JP2000165754A - 固体撮像装置および固体撮像装置の信号読出し方法 - Google Patents
固体撮像装置および固体撮像装置の信号読出し方法Info
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- JP2000165754A JP2000165754A JP10337611A JP33761198A JP2000165754A JP 2000165754 A JP2000165754 A JP 2000165754A JP 10337611 A JP10337611 A JP 10337611A JP 33761198 A JP33761198 A JP 33761198A JP 2000165754 A JP2000165754 A JP 2000165754A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同じ蓄積期間の信号電荷を用いて、ダイナミ
ックレンジの異なる画像信号を得ることができない。 【解決手段】 光電変換部ＰＤと、光電変換部から信号
電荷を転送する転送手段ＭTXと、転送された信号電荷を
保持する容量手段と、容量手段に保持された信号電荷に
対応して信号を出力する増幅手段ＭSFと、を有する固体
撮像装置であって、容量手段は、第１の容量値の容量部
ＣFDと、第１の容量値を増大させて第２の容量値とする
ために容量部に容量を付加する付加容量部Ｃoxと、を有
し、増幅手段からの信号読出しは、信号電荷を容量部と
付加容量部とに保持して信号を読み出す第１の読出しモ
ードと、信号電荷を容量部に保持して信号を読み出す第
２の読出しモードと、を有する。
ックレンジの異なる画像信号を得ることができない。 【解決手段】 光電変換部ＰＤと、光電変換部から信号
電荷を転送する転送手段ＭTXと、転送された信号電荷を
保持する容量手段と、容量手段に保持された信号電荷に
対応して信号を出力する増幅手段ＭSFと、を有する固体
撮像装置であって、容量手段は、第１の容量値の容量部
ＣFDと、第１の容量値を増大させて第２の容量値とする
ために容量部に容量を付加する付加容量部Ｃoxと、を有
し、増幅手段からの信号読出しは、信号電荷を容量部と
付加容量部とに保持して信号を読み出す第１の読出しモ
ードと、信号電荷を容量部に保持して信号を読み出す第
２の読出しモードと、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置および
固体撮像装置の信号読出し方法に係わり、特に光電変換
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に保持された信号電荷に対応して信号を出力する増
幅手段と、を有する固体撮像装置および固体撮像装置の
信号読出し方法に関する。
固体撮像装置の信号読出し方法に係わり、特に光電変換
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に保持された信号電荷に対応して信号を出力する増
幅手段と、を有する固体撮像装置および固体撮像装置の
信号読出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像装置において、ダイナミ
ックレンジを拡大させようとする場合には、例えば、同
一の画素から蓄積時間の異なる２種類の信号を読み出
し、この２種類の信号を組み合わせて、ダイナミックレ
ンジを拡大させる方法、すなわち、感度は高いがダイナ
ミックレンジの小さい信号と、感度が低いがダイナミッ
クレンジの大きい信号を組み合わせてダイナミックレン
ジを拡大させる方法がある。
ックレンジを拡大させようとする場合には、例えば、同
一の画素から蓄積時間の異なる２種類の信号を読み出
し、この２種類の信号を組み合わせて、ダイナミックレ
ンジを拡大させる方法、すなわち、感度は高いがダイナ
ミックレンジの小さい信号と、感度が低いがダイナミッ
クレンジの大きい信号を組み合わせてダイナミックレン
ジを拡大させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法は、ある蓄積時間で信号電荷の蓄積を行なった後
に、再度、蓄積時間を変えて信号電荷の蓄積を行なう必
要があるので、得られる信号は異なる蓄積期間の画像信
号となる。
方法は、ある蓄積時間で信号電荷の蓄積を行なった後
に、再度、蓄積時間を変えて信号電荷の蓄積を行なう必
要があるので、得られる信号は異なる蓄積期間の画像信
号となる。
【０００４】本発明の目的は、同じ蓄積期間の信号電荷
を用いて、ダイナミックレンジの異なる画像信号を得る
ことができる固体撮像装置および固体撮像装置の信号読
出し方法を提供するものである。
を用いて、ダイナミックレンジの異なる画像信号を得る
ことができる固体撮像装置および固体撮像装置の信号読
出し方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、光電変換部と、該光電変換部から信号電荷を転送す
る転送手段と、転送された信号電荷を保持する容量手段
と、該容量手段に保持された信号電荷に対応して信号を
出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であって、
前記容量手段は、第１の容量値の容量部と、該第１の容
量値を増大させて第２の容量値とするために該容量部に
容量を付加する付加容量部と、を有し、前記増幅手段か
らの信号読出しは、前記信号電荷を前記容量部と前記付
加容量部とに保持して信号を読み出す第１の読出しモー
ドと、前記信号電荷を前記容量部に保持して信号を読み
出す第２の読出しモードと、を有する固体撮像装置であ
る。
は、光電変換部と、該光電変換部から信号電荷を転送す
る転送手段と、転送された信号電荷を保持する容量手段
と、該容量手段に保持された信号電荷に対応して信号を
出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であって、
前記容量手段は、第１の容量値の容量部と、該第１の容
量値を増大させて第２の容量値とするために該容量部に
容量を付加する付加容量部と、を有し、前記増幅手段か
らの信号読出しは、前記信号電荷を前記容量部と前記付
加容量部とに保持して信号を読み出す第１の読出しモー
ドと、前記信号電荷を前記容量部に保持して信号を読み
出す第２の読出しモードと、を有する固体撮像装置であ
る。
【０００６】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
部と、該光電変換部から転送された信号電荷を保持する
容量手段と、該光電変換部から信号電荷を転送するとと
もに、チャネルによって生ずる容量を前記容量手段に付
加して容量値を増大させる転送用電界効果型トランジス
タと、該容量手段に保持された信号電荷または該容量手
段と該転送用電界効果型トランジスタの容量とに保持さ
れた信号電荷に対応して信号を出力する増幅手段と、を
有する固体撮像装置であって、前記増幅手段からの信号
読出しは、前記信号電荷を前記容量手段と前記転送用電
界効果型トランジスタの容量とに保持して信号を読み出
す第１の読出しモードと、前記信号電荷を前記容量手段
に保持して信号を読み出す第２の読出しモードと、を有
する固体撮像装置である。
部と、該光電変換部から転送された信号電荷を保持する
容量手段と、該光電変換部から信号電荷を転送するとと
もに、チャネルによって生ずる容量を前記容量手段に付
加して容量値を増大させる転送用電界効果型トランジス
タと、該容量手段に保持された信号電荷または該容量手
段と該転送用電界効果型トランジスタの容量とに保持さ
れた信号電荷に対応して信号を出力する増幅手段と、を
有する固体撮像装置であって、前記増幅手段からの信号
読出しは、前記信号電荷を前記容量手段と前記転送用電
界効果型トランジスタの容量とに保持して信号を読み出
す第１の読出しモードと、前記信号電荷を前記容量手段
に保持して信号を読み出す第２の読出しモードと、を有
する固体撮像装置である。
【０００７】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する第１及び第
２の転送手段と、該第１の転送手段と該第２の転送手段
との間に設けられた、転送された信号電荷を保持する第
１の容量手段と、該第２の転送手段の出力側に設けられ
た、転送された信号電荷を保持する第２の容量手段と、
該第１の容量手段と該第２の容量手段とに保持された信
号電荷または該第２の容量手段に保持された信号電荷に
対応して信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像
装置であって、前記増幅手段からの信号読出しは、前記
信号電荷を前記第１及び第２の容量手段に保持して信号
を読み出す第１の読出しモードと、前記信号電荷を前記
第２の容量手段に保持して信号を読み出す第２の読出し
モードとを有する固体撮像装置である。
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する第１及び第
２の転送手段と、該第１の転送手段と該第２の転送手段
との間に設けられた、転送された信号電荷を保持する第
１の容量手段と、該第２の転送手段の出力側に設けられ
た、転送された信号電荷を保持する第２の容量手段と、
該第１の容量手段と該第２の容量手段とに保持された信
号電荷または該第２の容量手段に保持された信号電荷に
対応して信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像
装置であって、前記増幅手段からの信号読出しは、前記
信号電荷を前記第１及び第２の容量手段に保持して信号
を読み出す第１の読出しモードと、前記信号電荷を前記
第２の容量手段に保持して信号を読み出す第２の読出し
モードとを有する固体撮像装置である。
【０００８】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に信号電荷が保持されない状態で第１の信号を出力
するとともに、該容量手段に信号電荷が保持された状態
で該信号電荷に対応して第２の信号を出力する増幅手段
と、を有する固体撮像装置であって、前記容量手段は、
第１の容量値の容量部と、該第１の容量値を増大させて
第２の容量値とするために該容量部に容量を付加する付
加容量部と、を有し、前記増幅手段からの第１の信号の
読出しは、信号電荷が保持されない状態の前記容量部か
ら信号を読み出す第１の非保持読出しモードと、信号電
荷が保持されない状態の前記容量部と前記付加容量部と
から信号を読み出す第２の非保持読出しモードとを有
し、前記増幅手段からの第２の信号の読出しは、前記信
号電荷を前記容量部に保持した状態で信号を読み出す第
１の保持読出しモードと、前記信号電荷を前記容量部と
前記付加容量部とに保持した状態で信号を読み出す第２
の保持読出しモードとを有する固体撮像装置である。
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に信号電荷が保持されない状態で第１の信号を出力
するとともに、該容量手段に信号電荷が保持された状態
で該信号電荷に対応して第２の信号を出力する増幅手段
と、を有する固体撮像装置であって、前記容量手段は、
第１の容量値の容量部と、該第１の容量値を増大させて
第２の容量値とするために該容量部に容量を付加する付
加容量部と、を有し、前記増幅手段からの第１の信号の
読出しは、信号電荷が保持されない状態の前記容量部か
ら信号を読み出す第１の非保持読出しモードと、信号電
荷が保持されない状態の前記容量部と前記付加容量部と
から信号を読み出す第２の非保持読出しモードとを有
し、前記増幅手段からの第２の信号の読出しは、前記信
号電荷を前記容量部に保持した状態で信号を読み出す第
１の保持読出しモードと、前記信号電荷を前記容量部と
前記付加容量部とに保持した状態で信号を読み出す第２
の保持読出しモードとを有する固体撮像装置である。
