(57)【要約】【課題】広いダイナミックレンジを良好に得ることができる固体撮像装置およびその信号読み出し方法を提供する。【解決手段】固体撮像装置の撮像素子１０は、受光部１２、蓄積部１４および水平ＣＣＤ部１６で略構成される。蓄積部１４は、一時蓄積ＣＣＤ２２、電荷加算ＣＣＤ２４およびメモリＣＣＤ２６からなる。フォトダイオード１８の信号電荷は、１フレームの１／ｎの期間ごとに読み出され、垂直ＣＣＤ部２０に転送される。垂直ＣＣＤ部２０の信号電荷は、一時蓄積ＣＣＤ２２に転送され、さらに、電荷加算ＣＣＤ２４に転送される。この動作をｎ回繰り返すことで、１フレームのｎ倍の速度でｎ回読み出した信号を画素ごとに加算し、その総和電荷を電荷加算ＣＣＤ２４に蓄積する。さらに、メモリＣＣＤ２６から撮像素子１０の外部へ信号が読み出される。【選択図】　　　図５
2004032526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を電荷に変換する、画素ごとに設けられたフォトダイオードと、該フォトダイオードで発生した該電荷がフレーム期間中に蓄積され、該電荷が全画素同時に並列に転送される垂直ＣＣＤ部と、該垂直ＣＣＤ部に転送された該電荷が転送される蓄積ＣＣＤ部と、該蓄積ＣＣＤ部に転送された該電荷が転送される水平ＣＣＤ部とを備え、水平走査により転送して出力を得る固体撮像装置において、
該電荷は、１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で読み出されて、ｎ個の信号電荷とされ、
該蓄積ＣＣＤ部が、該信号電荷が各画素に対応して一時的に蓄積される一時蓄積ＣＣＤと、該信号電荷を各画素に対応して総和する総和ＣＣＤとを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記蓄積ＣＣＤ部は、前記総和された信号電荷が各画素に対応して転送されるメモリＣＣＤをさらに含む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】
画素ごとに設けられたフォトダイオードで入射した光が変換された電荷を垂直ＣＣＤ部、蓄積ＣＣＤ部および水平ＣＣＤ部を介して水平走査により転送して出力を得る固体撮像装置の信号読み出し方法において、
該電荷を１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で、ｎ個の信号電荷として該フォトダイオードから該垂直ＣＣＤ部へ転送する垂直ＣＣＤ部転送工程と、
該垂直ＣＣＤ部に転送された該信号電荷を各画素に対応した蓄積ＣＣＤ部に転送する蓄積ＣＣＤ部転送工程と、
該蓄積ＣＣＤ部に転送された該ｎ個の信号電荷を一時蓄積ＣＣＤに一時的に蓄積し、さらに総和ＣＣＤにおいて該ｎ個の信号電荷を総和した後、水平ＣＣＤ部に転送する水平ＣＣＤ部転送工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の信号読み出し方法。
【請求項４】
前記水平ＣＣＤ部転送工程において、前記一時蓄積ＣＣＤから前記総和ＣＣＤに信号電荷を転送する際に、該一時蓄積ＣＣＤの電位よりも該総和ＣＣＤの電位を高く設定しておくことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置の信号読み出し方法。
【請求項５】
前記水平ＣＣＤ部転送工程において、前記総和された信号電荷がメモリＣＣＤに転送された後、出力されることを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像装置の信号読み出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置およびその信号の読み出し方法に関し、より詳細には、ＣＣＤ型固体撮像装置およびその信号の読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、信号電荷の読み出し方式の違いにより複数の型があるが、このうちの１つとしてＣＣＤ型がある。
【０００３】
一般的なＣＣＤ型固体撮像装置として、例えば、ＦＩＴ（フレームインライン転送）−ＣＣＤ型固体撮像装置が知られている。
【０００４】
ＦＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置では、例えば図１に示すように、画素ごとのフォトダイオード１で光電変換された信号電荷は、フレーム（画像の１画面）期間中に蓄積された後、全画素同時に垂直ゲートで並列に垂直ＣＣＤ２に転送される。垂直ＣＣＤ２に転送された信号電荷は、極めて短時間の後述する垂直帰線期間内に、蓄積ＣＣＤ５に送られる。そして、フォトダイオード１でつぎのフレームの露光が行われる間に、蓄積ＣＣＤ５では一段ずつ下方に信号電荷が送られ、最下段の蓄積ＣＣＤ５から水平ＣＣＤ３に信号電荷が転送される。
