(57)【要約】【課題】回路規模の増大を抑えた固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】状態信号１０２ａ，１０２ｂはそれぞれ垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂによって保持され、状態信号１０２ｃ，１０２ｄとして出力される。状態決定部１０３のデコーダ１０４は各状態信号をデコードし、各状態信号の状態（ＨまたはＬ）の組合せに応じた信号を出力する。駆動信号出力部１０５は、状態決定部１０３から出力された信号に従って動作し、画素回路を駆動するための駆動信号ＴＸを出力する。【選択図】図１
2009177317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換素子が２次元行列配列されてなる撮像部と、
駆動信号に基づいて前記電荷の読み出しおよびリセットを各行毎に行う画素回路と、
前記画素回路に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
を備えた固体撮像装置において、
前記駆動手段は、
前記撮像部の各行に対応して設けられたレジスタを垂直に接続して構成した複数の垂直シフトレジスタと、
前記複数の垂直シフトレジスタの各々に、前記画素回路の動作状態を規定する状態信号が入力された際に、前記状態信号が入力された前記複数の垂直シフトレジスタの出力の組合せに応じて前記駆動信号を出力する信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記組合せは、前記垂直シフトレジスタの数Ｎに対し、２のＮ乗個の組合せを有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
入射光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換素子が２次元行列配列されてなる撮像部と、
駆動信号に基づいて前記電荷の読み出しおよびリセットを各行毎に行う画素回路と、
前記画素回路に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
を備えた固体撮像装置の駆動方法において、
前記撮像部の各行に対応して設けられたレジスタを垂直に接続して構成した複数の垂直シフトレジスタの各々に、前記画素回路の動作状態を規定する状態信号が入力された際に、前記状態信号が入力された前記複数の垂直シフトレジスタの出力の組合せに応じて前記駆動信号を出力する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記組合せは、前記垂直シフトレジスタの数Ｎに対し、２のＮ乗個の組合せを有することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来の固体撮像装置の構成例を示している。この固体撮像装置は８行８列（８×８）の画素群１１０１を有している。垂直シフトレジスタ１１０２は、蓄積された電荷を読み出す画素を垂直方向に水平ライン（行）単位で順次選択する。選択された行の電荷は図示せぬ垂直信号線に転送され、水平シフトレジスタ１１０３によって図示せぬ水平信号線へ出力される。
【０００３】
図１２は、図１１に示した固体撮像装置の各画素から電荷を読み出す動作の様子を示している。図中の１つの四角の横幅は行選択期間（水平帰線期間）を示しており、１行選択期間を１Ｈとしている。また、図中の「ＲＤ」は、該当する行で電荷の読み出し動作が行われていることを示している。「ＲＤ」が表示されている期間では、画素に蓄積された電荷を読み出すと共に、電荷を空にする（リセットする）動作が行われる。同一行について、電荷の読み出し動作が行われてから、次の読み出し動作が行われるまでの期間（８Ｈ期間）が電荷の蓄積時間となる。このような動作を行う場合には、１列分の垂直シフトレジスタがあればよい。
【０００４】
次に、電荷の蓄積時間を１Ｈ単位（行選択期間単位）で設定した場合の読み出し動作を説明する。図１３において、「ＲＴ」は、該当する行で電荷のリセット動作が行われていることを示している。各行において、８Ｈ期間の蓄積時間の後、次の８Ｈ期間の最初の１Ｈ期間で電荷の読み出し動作が行われると共に、最後の１Ｈ期間で電荷のリセット動作が行われている。また、その次の８Ｈ期間の最初の１Ｈ期間で電荷の読み出し動作が行われている。したがって、この例では、８Ｈ期間と１Ｈ期間の２種類の蓄積時間で蓄積された電荷をそれぞれ読み出す動作が行われている。
【０００５】
