(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電荷を生じる受光素子と、この受光素子で生じた電荷を蓄積する蓄積手段と、前記受光素子で生じた電荷の前記蓄積手段への転送を行う転送手段と、前記蓄積手段に蓄積される電荷の蓄積量を制限する蓄積量制限手段とを有する単位セルを行方向及び列方向に二次元的に配列したアレイ部と、列方向に配列した複数の単位セルに対応して設けられ前記蓄積手段に蓄積されている電荷に対応した電気量が読み出される垂直信号線と、所定期間において前記受光素子で生じ前記転送手段を介して前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限し、前記所定期間よりも後の期間において前記受光素子で生じ前記転送手段を介して転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限する処理と、前記蓄積手段に転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する処理とを、同一の単位セルに対して異なる水平無効期間で行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限する処理と、前記蓄積手段に転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する処理とを、すべての単位セルに対して同一の垂直無効期間で行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【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、特に増幅型固体撮像装置のダイナミックレンジの拡大に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、代表的な増幅型固体撮像装置の概略構成を示したものである。半導体基板１０上には、後述する複数の単位セルを行方向及び列方向に配列したイメージセンサー部１１、各セルからの信号電荷に対応した電気量を記憶するラインメモリ部１２、セルを駆動するための垂直レジスタ部１３及び水平レジスタ部１４が形成されており、各セルからはタイミングジェネレータ部１５により決まったタイミングでラインメモリ部１２に信号が読み出される。ラインメモリ部１２に読み出された信号は、水平レジスタ部１４を駆動することにより、順次オンチップアンプ１６から出力される。
【０００３】
図２は、代表的な単位セル部の等価回路を示したものである。単位セルは、フォトダイオード２１、転送ゲート（読み出しゲート）２２、増幅トランジスタ２３、アドレストランジスタ２４、リセットトランジスタ２５及び検出ノード２６で構成されている。
【０００４】
読み出し動作は以下のようにして行われる。図示しないレンズで集光された光がフォトダイオード２１に照射され、照射された光量に応じた電子電荷（或いはホール電荷、ここでは電子電荷とする）に光電変換される。ある決められた蓄積時間、光電変換され蓄積された電子電荷Ｑｓｉｇは、転送ゲート２２に読み出しパルスΦreadを印加することによって、フォトダイオード２１から転送ゲート２２を介して検出ノード２６に読み出され、検出ノード２６の寄生容量Ｃにより電圧信号Ｖｓｉｇに変換される。検出ノード２６で変換される電圧Ｖｓｉｇは、検出ノードの容量Ｃが一定であると仮定すると、Ｖｓｉｇ＝Ｑｓｉｇ／Ｃとなる。この信号Ｖｓｉｇは、アドレス線２７にアドレス選択パルスΦaddrを印加してアドレストランジスタ２４をオンさせることにより、増幅トランジスタ２３を介して垂直信号線２８に読み出される。信号電荷は１フレーム期間蓄積され、信号の読み出しは水平ブランキング期間において行われる。検出ノード２６の電位は、読み出しの前或いは後に、所定の基準電圧を作成するために、リセットトランジスタ２５により外部電圧ＶDDにリセットされる。
【０００５】
ところで、固体撮像装置における重要な基本特性の一つであるダイナミックレンジは、単位セルに蓄積できる信号電荷量できまる。セルサイズが微細になると蓄積部の容量が低下して飽和信号量が減少する。飽和信号量が低下すると、ダイナミックレンジを大きくすることができず、小信号領域から大信号領域までを撮像することができなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の増幅型固体撮像装置では、ダインミックレンジの拡大について十分な対策が施されておらず、高性能の撮像装置を構成することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に対してなされたものであり、ダイナミックレンジを拡大することが可能な増幅型固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、入射光量に応じた電荷を生じる受光素子と、この受光素子で生じた電荷を蓄積する蓄積手段と、前記受光素子で生じた電荷の前記蓄積手段への転送を行う転送手段と、前記蓄積手段に蓄積される電荷の蓄積量を制限する蓄積量制限手段とを有する単位セルを行方向及び列方向に二次元的に配列したアレイ部と、列方向に配列した複数の単位セルに対応して設けられ前記蓄積手段に蓄積されている電荷に対応した電気量が読み出される垂直信号線と、所定期間において前記受光素子で生じ前記転送手段を介して前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限し、前記所定期間よりも後の期間において前記受光素子で生じ前記転送手段を介して転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