【０００５】
しかしながら、この場合、生成される信号電荷は、入射光量が過大なとき、フォトダイオードの飽和レベルまでは光量に比例して増加するが、それ以上の光量では変化しない。すなわち、固体撮像装置のダイナミックレンジが制限される。
【０００６】
ダイナミックレンジを広げる方法として、フォトダイオードを有効走査期間内に長時間露光した信号と、垂直帰線期間内に短時間露光した信号とを合成する方法が提案されている（米山　他、「単板Ｈｙｐｅｒ−Ｄカラーカメラ信号処理方式の開発」、映情学会技術報告Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３，ｐｐ１−６，１９９８）。
【０００７】
上記の信号読み出し方法について、図２〜３を参照して説明する。図２は撮像素子の構成を、図３は動作を説明するためのタイミングチャートを、図４（ａ）は２つの信号の出力特性を、図４（ｂ）は合成された信号の出力特性を、それぞれ示す。
【０００８】
図２に示すように、有効走査期間において露光して生成された、言わば通常の信号（ｌｏｎｇ：以下、Ｌと表示する。）は、フォトダイオード１から垂直ＣＣＤ２に読み出される。また、有効走査期間に引き続く、垂直帰線期間に露光された信号（ｓｈｏｒｔ：以下、Ｓと表示する。）は、フォトダイオード１から垂直ＣＣＤ２の信号Ｌ間の空き領域に読み出される。そして、信号Ｌ、Ｓは、独立に水平ＣＣＤ３を通して出力され、外部ＬＳＩ４で合成される。
【０００９】
この場合、図４（ａ）に示すように、信号Ｌは、フォトダイオード１の飽和レベルまでは光量に比例して増加するが、それ以上の光量では変化しない。一方、信号Ｓは、光量に比例して増加する。なお、表示上、図４（ａ）の縦軸の信号量は、それぞれ１フレーム期間に累積された信号量を示すため、横軸の同一入射光量における各信号Ｌ、Ｓの信号量は異なる。信号Ｌ、Ｓを合成した信号（ｍｉｘ）は、図４（ｂ）に示すように、信号Ｓにあるオフセットを加えた信号を信号Ｌに付加することで、強い入射光量の範囲においても信号量として飽和することがなく、光量に応じて増加するため、撮像素子としてのダイナミックレンジを広くすることができるとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイナミックレンジを広くすることができるように工夫された上記の信号読み出し方法は、信号Ｓの電荷蓄積時間が短いため、光ショットノイズに対するＳ／Ｎが良くない。このため、合成信号（ｍｉｘ）において、信号Ｌを用いる光量の範囲と、信号Ｓを用いる光量の範囲の繋ぎ目を境にＳ／Ｎが急に変化し、後者の光量の範囲においてのみＳ／Ｎの劣化が起きる。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、広いダイナミックレンジを良好に得ることができる固体撮像装置およびその信号読み出し方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、入射した光を電荷に変換する、画素ごとに設けられたフォトダイオードと、該フォトダイオードで発生した該電荷がフレーム期間中に蓄積され、該電荷が全画素同時に並列に転送される垂直ＣＣＤ部と、該垂直ＣＣＤ部に転送された該電荷が転送される蓄積ＣＣＤ部と、該蓄積ＣＣＤ部に転送された該電荷が転送される水平ＣＣＤ部とを備え、水平走査により転送して出力を得る固体撮像装置において、該電荷は、１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で読み出されて、ｎ個の信号電荷とされ、該蓄積ＣＣＤ部が、該信号電荷が各画素に対応して一時的に蓄積される一時蓄積ＣＣＤと、該信号電荷を各画素に対応して総和する総和ＣＣＤとを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法は、該電荷を１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で、ｎ個の信号電荷として該フォトダイオードから該垂直ＣＣＤ部へ転送する垂直ＣＣＤ部転送工程と、該垂直ＣＣＤ部に転送された該信号電荷を各画素に対応した蓄積ＣＣＤ部に転送する蓄積ＣＣＤ部転送工程と、該蓄積ＣＣＤ部に転送された該ｎ個の信号電荷を一時蓄積ＣＣＤに一時的に蓄積し、さらに総和ＣＣＤにおいて該ｎ個の信号電荷を総和した後、水平ＣＣＤ部に転送する水平ＣＣＤ部転送工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
