(57)【要約】  複数の画素を有する像センサ。像センサは少なくとも2つ以上の画素は積分時間中に電荷容量を変化させるのに使用される電荷制御構造を有することを特徴とする。また像センサは、画素の光応答曲線の実質的にどの部分も実質的に直線とならないように、実質的な露光時間の開始時では、電荷制御構造又は読み出し機構のいずれかによって実質的にゼロに変化し、かつ、露光時間中を通して、電荷制御構造によって電荷容量は変化することを特徴とする。
2007531406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有し、
前記複数の画素のうち少なくとも2つ以上の画素は、積分時間中に電荷容量を変化させる電荷制御構造を有し、
前記画素の光応答曲線が直線となる領域が実質的に存在しないように、露光時間の実質的開始時では、前記電荷制御構造又は読み出し機構のいずれかによって前記電荷容量は実質的にゼロに変化し、露光時間中、前記電荷容量は前記電荷制御構造によって変化する、
ことを特徴とする像センサ。
【請求項２】
各画素に、実質的に一定の値を乗ずることで前記電荷容量の変化を補償することを特徴とする、請求項1に記載の像センサ。
【請求項３】
前記電荷容量制御構造は、前記光応答曲線を実質的に再現するためにパルスになっていることを特徴とする、請求項1に記載の像センサ。
【請求項４】
前記電荷容量制御構造は、前記光応答曲線を実質的に再現するためにパルスになっていることを特徴とする、請求項2に記載の像センサ。
【請求項５】
参照テーブルは、前記光応答曲線をカラーフィルタ処理用の線形空間に変換するのに使用されることを特徴とする、請求項2に記載の像センサ。
【請求項６】
ゲイン変化値を乗ずる手順はデジタルカメラ内に格納されていることを特徴とする、請求項2に記載の像センサ。
【請求項７】
実質的にフラッシュランプを露光する間中ずっと、前記容量制御構造は所望の光応答曲線を生成することを特徴とする、請求項1に記載の像センサ。
【請求項８】
デジタルカメラ内に備えられ、
線形光応答と非線形光応答とを切り替える機構を有する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の像センサ。
【請求項９】
像はフォトダイオード中で次の像の積分が開始される前に、垂直CCDから実質的に読み出されることを特徴とするインターライン型CCDである、請求項1に記載の像センサ。
【請求項１０】
少なくとも2つ以上の画素が積分時間中に電荷容量を変化させるのに使用される電荷制御構造を有することを特徴する複数の画素を有し、
画素の光応答曲線が直線となる領域が実質的に存在しないように、露光時間の実質的開始時では、前記電荷制御構造又は読み出し機構のいずれかによって前記電荷容量は実質的にゼロに変化し、露光時間中、前記電荷容量は前記電荷制御構造によって変化する、
ことを特徴とする像センサを有するカメラ。
【請求項１１】
各画素に、実質的に一定値を乗ずることで前記電荷容量の変化を補償することを特徴とする、請求項10に記載のカメラ。
【請求項１２】
前記電荷容量制御構造は、前記光応答曲線を実質的に再現するためにパルスになっていることを特徴とする、請求項10に記載のカメラ。
【請求項１３】
前記電荷容量制御構造は、前記光応答曲線を実質的に再現するためにパルスになっていることを特徴とする、請求項11に記載のカメラ。
【請求項１４】
参照テーブルは、前記光応答曲線をカラーフィルタ処理用の線形空間に変換するのに使用されることを特徴とする、請求項11に記載のカメラ。
【請求項１５】
ゲイン変化値を乗ずる手順はデジタルカメラ内に格納されていることを特徴とする、請求項11に記載のカメラ。
【請求項１６】
実質的にフラッシュランプを露光している間中ずっと、前記容量制御構造は所望の光応答曲線を生成することを特徴とする、請求項10に記載のカメラ。
【請求項１７】
前記像センサはデジタルカメラ内に備えられ、線形光応答と非線形光応答とを切り替える機構を有することを特徴とする、請求項10に記載のカメラ。
【請求項１８】
