JP2007124400A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像装置は、画素部12と、AD変換回路13と、ラインメモリ28−1,28−2と、制御回路19,24と、合成回路18とを備えている。ラインメモリは、AD変換回路から出力されたデジタル信号を記憶する。制御回路は、画素部及びAD変換回路を制御し、1フレームの電荷の蓄積期間において露光時間が異なる複数のアナログ信号をAD変換回路でAD変換させてラインメモリに転送する。合成回路は、ラインメモリから露光時間が異なる複数のデジタル信号が供給され、露光時間の短い信号STSと露光時間の長い信号STLを加算した第1の信号と、露光時間の短い信号を露光時間の短い信号と長い信号との比TL/TSで増幅した第2の信号を比較し、大きい方の信号を選択して出力するように構成されている。
【選択図】 図5
Description
[第1の実施形態]
図1は、この発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について説明するためのもので、増幅型CMOSイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。センサコア部11には、画素部12、カラム型ノイズキャンセル回路(CDS)13、カラム型アナログデジタルコンバータ(ADC)14、ラッチ回路15、2つのラインメモリ(MSTS,MSTL)28−1,28−2及び水平シフトレジスタ16などが配置されている。
図4は、上記図1及び図2に示したCMOSイメージセンサの光電変換特性を示している。信号STLはSVmレベルで飽和する。信号STLが飽和すると、信号STSが出力される。上記信号STSのレベルが増大すると、屈曲点となり傾きが蓄積時間比TS/TL分だけ抑圧される。このため、上記図1に示したような構成のWDM回路18で信号処理すると、信号STSの小信号側が大きく増幅されて加算されるため、加算出力信号SFはSVm以上でレベルが持ち上がる。屈曲点以降の傾きは信号STLと同じになるが、オフセット分だけ持ち上がることになる。しかし、蓄積時間比TS/TLが十分に小さい場合は、屈曲点がほぼΦVmと同じレベルになるため実用可能となる。
ところで、上述した第2の実施形態において、より正確には図7に示すように、信号STSの屈曲点付近ではフォトダイオードPD部が不完全転送動作になる。このため、残像成分が発生して信号が読み出し難い状態となり緩やかにカーブする。一方、フォトダイオードPD部には屈曲点より十分大きな信号電荷が存在する時は、信号電荷自身がバイアスチャージとなって残像が抑制されるため残像は発生せず直線で変化する。この緩やかにカーブを持つ屈曲点をWDM処理すると、合成信号SFは屈曲点付近で直線性が損なわれる。実験では理想特性に対して最大5%の低下が発生した。
図10は、この発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置について説明するためのもので、増幅型CMOSイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。本第4の実施形態では、図8に示したCMOSイメージセンサに対して、VREAD制御回路42でパルス信号READのLOレベルをVRDL電圧に設定する。HIレベルは、VRDpとVRDm電圧を切り換えられる。この動作にあわせて、WDM回路18中に増幅回路(GC)43を設け、この増幅回路43の増幅率をGCパラメータ44によって設定するように構成している。
Claims (5)
- 光電変換手段と、入射光を前記光電変換手段で光電変換して得た信号電荷を検出部に読み出す読み出し手段と、前記検出部に蓄積された信号電荷に対応する電圧を増幅して出力する増幅手段と、前記検出部の信号電荷をリセットするリセット手段とを備えたセルが半導体基板上に行及び列の二次元的に配置された画素部と、
前記画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するように構成されたAD変換回路と、
前記AD変換回路から出力されたデジタル信号を記憶するように構成されたラインメモリと、
前記画素部及び前記AD変換回路を制御し、1フレームの電荷の蓄積期間において露光時間が異なる複数のアナログ信号を前記AD変換回路でAD変換させて前記ラインメモリに転送するように構成された制御回路と、
前記ラインメモリから露光時間が異なる複数のデジタル信号が供給され、露光時間の短い信号と露光時間の長い信号を加算した第1の信号と、露光時間の短い信号を露光時間の短い信号と長い信号との比で増幅した第2の信号を比較し、大きい方の信号を選択して出力するように構成された合成回路と
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記合成回路は、露光時間の短い信号と露光時間の長い信号を加算する前に、露光時間の短い信号の一部を強調するための増幅回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記合成回路は、読み出した露光時間の短い信号と露光時間の長い信号を露光時間の逆対数で増幅して加算する逆対数増幅回路を更に具備することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
- 前記読み出し手段を開いた状態に設定する低レベルの電圧を出力し、前記画素中の検出部に信号電荷を排出させるように構成されたパルス振幅制御回路を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記光電変換手段は、アノードが接地されたフォトダイオードであり、
前記読み出し手段は、電流通路の一端が前記フォトダイオードのカソードに接続され、電流通路の他端が前記検出部に接続され、ゲートに読み出しパルスが供給される読み出しトランジスタであり、
前記増幅手段は、ゲートが前記検出部に接続され、電流通路の一端が垂直信号線に接続された増幅トランジスタであり、
前記リセット手段は、電流通路の一端が電源に接続され、電流通路の他端が前記検出部に接続され、ゲートにリセットパルスが供給されるリセットトランジスタである
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
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