この動作を実現するため、従来は、電荷の読み出し動作用の垂直シフトレジスタと、電荷のリセット動作用の垂直シフトレジスタとの２列の垂直シフトレジスタを設けておき、各々の垂直シフトレジスタに独立にパルスを入力して各行の画素をスキャンさせることが行われていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のように異なる垂直シフトレジスタに独立にパルスを入力して電荷の読み出し動作を行う固体撮像装置では、独立して行う動作の数だけ垂直シフトレジスタが必要である。そのため、従来の固体撮像装置では、回路規模が増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、回路規模の増大を抑えた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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、入射光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換素子が２次元行列配列されてなる撮像部と、駆動信号に基づいて前記電荷の読み出しおよびリセットを各行毎に行う画素回路と、前記画素回路に前記駆動信号を供給する駆動手段と、を備えた固体撮像装置において、前記駆動手段は、前記撮像部の各行に対応して設けられたレジスタを垂直に接続して構成した複数の垂直シフトレジスタと、前記複数の垂直シフトレジスタの各々に、前記画素回路の動作状態を規定する状態信号が入力された際に、前記状態信号が入力された前記複数の垂直シフトレジスタの出力の組合せに応じて前記駆動信号を出力する信号出力手段と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置である。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置において、前記組合せは、前記垂直シフトレジスタの数Ｎに対し、２のＮ乗個の組合せを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、入射光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換素子が２次元行列配列されてなる撮像部と、駆動信号に基づいて前記電荷の読み出しおよびリセットを各行毎に行う画素回路と、前記画素回路に前記駆動信号を供給する駆動手段と、を備えた固体撮像装置の駆動方法において、前記撮像部の各行に対応して設けられたレジスタを垂直に接続して構成した複数の垂直シフトレジスタの各々に、前記画素回路の動作状態を規定する状態信号が入力された際に、前記状態信号が入力された前記複数の垂直シフトレジスタの出力の組合せに応じて前記駆動信号を出力することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記組合せは、前記垂直シフトレジスタの数Ｎに対し、２のＮ乗個の組合せを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数のレジスタの出力の組合せの数と同数の動作状態を設定し、その動作状態に応じた駆動信号を画素回路に供給することが可能となる。これによって、必要なレジスタの数の増大すなわち回路規模の増大を抑えることができる。また、駆動手段が有する各々のレジスタを、互いに異なるレジスタ群の中のレジスタとすることによって、レジスタ群の数の増大を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える垂直スキャンブロックの構成例を示している。この例に示す垂直スキャンブロックには、４つの状態を伝達するために２つの垂直シフトレジスタが含まれている。図２において、画素の行数と同数の垂直スキャン回路１（駆動手段）が設けられており、各垂直スキャンブロック１は、各行の画素を構成する画素回路に対して、電荷の読み出しおよびリセットの動作を駆動するための駆動信号ＴＸを出力する。ただし、図示していないが、ピクセルへの信号ＲＴ（図４）は、この場合Ｈｉｇｈとなっているものとする。各垂直スキャン回路１には、クロック（ＣＬＫ）、垂直シフトレジスタへの状態信号（Ｓｔａｔｅ Ｓｔａｒｔ）、タイミング信号（ＴＸ０，ＴＸ１，ＴＸ２）のそれぞれが入力される。状態信号は、画素回路の動作状態を規定する信号であり、本実施形態では２２＝４つの動作状態が状態信号によって表現される。図３はタイミング信号ＴＸ０，ＴＸ１，ＴＸ２の波形を示しており、１Ｈ期間内の所定位置でＨ（Ｈｉｇｈ）となるパルスが発生する。
【００１４】
図４は、撮像領域に設けられた画素を構成する画素回路の構成例を示している。フォトダイオードＰＤは、入射光を光電変換して電荷を蓄積する光電変換素子である。図４では１画素分のフォトダイオードＰＤが示されているが、実際にはこのフォトダイオードＰＤが２次元の行列状に配列されて、撮像部が構成されている。フォトダイオードＰＤのアノードには、Ｐ基板を介して接地電圧が供給される。フォトダイオードＰＤのカソードには読み出しトランジスタＴ１の一端が接続されている。読み出しトランジスタＴ１のゲートには垂直スキャン回路１からの駆動信号ＴＸが供給される。読み出しトランジスタＴ１の他端にはリセットトランジスタＴ２の一端と増幅トランジスタＴ３のゲートが接続されている。
【００１５】
