JP2977060B2 - 固体撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその制御方法Info
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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
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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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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- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、カメラの自動焦点制
御装置（ＡＦ＝Auto Focus）の受光素子等として用いら
れる増幅型固体撮像装置に関する。
御装置（ＡＦ＝Auto Focus）の受光素子等として用いら
れる増幅型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、カメラのＡＦ等に用いられる固体
撮像素子には、ＣＣＤの他に、ＳＩＴ，ＡＭＩ，ＢＡＳ
ＩＳ等の増幅型固体撮像素子が知られている。増幅型固
体撮像素子はＣＣＤと比較すると非破壊読み出し等の利
点を有するが、ＡＦ用ラインセンサ等に用いられるよう
な比較的大きな画素寸法をもつものにおいては、その増
幅型固体撮像素子を構成するフォトダイオード自体の寄
生容量により、感度が大きくできないという問題を含ん
でいるため、フォトダイオード容量に感度が依存しない
ような信号読み出し方式が必要である。
撮像素子には、ＣＣＤの他に、ＳＩＴ，ＡＭＩ，ＢＡＳ
ＩＳ等の増幅型固体撮像素子が知られている。増幅型固
体撮像素子はＣＣＤと比較すると非破壊読み出し等の利
点を有するが、ＡＦ用ラインセンサ等に用いられるよう
な比較的大きな画素寸法をもつものにおいては、その増
幅型固体撮像素子を構成するフォトダイオード自体の寄
生容量により、感度が大きくできないという問題を含ん
でいるため、フォトダイオード容量に感度が依存しない
ような信号読み出し方式が必要である。
【０００３】次に、図９に示すＡＭＩに基づいて、この
点について説明する。図９は、通常のＡＭＩの１画素の
構成を示す回路構成図で、101 はフォトダイオード、Ｑ
１は増幅用トランジスタ、Ｑ２，Ｑ３はバイアス用トラ
ンジスタ、Ｑ４はリセット用トランジスタ、102 はバイ
アス回路、103 はシフトレジスタからの出力パルスで駆
動されるスイッチング用トランジスタである。このよう
に構成されたＡＭＩにおいて、光電変換による信号出力
電圧ΔＶOUT は、次式（１）で与えられる。 ΔＶOUT ＝ＩP ・ｔ／Ｃd ・・・・・（１）
点について説明する。図９は、通常のＡＭＩの１画素の
構成を示す回路構成図で、101 はフォトダイオード、Ｑ
１は増幅用トランジスタ、Ｑ２，Ｑ３はバイアス用トラ
ンジスタ、Ｑ４はリセット用トランジスタ、102 はバイ
アス回路、103 はシフトレジスタからの出力パルスで駆
動されるスイッチング用トランジスタである。このよう
に構成されたＡＭＩにおいて、光電変換による信号出力
電圧ΔＶOUT は、次式（１）で与えられる。 ΔＶOUT ＝ＩP ・ｔ／Ｃd ・・・・・（１）
【０００４】ここで、ＩP は光電流、ｔは積分時間、Ｃ
d はフォトダイオード101 の接合容量である。この
（１）式からわかるように、積分時間一定のもとで信号
出力電圧ΔＶOUT を上げるには、ＩP を大きくするかＣ
d を小さくしなければならない。しかし、ＩP を大きく
するには画素面積を大きくしなければならず、画素面積
が大きくなるとＣd も大きくなる。またＣd を小さくす
るためには画素面積を小さくしなければならず、画素面
積を小さくするとＩP は小さくなる。このため従来のＡ
ＭＩの構成のままでは感度の向上を計ることができな
い。
d はフォトダイオード101 の接合容量である。この
（１）式からわかるように、積分時間一定のもとで信号
出力電圧ΔＶOUT を上げるには、ＩP を大きくするかＣ
d を小さくしなければならない。しかし、ＩP を大きく
するには画素面積を大きくしなければならず、画素面積
が大きくなるとＣd も大きくなる。またＣd を小さくす