前記像センサは、像がフォトダイオード中で次の像の集積が開始される前に、実質的に垂直CCDから読み出されることを特徴とするインターライン型CCDである、請求項10に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、複数の画素を有する像センサの分野に関する。画素は、改善された拡張ダイナミックレンジでの積分中にその電荷容量を変化させる。
【背景技術】
【０００２】
現実世界を見るとき、目は広範囲の明るさレベルを見ている。同一の景色を見るときには、人は同一の範囲を見ていることが予想される。よく忘れられることだが、人が現実世界を見るときには、明るい領域から暗い領域まで見るので、その人の目は絶えず虹彩で明るさ強度を調節している。明るい太陽光が存在する外の環境では、そのような目の調節の大変さは問題とはならない。明るい太陽光で陰は見にくくなるからである。ただ、写真は影のある暗い環境であっても詳細を表すことが期待される。しかし紙は、太陽によって生成される明るさレベルの範囲に等しくなるだけの十分な光を反射できない恐れがある。ディスプレイの限られた範囲への解決策は、ここでディスプレイとは光を放出する紙又はディスプレイのいずれかである、像の暗い部分を拡大し、明るい部分の強度範囲を圧縮することである。
【０００３】
像センシング装置が景色を取り込むとき、典型的には像景色の明るさレベルに比例する信号レベルを出力する。像ディスプレイへの出力時又は、像取得から表示までの間の中間的手順時において、像の暗い部分は拡大され、像の明るい部分は圧縮される。
【特許文献１】米国特許第3919587号明細書
【特許文献２】米国特許第4626915号明細書
【特許文献３】米国特許第4926247号明細書
【特許文献４】米国特許第5276520号明細書
【特許文献５】米国特許第4598414号明細書
【特許文献６】米国特許第5589880号明細書
【特許文献７】米国特許第5602407号明細書
【特許文献８】米国特許第6008486号明細書
【特許文献９】米国特許第6040570号明細書
【特許文献１０】米国特許第3953733号明細書
【特許文献１１】米国特許第4377755号明細書
【特許文献１２】米国特許第4584606号明細書
【特許文献１３】米国特許第5295001号明細書
【特許文献１４】米国特許第5406391号明細書
【特許文献１５】米国特許第6101294号明細書
【特許文献１６】米国特許第6188433号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
像センサのダイナミックレンジは、最大信号レベルを暗部ノイズ信号(dark  noise  signal)で割った値で定義される。もし出力が直線的（1次関数）である場合、ダイナミックレンジを増大させる唯一の方法は、最大信号レベルの増大、又は暗部ノイズレベルの減少である。もしダイナミックレンジを8倍以上にする必要があるのであれば、これは非常に難しくなる。これは、デジタルディスプレイのビット深度を3ビット以上増大させることと等価である。
【０００５】
別法は、像センシング装置上の像を取り込む点において暗部信号を拡張して、明部信号を圧縮することである。たとえば、フォトキャパシタ又はフォトダイオードのような電荷収集感光性素子のアレイで構成される像センシング装置では、感光性素子が光生成電荷を収集しながら電荷容量を変化させることで、感光性素子のダイナミックレンジを拡大させることが可能となる。この技術は、最初に特許文献1で説明されているように周知である。特許文献1では、表面チャネルCCDの電荷容量が像露光中に変化する。本技術は、垂直オーバーフロードレインインターコネクト型CCD画像生成装置（特許文献3）に応用できるのは明らかであり、それのみならず、CMOS画像生成装置上の垂直オーバーフロードレイン型電荷容量制御構造（特許文献2）にも同様に応用される。横型オーバーフロードレイン電荷容量制御はまた、特許文献4で説明されている装置と同様のインターライン及びCMOS画像生成装置にも有効である。他の種類について説明している特許には、特許文献5から特許文献16が含まれる。
【０００６】