【０００９】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
部と、該光電変換部から転送された信号電荷を保持する
容量手段と、該光電変換部から信号電荷を転送するとと
もに、チャネルによって生ずる容量を前記容量手段に付
加して容量値を増大させる転送用電界効果型トランジス
タと、該容量手段に信号電荷が保持されない状態で第１
の信号を出力するとともに、該該容量手段に保持された
信号電荷または該容量手段と該転送用電界効果型トラン
ジスタの容量とに保持された信号電荷に対応して第２の
信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であ
って、前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信号電
荷が保持されない状態での前記容量手段から信号を読み
出す非保持読出しモードと、前記増幅手段からの第２の
信号読出しは、前記信号電荷を前記容量手段と前記転送
用電界効果型トランジスタの容量とに保持した状態で信
号を読み出す第１の保持読出しモードと、前記信号電荷
を前記容量手段に保持した状態で信号を読み出す第２の
保持読出しモードと、を有する固体撮像装置である。
部と、該光電変換部から転送された信号電荷を保持する
容量手段と、該光電変換部から信号電荷を転送するとと
もに、チャネルによって生ずる容量を前記容量手段に付
加して容量値を増大させる転送用電界効果型トランジス
タと、該容量手段に信号電荷が保持されない状態で第１
の信号を出力するとともに、該該容量手段に保持された
信号電荷または該容量手段と該転送用電界効果型トラン
ジスタの容量とに保持された信号電荷に対応して第２の
信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であ
って、前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信号電
荷が保持されない状態での前記容量手段から信号を読み
出す非保持読出しモードと、前記増幅手段からの第２の
信号読出しは、前記信号電荷を前記容量手段と前記転送
用電界効果型トランジスタの容量とに保持した状態で信
号を読み出す第１の保持読出しモードと、前記信号電荷
を前記容量手段に保持した状態で信号を読み出す第２の
保持読出しモードと、を有する固体撮像装置である。
【００１０】また、本発明の固体撮像装置は、光電変換
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する第１及び第
２の転送手段と、該第１の転送手段と該第２の転送手段
との間に設けられた、転送された信号電荷を保持する第
１の容量手段と、該第２の転送手段の出力側に設けられ
た、転送された信号電荷を保持する第２の容量手段と、
該第１の容量手段と該第２の容量手段または該第２の容
量手段に信号電荷が保持されない状態で第１の信号を出
力するとともに、該第１の容量手段と該第２の容量手段
とに信号電荷が保持された状態または該第２の容量手段
に信号電荷が保持された状態で該信号電荷に対応して第
２の信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置
であって、前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信
号電荷が保持されない状態の該第１及び第２の容量手段
から信号を読み出す第１の非保持読出しモードと、信号
電荷が保持されない状態の該第２の容量手段から信号を
読み出す第２の非保持読出しモードとを有し、前記増幅
手段からの第２の信号読出しは、前記信号電荷を該第１
及び第２の容量手段に保持した状態で信号を読み出す第
１の保持読出しモードと、前記信号電荷を該第２の容量
手段に保持した状態で信号を読み出す第２の保持読出し
モードとを有する固体撮像装置である。
部と、該光電変換部から信号電荷を転送する第１及び第
２の転送手段と、該第１の転送手段と該第２の転送手段
との間に設けられた、転送された信号電荷を保持する第
１の容量手段と、該第２の転送手段の出力側に設けられ
た、転送された信号電荷を保持する第２の容量手段と、
該第１の容量手段と該第２の容量手段または該第２の容
量手段に信号電荷が保持されない状態で第１の信号を出
力するとともに、該第１の容量手段と該第２の容量手段
とに信号電荷が保持された状態または該第２の容量手段
に信号電荷が保持された状態で該信号電荷に対応して第
２の信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置
であって、前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信
号電荷が保持されない状態の該第１及び第２の容量手段
から信号を読み出す第１の非保持読出しモードと、信号
電荷が保持されない状態の該第２の容量手段から信号を
読み出す第２の非保持読出しモードとを有し、前記増幅
手段からの第２の信号読出しは、前記信号電荷を該第１
及び第２の容量手段に保持した状態で信号を読み出す第
１の保持読出しモードと、前記信号電荷を該第２の容量
手段に保持した状態で信号を読み出す第２の保持読出し
モードとを有する固体撮像装置である。
【００１１】本発明の固体撮像装置の信号読出し方法
は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保持
し、該容量手段に保持された信号電荷に対応する信号を
増幅手段により出力する固体撮像装置の信号読出し方法
であって、前記光電変換部で発生した信号電荷を第１の
容量値に設定された前記容量手段に保持して前記増幅手
段により出力する第１の読出しモードと、前記第１の読
出しモード後に、前記容量手段の容量値を前記第１の容
量値から第２の容量値に変え、該第２の容量値に設定さ
れた前記容量手段に保持された信号電荷に対応する信号
を前記増幅手段により出力する第２の読出しモードと、
を有する固体撮像装置の信号読出し方法である。
は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保持
し、該容量手段に保持された信号電荷に対応する信号を
増幅手段により出力する固体撮像装置の信号読出し方法
であって、前記光電変換部で発生した信号電荷を第１の
容量値に設定された前記容量手段に保持して前記増幅手
段により出力する第１の読出しモードと、前記第１の読
出しモード後に、前記容量手段の容量値を前記第１の容
量値から第２の容量値に変え、該第２の容量値に設定さ
れた前記容量手段に保持された信号電荷に対応する信号
を前記増幅手段により出力する第２の読出しモードと、
を有する固体撮像装置の信号読出し方法である。
【００１２】また、本発明の固体撮像装置の信号読出し
方法は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保
持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増幅手段に
より出力する保持読出しモードと、該信号電荷が前記容
量手段に保持されない状態で信号を前記増幅手段により
出力する非保持読出しモードとを有する固体撮像装置の
信号読出し方法であって、前記保持読出しモードは、第
１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持した状態で前記増幅手段により出力する第１の保持
読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異なる第
２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持した状態で前記増幅手段により出力する第２の保持
読出しモードとを有し、前記非保持読出しモードは、第
１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持しない状態で前記増幅手段により出力する第１の非
保持読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異な
る第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電
荷を保持しない状態で前記増幅手段により出力する第２
の非保持読出しモードとを有する固体撮像装置の信号読
出し方法である。
方法は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保
持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増幅手段に
より出力する保持読出しモードと、該信号電荷が前記容
量手段に保持されない状態で信号を前記増幅手段により
出力する非保持読出しモードとを有する固体撮像装置の
信号読出し方法であって、前記保持読出しモードは、第
１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持した状態で前記増幅手段により出力する第１の保持
読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異なる第
２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持した状態で前記増幅手段により出力する第２の保持
読出しモードとを有し、前記非保持読出しモードは、第
１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷を
保持しない状態で前記増幅手段により出力する第１の非
保持読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異な
る第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電
荷を保持しない状態で前記増幅手段により出力する第２
の非保持読出しモードとを有する固体撮像装置の信号読
出し方法である。
【００１３】また、本発明の固体撮像装置の信号読出し
方法は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保
持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増幅手段に
より出力する保持読出しモードと、前記信号電荷が前記
容量手段に保持されない状態で信号を前記増幅手段によ
り出力する非保持読出しモードとを有する固体撮像装置
の信号読出し方法であって、前記保持読出しモードは、
第１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷
を保持した状態で前記増幅手段により出力する第１の保
持読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異なる
第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷
を保持した状態で前記増幅手段により出力する第２の保
持読出しモードとを有し、前記非保持読出しモードは、
前記第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号
電荷を保持しない状態で前記増幅手段により出力する非
保持読出しモードを有する固体撮像装置の信号読出し方
法である。
方法は、光電変換部で発生した信号電荷を容量手段に保
持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増幅手段に
より出力する保持読出しモードと、前記信号電荷が前記
容量手段に保持されない状態で信号を前記増幅手段によ
り出力する非保持読出しモードとを有する固体撮像装置
の信号読出し方法であって、前記保持読出しモードは、
第１の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷
を保持した状態で前記増幅手段により出力する第１の保
