JP2002077737A - イメージセンサ - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
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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
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のイメージセンサのダイナミックレンジ拡
大方法の一つに、露光時間の異なる行の信号電荷を画素
領域の上下に設けた水平転送レジスタに別々に読み出
し、オフチップでそれらを合成する方法があるが、水平
のスキャン回路が上下に必要になるため回路規模、シス
テム規模が大きくなるという欠点があった。 【解決手段】露光時間の異なる２回の露光を行って、ピ
クセル内に設けたピクセル内容量４に１回目の露光期間
でフォトダイオード１に発生した信号電荷を保持し、２
回目の露光期間でフォトダイオード１に発生した信号電
荷を１回目の信号電荷とピクセル内で混合して読み出す
ことにより、第一露光期間に白飛びした部分は第二露光
期間の情報で、また、第二露光期間に黒潰れした部分は
第一露光期間の情報でそれぞれ補われるため、白飛び・
黒潰れの緩和された光量に対するダイナミックレンジの
広い画像が得られる。
大方法の一つに、露光時間の異なる行の信号電荷を画素
領域の上下に設けた水平転送レジスタに別々に読み出
し、オフチップでそれらを合成する方法があるが、水平
のスキャン回路が上下に必要になるため回路規模、シス
テム規模が大きくなるという欠点があった。 【解決手段】露光時間の異なる２回の露光を行って、ピ
クセル内に設けたピクセル内容量４に１回目の露光期間
でフォトダイオード１に発生した信号電荷を保持し、２
回目の露光期間でフォトダイオード１に発生した信号電
荷を１回目の信号電荷とピクセル内で混合して読み出す
ことにより、第一露光期間に白飛びした部分は第二露光
期間の情報で、また、第二露光期間に黒潰れした部分は
第一露光期間の情報でそれぞれ補われるため、白飛び・
黒潰れの緩和された光量に対するダイナミックレンジの
広い画像が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサ、
特に、ＭＯＳ型イメージセンサの入射光量に対するダイ
ナミックレンジの拡大に関する。
特に、ＭＯＳ型イメージセンサの入射光量に対するダイ
ナミックレンジの拡大に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明が関するＭＯＳ型イメージセンサ
は、特に専用プロセスが必要なＣＣＤイメージセンサと
違い、標準ＭＯＳプロセスで作製可能なために、低電圧
・単一電源動作により低消費電力なこと、および、周辺
ロジックやマクロがワンチップ化できる利点があり、近
年注目を浴びている。
は、特に専用プロセスが必要なＣＣＤイメージセンサと
違い、標準ＭＯＳプロセスで作製可能なために、低電圧
・単一電源動作により低消費電力なこと、および、周辺
ロジックやマクロがワンチップ化できる利点があり、近
年注目を浴びている。
【０００３】図６に、Ｏ．Ｙ．Ｐｅｃｈｔ等によって、
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ，４４，ｐｐ．１２７１−１７２３、１９９７で発
表されている、光量に対するダイナミックレンジ拡大方
法の従来例を示す。
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ，４４，ｐｐ．１２７１−１７２３、１９９７で発
表されている、光量に対するダイナミックレンジ拡大方
法の従来例を示す。
【０００４】これによると、露光時間の異なるＲＯＷｎ
及びＲＯＷ（ｎ−Δ）に対して、そこに位置するピクセ
ル２１の信号電荷を上下のそれぞれ第１水平転送レジス
タ２２及び第２水平転送レジスタ２３に別々に読み出
し、オフチップでそれらを合成することになっている。
及びＲＯＷ（ｎ−Δ）に対して、そこに位置するピクセ
ル２１の信号電荷を上下のそれぞれ第１水平転送レジス
タ２２及び第２水平転送レジスタ２３に別々に読み出
し、オフチップでそれらを合成することになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】然るに、上記のような
方法だと、水平のスキャン回路が上下に必要になるため
回路規模が大きくなる。また、露光時間の異なる二画面
の合成はオフチップ処理のためシステム規模が大きくな
るという欠点もある。
方法だと、水平のスキャン回路が上下に必要になるため
回路規模が大きくなる。また、露光時間の異なる二画面
の合成はオフチップ処理のためシステム規模が大きくな
るという欠点もある。
【０００６】本発明の目的は、回路規模の増大なしに、
白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイナミック
レンジの広い画像を実現できるイメージセンサを提供す
ることにある。
白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイナミック
レンジの広い画像を実現できるイメージセンサを提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のイメージ
センサは、半導体領域と、前記半導体領域内に形成され
た前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有する半導
体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内のキャリ
アを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて前記拡
散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリアの表面
電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射量を
測定するイメージセンサであって、前記拡散層内に光を
入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる工程
が、前記光を第１の露光期間に渡って前記拡散層内に入
射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発生させ、前
記第１の露光期間後の蓄積期間に前記第１のキャリアを
蓄積部に移し、前記蓄積期間の後、前記光を第２の露光
期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に
第２のキャリアを発生させることにより行われ、前記発
生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出力
して前記光の入射量を測定する工程が、前記第２の露光
期間の後の読出し期間に、前記第１のキャリアと前記第
２のキャリアとを合わせる動作を含むことを特徴とし、
第１の適用形態は、前記光を第１の露光期間に渡って前
記拡散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリア
を発生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が導通
した状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積
期間に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記
