(57)【要約】【課題】  高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成する固体撮像装置を提供する。【解決手段】  固体撮像装置３は、複数の画素部１０、パルス発生回路５０ｃを備える。画素部１０は光電変換素子ＰＤとフローティングディフュージョンＦＤとトランジスタＱ１１，Ｑ１２とを有する。パルス発生回路５０ｃは、トランジスタＱ１１について、１フレーム期間において、光電変換素子ＰＤの飽和電荷量より少ない一定量を超えて発生する過剰電荷を転送する第１の転送と、第１の転送の後に光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷を転送する第２の転送とを制御し、トランジスタＱ１２について、１フレーム期間において、第１の転送に先立ってフローティングディフュージョンＦＤを所定電位にリセットする第１のリセットと、第２の転送の後にフローティングディフュージョンＦＤを所定電位にリセットする第２のリセットとを制御する。【選択図】        図１
2006217421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元画像を取得するための画素部が複数、２次元に配置された固体撮像装置であって、
前記各画素部は、
入射光を電荷に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段により変換された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換手段により変換された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送手段と、
前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットするリセット手段とをそれぞれ有し、
前記転送手段による転送と、リセット手段によるリセットとを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記転送手段について、１フレーム期間において、前記光電変換手段の飽和電荷量より少ない一定量を超えて発生する過剰電荷を転送する第１の転送と、第１の転送の後に光電変換手段に蓄積された電荷を転送する第２の転送とを制御し、
前記リセット手段について、１フレーム期間において、前記第１の転送に先立って前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第１のリセットと、前記第２の転送の後に前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第２のリセットとを制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の転送では電荷蓄積の時間間隔を徐々に短く変調する不完全転送を複数回行うように制御し、前記第２の転送では光電変換手段に残存する蓄積電荷を完全に転送する完全転送を１回行うように制御する
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】
前記制御手段は、前記第１の転送による過剰電荷と前記第２の転送による電荷とがフローティングディフュージョンにおいて加算されるように前記転送手段を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、さらに前記各画素の列毎に設けられる列方向共通信号線を備え、
前記画素部は、さらに
前記フローティングディフュージョンに蓄積されている電荷に応じた信号を当該画素部が属する列方向共通信号線に出力する画素信号出力手段を有し、
前記制御手段は、前記第１の転送による過剰電荷と前記第２の転送による電荷とがフローティングディフュージョンにおいて個別に蓄積され、前記過剰電荷に対応する第１の信号と前記第２の転送による電荷に対応する第２の信号とが個別に列方向共通信号線に出力されるように前記転送手段、前記リセット手段および画素信号出力手段を制御する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、さらに
前記第１の信号と第２の信号とを前記列方向共通信号線を介して個別に入力し、フレーム画像にまとめる信号処理手段を備え、
前記信号処理手段は、前記第２の信号の値に応じて前記第１の信号と前記第２の信号とを加算する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像装置は、さらに
前記列方向共通信号線を介する第１の信号を蓄積する第１信号蓄積手段と、
前記列方向共通信号線を介する第２の信号を蓄積する第２信号蓄積手段と、
前記第２信号蓄積手段に蓄積された第２の信号の電圧と予め定められたリファレンス電圧とを比較し、第２の信号の電圧がリファレンス電圧よりも高い場合には、第１の信号と第２の信号とを加算して出力し、第２の信号の電圧がリファレンス電圧よりも低い場合には、第２の信号だけを出力する加算制御手段と
を備えることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
２次元画像を取得するための画素部が複数、２次元に配置された固体撮像装置であって、
前記各画素部は、
入射光を電荷に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段により変換された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換手段により変換された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送手段と、
前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットするリセット手段とをそれぞれ有し、
前記転送手段による転送と、リセット手段によるリセットとを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記リセット手段について、１フレーム期間において、前記転送に先立って前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第１のリセットと、前記第２の転送の後に前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第２のリセットとを制御すると共に、前記第１のリセットと前記第２のリセットとの間にリセットの時間間隔を徐々に短く変調する不完全リセットを複数回行うように制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記転送による電荷と前記不完全リセットによる電荷とがフローティングディフュージョンにおいて加算されるように前記転送手段を制御する
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】
前記固体撮像装置は、さらに前記各画素の列毎に設けられる列方向共通信号線を備え、
前記画素部は、さらに
前記フローティングディフュージョンに蓄積されている電荷に応じた信号を当該画素部が属する列方向共通信号線に出力する画素信号出力手段を有し、
前記制御手段は、前記転送による電荷と前記不完全リセットによる電荷とがフローティングディフュージョンにおいて個別に蓄積され、前記不完全リセットに対応する第１の信号と前記転送による電荷に対応する第２の信号とが個別に列方向共通信号線に出力されるように前記転送手段、前記リセット手段および画素信号出力手段を制御する
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】
前記転送手段は、エンハンス型のＭＯＳトランジスタで構成され、
前記転送手段の閾値は、個体撮像装置を構成する他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも低く設定される
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
回路を構成する部品が全てＮＭＯＳトランジスタで構成され、
回路を構成する容量部品もデプレッション型のＮＭＯＳ容量で構成される
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に使用されるＭＯＳ型の固体撮像装置に関し、特にダイナミックレンジを広げる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像のカラー化の進展に伴い、ＭＯＳ型の固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ用や、カメラ付き携帯電話用などにおいて成長が著しく、固体撮像装置に対する小型化、高画素化への要求も日増しに増大してきている。しかし、このような固体撮像装置に対する要求は、受光センサ部である光電変換素子の受光面積を縮小させる結果、固体撮像装置の主要特性である光電変換特性（光感度、ダイナミックレンジ）を低下させる一因となりつつある。
【０００３】
例えば、デジタルスチルカメラに搭載される固体撮像装置の光学サイズの主流は１／３インチ型から１／４インチ型が主流となり、さらに１／６インチ型以降の検討もなされている。また、画素数も２００万画素から５００万画素の範囲まで広がりつつあり、さらに５００万画素以上の検討もなされている。こうした受光面積の縮小化、および高画素化においても、固体撮像装置の主要特性である、光感度や、ダイナミックレンジなどの特性を低下させることのない技術の確立が必要となってきている。
【０００４】
つまり、画素サイズを縮小せずに画素数のみを増加させればチップサイズの増大を招き、固体撮像装置を大きくしてしまうため、画素サイズの縮小も平行して実施しなければならない。一般に、画素サイズを縮小すればフォトダイオードに代表される光電変換素子も縮小され、その結果、光感度の低下や、大光量受光時における飽和によるダイナミックレンジの低下は逃れられない。
【０００５】
このため、広ダイナミックレンジ化の要望が高くなりつつあり、広ダイナミック化を達成するための従来の固体撮像装置として、特開２００３−２１８３４３８号に記載されたものが知られている。この従来の固体撮像装置の一般的な画素部の平面図を図１４に示す。
【０００６】
図１４に示されるように、従来の固体撮像装置９００は、１画素内に設けられた相対的に広い面積を有する主感光部９０１と、相対的に狭い面積を有する従感光部９０２と、電荷転送路９０３と、４層駆動するためのポリシリコン電極９０４，９０５，９０６，９０７とを備える。
【０００７】
図１５は、図１４の主感光部９０１と従感光部９０２の光量と出力との関係を示す図である。図中、α１は主感光部９０１の光量と出力の関係を示し、光量Ａで飽和となり、それ以上光量が多い領域でも出力は増大しない。図中α２は従感光部９０２の光量と出力の関係を示し、感度は主感光部より低いため光量Ａの時点でも飽和せず、光量Ａ時点より光量が多い領域でも出力が直線的に増大している。実際の使用では主感光部９０１と従感光部９０２の出力の両方を用いるため、その出力は図中α０に示すような特性となる。
【特許文献１】特開２００３−２１８３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の固体撮像装置は、図１４の主感光部９０１と従感光部９０２の合成出力α０は光量Ａ時点で不連続な特性を示すと共に、わずかな広ダイナミック化を達
