(57)【要約】【課題】  大光量領域まで不連続のない出力特性を示すと共に、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】  ２次元画像を取得するための画素部１０ａが複数、２次元に配置された固体撮像装置１であって、各画素部１０ａは、入射光を電荷に変換する光電変換素子ＰＤと、光電変換素子ＰＤにより変換された光電変換素子ＰＤの飽和電荷量より少ない一定量以内を表す通常光量の電荷を蓄積するためのフローティングディフュージョンＦＤａと、光電変換素子ＰＤにより変換された一定量を超える大光量の電荷を蓄積するためのフローティングディフュージョンＦＤｂと、光電変換素子ＰＤにより変換された通常光量の電荷をフローティングディフュージョンＦＤａに転送するＭＯＳトランジスタＱ１１ａと、光電変換素子ＰＤにより変換された大光量の電荷をフローティングディフュージョンＦＤｂに転送するＭＯＳトランジスタＱ１１ｂとを備える。【選択図】        図１
2006217548.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前記光電変換手段の飽和電荷量より少ない一定量以内を表す通常光量の電荷を蓄積するための第１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前記一定量を超える大光量の電荷を蓄積するための第２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前記通常光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送手段と、
前記光電変換手段により変換された前記大光量の電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第２転送手段と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１フローティングディフュージョンのポテンシャルは、前記第２フローティングディフュージョンのポテンシャルよりも深く形成され、
前記第１フローティングディフュージョンのポテンシャルは、前記光電変換素子のポテンシャルよりも深く形成される
ことを特徴とする請求項１記載の前記固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像装置は、前記光電変換手段が蓄積する電荷を前記第１および第２フローティングディフュージョンに転送するように前記第１および第２転送手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、１フレーム期間において、前記一定量を超えて発生する過剰電荷を前記第２転送手段に転送させる第１の転送と、第１の転送の後に前記光電変換手段に蓄積された電荷を前記第１転送手段に転送させる第２の転送とを制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載の前記固体撮像装置。
【請求項４】
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３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素部は、さらに前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された大光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第３転送手段を有し、
前記制御手段は、前記第３転送手段に基づく第３の転送による電荷と前記第２の転送による電荷とが前記第１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第１、第２および第３転送手段を制御する
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
前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された大光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第３転送手段と、
前記第１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をリセットするリセット手段と、
前記第１および第２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とを備え、
前記制御手段は、前記第３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前記第１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第１、第２および第３転送手段、前記リセット手段並びに画素信号出力手段を制御する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
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６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
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６記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、水平ブランキング期間内において、前記画素信号出力手段により前記第２の信号を前記列方向共通信号線に出力させた後、前記リセット手段により、前記第１フローティングディフュージョンを初期化させ、さらに、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するとともに、前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された過剰電荷を第１フローティングディフュージョンに完全転送し、前記画素信号出力手段により第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を全て前記列方向共通信号線に出力させる
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】
前記第１および第２転送手段は、エンハンス型のＭＯＳトランジスタで構成され、
その閾値は、固体撮像装置を構成するその他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも個別に低く設定される
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記固体撮像装置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、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】
上記課題を解決するために、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前記光電変換手段の飽和電荷量より少ない一定量以内を表す通常光量の電荷を蓄積するための第１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前記一定量を超える大光量の電荷を蓄積するための第２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前記通常光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送手段と、前記光電変換手段により変換された前記大光量の電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第２転送手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、光電変換手段が飽和する前に、通常光量の電荷を第１フローティングディフュージョンに蓄積させ、大光量の電荷を第２フローティングディフュージョンに蓄積させ、これらの電荷を加算することにより、大光量が入射した場合でも、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レンジ化を達成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記第１フローティングディフュージョンのポテンシャルは、前記第２フローティングディフュージョンのポテンシャルよりも深く形成され、前記第１フローティングディフュージョンのポテンシャルは、前記光電変換素子のポテンシャルよりも深く形成されることを特徴とすることができる。
【００１３】
これにより、通常光量の電荷を第１フローティングディフュージョンに確実に蓄積させ、大光量の電荷を第２フローティングディフュージョンに確実に蓄積させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記固体撮像装置は、前記光電変換手段が蓄積する電荷を前記第１および第２フローティングディフュージョンに転送するように前記第１および第２転送手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、１フレーム期間において、前記一定量を超えて発生する過剰電荷を前記第２転送手段に転送させる第１の転送と、第１の転送の後に前記光電変換手段に蓄積された電荷を前記第１転送手段に転送させる第２の転送とを制御することを特徴とすることができる。
【００１５】
これにより、光電変換手段を飽和させることなく、過剰電荷を第２フローティングディフュージョンに予め転送することで、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ことが可能となる。