拡散層及び前記蓄積部を遮断することにより行われ、こ
の形態においては、さらに、前記第２の露光期間前に、
電源に接続するリセットトランジスタにより、前記拡散
層及び前記蓄積部に含まれるキャリアが排出される、と
いうものである。
センサは、半導体領域と、前記半導体領域内に形成され
た前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有する半導
体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内のキャリ
アを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて前記拡
散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリアの表面
電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射量を
測定するイメージセンサであって、前記拡散層内に光を
入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる工程
が、前記光を第１の露光期間に渡って前記拡散層内に入
射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発生させ、前
記第１の露光期間後の蓄積期間に前記第１のキャリアを
蓄積部に移し、前記蓄積期間の後、前記光を第２の露光
期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に
第２のキャリアを発生させることにより行われ、前記発
生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出力
して前記光の入射量を測定する工程が、前記第２の露光
期間の後の読出し期間に、前記第１のキャリアと前記第
２のキャリアとを合わせる動作を含むことを特徴とし、
第１の適用形態は、前記光を第１の露光期間に渡って前
記拡散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリア
を発生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が導通
した状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積
期間に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記
拡散層及び前記蓄積部を遮断することにより行われ、こ
の形態においては、さらに、前記第２の露光期間前に、
電源に接続するリセットトランジスタにより、前記拡散
層及び前記蓄積部に含まれるキャリアが排出される、と
いうものである。
【０００８】次に、本発明の第１のイメージセンサの第
２の適用形態は、前記光を第１の露光期間に渡って前記
拡散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを
発生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が遮断し
た状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積期
間に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記拡
散層及び前記蓄積部を導通することにより行われる、と
いうものである。
２の適用形態は、前記光を第１の露光期間に渡って前記
拡散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを
発生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が遮断し
た状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積期
間に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記拡
散層及び前記蓄積部を導通することにより行われる、と
いうものである。
【０００９】次に、本発明の第２のイメージセンサは、
半導体領域と、前記半導体領域内に形成された前記半導
体領域と逆の導電型の拡散層とを有する半導体装置を含
み、前記半導体装置の前記拡散層内のキャリアを排出し
た後、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキ
ャリアを発生させ、発生したキャリアの表面電位に基づ
く信号を出力部に出力して前記光の入射量を測定するイ
メージセンサであって、前記拡散層内に光を入射させて
前記拡散層内にキャリアを発生させる工程が、前記光を
第１の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に第１のキャリアを発生させ、前記第１の露光
期間後の蓄積期間に前記第１のキャリアの一部を蓄積部
に移して前記拡散層内に前記第１のキャリアを残し、前
記蓄積期間の後、前記光を第２の露光期間に渡って前記
拡散層内に入射させて前記拡散層内に第２のキャリアを
発生させることにより行われ、前記発生したキャリアの
表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射
量を測定する工程が、前記第２の露光期間の後の読出し
期間に、前記第２のキャリアと前記拡散層内に残った前
記第１のキャリアとの合計のキャリアを読み出す動作を
含むことを特徴とする、というものである。
半導体領域と、前記半導体領域内に形成された前記半導
体領域と逆の導電型の拡散層とを有する半導体装置を含
み、前記半導体装置の前記拡散層内のキャリアを排出し
た後、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキ
ャリアを発生させ、発生したキャリアの表面電位に基づ
く信号を出力部に出力して前記光の入射量を測定するイ
メージセンサであって、前記拡散層内に光を入射させて
前記拡散層内にキャリアを発生させる工程が、前記光を
第１の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に第１のキャリアを発生させ、前記第１の露光
期間後の蓄積期間に前記第１のキャリアの一部を蓄積部
に移して前記拡散層内に前記第１のキャリアを残し、前
記蓄積期間の後、前記光を第２の露光期間に渡って前記
拡散層内に入射させて前記拡散層内に第２のキャリアを
発生させることにより行われ、前記発生したキャリアの
表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射
量を測定する工程が、前記第２の露光期間の後の読出し
期間に、前記第２のキャリアと前記拡散層内に残った前
記第１のキャリアとの合計のキャリアを読み出す動作を
含むことを特徴とする、というものである。
【００１０】上記の本発明の第１、２のイメージセンサ
において、前記第１の露光期間前に、電源に接続するリ
セットトランジスタにより、前記拡散層及び前記蓄積部
に含まれるキャリアが排出され、前記第１の露光期間か
ら前記第２の露光期間に渡る期間は、先行する一フレー
ムの読み出し期間の間に位置し、前記第１の露光期間
は、前記第２の露光期間よりも長い、という形態も可能
である。
において、前記第１の露光期間前に、電源に接続するリ
セットトランジスタにより、前記拡散層及び前記蓄積部
に含まれるキャリアが排出され、前記第１の露光期間か
ら前記第２の露光期間に渡る期間は、先行する一フレー
ムの読み出し期間の間に位置し、前記第１の露光期間
は、前記第２の露光期間よりも長い、という形態も可能