成しているに過ぎない。このため、フレーム画像のハイライト領域における再現性が低くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成する固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置においては、２次元画像を取得するための画素部が複数、２次元に配置された固体撮像装置であって、前記各画素部は、入射光を電荷に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段により変換された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記光電変換手段により変換された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送手段と、前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットするリセット手段とをそれぞれ有し、前記転送手段による転送と、リセット手段によるリセットとを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記転送手段について、１フレーム期間において、前記光電変換手段の飽和電荷量より少ない一定量を超えて発生する過剰電荷を転送する第１の転送と、第１の転送の後に光電変換手段に蓄積された電荷を転送する第２の転送とを制御し、前記リセット手段について、１フレーム期間において、前記第１の転送に先立って前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第１のリセットと、前記第２の転送の後に前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第２のリセットとを制御することを特徴とする。
【００１１】
これにより、光電変換手段を飽和させることなく、過剰電荷をフローティングディフュージョンに予め転送されるので、高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成することが可能となり、しかもリセット手段について、１フレーム期間において、第１の転送に先立ってフローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第１のリセットを行わせるので、スミアのない画像を取得することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記制御手段は、前記第１の転送では電荷蓄積の時間間隔を徐々に短く変調する不完全転送を複数回行うように制御し、前記第２の転送では光電変換手段に残存する蓄積電荷を完全に転送する完全転送を１回行うように制御することを特徴とすることができる。
【００１３】
これにより、大光量が入射した場合でもその光量に応じてダイナミックレンジの広い光応答を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記制御手段は、前記第１の転送による過剰電荷と前記第２の転送による電荷とがフローティングディフュージョンにおいて加算されるように前記転送手段を制御することを特徴とすることもできる。
【００１５】
これにより、フローティングディフュージョンに複数回の不完全転送と完全転送による電荷を加算することにより、大光量が入射した場合でも、ダイナミックレンジの広い光応答が得られる。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記固体撮像装置は、さらに前記各画素の列毎に設けられる列方向共通信号線を備え、前記画素部は、さらに前記フローティングディフュージョンに蓄積されている電荷に応じた信号を当該画素部が属する列方向共通信号線に出力する画素信号出力手段を有し、前記制御手段は、前記第１の転送による過剰電荷と前記第２の転送による電荷とがフローティングディフュージョンにおいて個別に蓄積され、前記過剰電荷に対応する第１の信号と前記第２の転送による電荷に対応する第２の信号とが個別に列方向共通信号線に出力されるように前記転送手段、前記リセット手段および画素信号出力手段を制御することを特徴とすることができる。
【００１７】
これにより、列方向共通信号線に個別に出力された第１の信号と第２の信号とを、後で加算することにより、大光量が入射した場合でも、ダイナミックレンジの広い光応答を得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記固体撮像装置は、さらに前記第１の信号と第２の信号とを前記列方向共通信号線を介して個別に入力し、フレーム画像にまとめる信号処理手段を備え、前記信号処理手段は、前記第２の信号の値に応じて前記第１の信号と前記第２の信号とを加算することを特徴とすることもできる。
【００１９】
これにより、第１の信号と第２の信号を個別に検出することができ、第２の信号の値に応じて、後段の信号処理回路で加算することによって、ダイナミックレンジの広い光応答が得られる。
【００２０】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記固体撮像装置は、さらに前記列方向共通信号線を介する第１の信号を蓄積する第１信号蓄積手段と、前記列方向共通信号線を介する第２の信号を蓄積する第２信号蓄積手段と、前記第２信号蓄積手段に蓄積された第２の信号の電圧と予め定められたリファレンス電圧とを比較し、第２の信号の電圧がリファレンス電圧よりも高い場合には、第１の信号と第２の信号とを加算して出力し、第２の信号の電圧がリファレンス電圧よりも低い場合には、第２の信号だけを出力する加算制御手段とを備えることを特徴としてもよい。
【００２１】
これにより、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置においては、２次元画像を取得するための画素部が複数、２次元に配置された固体撮像装置であって、前記各画素部は、入射光を電荷に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段により変換された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記光電変換手段により変換された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送手段と、前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットするリセット手段とをそれぞれ有し、前記転送手段による転送と、リセット手段によるリセットとを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記リセット手段について、１フレーム期間において、前記転送に先立って前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第１のリセットと、前記第２の転送の後に前記フローティングディフュージョンを所定電位にリセットする第２のリセットとを制御すると共に、前記第１のリセットと前記第２のリセットとの間にリセットの時間間隔を徐々に短く変調する不完全リセットを複数回行うように制御することを特徴とする。
【００２２】
これにより、スミアの原因となる暗電流を有効利用し、光電変換手段を飽和させることなく、高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成することが可能となる。
【００２３】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記制御手段は、前記転送による電荷と前記不完全リセットによる電荷とがフローティングディフュージョンにおいて加算されるように前記転送手段を制御することを特徴とすることができる。
【００２４】
これにより、前記転送による電荷と前記不完全リセットによる電荷とがフローティングディフュージョンにおいて加算することにより、大光量が入射した場合でも、ダイナミックレンジの広い光応答が得られる。
【００２５】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記固体撮像装置は、さらに前記各画素の列毎に設けられる列方向共通信号線を備え、前記画素部は、さらに前記フローティングディフュージョンに蓄積されている電荷に応じた信号を当該画素部が属する列方向共通信号線に出力する画素信号出力手段を有し、前記制御手段は、前記転送による電荷と前記不完全リセットによる電荷とがフローティングディフュージョンにおいて個別に蓄積され、前記不完全リセットに対応する第１の信号と前記転送による電荷に対応する第２の信号とが個別に列方向共通信号線に出力されるように前記転送手段、前記リセット手段および画素信号出力手段を制御することを特徴とすることもできる。
【００２６】
これにより、第１の信号と第２の信号を個別に検出することができ、第２の信号の値に応じて、後段の信号処理回路で加算することによって、ダイナミックレンジの広い光応答が得られる。
【００２７】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記転送手段は、エンハンス型のＭＯＳトランジスタで構成され、前記転送手段の閾値は、個体撮像装置を構成する他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも低く設定されることを特徴とすることができる。
【００２８】
これにより、完全転送および不完全転送の制御を容易にできる。
また、本発明に係る固体撮像装置においては、回路を構成する部品が全てＮＭＯＳトランジスタで構成され、回路を構成する容量部品もデプレッション型のＮＭＯＳ容量で構成されることを特徴とすることができる。
【００２９】
これにより、個体撮像装置を容易に製造することができる。
なお、上記の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラとして構成してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る固体撮像装置によれば、大光量が入射する場合でも、高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成することができ、さらに暗電流によるノイズを少なくすることができる。
【００３１】
また、暗電流を有効利用し、高光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。なお、行方向、列方向に光電変換部が複数配置されているが、図１ではその１つだけが示されている。
【００３３】
図１に示されるように、固体撮像装置３は、画素部１０と、ＭＯＳトランジスタＱ２１と、雑音信号除去部３０と、ＭＯＳトランジスタＱ４１と、パルス発生回路５０ｃと、信号処理部６０と、電源線Ｌ１０と、リセットパルス印加信号線Ｌ１１と、転送パルス印加信号線Ｌ１２と、行選択パルス印加信号線Ｌ１３と、列方向共通信号線Ｌ１４と、サンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５と、容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６と、容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７と、水平選択パルス印加信号線Ｌ１８と、水平出力信号線Ｌ１９等とから構成される。
【００３４】
画素部１０は、光電変換素子ＰＤと、電荷を蓄積する蓄積領域としてのフローティングディフュージョンＦＤと、電荷を転送する転送手段としてのＭＯＳトランジスタＱ１１と、ＭＯＳトランジスタＱ１２と、ＭＯＳトランジスタＱ１３と、ＭＯＳトランジスタＱ１４とから構成される。
【００３５】
雑音信号除去部３０は、ＭＯＳトランジスタＱ３１と、サンプリング容量Ｃ３１と、クランプ容量Ｃ３２とから構成される。
【００３６】
なお、ＭＯＳトランジスタＱ１１はエンハンス型のＭＯＳトランジスタで構成され、ＭＯＳトランジスタＱ１１の閾値は、固体撮像装置３を構成する他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも低く設定され、これにより、完全転送および不完全転送の制御を容易にできるように構成されている。