受光素子に入射する光の光量が多い場合には、蓄積手段に蓄積される電荷量が飽和してしまうため、ダイナミックレンジが小さくなるという問題がある。本発明によれば、ある期間に受光素子で生成され蓄積手段に転送された電荷の量を制限し（すなわち、転送された電荷の一部を捨てる）、その後の期間において受光素子で生成された電荷を蓄積手段に蓄積されている電荷に対して加算することにより、複数の光電変換特性を合成した形の変換特性を得ることができる。したがって、それぞれの光電変換特性が異なるように各期間の長さを設定することにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１０】
前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限する処理と、前記蓄積手段に転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する処理とは、同一の単位セルに対して異なる水平無効期間で行うことができる。これを別の観点から見ると、異なる行の単位セルのセル動作を同一の水平無効期間で行うことになる。すなわち、同一の水平無効期間において、ある行に対しては蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を制限する処理を行い、これとは異なる行に対しては電荷の加算をする処理を行うことになる。
【００１１】
本発明によれば、同一の単位セルに対して電荷の蓄積量を制限する処理と電荷の加算をする処理とを異なる水平無効期間（１行分の期間と次の１行分の期間との間の期間で、セルからの信号読み出しに対応する期間）で行うことにより、１フレーム期間で複数の異なる光電変換特性を得ることができ、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１２】
前記蓄積手段に転送された電荷の蓄積量を前記蓄積量制限手段で制限する処理と、前記蓄積手段に転送される電荷を前記蓄積手段に蓄積されている電荷に加算する処理とは、すべての単位セルに対して同一の垂直無効期間で行うことができる。
【００１３】
本発明によれば、全ての単位セルに対して電荷の蓄積量を制限する処理と電荷の加算をする処理とを同一の垂直無効期間（１フレームと次の１フレームとの間の期間）において行うことにより、ダイナミックレンジを拡大する効果の他、１フレーム分の信号取り出しの同時性を満たすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、特に示さない限り、増幅型固体撮像装置の概略構成については図１を、単位セル部の等価回路構成については図２に示したものを用いるものとする。
【００２１】
（実施形態１）
図３は、本実施形態に係る増幅型固体撮像装置の単位セル部の断面構成を示した図である。Ｐウエル或いはＰ基板からなるシリコン基板３０上に、フォトダイオード３１（ｎ型の蓄積部の表面にｐ型の領域が形成されている）、読み出しゲート（転送ゲート）３２、検出ノード３３、リセットゲート３４、電源部３５が形成されている。これらによって構成される各単位セルは、ＬＯＣＯＳ素子分離領域３６によって電気的に分離されている。なお、図には示していないが、検出ノード３３の寄生容量に並列にキャパシタを形成しておいてもよい。
【００２２】
図４及び図５は、本実施形態の動作を図３に示した構成に対応して説明した図であり、動作中の電子に対する電位図を示したものである。
ＬＯＣＯＳ部３６の電位は、ＬＯＣＯＳ部の下に形成されているｐ領域により０Ｖよりも若干低くなっている。また、フォトダイオード部３１の電位は、通常は１Ｖ程度に作られているが、ｎｐ型フォトダイオード（図には示されていない）のように、１Ｖよりも深くても構わない。
【００２３】
図４（ａ）では、フォトダイオード部３１には図に示す電位まで信号電荷Ｑ１が蓄積されている。この信号電荷の蓄積は１回目の蓄積になる。読み出しゲート（転送ゲート）３２はオフしているので、フォトダイオードの信号は保持されている。この時、リセットゲート３４をオンすることにより、検出ノード３３の電位は電源部３５の電圧と同じ電圧（この場合電源電圧として３．３Ｖを仮定している）にリセットされる。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示すように、リセットゲート３４をオフ状態し、転送ゲート３２をオン状態にする。これにより、転送ゲート３２の電位が高くなり、フォトダイオード部３１の信号電荷Ｑ１は検出ノード３３に読み出される。フォトダイオード部３１の信号電荷Ｑ１はすべて読み出されるので、フォトダイオード部３１の電位は読み出された信号電荷分に対応して高くなる。