簡明を期すため、垂直オーバーフロードレイン(VOD)型電荷容量制御構造のみを論じることにする。同じ原理は横型電荷容量制御構造にも当てはまる。ダイナミックレンジの根本的な問題は、シリコンフォトダイオードの表面を通り抜けることで1個の電子を生成する光子である。これは線形の過程である。図1を参照すると、露光時間は明るさの低い領域で大きな信号レベルが得られるくらいに長いが、明るさレベルが大きくなってしまうとすぐに飽和してしまう。明るさレベルのより大きい領域で良好な像を得るには、露光時間を短くしなくてはならない（曲線Bで表されている）。曲線Bにおける欠点は明るさレベルの低い領域で生じる。25%の明るさレベルでは、露光時間の長い曲線Aでは10000個の電子が生成される一方で、露光時間の短い曲線Bではわずか2000個の電子しかない。曲線BのS/N比は悪くなってしまう。
【０００７】
曲線Cで表される光応答曲線を有する像センサはより良好である。明るさレベルの低い領域では、その像センサは露光時間が長いときのような応答を示す。しかし、画素がより明るい光に露光される場合には、その画素は電子数20000個を超えたところで感度が落ちるようになる。曲線Cは長い露光時間と短い露光時間との組み合わせである。
【０００８】
2つの露光条件が採用されるとすると、たとえば1つの露光条件は10(ms)で、もう1つを1(ms)にしたものとを組み合わせた条件が採用される。拡張されたダイナミックレンジの像は2つの露光条件から構築されて良い。2つの露光条件は、10ms像中の飽和した画素を1ms像中の飽和していない画素に置き換えることで実現される。この方法は、実のところ重大な欠点を有する古い技術である。それは2つの画を短い時間内で像センサから読み出すことが不可能なことである。100万単位の画素を有するセンサは読み出しに200ms以上を要するだろう。これは、露光の間にとても長い時間を必要とする。像中の物体は200msの間に動いてしまうだろうから、2つの露光条件は空間的に重ならない。
【０００９】
10ms露光に続いて第2の1ms露光を行う代わりに、2つの手順中に電荷容量を変化させながら1回の露光を行う。図2を参照すると、9msの終わりでは、像センサの電子シャッター能力は、電荷容量を電子数20000個以下に制限する。通常、電子シャッターはフォトダイオードから全電子を完全に排除するのに使用される。飽和したフォトダイオードを電子数20000個に制限する電子シャッターが部分的に起動するのを妨げるものは何もない。部分的電子シャッターは含有電子数20000個未満のフォトダイオードに影響を与えない。9msの間に電荷容量を20000電子数に制限した後、電荷容量を40000電子数に増加させ、すでにフォトダイオード中に存在する電子に別な短い露光を付加するために1ms待つ。そこで、各フォトダイオードは計10ms露光されることになる。
【００１０】
その結果が光応答曲線Cを有する像センサである（図1）。この光応答曲線は、長い露光時間での光応答曲線Aと同程度の明るさレベルの低い領域に対する感度を有する。また、長い露光時間での光応答曲線が飽和する点を超えた400%より大きな明るさレベルに対しても感度を有する。4倍の明るさに対する感度はダイナミックレンジ2ビット分を加えることに相当する。
【００１１】
像センサのダイナミックレンジの拡張に関する参考文献があるにも関わらず、この方法は広く使用されているものではない。この方法には根本的な欠点がある。感光性素子の電荷容量を制御するこの方法は、ある1つの要素（又は画素）から隣接要素までの均一性がない。所与の制御電圧で、各画素の電荷容量は10%以上変化するだろう。そのような変化は、望ましくない固定したパターンノイズとして像中に現れる。図3を参照すると、2つの独立した画素の光応答曲線が図示されている。低い明るさレベルでは、2つの画素は所与の明るさで同一の信号を有する。しかし、一旦曲線が傾きを変化させてしまうと、2つの画素はもはや同一の光応答を示さなくなってしまう。先述の例では、これは、電荷容量が電子数20000個に制限される露光条件における最初の9msでの露光に起因している。問題は、所与の電荷容量制御電圧において、2つの画素が厳密に同一の電荷容量を有しないということである。明るさレベルが高いときでの各異なる光応答により、画質は貧弱なもの（固定したパターンノイズ）となる。固定したパターンノイズを補正することは可能だが、デジタルカメラに各画素の光応答に関する詳細な情報を格納させなくてはならない。傾きが変化する明るさレベル、高い明るさレベルのオフセット及び2つの傾きが遷移する領域に関する情報は格納されなくてはならない。これは多量のメモリを消費する。このメモリ消費は、この技術が広く使用されない主要な理由である。