【００３７】
また、固体撮像装置３の回路を構成する部品が全てＮＭＯＳトランジスタで構成され、回路を構成する容量部品（サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２）もデプレッション型のＮＭＯＳ容量で構成される。これにより、固体撮像装置３を容易に製造することができる。
【００３８】
画素部１０の光電変換素子ＰＤのアノードは、接地され、光電変換素子ＰＤのカソードはＭＯＳトランジスタＱ１１のドレインに接続される。
【００３９】
ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートは転送パルス印加信号線Ｌ１２に接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ１２のソースおよびＭＯＳトランジスタＱ１３のゲートに接続される。これらＭＯＳトランジスタＱ１１のソースと、ＭＯＳトランジスタＱ１２のソースと、ＭＯＳトランジスタＱ１３のゲートとが共通に接続される領域が、フローティングディフュージョンＦＤである。
【００４０】
ＭＯＳトランジスタＱ１２のドレインは電源線Ｌ１０に接続され、そのゲートはリセットパルス印加信号線Ｌ１１に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ１３のドレインは電源線Ｌ１０に接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ１４のドレインに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ１４のソースは列方向共通信号線Ｌ１４に接続され、そのゲートは行選択パルス印加信号線Ｌ１３に接続される。
【００４１】
ＭＯＳトランジスタＱ２１は、列方向共通信号線Ｌ１４と雑音信号除去部３０とを接続したり、切り離したりするためのスイッチとして機能し、そのドレインは列方向共通信号線Ｌ１４に接続され、そのゲートはサンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５に接続され、そのソースは雑音信号除去部３０のサンプリング容量Ｃ３１の一方の電極に接続される。
【００４２】
雑音信号除去部３０のＭＯＳトランジスタＱ３１のドレインは容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７に接続され、そのゲートは容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６に接続され、そのソースはサンプリング容量Ｃ３１の他方の電極、クランプ容量Ｃ３２の一方の電極およびＭＯＳトランジスタＱ４１のドレインにそれぞれ接続される。
【００４３】
ＭＯＳトランジスタＱ４１のソースは水平出力信号線Ｌ１９に、そのゲートは水平選択パルス印加信号線Ｌ１８に接続される。
【００４４】
パルス発生回路５０ｃは、１フレームの画像を取得するための種々のパルス信号を所定のタイミングで生成し、生成したパルス信号を各信号線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ１５〜Ｌ１８を介して各ＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１のゲートに印加する。
【００４５】
より詳しくは、パルス発生回路５０ｃは、リセットパルス印加信号線Ｌ１１を介して画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１２のゲートにリセットパルスＲＳを印加し、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲートに転送パルスＴＲＡＮを印加し、ＭＯＳトランジスタＱ１４のゲートに行選択パルスＳＥＬＥＣＴを印加する。
【００４６】
なお、リセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴは、（Ｎ＋１）行目の画素部１０を走査する際のパルスを参考のために示したもので、目的は同じである。
【００４７】
また、パルス発生回路５０ｃは、ＭＯＳトランジスタＱ２１のゲートにサンプルホールドパルスＳＨＮＣを印加する。
【００４８】
また、パルス発生回路５０ｃは、ＭＯＳトランジスタＱ３１のゲートに容量部初期化パルスＣＬＮＣを印加する。
【００４９】
さらに、ＭＯＳトランジスタＱ４１のゲートに水平選択パルスＨＳＲを印加する。
なお、列方向共通信号線Ｌ１４には画素部１０から出力された電荷を電圧に変換させるための信号ＳＩＧ＿ＬＩＮＥが印加されている。
【００５０】
また、容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７にはサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２を初期化するための容量部初期化バイアス印加信号ＮＣＤＣが印加されている。
【００５１】
このようなパルス信号が与えられると、各ＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１が駆動され、水平出力信号線Ｌ１９に各画素部１０から信号が行毎に出力される。
【００５２】
信号処理部６０は、水平出力信号線Ｌ１９を介する行毎の信号を１つのフレーム画像にまとめる。
【００５３】
次いで、本発明の固体撮像装置３の動作を説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置３を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【００５４】
なお、図中、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、パルス発生回路５０ｃからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は、パルス発生回路５０ｃから（Ｎ＋１）行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図２（ｇ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ２１に対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣを示し、図２（ｈ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ３１に対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣを示し、図２（ｉ）はパルス発生回路５０ｃから各列のＭＯＳトランジスタＱ４１に対して順次出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【００５５】
パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ０において、全てパルスをＯＦＦにしている。なお、時刻ｔ０の直前においては、図３（ａ）に示されるように、Ｎ行目の画素部１０の光電変換素子ＰＤには通常光量の電荷が蓄積されており、フローティングディフュージョンＦＤ
に高光量の電荷が蓄積されているものとして説明する。
【００５６】
次いで、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ１において、Ｎ行目の画素部１０に対する転送パルスＴＲＡＮ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにすると共に、サンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＮにする。これにより、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１１、ＭＯＳトランジスタＱ１４およびＭＯＳトランジスタＱ２１が導通される。なお、このときの転送パルスＴＲＡＮは、ＭＯＳトランジスタＱ１１を完全にＯＮさせるための値の大きなパルス信号であり、図３（ｂ）に示されるように、光電変換素子ＰＤに蓄積されている電荷はフローティングディフュージョンＦＤに完全に転送される。
【００５７】
したがって、フローティングディフュージョンＦＤに１フレーム期間蓄積された大光量時の電荷と、通常光量時の電荷とが加算され、その加算された電荷に応じた電圧の画素信号がＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力され、さらにＭＯＳトランジスタＱ２１を介して雑音信号除去部３０に転送される。
【００５８】
次いで、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ２においてＮ行目の画素部１０に対する転送パルスＴＲＡＮをＯＦＦにした後、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、Ｎ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳをＯＮにする。これにより、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１１が遮断された後、ＭＯＳトランジスタＱ１２が導通される。したがって、図３（ｃ）に示されるように、フローティングディフュージョンＦＤがＶＤＤにリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤのリセット電位がＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力され、さらにＭＯＳトランジスタＱ２１を介して雑音信号除去部３０に転送される。
【００５９】
ここで、サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で電荷再分配が発生し、ＭＯＳトランジスタＱ１３の閾値差を除去した電圧が出現する。
【００６０】
また、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにする。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ３１が導通し、サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２に容量部初期化バイアス印加信号ＮＣＤＣが印加される。
【００６１】
次いで、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ５においてＮ行目の画素部１０に対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよびサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにする。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ２１が遮断される。
【００６２】
そして、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間に各列に対する水平選択パルスＨＳＲを順次ＯＮにする。これにより、各列のＭＯＳトランジスタＱ４１が順次導通され、全列信号線の１水平走査が行われ、水平出力信号線Ｌ１９に１行の画素信号が出力される。そして、時刻ｔ８において１水平期間を終了する。
【００６３】