【００２５】
次に、図４（ｃ）に示すように、リセットゲート３４にオン状態の電圧とオフ状態の電圧の間の所定の電圧を印加することで、検出ノード３３に読み出された信号電荷Ｑ１の一部を捨てる。これにより検出ノード３３には信号電荷Ｑ２が残される。
【００２６】
その後、図５（ｄ）に示すように、２回目の蓄積を行う。この２回目の蓄積時間は１回目の蓄積時間よりも短くなっている。この２回目の蓄積動作により、フォトダイオード部３１には信号電荷Ｑ３が蓄積される。
【００２７】
次に、図５（ｅ）に示すように、転送ゲート３２をオン状態にして２回目に蓄積された信号電荷Ｑ３を検出ノード３３に転送する。これにより、検出ノードに残っている電荷Ｑ２に転送された信号電荷Ｑ３が加算される。
【００２８】
上記検出ノード３３における加算演算が終了すると信号読み出しの動作が終了するので、図５（ｆ）に示すように、検出ノード３３はリセットされ、元の電位にもどる。
【００２９】
図６及び図７は、図４及び図５で示した動作のタイミングチャートを示したものである。
同一の水平ブランキング期間（水平無効期間）において、異なる行（ライン）における異なる動作を行うものである。すなわち、図６に示した水平ブランキング期間内において、信号の加算及び垂直信号線への読み出し動作（図５の（ｅ）及び（ｆ）の動作）を行う行と、検出ノードの信号の一部を捨てる動作（図４の（ｂ）及び（ｃ）の動作）を行う行とは異なっている。検出ノードの信号の一部を捨てる動作を行った行では、２回目の蓄積動作を行った後の水平ブランキング期間において、今度は信号の加算及び読み出し動作を行う行となる。
【００３０】
このように、強い光の方向の撮像ができるように、標準信号領域の光電変換特性と強い光信号に対する光電変換特性を異ならせ、強い光信号の場合の光電変換特性を小さくすることによってダイナミックレンジを拡大している。なお、図６の場合は水平ブランキング期間に異なる２行の動作を行う例であるが、３行或いはそれ以上の場合についても同様の手法を適用することができ、さらにダイナミックレンジを拡大することができる。
【００３１】
図７は、垂直期間のタイミングで見た場合の信号蓄積動作を示したものである。本実施形態における増幅型固体撮像装置は行読み出し動作であるので、１フレームにわたって読み出し動作が行われる。信号蓄積期間は、１フレームの期間を２分割し、１回目の蓄積期間と２回目の蓄積期間に分割している。１回目の蓄積期間で蓄積された信号電荷のうち、ある一定以上の信号電荷は検出ノードから外部に捨てられる。検出ノードに残った信号電荷と２回目の信号蓄積期間に蓄積された信号電荷とが加算されて、実線で示したタイミングで行読み出しが行われる。行読み出し動作は、早く動く画像の場合などにその同時性が問題になる場合があるが、３０Ｈｚや６０Ｈｚの動画では殆ど問題にはならない。なお、蓄積期間が３回或いはそれ以上の場合についても同様の手法を適用できることはもちろんである。
【００３２】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について、図８及び図９に示したタイミングチャートを参照して説明する。本実施形態は、メカシャッター動作を用いた電子スチルカメラに増幅型固体撮像装置を適用することを想定したものである。
【００３３】
まず、図８に示した動作について説明する。これは、フォトダイオードがｎｐ型フォトダイオードのような不完全転送型の場合に用いるものである。
通常の画像を取り込んでいる場合には、１フレーム期間に対応した読み出し動作によりセル部が駆動されている。メカシャッターが閉じられると、読み出し動作からリセット動作に移行する。このリセット動作は、フォトダイオードがｎｐ型フォトダイオードのような不完全転送型の場合に行うものであり、フォトダイオードに信号を一度注入した後に再度排出することによって、バイアス電荷を掃き出すことを目的として行うものである。
【００３４】
リセット動作が終了すると、メカシャッターを開状態にする。このメカシャッターが開状態の期間が、光信号取り込み期間に相当する。その後、メカシャッターを閉じて信号を読み出す動作に切り替える。続いて、再度リセット動作を行った後に蓄積動作及び読み出し動作を行い、メカシャッターが閉期間における暗時信号を取り込む。光信号（明時信号）取り込み期間と暗時信号取り込み期間の信号の差を取ることで、素地むら・白傷などの雑音を取り除くことができる。なお、暗時むら・白傷などの雑音が問題ない場合には、暗時信号の取り込みは不要である。
【００３５】
次に、図９に示した動作について説明する。これは、フォトダイオードが完全転送型の場合に用いるものである。
完全転送型では残像やリニアリテイの問題が発生しないので、図８に示したリセット動作を行う必要がない。そのため、図９の例では図８に示したリセット動作の期間も読み出し動作になっている。つまり、光信号取り込み期間後の信号読み出し動作によって明時信号を取り込み、暗時信号取り込み期間後の読み出し動作によって暗時信号を取り込み、両者の差を取ることによって暗時むらや白傷をなくすことができる。ただし、暗時むら・白傷などの雑音が問題ない場合には、図８の例と同様、暗時信号の取り込みは不要である。