これにより、読み出される１回当たりの電荷量が凡そ全体の１／ｎ以下となるため、強い入射光量の範囲であってもフォトダイオードでの電荷の蓄積が飽和してしまうことがなく、広いダイナミックレンジを得ることができる。また、信号電荷を各画素に対応して総和する機能を水平ＣＣＤ以降の出力部に設ける必要がなく、従来の水平ＣＣＤ以降の出力部を用いることができる。
【００１５】
また、本発明に係る固体撮像装置において、前記蓄積ＣＣＤ部は、前記総和された信号電荷が各画素に対応して転送されるメモリＣＣＤをさらに含み、また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法は、前記水平ＣＣＤ部転送工程において、前記総和された信号電荷がメモリＣＣＤに転送された後、出力されると、電荷の総和を読み出す際に、高速読み出しを行う必要がないため、撮像素子の多画素化に対応できる。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法は、前記水平ＣＣＤ部転送工程において、前記一時蓄積ＣＣＤから前記総和ＣＣＤに信号電荷を転送する際に、該一時蓄積ＣＣＤの電位よりも該総和ＣＣＤの電位を高く設定しておくと、総和ＣＣＤにおいて格別の構成を設けることなく、一時蓄積ＣＣＤから転送された信号電荷を全て蓄積することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る固体撮像装置およびその信号読み出し方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００１８】
まず、本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置およびその信号読み出し方法について、図５を参照して説明する。
【００１９】
本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置の撮像素子１０は、受光部１２、蓄積部（蓄積ＣＣＤ部）１４および水平ＣＣＤ部１６で略構成されている。
【００２０】
受光部１２には、画素ごとに設けられたフォトダイオード１８と、信号電荷（電荷）９を読み出される（転送される）垂直ＣＣＤ部２０とが配置されている。
【００２１】
蓄積部（蓄積ＣＣＤ部）１４は、一時蓄積ＣＣＤ２２、電荷加算ＣＣＤ（総和ＣＣＤ）２４およびメモリＣＣＤ２６からなる。蓄積部１４は、受光部１２の領域の外に配置されており、これにより、蓄積ＣＣＤ部を設けることによる開口率の低下を来たすことがない。
【００２２】
上記のように構成した固体撮像装置において、フォトダイオード１８に入射した光によって、信号電荷が生成され、フォトダイオード１８に蓄積される。
【００２３】
フォトダイオード１８の信号電荷は、１フレームの１／ｎの期間（ここでｎは２以上の自然数。以下、この期間を便宜的にサブフレームという。）ごとに読み出される。
【００２４】
１サブフレームの蓄積時間の後、フォトダイオード１８の信号電荷は、全画素同時に、並列に垂直ＣＣＤ部２０に転送される（垂直ＣＣＤ部転送工程）。垂直ＣＣＤ部２０の信号電荷は、一時蓄積ＣＣＤ２２に一段ずつ下方に転送される。
【００２５】
垂直ＣＣＤ部２０の信号電荷が全て一時蓄積ＣＣＤ２２に転送された後、一時蓄積ＣＣＤ２２の信号電荷は、全画素同時に、並列に電荷加算ＣＣＤ２４に転送される（蓄積ＣＣＤ部転送工程）。
【００２６】
フォトダイオード１８の信号電荷が垂直ＣＣＤ部２０に転送された以降電荷加算ＣＣＤ２４に転送されるまでの上記の一連の動作は、次のサブフレーム期間内に完結する。
【００２７】
以上説明した１サブフレーム期間の動作を、サブフレームごとにｎ回繰り返すことで、１フレームのｎ倍の速度でｎ回読み出した信号を画素ごとに加算（総和）し、その総和電荷を電荷加算ＣＣＤ２４に蓄積した後、出力する（水平ＣＣＤ部転送工程）。
【００２８】
このとき、フォトダイオード１８は、平均的には最大で１フレームの１／ｎに相当する信号電荷が蓄積されるに過ぎないため、強い入射光量の範囲であっても信号電荷が飽和するおそれがない。
【００２９】
また、電荷加算ＣＣＤ２４は、フォトダイオード１８で蓄積される信号電荷の少なくともｎ倍の信号電荷蓄積容量をもつ。このような電荷加算ＣＣＤ２４は、電荷加算ＣＣＤ２４の面積を大きくすることで、あるいはまた、電荷加算ＣＣＤ２４の電位を制御することで実現することができる。
【００３０】