その後１フレーム期間において、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけてリセットパルスＲＳをＯＮして、フローティングディフュージョンＦＤを一旦初期化電位に設定した後、その後、パルス発生回路５０ｃは、１フレーム期間にわたり、Ｎ行目の画素部１０に対する転送パルスＴＲＡＮを通常パルス（完全ＯＮ）より低い電圧で複数回ＯＮにする。つまり、パルス発生回路５０ｃは、次の１フレーム期間において、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積されるスミアによる電荷を再度除去してから、ＭＯＳトランジスタＱ１１を不完全ＯＮにする。なお、この実施の形態１においては、図２に示されるように、次の（Ｎ＋１）行目の１水平期間に転送パルスＴＲＡＮを通常パルスより低い電圧で複数回ＯＮにする場合が図示されている。
【００６４】
これにより、光電変換素子ＰＤに蓄積されていた飽和に近い電荷が、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過し、電荷がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されていく。
【００６５】
つまり、図３（ｄ）に示されるように、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷がオーバーフローする少し前のタイミングでＭＯＳトランジスタＱ１１を不完全ＯＮさせることにより、所定量を超える電荷を少しずつフローティングディフュージョンＦＤに予め転送させる。
【００６６】
この転送パルスＴＲＡＮは、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くして、通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間ＡからＧまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。
【００６７】
すなわち、１フレーム期間において期間ＡからＧのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。これらフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された大光量時の蓄積信号と、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過しなかった通常光量の蓄積信号との加算が時刻ｔ１から時刻ｔ５における信号検出過程で繰り返されることにより、図４および図５に示すような出力特性を得ることができる。
【００６８】
なお、この実施の形態１では、高光量時の電荷と通常光量時の電荷とをフローティングディフュージョンＦＤにおいて合算して、合算した信号を列方向共通信号線Ｌ１４に出力させるようにしたが、パルス発生回路５０ｃは、フローティングディフュージョンＦＤから高光量時の電荷と通常光量時の電荷とを個別に列方向共通信号線Ｌ１４に出力させるようにしてもよい。
【００６９】
（実施の形態２）
次いで、フローティングディフュージョンＦＤから高光量時の電荷と通常光量時の電荷とを個別に列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる場合の動作を説明する。
【００７０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置３を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【００７１】
なお、図中、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、パルス発生回路５０ｃから（Ｎ−１）行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図６（ｄ）〜図６（ｆ）は、パルス発生回路５０ｃからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図６（ｇ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ２１に対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣを示し、図６（ｈ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ３１に対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣを示し、図６（ｉ）はパルス発生回路５０ｃから各列のＭＯＳトランジスタＱ４１に対して順次出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【００７２】
図２のタイミングと異なる点は、パルス発生回路５０ｃが大光量時の信号と通常光量時の信号とを水平出力信号線Ｌ１９に個別に出力させ、暗電流の影響を受けにくい動作にしていることである。
【００７３】
パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ０において、全てのパルスをＯＦＦにしている。
パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ１において（Ｎ−１）行目の画素部１０へのリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにする。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ１４、ＭＯＳトランジスタＱ２１、ＭＯＳトランジスタＱ３１がＯＮにされる。そして、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ２において（Ｎ−１）行目の画素部１０へのリセットパルスＲＳをＯＦＦにするとともに、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦにする。これによりＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ３１が遮断される。したがって、（Ｎ−１）行目の画素部１０のフローティングディフュージョンＦＤの初期化電位を（Ｎ−１）行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【００７４】
このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出し、初期化電位に置き換える。つまり、（Ｎ−１）行目の画素部１０の初期化信号をＮ行目の画素部１０で用いる。パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ３において（Ｎ−１）行目の画素部１０への行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにする。
【００７５】
なお、Ｎ行目の画素部１０について、時刻ｔ４の直前においては、図７（ａ）に示されるように、光電変換素子ＰＤには通常光量の電荷が蓄積されており、フローティングディフュージョンＦＤに高光量の電荷電荷が蓄積されているものとして説明する。
【００７６】
次いで、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにし、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１４を導通させ、大光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このとき、先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出する。
【００７７】
パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ５においてサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにし、ＭＯＳトランジスタＱ２１を遮断させた後、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間で全列信号線の１水平走査を行うが、このときの信号成分は、全て大光量信号成分を検出したものである。
【００７８】
次に、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ８においてリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにし、ＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ１４、ＭＯＳトランジスタＱ３１を導通させ、時刻ｔ９においてリセットパルスＲＳおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦにし、ＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ３１を遮断させた後、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出して初期化電位とする。
【００７９】
時刻ｔ１０から時刻ｔ１１にかけて転送パルスＴＲＡＮをＯＮし、ＭＯＳトランジスタＱ１１を導通させ、通常光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【００８０】
つまり、図７（ｂ）に示されるように、フローティングディフュージョンＦＤをリセットしてから、図７（ｃ）に示されるように、ＭＯＳトランジスタＱ１１を完全ＯＮし、光電変換素子ＰＤに蓄積されていた通常光量時の電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送させてから、通常光量信号を列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【００８１】
このとき先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出する。
【００８２】
時刻ｔ１２において行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにし、ＭＯＳトランジスタＱ１４を遮断させた後、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間で全列信号線の１水平走査を行うが、このときの信号成分は、全て通常光量信号成分を検出したものである。
【００８３】
すなわち、大光量信号成分転送と通常光量信号成分転送の２つの水平転送を個別に高速に行うことになる。
【００８４】
なお、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ１５において、リセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮして、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ１４およびＭＯＳトランジスタＱ２１、ＭＯＳトランジスタＱ３１を導通させ、図７（ｄ）に示されるように、フローティングディフュージョンＦＤをＶＤＤにリセットし、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３，ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させることにより、（Ｎ＋１）行目の画素部１０における光電変換素子ＰＤの大光量信号検出の際の初期化電圧を生成させている。
【００８５】
