(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の入射輝度と出力電圧間の特性が線形関係および非線形関係にある輝度領域を処理の対象とした固体撮像装置において、
前記固体撮像素子の半導体基板に印加する電圧を下げ、電荷を前記半導体基板からフォトダイオードに逆注入し、前記フォトダイオードを飽和させ、前記フォトダイオードを非線形特性の輝度領域とし、前記フォトダイオード内の電荷を垂直レジスタへ転送し、前記非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得する取得手段と、
前記取得した飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出する平均輝度算出手段と、
前記取得した飽和ばらつきを含む画像信号と、前記平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出する算出手段と、
前記固体撮像装置において非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号が発生した際に、該発生した前記非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号に、前記算出した差分信号を加算し、前記飽和ばらつきを含む画像信号のノイズが抑制された信号を画素毎に取得し、前記固体撮像装置において発生した非線形特性の飽和ばらつきを抑制する抑制手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子の半導体基板に印加する電圧を０Ｖ付近まで下げ、電荷を前記半導体基板から前記フォトダイオード及び前記垂直レジスタに逆注入し、前記フォトダイオード及び前記垂直レジスタを強制的に飽和させ、前記垂直レジスタ内の電荷を転送し、ゲート領域を介して前記フォトダイオード内の電荷を前記垂直レジスタへ転送し、前記非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記電荷の逆注入は、１フレーム以上の間隔をおいて行うことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電荷の逆注入は、前記固体撮像装置の起動時に行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板に印加する電圧を下げた後に、再び印加電圧を上げて前記フォトダイオード内の不要電荷を前記半導体基板に引き抜くことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
外光を隠蔽する光学的シャッター手段を備え、前記電荷の逆注入中に、前記光学的シャッター手段を用いて光学的に光を隠蔽し、前記フォトダイオードにおいて光電変換が起こらないようにすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
固体撮像素子の入射輝度と出力電圧間の特性が線形関係および非線形関係にある輝度領域を処理の対象とした固体撮像装置において、
前記固体撮像素子の受光面の前段に、光を発光する発光手段を備え、前記発光手段を発光させることにより前記固体撮像素子のフォトダイオードを飽和させ、前記フォトダイオードを非線形特性の輝度領域とし、前記フォトダイオード内の電荷を垂直レジスタへ転送し、前記非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得する取得手段と、
前記取得した飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出する平均輝度算出手段と、
前記取得した飽和ばらつきを含む画像信号と、前記平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出する算出手段と、
前記固体撮像装置において非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号が発生した際に、該発生した前記非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号に、前記算出した差分信号を加算し、前記飽和ばらつきを含む画像信号のノイズが抑制された信号を画素毎に取得し、前記固体撮像装置において発生した非線形特性の飽和ばらつきを抑制する抑制手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記発光手段の発光は、１フレーム以上の間隔をおいて行うことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記発光手段の発光は、前記固体撮像装置の起動時に行うことを特徴とする請求項７または８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記発光以外の外光を遮蔽する光学的シャッター手段を前記発行手段の前段に有することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記発光手段の光量を変化させ、前記固体撮像素子の出力電圧を検出し、前記個体撮像素子の入射輝度と出力電圧の感度特性を取得することを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記取得した飽和ばらつきを含む画像信号を記憶する第１の記憶手段を有し、