【００３６】
（実施形態３）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、図１０に示すように、同一の水平ブランキング期間内において、Ｘ行のセル読み出し動作とＹ行離れた（Ｘ＋Ｙ）行のセル読み出し動作を行うものである。次の水平ブランキング期間には、（Ｘ＋１）行目の読み出し動作と（Ｘ＋１＋Ｙ）行目の読み出し動作が行われる。
【００３７】
すなわち、同一行のセル動作で見た場合には、１フレーム分の行数をＴとすると、（Ｔ−Ｙ）行分に相当する期間蓄積された信号とＹ行分に相当する期間蓄積された信号を、互いに異なる水平無効期間においてそれぞれラインメモリに読み出している。ラインメモリに記憶された両信号は外部に同時に読み出され、チップ外部の信号処理回路により演算して足し合わされる。例えば両蓄積期間の長さを異ならせることによりダイナミックレンジを拡大することができる。
【００３８】
図１１は、同一の水平ブランキング期間内において、Ｘ行のセル読み出し動作、これとＹ行離れた（Ｘ＋Ｙ）行のセル読み出し動作、さらに（Ｙ＋Ｚ）行離れた（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）行の読み出し動作を行うものである。すなわち、同一行のセル動作で見た場合には、１フレーム分の行数をＴとすると、（Ｔ−Ｙ−Ｚ）行分に相当する期間蓄積された信号、Ｙ行分に相当する期間蓄積された信号及びＺ行分に相当する期間蓄積された信号それぞれを、互いに異なる水平無効期間においてそれぞれラインメモリに読み出している。ラインメモリに記憶された各信号は外部に同時に読み出され、チップ外部の信号処理回路により演算して足し合わされ、ダイナミックレンジを拡大することができる。増幅型固体撮像装置はランダムアクセスが可能であり、このような読み出し方法を行うことができる。
【００３９】
図１２は、図１０に対応するフレームごとの動作を示したものである。垂直ブランキング期間と次の垂直ブランキング期間の間において、各行の信号読み出し動作が行われる。信号蓄積期間は２分割されており、相対的に長い蓄積期間ｘの信号と相対的に短い蓄積期間ｙの信号が異なる水平無効期間において垂直信号線に読み出され、これらがラインメモリにそれぞれ記憶される。
【００４０】
図１３は、図１１に対応するフレームごとの動作を示したものである。この例では、信号蓄積期間が３分割されており、相対的に長い蓄積期間ｘの信号、その次に長い蓄積期間ｙの信号、短い蓄積期間ｚの信号が、それぞれ異なる水平無効期間において垂直信号線に読み出され、これらがラインメモリにそれぞれ記憶される。
【００４１】
図１４は、本実施形態における回路構成の概略を示したものである。ここでは、図１１及び図１３の場合に対応する例を示している。１フレーム期間を３分割（期間ｘ、期間ｙ、期間ｚ）した蓄積時間の互いに異なる信号が、それぞれ１Ｈメモリ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃに読み出され、各メモリ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃから出力された信号が信号処理回路１７により、再度一つの画像に合成される。
【００４２】
本実施形態における合成画像の光電変換特性について、図１５及び図１６を参照して説明する。
図１５において、特性Ｃ１は図１４における蓄積期間ｘに、特性Ｃ２は蓄積期間ｙに、特性Ｃ３は蓄積期間ｚにそれぞれ対応している。蓄積期間がそれぞれ異なっているために、特性Ｃ１に対応する画像がもっとも光信号に敏感で、特性Ｃ２、Ｃ３の順にセンサー出力は小さくなる。通常は飽和信号量に達するとフォトダイオードに信号を貯めることができなくなるため、ダイナミックダレンジＤＲは図１８に示す範囲になる。このダイナミックレンジは通常６０〜７０ｄＢ程度である。
【００４３】
これに対して、図１４に示した信号処理回路１７で合成された信号は、図１６に示すようにダイナミックレンジＤＲが拡大している。すなわち、信号処理回路の出力レベルＬ１までは光電変換特性Ｃ１の特性が、出力レベルＬ１からＬ２までは光電変換特性Ｃ２の特性が、出力レベルＬ２以上では光電変換特性Ｃ３の特性が、それぞれ対応している。これによって、図１５に示したダイナミックレンジを図１６に示したダイナミックレンジまで拡大することができる。
【００４４】
（実施形態４）
次に、第４の実施形態について説明する。
図１７は、本実施形態に係る単位セル部の断面構成を示した図である（基本的には図３と同様の構成をとることができる）。Ｎ型シリコン基板上にＰウエルが形成された半導体基板４０に、フォトダイオード部４１（ｎ型の蓄積部の表面にｐ型の領域が形成されている）、読み出しゲート（転送ゲート）４２、検出ノード４３が形成されており、これらによって構成される各単位セルは、ＬＯＣＯＳ素子分離領域４４によって電気的に分離されている。フォトダイオード４１から転送ゲート４２を介して検出ノード４３へ転送された信号電荷は、検出ノード４３の寄生容量Ｃによって信号電圧に変換される。この信号電圧はアンプ４５を通して垂直信号線４６に伝わり、ラインメモリ（図示せず）に蓄積されることになる。