【００１６】
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してもよい。
【００１７】
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。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記画素部は、さらに前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された大光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第３転送手段を有し、前記制御手段は、前記第３転送手段に基づく第３の転送による電荷と前記第２の転送による電荷とが前記第１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第１、第２および第３転送手段を制御することを特徴とすることもできる。
【００１９】
これにより、前記蓄積領域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。
【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、さらに前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された大光量の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第３転送手段と、前記第１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をリセットするリセット手段と、前記第１および第２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とを備え、前記制御手段は、前記第３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前記第１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第１、第２および第３転送手段、前記リセット手段並びに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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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こともできる。
【００２５】
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、本発明に係る固体撮像装置においては、前記制御手段は、水平ブランキング期間内において、前記画素信号出力手段により前記第２の信号を前記列方向共通信号線に出力させた後、前記リセット手段により、前記第１フローティングディフュージョンを初期化させ、さらに、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するとともに、前記第２フローティングディフュージョンに蓄積された過剰電荷を第１フローティングディフュージョンに完全転送し、前記画素信号出力手段により第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を全て前記列方向共通信号線に出力させることを特徴とすることもできる。
【００２６】
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、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ことが可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記第１および第２転送手段は、エンハンス型のＭＯＳトランジスタで構成され、その閾値は、固体撮像装置を構成するその他のエンハンス型のＭＯＳトランジスタの閾値よりも個別に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、前記固体撮像装置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もできる。
【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、上記記載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、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ことができる。
【００３１】
よって、本発明により、撮影した画像の高画質化が可能となり、固体撮像装置を搭載したデジタルカメラや、携帯電話機等が普及してきた今日における本願発明の実用的価値は極めて高い。
【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１の構成を示す回路図である。なお、行方向、列方向に画素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１は、画素部１０ａ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５０ａと、信号処理部６０と、電源線Ｌ１０と、ＦＤ部初期化パルス印加信号線Ｌ１１と、転送パルス印加信号線Ｌ１２ａと、転送パルス印加信号線Ｌ１２ｂ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１０ａ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ＦＤａ，ＦＤｂと、電荷を転送する転送手段としてのＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃ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】
なお、フローティングディフュージョンＦＤａは第１フローティングディフュージョンとして機能し、フローティングディフュージョンＦＤｂは、第２フローティングディフュージョンとして機能する。またＭＯＳトランジスタＱ１１ａは第１転送手段として機能し、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂは第２転送手段として機能する。また、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃは第３転送手段として機能する。また、ＭＯＳトランジスタＱ１２はリセット手段として機能し、ＭＯＳトランジスタＱ１４は画素信号出力手段として機能する。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃ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Ｑ１１ａの閾値は、固体撮像装置１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。
【００３８】
また、固体撮像装置１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１を容易に製造することができる。
【００３９】
画素部１０ａ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Ｑ１１ａのドレインおよびＭＯＳトランジスタＱ１１ｂのドレインにそれぞれ接続される。
【００４０】
ＭＯＳトランジスタＱ１１ａのゲートは転送パルス印加信号線Ｌ１２ａ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のゲートにそれぞれ接続される。これらＭＯＳトランジスタＱ１１ａ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ＦＤａである。
【００４１】
また、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂのゲートは第２転送パルス印加信号線Ｌ１２ｂに接続され、そのソースはＭＯＳトランジスタＱ１１ｃのドレインに接続される。これらＭＯＳトランジスタＱ１１ｂのソースと、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃのドレイン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ＦＤｂである。
【００４２】
ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃのゲートは、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａと共通に、転送パルス印加信号線Ｌ１２ａに接続され、そのソースはフローティングディフュージョンＦＤａおよびＭＯＳトランジスタＱ１２のソースにそれぞれ接続される。
【００４３】
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のゲートは行選択パルス印加信号線Ｌ１３に接続され、そのソースは列方向共通信号線Ｌ１４に接続される。
【００４４】
図２は、画素部１０ａの平面構成を示す図である。なお、ここでは、光電変換素子ＰＤ、フローティングディフュージョンＦＤａ，ＦＤｂ、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃだけが示されている。
【００４５】