【００１２】
従って、従来技術はその固定したパターンノイズを除去する単純な方法を与えてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上述の問題のうちの1つ以上の解決を目指す。簡単にまとめると、本発明の態様に従うと、本発明には、複数の画素を有する像センサが備えられている。少なくとも2つ以上の画素は、積分時間中に電荷容量を変化させるのに使用される電荷制御構造を有することを特徴とする。そして、画素の光応答曲線が線形となる領域が実質的に存在しないように、露光時間の実質的開始時では、電荷制御構造又は読み出し機構のいずれかによって電荷容量は実質的にゼロに変化し、露光時間中、電荷容量は電荷制御構造によって変化することを特徴とする。
【００１４】
本発明の、これら及び他の態様、目的、特徴並びに利点は、好適実施例に関する以下の詳細な説明及び添付の請求項、及び添付の図の参照から明らかになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、像センサのダイナミックレンジを拡張する装置の固定パターンノイズを補正する単純な方法を与えるという長所を有する。
【実施例】
【００１６】
図4を参照すると、インターライン型CCD像センサ100が図示されている。像センサ100はフォトダイオード105のアレイで構成され、フォトダイオード105は、その各列に隣接する垂直CCDシフトレジスタ110を有する。像読み出しシーケンスは、トランスファー領域125を通るフォトダイオード105中の光生成電荷を垂直CCD110へ移行することで開始される。続いて、全列の垂直CCD中の電荷は同時に、1行分平行移動し、水平CCD115へ移動する。水平CCD115へ移動する各行は同時に連続的に1画素分移動し、出力電荷センシングノードへ移動する。
【００１７】
フォトダイオード105及び垂直CCD110を介して水平に延在する詳細な断面図を図5に示す。好適実施例では、構造全体はn型シリコン基板上210上に構築される。基板210では、p型井戸205が形成され、垂直CCDのn型チャネル200を基板210から隔離している。垂直CCDチャネル200を通過する電子の流れは多結晶シリコンゲート220によって制御される。垂直CCDチャネル200はまた、不透明な光シールド225で被覆され、垂直CCDチャネル200内で直接的に電子が光によって生成されるのを防いでいる。光子がシリコン表面を突き抜けて進行して、フォトダイオード105中に電子を生成することを可能にするため、光シールド225には開口部がある。フォトダイオード105は、軽ドープp型垂直オーバーフロードレイン215によって基板210から隔離されている。フォトダイオード105の表面ポテンシャルは、p型固定層230によって0[V]に保持される。p型固定層230はまた、フォトダイオード105と垂直CCDチャネル200とを隔離する層としても機能する。
【００１８】
フォトダイオード105の電荷容量は、基板210に印加される電圧によって制御される。基板210上の制御電圧は、図6aから図6dで図示しているように、フォトダイオード105と基板210との間のポテンシャルエネルギーバリアに影響を与える。図6aでは、表面ポテンシャルを0[V]に保持する表面固定層230内に正孔310（正の電荷を有する担体）が存在する。シリコンのドーピングレベルが深さに伴って変化することで、フォトダイオード105に、光生成電子300が集まることが可能なポテンシャルエネルギー井戸を生成する。図6aは、基板210の電圧が、フォトダイオード105の電荷容量を20000電子数以下に設定する14Vである場合を図示している。図6bは、フォトダイオードが電荷で満たされ、余剰電子が垂直オーバーフロードレインへあふれ出し、基板210に回収されるときに起こる状態を図示している。図6cでは基板電圧が9[V]まで減少することでフォトダイオードの容量が40000電子数まで増加している、ここで図示されているように、フォトダイオードの電荷容量は基板電圧によって調節されている。図6dは、垂直オーバーフロードレインバリアを完全に除去し、フォトダイオードの容量を0にまで減少させるのに十分なだけ高く基板電圧を増加させるにはどのようにすれば可能なのかを図示している。これは、インターライン型CCDにおいて電子シャッターを実装するのに一般的に使用されている。