である。
【００１１】次に、本発明の第１のイメージセンサを展
開させた第３のイメージセンサは、半導体領域と、前記
半導体領域内に形成された前記半導体領域と逆の導電型
の拡散層とを有する半導体装置を含み、前記半導体装置
の前記拡散層内のキャリアを排出した後、前記拡散層内
に光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させ、
発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出
力して前記光の入射量を測定するイメージセンサであっ
て、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキャ
リアを発生させる工程が、前記光をお互いに重複しない
複数の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に前記複数の露光期間に対応するキャリアを発
生させ、前記複数の露光期間のうち相対的に先行する一
つの先行露光期間に前記拡散層内に発生した先行キャリ
アを前記先行期間の後の蓄積期間に蓄積部に移し、前記
蓄積期間の後、前記光を前記先行露光期間の後に位置す
る後続露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に後続キャリアを発生させることにより行わ
れ、前記発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出
力部に出力して前記光の入射量を測定する工程が、前記
複数の露光期間の最後の露光期間の後の読出し期間に、
前記最後の露光期間の直前の露光期間までに前記蓄積部
に蓄積されたキャリアと前記最後の露光期間に前記拡散
層内に発生したキャリアとを混合する動作を含むことを
特徴とする。
開させた第３のイメージセンサは、半導体領域と、前記
半導体領域内に形成された前記半導体領域と逆の導電型
の拡散層とを有する半導体装置を含み、前記半導体装置
の前記拡散層内のキャリアを排出した後、前記拡散層内
に光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させ、
発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出
力して前記光の入射量を測定するイメージセンサであっ
て、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキャ
リアを発生させる工程が、前記光をお互いに重複しない
複数の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に前記複数の露光期間に対応するキャリアを発
生させ、前記複数の露光期間のうち相対的に先行する一
つの先行露光期間に前記拡散層内に発生した先行キャリ
アを前記先行期間の後の蓄積期間に蓄積部に移し、前記
蓄積期間の後、前記光を前記先行露光期間の後に位置す
る後続露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に後続キャリアを発生させることにより行わ
れ、前記発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出
力部に出力して前記光の入射量を測定する工程が、前記
複数の露光期間の最後の露光期間の後の読出し期間に、
前記最後の露光期間の直前の露光期間までに前記蓄積部
に蓄積されたキャリアと前記最後の露光期間に前記拡散
層内に発生したキャリアとを混合する動作を含むことを
特徴とする。
【００１２】次に、本発明の第２のイメージセンサを展
開させた第４のイメージセンサは、半導体領域と、前記
半導体領域内に形成された前記半導体領域と逆の導電型
の拡散層とを有する半導体装置を含み、前記半導体装置
の前記拡散層内のキャリアを排出した後、前記拡散層内
に光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させ、
発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出
力して前記光の入射量を測定するイメージセンサであっ
て、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキャ
リアを発生させる工程が、前記光をお互いに重複しない
複数の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に前記複数の露光期間に対応するキャリアを発
生させ、前記複数の露光期間のうち相対的に先行する露
光期間の後の蓄積期間に、前記先行する露光期間までの
露光期間に前記拡散層内に蓄積した先行キャリアの一部
を蓄積部に移すと同時に前記拡散層内に前記先行キャリ
アを残し、前記蓄積期間の後、前記光を前記先行する露
光期間の後に位置する後続露光期間に渡って前記拡散層
内に入射させて前記拡散層内に後続キャリアを発生させ
ることにより行われ、前記発生したキャリアの表面電位
に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射量を測定
する工程が、前記複数の露光期間のうち最後の露光期間
の後の読出し期間に、前記最後の露光期間の直前の露光
期間までに前記拡散層内に残った先行キャリアと前記最
後の露光期間で前記拡散層内に発生した後続キャリアと
の合計のキャリアを読み出す動作を含むことを特徴とす
る。
開させた第４のイメージセンサは、半導体領域と、前記
半導体領域内に形成された前記半導体領域と逆の導電型
の拡散層とを有する半導体装置を含み、前記半導体装置
の前記拡散層内のキャリアを排出した後、前記拡散層内
に光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させ、
発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出
力して前記光の入射量を測定するイメージセンサであっ
て、前記拡散層内に光を入射させて前記拡散層内にキャ
リアを発生させる工程が、前記光をお互いに重複しない
複数の露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記
拡散層内に前記複数の露光期間に対応するキャリアを発
生させ、前記複数の露光期間のうち相対的に先行する露
光期間の後の蓄積期間に、前記先行する露光期間までの
露光期間に前記拡散層内に蓄積した先行キャリアの一部
を蓄積部に移すと同時に前記拡散層内に前記先行キャリ
アを残し、前記蓄積期間の後、前記光を前記先行する露
光期間の後に位置する後続露光期間に渡って前記拡散層
内に入射させて前記拡散層内に後続キャリアを発生させ
ることにより行われ、前記発生したキャリアの表面電位
に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射量を測定
する工程が、前記複数の露光期間のうち最後の露光期間
の後の読出し期間に、前記最後の露光期間の直前の露光
期間までに前記拡散層内に残った先行キャリアと前記最
後の露光期間で前記拡散層内に発生した後続キャリアと
の合計のキャリアを読み出す動作を含むことを特徴とす
る。
【００１３】上記本発明の第３、４のイメージセンサに
おいて、前記複数の露光期間のうち、先行する露光期間
は、その後に位置する露光期間よりも長い期間であり、
前記複数の露光期間に渡る期間は、先行する一フレーム
の読み出し期間の間に位置する、という形態を採り得
る。
おいて、前記複数の露光期間のうち、先行する露光期間
は、その後に位置する露光期間よりも長い期間であり、
前記複数の露光期間に渡る期間は、先行する一フレーム