リセットトランジスタＴ２の他端には電源電圧Ｖｄｄが供給され、ゲートにはリセット信号ＲＴが供給される。増幅トランジスタＴ３の一端には電源電圧Ｖｄｄが供給され、他端には行選択トランジスタ（垂直選択トランジスタ）Ｔ４の一端が接続されている。行選択トランジスタＴ４のゲートには垂直選択信号ＳＬが供給され、他端は垂直信号線ＶＬＩＮに接続されている。図５は、フォトダイオードＰＤ、読み出しトランジスタＴ１、およびリセットトランジスタＴ２を含む部分の断面構造を示している。
【００１６】
電荷を読み出す場合には、行選択トランジスタＴ４のゲートに垂直選択信号ＳＬのパルスが１Ｈ期間供給されて、行選択トランジスタＴ４がこの期間オンする。まず、リセット信号ＲＴがＨとなり、ＦＤ（フローティングディフュージョン；Ｐ点）が一旦リセット電圧になり、垂直信号線ＶＬＩＮにリセット電圧が出力される。続いて、読み出しトランジスタＴ１のゲートに駆動信号ＴＸのパルスが供給されて、読み出しトランジスタＴ１がオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がＦＤへ完全に転送され、Ｐ点は、転送された電荷に依存した電圧になり、垂直信号線ＶＬＩＮにその電圧が出力される。以上の動作を通じて、画素リセット電圧と、蓄積電荷に依存した画素信号電圧との両方が順次垂直信号線ＶＬＩＮに出力される。
【００１７】
図６は、本実施形態による固体撮像装置の撮像動作の様子を示している。図中の１つの四角の横幅は行選択期間（水平帰線期間）を示しており、１行選択期間を１Ｈとしている。また、図中の「ＲＤ」は、該当する行で電荷の読み出し動作が行われていることを示している。「ＲＤ」が表示されている期間では、画素に蓄積された電荷を読み出すことで、画素に蓄積された電荷を空にするというリセット動作も同時に行われる。
【００１８】
また、「Ｒ１」および「Ｒ２」は、該当する行で電荷のリセット動作が行われていることを示している。「Ｒ１」が表示されている期間では、駆動信号ＴＸの電圧がＶ１となる。また、「Ｒ２」が表示されている期間では、駆動信号ＴＸの電圧がＶ２となる。「Ｒ１」および「Ｒ２」が表示されている期間におけるリセット動作の違いは後述する。図６に示した撮像動作によって、広ダイナミックレンジ（ＷＤＲ）を実現することが可能となる（詳細は後述する）。
【００１９】
次に、図２に示した垂直スキャンブロック１の構成を詳細に説明する。図１は１行分の垂直スキャンブロック１の一部を示している。図１は、駆動信号ＴＸについての構成を具体的な回路図で示し、垂直選択信号ＳＬおよびリセット信号ＲＴについての具体的な回路図は省略している。以下、駆動信号ＴＸのみを例にして動作を説明するが、垂直選択信号ＳＬおよびリセット信号ＲＴについても、読み出しおよびリセット動作に必要なタイミングが作られているものとする。
【００２０】
垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂはＤフリップフロップで構成されている。図２に示した各々の垂直スキャンブロック１が垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂを備えており、各垂直スキャンブロック１の垂直シフトレジスタ１０１ａ同士が直列に接続されて第１のレジスタ群（第１のシフトレジスタ列）を構成していると共に、各垂直スキャンブロック１の垂直シフトレジスタ１０１ｂ同士が直列に接続されて第２のレジスタ群（第２のシフトレジスタ列）を構成している。このように垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂは、互いに異なるレジスタ群（シフトレジスタ列）の中のレジスタであり、図示しない状態信号発生回路からの、それぞれ独立した状態信号１０２ａ，１０２ｂが入力される。
【００２１】
状態信号１０２ａ，１０２ｂはそれぞれ垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂによって保持され、状態信号１０２ｃ，１０２ｄとして出力される。垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂから出力される状態信号１０２ｃ，１０２ｄのＨ（１に対応）およびＬ（０に対応）の状態によって、画素回路の動作状態が規定される。例えば、電荷の読み出し動作の際には、状態信号１０２ｃ，１０２ｄが共にＬ（状態００）である。また、２種類のリセット動作の際には、状態信号１０２ｃがＬ、状態信号１０２ｄがＨ（状態０１）であるか、状態信号１０２ｃがＨ、状態信号１０２ｄがＬ（状態１０）であるかのいずれかである。状態０１が図６の「Ｒ１」の状態に相当し、状態１０が図６の「Ｒ２」の状態に相当する。また、上記のいずれの動作状態でもない場合には、状態信号１０２ｃ，１０２ｄが共にＨ（状態１１）である。
【００２２】
状態信号１０２ｃ，１０２ｄは状態決定部１０３のデコーダ１０４に入力される。状態決定部１０３は、各状態信号の状態に基づいて画素回路の動作状態を決定し、駆動信号出力部１０５を構成する回路素子を駆動するための駆動信号を出力する。駆動信号出力部１０５は、状態決定部１０３から出力された駆動信号に従って動作し、画素回路を駆動するための駆動信号ＴＸを出力する。状態決定部１０３において、デコーダ１０４は各状態信号をデコードし、各状態信号の状態（ＨまたはＬ）の組合せ（状態００，０１，１０，１１）に応じた信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを出力する。なお、信号１０６ｄはタイミング信号ＴＸ０，ＴＸ１，ＴＸ２のいずれの信号にも影響しない１つの状態である。