前者の電荷加算ＣＣＤ２４の面積を大きくする場合、好ましくは、電荷加算ＣＣＤ２４を図５中上下方向に長い長方形に形成する。これにより、電荷加算ＣＣＤ２４を正方形に大きく形成したときに電荷加算ＣＣＤ２４と対応した位置に配置されるフォトダイオード１８同士の間隔が大きくなって受光部の面積が大きくなる不具合を来たすことがない。このため、撮像素子１０の画素の微細化、多画素化にも対応できる。後者の電荷加算ＣＣＤ２４の電位を制御する場合については、図７とともに後述する。
【００３１】
本実施の形態例に係る固体撮像装置の１画素についての信号読み出し動作について、図６のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図６において、表示の便宜上、蓄積される電荷は時間経過に伴い直線的に増加するように表示しているが、光の強さが変化する場合は電荷は曲線的に増加する。
【００３２】
サブフレーム１の期間、入射光によってフォトダイオード１８の信号電荷は時間とともに増加する。ここで、サブフレーム１で蓄積された信号電荷をＱ１と表記する。
【００３３】
サブフレーム１終了後、時刻ｔ１０において、フォトダイオード１８の信号電荷Ｑ１は垂直ＣＣＤ部２０に転送される。フォトダイオード１８では、次のサブフレーム（サブフレーム２）の信号電荷が蓄積される。
【００３４】
サブフレーム２の期間、フォトダイオード１８での電荷の蓄積と並列に、サブフレーム１の信号電荷Ｑ１の転送が行われる。
【００３５】
すなわち、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１２の間に、フォトダイオード１８の信号電荷Ｑ１は垂直ＣＣＤ部２０から一時蓄積ＣＣＤ２２に一段ずつ下方に信号電荷Ｑ１が転送される。
【００３６】
図６では、注目する画素の信号電荷が時刻ｔ１１で一時蓄積ＣＣＤ２２に転送された様子を示している。この注目する画素が転送される時刻ｔ１１は、注目する画素が何行目の画素であるかによって、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１２の間で画素ごとに異なる。また、図６では、注目する１画素に対する、１列分の垂直ＣＣＤ部２０の信号電荷をまとめて表示しているため、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１の期間で垂直ＣＣＤ部２０の信号電荷はＱ１のままであるが、実際には垂直ＣＣＤ部２０を構成する各ＣＣＤ間で下方に転送が行われている。
【００３７】
時刻ｔ１２において、全ての画素の信号電荷が一時蓄積ＣＣＤ２２に転送される。
【００３８】
また、時刻ｔ１２において、一時蓄積ＣＣＤ２２の信号電荷が全画素同時に、並列に電荷加算ＣＣＤ２４に転送される。
【００３９】
つぎに、時刻ｔ２０において、サブフレーム２の蓄積が終了し、サブフレーム２で蓄積された信号電荷Ｑ２が、信号電荷Ｑ１の場合と同様の手順で、転送される。
【００４０】
時刻ｔ２２において、信号電荷Ｑ２が、一時蓄積ＣＣＤ２２から電荷加算ＣＣＤ２４に転送される。
【００４１】
電荷加算ＣＣＤ２４では、時刻ｔ２２以前に蓄積している信号電荷Ｑ１に一時蓄積ＣＣＤ２２から転送された信号電荷Ｑ２が加算（総和）され、総和信号電荷（Ｑ１＋Ｑ２）が蓄積される。
【００４２】
ここで、上記の一時蓄積ＣＣＤ２２から電荷加算ＣＣＤ２４に信号電荷が転送されて加算される動作について、図７の電位分布図を参照して説明する。図７（ａ）は転送前の状態を示し、図７（ｂ）は転送後の状態を示す。
【００４３】
サブフレームｋ（ｋ＝１、２、…ｎ）において蓄積した信号電荷Ｑｋが加算される動作を考える。
【００４４】
蓄積前の状態では、信号電荷Ｑｋは一時蓄積ＣＣＤ２２にあり、サブフレーム１〜サブフレームｋ−１までの総和電荷Σｉ＝１ｋ−１Ｑｉが電荷加算ＣＣＤ２４に蓄積されている。
【００４５】
一時蓄積ＣＣＤ２２と電荷加算ＣＣＤ２４の間に設けた転送ゲートをＯＮさせることで、一時蓄積ＣＣＤ２２と電荷加算ＣＣＤ２４との間の電位の障壁がなくなり、一時蓄積ＣＣＤ２２にあった信号電荷Ｑｋは電荷加算ＣＣＤ２４に転送される。このとき、電荷加算ＣＣＤ２４の電位を一時蓄積ＣＣＤ２２の電位よりも常に高くしておく。この電荷加算ＣＣＤ２４および一時蓄積ＣＣＤ２２電位の高低差により、電荷加算ＣＣＤ２４から一時蓄積ＣＣＤ２２への信号電荷の流出が防止される。このような電荷加算ＣＣＤ２４の電位を制御する方法としては、ＣＣＤ素子のＳｉ基板への不純物打ち込みによる方法や、電荷加算ＣＣＤ２４のゲート電極に高い電圧をかける方法等を採用することができ、あるいは、これらの方法を併用してもよい。
【００４６】