図２に示されるように、光電変換素子ＰＤに隣接してＭＯＳトランジスタＱ１１ａおよびＭＯＳトランジスタＱ１１ｂがそれぞれ形成され、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａに隣接してフローティングディフュージョンＦＤａが形成され、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂに隣接してフローティングディフュージョンＦＤｂが形成され、フローティングディフュージョンＦＤａおよびフローティングディフュージョンＦＤｂに隣接してＭＯＳトランジスタＱ１１ｃが形成される。
【００４６】
ここで、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂのゲート長は、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａのゲート長よりも長く形成される。この結果、フローティングディフュージョンＦＤｂを、フローティングディフュージョンＦＤａよりも光電変換素子ＰＤから離れた位置、つまり光電変換素子ＰＤからの漏れ電流の影響を受けにくくするすることができる。しかも、漏れ光を受けにくい位置に配置することもできる。したがって、フローティングディフュージョンＦＤｂを、長時間露光時に発生する光電変換素子ＰＤからの漏れ電荷（以下スミアと表現）の影響を受けにくくすることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。クランプ容量Ｃ３２の他方の電極は接地される。
【００４９】
ＭＯＳトランジスタＱ４１のゲートは水平選択パルス印加信号線Ｌ１８に接続され、そのソースは水平出力信号線Ｌ１９に接続される。
【００５０】
パルス発生回路５０ａ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Ｑ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃ，Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１のゲートに印加する。
【００５１】
より詳しくは、パルス発生回路５０ａは、リセットパルス印加信号線Ｌ１１を介してリセットパルスＲＳを画素部１０のＭＯＳトランジスタＱ１２のゲートに印加し、転送パルス印加信号線Ｌ１２ａを介して転送パルスＴＲＡＮａをＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｃのゲートに印加し、転送パルス印加信号線Ｌ１２ｂを介して転送パルスＴＲＡＮｂをＭＯＳトランジスタＱ１１ｂのゲートに印加し、行選択パルス印加信号線Ｌ１３を介して行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＭＯＳトランジスタＱ１４のゲートに印加する。
【００５２】
また、パルス発生回路５０ａは、サンプルホールドパルス印加信号線Ｌ１５を介してサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＭＯＳトランジスタＱ２１のゲートに印加する。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。
【００５３】
また、パルス発生回路５０ａは、容量部初期化パルス印加信号線Ｌ１６を介して容量部初期化パルスＣＬＮＣをＭＯＳトランジスタＱ３１のゲートに印加する。なお、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。
【００５４】
さらに、パルス発生回路５０ａは、水平選択パルス印加信号線Ｌ１８を介して水平選択パルスＨＳＲをＭＯＳトランジスタＱ４１のゲートに印加する。
【００５５】
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Ｑ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃ，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１が駆動され、水平出力信号線Ｌ１９に各画素部１０ａからの信号が行毎に出力される。
【００５６】
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。
【００５７】
次いで、本発明の実施の形態１における固体撮像装置１の動作を説明する。
図３は、固体撮像装置１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。
【００５８】
なお、図中、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、パルス発生回路５０ａからＮ行目の画素部１０ａに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ、転送パルスＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。また、図３（ｅ）〜図３（ｈ）は、パルス発生回路５０ａから（Ｎ＋１）行目の画素部１０ａに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ、転送パルスＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。また、図３（ｉ）はパルス発生回路５０ａ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３（ｊ）はパルス発生回路５０ａ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３（ｋ）はパルス発生回路５０ａ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。
【００５９】
パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ０において、パルスを全てＯＦＦにしている。なお、時刻ｔ０の直前においては、図４（ａ）に示されるように、Ｎ行目の画素部１０ａ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ＦＤｂに大光量の電荷が蓄積されているものとして説明する。
【００６０】
時刻ｔ１で転送パルスＴＲＡＮａ、行選択パルスＳＥＬＥＣＴ、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにすると、大光量時にフローティングディフュージョンＦＤｂ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第一転送パルスにより読み出され加算される。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。
【００６１】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１において、Ｎ行目の画素部１０ａに対する転送パルスＴＲＡＮａ、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１０ａのＭＯＳトランジスタＱ１１ａ、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃ、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ＴＲＡＮａは、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｃ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４（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ＦＤａに完全に転送されると共に、フローティングディフュージョンＦＤｂに蓄積されて電荷もフローティングディフュージョンＦＤａに完全に転送される。
【００６２】
したがって、フローティングディフュージョンＦＤａ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。
【００６３】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ２においてＮ行目の画素部１０ａに対する転送パルスＴＲＡＮａ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１０ａ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１０ａのＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，Ｑ１１ｃ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４（ｃ）に示されるように、フローティングディフュージョンＦＤａがＶＤＤにリセットされ、フローティングディフュージョンＦＤａ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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、パルス発生回路５０ａ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。
【００６６】
次いで、パルス発生回路５０ａ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。
【００６７】
そして、パルス発生回路５０ａ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で１水平期間を終了する。