【００１９】
ここで、フォトダイオードの電荷容量を制御ができることで、どのようにして非線形光応答を実現するのかについて説明する。2つの線形傾きを有する図7の曲線Cは最も理解しやすい。フォトダイオードの電荷容量を調節することで光応答曲線を自在に変更できる。低い明るさレベルでの光応答の傾きは像センサの量子効率によって決定される。高い明るさレベルでの傾きは、フォトダイオードの電荷容量が20000電子数に再設定された前後の時間の比によって設定される。露光時間90%においてフォトダイオードの電荷容量を20000電子数へ減少させることで図7の光応答曲線Cが得られる。光応答曲線の傾きは、全100%露光（図7の曲線A）の傾きよりも、90%/10%=9倍小さい。曲線Bは、露光時間85%でのフォトダイオードの電荷容量を20000電子数に減少させ、曲線Dは、露光時間95%でのフォトダイオードの電荷容量を20000電子数に減少させる様子をそれぞれ図示している。図8は、図7の各曲線におけるフォトダイオードの電荷容量の時間変化を図示している。
【００２０】
光応答曲線の傾きが変化する信号レベルは、フォトダイオードの電荷容量が再設定される値によって設定される。図9の各曲線では、部分的電子シャッターが同時に実行される、図9の曲線全ては高い明るさレベルで同一の傾きを有する（露光中に電荷容量が変化しない曲線Aは除く）。図10は、図9の各曲線におけるフォトダイオードの電荷容量の時間変化を図示している。
【００２１】
図11は、光応答が図7及び図9で図示されているようなただ2つの傾きだけに限定されないことを示している。図11中の光応答（曲線B）の傾きが変化する点は、図12における電荷容量ステップの振幅によって決定される。たとえば、曲線Bでは3つのステップである。電荷容量変化のタイミングは光応答曲線の傾きを決定する。
【００２２】
付加的な電荷容量変化が与えられる場合、図13の連続的な光応答曲線Bを得ることが可能である。それに対して、曲線Aでは露光中の電荷容量は一定である。滑らかな非線形光応答曲線を生成するため、図14の電荷容量変化は何度も、又露光時間中に連続的に生じて良い。
【００２３】
図13の非線形光応答曲線は、像の表示に使用されるガンマ補正にどことなく似ている。しかし依然として、明るさレベルの低いところで信号を大きく減少させ、2.5倍することで高い光感度を拡張するだけである。この解決法は、図14における電荷容量の直線傾斜を使用しない。
【００２４】
図15の改善された光応答曲線Cのダイナミックレンジは、曲線Aのダイナミックレンジの4倍である。この値は、図16の電荷容量曲線Bの直線傾斜を調節することで得られる。曲線Cは最初、露光初期ではBよりも早く電荷容量を増加させる。これにより、明るさレベルの低いところでの光応答レベルは改善される。露光がほぼ半分まで進んだところで、電荷容量は最初よりもゆっくりと増加する。そのような増加傾向は露光終了の5%まで続き、最後の5%で急激に40000電子数まで増加する。高い明るさレベル又は低い明るさレベルでの光応答の感度を調節するため、矢印E及び矢印Fで示される方向に、曲線C上の2つのノードを移動させる。
【００２５】
光応答曲線は以下の制限に従って生成されて良い。
・1次微分係数が正である。
・2次微分係数が0以下である。
・光応答は、電荷容量が一定に保持されているときよりも小さい。
図17の曲線Cのように電荷容量が連続的に変化する代わりに、電荷容量は図17の曲線Bのように一定時間あけて放出されるパルスであって良い。パルス振幅の包絡線は曲線Cのようになる。電荷容量をパルスにするのは、デジタルカメラの設計において有利であろう。それは、インターライン型CCDの電荷容量を変化させるのに必要な基板電圧は15[V]よりも上昇しなくてはならないと考えられるからである。15[V]より大きな電圧は一般に発生が困難である。その代わり、15[V]より高い電圧又は小さなパワー供給を導くのに電荷ポンプ回路を使用することが可能である。最も単純な電荷ポンプ回路は、非常に短い時間周期で高電圧を発生させるだけで良い。従って、図17で図示されているパルス状電荷容量技術が使用される。