持読出しモードと、容量値が前記第１の容量値と異なる
第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号電荷
を保持した状態で前記増幅手段により出力する第２の保
持読出しモードとを有し、前記非保持読出しモードは、
前記第２の容量値に設定された前記容量手段に前記信号
電荷を保持しない状態で前記増幅手段により出力する非
保持読出しモードを有する固体撮像装置の信号読出し方
法である。
【００１４】また本発明の固体撮像装置は、光電変換部
と、該光電変換部からの信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に保持された信号電荷に対応して信号を出力する増
幅手段と、を有する固体撮像装置であって、前記容量手
段は、複数の異なる容量値に設定するための設定手段を
有し、前記信号電荷からの信号の読み出しは、各容量値
において前記容量手段に保持された信号電荷を読み出す
複数の読み出しモードを有する固体撮像装置である。
と、該光電変換部からの信号電荷を転送する転送手段
と、転送された信号電荷を保持する容量手段と、該容量
手段に保持された信号電荷に対応して信号を出力する増
幅手段と、を有する固体撮像装置であって、前記容量手
段は、複数の異なる容量値に設定するための設定手段を
有し、前記信号電荷からの信号の読み出しは、各容量値
において前記容量手段に保持された信号電荷を読み出す
複数の読み出しモードを有する固体撮像装置である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。 （第１実施例）図１は本発明の固体撮像装置の第１実施
例を示す概略的構成図である。
説明する。 （第１実施例）図１は本発明の固体撮像装置の第１実施
例を示す概略的構成図である。
【００１６】同図において、ＰＤはフォトダイオード、
ＭTXは転送スイッチ、ＭRESはリセットスイッチ、ＭSEL
は選択スイッチ、ＭSFは増幅手段、ＣFDは容量、Ｃoxは
ＭＯＳの反転容量であり、これらの部材により一画素セ
ルが構成される。容量ＣFDは信号電荷が転送されるフロ
ーティングディフュージョンの容量であり、ＭＯＳのソ
ースドレイン接合容量、配線容量等で生ずる寄生容量等
で構成される。ＭＯＳ反転容量Ｃoxはゲートに印加され
る電圧により生ずる容量であり、必要に応じて容量ＣFD
に付加される容量である。各スイッチ及び増幅手段はＭ
ＯＳトランジスタで構成されている。なお、ここではエ
リアセンサに用いる画素を示しているため選択スイッチ
ＭSELを設けているが、ラインセンサの場合は選択スイ
ッチＭSELは省かれる。
ＭTXは転送スイッチ、ＭRESはリセットスイッチ、ＭSEL
は選択スイッチ、ＭSFは増幅手段、ＣFDは容量、Ｃoxは
ＭＯＳの反転容量であり、これらの部材により一画素セ
ルが構成される。容量ＣFDは信号電荷が転送されるフロ
ーティングディフュージョンの容量であり、ＭＯＳのソ
ースドレイン接合容量、配線容量等で生ずる寄生容量等
で構成される。ＭＯＳ反転容量Ｃoxはゲートに印加され
る電圧により生ずる容量であり、必要に応じて容量ＣFD
に付加される容量である。各スイッチ及び増幅手段はＭ
ＯＳトランジスタで構成されている。なお、ここではエ
リアセンサに用いる画素を示しているため選択スイッチ
ＭSELを設けているが、ラインセンサの場合は選択スイ
ッチＭSELは省かれる。
【００１７】増幅手段ＭSFは切換スイッチＭTN1，ＭTN
2，ＭTS1，ＭTS2を介して容量ＣTN1，ＣTN2，ＣTS1，Ｃ
TS2に接続され、容量ＣTN1，ＣTN2は共通出力手段ＭTH
1，ＭTH2を介して差動アンプＡの反転入力端子（−）に
接続され、容量ＣTS1，ＣTS2は共通出力手段ＭTH3，ＭT
H4を介して差動アンプＡの非反転入力端子（＋）に接続
される。φTX，φRES，φSEL，φTN1，φTN2，φTS1，
φTS2は、それぞれ転送スイッチＭTX、リセットスイッ
チＭRES、選択スイッチＭSEL、切換手段ＭTN1，ＭTN2，
ＭTS1，ＭTS2を制御する信号である。またφcapはＭＯ
Ｓ反転容量Ｃoxを形成するための制御信号、φTHは共通
出力手段ＭTH1，ＭTH2，ＭTH3，ＭTH4を制御する信号で
ある。
2，ＭTS1，ＭTS2を介して容量ＣTN1，ＣTN2，ＣTS1，Ｃ
TS2に接続され、容量ＣTN1，ＣTN2は共通出力手段ＭTH
1，ＭTH2を介して差動アンプＡの反転入力端子（−）に
接続され、容量ＣTS1，ＣTS2は共通出力手段ＭTH3，ＭT
H4を介して差動アンプＡの非反転入力端子（＋）に接続
される。φTX，φRES，φSEL，φTN1，φTN2，φTS1，
φTS2は、それぞれ転送スイッチＭTX、リセットスイッ
チＭRES、選択スイッチＭSEL、切換手段ＭTN1，ＭTN2，
ＭTS1，ＭTS2を制御する信号である。またφcapはＭＯ
Ｓ反転容量Ｃoxを形成するための制御信号、φTHは共通
出力手段ＭTH1，ＭTH2，ＭTH3，ＭTH4を制御する信号で
ある。
【００１８】次に上記固体撮像装置の動作について、図
２のタイミングチャートを用いて説明する。
２のタイミングチャートを用いて説明する。
【００１９】まず、φRESをハイレベルとしリセットス
イッチＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセ
ットする。φcapがロウレベルで容量Ｃoxが付加され
ず、増幅手段のゲートに容量ＣFDが付いた状態で、φSE
L，φTN1をハイレベルとして選択スイッチＭSEL、切換
スイッチＭTN1をオンして、増幅手段ＭSFよりリセット
後のノイズ信号Ｎ1を読み出し、容量ＣTN1に蓄積する
（第１ノイズ読出し）。
イッチＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセ
ットする。φcapがロウレベルで容量Ｃoxが付加され
ず、増幅手段のゲートに容量ＣFDが付いた状態で、φSE
L，φTN1をハイレベルとして選択スイッチＭSEL、切換
スイッチＭTN1をオンして、増幅手段ＭSFよりリセット
後のノイズ信号Ｎ1を読み出し、容量ＣTN1に蓄積する
（第１ノイズ読出し）。
【００２０】次に、φcapをハイレベルとして容量ＣFD
に容量Ｃoxを付加した状態で、φSEL，φTN2をハイレベ
ルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN2をオン
して、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ2を読み出し、容
量ＣTN2に蓄積する（第２ノイズ読出し）。こうするこ
とで、同一リセット後の、増幅手段ＭSFのゲートにそれ
ぞれ異なる容量が付加された状態でのノイズ信号を読出
し、蓄積することができる。
に容量Ｃoxを付加した状態で、φSEL，φTN2をハイレベ
ルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN2をオン
して、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ2を読み出し、容
量ＣTN2に蓄積する（第２ノイズ読出し）。こうするこ
とで、同一リセット後の、増幅手段ＭSFのゲートにそれ
ぞれ異なる容量が付加された状態でのノイズ信号を読出
し、蓄積することができる。
【００２１】その後、φTXをハイレベルとしてフォトダ
イオードＰＤから信号電荷を転送する。φcapをハイレ
ベルとしたまま、容量ＣFDに容量Ｃoxを付加した状態
で、φSEL，φTS1をハイレベルとして選択スイッチＭSE
L、切換スイッチＭTS1をオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出し、容量Ｃ
TS1に蓄積する（第１信号読出し）。次に、φcapをロウ
レベルとして容量Ｃoxをなくし、増幅手段ＭSFのゲート
に容量ＣFDが付加された状態で、φSEL，φTS2をハイレ
ベルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオ
ンして、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を含んだセン
サ信号Ｓ2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する（第２信号
読出し）。こうすることで、同一蓄積期間に蓄積された
信号電荷に基づく、ダイナミックレンジの異なる二つの
センサ信号を得ることができる。
イオードＰＤから信号電荷を転送する。φcapをハイレ
ベルとしたまま、容量ＣFDに容量Ｃoxを付加した状態
で、φSEL，φTS1をハイレベルとして選択スイッチＭSE
L、切換スイッチＭTS1をオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出し、容量Ｃ
TS1に蓄積する（第１信号読出し）。次に、φcapをロウ
レベルとして容量Ｃoxをなくし、増幅手段ＭSFのゲート
に容量ＣFDが付加された状態で、φSEL，φTS2をハイレ
ベルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオ
ンして、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を含んだセン
サ信号Ｓ2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する（第２信号
読出し）。こうすることで、同一蓄積期間に蓄積された
信号電荷に基づく、ダイナミックレンジの異なる二つの
センサ信号を得ることができる。
【００２２】次に、φTHをハイレベルとして、容量ＣTN
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎ1，Ｎ2を共通線で加算して読
み出し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれノイズ信号Ｎ
2，Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ1，Ｓ2を共通線で加算して
読み出し、差動アンプにより（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ
2）の減算処理を行なう。このようにして得られた信号
は、図３に示すような光電変換特性を示す。図３に示す
ように、（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ2）の出力は、（Ｓ1
−Ｎ2）の信号と（Ｓ2−Ｎ1）の信号とが加算された信
号となる。
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎ1，Ｎ2を共通線で加算して読
み出し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれノイズ信号Ｎ
2，Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ1，Ｓ2を共通線で加算して
読み出し、差動アンプにより（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ
2）の減算処理を行なう。このようにして得られた信号
は、図３に示すような光電変換特性を示す。図３に示す
ように、（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ2）の出力は、（Ｓ1
−Ｎ2）の信号と（Ｓ2−Ｎ1）の信号とが加算された信
号となる。
【００２３】以上説明した読出し動作を図４（ａ）〜
（ｄ）のポテンシャル図に基づいて説明する。
（ｄ）のポテンシャル図に基づいて説明する。
【００２４】図４（ａ）は第１ノイズ読出し時のポテン
シャル図であり、容量Ｃoxが形成されず、容量ＣFDの状
態でノイズ（Ｎ1）が読み出される。転送スイッチはオ