【００２３】
デコーダ１０４から出力された信号１０６ａはタイミング信号ＴＸ０と共にＮＡＮＤゲート１０７ａに入力される。ＮＡＮＤゲート１０７ａは、信号１０６ａとタイミング信号ＴＸ０が共にＨの場合に信号１０８ａとしてＬを出力し、それ以外の場合にはＨを出力する。また、デコーダ１０４から出力された信号１０６ｂはタイミング信号ＴＸ１と共にＮＡＮＤゲート１０７ｂに入力される。ＮＡＮＤゲート１０７ｂは、信号１０６ｂとタイミング信号ＴＸ１が共にＨの場合に信号１０８ｂとしてＬを出力し、それ以外の場合にはＨを出力する。また、デコーダ１０４から出力された信号１０６ｃはタイミング信号ＴＸ２と共にＮＡＮＤゲート１０７ｃに入力される。ＮＡＮＤゲート１０７ｃは、信号１０６ｃとタイミング信号ＴＸ２が共にＨの場合に信号１０８ｃとしてＬを出力し、それ以外の場合にはＨを出力する。
【００２４】
ＮＡＮＤゲート１０７ａから出力された信号１０８ａは駆動信号としてトランジスタ１０９のゲートに供給される。ＮＡＮＤゲート１０７ｂから出力された信号１０８ｂは駆動信号としてトランジスタ１１０のゲートに供給される。ＮＡＮＤゲート１０７ｃから出力された信号１０８ｃは駆動信号としてトランジスタ１１１のゲートに供給される。また、信号１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃはＡＮＤゲート１１２にも出力される。ＡＮＤゲート１１２は、信号１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃの全てがＨの場合に信号１１３としてＨを出力し、それ以外の場合にはＬを出力する。ＡＮＤゲート１１２から出力された信号１１３は駆動信号としてトランジスタ１１４のゲートに供給される。
【００２５】
トランジスタ１０９の一端には電源電圧Ｖｄｄが供給される。トランジスタ１１０の一端には電源電圧Ｖ１が供給される。トランジスタ１１１の一端には電源電圧Ｖ２が供給される。トランジスタ１１４の一端には接地電圧が供給される。また、トランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４の各々の他端は互いに接続されており、図４に示した画素回路に駆動信号ＴＸを供給する。
【００２６】
上述した垂直スキャン回路１の動作は以下のようになる。各行において、２列の垂直シフトレジスタで垂直方向に伝達される状態には、状態００，０１，１０，１１の４つの状態がある。デコーダ１０４に入力される状態信号１０２ｃ，１０２ｄが共にＬ（状態００）の場合、信号１０６ａがＨ、信号１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄがＬとなる。タイミング信号ＴＸ０がＨでトランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオン、オフ、オフ、オフとなり、駆動信号ＴＸとしてＶｄｄが出力される。それ以外では、トランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオフ、オフ、オフ、オンとなり、駆動信号ＴＸとしてＬが出力される。
【００２７】
また、デコーダ１０４に入力される状態信号１０２ｃがＬ，状態信号１０２ｄがＨ（状態０１）の場合、信号１０６ｂがＨ、信号１０６ａ，１０６ｃ，１０６ｄがＬとなる。タイミング信号ＴＸ１がＨでトランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオン、オン、オフ、オフとなり、駆動信号ＴＸとしてＶ１が出力される。それ以外では、トランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオフ、オフ、オフ、オンとなり、駆動信号ＴＸとしてＬが出力される。
【００２８】
また、デコーダ１０４に入力される状態信号１０２ｃがＨ，状態信号１０２ｄがＬ（状態１０）の場合、信号１０６ｃがＨ、信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｄがＬとなる。タイミング信号ＴＸ２がＨでトランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオン、オフ、オン、オフとなり、駆動信号ＴＸとしてＶ２が出力される。それ以外では、トランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオフ、オフ、オフ、オンとなり、駆動信号ＴＸとしてＬが出力される。
【００２９】