【００４５】
図１８は、図１７に示した増幅型個体撮像装置の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
すでに説明した実施形態１〜３の増幅型固体撮像装置の読み出し方法は、いずれもライン（行）読み出しであった。このライン読み出しは、セルの走査方式としては簡単ではあるが、最初の行と最後の行で約１フレーム分の時間差があり（蓄積時間はともに１フレーム）、ＣＣＤ型固体撮像装置と比較すると同時性がないという問題がある。したがって、速いフレーム周波数で動作させる場合や遅い動作の画像を撮像する場合は問題ないが、フレーム周波数が遅い場合や高速画像を撮像する場合は画像がぼけるという問題点がある。
【００４６】
本実施形態は、増幅型固体撮像装置において同時性を満足した画像を実現する方法を示したものである。すなわち、本実施形態では、図１８に示すように、垂直ブランキング期間の間にすべての行（ライン）に対して同時にセル動作を行わせるようにしている。なお、図１８の例では、垂直期間内に３回のセル動作を行っているが、これは１回或いは２回の場合でもよく、さらには４回以上の場合でもよい。
【００４７】
簡単のために、垂直ブランキング期間におけるセル動作が１回の場合について説明する。まず、すべての検出ノードをリセット状態にする。さらに、すべての転送ゲートをオン状態とし、信号電荷を検出ノードに読み出す。検出ノードには寄生容量が存在するので、信号電荷はこの寄生容量に蓄積されることになる。なお、容量を大きくしたい場合には、検出ノードに寄生容量とは別に容量を形成してもよい。このようにして、垂直ブランキング期間においてすべての信号電荷を検出ノードに蓄積し、垂直有効期間において各行（ライン）の信号を順次読み出せば（垂直有効期間における水平無効期間で順次読み出す）、ＣＣＤ型固体撮像装置と同様に同時性のある画像を取り込むことができる。
【００４８】
次に、図１８に示すように、垂直ブランキング期間におけるセル動作が３回の場合について説明する。この例も、垂直ブランキング期間の間にすべての行（ライン）に対して同時にセル動作を行わせることにより同時性を確保するとともに、第１の実施形態で説明したように、検出ノードで信号の演算（信号の一部排出と加算の繰り返し）を行い、ダイナミックレンジを拡大するものである。すなわち、期間Ｔ１において第１回目の蓄積動作を行い、期間Ｔ２において第２回目、期間Ｔ３において３回目の蓄積動作を行うものである。
【００４９】
図１９及び図２０に、より詳細な動作例を示す。図１９は１フレーム期間に信号蓄積を２回行う場合であり、第２０図は１フレーム期間に信号蓄積を３回行う場合である。
【００５０】
図１９の場合には、まずＴ１の蓄積期間において検出ノードに蓄積された信号電荷のうち、電圧Ｖ１よりも大きな電圧に対応する電荷が垂直ブランキング期間において捨てられる（第１の実施形態の信号電荷を一部捨てる動作に対応）。つまり、Ｔ１期間に検出ノードに蓄積された信号電荷によって生じる電圧がＶ１よりも小さければ電荷は捨てられないし、大きければ電圧Ｖ１にセットされることになる。その後、Ｔ２期間の間に検出ノードに蓄積された信号電荷がＶ１に相当する信号電荷に加算され、その結果生じた電圧信号が同一の垂直部ブランキング期間においてトータルの信号として外部に読み出される。第１の実施形態では、行（ライン）ごとに信号の一部を捨てる動作と信号の加算動作が行われていたが、本実施形態では垂直ブランキング期間において信号の一部を捨てる動作と信号の加算動作がすべてのラインで行われる。
【００５１】
図２０の場合には、まずＴ１の蓄積期間において検出ノードに蓄積された信号電荷のうち、電圧Ｖ１よりも大きな電圧に対応する電荷が垂直ブランキング期間において捨てられる（第１の実施形態の信号電荷を一部捨てる動作に対応）。その後、Ｔ２期間の間に検出ノードに蓄積された信号電荷がＶ１に相当する信号電荷に加算される。このとき、検出ノードの信号電荷のうち、電圧Ｖ３よりも大きな電圧に対応する電荷が同一の垂直ランキング期間において捨てられる。さらにその後、Ｔ３期間の間に検出ノードに蓄積された信号電荷がＶ３に相当する信号電荷に加算され（Ｔ２期間後の加算動作でＶ３に満たない場合には、Ｖ３に満たない信号電荷に加算される）、その結果生じた電圧信号が同一の垂直ブランキング期間においてトータルの信号として外部に読み出される。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、増幅型固体撮像装置において信号読み出しの同時性を満足することができるとともに、ダイナミックレンジの拡大をはかることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の光電変換特性を合成した形の変換特性を得ることができるため、撮像装置のダイナミックレンジを拡大することができ、高性能の撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的な増幅型固体撮像装置の概略構成を示した図。