そして、パルス発生回路５０ｃは、時刻ｔ１６においてリセットパルスＲＳおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦにし、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１２、ＭＯＳトランジスタＱ３１を遮断させた後、時刻ｔ１７において行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにし、Ｎ行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１４を遮断させた以降、１フレーム期間において、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９にかけてリセットパルスＲＳをＯＮして、一旦フローティングディフュージョンＦＤを初期化電位に設定したのち、１フレーム期間にわたり、複数回にわたり転送パルスＴＲＡＮを通常パルスより低い電圧でＯＮすることにより、図７（ｅ）に示されるように、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過した電荷がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されていく。
【００８６】
転送パルスＴＲＡＮは、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くして、通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間ＡからＧまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。
【００８７】
すなわち、１フレーム期間において期間ＡからＧのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。
【００８８】
これらフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された大光量時の蓄積信号が時刻ｔ６から時刻ｔ７にかけて転送され、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過しなかった通常光量の蓄積信号が時刻ｔ１３から時刻ｔ１４にかけて転送されることになる。この２つの信号成分を後段の信号処理部６０で加算することにより、図４および図５に示されるような出力特性を得ることができる。
【００８９】
また、このとき信号処理部６０にて、通常光量の蓄積信号が一定以上に満たない場合、大光量時の蓄積信号を加算しないように設定することにより、長時間露光により低照度時に目立つ暗電流成分を多く含む大光量時の蓄積信号成分をカットして、通常光量の蓄積信号のみを出力させることができ、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
【００９０】
（実施の形態３）
次いで、フローティングディフュージョンＦＤから高光量時の電荷と通常光量時の電荷とを個別に列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる場合の動作を説明する。
【００９１】
図８は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９２】
図６のタイミングと異なる点は、飽和光量以上の大光量蓄積信号と飽和光量以下の通常光量蓄積信号を１水平ブランキング期間内で個別に検出して水平信号線に出力し、暗電流の影響を受けにくい動作にしていることである。
【００９３】
以下に本発明の固体撮像装置の動作を説明する。
なお、図中、図８（ａ）〜図８（ｃ）は、パルス発生回路５０ｃからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。図８（ｄ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ２１に対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣを示し、図８（ｅ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ３１に対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣを示し、図８（ｆ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ４１に対して出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【００９４】
時刻ｔ０において全てパルスはＯＦＦである。時刻ｔ１においてＮ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにし、時刻ｔ２においてリセットパルスＲＳ、および容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦし、Ｎ行目の画素部１０のフローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出して初期化電位に設定する。次いで、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけてＮ行目の画素部１０の転送パルスＴＲＡＮをＯＮし、飽和光量以下の通常光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このとき先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出する。そして、時刻ｔ５において行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよびサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにした後、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間で全列信号線の１水平走査を行うが、このときの信号成分は、全て通常光量信号を検出したものである。
【００９５】
次に時刻ｔ８において再びＮ行目の画素部１０のリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮし、時刻ｔ９においてリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦし、Ｎ行目の画素部１０のフローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出して初期化電位に設定する。
【００９６】
その後、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけて、複数回にわたり転送パルスＴＲＡＮを通常パルスより低い電圧でＯＮすることにより、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過した電荷がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されていく。転送パルスＴＲＡＮは、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くして、通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間Ａから期間Ｇまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。すなわち、１フレーム期間において期間Ａから期間Ｇのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。これらフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された飽和光量以上の大光量蓄積信号が、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１にかけて、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮすることでフローティングディフュージョンＦＤに蓄積され、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。このとき先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で検出する。時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間で全列信号線の１水平走査を行うが、このときの信号成分は、全て大光量信号を検出したものである。この２つの信号成分を後段の信号処理回路で加算することにより、図４および図５に示すような出力特性を得ることができる。また、このとき信号処理回路６０にて、通常光量の蓄積信号が一定以上に満たない場合、大光量時の蓄積信号を加算しないように設定することにより、長時間露光により低照度時に目立つ暗電流成分を多く含む大光量時の蓄積信号成分をカットして、通常光量の蓄積信号のみを出力させることができ、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
【００９７】
なお、ここでは、サンプルホールドパルスＳＨＮＣを時刻ｔ８から時刻ｔ１１間での期間ハイレベルとしたが、行選択パルスＳＥＬＥＣＴに同期してハイレベルとするようにしてもよい。
【００９８】
（実施の形態４）
図１および図９を用いて本発明の固体撮像装置について説明する。
【００９９】
図９は、本発明の実施の形態４における固体撮像装置を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【０１００】
なお、図中、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、パルス発生回路５０ｃからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。図９（ｄ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ２１に対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣを示し、図９（ｅ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ３１に対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣを示し、図９（ｆ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ４１に対して出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【０１０１】
図２のタイミングと異なる点は、光電変換素子ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに漏れ出した電荷を大光量蓄積信号として利用するもので、Ｎ行目の画素部１０の読み出し動作期間前の１フレーム期間において、リセットパルスＲＳにより蓄積電荷を制御していることである。
【０１０２】
以下に本発明の固体撮像装置の動作を説明する。Ｎ行目の画素部１０の読み出し動作期間前の１フレーム期間である時刻ｔ０において、全てパルスはＯＦＦである。時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけてリセットパルスＲＳをＯＮし、その後、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くするとともに、リセットパルスＲＳの印加電圧も徐々に低くしていくことで、光電変換素子ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに漏れ出した電荷の蓄積量を制御する。通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間Ａから期間Ｇまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。