以後、同様に、一時蓄積ＣＣＤ２２から電荷加算ＣＣＤ２４に信号電荷が転送されて加算される動作を繰り返すことにより、１フレームの終り、厳密には図６に示すようにつぎのフレームのサブフレーム１の終わりには、電荷加算ＣＣＤ２４には、総和電荷Σｉ＝１ｎＱｉが蓄積される。
【００４７】
このように、信号電荷を１フレームのｎ倍の速さで読み出すことにより、１フレームごとに読み出す場合にはフォトダイオードが飽和してしまうような強い光に対しても、飽和する前に信号電荷を読み出せるので、ダイナミックレンジをｎ倍に拡大することができる。
【００４８】
また、１フレーム期間の全ての信号電荷を用いるので、光ショットノイズによるＳ／Ｎの悪化を来たすことがない。
【００４９】
つぎに、電荷加算ＣＣＤ２４に蓄積された信号電荷を読み出す動作について説明する。
【００５０】
１フレーム目の信号電荷の加算は、１フレーム目が終了する時刻ｔｎ０ではなく、次のフレームの時刻ｔｎ２に終了する。そして、電荷加算ＣＣＤ２４には、１フレーム目の総和電荷Σｉ＝１ｎＱｉが蓄積される。
【００５１】
この総和電荷Σｉ＝１ｎＱｉは、同じく時刻ｔｎ２に、電荷加算ＣＣＤ２４からメモリＣＣＤ２６に、全画素同時に転送される。
【００５２】
時刻ｔｎ２から１フレーム期間かけて、メモリＣＣＤ２６から撮像素子１０の外部へ信号を読み出す動作が行われる。
【００５３】
すなわち、メモリＣＣＤ２６の信号電荷は、水平ＣＣＤ１６に１段ずつ下方に転送される。水平ＣＣＤ１６は、１段ずつ信号電荷が転送されるたびに、１行分の信号電荷を水平方向に転送して出力する（図５参照。）。
【００５４】
このメモリＣＣＤ２６の信号電荷を水平ＣＣＤ１６を通して出力する動作は、全画素分を読み出すのに１フレームかけることができるため、読み出し速度は通常のＣＣＤと同じであり、高速読み出しを行う必要がないため、撮像素子の多画素化にも対応できる。
【００５５】
つぎに、本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置について、図８を参照して説明する。なお、本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置の撮像素子の基本的な構成は、本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置の撮像素子１０と同様であるため、同一の構成要素については同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置の撮像素子２８は、蓄積部１４とは別の領域にメモリ部３０が設けられ、メモリ部３０にメモリＣＣＤ２６が配置されている点が撮像素子１０と相違する。
【００５７】
本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置において、フォトダイオード１８の信号電荷が、総和電荷Σｉ＝１ｎＱｉとして時刻ｔｎ２に電荷加算ＣＣＤ２４に蓄積されるまでの動作は、本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置の上記の動作と同じである。
【００５８】
本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置では、電荷加算ＣＣＤ２４の総和電荷Σｉ＝１ｎＱｉは、全画素同時ではなく、１段ずつ下方にメモリＣＣＤ２６に転送される。この転送は、図６の時刻ｔｎ２〜時刻ｔ（ｎ＋１）０の短時間のうちに行われ、時刻時刻ｔ（ｎ＋１）０において、全ての画素の信号電荷がメモリＣＣＤ２６に転送される。
【００５９】
時刻ｔ（ｎ＋１）０から１フレーム期間かけて、メモリＣＣＤ２６から撮像素子１０の外部へ信号を読み出す動作が行われる。
【００６０】
すなわち、メモリＣＣＤ２６の信号電荷は、水平ＣＣＤ１６に１段ずつ下方に転送される。水平ＣＣＤ１６は、１段ずつ信号電荷が転送されるたびに、１行分の信号電荷を水平方向に転送して出力する。
【００６１】
本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置は、本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置は、メモリＣＣＤ２６を配置したメモリ部３０が蓄積部１４とは別の領域である、図８中、撮像素子２８の下方の部分に延出して設けられているため、メモリＣＣＤ２６を蓄積部１４に配置した場合に比べて、受光部１２の面積の増大への影響が少なく、あるいは、蓄積部１４に配置する電荷加算ＣＣＤ２４のＣＣＤの形状の自由度を増すことができる。
【００６３】