また、デコーダ１０４に入力される状態信号１０２ｃ，１０２ｄが共にＨ（状態１１）の場合、信号１０６ｄがＨ、信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃがＬとなる。タイミング信号ＴＸ０，ＴＸ１，ＴＸ２がＨまたはＬのいずれであっても、トランジスタ１０９，１１０，１１１，１１４はそれぞれオフ、オフ、オフ、オンとなり、駆動信号ＴＸとしてＬが出力される。
【００３０】
次に、複数種類のリセット動作の違いを説明する。通常のリセット動作では、図４のリセット信号ＲＴの電圧を電源電圧Ｖｄｄに設定し、駆動信号ＴＸの電圧を電源電圧Ｖｄｄに設定することによって、フォトダイオードＰＤから電子を全て取り出して空（空乏層）にする。これに対して、リセット信号ＲＴの電圧を電源電圧Ｖｄｄに設定すると共に、駆動信号ＴＸの電圧を接地電圧と電源電圧Ｖｄｄの間の電圧に設定することによって、フォトダイオードＰＤ内の電子の全てではなく一部だけを取り去ることができる。このようなリセット動作の後にフォトダイオードＰＤ内に残る電子の最大量は、駆動信号ＴＸの電圧をどのレベルに設定したのかに依存する。
【００３１】
図７はフォトダイオードＰＤのポテンシャルを示している。図７に示されている蓄積電荷は、リセット信号ＲＴの電圧を電源電圧Ｖｄｄに設定し、駆動信号ＴＸの電圧を電源電圧Ｖ１に設定した場合にフォトダイオードＰＤ内に残る最大電荷量を示している。リセット状態における駆動信号ＴＸの電圧を高くするに従い、フォトダイオードＰＤ内に残る最大電荷量は減っていく。また、図７において、ｈ（Ｖ（ＴＸ））は、駆動信号ＴＸの電圧がＶ（ＴＸ）に設定されているときのポテンシャルの高さを示しており、Ｖ（ＴＸ）＝ＧＮＤ（接地電圧），Ｖ２，Ｖ１，Ｖｄｄのときのポテンシャルの高さはそれぞれｈ（ＧＮＤ），ｈ（Ｖ２），ｈ（Ｖ１），ｈ（Ｖｄｄ）となる。
【００３２】
本実施形態では、この原理を利用して複数のリセット状態を作っている。駆動信号ＴＸの電圧をＶ１に設定してリセット動作（第１のリセット動作）を行い、続いて駆動信号ＴＸの電圧をＶ２に設定してリセット動作（第２のリセット動作）を行うと、電荷の飽和状態しきい値を次々と上げていくリセット動作を実行することが可能となる。例えば、以下のように時刻ｔ０でフォトダイオードＰＤを一旦空にした後、時刻ｔ１で第１のリセット動作を実行し、時刻ｔ２で第２のリセット動作を実行し、時刻ｔ３で電荷の読み出し動作を行うことで広ダイナミックレンジの固体撮像素子を実現することが可能となる。
【００３３】
ここで、電荷の蓄積時間を以下のように設定するものとする。
蓄積スタートから時刻ｔ１までの蓄積時間  ：ｔ１−ｔ０＝１６×１６ｔｄ
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの蓄積時間      ：ｔ２−ｔ１＝１６ｔｄ
時刻ｔ２から電荷の読み出しまでの蓄積時間：ｔ３−ｔ２＝ｔｄ
ただし、ｔｄとは、最も短い蓄積時間を表す任意のパラメータである。また、ｈ（ＧＮＤ）−ｈ（Ｖ２）＝ｈ（Ｖ２）−ｈ（Ｖ１）＝ｈ（Ｖ１）−ｈ（Ｖｄｄ）となるように電圧Ｖ１とＶ２を設定するものとする。
【００３４】
上記の方法により拡大されるダイナミックレンジＧは、図８の直線８０１の傾き（ｄＱ／ｄｔ）と直線８０２（ｄＱ’／ｄｔ）の傾きの比で表され、以下の［数１］より３９．２ｄＢとなる。
【００３５】
【数１】
2009177317.tif 000003
【００３６】
フォトダイオードＰＤ内の蓄積電荷量と蓄積時間の関係は図９のようになる。時刻ｔ０からｔ１までの蓄積時間でフォトダイオードＰＤに入射した光量（以下、入射光量と記す）がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に満たない場合には、符号９０１が示す線のように蓄積電荷量が変化する。符号９０２は、この場合の最大蓄積電荷量を示している。
【００３７】
また、時刻ｔ０からｔ１までの蓄積時間の入射光量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に達するが、時刻ｔ１からｔ２までの蓄積時間の入射光量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に満たない場合には、符号９０３が示す線のように蓄積電荷量が変化する。この場合には、時刻ｔ１以前に蓄積電荷量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量に達した後、時刻ｔ１でのリセット動作により、蓄積電荷量が一旦フォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３にリセットされる。その後、時刻ｔ３まで蓄積電荷量は増加し続ける。符号９０４は、この場合の最大蓄積電荷量を示している。
【００３８】
また、時刻ｔ０からｔ１までの蓄積時間の入射光量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に達し、時刻ｔ１からｔ２までの蓄積時間の入射光量もフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に達するが、時刻ｔ２からｔ３までの蓄積時間の入射光量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３に満たない場合には、符号９０５が示す線のように蓄積電荷量が変化する。この場合には、時刻ｔ１以前に蓄積電荷量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量に達した後、時刻ｔ１でのリセット動作により、蓄積電荷量が一旦フォトダイオードＰＤの飽和電荷量の１／３にリセットされる。