【０１０３】
すなわち、１フレーム期間において期間Ａから期間Ｆのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。時刻ｔ３にて転送パルスＴＲＡＮ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＮにすると、大光量時にフローティングディフュージョンＦＤで１フレーム期間蓄積された電荷と通常光量時に光電変換素子ＰＤで１フレーム期間蓄積された電荷とが加算され、その電位がＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力される。
【０１０４】
時刻ｔ４において転送パルスＴＲＡＮをＯＦＦにした後、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて、リセットパルスＲＳと容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮして、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位がＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力される。サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で電荷再分配が発生し、ＭＯＳトランジスタＱ１３の閾値差を除去した差分電圧が出現する。時刻ｔ７において行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦ後、時刻ｔ８から時刻ｔ９の期間で全列信号線の１水平走査が行われて１水平期間を終了する。すなわち、１フレーム期間において期間Ａから期間Ｇのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。これらフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された飽和光量以上の大光量蓄積信号とＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過しなかった飽和光量以下の通常光量蓄積信号との加算が時刻ｔ３から時刻ｔ７における信号検出過程で繰り返されることにより、図４および図５に示すような出力特性を得ることができる。
【０１０５】
なお、ここでは、時刻ｔ１〜ｔ３におけるリセットパルスＲＳの電圧を徐々に下げるようにしたが、実施の形態１，２の場合と同様に、一定電圧とするようにしてもよい。
【０１０６】
（実施の形態５）
図１および図１０を用いて本発明の固体撮像装置について説明する。
【０１０７】
図１０は、本発明の実施の形態５における固体撮像装置を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【０１０８】
図２のタイミングと異なる点は、飽和光量以上の大光量蓄積信号の検出をリセットパルスＲＳで行う点である。以下に本発明の固体撮像装置の動作を説明する。
【０１０９】
なお、図中、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、パルス発生回路５０ｃからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１０（ｄ）〜図１０（ｆ）は、パルス発生回路５０ｃから（Ｎ＋１）行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１０（ｇ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ２１に対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣを示し、図１０（ｈ）はパルス発生回路５０ｃからＭＯＳトランジスタＱ３１に対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣを示し、図１０（ｉ）はパルス発生回路５０ｃから各列のＭＯＳトランジスタＱ４１に対して順次出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【０１１０】
時刻ｔ０において全てパルスはＯＦＦである。時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて（Ｎ＋１）行目の画素部１０のリセットパルスＲＳをＯＮし、その後、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くするとともに、リセットパルスＲＳの印加電圧も徐々に低くしていくことで、光電変換素子ＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに漏れ出した電荷の蓄積量を制御する。通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間Ａから期間Ｇまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。すなわち、１フレーム期間において期間Ａから期間Ｇのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。
【０１１１】
時刻ｔ３において前走査行、つまりＮ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよびサンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮし、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力し、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位を設定した後、時刻ｔ４において前走査行のリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦする。時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけて当該行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮし、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された飽和光量以上の大光量蓄積信号をＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力し、サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で電荷再分配が発生し、ＭＯＳトランジスタＱ１３の閾値差を除去した差分電圧が出現する。この信号を大光量信号として、時刻ｔ７から時刻ｔ８の期間に全列信号線の１水平走査を行う。
【０１１２】
次に時刻ｔ８において（Ｎ＋１）行目の画素部１０のリセットパルスＲＳと行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよびサンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮし、時刻ｔ９においてリセットパルスＲＳおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦする。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力し、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位を設定する。次いで、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１にかけて転送パルスＴＲＡＮをＯＮし、時刻ｔ１２において行選択パルスＳＥＬＥＣＴおよびサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにし、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過しなかった飽和光量以下の通常光量信号を、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力する。このとき、サンプリング容量Ｃ３１およびクランプ容量Ｃ３２で電荷再分配が発生し、ＭＯＳトランジスタＱ１３の閾値差を除去した差分電圧が出現する。この信号を通常光量信号として、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間に全列信号線の１水平走査を行う。
【０１１３】
すなわち、飽和光量以上の大光量信号転送と飽和光量以下の通常光量信号転送を個別に検出し、水平転送も個別に高速に行うことになる。１フレーム期間において期間Ａから期間Ｇのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。この２つの信号成分を後段の信号処理回路６０で加算することにより、図４および図５に示すような出力特性を得ることができる。また、このとき信号処理回路にて、通常光量の蓄積信号が一定以上に満たない場合、大光量時の蓄積信号を加算しないように設定することにより、長時間露光により低照度時に目立つ暗電流成分を多く含む大光量時の蓄積信号成分をカットして、通常光量の蓄積信号のみを出力させることができ、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
【０１１４】
なお、ここでは、時刻ｔ１〜ｔ３におけるリセットパルスＲＳの電圧を徐々に下げるようにしたが、実施の形態１，２の場合と同様に、一定電圧とするようにしてもよい。
【０１１５】
（実施の形態６）
次いで、本発明の他の実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。
【０１１６】
図１１は、本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。なお、実際には画素部が行方向、列方向に複数配置されているが、図１１ではその１つだけが示されている。また、図１に示される固体撮像装置３と対応する部分に同じ番号を付し、その説明を省略する。
【０１１７】
実施の形態２の場合と異なる点は、大光量時の信号と通常光量時の信号を固体撮像装置４内に設けた雑音信号除去部３０ａ，３０ｂで個別に検出すると共に、大光量時の信号を通常光量の信号に加算するか、しないかを内蔵した加算制御部７０（比較器７１）で判定していることである。
【０１１８】
固体撮像装置４は、図１１に示されるように、画素部１０と、ＭＯＳトランジスタＱ２１ａ，Ｑ２１ｂと、雑音信号除去部３０ａ，３０ｂと、加算制御部７０と、ＭＯＳトランジスタＱ４１ａ，Ｑ４１ｂと、信号処理部６０と、電源線Ｌ１０と、リセットパルス印加信号線Ｌ１１と、転送パルス印加信号線Ｌ１２と、行選択パルス印加信号線Ｌ１３と、列方向共通信号線Ｌ１４と、サンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５ａ，Ｌ１５ｂと、容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６ａ，Ｌ１６ｂと、容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７と、水平選択パルス印加信号線Ｌ１８と、水平出力信号線Ｌ１９等とから構成される。
【０１１９】
雑音信号除去部３０ａは、雑音信号除去部３０と同様に、ＭＯＳトランジスタＱ３１ａと、サンプリング容量Ｃ３１ａと、クランプ容量Ｃ３２ａとから構成される。また、雑音信号除去部３０ｂは、雑音信号除去部３０と同様に、ＭＯＳトランジスタＱ３１ｂと、サンプリング容量Ｃ３１ｂと、クランプ容量Ｃ３２ｂとから構成される。