フされていて障壁が高く、信号電荷はフォトダイオード
ＰＤに蓄積された状態となっている。図４（ｂ）は第２
ノイズ読出し時のポテンシャル図であり、容量Ｃoxが形
成され、容量ＣFDに容量Ｃoxが付加された状態でノイズ
（Ｎ2）が読み出される。図４（ｃ）は第１信号読出し
時のポテンシャル図であり、転送スイッチがオンされ
て、信号電荷がフォトダイオードＰＤから容量ＣFD，Ｃ
oxに転送された後の状態を示している。容量ＣFD，Ｃox
に信号電荷が蓄積された状態でセンサ信号（Ｓ1）が読
み出される。図４（ｄ）は第２信号読出し時のポテンシ
ャル図であり、容量Ｃoxが消滅し、容量ＣFDに信号電荷
が移行して蓄積された状態であり、この状態でセンサ信
号（Ｓ2）が読み出される。以上のようにして、容量が
異なった状態で、第１および第２ノイズ信号、第１およ
び第２センサ信号が読み出される。
シャル図であり、容量Ｃoxが形成されず、容量ＣFDの状
態でノイズ（Ｎ1）が読み出される。転送スイッチはオ
フされていて障壁が高く、信号電荷はフォトダイオード
ＰＤに蓄積された状態となっている。図４（ｂ）は第２
ノイズ読出し時のポテンシャル図であり、容量Ｃoxが形
成され、容量ＣFDに容量Ｃoxが付加された状態でノイズ
（Ｎ2）が読み出される。図４（ｃ）は第１信号読出し
時のポテンシャル図であり、転送スイッチがオンされ
て、信号電荷がフォトダイオードＰＤから容量ＣFD，Ｃ
oxに転送された後の状態を示している。容量ＣFD，Ｃox
に信号電荷が蓄積された状態でセンサ信号（Ｓ1）が読
み出される。図４（ｄ）は第２信号読出し時のポテンシ
ャル図であり、容量Ｃoxが消滅し、容量ＣFDに信号電荷
が移行して蓄積された状態であり、この状態でセンサ信
号（Ｓ2）が読み出される。以上のようにして、容量が
異なった状態で、第１および第２ノイズ信号、第１およ
び第２センサ信号が読み出される。
【００２５】図５は、本発明の他の信号読出し方法を示
す図である。図５に示すように、ここではまず、φcap
をハイレベルとしたままリセットを行い、φcapがハイ
レベルで容量ＣFDに容量Ｃoxを付加した状態で、増幅手
段ＭSFよりノイズ信号Ｎ11を読み出し、次に、φcapを
ロウレベルとして容量Ｃoxをなくし、増幅手段ＭSFのゲ
ートに容量ＣFDに容量Ｃoxを付加しない状態で、増幅手
段ＭSFよりノイズ信号Ｎ12を読み出す。
す図である。図５に示すように、ここではまず、φcap
をハイレベルとしたままリセットを行い、φcapがハイ
レベルで容量ＣFDに容量Ｃoxを付加した状態で、増幅手
段ＭSFよりノイズ信号Ｎ11を読み出し、次に、φcapを
ロウレベルとして容量Ｃoxをなくし、増幅手段ＭSFのゲ
ートに容量ＣFDに容量Ｃoxを付加しない状態で、増幅手
段ＭSFよりノイズ信号Ｎ12を読み出す。
【００２６】その後、φcapをハイレベルとし、容量ＣF
Dに容量Ｃoxを付加した状態で、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ11を含んだセンサ信号Ｓ11を読み出し、次に、
φcapをロウレベルとして容量Ｃoxをなくし、容量ＣFD
に容量Ｃoxを付加しない状態で、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ12を含んだセンサ信号Ｓ12を読み出す。
Dに容量Ｃoxを付加した状態で、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ11を含んだセンサ信号Ｓ11を読み出し、次に、
φcapをロウレベルとして容量Ｃoxをなくし、容量ＣFD
に容量Ｃoxを付加しない状態で、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ12を含んだセンサ信号Ｓ12を読み出す。
【００２７】図２に示した信号読出し方法と異なるの
は、容量Ｃoxを付加してノイズ読出しを行なった後に、
容量Ｃoxを付加せずにノイズ読出しを行なった点にあ
る。こううすることで、ノイズ読出し期間と信号読出し
期間における、φcapの振られ方がともにハイレベルか
らロウレベルとなり、φcapの振られによる特性の影響
を等しくすることができる。そして、（Ｓ1＋Ｓ2）−
（Ｎ1＋Ｎ2）の減算処理によりφcapの振られによる影
響をなくすことができる。 （第２実施例）上記第１実施例では付加容量部として、
ＭＯＳの反転容量を一つ設けた例を示したが、ＭＯＳの
反転容量を複数設けることも勿論可能である。
は、容量Ｃoxを付加してノイズ読出しを行なった後に、
容量Ｃoxを付加せずにノイズ読出しを行なった点にあ
る。こううすることで、ノイズ読出し期間と信号読出し
期間における、φcapの振られ方がともにハイレベルか
らロウレベルとなり、φcapの振られによる特性の影響
を等しくすることができる。そして、（Ｓ1＋Ｓ2）−
（Ｎ1＋Ｎ2）の減算処理によりφcapの振られによる影
響をなくすことができる。 （第２実施例）上記第１実施例では付加容量部として、
ＭＯＳの反転容量を一つ設けた例を示したが、ＭＯＳの
反転容量を複数設けることも勿論可能である。
【００２８】本実施例はＭＯＳの反転容量を２つ設けた
場合を示す。図６は本発明の固体撮像装置の第２実施例
の一画素を示す概略的構成図、図７はその動作を示すタ
イミングチャート、図８は光電変換特性を示す図であ
る。
場合を示す。図６は本発明の固体撮像装置の第２実施例
の一画素を示す概略的構成図、図７はその動作を示すタ
イミングチャート、図８は光電変換特性を示す図であ
る。
【００２９】図６において、図１の画素構成と異なるの
は、ＭＯＳの反転容量Ｃox1，Ｃox2が並列に接続され、
信号φcap1，φcap2により容量ＣFDに容量Ｃox1又は／
及び容量Ｃox2が付加できるようになっていることであ
る。その他の構成は図１の画素構成と同じである。
は、ＭＯＳの反転容量Ｃox1，Ｃox2が並列に接続され、
信号φcap1，φcap2により容量ＣFDに容量Ｃox1又は／
及び容量Ｃox2が付加できるようになっていることであ
る。その他の構成は図１の画素構成と同じである。
【００３０】上記固体撮像装置の動作は、図７のタイミ
ングチャートに示されるように、まず、φRESをハイレ
ベルとしリセットスイッチＭRESをオンして、増幅手段
ＭSFのゲートをリセットする。φcap1，φcap2がロウレ
ベルで容量Ｃox1，Ｃox2が付加されず、増幅手段ＭSFの
ゲートに容量ＣFDが付いた状態で、φSELをハイレベル
として選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよ
りノイズ信号Ｎ1を読み出す（第１ノイズ読出し）。
ングチャートに示されるように、まず、φRESをハイレ
ベルとしリセットスイッチＭRESをオンして、増幅手段
ＭSFのゲートをリセットする。φcap1，φcap2がロウレ
ベルで容量Ｃox1，Ｃox2が付加されず、増幅手段ＭSFの
ゲートに容量ＣFDが付いた状態で、φSELをハイレベル
として選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよ
りノイズ信号Ｎ1を読み出す（第１ノイズ読出し）。
【００３１】次に、φcap1をハイレベルとして容量ＣFD
に容量Ｃox1を付加した状態で、φSELをハイレベルとし
て選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ2を読み出す（第２ノイズ読出し）。なお、
φcap2をハイレベルとして容量ＣFDに容量Ｃox2を付加
してもよいことは勿論である。
に容量Ｃox1を付加した状態で、φSELをハイレベルとし
て選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ2を読み出す（第２ノイズ読出し）。なお、
φcap2をハイレベルとして容量ＣFDに容量Ｃox2を付加
してもよいことは勿論である。
【００３２】その後、φcap1をハイレベルにしたまま、
φcap2をハイレベルとして容量ＣFDに容量Ｃox1及び容
量Ｃox2を付加した状態で、φSELをハイレベルとして選
択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイズ
信号Ｎ3を読み出す（第３ノイズ読出し）。
φcap2をハイレベルとして容量ＣFDに容量Ｃox1及び容
量Ｃox2を付加した状態で、φSELをハイレベルとして選
択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイズ
信号Ｎ3を読み出す（第３ノイズ読出し）。
【００３３】その後、φTXをハイレベルとしてフォトダ
イオードＰＤから信号電荷を転送する。φcap1及びφca
p2をハイレベルとしたまま、容量ＣFDに容量Ｃox1，Ｃo
x2を付加した状態で、φSELをハイレベルとして選択ス
イッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイズ信号
Ｎ3を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出す（第１信号読出
し）。
イオードＰＤから信号電荷を転送する。φcap1及びφca
p2をハイレベルとしたまま、容量ＣFDに容量Ｃox1，Ｃo
x2を付加した状態で、φSELをハイレベルとして選択ス
イッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイズ信号
Ｎ3を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出す（第１信号読出
し）。
【００３４】次に、φcap2をロウレベルとして容量Ｃox
2をなくし、増幅手段ＭSFのゲートに容量ＣFDおよび容
量Ｃox1が付加された状態で、φSELをハイレベルとして
選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ2を読み出す（第２信号
読出し）。
2をなくし、増幅手段ＭSFのゲートに容量ＣFDおよび容
量Ｃox1が付加された状態で、φSELをハイレベルとして
選択スイッチＭSELをオンして、増幅手段ＭSFよりノイ
ズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ2を読み出す（第２信号
読出し）。
【００３５】次に、φcap2をロウレベルとしたままφca
p1をロウレベルとして容量Ｃox1，Ｃox2をなくし、増幅
手段ＭSFのゲートに容量ＣFDが付加された状態で、φSE
Lをハイレベルとして選択スイッチＭSELをオンして、増
幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ3を
読み出す（第３信号読出し）。
p1をロウレベルとして容量Ｃox1，Ｃox2をなくし、増幅
手段ＭSFのゲートに容量ＣFDが付加された状態で、φSE
Lをハイレベルとして選択スイッチＭSELをオンして、増
幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ3を
読み出す（第３信号読出し）。
【００３６】読み出されたノイズ信号Ｎ1〜Ｎ3、センサ
信号Ｓ1〜Ｓ3はそれぞれの容量に蓄積され、ノイズ信号
Ｎ1〜Ｎ3は加算されて差動アンプの反転入力端子（−）
に入力され、センサ信号Ｓ1〜Ｓ3は加算されて差動アン
プの非反転入力端子（＋）に入力される。そして、差動
アンプにより（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の
減算処理が行なわれる。このようにして得られた信号
は、図８に示すような光電変換特性を示す。図８に示す
ように、（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の出力
は、（Ｓ1−Ｎ3）の信号、（Ｓ2−Ｎ2）の信号、（Ｓ3
−Ｎ1）の信号が加算された信号となる。
信号Ｓ1〜Ｓ3はそれぞれの容量に蓄積され、ノイズ信号
Ｎ1〜Ｎ3は加算されて差動アンプの反転入力端子（−）