【００６８】
その後１フレーム期間において、時刻ｔ９から時刻ｔ１０でＦＤ部リセットパルスＲＳをＯＮにして、フローティングディフュージョンＦＤａを一旦初期化電位に設定した後、その後、パルス発生回路５０ａは、１フレーム期間にわたり、Ｎ行目の画素部１０ａに対する転送パルスＴＲＡＮｂ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５０ａ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ＦＤａ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Ｑ１１ｂを不完全ＯＮにする。なお、この実施の形態１においては、図３に示されるように、次の（Ｎ＋１）行目の１水平期間中に転送パルスＴＲＡＮｂ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。
【００６９】
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Ｑ１１ｂ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ＦＤｂに蓄積されていく。
【００７０】
つまり、図４（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Ｑ１１ｂ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ＦＤｂに予め転送させる。
【００７１】
この転送パルスＴＲＡＮｂ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ＦＤｂ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ＦＤｂ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ＴＲＡＮｂにより、フローティングディフュージョンＦＤｂに電荷が加算されていく。
【００７２】
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Ｑ１１ｂ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５および図６に示すような出力特性を得ることができる。
【００７３】
以上の説明からわかるように、大光量の検出に、長い蓄積時間が必要になるが、このときフローティングディフュージョンＦＤａは、光電変換素子ＰＤからの漏れ電荷（以下スミアと表現）の影響を受けやすい。すなわち、第一の転送手段たるＭＯＳトランジスタＱ１１ａは完全転送のみを行うため、残像が発生しないようゲート長は、比較的短くせざるを得ない。このためフローティングディフュージョンＦＤａはスミアの影響を受けやすく、長時間露光による大光量検出には適しているとはいえない。
【００７４】
これに対して第２の転送手段たるＭＯＳトランジスタＱ１１ｂは不完全転送のみを行うため、ゲート長を長く設定しても差し支えないので、光電変換素子ＰＤとフローティングディフュージョンＦＤｂをスミアの影響を受けないレベルまで物理的に離すことが可能である。ここにフローティングディフュージョンＦＤを２つに分けるメリットがある。
【００７５】
なお、この実施の形態１では、大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ＦＤａ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５０ａは、フローティングディフュージョンＦＤから大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。
【００７６】
（実施形態２）
次いで、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置について説明する。
【００７７】
図７は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成を示す回路図である。なお、行方向、列方向に画素部が複数配置されているが、図７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１の構成と対応する部分に同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
ここで、図１に示される固体撮像装置１の画素部１０ａにおいては、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃのゲートはＦＤ部初期化パルス印加信号線Ｌ１１に接続され、パルス発生回路５０ａから出力された転送パルスＴＲＡＮａによりＭＯＳトランジスタＱ１１ａと同期してオンオフされるように構成されているが、図７に示される固体撮像装置２の画素部１０ｂにおいては、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃのゲートは行選択パルス印加信号線Ｌ１３に接続され、パルス発生回路５０ａから出力された行選択パルスＳＥＬＥＣＴによりＭＯＳトランジスタＱ１４と同期してオンオフされるように構成されている。したがって、固体撮像装置１において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合わせて出力しているが、固体撮像装置２においては、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とを個別に検出して水平信号線に出力し、これにより暗電流の影響を受けにくい動作にしている。
【００７９】
以下に本発明の固体撮像装置の動作を説明する。
図８は、固体撮像装置２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。
【００８０】
なお、図中、図８（ａ）〜図８（ｄ）は、パルス発生回路５０ａからＮ行目の画素部１０ｂに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ、転送パルスＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。また、図８（ｅ）〜図８（ｈ）は、パルス発生回路５０ａから（Ｎ＋１）行目の画素部１０ｂに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ、転送パルスＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。また、図８（ｉ）はパルス発生回路５０ａ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（ｊ）はパルス発生回路５０ａ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（ｋ）はパルス発生回路５０ａ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。
。
【００８１】
パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ０において、パルスを全てＯＦＦにしている。なお、時刻ｔ０の直前においては、図９（ａ）に示されるように、Ｎ行目の画素部１０ｂにおいて、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ＦＤｂには大光量の電荷が蓄積されているものとして説明する。
【００８２】
パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対してリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにし、次いで時刻ｔ２において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対してリセットパルス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、（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂのフローティングディフュージョンＦＤａの初期化電位が、（Ｎ−１）行目の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。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、雑音信号除去部３０における初期化電位に設定する。そして、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ３において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにする。
【００８３】
その後、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけてＮ行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにし、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃ、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を導通させる。これにより、図９（ｂ）に示されるように、フローティングディフュージョンＦＤｂ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Ｑ１１ｃ、フローティングディフュージョンＦＤａ、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。
