように、例えば下記特許文献１記載の様にＯＦＤ電圧を決定している。
【０００４】
ＯＦＤ電圧は、これを下げると、固体撮像素子の飽和電荷量を増やすことができるが、過大な入射光が照射された場合にブルーミング（受光部で発生した信号電荷が過剰となって電荷転送路や周辺の受光部に溢れ出てしまう現象。画像としては、白い部分が広がる現象）が起きやすくなるので、所定量の飽和電荷を確保できるギリギリ高いＯＦＤ電圧を決定するのが望ましい。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００―２２１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体撮像素子のＯＦＤ電圧を決定する場合、従来は、或る仕様で生産した多数の固体撮像素子群に対して一律に一つのＯＦＤ電圧を決定している。例えば、所定の入射光量を照射したとき３００ｍＶの出力電圧が得られる感度の固体撮像素子を１０００個製造したとすると、１０００個の固体撮像素子の各ＯＦＤ電圧を一律に、例えば１０Ｖとしている。
【０００７】
しかし、多数の固体撮像素子を製造する場合、製造バラツキや特性バラツキがあるため、個々の固体撮像素子の出力電圧にはバラツキが生じる。そこで、例えば２８０ｍＶ〜３２０ｍＶの範囲の出力電圧が得られる固体撮像素子を選び製品として出荷することになるが、この場合、ＯＦＤ電圧は、安全を見込んで最も感度が高い３２０ｍＶの固体撮像素子に対して適切なＯＦＤ電圧を決定し、これを製品となる全ての固体撮像素子に一律に適用することが従来行われている。
【０００８】
しかしながら、ブルーミングの起きやすさは、受光部（画素：フォトダイオード）と電荷転送路との間の距離や、各受光部間の距離に関係し、近年の様に数百万画素以上を搭載するため微細加工された固体撮像素子では上記の「距離」は極めて小さくなっており、ブルーミングが起き易い構造になってきている。
【０００９】
このため、上記の例でいうと、２８０ｍＶの出力電圧が得られる固体撮像素子に、３２０ｍＶの出力電圧が得られる固体撮像素子のＯＦＤ電圧を一律に適用すると、ブルーミングが起きやすくなってしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、ブルーミングの起きにくいＯＦＤ電圧の決定方法及びこの方法により決定されたＯＦＤ電圧で駆動される固体撮像素子を搭載した撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像素子のオーバーフロードレイン電圧決定方法は、個々の固体撮像素子毎の感度を測定し、個々の固体撮像素子毎の前記感度に応じた目標飽和量を個々の固体撮像素子毎に決定し、個々の固体撮像素子毎に前記目標飽和量となるオーバーフロードレイン電圧値を測定し、個々の固体撮像素子に当該固体撮像素子の前記オーバーフロードレイン電圧値のデータを対応付けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子のオーバーフロードレイン電圧決定方法の前記固体撮像素子がＣＣＤ型固体撮像素子であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の撮像装置は、搭載された固体撮像素子の基板にオーバーフロードレイン電圧を印加し該固体撮像素子を駆動する撮像装置において、前記オーバーフロードレイン電圧が上記記載のオーバーフロードレイン電圧決定方法で決定され前記対応付けられたデータに基づいて設定されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の撮像装置がデジタルカメラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、個々の固体撮像素子毎にその特性に合ったＯＦＤ電圧を決定するため、固体撮像素子の特性によらずブルーミングの発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック構成図である。このデジタルカメラは、撮像部１と、撮像部１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２と、アナログ信号処理部２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）９からの指示によってＡ／Ｄ３，アナログ信号処理部２，撮像部１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧや、ＯＦＤ電圧生成部を含む）４と、ＣＰＵ９からの指示によって発光するフラッシュ５とを備える。
【００１８】
撮像部１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系１ａと、該光学レンズ系１ａを通った光を絞る絞り１ｂと、光学レンズ系１ａによって集光され絞り１ｂによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型固体撮像素子１００とを備える。
【００１９】
本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部６と、画像データを静止画像であればＪＰＥＧ形式などに動画像であればＭＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）９と、フレームメモリ等の内部メモリ１０と、圧縮画像データ等を格納する記録メディア１２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部１１と、これらを相互に接続するバス２０とを備え、また、システム制御部９には、ユーザからの指示入力を行う操作部１３が接続されている。