に入力され、センサ信号Ｓ1〜Ｓ3は加算されて差動アン
プの非反転入力端子（＋）に入力される。そして、差動
アンプにより（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の
減算処理が行なわれる。このようにして得られた信号
は、図８に示すような光電変換特性を示す。図８に示す
ように、（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の出力
は、（Ｓ1−Ｎ3）の信号、（Ｓ2−Ｎ2）の信号、（Ｓ3
−Ｎ1）の信号が加算された信号となる。
【００３７】本実施例によれば、同一蓄積期間に蓄積さ
れた信号電荷に基づく、より広いダイナミックレンジの
センサ信号を得ることができる。
れた信号電荷に基づく、より広いダイナミックレンジの
センサ信号を得ることができる。
【００３８】なお、第１実施例において図５を用いて説
明した信号読み出し方法と同様な信号読み出し方法を、
本実施例においても用いることができる。図２２はその
信号読み出し方法を示すタイミングチャートである。図
２２に示すように、ノイズ読出し期間と信号読出し期間
における、φcap1，φcap2の振られ方を同じにして（ロ
ウレベルからハイレベル）、φcap1，φcap2の振られに
よる特性の影響を等しくすることができる。そして、
（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の減算処理によ
りφcap1，φcap2の振られによる影響をなくすことがで
きる。 （第３実施例）上記第１，２実施例ではＭＯＳの反転容
量を設けて、容量ＣFDに容量を付加した例を示したが、
容量を付加するための素子を別に設けることなく、容量
ＣFDに付加する容量を構成することができる。
明した信号読み出し方法と同様な信号読み出し方法を、
本実施例においても用いることができる。図２２はその
信号読み出し方法を示すタイミングチャートである。図
２２に示すように、ノイズ読出し期間と信号読出し期間
における、φcap1，φcap2の振られ方を同じにして（ロ
ウレベルからハイレベル）、φcap1，φcap2の振られに
よる特性の影響を等しくすることができる。そして、
（Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3）−（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）の減算処理によ
りφcap1，φcap2の振られによる影響をなくすことがで
きる。 （第３実施例）上記第１，２実施例ではＭＯＳの反転容
量を設けて、容量ＣFDに容量を付加した例を示したが、
容量を付加するための素子を別に設けることなく、容量
ＣFDに付加する容量を構成することができる。
【００３９】本実施例は転送スイッチのＭＯＳトランジ
スタのチャネルを容量として用いた場合を示す。図９は
本発明の固体撮像装置の第３実施例を示す概略的構成
図、図１０はその動作を示すタイミングチャート、図１
１はその動作を説明するためのポテンシャル図である。
スタのチャネルを容量として用いた場合を示す。図９は
本発明の固体撮像装置の第３実施例を示す概略的構成
図、図１０はその動作を示すタイミングチャート、図１
１はその動作を説明するためのポテンシャル図である。
【００４０】図９において、図１の画素構成と異なるの
は、ＭＯＳの反転容量Ｃoxが設けられていないことであ
る。本実施例においては転送スイッチのＭＯＳトランジ
スタＭTXのチャネルを容量として用いる。
は、ＭＯＳの反転容量Ｃoxが設けられていないことであ
る。本実施例においては転送スイッチのＭＯＳトランジ
スタＭTXのチャネルを容量として用いる。
【００４１】その動作について、図１０、図１１（ａ）
〜（ｄ）を用いて説明する。
〜（ｄ）を用いて説明する。
【００４２】まず、φRESをハイレベルとしリセットス
イッチＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセ
ットする。その後、φSEL，φTNをハイレベルとして選
択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN1，ＭTN2をオンし
て、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎを読み出し、容量Ｃ
TN1，ＣTN2に蓄積する（ノイズ読出し）。このときのポ
テンシャル図が図１１（ａ）である。
イッチＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセ
ットする。その後、φSEL，φTNをハイレベルとして選
択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN1，ＭTN2をオンし
て、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎを読み出し、容量Ｃ
TN1，ＣTN2に蓄積する（ノイズ読出し）。このときのポ
テンシャル図が図１１（ａ）である。
【００４３】その後、φTXをハイレベルとしてフォトダ
イオードＰＤから信号電荷を転送する。そして、φTXを
ハイレベルとしたまま、φSEL，φTS1をハイレベルとし
て選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS1をオンして、
増幅手段ＭSFよりノイズ信号を含んだセンサ信号Ｓ1を
読み出し、容量ＣTS1に蓄積する。ここで、φTXがハイ
レベルとなっていると、転送スイッチのＭＯＳトランジ
スタＭTXのチャネルが容量（反転容量）として機能し、
この容量をＣTXとすると、図１１（ｂ）のポテンシャル
図に示されるように、容量ＣFDに容量ＣTXが付加され、
両方の容量に信号電荷が蓄積された状態でセンサ信号Ｓ
1が読み出される。
イオードＰＤから信号電荷を転送する。そして、φTXを
ハイレベルとしたまま、φSEL，φTS1をハイレベルとし
て選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS1をオンして、
増幅手段ＭSFよりノイズ信号を含んだセンサ信号Ｓ1を
読み出し、容量ＣTS1に蓄積する。ここで、φTXがハイ
レベルとなっていると、転送スイッチのＭＯＳトランジ
スタＭTXのチャネルが容量（反転容量）として機能し、
この容量をＣTXとすると、図１１（ｂ）のポテンシャル
図に示されるように、容量ＣFDに容量ＣTXが付加され、
両方の容量に信号電荷が蓄積された状態でセンサ信号Ｓ
1が読み出される。
【００４４】次に、容量ＣTXを消滅させるように、φTX
をハイレベルから立ち下げるが、一旦φTXをミドルレベ
ルとする。これは、信号電荷がフォトダイオードＰＤ側
に流入するのを防ぎ、全電荷を容量ＣFD側に移行させる
ためである。図１１（ｃ）のポテンシャル図は、φTXが
ミドルレベルとされ、全電荷が容量ＣFD側に移行した状
態を示している。
をハイレベルから立ち下げるが、一旦φTXをミドルレベ
ルとする。これは、信号電荷がフォトダイオードＰＤ側
に流入するのを防ぎ、全電荷を容量ＣFD側に移行させる
ためである。図１１（ｃ）のポテンシャル図は、φTXが
ミドルレベルとされ、全電荷が容量ＣFD側に移行した状
態を示している。
【００４５】次にφTXをミドルレベルからロウレベルに
立ち下げ、容量ＣFDの状態でφSEL，φTS2をハイレベル
として選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオンし
て、増幅手段ＭSFよりノイズ信号を含んだセンサ信号Ｓ
2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する。図１１（ｄ）のポ
テンシャル図は、φTXがロウレベルとされ、全電荷が容
量ＣFD側にある状態を示している。
立ち下げ、容量ＣFDの状態でφSEL，φTS2をハイレベル
として選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオンし
て、増幅手段ＭSFよりノイズ信号を含んだセンサ信号Ｓ
2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する。図１１（ｄ）のポ
テンシャル図は、φTXがロウレベルとされ、全電荷が容
量ＣFD側にある状態を示している。
【００４６】次に、φTHをハイレベルとして、容量ＣTN
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎを共通線で加算して読み出
し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれセンサ信号Ｓ1，Ｓ2
を共通線で加算して読み出し、差動アンプにより（Ｓ1
＋Ｓ2）−（２Ｎ）の減算処理が行なわれる。
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎを共通線で加算して読み出
し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれセンサ信号Ｓ1，Ｓ2
を共通線で加算して読み出し、差動アンプにより（Ｓ1
＋Ｓ2）−（２Ｎ）の減算処理が行なわれる。
【００４７】本実施例によれば、より簡易な構成の画素
を構成することができる。 （第４実施例）第１，２実施例ではＭＯＳの反転容量を
設けて、容量ＣFDに容量を付加した例を示したが、転送
スイッチを二つ設け、第１の転送スイッチと第２の転送
スイッチとの間に容量を形成して付加容量とすることが
できる。
を構成することができる。 （第４実施例）第１，２実施例ではＭＯＳの反転容量を
設けて、容量ＣFDに容量を付加した例を示したが、転送
スイッチを二つ設け、第１の転送スイッチと第２の転送
スイッチとの間に容量を形成して付加容量とすることが
できる。
【００４８】本実施例は転送スイッチを二つ設け、その
間に付加容量を形成した場合を示す。なお、転送スイッ
チは二つに限定されず、三つ以上（それに対応して、付
加容量を二つ以上）設けてもよいことは勿論である。図
１２は本発明の固体撮像装置の第４実施例を示す概略的
構成図、図１３はその動作を示すタイミングチャートで
ある。
間に付加容量を形成した場合を示す。なお、転送スイッ
チは二つに限定されず、三つ以上（それに対応して、付
加容量を二つ以上）設けてもよいことは勿論である。図
１２は本発明の固体撮像装置の第４実施例を示す概略的
構成図、図１３はその動作を示すタイミングチャートで
ある。
【００４９】図１２において、図１の画素構成と異なる
のは、ＭＯＳトランジスタＭTX1、ＭＯＳトランジスタ
ＭTX2の二つの転送スイッチが設けられ、ＭＯＳトラン
ジスタＭTX1とＭＯＳトランジスタＭTX2との間に容量Ｃ
FD1が設けられ、信号φTX1，φTX2の制御により、増幅
手段ＭSFのゲートに付く容量が、容量ＣFD2と容量（ＣF
D1＋ＣFD2）とに切換えられるようになっていることで
ある。その他の構成は図１の画素構成と同じである。
のは、ＭＯＳトランジスタＭTX1、ＭＯＳトランジスタ
ＭTX2の二つの転送スイッチが設けられ、ＭＯＳトラン
ジスタＭTX1とＭＯＳトランジスタＭTX2との間に容量Ｃ
FD1が設けられ、信号φTX1，φTX2の制御により、増幅
手段ＭSFのゲートに付く容量が、容量ＣFD2と容量（ＣF
D1＋ＣFD2）とに切換えられるようになっていることで
ある。その他の構成は図１の画素構成と同じである。
【００５０】次に上記固体撮像装置の動作について、図
１３のタイミングチャートを用いて説明する。
１３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００５１】まず、φRESをハイレベルとしトランジス
タＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセット
する。φTX2がハイレベルで、容量ＣFD2に容量ＣFD1が