【００３９】
続いて、時刻ｔ２以前に蓄積電荷量がフォトダイオードＰＤの飽和電荷量に再び達した後、時刻ｔ２でのリセット動作により、蓄積電荷量が一旦フォトダイオードＰＤの飽和電荷量の２／３にリセットされる。その後、時刻ｔ３まで蓄積電荷量は増加し続ける。符号９０６は、この場合の最大蓄積電荷量を示している。
【００４０】
図１０は、露光時間内のフォトダイオードＰＤの入射光量と、電荷の読み出し時のフォトダイオードＰＤ内の蓄積電荷量（時刻ｔ３での蓄積電荷量）との関係を示している。通常のリセット動作を行う場合には、入射光量がＬ１のときに蓄積電荷量がフォトダイオードの飽和電荷量に達してしまうが、上述した複数種類のリセット動作を行う場合には、入射光量がＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）になるまで蓄積電荷量はフォトダイオードＰＤの飽和電荷量に達しない。したがって、複数種類のリセット動作を行う場合には、入射光量がＬ２以下であれば、出力データの階調性が損なわれることがなく、通常のリセット動作を行う場合よりもダイナミックレンジを拡大することができる。
【００４１】
上述したように、本実施形態では、図１に示した垂直シフトレジスタ１０１ａ，１０１ｂの出力の組合せの数（本実施形態では４つ）と同数の動作状態を設定し、その動作状態に応じた駆動信号を画素回路に供給することが可能となる。本実施形態では２列のシフトレジスタを用いているが、これに限らず、Ｎ列（Ｎ＞２）のシフトレジスタを用いれば、２Ｎ種類の動作状態の設定が可能となる。従来は、２Ｎ種類の動作状態を設定するのに２Ｎ列のシフトレジスタが必要であったが、本実施形態によればＮ列のシフトレジスタで済む。したがって、必要なレジスタの数（言い換えると、シフトレジスタ列の数）の増大すなわち回路規模の増大を抑えることができる。
【００４２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える垂直スキャンブロックの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える垂直スキャンブロックの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるタイミング信号の波形を示す波形図である。
【図４】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備える画素回路の断面構造を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態における撮像動作を示すタイミング図である。
【図７】本発明の一実施形態による固体撮像装置が備えるフォトダイオードのポテンシャルを示す参考図である。
【図８】本発明の一実施形態によって拡大されるダイナミックレンジの求め方を説明するための参考図である。
【図９】本発明の一実施形態において、フォトダイオード内の蓄積電荷量と蓄積時間の関係を示す参考図である。
【図１０】本発明の一実施形態において、入射光量と蓄積電荷量の関係を示す参考図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の撮像動作を示すタイミング図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の撮像動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・垂直スキャンブロック、１０１ａ，１０１ｂ・・・垂直シフトレジスタ、１０３・・・状態決定部、１０４・・・デコーダ、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ・・・ＮＡＮＤゲート、１０９，１１０，１１１，１１４・・・トランジスタ、１１２・・・ＡＮＤゲート
【図１】
2009177317.tif 000004
【図２】
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【図３】
2009177317.tif 000006
【図４】
2009177317.tif 000007
【図５】
2009177317.tif 000008
【図６】
2009177317.tif 000009
【図７】
2009177317.tif 000010
【図８】
2009177317.tif 000011
【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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