【００８４】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ６においてサンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにした後、時刻ｔ７から時刻ｔ８の期間において列信号線に対する水平選択パルスＨＳＲを順次ＯＮにすることにより全列信号線の１水平走査を行うが、このときの信号成分は、全て大光量蓄積信号を検出したものである。
【００８５】
次に、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ９においてＮ行目の画素部１０ｂに対する第一ＦＤ部初期化パルＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにするとともに（図９（ｂ）参照）、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、次いで時刻ｔ１０においてＮ行目の画素部１０ｂに対する第一ＦＤ部初期化パル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、フローティングディフュージョンＦＤａ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。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、雑音信号除去部３０における初期化電位に設定する。
【００８６】
その後、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて、Ｎ行目の画素部１０ｂに対する転送パルスＴＲＡＮａをＯＮにし、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａ、ＭＯＳトランジスタＱ１３、ＭＯＳトランジスタＱ１４を導通させる。これにより、図９（ｃ）に示されるように、光電変換素子ＰＤに蓄積された通常光量の電荷がフローティングディフュージョンＦＤａに転送され、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。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。
【００８７】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１３においてＮ行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣをＯＦＦにした後、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５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。
【００８８】
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。
【００８９】
なお、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１６において、Ｎ行目の画素部１０ｂに対する第一ＦＤ部初期化パル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ＳＨＮＣおよび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ＦＤａ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）行目における光電変換素子の大光量信号検出時の初期化電圧を生成させている。
【００９０】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１７においてＮ行目の画素部１０ｂに対する第一ＦＤ部初期化パルＲＳをＯＦＦにするとともに、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦにした後、
時刻ｔ１８において行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにした以降、１フレーム期間において、
時刻ｔ１９から時刻ｔ２０にかけて（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳをＯＮして、一旦フローティングディフュージョンＦＤａを初期化電位に設定したのち、複数回にわたり転送パルスＴＲＡＮｂ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Ｑ１１ｂ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ＦＤｂに蓄積されていく。
【００９１】
転送パルスＴＲＡＮｂ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ＦＤｂ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ＦＤｂ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ＴＲＡＮｂにより、フローティングディフュージョンＦＤｂ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ＦＤｂに蓄積された飽和光量以上の大光量蓄積信号が、時刻ｔ７から時刻ｔ８にかけて転送され、ＭＯＳトランジスタＱ１１ａ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が、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５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６および図７に示される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。
【００９２】
（実施の形態３）
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。
【００９３】
図１０は、本発明の実施の形態３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１０ではその１つだけが示されている。また、図７に示される固体撮像装置２と対応する部分に同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００９４】
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３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。
【００９５】
固体撮像装置３は、図１０に示されるように、画素部１０ｂ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、パルス発生回路５０ｂ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Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
パルス発生回路５０ｂ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Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂに転送パルスＴＲＡＮａ，ＴＲＡＮｂ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。
【０１０４】
また、パルス発生回路５０ｂ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５０ｂ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５０ｂ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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
次いで、本発明の固体撮像装置３の動作を説明する。
図１１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。
【０１０７】
なお、図中、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、パルス発生回路５０ｂから（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ，ＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１１（ｅ）〜図１１（ｈ）は、パルス発生回路５０ｂからＮ行目の画素部１０ｂに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ，ＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示し、図１１（ｉ）はパルス発生回路５０ｂ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１１（ｊ）はパルス発生回路５０ｂ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１１（ｋ）はパルス発生回路５０ｂ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１１（ｌ）はパルス発生回路５０ｂ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１１（ｍ）はパルス発生回路５０ｂ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。