【００２０】
駆動部４は、ＣＣＤ型固体撮像素子１００に対して所定のＯＦＤ電圧を印加し、ＣＣＤ型固体撮像素子１００はこのＯＦＤ電圧を基板電圧として駆動される。本実施形態のデジタルカメラには、搭載されているＣＣＤ型固体撮像素子１００の固有の特性に基づいて後述のＯＦＤ電圧決定装置が決定したＯＦＤ電圧が設定されており、駆動部４内のＯＦＤ電圧生成部はこのＯＦＤ電圧を生成しＣＣＤ型固体撮像素子１００に印加する。
【００２１】
図２は、図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子１００の表面模式図である。このＣＣＤ型固体撮像素子１００は、半導体基板１０１の表面部に複数のフォトダイオード（ＰＤ：光電変換素子）１０２が図示の例では正方格子状に配列形成され、各フォトダイオード列の側部には垂直転送路（ＶＣＣＤ）１０３が形成され、半導体基板下辺部には水平転送路（ＨＣＣＤ）１０４が形成され、水平転送路１０４の出力端にはアンプ１０５が形成されている。
【００２２】
このＣＣＤ型固体撮像素子１００は被写界からの光を受光すると、各フォトダイオード１０２に受光量に応じた信号電荷が蓄積され、この信号電荷は駆動部４（図１）から読出パルスが印加されたとき垂直転送路１０３に読み出され、以後、駆動部４からの転送パルスに従って垂直転送路１０３，水平転送路１０４と転送され、アンプ１０５は、水平転送路１０４出力端まで転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を画像データとして出力する。
【００２３】
図３（ａ）は、図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子１００の〔垂直転送路１０３／フォトダイオード１０２／半導体基板深さ方向〕のポテンシャル図を模式的に示した図である。フォトダイオードＰＤには電位井戸が形成されており、受光量に応じた信号電荷（この例では電子）がこの電位井戸内に蓄積される。
【００２４】
フォトダイオードＰＤと垂直転送路ＶＣＣＤとの間にはバリア（ＢＡ）３１が形成されており、読出パルスが印加されこのバリア（ＢＡ）３１が下がることで、図３（ｂ）に示す様に、フォトダイオードＰＤ内の電子が垂直転送路ＶＣＣＤに読み出されることになる。
【００２５】
フォトダイオードＰＤの電位井戸と半導体基板との間にもバリア（ＢＡ）３２が形成されている。このバリア３２の高さが適切であると、図４（ａ）に示される様に、フォトダイオードＰＤの受光量が過大になって蓄積電子が溢れた場合、過剰な電子は基板側に溢れ出ることになる。
【００２６】
しかし、バリア３２が高すぎると、図４（ｂ）に示される様に、フォトダイオードＰＤ内の電子は、基板側ではなく、垂直転送路ＶＣＣＤ側や他のフォトダイオード側に溢れ出し、ブルーミングが発生する。フォトダイオードＰＤと基板との間のバリア（ＢＡ）３２の高さは、ＯＦＤ電圧によって決定される。
【００２７】
図５（ａ）は、デジタルカメラに搭載されるＣＣＤ型固体撮像素子１００の半導体基板に印加される基板電圧波形を例示する図である。デジタルカメラには電子シャッタ機能が搭載されており、定電圧のＯＦＤ電圧が印加されている半導体基板に、電子シャッタ「開」タイミングを示す高電圧（例えば＋２３Ｖ）が重畳され印加される。
【００２８】
半導体基板に電子シャッタ電圧が印加されると、図５（ｂ）に点線で示されるように、バリア３２が消失してフォトダイオードＰＤ内の残留電荷は全て基板側に廃棄され、基板電圧がＯＦＤ電圧に戻されバリア３２が形成された後から電子がフォトダイオードＰＤ内に蓄積される。
【００２９】
このバリア３２の高さは、ＯＦＤ電圧が高いと低くなり（図５（ｂ）の二点鎖線）、ＯＦＤ電圧が低いと高くなる（図５（ｂ）の一点鎖線）。即ち、ＯＦＤ電圧が低くなりすぎると、図４（ｂ）に示したように、ブルーミングが発生する。
【００３０】
バリア３２の高さが、図４（ａ）に示される様に、ブルーミングが発生しないギリギリの高さとなるようにＯＦＤ電圧を設定するのが好ましいが、前述したように、感度の高い固体撮像素子用のＯＦＤ電圧を、感度の低い固体撮像素子に一律に適用すると、ブルーミングが発生する虞が生じる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、デジタルカメラに搭載する前に固体撮像素子の個々の特性を検査し、固体撮像素子個々の適切なＯＦＤ電圧をＯＦＤ電圧決定装置で決定する。そして、固体撮像素子をデジタルカメラ等の機器に搭載するとき、個々の固体撮像素子毎に適切なＯＦＤ電圧を機器に設定する。
【００３２】
図６は、ＯＦＤ電圧決定装置の機能ブロック図である。このＯＦＤ電圧決定装置は、制御部４１と、該制御部４１からの指示を受け検査対象とするＣＣＤ型固体撮像素子４２の撮像条件（例えば露光量）を設定し該撮像条件下での撮像を行わせる撮像条件設定部４３と、制御部４１からの指示を受けＣＣＤ型固体撮像素子４２を駆動する駆動回路４４とを備える。
【００３３】