付加された状態で、φSEL，φTN1をハイレベルとして選
択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN1をオンして、増幅
手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を読み出し、容量ＣTN1に蓄
積する（第１ノイズ読出し）。
タＭRESをオンして、増幅手段ＭSFのゲートをリセット
する。φTX2がハイレベルで、容量ＣFD2に容量ＣFD1が
付加された状態で、φSEL，φTN1をハイレベルとして選
択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTN1をオンして、増幅
手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ1を読み出し、容量ＣTN1に蓄
積する（第１ノイズ読出し）。
【００５２】次に、φTX2がロウレベルで、増幅手段ＭS
Fのゲートに（容量ＣFD1が付加されず）容量ＣFD2がつ
いた状態で、φSEL，φTN2をハイレベルとして選択スイ
ッチＭSEL、切換スイッチＭTN2をオンして、増幅手段Ｍ
TN2よりノイズ信号Ｎ2を読み出し、容量ＣTN2に蓄積す
る（第２ノイズ読出し）。こうすることで、同一リセッ
ト後の、増幅手段のゲートにそれぞれ異なる容量が付加
された状態でのノイズ信号を読出し、蓄積することがで
きる。
Fのゲートに（容量ＣFD1が付加されず）容量ＣFD2がつ
いた状態で、φSEL，φTN2をハイレベルとして選択スイ
ッチＭSEL、切換スイッチＭTN2をオンして、増幅手段Ｍ
TN2よりノイズ信号Ｎ2を読み出し、容量ＣTN2に蓄積す
る（第２ノイズ読出し）。こうすることで、同一リセッ
ト後の、増幅手段のゲートにそれぞれ異なる容量が付加
された状態でのノイズ信号を読出し、蓄積することがで
きる。
【００５３】その後、φTX2、φTX1をハイレベルとして
フォトダイオードＰＤから信号電荷を容量ＣFD1，ＣFD2
に転送する。φTX1をロウレベルとし、φTX2をハイレベ
ルとしたまま、容量ＣFD2に容量ＣFD1を付加した状態
で、φSEL，φTS1をハイレベルとして選択スイッチＭSE
L、切換スイッチＭTS1をオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出し、容量Ｃ
TS1に蓄積する（第１信号読出し）。
フォトダイオードＰＤから信号電荷を容量ＣFD1，ＣFD2
に転送する。φTX1をロウレベルとし、φTX2をハイレベ
ルとしたまま、容量ＣFD2に容量ＣFD1を付加した状態
で、φSEL，φTS1をハイレベルとして選択スイッチＭSE
L、切換スイッチＭTS1をオンして、増幅手段ＭSFよりノ
イズ信号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ1を読み出し、容量Ｃ
TS1に蓄積する（第１信号読出し）。
【００５４】次に、φTX2をロウレベルとして容量ＣFD1
を切り離し（容量ＣFD1に蓄積されていた信号電荷は容
量ＣFD2側に移行させる）、増幅手段ＭSFのゲートに容
量ＣFD2が付加された状態で、φSEL，φTS2をハイレベ
ルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオン
して、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ2を含んだセンサ
信号Ｓ2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する（第２信号読
出し）。
を切り離し（容量ＣFD1に蓄積されていた信号電荷は容
量ＣFD2側に移行させる）、増幅手段ＭSFのゲートに容
量ＣFD2が付加された状態で、φSEL，φTS2をハイレベ
ルとして選択スイッチＭSEL、切換スイッチＭTS2をオン
して、増幅手段ＭSFよりノイズ信号Ｎ2を含んだセンサ
信号Ｓ2を読み出し、容量ＣTS2に蓄積する（第２信号読
出し）。
【００５５】次に、φTHをハイレベルとして、容量ＣTN
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎ1，Ｎ2を共通線で加算して読
み出し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれノイズ信号Ｎ
1，Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1，Ｓ2を共通線で加算して
読み出し、差動アンプＡにより（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋
Ｎ2）の減算処理が行なわれる。
1，ＣTN2からノイズ信号Ｎ1，Ｎ2を共通線で加算して読
み出し、容量ＣTS1，ＣTS2からそれぞれノイズ信号Ｎ
1，Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1，Ｓ2を共通線で加算して
読み出し、差動アンプＡにより（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋
Ｎ2）の減算処理が行なわれる。
【００５６】なお、二つの転送スイッチを有する固体撮
像装置としては、特公平７−１０５９１５号公報に開示
された固体撮像装置がある。図１４は上記特公平７−１
０５９１５号公報の第３図に開示された固体撮像素子の
一画素の構成を示す説明図、図１５は同公報の第４図に
開示されたタイミングチャートである。
像装置としては、特公平７−１０５９１５号公報に開示
された固体撮像装置がある。図１４は上記特公平７−１
０５９１５号公報の第３図に開示された固体撮像素子の
一画素の構成を示す説明図、図１５は同公報の第４図に
開示されたタイミングチャートである。
【００５７】図１４に示されるように、特公平７−１０
５９１５号公報に開示された固体撮像装置においても、
フォトダイオード１４から信号電荷をトランジスタ３０
のゲートに転送するトランジスタ２６，２８が設けられ
ている。
５９１５号公報に開示された固体撮像装置においても、
フォトダイオード１４から信号電荷をトランジスタ３０
のゲートに転送するトランジスタ２６，２８が設けられ
ている。
【００５８】しかしながら、特公平７−１０５９１５号
公報に開示された固体撮像装置は、図１５のタイミング
チャートに示されるように、信号φ-1，φ-2を同時にハ
イレベルとして、トランジスタ２６，２８を同時にオン
して、信号電荷を転送しており、本実施例の図１３に示
されるように、信号φTX2、φTX1を適宜切り換えて、ト
ランジスタＭTX1，ＭTX2をオン・オフし、増幅手段ＭSF
に付く容量を可変してダイナミックレンジの異なる信号
を出力するものでない。 （第５実施例）以上説明した第１〜４実施例では一画素
セルの場合について説明したが、本発明をエリアセンサ
に用いた場合の実施例について説明する。ここでは、図
１に示した画素セルを用いた場合のエリアセンサについ
て説明するが、第２〜４実施例の画素を用いることがで
きることは勿論である。画素の構成および読出し系の回
路構成は図１に示した構成と同じなので、ここでは詳細
な説明は略する。
公報に開示された固体撮像装置は、図１５のタイミング
チャートに示されるように、信号φ-1，φ-2を同時にハ
イレベルとして、トランジスタ２６，２８を同時にオン
して、信号電荷を転送しており、本実施例の図１３に示
されるように、信号φTX2、φTX1を適宜切り換えて、ト
ランジスタＭTX1，ＭTX2をオン・オフし、増幅手段ＭSF
に付く容量を可変してダイナミックレンジの異なる信号
を出力するものでない。 （第５実施例）以上説明した第１〜４実施例では一画素
セルの場合について説明したが、本発明をエリアセンサ
に用いた場合の実施例について説明する。ここでは、図
１に示した画素セルを用いた場合のエリアセンサについ
て説明するが、第２〜４実施例の画素を用いることがで
きることは勿論である。画素の構成および読出し系の回
路構成は図１に示した構成と同じなので、ここでは詳細
な説明は略する。
【００５９】図１６はエリアセンサの構成を示す概略的
構成図である。同図に示すように、マトリクス状に配さ
れた画素セルの行方向の走査は垂直走査回路１００によ
り行なわれ、行ごとに信号φRES，φTX，φSEL，φcap
が送られて、行ごとにノイズ信号、センサ信号が垂直出
力線に出力され各容量に蓄積される。各容量に蓄積され
た第１及び第２ノイズ信号、第１及び第２センサ信号は
水平走査回路１０１により列ごとに走査され、加算され
たノイズ信号（Ｎ1＋Ｎ2）と加算されたセンサ信号（Ｓ
1＋Ｓ2）とが順次列ごとに水平出力線を介して、差動ア
ンプＡの反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）に
送られ、減算処理が行なわれて、各画素ごとに信号（Ｓ
1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ2）を得ることができる。なお、Ｍ
CHR1，ＭCHR2は信号φCHRによって制御される、水平出
力線を所定の電位にリセットするＭＯＳトランジスタで
ある。
構成図である。同図に示すように、マトリクス状に配さ
れた画素セルの行方向の走査は垂直走査回路１００によ
り行なわれ、行ごとに信号φRES，φTX，φSEL，φcap
が送られて、行ごとにノイズ信号、センサ信号が垂直出
力線に出力され各容量に蓄積される。各容量に蓄積され
た第１及び第２ノイズ信号、第１及び第２センサ信号は
水平走査回路１０１により列ごとに走査され、加算され
たノイズ信号（Ｎ1＋Ｎ2）と加算されたセンサ信号（Ｓ
1＋Ｓ2）とが順次列ごとに水平出力線を介して、差動ア
ンプＡの反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）に
送られ、減算処理が行なわれて、各画素ごとに信号（Ｓ
1＋Ｓ2）−（Ｎ1＋Ｎ2）を得ることができる。なお、Ｍ
CHR1，ＭCHR2は信号φCHRによって制御される、水平出
力線を所定の電位にリセットするＭＯＳトランジスタで
ある。
【００６０】図１７は上記エリアセンサのタイミングチ
ャートを示す図である。この動作は図５に示した動作と
同様なので、ここでは説明を省略する。 （第６実施例）第１実施例では、ノイズ信号、センサ信
号をそれぞれ加算処理した後に、加算したセンサ信号か
ら加算したノイズ信号を減算処理して出力したが、本実
施例では加算処理を行なわずにノイズ除去のための減算
処理のみを行ない、システム側からの出力選択信号によ
ってダイナミックレンジの異なる（ノイズが除去され
た）センサ信号を選択して得る場合について説明する。
ャートを示す図である。この動作は図５に示した動作と
同様なので、ここでは説明を省略する。 （第６実施例）第１実施例では、ノイズ信号、センサ信
号をそれぞれ加算処理した後に、加算したセンサ信号か
ら加算したノイズ信号を減算処理して出力したが、本実
施例では加算処理を行なわずにノイズ除去のための減算
処理のみを行ない、システム側からの出力選択信号によ
ってダイナミックレンジの異なる（ノイズが除去され
た）センサ信号を選択して得る場合について説明する。
【００６１】図１８は本発明の固体撮像装置の第６実施
例を示す概略的構成図である。図１に示した固体撮像装
置と異なるのは、本実施例では、容量ＣTN1から読み出
したノイズ信号Ｎ1、容量ＣTS2から読み出したノイズ信
号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ2を差動アンプＡ1に入力し
て、Ｓ2−Ｎ1の減算処理を行なって出力し、容量ＣTN2
から読み出したノイズ信号Ｎ2、容量ＣTS1から読み出し
たノイズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1を差動アンプＡ
2に入力して、Ｓ1−Ｎ2の減算処理を行なって出力し、
二つのアナログスイッチとインバータとからなる選択手