の読み出し期間の間に位置する、という形態を採り得
る。
【００１４】上記本発明の第１、２、３、４のイメージ
センサにおいて、前記拡散層はイメージセンサのピクセ
ルを構成し、前記蓄積部は、前記拡散層に対応して前記
ピクセル内に設けられる、という共通の形態が採られ
る。
センサにおいて、前記拡散層はイメージセンサのピクセ
ルを構成し、前記蓄積部は、前記拡散層に対応して前記
ピクセル内に設けられる、という共通の形態が採られ
る。
【００１５】次に、上記本発明の第１、２、３、４のイ
メージセンサは、以下のような回路構成を採る。
メージセンサは、以下のような回路構成を採る。
【００１６】即ち、入射した光を電子に変換し、アノー
ドを接地し、カソードから前記電子を取り出す構成のフ
ォトダイオードと、ゲートを前記フォトダイオードのカ
ソードに接続し、ドレインを電源線に接続し、ソースを
読み出しトランジスタのドレインに接続する増幅トラン
ジスタと、ソースを前記フォトダイオードのカソード
に、ゲートをリセット線に、ドレインを電源線にそれぞ
れ接続したリセットトランジスタと、ドレインを前記フ
ォトダイオードのカソードに、ゲートをピクセル内容量
の選択線に、ソースをピクセル内容量にそれぞれ接続し
たピクセル内容量選択トランジスタと、一端を接地し、
他端を前記ピクセル内容量選択トランジスタのソースに
接続するピクセル内容量と、ドレインを前記増幅トラン
ジスタのソースに、ゲートを水平選択線に、ソースを垂
直読み出し線にそれぞれ接続した読み出しトランジスタ
と、からなる単位ピクセルを有することを特徴とし、前
記ピクセル内容量がＭＯＳトランジスタからなり、前記
ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインを短絡して接
地し、ゲートを前記ピクセル内容量選択トランジスタの
ソースに接続する構成であり、前記リセットトランジス
タ及び前記ピクセル内容量選択トランジスタが共にデプ
レッション型のＭＯＳトランジスタであり、この場合、
前記リセットトランジスタのオフ時のポテンシャルが、
前記ピクセル内容量選択トランジスタのオフ時のポテン
シャルより高い、というものである。
ドを接地し、カソードから前記電子を取り出す構成のフ
ォトダイオードと、ゲートを前記フォトダイオードのカ
ソードに接続し、ドレインを電源線に接続し、ソースを
読み出しトランジスタのドレインに接続する増幅トラン
ジスタと、ソースを前記フォトダイオードのカソード
に、ゲートをリセット線に、ドレインを電源線にそれぞ
れ接続したリセットトランジスタと、ドレインを前記フ
ォトダイオードのカソードに、ゲートをピクセル内容量
の選択線に、ソースをピクセル内容量にそれぞれ接続し
たピクセル内容量選択トランジスタと、一端を接地し、
他端を前記ピクセル内容量選択トランジスタのソースに
接続するピクセル内容量と、ドレインを前記増幅トラン
ジスタのソースに、ゲートを水平選択線に、ソースを垂
直読み出し線にそれぞれ接続した読み出しトランジスタ
と、からなる単位ピクセルを有することを特徴とし、前
記ピクセル内容量がＭＯＳトランジスタからなり、前記
ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインを短絡して接
地し、ゲートを前記ピクセル内容量選択トランジスタの
ソースに接続する構成であり、前記リセットトランジス
タ及び前記ピクセル内容量選択トランジスタが共にデプ
レッション型のＭＯＳトランジスタであり、この場合、
前記リセットトランジスタのオフ時のポテンシャルが、
前記ピクセル内容量選択トランジスタのオフ時のポテン
シャルより高い、というものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に入る前
に、本発明の特徴を記しておく。
に、本発明の特徴を記しておく。
【００１８】本発明は、ＭＯＳ型イメージセンサにおい
て，一フレーム読み出しの間に，複数の、時間が異なっ
た露光を行い、ピクセル内に設けたメモリ領域にそれら
の異なった露光時間で蓄積された光電荷を別々に蓄積
し、読み出し時にはそれらの蓄積電荷をピクセル内で混
合してから読み出すことを特徴とする。
て，一フレーム読み出しの間に，複数の、時間が異なっ
た露光を行い、ピクセル内に設けたメモリ領域にそれら
の異なった露光時間で蓄積された光電荷を別々に蓄積
し、読み出し時にはそれらの蓄積電荷をピクセル内で混
合してから読み出すことを特徴とする。
【００１９】図１に、本発明によるピクセルの回路構成
図を示すように、本発明に従って、ＴＧＢ（容量選択
線）をハイレベルに保ったままフォトダイオード１とピ
クセル内容量４とを導通させておき、ＲＳＴ（リセット
線）を活性化してフォトダイオード１の初期化を行い、
第一露光を開始する。この第一露光期間では、画面内暗
部の黒潰れを少なくするよう露出時間を長めに設定す
る。そのため、画面内明部では光電荷が飽和して白飛び
が生じる場合がある。
図を示すように、本発明に従って、ＴＧＢ（容量選択
線）をハイレベルに保ったままフォトダイオード１とピ
クセル内容量４とを導通させておき、ＲＳＴ（リセット
線）を活性化してフォトダイオード１の初期化を行い、
第一露光を開始する。この第一露光期間では、画面内暗
部の黒潰れを少なくするよう露出時間を長めに設定す
る。そのため、画面内明部では光電荷が飽和して白飛び
が生じる場合がある。
【００２０】第一露光終了後、ＴＧＢをローレベルにし
て、第一露光の結果をピクセル内容量４に蓄積する。
て、第一露光の結果をピクセル内容量４に蓄積する。
【００２１】その後、再びＲＳＴを活性化して第二露光
を開始する。この第二露光期間は、画面内明部の白飛び
を少なくするよう露出時間を第一露光期間より短く設定
する。第二露光終了後、ＴＧＢを再びハイレベルにし
て、第二露光の結果とピクセル内容量４に蓄積した第一
露光の結果とをピクセル内で混合し、ＷＬを活性化して
読み出す。
を開始する。この第二露光期間は、画面内明部の白飛び
を少なくするよう露出時間を第一露光期間より短く設定
する。第二露光終了後、ＴＧＢを再びハイレベルにし
て、第二露光の結果とピクセル内容量４に蓄積した第一
露光の結果とをピクセル内で混合し、ＷＬを活性化して
読み出す。
【００２２】これら一連の動作により、第一露光時に白
飛びした領域は第二露光時に発生した電荷により補わ
れ、また、同時に、第二露光時に黒潰れした領域は第一
露光時の蓄積電荷により補われるため、明暗差の大きい
画面内の白飛び、黒潰れが緩和され、光の明暗に対する
ダイナミックレンジが拡大できる。
飛びした領域は第二露光時に発生した電荷により補わ
れ、また、同時に、第二露光時に黒潰れした領域は第一
露光時の蓄積電荷により補われるため、明暗差の大きい
画面内の白飛び、黒潰れが緩和され、光の明暗に対する
ダイナミックレンジが拡大できる。
【００２３】次に、本発明の第１の実施形態について図
１、図２を参照して説明する。図１を参照すると、本発
明の第１の実施形態としてのＣＭＯＳイメージセンサの
ピクセル回路構成図が示されている。
１、図２を参照して説明する。図１を参照すると、本発
明の第１の実施形態としてのＣＭＯＳイメージセンサの
ピクセル回路構成図が示されている。
【００２４】本ＣＭＯＳイメージセンサは、光１０を受
け電気信号に変換するアノード側を接地したフォトダイ
オード１と、フォトダイオード１から光電変換により電
子を取り出すカソード側をゲートに接続し、ドレインを
電源線ＶＤＤに接続し増幅器として作用するトランジス
タ２と、ソースをフォトダイオード１のカソード側に、
ゲートをリセット線ＲＳＴに、そしてドレインを電源線
に接続したリセットトランジスタ３と、ドレインをフォ
トダイオード１のカソード側に、ゲートをピクセル内容
量の選択線ＴＧＢに、ソースをピクセル内容量４と接続