以上、本実施の形態の第１および第２の例に係る固体撮像装置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、本発明の要旨内で種々変更可能であることは勿論である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置によれば、入射した光を電荷に変換する、画素ごとに設けられたフォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷がフレーム期間中に蓄積され、電荷が全画素同時に並列に転送される垂直ＣＣＤ部と、垂直ＣＣＤ部に転送された電荷が転送される蓄積ＣＣＤ部と、蓄積ＣＣＤ部に転送された電荷が転送される水平ＣＣＤ部とを備え、水平走査により転送して出力を得る固体撮像装置において、電荷は、１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で読み出されて、ｎ個の信号電荷とされ、蓄積ＣＣＤ部が、信号電荷が各画素に対応して一時的に蓄積される一時蓄積ＣＣＤと、信号電荷を各画素に対応して総和する総和ＣＣＤとを含むため、また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法によれば、電荷を１フレームのｎ倍（ｎは２以上の自然数）の速度で、ｎ個の信号電荷としてフォトダイオードから垂直ＣＣＤ部へ転送する垂直ＣＣＤ部転送工程と、垂直ＣＣＤ部に転送された信号電荷を各画素に対応した蓄積ＣＣＤ部に転送する蓄積ＣＣＤ部転送工程と、該蓄積ＣＣＤ部に転送されたｎ個の信号電荷を一時蓄積ＣＣＤに一時的に蓄積し、さらに総和ＣＣＤにおいてｎ個の信号電荷を総和した後、水平ＣＣＤ部に転送する水平ＣＣＤ部転送工程とを有するため、強い入射光量の範囲であってもフォトダイオードでの電荷の蓄積が飽和してしまうことがなく、広いダイナミックレンジを得ることができる。また、信号電荷を各画素に対応して総和する機能を水平ＣＣＤ以降の出力部に設ける必要がなく、従来の水平ＣＣＤ以降の出力部を用いることができる。
【００６５】
また、本発明に係る固体撮像装置によれば、蓄積ＣＣＤ部は、総和された信号電荷が各画素に対応して転送されるメモリＣＣＤをさらに含み、また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法によれば、水平ＣＣＤ部転送工程において、総和された信号電荷がメモリＣＣＤに転送された後、出力されるため、電荷の総和を読み出す際に、高速読み出しを行う必要がなく、撮像素子の多画素化に対応できる。
【００６６】
また、本発明に係る固体撮像装置の信号読み出し方法によれば、水平ＣＣＤ部転送工程において、一時蓄積ＣＣＤから総和ＣＣＤに信号電荷を転送する際に、一時蓄積ＣＣＤの電位よりも総和ＣＣＤの電位を高く設定しておくと、総和ＣＣＤにおいて格別の構成を設けることなく、一時蓄積ＣＣＤから転送された信号電荷を全て蓄積することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の固体撮像装置の撮像素子の構成を示す図である。
【図２】図１の装置とは別の従来の固体撮像装置の撮像素子の構成を示す図である。
【図３】図２の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図２の固体撮像装置の出力特性を説明するためのものであり、（ａ）は元の信号を、（ｂ）は合成された信号をそれぞれ示す。
【図５】本実施の形態の第１の例に係る固体撮像装置の撮像素子の構成を示す図である。
【図６】図５の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図５の固体撮像装置の電荷加算の動作を説明するための電位分布図である。
【図８】本実施の形態の第２の例に係る固体撮像装置の撮像素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、２８　撮像素子
１２　受光部
１４　蓄積部
１６　水平ＣＣＤ部
１８　フォトダイオード
２０　垂直ＣＣＤ部
２２　一時蓄積ＣＣＤ
２４　電荷加算ＣＣＤ
２６　メモリＣＣＤ
３０　メモリ部
【図１】
2004032526.tif 000003
【図２】
2004032526.tif 000004
【図３】
2004032526.tif 000005
【図４】
2004032526.tif 000006
【図５】
2004032526.tif 000007
【図６】
2004032526.tif 000008
【図７】
2004032526.tif 000009
【図８】
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