【００２６】
光応答の均一性の問題についてここで検討する。これまでのところ、電荷容量が像露光中に連続的に変化する場合には、フォトダイオードは非線形光応答を有することが示されてきた。図18は、2つの隣接する画素の光応答曲線を図示している。この場合、電荷容量は図16で図示されているように全露光で連続的に変化する。2つの隣接する画素はわずかに異なる光応答を有する。しかし図19は、画素1の光応答と画素2の光応答との比を図示している。この比は、全明るさレベルにおいて実質的に一定である。このことは、オーバーフロードレイン変化により像中の全画素における光応答不均一性が、1画素につき1つの数を格納することで補正可能であることを意味する。その数はゲイン補正項である。ゲイン補正は、全明るさレベル及び全露光時間で一定である。これは、デジタルカメラにおける像処理を大きく単純化する。
【００２７】
光応答不均一性補正の単一項を有効にする連続的に可変な電荷容量の使用は、ダイナミックレンジの拡張に関する如何なる従来技術によっても示されてこなかった。
【００２８】
インターライン型CCD像センサの使用を前提として、本発明は説明されてきた。インターライン型CCDがビデオモードで動作するとき、過去の像を垂直CCDに読み出しながら像をフォトダイオードに集める。垂直CCDの電荷パケットの存在はそれに隣接するフォトダイオードの電荷容量に影響を与える。このような電荷容量の変調は、フォトダイオードの電荷容量を変化させることによって生成される光応答曲線を変化させる。この問題の解決法は、過去の像が垂直CCDから読み出されるまでフォトダイオード中での次の像の集積を開始しないことである。
【００２９】
当業者は、本発明が、制御可能な水平型又は垂直型オーバーフロードレイン電荷容量制御構造を有するフルフレームCCD型像センサにも適用可能であることにすぐ気づく。また、フォトダイオード又はフォトキャパシタを使用するCMOS型の像生成装置もまた、本発明を実装するために水平型又は垂直型オーバーフロードレイン電荷容量制御構造を使用することが可能である。像生成装置には様々な種類が存在するが、それら全ては電荷容量制御構造を有する、光生成電荷を回収する基本構造を有する。
【００３０】
図20は、固定したパターンノイズが補正された拡張ダイナミックレンジで動作する像センサ600を使用したデジタルカメラを図示している。デジタルカメラは内部にゲイン補正項を記憶している。一旦ゲイン補正項が画素に適用され、固定したパターンノイズが減少すると、さらなる像処理の実行が可能となる。カメラ中の像センサが、ベイヤカラーフィルタのようなカラーフィルタアレイを有する場合、カラーフィルタ処理は一般に線形データ上で実行される必要がある。非線形光応答を線形光応答に変換するのに、内部参照テーブルを使用して良い。参照テーブルはカメラ内で生成及び格納され、非線形光応答曲線を適合させる。デジタルカメラはまた任意で、カメラに取り付けられた、又はカメラと分離したフラッシュ発光ユニット620を使用しても良い。
【００３１】
像センサの露光はまた、カメラによってフラッシュランプ発光源620と同期させることが可能である。そのようなフラッシュランプ光源は短い発光時間を有する。フラッシュランプを有する非線形光応答を得るため、フラッシュランプが発光する期間中に電荷容量は変化する。
【００３２】
デジタルスチルカメラの場合、像センサが像を読み出している一方で、シャッターは像センサからの光を遮断するのに使用される。シャッターはまた、フラッシュランプの発光が必要な場合に外部フラッシュランプと同期させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術における、光レベルに対する信号変化を図示したグラフである。
【図２】従来技術における、時間に対する電荷容量変化を図示したグラフである。
【図３】従来技術における、2つの隣接する画素の光応答を図示したグラフである。
【図４】本発明の像センサの上面図である。
【図５】図4の像センサの側面図である。
【図６ａ】シリコンフォトダイオード表面から途中垂直オーバーフロードレインを経由して基板まで拡張する範囲のポテンシャルエネルギープロファイルを図示している。