段を出力選択信号に基づいて切換え、信号（Ｓ2−Ｎ1）
と信号（Ｓ1−Ｎ2）を選択的に出力できるようにしたと
ころにある。
例を示す概略的構成図である。図１に示した固体撮像装
置と異なるのは、本実施例では、容量ＣTN1から読み出
したノイズ信号Ｎ1、容量ＣTS2から読み出したノイズ信
号Ｎ1を含んだセンサ信号Ｓ2を差動アンプＡ1に入力し
て、Ｓ2−Ｎ1の減算処理を行なって出力し、容量ＣTN2
から読み出したノイズ信号Ｎ2、容量ＣTS1から読み出し
たノイズ信号Ｎ2を含んだセンサ信号Ｓ1を差動アンプＡ
2に入力して、Ｓ1−Ｎ2の減算処理を行なって出力し、
二つのアナログスイッチとインバータとからなる選択手
段を出力選択信号に基づいて切換え、信号（Ｓ2−Ｎ1）
と信号（Ｓ1−Ｎ2）を選択的に出力できるようにしたと
ころにある。
【００６２】図１９は本実施例の固体撮像装置を用いた
ビデオカメラ装置を示すブロック図である。
ビデオカメラ装置を示すブロック図である。
【００６３】図１９において、１はレンズ系であり、２
は絞り、３，５，７はモータ、４はモータ３を制御する
変倍レンズ駆動手段、６はモータ５を制御して絞り２を
駆動する絞り機構駆動手段、８はモータ７を制御するフ
ォーカスコンペレンズ駆動手段である。また、９はレン
ズ系１から入射した光信号を光電変換するための固体撮
像素子であり、図１８に示す本実施例の固体撮像装置が
用いられ、マイクロコンピューター１５からの出力選択
信号により、信号（Ｓ2−Ｎ1）か信号（Ｓ1−Ｎ2）かを
出力する。１０はＣＤＳ／ＡＧＣ（相関２重サンプリン
グ／オートゲインコントロール）、１１はＡＤ変換器で
ある。また、１２はカメラ信号処理回路であり、１２ａ
はＹ／Ｃ分離回路、１２ｂは輝度信号処理回路、１２ｃ
は色信号処理回路、１２ｄは色抑圧回路、１２ｅはデジ
タル出力変換回路、１２ｆは飽和画素判定測定回路であ
る。飽和画素判定測定回路１２ｆの飽和画素の判定は輝
度信号および色信号に基づいて行なわれる。飽和画素の
判定結果はマイクロコンピューター１５に入力され、こ
の判定結果に基づいて出力選択信号が出力される。ま
た、マイクロコンピューター１５はカメラ信号処理回路
１２からの信号に基づいて、変倍レンズ駆動手段４、絞
り機構駆動手段６、フォーカスコンペレンズ駆動手段８
を制御する。
は絞り、３，５，７はモータ、４はモータ３を制御する
変倍レンズ駆動手段、６はモータ５を制御して絞り２を
駆動する絞り機構駆動手段、８はモータ７を制御するフ
ォーカスコンペレンズ駆動手段である。また、９はレン
ズ系１から入射した光信号を光電変換するための固体撮
像素子であり、図１８に示す本実施例の固体撮像装置が
用いられ、マイクロコンピューター１５からの出力選択
信号により、信号（Ｓ2−Ｎ1）か信号（Ｓ1−Ｎ2）かを
出力する。１０はＣＤＳ／ＡＧＣ（相関２重サンプリン
グ／オートゲインコントロール）、１１はＡＤ変換器で
ある。また、１２はカメラ信号処理回路であり、１２ａ
はＹ／Ｃ分離回路、１２ｂは輝度信号処理回路、１２ｃ
は色信号処理回路、１２ｄは色抑圧回路、１２ｅはデジ
タル出力変換回路、１２ｆは飽和画素判定測定回路であ
る。飽和画素判定測定回路１２ｆの飽和画素の判定は輝
度信号および色信号に基づいて行なわれる。飽和画素の
判定結果はマイクロコンピューター１５に入力され、こ
の判定結果に基づいて出力選択信号が出力される。ま
た、マイクロコンピューター１５はカメラ信号処理回路
１２からの信号に基づいて、変倍レンズ駆動手段４、絞
り機構駆動手段６、フォーカスコンペレンズ駆動手段８
を制御する。
【００６４】カメラ信号処理回路１２からの出力はデジ
タルデコーダ、ＤＡ変換器１３を通してモニター手段１
４に送られ画像表示され、またＶＴＲに送られる。
タルデコーダ、ＤＡ変換器１３を通してモニター手段１
４に送られ画像表示され、またＶＴＲに送られる。
【００６５】なお図２０は従来のビデオカメラ装置を示
すブロック図であり、本実施例のように飽和画素判定測
定回路１２ｆが設けられておらず、出力選択信号が出力
されない点が異なる。 （第７実施例）本発明はエリアセンサに限定されず、ラ
インセンサにも用いることができる。ラインセンサの場
合は、画素において選択スイッチが省かれることを除い
て画素構成は同じである。図２１は本発明をラインセン
サに適用した場合の概略的構成図である。ラインセンサ
の基本的な構成は図１６のエリアセンサと同様である。
すブロック図であり、本実施例のように飽和画素判定測
定回路１２ｆが設けられておらず、出力選択信号が出力
されない点が異なる。 （第７実施例）本発明はエリアセンサに限定されず、ラ
インセンサにも用いることができる。ラインセンサの場
合は、画素において選択スイッチが省かれることを除い
て画素構成は同じである。図２１は本発明をラインセン
サに適用した場合の概略的構成図である。ラインセンサ
の基本的な構成は図１６のエリアセンサと同様である。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイナミックレンジの拡大した信号を得ることができ
る。
ダイナミックレンジの拡大した信号を得ることができ
る。
【００６７】また、感度は高いがダイナミックレンジの
小さい信号と、感度は低いがダイナミックレンジの大き
い信号を得ることができる。この場合に、必要に応じ
て、感度は高いがダイナミックレンジの小さい信号と、
感度は低いがダイナミックレンジの大きい信号とを選択
して出力することができる。例えば輝度信号のレベルに
よって信号を切り換えることができる。
小さい信号と、感度は低いがダイナミックレンジの大き
い信号を得ることができる。この場合に、必要に応じ
て、感度は高いがダイナミックレンジの小さい信号と、
感度は低いがダイナミックレンジの大きい信号とを選択
して出力することができる。例えば輝度信号のレベルに
よって信号を切り換えることができる。
【００６８】本発明は例えば逆光補正に用いることがで
きる。
きる。
【図１】本発明の固体撮像装置の第１実施例を示す概略
的構成図である。
的構成図である。
【図２】図１の固体撮像装置の動作を示すタイミングチ
ャートを示す図である。
ャートを示す図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の光電変換特性を示
す図である。
す図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の読出し動作を示す
図である。
図である。
【図５】本発明の他の信号読出し方法を示す図である。
【図６】本発明の固体撮像装置の第２実施例の一画素を
示す概略的構成図である。
示す概略的構成図である。
【図７】図６に示した固体撮像装置の動作を示すタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
【図８】図６に示した固体撮像装置の光電変換特性を示
す図である。
す図である。
【図９】本発明の固体撮像装置の第３実施例を示す概略
的構成図である。
的構成図である。
【図１０】図９の固体撮像装置の動作を示すタイミング
チャートである。
チャートである。
【図１１】図９の固体撮像装置の動作を説明するための
ポテンシャル図である。
ポテンシャル図である。
【図１２】本発明の固体撮像装置の第４実施例を示す概
略的構成図である。
略的構成図である。
【図１３】図１２の固体撮像装置の動作を示すタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【図１４】特公平７−１０５９１５号公報に開示された
固体撮像素子の一画素の構成を示す説明図である。
固体撮像素子の一画素の構成を示す説明図である。
【図１５】特公平７−１０５９１５号公報に開示された
タイミングチャートである。
タイミングチャートである。
【図１６】エリアセンサの構成を示す概略的構成図であ
る。
る。
【図１７】上記エリアセンサのタイミングチャートを示
す図である。
す図である。
【図１８】本発明の固体撮像装置の第６実施例を示す概
略的構成図である。
略的構成図である。
【図１９】本実施例の固体撮像装置を用いたビデオカメ
ラ装置を示すブロック図である。
ラ装置を示すブロック図である。
【図２０】従来のビデオカメラ装置を示すブロック図で
ある。
ある。
【図２１】本発明をラインセンサに適用した場合の概略
的構成図である。
的構成図である。
【図２２】本発明の固体撮像装置の第２実施例の他の信
号読み出し方法を示すタイミングチャートである。
号読み出し方法を示すタイミングチャートである。
ＰＤ フォトダイオード ＭTX 転送スイッチ ＭRES リセットスイッチ ＭSEL 選択スイッチ ＭSF 増幅手段 ＣFD 容量 Ｃox ＭＯＳの反転容量 ＭTN1，ＭTN2，ＭTS1，ＭTS2 切換スイッチ ＣTN1，ＣTN2，ＣTS1，ＣTS2 容量 ＭTH1，ＭTH2，ＭTH3，ＭTH4 共通出力手段 Ａ 差動アンプ φTX，φRES，φSEL，φTN1，φTN2，φTS1，φTS2 信
号 φcap 制御信号
号 φcap 制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 勇武 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小泉 徹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 光地 哲伸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 樋山 拓己 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 須川 成利 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 新井 秀雪 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C024 AA01 CA15 FA01 FA11 GA01 GA31 GA48
Claims (24)
- 【請求項１】 光電変換部と、該光電変換部から信号電
荷を転送する転送手段と、転送された信号電荷を保持す
る容量手段と、該容量手段に保持された信号電荷に対応
して信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置
であって、 前記容量手段は、第１の容量値の容量部と、該第１の容
量値を増大させて第２の容量値とするために該容量部に
容量を付加する付加容量部と、を有し、 前記増幅手段からの信号読出しは、前記信号電荷を前記
容量部と前記付加容量部とに保持して信号を読み出す第
１の読出しモードと、前記信号電荷を前記容量部に保持
して信号を読み出す第２の読出しモードと、を有する固
体撮像装置。 - 【請求項２】 前記容量部及び前記付加容量部に容量を
さらに付加する少なくとも一つの他の付加容量部を有
し、 前記容量部と前記付加容量部に該他の付加容量部を一つ
ずつ付加して構成される各容量値での、前記容量手段に
信号電荷を保持して前記増幅手段から信号を出力する読
出しモードを、該他の付加容量部の数に対応して設けた
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】 光電変換部と、該光電変換部から転送さ
れた信号電荷を保持する容量手段と、該光電変換部から
信号電荷を転送するとともに、チャネルによって生ずる
容量を前記容量手段に付加して容量値を増大させる転送
用電界効果型トランジスタと、該容量手段に保持された
信号電荷または該容量手段と該転送用電界効果型トラン
ジスタの容量とに保持された信号電荷に対応して信号を
出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であって、 前記増幅手段からの信号読出しは、前記信号電荷を前記
容量手段と前記転送用電界効果型トランジスタの容量と
に保持して信号を読み出す第１の読出しモードと、前記
信号電荷を前記容量手段に保持して信号を読み出す第２