【０１０８】
パルス発生回路５０ｂ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５０ｂは、時刻ｔ１において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂ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および容量部初期化パルスＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＮにし、次いで時刻ｔ２において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳをＯＦＦにするとともに、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＦＦにする。これにより、（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂのフローティングディフュージョンＦＤａの初期化電位が、（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂのＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力される。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。そして、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ３において（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにする。
【０１０９】
その後、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけてＮ行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮにし、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｃ，Ｑ１３，Ｑ１４を導通させる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤｂに蓄積された大光量信号をＭＯＳトランジスタＱ１１ｃ、フローティングディフュージョンＦＤａ、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Ｃ３１ｂおよびクランプ容量Ｃ３２ｂで検出する。
【０１１０】
次いで、パルス発生回路５０ｂ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。
【０１１１】
パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ９においてＮ行目の画素部１０ｂ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ＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＮにし、時刻ｔ１０においてＮ行目の画素部１０ｂ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ＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＦＦにする。これにより、Ｎ行目の画素部１０ｂのフローティングディフュージョンＦＤａの初期化電位が、ＭＯＳトランジスタＱ１３，Ｑ１４を介して列方向共通信号線Ｌ１４に出力される。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。
【０１１２】
その後、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけてＮ行目の画素部１０ｂに対する転送パルスＴＲＡＮａ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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
さらにパルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ１３においてＮ行目の画素部１０ｂに対する行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣ２をＯＦＦにした後、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５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。
【０１１５】
一方、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて転送パルスＴＲＡＮａ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。
【０１１６】
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ｔ１４から時刻ｔ１５の期間で全列信号線の１水平走査を行うことになる。
【０１１７】
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３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。
【０１１８】
なお、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ１６において、Ｎ行目の画素部１０ｂ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および容量部初期化パルスＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＮにして、フローティングディフュージョンＦＤａ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＋１）行目の画素部１０ｂ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。
【０１１９】
そして、パルス発生回路５０ｂは、時刻ｔ１７においてＮ行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳをＯＦＦにするとともに、容量部初期化パルスＣＬＮＣ１，ＣＬＮＣ２をＯＦＦ後、時刻ｔ１８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、（Ｎ−１）行目の画素部１０ｂに対する転送パルスＴＲＡＮｂを通常パルスより低い電圧で複数回ＯＮすることにより、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂ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ＦＤｂに蓄積されていく。転送パルスＴＲＡＮｂ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ＦＤｂ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ＦＤｂ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ＴＲＡＮｂ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。
【０１２０】
これらフローティングディフュージョンＦＤｂ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Ｑ１１ｃ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ｔ１１から時刻ｔ１２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５および図６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。
【０１２１】
（実施形態４）
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。
【０１２２】
この固体半導体装置は、図７に示される固体撮像装置２において、パルス発生回路５０ａが図８と異なるタイミングで固体撮像装置を動作させるように構成されている。
【０１２３】
つまり、この実施の形態４においては、パルス発生回路５０ａ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、スミアを有効利用しつつ暗電流の影響を受けにくい動作にしていることである。
【０１２４】
次いで、本発明の固体撮像装置２の他の動作を説明する。
図１２は、本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置２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。
【０１２５】
なお、図中、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、パルス発生回路５０ｂからＮ行目の画素部１０ｂに対して出力されるリセットパルスＲＳ、転送パルスＴＲＡＮａ，ＴＲＡＮｂおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをそれぞれ示す。また、図１１（ｅ）はパルス発生回路５０ａ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１１（ｆ）はパルス発生回路５０ａ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１１（ｇ）はパルス発生回路５０ａ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。