前記平均輝度算出手段は、前記第１の記憶手段に記憶された飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出し、
前記算出手段は、前記第１の記憶手段に記憶された飽和ばらつきを含む画像信号と、前記平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出することを特徴とする請求項１または７記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記飽和ばらつきを含む画像信号を前記第１の記憶手段に記憶する場合に、動画像の出力が途切れることを防ぐために当該画像信号の１フレーム前の画像信号を保存しておく第２の記憶手段を有することを特徴とする請求項１２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、固体撮像装置に係わり、特に、固体撮像素子の非線形性特性を用いてダイナミックレンジを拡大した場合の飽和ばらつきを抑制するための固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のビデオカメラやディジタルスチルカメラなどの固体撮像素子では、固体撮像素子の入射輝度と出力電圧間の特性が線形関係にある輝度領域を処理の対象としている。垂直オーバーフロードレイン構造をもつ固体撮像素子では、飽和した後の非線形関係にある輝度領域も活用することでダイナミックレンジを拡大することができる。
【０００３】
垂直オーバーフロードレイン構造をもつ固体撮像素子の駆動方法に関して、半導体基板に印可する電圧を段階的または線形に引き上げることによって蓄積する電荷量を制御してダイナミックレンジを拡大する方法として、特願平９−６５２１７号に記載されたものがある。但し、本従来技術においては非線形入出力感度特性は利用してはいない。
【０００４】
ダイナミックレンジを拡大する固体撮像装置については、前記の方法以外にもシャッター時間の異なる２フレーム以上の画像を合成してダイナミックレンジを拡大する方法として、次の文献に記載されたものが知られている。
菰淵：”広ダイナミックレンジＣＣＤ「Ｈｙｐｅｒ−Ｄ  ＣＣＤ」”，ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ，Ｎｏ３，１９９９．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術における固体撮像装置には次のような解決すべきいくつかの問題点があった。まず、固体撮像素子の線形領域のダイナミックレンジを拡大することが困難である。
【０００６】
その理由は、固体撮像素子の暗電流などのノイズ成分を抑制することが困難なためである。特に、製造コスト低減のために画素サイズを小さくした場合には、蓄積される電荷量が減るためダイナミックレンジは狭くなる可能性がある。
【０００７】
また、垂直オーバーフロードレイン構造をもつ固体撮像素子の半導体基板に印加する電圧を変えることによって蓄積する電荷量を制御する場合や、飽和した後の非線形特性を用いる場合には、飽和ばらつきが大きいという問題点がある。
【０００８】
その理由は、次の通りである。固体撮像素子のフォトダイオード容量には画素毎にばらつきが存在する。線形領域のみを用いる場合には飽和に達しておらず、蓄積された電荷をすべて転送するためこのような問題は発生しない。しかし、飽和した場合には、これが蓄積して転送する電荷量のばらつきとなるため、固定パターンノイズとして画質を低下させる原因となる。また、非線形領域では平均的に線形領域と比べて傾きが小さいため、信号成分に対する前記のノイズ成分が大きくなってしまい相対的にＳＮ比が低下する。
【０００９】
また、前記飽和ばらつきを低減する方法としてメディアンフィルタをノイズ除去回路として設けた方法が特願平７−８９２８３号に記載されている。しかし、このノイズ除去回路は解像度が低下するという問題がある。
【００１０】
その理由は、メディアンフィルタは飽和した画素以外の隣接画素を用いて信号処理を行うためである。
【００１１】
更に、シャッター時間の異なる２フレーム以上の画像を合成してダイナミックレンジを拡大する方法では、動きの速い被写体を撮像する場合に被写体にブレが生じてしまうといった問題点がある。
【００１２】
その理由は、ある時間間隔をおいて撮像した複数の画像を合成するためである。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像素子の飽和後の非線形特性を使ってダイナミックレンジを広げた場合において、飽和ばらつきを抑制することによって良好な画質を得る固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。