したトランジスタ５と、一端を接地したピクセル内容量
４と、増幅器として作用するトランジスタ２のソースを
ドレインに、ゲートを水平選択線ＨＬに、そしてソース
を垂直読出し線ＶＬに接続した読み出しトランジスタ６
を有する。以下、本実施形態の動作につき説明する。
け電気信号に変換するアノード側を接地したフォトダイ
オード１と、フォトダイオード１から光電変換により電
子を取り出すカソード側をゲートに接続し、ドレインを
電源線ＶＤＤに接続し増幅器として作用するトランジス
タ２と、ソースをフォトダイオード１のカソード側に、
ゲートをリセット線ＲＳＴに、そしてドレインを電源線
に接続したリセットトランジスタ３と、ドレインをフォ
トダイオード１のカソード側に、ゲートをピクセル内容
量の選択線ＴＧＢに、ソースをピクセル内容量４と接続
したトランジスタ５と、一端を接地したピクセル内容量
４と、増幅器として作用するトランジスタ２のソースを
ドレインに、ゲートを水平選択線ＨＬに、そしてソース
を垂直読出し線ＶＬに接続した読み出しトランジスタ６
を有する。以下、本実施形態の動作につき説明する。
【００２５】本発明の第１の実施形態のＣＭＯＳイメー
ジセンサの動作について図２のタイミング図を用いて説
明する。
ジセンサの動作について図２のタイミング図を用いて説
明する。
【００２６】まず、ピクセル内容量４を選択する選択線
ＴＧＢをハイレベルに固定し、そして、水平選択線ＨＬ
をローレベルに固定した状態で、リセット線ＲＳＴにハ
イレベルのパルスを加え、フォトダイオード１のカソー
ドおよびピクセル内容量４を、電源線のレベルにリセッ
トする。
ＴＧＢをハイレベルに固定し、そして、水平選択線ＨＬ
をローレベルに固定した状態で、リセット線ＲＳＴにハ
イレベルのパルスを加え、フォトダイオード１のカソー
ドおよびピクセル内容量４を、電源線のレベルにリセッ
トする。
【００２７】次に、リセット線ＲＳＴにハイレベルパル
ス印加後、フォトダイオード１は第一の露光期間に入
り、フォトダイオード１のカソードには光信号により発
生した電子が蓄積される。第一露光期間終了時には、ピ
クセル内容量４の選択線ＴＧＢをローレベルにし、第一
露光期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。
ス印加後、フォトダイオード１は第一の露光期間に入
り、フォトダイオード１のカソードには光信号により発
生した電子が蓄積される。第一露光期間終了時には、ピ
クセル内容量４の選択線ＴＧＢをローレベルにし、第一
露光期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。
【００２８】引き続き、リセット線ＲＳＴにハイレベル
パルスを印加し、フォトダイオード１のカソードを電源
線ＶＤＤのレベルにリセット後、フォトダイオード１は
第二の露光期間に入り、再びフォトダイオード１のカソ
ードには光信号により発生した電子が蓄積される。
パルスを印加し、フォトダイオード１のカソードを電源
線ＶＤＤのレベルにリセット後、フォトダイオード１は
第二の露光期間に入り、再びフォトダイオード１のカソ
ードには光信号により発生した電子が蓄積される。
【００２９】第一及び第二の露光期間終了後には、ピク
セル内容量４の選択線ＴＧＢをハイレベルにし、第一露
光期間と第二露光期間の信号の混合を行って混合信号と
し、そして、水平選択線ＨＬをハイレベルにして混合信
号を垂直読み出し線ＶＬに読み出す。
セル内容量４の選択線ＴＧＢをハイレベルにし、第一露
光期間と第二露光期間の信号の混合を行って混合信号と
し、そして、水平選択線ＨＬをハイレベルにして混合信
号を垂直読み出し線ＶＬに読み出す。
【００３０】この混合信号は、第一露光期間に白飛びし
た部分は第二露光期間の情報で、また、第二露光期間に
黒潰れした部分は第一露光期間の情報でそれぞれ補われ
るため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイ
ナミックレンジの広い画像が得られる。
た部分は第二露光期間の情報で、また、第二露光期間に
黒潰れした部分は第一露光期間の情報でそれぞれ補われ
るため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイ
ナミックレンジの広い画像が得られる。
【００３１】なお，第一の露光期間は、撮像対象の暗部
が黒潰れをしないように露光時間を長く設定するのが望
ましい。また、第二の露光期間は、撮像対象の明部が白
飛びしないように露光時間を短く設定するのが望まし
い。なぜなら、第一の露光期間においては、露光時間を
長くしたことにより、フォトダイオード１の蓄積電荷が
飽和してしまった場合にも、トランジスタ３を介して電
源線ＶＤＤに過剰電荷を引き抜くことができるためであ
る。逆に、第二露光時にフォトダイオード１の蓄積電荷
が飽和してしまうような長時間露光を行うと、過剰電荷
によりピクセル内容量４に蓄積された第一露光時の信号
が破壊されてしまう恐れがあるので好ましくない。
が黒潰れをしないように露光時間を長く設定するのが望
ましい。また、第二の露光期間は、撮像対象の明部が白
飛びしないように露光時間を短く設定するのが望まし
い。なぜなら、第一の露光期間においては、露光時間を
長くしたことにより、フォトダイオード１の蓄積電荷が
飽和してしまった場合にも、トランジスタ３を介して電
源線ＶＤＤに過剰電荷を引き抜くことができるためであ
る。逆に、第二露光時にフォトダイオード１の蓄積電荷
が飽和してしまうような長時間露光を行うと、過剰電荷
によりピクセル内容量４に蓄積された第一露光時の信号
が破壊されてしまう恐れがあるので好ましくない。
【００３２】このように、露光時間の異なる２回の露光
を行って、それぞれの露光期間内で発生した信号をピク
セル内で混合して読み出すことにより、第一露光期間に
白飛びした部分は第二露光期間の情報で、また、第二露
光期間に黒潰れした部分は第一露光期間の情報でそれぞ
れ補われるため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対
するダイナミックレンジの広い画像が得られる。
を行って、それぞれの露光期間内で発生した信号をピク
セル内で混合して読み出すことにより、第一露光期間に
白飛びした部分は第二露光期間の情報で、また、第二露
光期間に黒潰れした部分は第一露光期間の情報でそれぞ
れ補われるため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対
するダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【００３３】また、上述の２回の露光は、１フレームの
読出しの間に行うことができるため、フレーム読み出し
速度を下げることなしにダイナミックレンジの拡大が可
能であるという利点もある。
読出しの間に行うことができるため、フレーム読み出し
速度を下げることなしにダイナミックレンジの拡大が可
能であるという利点もある。
【００３４】なお、上記実施形態では、ピクセル内のト
ランジスタはｎチャネル型の場合を説明しているが、ｐ
チャネル型の場合にもまったく同様に行うことができ
る。この場合、入力信号やフォトダイオードの極性が逆
になることは言うまでもない。
ランジスタはｎチャネル型の場合を説明しているが、ｐ
チャネル型の場合にもまったく同様に行うことができ
る。この場合、入力信号やフォトダイオードの極性が逆
になることは言うまでもない。
【００３５】また、ピクセル内容量とピクセル内容量選
択トランジスタを増やすことにより、１フレームの間に
２回より多い回数の露光期間を設け、上記説明と同様の
操作によりピクセル内で混合してさらにダイナミックレ
ンジを拡大することも可能である。
択トランジスタを増やすことにより、１フレームの間に