【０１２６】
時刻ｔ０で全てパルスはＯＦＦである。パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ１においてＮ行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮ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にし、Ｎ行目のフローティングディフュージョンＦＤａ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。
【０１２７】
次いで、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけてＮ行目の画素部１０ｂに対する転送パルスＴＲＡＮａをＯＮにし、飽和光量以下の通常光量信号を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。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。
【０１２８】
次いで、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間において全列信号線の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。
【０１２９】
次に、パルス発生回路５０ａは、時刻ｔ８において再びＮ行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＮするとともに、サンプルホールドパルスＳＨＮＣおよび容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＮにし、時刻ｔ９においてＮ行目の画素部１０ｂに対するリセットパルスＲＳおよび行選択パルスＳＥＬＥＣＴをＯＦＦにするとともに、容量部初期化パルスＣＬＮＣをＯＦＦし、Ｎ行目のフローティングディフュージョンＦＤａ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に設定する。
【０１３０】
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ＴＲＡＮｂを通常パルスより低い電圧でＯＮ（不完全ＯＮ）することにより、ＭＯＳトランジスタＱ１１ｂ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ＦＤｂに蓄積されていく。
【０１３１】
転送パルスＴＲＡＮｂ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ＦＤｂ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ＦＤｂ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ＴＲＡＮｂにより、フローティングディフュージョンＦＤｂ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。
【０１３２】
これらフローティングディフュージョンＦＤｂ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ＦＤａ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。
【０１３３】
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部６０で加算することにより、図６および図７に示される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。
【０１３４】
なお、ここでは、実施の形態２の固体撮像装置２についてタイミングを代えて実施したが、固体撮像装置３についてタイミングを代えて、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、スミアを有効利用しつつ暗電流の影響を受けにくい動作にするようにしてもよい。
【０１３５】
なお、実施の形態１から４において、電荷を転送するＭＯＳトランジスタＱ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ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フローティングディフュージョンＦＤａ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。
【０１３６】
また、実施の形態１から４において、フローティングディフュージョンＦＤｂは、完全遮光されており、光電変換素子からの自然漏れ電荷（スミア）が到達しにくいよう第２の転送手段により物理的距離を取り、不要な電荷吸収を防止したフローティングディフュージョンＦＤｂを使用することで、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。
【０１３７】
また、実施の形態１から４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。
【０１３８】
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５）
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。
【０１３９】
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の指示にしたがって、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。
【０１４０】
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できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
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や、携帯電話機等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１の構成を示す回路図である。
【図２】画素部１０ａの平面構成を示す図である。
【図３】固体撮像装置１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４】ポテンシャル電位および電荷の転送状態を示す図である。
【図５】固体撮像装置１の蓄積時間と出力の関係を示す図である。
【図６】固体撮像装置１のダイナミックレンジを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成を示す回路図である。
【図８】固体撮像装置２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９】ポテンシャル電位および電荷の転送状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１１】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。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置２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】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の平面を示す図である。
【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】
【０１４３】
１，２，３  固体撮像装置
１０ａ，１０ｂ  画素部
３０，３０ａ，３０ｂ  雑音信号除去部
５０ａ，５０ｂ  パルス発生回路
６０  信号処理部
７０  加算制御部
ＰＤ  光電変換素子
ＦＤａ，ＦＤｂ  フローティングディフュージョン
Ｑ１１ａ，Ｑ１１ｂ，Ｑ１１ｃ，Ｑ１２，
Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１  ＭＯＳトランジスタ
Ｃ３１  サンプリング容量
Ｃ３２  クランプ容量
ＲＳ  リセットパルス
ＴＲＡＮａ，ＴＲＡＮｂ  転送パルス
ＳＥＬＥＣＴ  行選択パルス
ＳＨＮＣ  サンプルホールドパルス
ＣＬＮＣ  容量部初期化パルス
ＨＳＲ  水平選択パルス
【図１】
2006217548.tif 000003
【図２】
2006217548.tif 000004
【図３】
2006217548.tif 000005
【図４】
2006217548.tif 000006
【図５】
2006217548.tif 000007
【図６】
2006217548.tif 000008
【図７】
2006217548.tif 000009
【図８】
2006217548.tif 000010
【図９】
2006217548.tif 000011
【図１０】
2006217548.tif 000012
【図１１】
2006217548.tif 000013
【図１２】
2006217548.tif 000014
【図１３】
2006217548.tif 000015
【図１４】
2006217548.tif 000016
【図１５】
2006217548.tif 000017