本発明は、固体撮像素子の入射輝度と出力電圧間の特性が線形関係および非線形関係にある輝度領域を処理の対象とした固体撮像装置において、固体撮像素子の半導体基板に印加する電圧を下げ、電荷を半導体基板からフォトダイオードに逆注入し、フォトダイオードを飽和させ、フォトダイオードを非線形特性の輝度領域とし、フォトダイオード内の電荷を垂直レジスタへ転送し、非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得する取得手段と、取得した飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出する平均輝度算出手段と、取得した飽和ばらつきを含む画像信号と、平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出する算出手段と、固体撮像装置において非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号が発生した際に、該発生した非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号に、算出した差分信号を加算し、飽和ばらつきを含む画像信号のノイズが抑制された信号を画素毎に取得し、固体撮像装置において発生した非線形特性の飽和ばらつきを抑制する抑制手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、固体撮像素子の半導体基板に印加する電圧を０Ｖ付近まで下げ、電荷を半導体基板からフォトダイオード及び垂直レジスタに逆注入し、フォトダイオード及び垂直レジスタを強制的に飽和させ、垂直レジスタ内の電荷を転送し、ゲート領域を介してフォトダイオード内の電荷を垂直レジスタへ転送し、非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、電荷の逆注入は、１フレーム以上の間隔をおいて行うことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、電荷の逆注入は、固体撮像装置の起動時に行うことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、半導体基板に印加する電圧を下げた後に、再び印加電圧を上げてフォトダイオード内の不要電荷を半導体基板に引き抜くことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明にかかる個体撮像装置は、外光を隠蔽する光学的シャッター手段を備え、電荷の逆注入中に、光学的シャッター手段を用いて光学的に光を隠蔽し、フォトダイオードにおいて光電変換が起こらないようにすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、固体撮像素子の入射輝度と出力電圧間の特性が線形関係および非線形関係にある輝度領域を処理の対象とした固体撮像装置において、固体撮像素子の受光面の前段に、光を発光する発光手段を備え、発光手段を発光させることにより固体撮像素子のフォトダイオードを飽和させ、フォトダイオードを非線形特性の輝度領域とし、フォトダイオード内の電荷を垂直レジスタへ転送し、非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号を取得する取得手段と、取得した飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出する平均輝度算出手段と、取得した飽和ばらつきを含む画像信号と、平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出する算出手段と、固体撮像装置において非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号が発生した際に、該発生した非線形特性の飽和ばらつきを含む画像信号に、算出した差分信号を加算し、飽和ばらつきを含む画像信号のノイズが抑制された信号を画素毎に取得し、固体撮像装置において発生した非線形特性の飽和ばらつきを抑制する抑制手段と、を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、発光手段の発光は、１フレーム以上の間隔をおいて行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかる個体撮像装置において、発光手段の発光は、固体撮像装置の起動時に行うことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にかかる個体撮像装置は、発光以外の外光を遮蔽する光学的シャッター手段を発行手段の前段に有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にかかる個体撮像装置は、発光手段の光量を変化させ、固体撮像素子の出力電圧を検出し、個体撮像素子の入射輝度と出力電圧の感度特性を取得することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明にかかる固体撮像装置は、取得した飽和ばらつきを含む画像信号を記憶する第１の記憶手段を有し、平均輝度算出手段は、第１の記憶手段に記憶された飽和ばらつきを含む画像信号の平均輝度信号を算出し、算出手段は、第１の記憶手段に記憶された飽和ばらつきを含む画像信号と、平均輝度算出手段により算出した平均輝度信号と、の差分となる差分信号を算出することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明にかかる固体撮像装置は、飽和ばらつきを含む画像信号を第１の記憶手段に記憶する場合に、動画像の出力が途切れることを防ぐために当該画像信号の１フレーム前の画像信号を保存しておく第２の記憶手段を有することを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図３には、垂直オーバーフロードレイン付きの固体撮像素子の断面図が示されている。Ｎ型半導体基板３００上にあるＰ型不純物ウェル層３０１の表面側に、入射光の光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換し、且つ、その信号電荷を蓄積するＮ型不純物からなるフォトダイオード３０５や、暗電流の発生を抑制するためのＰ+ 型不純物層３０４が形成されている。また、Ｐ型不純物層３０２及びその上部のＮ型不純物層３０３にて垂直レジスタが形成されている。フォトダイオード３０５から垂直レジスタへはゲート領域を介して電荷が読み出される。半導体基板の上面には絶縁膜３０６が形成されており、さらに、その上部にポリシリコン膜などからなる垂直転送電極３０７が形成されている。
【００２９】
図４は、フォトダイオード３０５を含む位置の垂直方向の半導体基板のポテンシャルを示した図である。図３の半導体基板の深さ方向（下向き）が図４の水平方向（右向き）に示されている。左からＰ+ 型不純物層３０４、Ｎ型フォトダイオード３０５、Ｐ型不純物ウェル層３０１、Ｎ型半導体基板のポテンシャルが示されている。
【００３０】
固体撮像素子に光が入射すると、フォトダイオード３０５で光電変換され電荷が蓄積される。この蓄積された電荷によってフォトダイオード３０５の電位は図４の矢印方向へ低下する。強い光が入射した場合には、電荷が垂直レジスタに流入してブルーミングが発生する可能性がある。このブルーミングを避けるための構造が垂直オーバーフロードレインである。これは、基板電圧（図中のＮＳｕｂ）を上げることによってＰ型不純物ウェル層３０１のポテンシャル電位を上げてバリアを低くして、過剰な電荷をＮ型半導体基板３００に掃き出されるようにする構造である。
【００３１】
図６は、垂直オーバーフロードレイン構造をもつ固体撮像素子の線形特性および非線形特性の入射輝度と出力電圧間の関係を示した図である。固体撮像素子が飽和するまでは、入射輝度と出力電圧間の特性は線形である。しかし、蓄積された電荷がＰ型不純物ウェル層３０１によるバリアを超え始めると、入射輝度と出力電圧間の特性は非線形となる。これは、Ｐ型不純物ウェル層３０１によるバリアの高さが、フォトダイオード３０５に蓄積された電荷量に応じて変化するためである。以上をまとめると固体撮像素子が飽和するまでの輝度領域では、下記の式１に示されるような線形特性を有する。
【００３２】
【数１】
0003649055.tif 000002
【００３３】
但し、ｘを入射輝度、ｙを出力電圧とする。また、入射輝度が大きくなり飽和する非線形領域（対数領域）では、下記の式２に示されるような対数特性を有する。尚、垂直オーバーフロードレインの飽和後の対数特性の参考文献としては、次の文献がある。
Ｋａｗａｉ，ｅｔ．ａｌ：”Ｐｈｏｔｏ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ａｎａｌ＿ｙ＿ｓｉｓ  ｉｎ  ＣＣＤ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ＶＯＤ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．４，Ａｐｒ．１９９５．
【００３４】
【数２】
0003649055.tif 000003
【００３５】
線形領域においては、フォトダイオード３０５に蓄積された電荷がすべて垂直レジスタへ転送されるため画素毎のばらつきは少ない。しかし、非線形領域では、Ｐ型不純物ウェル層３０１によるバリアの高さが製造上画素毎に異なる場合が多い。この場合、撮像した画像には飽和ばらつきが固定パターンノイズとして表れるため画質が低下する。本発明では、電荷逆注入や光学的な光源を用いて画素を飽和させておいて飽和ばらつきを含む画像を取得し、ノイズキャンセル回路によって画素ばらつきを抑制する。
【００３６】
図２には、通常の固体撮像素子の通常駆動タイミングの一例が示されている。上段には垂直転送パルスを示しており、下段には半導体基板に印加する電圧を示している。電子シャッター期間においてフォトダイオード３０５内の不要な電荷をＮ型半導体基板３００に掃き出す。次に、電荷蓄積期間においてフォトダイオード３０５に電荷が蓄積され、図４の矢印に示されるようなポテンシャル電位の変化が起こる。蓄積された電荷は読み出し期間において垂直レジスタに転送する。電荷転送期間において垂直レジスタ内の電荷は水平レジスタを経由して出力される。