【０１２０】
加算制御部７０は、比較器７１と、インバータ７２と、ＭＯＳトランジスタＱ７１，Ｑ７２，Ｑ７３，Ｑ７４，Ｑ７５とから構成される。
【０１２１】
列方向共通信号線Ｌ１４は、ＭＯＳトランジスタＱ２１ａのドレインおよびＭＯＳトランジスタＱ２１ｂのドレインにそれぞれ接続される。ＭＯＳトランジスタＱ２１ａのゲートはサンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５ａに接続され、そのソースは雑音信号除去部３０ａのサンプリング容量Ｃ３１ａの一方端子に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ２１ｂのゲートはサンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５ｂに接続され、そのソースは雑音信号除去部３０ｂのサンプリング容量Ｃ３１ｂの一方端子に接続される。
【０１２２】
雑音信号除去部３０ａのＭＯＳトランジスタＱ３１ａのドレインは容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７に接続され、そのソースはサンプリング容量Ｃ３１ａおよびクランプ容量Ｃ３２ａおよびＭＯＳトランジスタＱ４１ａのドレインに接続され、そのゲートは容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６ａに接続される。雑音信号除去部３０ｂのＭＯＳトランジスタＱ３１ｂのドレインは容量部初期化バイアス印加線Ｌ１７に接続され、そのソースはサンプリング容量Ｃ３１ｂおよびクランプ容量Ｃ３２ｂおよびＭＯＳトランジスタＱ４１ｂのドレインに接続され、そのゲートは容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６ｂに接続される。
【０１２３】
加算制御部７０の比較器７１は、クランプ容量Ｃ３２ａの電圧と予め定められたリファレンス電圧ＶＲＥＦとを比較し、クランプ容量Ｃ３２ａの電圧がリファレンス電圧ＶＲＥＦよりも高い場合にハイレベルの信号を出力し、逆の場合にはローレベルの信号を出力する。インバータ７２は、比較器７１の出力レベルを反転する。
【０１２４】
ＭＯＳトランジスタＱ７１のゲートは比較器７１の出力に接続され、そのドレインはＭＯＳトランジスタＱ３１ａのソースに接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ７２のソースおよびＭＯＳトランジスタＱ７３のドレインに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ７２のゲートは比較器７１の出力に接続され、そのドレインはクランプ容量Ｃ３２ｂに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ７３のゲートは、インバータ７２の出力に接続され、そのソースはＧＮＤに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ７４のゲートはインバータ７２の出力に接続され、そのドレインは水平選択パルス印加信号線Ｌ１８に接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ４１ａのゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＱ７５のゲートは比較器７１の出力に接続され、そのドレインは水平選択パルス印加信号線Ｌ１８に接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ４１ｂのゲートに接続される。
【０１２５】
ＭＯＳトランジスタＱ４１ａのドレインはサンプリング容量Ｃ３１ａおよびクランプ容量Ｃ３２ａに接続され、そのソースは水平出力信号線Ｌ１９に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ４１ｂのドレインはサンプリング容量Ｃ３１ｂおよびクランプ容量Ｃ３２ｂに接続され、そのソースは水平出力信号線Ｌ１９に接続される。
【０１２６】
パルス発生回路５０ｄは、リセットパルス印加信号線Ｌ１１にリセットパルスＲＳを出力し、転送パルス印加信号線Ｌ１２に転送パルスＴＲＡＮを出力し、行選択パルス印加信号線Ｌ１３に行選択パルスＳＥＬＥＣＴを出力する。
【０１２７】
また、パルス発生回路５０ｄは、サンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５ｂにサンプルホールドパルスＳＨＮＣ１を出力し、容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６ｂに容量部初期化パルスＣＬＮＣ１を出力する。また、パルス発生回路５０ｄは、サンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５ａにサンプルホールドパルスＳＨＮＣ２を出力し、容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６ａに容量部初期化パルスＣＬＮＣ２を出力する。さらに、パルス発生回路５０ｄは、水平選択パルス印加信号線Ｌ１８に水平選択パルスＨＳＲを出力する。
【０１２８】
これにより、加算制御部７０の比較器７１による判定結果に基づいて、大光量時の信号を通常光量の信号に加算した信号や、通常光量の信号を水平出力信号線Ｌ１９に出力させる。
【０１２９】
次いで、本発明の固体撮像装置４の動作を説明する。
図１２は、本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置４を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【０１３０】
なお、図中、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、パルス発生回路５０ｄから（Ｎ−１）行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１２（ｄ）〜図１２（ｆ）は、パルス発生回路５０ｄからＮ行目の画素部１０に対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１２（ｇ）はパルス発生回路５０ｄからＭＯＳトランジスタＱ２１ｂに対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣ１を示し、図１２（ｈ）はパルス発生回路５０ｄからＭＯＳトランジスタＱ３１ｂに対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣ１を示し、図１２（ｉ）はパルス発生回路５０ｄからＭＯＳトランジスタＱ２１ａに対して出力されるサンプルホールドパルスＳＨＮＣ２を示し、図１２（ｊ）はパルス発生回路５０ｄからＭＯＳトランジスタＱ３１ａに対して出力される容量部初期化パルスＣＬＮＣ２を示し、図１２（ｋ）はパルス発生回路５０ｄから各列のＭＯＳトランジスタＱ４１ａ，Ｑ４１ｂに対して順次出力される水平選択パルスＨＳＲを示す。
【０１３１】
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ０において全てのパルスをＯＦＦしている。
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ１において（Ｎ−１）行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ１、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１をＯＮにし、時刻ｔ２において（Ｎ−１）行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳ、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１をＯＦＦにした後、（Ｎ−１）行目の画素部１０のフローティングディフュージョンＦＤの初期化電位を（Ｎ−１）行目の画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【０１３２】
このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１ｂおよびクランプ容量Ｃ３２ｂで検出して初期化電位に置き換える。
【０１３３】
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ３において（Ｎ−１）行目の画素部１０に対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにした後、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけてＮ行目の画素部１０に対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにし、大光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【０１３４】
このとき先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１ｂおよびクランプ容量Ｃ３２ｂで検出する。
【０１３５】
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ６において列方向共通信号線Ｌ１４を介する信号が雑音信号除去部３０ｂに入力されないようにサンプルホールドパルスＳＨＮＣ１をＯＦＦにし、ＭＯＳトランジスタＱ２１ｂを遮断させる。
【０１３６】
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ７においてＮ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにすると共に、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ２および容量部初期化パルスＣＬＮＣ２をＯＮにし、時刻ｔ８においてＮ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳをＯＦＦにすると共に、容量部初期化パルスＣＬＮＣ２をＯＦＦにした後、Ｎ行目の画素部１０のフローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【０１３７】
このときの電位をサンプリング容量Ｃ３１ａおよびクランプ容量Ｃ３２ａで検出して初期化電位とする。
【０１３８】
パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけてＮ行目の画素部１０に対する転送パルスＴＲＡＮをＯＮにし、通常光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させる。
【０１３９】
このとき先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１ａおよびクランプ容量Ｃ３２ａで検出する。このとき差分電圧とリファレンス電圧ＶＲＥＦとを比較器７１で判定し、差分電圧が一定電圧より大きい（この場合、飽和電圧より大きい）時に、比較器７１の出力にはＨＩＧＨレベルの電圧が出力される。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ７１，Ｑ７２，Ｑ７５はＯＮ状態になり、ＭＯＳトランジスタＱ７３，Ｑ７４がＯＦＦ状態となるため、クランプ容量Ｃ３２ａの電圧と、クランプ容量Ｃ３２ｂの電圧とが加算される形になる。
【０１４０】
さらにパルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ１１で行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ２をＯＦＦにした後、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間で全列信号線の１水平走査を行うが、このときの水平選択パルスＨＳＲは、ＭＯＳトランジスタＱ４１ｂにのみ印加されるので、信号成分は、全て大光量信号成分と通常光量信号成分を加算した信号を水平転送することになる。
【０１４１】
一方、パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけて転送パルスＴＲＡＮをＯＮし、通常光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させ、先に設定した初期化電位との差分をサンプリング容量Ｃ３１ａおよびクランプ容量Ｃ３２ａで検出する時に、その差分電圧とリファレンス電圧ＶＲＥＦとを比較器７１で判定し、差分電圧が一定電圧より小さい（この場合、飽和電圧より小さい）時に、比較器７１の出力にはＬＯＷレベルの電圧が出力される。
【０１４２】
これにより、ＭＯＳトランジスタＱ７１，Ｑ７２，Ｑ７５はＯＦＦ状態になり、ＭＯＳトランジスタＱ７３，Ｑ７４がＯＮ状態となるため、クランプ容量Ｃ３２ａの電圧のみが、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間で全列信号線の１水平走査を行うことになる。
【０１４３】
このように加算制御部７０の比較器７１によって、固体撮像装置４内部で大光量入射か、通常光量入射かを判定することができ、長時間露光により低照度時に目立つ暗電流成分を多く含む大光量時の蓄積信号成分をカットして、通常光量の蓄積信号のみを出力させることができ、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
【０１４４】
なお、パルス発生回路５０ｄは、時刻ｔ１４において、Ｎ行目の画素部１０に対するリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにすると共に、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１をＯＮして、フローティングディフュージョンＦＤの初期化電位をＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力させることにより、Ｎ行目の画素部１０における光電変換素子ＰＤの大光量信号検出の際の初期化電圧を生成させている。
【０１４５】
時刻ｔ１５においてリセットパルスＲＳ、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１をＯＦＦ後、時刻ｔ１６において行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにした以降、１フレーム期間にわたり、複数回にわたり１０５の転送パルスを通常パルスより低い電圧でＯＮすることにより、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過した電荷がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されていく。転送パルスＴＲＡＮは、期間Ａ、期間ＢとそのＯＮする間隔を徐々に短くして、通常の飽和電荷量をわずかに上回る光量が入射した場合は、期間Ａのような長い蓄積時間でフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積し、通常の飽和電荷量を大きく上回る光量が入射した場合は、期間Ｇのような短い期間でもフローティングディフュージョンＦＤに電荷が蓄積され、期間ＡからＧまでの全期間における転送パルスＴＲＡＮにより、フローティングディフュージョンＦＤに電荷が加算されていく。すなわち、１フレーム期間において期間ＡからＧのような徐々に蓄積期間を短くする期間をより多く設けることにより、大光量時のダイナミックレンジをより広くすることができる。
【０１４６】
これらフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された大光量時の蓄積信号が、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて転送され、ＭＯＳトランジスタＱ１１のゲート電位を通過しなかった通常光量の蓄積信号が、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけて転送されることになる。この２つの信号成分を個別のノイズキャンセル回路に保持し、比較器７１の電圧レベル判定により、２つの信号成分が加算された場合は、図４および図５に示されるような出力特性を得ることができる。長時間露光により低照度時に目立つ暗電流成分を多く含む大光量時の蓄積信号成分をカットして、通常光量の蓄積信号のみを出力させることもできるので、暗電流の少ない広ダイナミックレンジ化を実現することができる。
【０１４７】
なお、ここでは、実施の形態１と同様なタイミングでＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２を駆動制御した場合について説明したが、実施の形態２〜５と同様なタイミングでＭＯＳトランジスタＱ１１，Ｑ１２を駆動制御して実施してもよい。
【０１４８】
なお、実施の形態１〜６において、電荷を転送する転送手段としてのＭＯＳトランジスタＱ１１がエンハンス型で、その閾値がその他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも低く、かつ電荷を蓄積する蓄積領域を電源線電圧に設定するＭＯＳトランジスタＱ１２の閾値がデプレッション型とすることにより、特性が出しやすい固体撮像装置を提供することができる。
【０１４９】
また、実施の形態１〜６において、回路の全てがＮＭＯＳトランジスタであり、ノイズキャンセル容量もデプレッション型のＮＭＯＳ容量で構成されていることにより、製造コストを抑えることができ、暗電流の少ない固体撮像装置を提供することができる。
【０１５０】
そして、上記した固体撮像装置を用いてカメラを構成してもよい。
（実施の形態７）
図１３は、上述の実施の形態１〜６の固体撮像装置を用いたカメラの構成を示す図である。
【０１５１】
図１３に示されるようにカメラ４００は、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ４０１と、レンズ４０１を通過した光学像の光学処理を行うミラーや、シャッタなどの光学系４０２と、上記の固体撮像装置により実現されるＭＯＳ型撮像素子４０３と、信号処理部４１０と、タイミング制御部４１１等とを備える。タイミング制御部４１１は、ＭＯＳ型撮像素子４０３から出力されるフィールドスルーの信号と出力信号との差分をとるＣＤＳ回路４０４と、ＣＤＳ回路４０４から出力されるＯＢレベルの信号を検出するＯＢクランプ回路４０５と、ＯＢレベルと有効画素の信号レベルとの差分をとり、その差分のゲインを調整するＧＣＡ４０６と、ＧＣＡ４０６から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ４０７等とから構成される。タイミング制御部４１１は、ＡＤＣ４０７から出力されたデジタル信号に信号処理を施すと共に、駆動タイミングの制御を行うＤＳＰ４０８と、ＤＳＰ４０８の指示に従って、ＭＯＳ型撮像素子４０３に対して種々の駆動パルスを種々のタイミングで発生させるＴＧ４０９等とから構成される。
【０１５２】
このように構成されたカメラ４００によれば、上記の固体撮像装置により実現されるＭＯＳ型撮像素子４０３によって、大光量領域まで不連続のない出力特性が得られると共に、大幅な広ダイナミック化を達成する固体撮像装置を用いて高画質の画像を得ることが可能なカメラを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明の固体撮像装置は、感度低下が少なく、大光量が入射する場合でも直線性が高く、ダイナミックレンジの広い光応答が得られ、屋内、屋外と光量が大きく変化する撮像条件下に最適なデジタルカメラ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置３を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】図２の主要タイミングにおける電荷の状態を示す図である。
【図４】固体撮像装置３の蓄積時間と出力の関係を示す図である。
【図５】固体撮像装置３の光量と出力の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置３を動作させるタイミングを示す他のタイミングチャートである。
【図７】図６の主要タイミングにおける電荷の状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を動作させるタイミングを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置を動作させるタイミングを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置を動作させるタイミングを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置４を動作させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】上述の実施の形態１〜６の固体撮像装置を用いたカメラの構成を示す図である。
【図１４】従来の固体撮像装置の画素部を示す平面図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の主感光部と従感光部の光量と出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１５５】
３，４  固体撮像装置
１０  画素部
３０，３０ａ，３０ｂ  雑音信号除去部
５０ｃ，５０ｄ  パルス発生回路
６０  信号処理部
７０  加算制御部
７１  比較器
７２  インバータ
ＰＤ  光電変換素子
ＦＤ  フローティングディフュージョン
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ２１ａ，Ｑ２１ｂ，
Ｑ３１，Ｑ３１ａ，Ｑ３１ｂ，Ｑ４１，Ｑ４１ａ，Ｑ４１ｂ，
Ｑ７１，Ｑ７２，Ｑ７３，Ｑ７４，Ｑ７５                ＭＯＳトランジスタ
Ｃ３１，Ｃ３１ａ，Ｃ３１ｂ  サンプリング容量
Ｃ３２，Ｃ３２ａ，Ｃ３２ｂ  クランプ容量
Ｌ１０  電源線
Ｌ１１  リセットパルス印加信号線
Ｌ１２  転送パルス印加信号線
Ｌ１３  行選択パルス印加信号線
Ｌ１４  列方向共通信号線
Ｌ１５，Ｌ１５ａ，Ｌ１５ｂ  サンプルホールドパルス印加信号線
Ｌ１６，Ｌ１６ａ，Ｌ１６ｂ  容量部初期化パルス印加信号線
Ｌ１７  容量部初期化バイアス印加線
Ｌ１８  水平選択パルス印加信号線
Ｌ１９  水平出力信号線
ＲＳ  リセットパルス
ＴＲＡＮ  転送パルス
ＳＥＬＥＣＴ  行選択パルス
ＳＨＮＣ，ＳＨＮＣ１，ＳＨＮＣ２  サンプルホールドパルス
ＣＬＮＣ，ＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２  容量部初期化パルス
ＨＳＲ  水平選択パルス
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ  １フレーム期間内における蓄積期間
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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