２回より多い回数の露光期間を設け、上記説明と同様の
操作によりピクセル内で混合してさらにダイナミックレ
ンジを拡大することも可能である。
【００３６】また、ピクセル内容量４に、ソースとドレ
インとを共に接地したトランジスタを用いることによっ
て、レイアウト面積を小さくすることが可能である。
インとを共に接地したトランジスタを用いることによっ
て、レイアウト面積を小さくすることが可能である。
【００３７】また、リセットトランジスタ３とピクセル
内容量選択トランジスタ５とを共に、デプレッション型
のトランジスタとすることによって、トランジスタのゲ
ートのハイレベルを昇圧することなく信号の閾値落ちを
防ぐことができる。
内容量選択トランジスタ５とを共に、デプレッション型
のトランジスタとすることによって、トランジスタのゲ
ートのハイレベルを昇圧することなく信号の閾値落ちを
防ぐことができる。
【００３８】さらに、リセットトランジスタ３のオフ時
のポテンシャルをピクセル内容量選択トランジスタのオ
フ時ポテンシャルより高いデプレッション型とすること
によって、過剰電荷をリセットトランジスタ３を介して
電源線に排出するブルーミングコントロールが可能とな
る。
のポテンシャルをピクセル内容量選択トランジスタのオ
フ時ポテンシャルより高いデプレッション型とすること
によって、過剰電荷をリセットトランジスタ３を介して
電源線に排出するブルーミングコントロールが可能とな
る。
【００３９】次に、本発明の第２の実施形態として、そ
の基本的構成は第１の実施形態と同様であるが、第１の
実施形態とは動作の仕方が異なることを特徴とする。本
発明の第２の実施形態のＣＭＯＳイメージセンサの動作
について図３のタイミング図を用いて説明する。
の基本的構成は第１の実施形態と同様であるが、第１の
実施形態とは動作の仕方が異なることを特徴とする。本
発明の第２の実施形態のＣＭＯＳイメージセンサの動作
について図３のタイミング図を用いて説明する。
【００４０】まず、水平選択線ＨＬをローレベルに固定
した状態でピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセット線
ＲＳＴにハイレベルのパルスを加え、フォトダイオード
１のカソードおよびピクセル内容量４を，電源線のレベ
ルにリセットする。ピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリ
セット線ＲＳＴにハイレベルパルス印加後、フォトダイ
オード１は第一の露光期間に入り，フォトダイオード１
のカソードには，光信号により発生した電子が蓄積され
る。
した状態でピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセット線
ＲＳＴにハイレベルのパルスを加え、フォトダイオード
１のカソードおよびピクセル内容量４を，電源線のレベ
ルにリセットする。ピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリ
セット線ＲＳＴにハイレベルパルス印加後、フォトダイ
オード１は第一の露光期間に入り，フォトダイオード１
のカソードには，光信号により発生した電子が蓄積され
る。
【００４１】第一露光期間終了時には、ピクセル内容量
４選択線ＴＧＢにハイレベルパルスを印加し、第一露光
期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。その後、フォ
トダイオード１は第二の露光期間に入り、引き続きフォ
トダイオード１のカソードには光信号により発生した電
子が蓄積される。
４選択線ＴＧＢにハイレベルパルスを印加し、第一露光
期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。その後、フォ
トダイオード１は第二の露光期間に入り、引き続きフォ
トダイオード１のカソードには光信号により発生した電
子が蓄積される。
【００４２】第一及び第二の露光期間終了後には、水平
選択線ＨＬをハイレベルにして信号を垂直読み出し線Ｖ
Ｌに読み出す。この信号は，第一露光期間の間の白飛び
部分が補われるため、白飛びの緩和された光量に対する
ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
選択線ＨＬをハイレベルにして信号を垂直読み出し線Ｖ
Ｌに読み出す。この信号は，第一露光期間の間の白飛び
部分が補われるため、白飛びの緩和された光量に対する
ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【００４３】次に、本発明の第３の実施形態のＣＭＯＳ
イメージセンサの動作について図４のタイミング図を用
いて説明する。
イメージセンサの動作について図４のタイミング図を用
いて説明する。
【００４４】まず、水平選択線ＨＬをローレベルに固定
した状態でピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセット線
ＲＳＴにハイレベルのパルスを加え、フォトダイオード
１のカソードおよびピクセル内容量４を電源線のレベル
にリセットする。ピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセ
ット線ＲＳＴにハイレベルパルス印加後、フォトダイオ
ード１は第一の露光期間に入り、フォトダイオード１の
カソードには光信号により発生した電子が蓄積される。
した状態でピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセット線
ＲＳＴにハイレベルのパルスを加え、フォトダイオード
１のカソードおよびピクセル内容量４を電源線のレベル
にリセットする。ピクセル内容量４選択線ＴＧＢとリセ
ット線ＲＳＴにハイレベルパルス印加後、フォトダイオ
ード１は第一の露光期間に入り、フォトダイオード１の
カソードには光信号により発生した電子が蓄積される。
【００４５】第一露光期間終了時には、ピクセル内容量
４選択線ＴＧＢにハイレベルパルスを印加し、第一露光
期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。その後、フォ
トダイオード１は第二の露光期間に入り、引き続きフォ
トダイオード１のカソードには光信号により発生した電
子が蓄積される。
４選択線ＴＧＢにハイレベルパルスを印加し、第一露光
期間の信号をピクセル内容量４に蓄える。その後、フォ
トダイオード１は第二の露光期間に入り、引き続きフォ
トダイオード１のカソードには光信号により発生した電
子が蓄積される。
【００４６】第一及び第二の露光期間終了後には、ピク
セル内容量４選択線ＴＧＢをハイレベルにし第一露光期
間と第二露光期間の信号の混合を行い、そして、水平選
択線ＨＬをハイレベルにして混合信号を垂直読み出し線
ＶＬに読み出す。この混合信号は、第一露光期間及び第
二露光期間の間に白飛び・黒潰れした部分が相互に補わ
れるため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダ
イナミックレンジの広い画像が得られる。
セル内容量４選択線ＴＧＢをハイレベルにし第一露光期
間と第二露光期間の信号の混合を行い、そして、水平選
択線ＨＬをハイレベルにして混合信号を垂直読み出し線
ＶＬに読み出す。この混合信号は、第一露光期間及び第
二露光期間の間に白飛び・黒潰れした部分が相互に補わ
れるため、白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダ
イナミックレンジの広い画像が得られる。
【００４７】第１、第２、そして第３の実施形態の効果
を図５に示す。ダイナミックレンジ拡大を行わない従来