【００３７】
図１には、本発明の実施形態における逆注入時の固体撮像素子の駆動タイミングの一例が示されている。上段には垂直転送パルスが示されており、下段には半導体基板に印加する電圧を示している。以下では、図３の垂直オーバーフロードレイン付きの固体撮像素子の断面図、及び、図５の逆注入時のポテンシャルを用いて説明する。電荷逆注入期間において基板電圧を下げることによって、Ｎ型半導体基板３００よりフォトダイオード３０５に電荷を逆注入する。逆注入を行うと図４のようなポテンシャル電位は図５に示されるようなポテンシャル電位に変わる。
【００３８】
更に、注入された電荷の面内均一性、つまり全体のＣＣＤにおける均一性をよくするために電子シャッター期間において基板電圧を上げることによって過剰な電荷を掃き出す。但し、全ての電荷を掃き出すわけではないので、通常の駆動の電子シャッター期間における基板電圧２２Ｖ程度よりも低い１５Ｖ程度を印加する。この電子シャッターにより印加された電圧によって図５の矢印のようなポテンシャル電圧の変化が起きる。次に、電荷蓄積期間において蓄積された電荷は、読み出し期間において垂直レジスタに転送する。電荷転送期間において垂直レジスタ内の電荷は水平レジスタを経由して出力される。
【００３９】
次に、このようにして取得した飽和ばらつき画像を用いたノイズキャンセル回路を含む固体撮像装置について解説する。
【００４０】
図７は、本実施形態における固体撮像装置の一構成例を示したブロック図である。ここでいう固体撮像装置とは動画用のビデオカメラや静止画用のディジタルスチルカメラを含むものとする。レンズなどの光学手段を透過した光は、固体撮像素子７００において光電変換される。この固体撮像素子７００はアナログの映像出力信号は、Ａ／Ｄ変換手段７０１によってディジタル信号ＲＡＷｉｎへ変換する。Ａ／Ｄ変換手段７０１のディジタル映像出力は、ノイズ抑制手段７０２によって飽和ばらつきを抑制した信号ＲＡＷｏｕｔへ変換する。
【００４１】
図８は、図７で示したノイズ抑制手段７０２の一構成例を示したブロック図である。フレームメモリ８０１は飽和ばらつきを含む画像を保存するためのフレームメモリである。積分手段８０２及び平均値算出手段８０３は、フレームメモリ８０１内の画像の平均値を算出するための積分手段及び平均値算出手段である。減算回路８０４はフレームメモリ８０１と平均値算出手段８０３からの信号の差を算出してノイズを抑制するための信号を算出する。この信号は加算回路８０５においてＲＡＷｉｎ入力信号に加算されることによってノイズが抑制された信号ＲＡＷｏｕｔを得る。
【００４２】
フレームメモリ８００は、フレームメモリ８０１の更新時、つまりフレームメモリ８０１が飽和ばらつきを含む画像を取得する場合において動画像が途切れることを防ぐために、現在の画像の１フレーム前の画像を保存しておく。フレームメモリ８０１更新時においては、入力信号ＲＡＷｉｎがフレームメモリ８０１や積分手段８０２に接続されるように切り替え手段８０７を操作する。
【００４３】
但し、通常状態においては、切り替え手段８０６、８０７は本図に示されるように接続されているものとする。尚、図１にて説明した電荷の逆注入は少なくとも１フレーム以上の間隔で、或いは固体撮像装置の起動時に行われ、このようなタイミングにおいて切り替え手段８０６はフレームメモリ８０１側に接続され、切り替え手段８０７は加算回路８０５側に接続される。
【００４４】
飽和ばらつき画像の取得については電荷の逆注入を行う前述の方法以外にも次のような発光手段を用いる実施形態がある。
【００４５】
図９は、光学的シャッター手段と発光手段とを備えた固体撮像装置の一構成例を示したブロック図である。基本的な構成は上記の実施形態と同様である。
【００４６】
レンズ９０１は固体撮像素子９００に焦点が合うように配置されている。固体撮像素子９００を飽和させてばらつき画像を取得するために、光軸にあうように面内の輝度が均一な面発光体９０３を置く。飽和ばらつき画像の取得時には面発光体９０３を発光させ、この時の画像をフレームメモリ８０１で取得する。尚、面発光体の発光は少なくとも１フレーム以上の間隔で、或いは固体撮像装置の起動時に行われ、この時に外光の影響を受けないようにするために光を遮蔽する光学的シャッター手段９０２を設ける。
【００４７】
図１の電荷逆注入時においても、前記と同様な光学的シャッター手段９０２を設けることによって外光の影響も避けることができる。これは、逆注入時においても固体撮像素子に入射する光によってフォトダイオード３０５で光電変換が起こる。このため、飽和ばらつき画像に外光の影響を受けることを避けるため逆注入を行うフィールドの１フィールド期間中、光学的に光を遮蔽する。但し、この場合、面発光体９０３は設置しない。
【００４８】