このＯＦＤ電圧決定装置は、更に、ＣＣＤ型固体撮像素子４２の出力画像データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ４５と、デジタル画像データを演算処理する演算部４６と、演算部４６の演算結果に基づき制御部４１が検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２の適切な最適ＯＦＤ電圧を決定したときこの最適ＯＦＤ電圧を記憶するＯＦＤ電圧情報記憶部４７とを備える。
【００３４】
図７は、図６の制御部４１が実行するＯＦＤ電圧決定処理手順を示すフローチャートである。先ず、制御部４１は撮像条件設定部４３に対して感度測定条件の設定を行う（ステップＳ１）。これにより、撮像条件設定部４３は、所定光量の照明光を検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２に照射する。
【００３５】
次に、制御部４１は、駆動回路４４を用いて検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２を駆動し、演算部４６の演算結果を取り込む（ステップＳ２）。これにより、検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２の搭載画素の個々の出力電圧値の平均値、即ち感度を求めることができる。
【００３６】
図８に示す様に、所定の検査露光量（飽和が始まると経験的に分かっている露光量の例えば半分程度の露光量とするのが良い。）を照射したときの各画素平均の出力電圧値Ｘ，Ｙは、ＣＣＤ型固体撮像素子毎にバラつく。
【００３７】
次のステップＳ３では、その検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２の目標とする目標飽和量を決める。この目標飽和量は、この検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２を搭載する予定の機器の仕様に基づく。
【００３８】
次に、制御部４１は、撮影条件設定部４３に指令を出し、飽和露光量（必ず飽和する露光量、例えばステップＳ１で用いた検査露光量の１０倍の露光量）の照明光を検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子４２に照射させ、ＣＣＤ型固体撮像素子４２の出力データの演算結果を取り込む（ステップＳ４）。
【００３９】
そして、次のステップＳ５では、検査対象ＣＣＤ固体撮像素子４２に印加されるＯＦＤ電圧を少しづつ変化させながら、ステップＳ４で求められた飽和量より若干少ない信号レベル（目標飽和量）が得られる最適ＯＦＤ電圧値を決定し、この処理を終了する。
【００４０】
上述した手順により、ＣＣＤ型固体撮像素子毎に決定された感度対応の最適ＯＦＤ電圧値は、各固体撮像素子対応のデータとして添付される。このデータ添付は、固体撮像素子毎の書面による仕様書中に書き込まれることで実行されても、また、固体撮像素子の半導体基板中に設けられた記憶装置内に書き込まれることでも良く、その方法は適宜定めればよい。
【００４１】
固体撮像素子を搭載する機器を組み立てる場合、その固体撮像素子に添付されているデータと一致する様にＯＦＤ電圧値を設定する。図１に示す例では、駆動部４のＯＦＤ電圧生成部に最適ＯＦＤ電圧値を設定し、この最適ＯＦＤ電圧値が駆動部４で生成されＣＣＤ型固体撮像素子１００に印加される様にする。
【００４２】
以上述べた様に、本実施形態では、個々の固体撮像素子の感度特性に応じて目標飽和量を与えるＯＦＤ電圧を適切に決定するため、固体撮像素子の特性にバラツキがあってもそのバラツキに応じたＯＦＤ電圧が決定され、ブルーミングが回避可能となる。即ち、従来は、図９に示す様に、感度の高い固体撮像素子用のＯＦＤ電圧Ａが設定された低感度の固体撮像素子に対してはより高い電圧のＯＦＤ電圧Ｂが設定されるため、ブルーミングの発生が回避される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る固体撮像素子のＯＦＤ電圧決定方法は、固体撮像素子個々の特性に応じたＯＦＤ電圧を決定するため、この固体撮像素子を組み込む機器のＯＦＤ電圧設定値が適切となり、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子のポテンシャル図である。
【図４】図３のポテンシャル図を用いた信号電荷の基板側廃棄とブルーミングの説明図である。
【図５】ＯＦＤ電圧とバリア高さとの関係を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るＯＦＤ電圧決定装置の機能ブロック図である。
【図７】図６に示す制御部が実行するＯＦＤ電圧決定処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係るＯＦＤ電圧決定方法の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るＯＦＤ電圧決定方法の効果説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
３１  フォトダイオードと垂直転送路との間のバリア
３２  フォトダイオードと基板との間のバリア
４１  制御部
４２  検査対象ＣＣＤ型固体撮像素子
４３  撮像条件設定部
４６  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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