【図２】増幅型固体撮像装置における代表的な単位セル部の等価回路を示した図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の単位セル部の断面構成を示した図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る増幅型固体撮像装置についてその動作を順を追って示した図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る増幅型固体撮像装置についてその動作を順を追って示した図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る増幅型固体撮像装置について主として水平期間における動作タイミングを示した図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る増幅型固体撮像装置について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【図８】本願の第２の実施形態の動作の一例についてその動作タイミングを示した図。
【図９】本願の第２の実施形態の動作の他の例についてその動作タイミングを示した図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の一例について主として水平期間における動作タイミングを示した図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の他の例について主として水平期間における動作タイミングを示した図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の一例について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の他の例について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置についてその回路構成を示した図。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の入射光量に対するセンサー出力について示した図。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の入射光量に対する信号処理回路出力について示した図。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る増幅型固体撮像装置について主としてその断面構成について示した図。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る増幅型固体撮像装置について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の一例について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る増幅型固体撮像装置の他の例について主として垂直期間における動作タイミングを示した図。
【符号の説明】
１０…半導体基板
１１…イメージセンサー
１２…ラインメモリ
１３…垂直レジスタ
１４…水平レジスタ
１５…タイミングジェネレータ
１６、４５…アンプ
１７…信号処理回路
２１…フォトダイオード
２２…転送ゲート
２３…増幅トランジスタ
２４…アドレストランジスタ
２５…リセットトランジスタ
２６…検出ノード
２７…アドレス線
２８、４６…垂直信号線
３０、４０…半導体基板
３１、４１…フォトダイオード
３２、４２…転送ゲート
３３、４３…検出ノード
３４…リセットゲート
３５…電源部
３６、４４…素子分離領域
【図１】
0003657780.tif 000002
【図２】
0003657780.tif 000003
【図３】
0003657780.tif 000004
【図４】
0003657780.tif 000005
【図５】
0003657780.tif 000006
【図６】
0003657780.tif 000007
【図７】
0003657780.tif 000008
【図８】
0003657780.tif 000009
【図９】
0003657780.tif 000010
【図１０】
0003657780.tif 000011
【図１１】
0003657780.tif 000012
【図１２】
0003657780.tif 000013
【図１３】
0003657780.tif 000014
【図１４】
0003657780.tif 000015
【図１５】
0003657780.tif 000016
【図１６】
0003657780.tif 000017
【図１７】
0003657780.tif 000018
【図１８】
0003657780.tif 000019
【図１９】
0003657780.tif 000020
【図２０】
0003657780.tif 000021