また、本実施形態においては、面発光体から固体撮像素子へ入射する光量を制御し、その光量における固体撮像素子の出力電圧を検出することによって、固体撮像素子の感度特性を取得することができる。この感度特性を取得することによって、例えば、線形領域と非線形領域の境界点を検出することが可能となり、取得した画像の線形性を向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の第１の効果として飽和ばらつきを抑制することができる。
【００５０】
その理由は、予め取得した飽和ばらつきを含む画像とその平均値を用いて、これらの差分信号に画素毎に加算することによって飽和ばらつきを抑制する回路を設けたためである。この回路によって、固体撮像素子が飽和した場合における固定パターンノイズを出力電圧換算で３ｄＢ以上（実験値）抑制することができる。
【００５１】
また、本発明の第２の効果として、光学的な手段を用いることなくフォトダイオードを飽和させて飽和ばらつきを含む画像を取得できることである。
【００５２】
その理由は、電荷の逆注入を行う固体撮像素子の駆動方法では、フォトダイオードにＮ型半導体基板より電荷を逆注入することによって飽和させるため、発光手段が不要になるためである。
【００５３】
また、本発明の第３の効果として、発光手段を用いる場合には、固体撮像素子の入射輝度と出力電圧の感度特性を取得できることにある。
【００５４】
その理由は、固体撮像素子へ入射する光量を制御して、その光量における出力電圧を検出することによって、感度特性を得ることができるためである。この感度特性を取得することによって、例えば、線形領域と非線形領域の境界点を検出することが可能となり、取得した画像の線形性を向上させることができるようになる。
【００５５】
また、本発明の第４の効果として、外光の影響を受けずに飽和ばらつきを含む画像を取得できる。
【００５６】
その理由は、飽和ばらつきを含む画像を取得するときに外光の影響を受けることがないようにするために、光学的なシャッターを備えたためである。固体撮像素子に外光が入射すると、均一な入射輝度における飽和が実現できないため、固体撮像素子の出力電圧画素から画素が飽和したかどうかの判別が困難になる。
【００５７】
さらに、本発明の第５の効果として、動画像を撮像中に途切れることがなくなることである。
【００５８】
その理由は、１フレーム以上前の画像を保存しておく記憶手段を備えることによって、ある任意のフレーム間隔で固体撮像素子の飽和ばらつきを含む画像を取得するときに、出力する画像が途切れることがないように記憶手段から画像を用いて補うことができるためである。飽和ばらつきを含む画像を含む画像を取得するときには、光学的なシャッターを閉じる或いは電荷の逆注入を行うなど通常とは異なった駆動を行うため撮像することができない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における固体撮像装置の駆動タイミングを示した図である。
【図２】従来技術における固体撮像装置の駆動タイミングの一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態における固体撮像素子の断面図の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態における光電変換時の固体撮像素子のポテンシャル電位の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態における逆注入時の固体撮像素子のポテンシャル電位の一例を示した図である。
【図６】本発明の実施形態における入射輝度に対する固体撮像素子の出力電圧の特性の一例を示した図である。
【図７】本発明の実施形態における固体撮像装置の一構成例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態におけるノイズ抑制手段の一構成例を示した図である。
【図９】本発明の他の実施形態における光学的シャッター手段と発光手段とを備えた固体撮像装置の一構成例を示した図である。
【符号の説明】
３００  Ｎ型半導体基板
３０１  Ｐ型不純物ウェル層
３０２  Ｐ型不純物層
３０３  Ｎ型不純物層
３０４  Ｐ+ 型不純物層
３０５  Ｎ型フォトダイオード
３０６  絶縁膜
３０７  垂直転送電極
７００  固体撮像素子
７０１  ＡＤ変換手段
７０２  ノイズ抑制手段
８００、８０１  フレームメモリ
８０２  積分手段
８０３  平均値算出手段
８０４  減算手段
８０５  加算回路
８０６、８０７  切り替え手段
９００  固体撮像素子
９０１  レンズ
９０２  光学的シャッター手段
９０３  面発光体
【図１】
0003649055.tif 000004
【図２】
0003649055.tif 000005
【図３】
0003649055.tif 000006
【図４】
0003649055.tif 000007
【図５】
0003649055.tif 000008
【図６】
0003649055.tif 000009
【図７】
0003649055.tif 000010
【図８】
0003649055.tif 000011
【図９】
0003649055.tif 000012