【図６ｂ】シリコンフォトダイオード表面から途中垂直オーバーフロードレインを経由して基板まで拡張する範囲のポテンシャルエネルギープロファイルを図示している。
【図６ｃ】シリコンフォトダイオード表面から途中垂直オーバーフロードレインを経由して基板まで拡張する範囲のポテンシャルエネルギープロファイルを図示している。
【図６ｄ】シリコンフォトダイオード表面から途中垂直オーバーフロードレインを経由して基板まで拡張する範囲のポテンシャルエネルギープロファイルを図示している。
【図７】複数の露光時間での光レベルに対する信号変化を図示したグラフである。
【図８】図7の応答曲線における電荷容量の時間変化を図示したグラフである。
【図９】部分的電子シャッターの振幅を変化させることで発生する信号の光レベルに対する変化を図示するグラフである。
【図１０】図9の応答曲線での電荷容量の時間変化を図示するグラフである。
【図１１】信号の代表的な部分が3つの傾きを有することを特徴とする信号の光レベルに対する変化を図示したグラフである。
【図１２】図11の応答曲線における電荷容量の時間変化を図示したグラフである。
【図１３】積分時間中に変化する電荷容量での信号の光レベルに対する変化を図示したグラフである。
【図１４】図13の応答曲線における電荷容量の時間変化を図示したグラフである。
【図１５】改善されたダイナミックレンジでの光レベルに対する信号変化を図示するグラフである。
【図１６】図15の応答曲線における電荷容量の時間変化を図示したグラフである。
【図１７】一連のパルスによる電荷容量の連続的時間変化をシミュレートするグラフである。
【図１８】積分時間に対して連続的に変化する電荷を有する2つの隣接する画素のグラフである。
【図１９】図18の画素の光応答を図示している。ここで画素は、画素1と画素2との比で表されている。
【図２０】本発明のイメージセンサの典型的商業用実施例を表すデジタルカメラである。
【符号の説明】
【００３４】
100  像センサ
105  フォトダイオード
110  CCDシフトレジスタ
115  水平CCD
120  電荷検出ノード
125  トランスファー領域
200  垂直CCDのn型チャネル
205  p型井戸
210  n型シリコン基板
215  p型垂直オーバーフロードレイン
220  ポリシリコンゲート
225  光シールド
230  固定層(pining  layer)
300  光生成電子
310  正孔（正の電荷を有する担体）
600  像センサ
610  デジタルカメラ
620  発光ユニット
A  曲線
B  曲線
C  曲線
D  曲線
E  矢印
F  矢印
【図１】
2007531406.tif 000003
【図２】
2007531406.tif 000004
【図３】
2007531406.tif 000005
【図４】
2007531406.tif 000006
【図５】
2007531406.tif 000007
【図６ａ】
2007531406.tif 000008
【図６ｂ】
2007531406.tif 000009
【図６ｃ】
2007531406.tif 000010
【図６ｄ】
2007531406.tif 000011
【図７】
2007531406.tif 000012
【図８】
2007531406.tif 000013
【図９】
2007531406.tif 000014
【図１０】
2007531406.tif 000015
【図１１】
2007531406.tif 000016
【図１２】
2007531406.tif 000017
【図１３】
2007531406.tif 000018
【図１４】
2007531406.tif 000019
【図１５】
2007531406.tif 000020
【図１６】
2007531406.tif 000021
【図１７】
2007531406.tif 000022
【図１８】
2007531406.tif 000023
【図１９】
2007531406.tif 000024
【図２０】
2007531406.tif 000025
【国際調査報告】
2007531406.tif 000026
2007531406.tif 000027
2007531406.tif 000028