の読出しモードと、を有する固体撮像装置。 - 【請求項４】 光電変換部と、該光電変換部から信号電
荷を転送する第１及び第２の転送手段と、該第１の転送
手段と該第２の転送手段との間に設けられた、転送され
た信号電荷を保持する第１の容量手段と、該第２の転送
手段の出力側に設けられた、転送された信号電荷を保持
する第２の容量手段と、該第１の容量手段と該第２の容
量手段とに保持された信号電荷または該第２の容量手段
に保持された信号電荷に対応して信号を出力する増幅手
段と、を有する固体撮像装置であって、 前記増幅手段からの信号読出しは、前記信号電荷を前記
第１及び第２の容量手段に保持して信号を読み出す第１
の読出しモードと、前記信号電荷を前記第２の容量手段
に保持して信号を読み出す第２の読出しモードとを有す
る固体撮像装置。 - 【請求項５】 各読出しモードでの出力信号を加算処理
する手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいず
れかの請求項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】 光電変換部と、該光電変換部から信号電
荷を転送する転送手段と、転送された信号電荷を保持す
る容量手段と、該容量手段に信号電荷が保持されない状
態で第１の信号を出力するとともに、該容量手段に信号
電荷が保持された状態で該信号電荷に対応して第２の信
号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像装置であっ
て、 前記容量手段は、第１の容量値の容量部と、該第１の容
量値を増大させて第２の容量値とするために該容量部に
容量を付加する付加容量部と、を有し、 前記増幅手段からの第１の信号の読出しは、信号電荷が
保持されない状態の前記容量部から信号を読み出す第１
の非保持読出しモードと、信号電荷が保持されない状態
の前記容量部と前記付加容量部とから信号を読み出す第
２の非保持読出しモードとを有し、 前記増幅手段からの第２の信号の読出しは、前記信号電
荷を前記容量部に保持した状態で信号を読み出す第１の
保持読出しモードと、前記信号電荷を前記容量部と前記
付加容量部とに保持した状態で信号を読み出す第２の保
持読出しモードとを有する固体撮像装置。 - 【請求項７】 前記容量部及び前記付加容量部に容量を
さらに付加する少なくとも一つの他の付加容量部を有
し、 前記容量部と前記付加容量部に該他の付加容量部を一つ
ずつ付加して構成される各容量値での、前記容量手段に
信号電荷が保持されない状態で前記増幅手段から信号を
読み出す非保持読出しモードと、前記容量部と前記付加
容量部に該他の付加容量部を一つずつ付加して構成され
る各容量値での、前記容量手段に信号電荷が保持された
状態で前記増幅手段から信号を読み出す保持読出しモー
ドとを、該他の付加容量部の数に対応して設けたことを
特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。 - 【請求項８】 光電変換部と、該光電変換部から転送さ
れた信号電荷を保持する容量手段と、該光電変換部から
信号電荷を転送するとともに、チャネルによって生ずる
容量を前記容量手段に付加して容量値を増大させる転送
用電界効果型トランジスタと、該容量手段に信号電荷が
保持されない状態で第１の信号を出力するとともに、該
該容量手段に保持された信号電荷または該容量手段と該
転送用電界効果型トランジスタの容量とに保持された信
号電荷に対応して第２の信号を出力する増幅手段と、を
有する固体撮像装置であって、 前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信号電荷が保
持されない状態での前記容量手段から信号を読み出す非
保持読出しモードと、 前記増幅手段からの第２の信号読出しは、前記信号電荷
を前記容量手段と前記転送用電界効果型トランジスタの
容量とに保持した状態で信号を読み出す第１の保持読出
しモードと、前記信号電荷を前記容量手段に保持した状
態で信号を読み出す第２の保持読出しモードと、を有す
る固体撮像装置。 - 【請求項９】 光電変換部と、該光電変換部から信号電
荷を転送する第１及び第２の転送手段と、該第１の転送
手段と該第２の転送手段との間に設けられた、転送され
た信号電荷を保持する第１の容量手段と、該第２の転送
手段の出力側に設けられた、転送された信号電荷を保持
する第２の容量手段と、該第１の容量手段と該第２の容
量手段または該第２の容量手段に信号電荷が保持されな
い状態で第１の信号を出力するとともに、該第１の容量
手段と該第２の容量手段とに信号電荷が保持された状態
または該第２の容量手段に信号電荷が保持された状態で
該信号電荷に対応して第２の信号を出力する増幅手段
と、を有する固体撮像装置であって、 前記増幅手段からの第１の信号読出しは、信号電荷が保
持されない状態の該第１及び第２の容量手段から信号を
読み出す第１の非保持読出しモードと、信号電荷が保持
されない状態の該第２の容量手段から信号を読み出す第
２の非保持読出しモードとを有し、 前記増幅手段からの第２の信号読出しは、前記信号電荷
を該第１及び第２の容量手段に保持した状態で信号を読
み出す第１の保持読出しモードと、前記信号電荷を該第
２の容量手段に保持した状態で信号を読み出す第２の保
持読出しモードとを有する固体撮像装置。 - 【請求項１０】 各非保持読出しモードでの出力信号を
加算処理する第１加算手段と、各保持読出しモードでの
出力信号を加算処理する第２加算手段と、第１加算手段
の出力と第２加算手段の出力とを減算処理する減算手段
と、を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか
の請求項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１１】 容量値が同じ又は略同じときの、非保
持読出しモードでの出力信号と保持読出しモードでの出
力信号とを減算処理する減算手段を、変動する容量値の
数に応じて設けたことを特徴とする請求項６〜９のいず
れかの請求項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１２】 前記付加容量部、または前記付加容量
部と他の付加容量部とは、前記容量部に並列に電気的に
接続された可変容量素子であることを特徴とする請求項
１、２、６、７のいずれかの請求項に記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１３】 前記第１の非保持読出しモードと第２
の非保持読出しモードとの順序が、前記第１の保持読出
しモードと第２の保持読出しモードとの順序と同じであ
ることを特徴とする請求項６、７、９、１０、１１のい
ずれかの請求項に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の固
体撮像装置をエリアセンサとして用いたことを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項１５】 請求項１〜１３のいずれかに記載の固
体撮像装置をラインセンサとして用いたことを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項１６】 光電変換部で発生した信号電荷を容量
手段に保持し、該容量手段に保持された信号電荷に対応
する信号を増幅手段により出力する固体撮像装置の信号
読出し方法であって、 前記光電変換部で発生した信号電荷を第１の容量値に設
定された前記容量手段に保持して前記増幅手段により出
力する第１の読出しモードと、 前記第１の読出しモード後に、前記容量手段の容量値を
前記第１の容量値から第２の容量値に変え、該第２の容
量値に設定された前記容量手段に保持された信号電荷に
対応する信号を前記増幅手段により出力する第２の読出
しモードと、を有する固体撮像装置の信号読出し方法。 - 【請求項１７】 前記第２の読出しモード後に、前記容
量手段の容量値を前記第２の容量値から任意の容量値に
変え、該任意の容量値に設定された前記容量手段に保持
された信号電荷に対応する信号を前記増幅手段により出
力する少なくとも一つの読出しモードを有する請求項１
６に記載の固体撮像装置の信号読出し方法。 - 【請求項１８】 光電変換部で発生した信号電荷を容量
手段に保持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増
幅手段により出力する保持読出しモードと、該信号電荷
が前記容量手段に保持されない状態で信号を前記増幅手
段により出力する非保持読出しモードとを有する固体撮
像装置の信号読出し方法であって、 前記保持読出しモードは、第１の容量値に設定された前
記容量手段に前記信号電荷を保持した状態で前記増幅手
段により出力する第１の保持読出しモードと、容量値が
前記第１の容量値と異なる第２の容量値に設定された前
記容量手段に前記信号電荷を保持した状態で前記増幅手
段により出力する第２の保持読出しモードとを有し、 前記非保持読出しモードは、第１の容量値に設定された
前記容量手段に前記信号電荷を保持しない状態で前記増
幅手段により出力する第１の非保持読出しモードと、容
量値が前記第１の容量値と異なる第２の容量値に設定さ
れた前記容量手段に前記信号電荷を保持しない状態で前
記増幅手段により出力する第２の非保持読出しモードと
を有する固体撮像装置の信号読出し方法。 - 【請求項１９】 前記容量手段の容量値を前記第２の容
量値から任意の容量値に変え、該任意の容量値に設定さ
れた前記容量手段に前記信号電荷を保持した状態で前記
増幅手段により出力する少なくとも一つの保持読出しモ
ードと、前記容量手段の容量値を前記第２の容量値から
任意の容量値に変え、該任意の容量値に設定された前記
容量手段に前記信号電荷を保持しない状態で前記増幅手
段により出力する少なくとも一つの非保持読出しモード
と、を有する請求項１８に記載の固体撮像装置の信号読
出し方法。 - 【請求項２０】 光電変換部で発生した信号電荷を容量
手段に保持した状態で、該信号電荷に対応する信号を増
幅手段により出力する保持読出しモードと、前記信号電
荷が前記容量手段に保持されない状態で信号を前記増幅
手段により出力する非保持読出しモードとを有する固体
撮像装置の信号読出し方法であって、 前記保持読出しモードは、第１の容量値に設定された前
記容量手段に前記信号電荷を保持した状態で前記増幅手
段により出力する第１の保持読出しモードと、容量値が
前記第１の容量値と異なる第２の容量値に設定された前
記容量手段に前記信号電荷を保持した状態で前記増幅手
段により出力する第２の保持読出しモードとを有し、 前記非保持読出しモードは、前記第２の容量値に設定さ
れた前記容量手段に前記信号電荷を保持しない状態で前
記増幅手段により出力する非保持読出しモードを有する
固体撮像装置の信号読出し方法。 - 【請求項２１】 光電変換部と、該光電変換部からの信
号電荷を転送する転送手段と、転送された信号電荷を保
持する容量手段と、該容量手段に保持された信号電荷に
対応して信号を出力する増幅手段と、を有する固体撮像
装置であって、 前記容量手段は、複数の異なる容量値に設定するための
設定手段を有し、 前記信号電荷からの信号の読み出しは、各容量値におい
て前記容量手段に保持された信号電荷を読み出す複数の
読み出しモードを有する固体撮像装置。 - 【請求項２２】 各読出しモードでの出力信号を加算処
理する手段を有することを特徴とする請求項２１に記載
の固体撮像装置。 - 【請求項２３】 請求項２１又は請求項２２に記載の固
体撮像装置をエリアセンサとして用いたことを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項２４】 請求項２１又は請求項２２に記載の固
体撮像装置をラインセンサとして用いたことを特徴とす
る固体撮像装置。
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