に比べ、いずれも光量に対し出力が飽和し難くなってお
り、広い光量範囲で出力が変化する、つまり、光量に対
してダイナミックレンジが拡大していることがわかる。
を図５に示す。ダイナミックレンジ拡大を行わない従来
に比べ、いずれも光量に対し出力が飽和し難くなってお
り、広い光量範囲で出力が変化する、つまり、光量に対
してダイナミックレンジが拡大していることがわかる。
【００４８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のイメー
ジセンサは、露光時間の異なる２回の露光を行って、そ
れぞれの露光期間内で発生した信号をピクセル内で混合
して（ピクセル内に設けた容量に１回目の露光期間で発
生した信号電荷を保持し、２回目の露光期間で発生した
信号電荷を１回目の信号電荷とピクセル内で混合して）
読み出すことにより、第一露光期間に白飛びした部分は
第二露光期間の情報で、また、第二露光期間に黒潰れし
た部分は第一露光期間の情報でそれぞれ補われるため、
白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイナミック
レンジの広い画像が得られる。
ジセンサは、露光時間の異なる２回の露光を行って、そ
れぞれの露光期間内で発生した信号をピクセル内で混合
して（ピクセル内に設けた容量に１回目の露光期間で発
生した信号電荷を保持し、２回目の露光期間で発生した
信号電荷を１回目の信号電荷とピクセル内で混合して）
読み出すことにより、第一露光期間に白飛びした部分は
第二露光期間の情報で、また、第二露光期間に黒潰れし
た部分は第一露光期間の情報でそれぞれ補われるため、
白飛び・黒潰れの緩和された光量に対するダイナミック
レンジの広い画像が得られる。
【００４９】また、上述の２回の露光は、１フレームの
読出しの間に行うことができるため、フレーム読み出し
速度を下げることなしにダイナミックレンジの拡大が可
能であるという利点もある。
読出しの間に行うことができるため、フレーム読み出し
速度を下げることなしにダイナミックレンジの拡大が可
能であるという利点もある。
【図１】本発明の実施形態を説明する等価回路図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を示すタイミン
グ図である。
グ図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の動作を示すタイミン
グ図である。
グ図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の動作を示すタイミン
グ図である。
グ図である。
【図５】本発明の第１、２、３の実施形態により得られ
る出力と光量の関係及び従来の方法により得られる出力
と光量の関係を示すグラフである。
る出力と光量の関係及び従来の方法により得られる出力
と光量の関係を示すグラフである。
【図６】従来のイメージセンサのダイナミックレンジ拡
大方法の一つを説明するための画素近傍の模式平面図で
ある。
大方法の一つを説明するための画素近傍の模式平面図で
ある。
１ フォトダイオード ２、３、５、６ トランジスタ ４ ピクセル内容量 １０ 光 ２１ ピクセル ２２ 第１水平転送レジスタ ２３ 第２水平転送レジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大窪 宏明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 中柴 康隆 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 永田 豪 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA02 AB01 BA12 BA14 CA03 DB01 DD11 DD12 FA06 FA14 5C024 AX01 CX47 GX03 GY03 GY32 GY35 GY38 GZ08 GZ28 HX28 HX41 5C051 AA01 BA02 DA06 DB01 DB13 DB18 DC03 DC07 DE02 5F049 NA03 NA18 NA20 NB03 UA04 UA11 UA20
Claims (17)
- 【請求項１】 半導体領域と、前記半導体領域内に形成
された前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有する
半導体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内のキ
ャリアを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて前
記拡散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリアの
表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射
量を測定するイメージセンサであって、前記拡散層内に
光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる工
程が、前記光を第１の露光期間に渡って前記拡散層内に
入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発生させ、
前記第１の露光期間後の蓄積期間に前記第１のキャリア
を蓄積部に移し、前記蓄積期間の後、前記光を第２の露
光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内
に第２のキャリアを発生させることにより行われ、前記
発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出
力して前記光の入射量を測定する工程が、前記第２の露
光期間の後の読出し期間に、前記第１のキャリアと前記
第２のキャリアとを合わせる動作を含むことを特徴とす
るイメージセンサ。 - 【請求項２】 前記光を第１の露光期間に渡って前記拡
散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発
生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が導通した
状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積期間
に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記拡散
層及び前記蓄積部を遮断することにより行われる請求項
１記載のイメージセンサ。 - 【請求項３】 前記光を第１の露光期間に渡って前記拡
散層内に入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発
生させる動作が、前記拡散層及び前記蓄積部が遮断した
状態において行われ、前記第１の露光期間後の蓄積期間
に前記第１のキャリアを蓄積部に移す動作が、前記拡散
層及び前記蓄積部を導通することにより行われる請求項
１記載のイメージセンサ。 - 【請求項４】 半導体領域と、前記半導体領域内に形成
された前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有する
半導体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内のキ
ャリアを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて前
記拡散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリアの
表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射
量を測定するイメージセンサであって、前記拡散層内に
光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる工
程が、前記光を第１の露光期間に渡って前記拡散層内に
入射させて前記拡散層内に第１のキャリアを発生させ、
前記第１の露光期間後の蓄積期間に前記第１のキャリア
の一部を蓄積部に移して前記拡散層内に前記第１のキャ
リアを残し、前記蓄積期間の後、前記光を第２の露光期
間に渡って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に第
２のキャリアを発生させることにより行われ、前記発生
したキャリアの表面電位に基づく信号を出力部に出力し
て前記光の入射量を測定する工程が、前記第２の露光期
間の後の読出し期間に、前記第２のキャリアと前記拡散
層内に残った前記第１のキャリアとの合計のキャリアを
読み出す動作を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項５】 前記第２の露光期間前に、電源に接続す
るリセットトランジスタにより、前記拡散層及び前記蓄
積部に含まれるキャリアが排出される請求項２記載のイ
メージセンサ。 - 【請求項６】 前記第１の露光期間前に、電源に接続す
るリセットトランジスタにより、前記拡散層及び前記蓄
積部に含まれるキャリアが排出される請求項１、２、
３、４又は５記載のイメージセンサ。 - 【請求項７】 前記第１の露光期間から前記第２の露光
期間に渡る期間は、先行する一フレームの読み出し期間
の間に位置する請求項１、２、３、４、５又は６記載の
イメージセンサ。 - 【請求項８】 前記第１の露光期間は、前記第２の露光
期間よりも長い請求項１、２、３、４、５、６又は７記
載のイメージセンサ。 - 【請求項９】 半導体領域と、前記半導体領域内に形成
された前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有する
半導体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内のキ
ャリアを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて前
記拡散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリアの
表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入射
量を測定するイメージセンサであって、前記拡散層内に
光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる工
程が、前記光をお互いに重複しない複数の露光期間に渡
って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に前記複数
の露光期間に対応するキャリアを発生させ、前記複数の
露光期間のうち相対的に先行する一つの先行露光期間に
前記拡散層内に発生した先行キャリアを前記先行期間の
後の蓄積期間に蓄積部に移し、前記蓄積期間の後、前記
光を前記先行露光期間の後に位置する後続露光期間に渡
って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に後続キャ
リアを発生させることにより行われ、前記発生したキャ
リアの表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光
の入射量を測定する工程が、前記複数の露光期間の最後
の露光期間の後の読出し期間に、前記最後の露光期間の
直前の露光期間までに前記蓄積部に蓄積されたキャリア
と前記最後の露光期間に前記拡散層内に発生したキャリ
アとを混合する動作を含むことを特徴とするイメージセ
ンサ。 - 【請求項１０】 半導体領域と、前記半導体領域内に形
成された前記半導体領域と逆の導電型の拡散層とを有す
る半導体装置を含み、前記半導体装置の前記拡散層内の
キャリアを排出した後、前記拡散層内に光を入射させて
前記拡散層内にキャリアを発生させ、発生したキャリア
の表面電位に基づく信号を出力部に出力して前記光の入
射量を測定するイメージセンサであって、前記拡散層内
に光を入射させて前記拡散層内にキャリアを発生させる
工程が、前記光をお互いに重複しない複数の露光期間に
渡って前記拡散層内に入射させて前記拡散層内に前記複
数の露光期間に対応するキャリアを発生させ、前記複数
の露光期間のうち相対的に先行する露光期間の後の蓄積
期間に、前記先行する露光期間までの露光期間に前記拡
散層内に蓄積した先行キャリアの一部を蓄積部に移すと
同時に前記拡散層内に前記先行キャリアを残し、前記蓄
積期間の後、前記光を前記先行する露光期間の後に位置
する後続露光期間に渡って前記拡散層内に入射させて前
記拡散層内に後続キャリアを発生させることにより行わ
れ、前記発生したキャリアの表面電位に基づく信号を出
力部に出力して前記光の入射量を測定する工程が、前記
複数の露光期間のうち最後の露光期間の後の読出し期間
に、前記最後の露光期間の直前の露光期間までに前記拡
散層内に残った先行キャリアと前記最後の露光期間で前
記拡散層内に発生した後続キャリアとの合計のキャリア
を読み出す動作を含むことを特徴とするイメージセン
サ。 - 【請求項１１】 前記複数の露光期間のうち、先行する
露光期間は、その後に位置する露光期間よりも長い期間
である請求項９又は１０記載のイメージセンサ。 - 【請求項１２】 前記複数の露光期間に渡る期間は、先
行する一フレームの読み出し期間の間に位置する請求項
９、１０又は１１記載のイメージセンサ。 - 【請求項１３】 前記拡散層はイメージセンサのピクセ
ルを構成し、前記蓄積部は、前記拡散層に対応して前記
ピクセル内に設けられる請求項１、２、３、４、５、
６、７、８、９、１０、１１又は１２記載のイメージセ
ンサ。 - 【請求項１４】 入射した光を電子に変換し、アノード
を接地し、カソードから前記電子を取り出す構成のフォ
トダイオードと、ゲートを前記フォトダイオードのカソ
ードに接続し、ドレインを電源線に接続し、ソースを読
み出しトランジスタのドレインに接続する増幅トランジ
スタと、ソースを前記フォトダイオードのカソードに、
ゲートをリセット線に、ドレインを電源線にそれぞれ接
続したリセットトランジスタと、ドレインを前記フォト
ダイオードのカソードに、ゲートをピクセル内容量の選
択線に、ソースをピクセル内容量にそれぞれ接続したピ
クセル内容量選択トランジスタと、一端を接地し、他端
を前記ピクセル内容量選択トランジスタのソースに接続
するピクセル内容量と、ドレインを前記増幅トランジス
タのソースに、ゲートを水平選択線に、ソースを垂直読
み出し線にそれぞれ接続した読み出しトランジスタと、
からなる単位ピクセルを有することを特徴とするイメー
ジセンサ。 - 【請求項１５】 前記ピクセル内容量がＭＯＳトランジ
スタからなり、前記ＭＯＳトランジスタのソース及びド
レインを短絡して接地し、ゲートを前記ピクセル内容量
選択トランジスタのソースに接続する構成である請求項
１４記載のイメージセンサ。 - 【請求項１６】 前記リセットトランジスタ及び前記ピ
クセル内容量選択トランジスタが共にデプレッション型
のＭＯＳトランジスタである請求項１４又は１５記載の
イメージセンサ。 - 【請求項１７】 前記リセットトランジスタのオフ時の
ポテンシャルが、前記ピクセル内容量選択トランジスタ
のオフ時のポテンシャルより高い請求項１６記載のイメ
ージセンサ。
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