るためには画素面積を小さくしなければならず、画素面
積を小さくするとＩP は小さくなる。このため従来のＡ
ＭＩの構成のままでは感度の向上を計ることができな
い。
【０００５】この問題点を解決するため、図10に示すよ
うな構成が、「A New MOS Imager Using Photodiode as
Current Source 」（IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE-CI
RCUITS, VOL. 26, NO. 8, Aug., 1991）において報告さ
れている。この構成は、転送ゲート用トランジスタＱ
５，Ｑ６を追加し、フォトダイオード101 と増幅用トラ
ンジスタＱ１との間に蓄積容量Ｃt を接続したものであ
る。このように構成された固体撮像素子においては、積
分期間中トランジスタＱ５をData信号により飽和領域で
動作するようにＯＮさせて、フォトダイオード101 に印
加される電圧が、トランジスタＱ５のゲート電圧からゲ
ート・ソース間電圧ＶGS下がった電圧に固定されるよう
にすることによって、フォトダイオード101 で発生する
光電荷がトランジスタＱ５を介して増幅用トランジスタ
Ｑ１のゲートに接続されている蓄積容量Ｃt に蓄積され
る。したがってフォトダイオード101 の接合容量Ｃd の
影響が遮断され、光電変換による信号出力電圧ΔＶOUT
は次式（２）で決まる。 ΔＶOUT ＝ＩP ・ｔ／Ｃt ・・・・・（２）
うな構成が、「A New MOS Imager Using Photodiode as
Current Source 」（IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE-CI
RCUITS, VOL. 26, NO. 8, Aug., 1991）において報告さ
れている。この構成は、転送ゲート用トランジスタＱ
５，Ｑ６を追加し、フォトダイオード101 と増幅用トラ
ンジスタＱ１との間に蓄積容量Ｃt を接続したものであ
る。このように構成された固体撮像素子においては、積
分期間中トランジスタＱ５をData信号により飽和領域で
動作するようにＯＮさせて、フォトダイオード101 に印
加される電圧が、トランジスタＱ５のゲート電圧からゲ
ート・ソース間電圧ＶGS下がった電圧に固定されるよう
にすることによって、フォトダイオード101 で発生する
光電荷がトランジスタＱ５を介して増幅用トランジスタ
Ｑ１のゲートに接続されている蓄積容量Ｃt に蓄積され
る。したがってフォトダイオード101 の接合容量Ｃd の
影響が遮断され、光電変換による信号出力電圧ΔＶOUT
は次式（２）で決まる。 ΔＶOUT ＝ＩP ・ｔ／Ｃt ・・・・・（２）
【０００６】この（２）式からわかるように、蓄積容量
Ｃt を小さくすることにより、信号出力電圧ΔＶOUT を
大きくすることができる。すなわちフォトダイオードの
接合容量Ｃd に依存せず、感度を決めることができる。
Ｃt を小さくすることにより、信号出力電圧ΔＶOUT を
大きくすることができる。すなわちフォトダイオードの
接合容量Ｃd に依存せず、感度を決めることができる。
【０００７】また、同様にフォトダイオード容量に影響
されずに感度が設定でき、高感度化が計れる画素構成と
して、図11に示す構成のものが考えられている。図にお
いて、201 はフォトダイオードであり、202 はｎ型ＭＯ
Ｓトランジスタで、ソースを接地し、ドレインに負荷と
して動作するデプレッション型のｎ型ＭＯＳトランジス
タ205 を接続することにより、ソース接地型の増幅回路
を構成している。そしてこのソース接地型増幅回路の入
力端子、すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ202のゲート
にフォトダイオード201 を接続し、ソース接地型増幅回
路の出力端子、すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ202 の
ドレインから入力端子（ｎ型ＭＯＳトランジスタ202 の
ゲート）に容量素子203 を接続して帰還をかけると共
に、ｎ型ＭＯＳトランジスタ202 のゲートの初期電位を
設定するためのリセット用ｎ型ＭＯＳトランジスタ204
を容量素子203 と並列に接続する。この構成のものを基
本セル（画素）とし、この基本セルを１次元又は２次元
的に配列したときに、読み出し画素を選択するための、
シフトレジスタパルスで駆動されるスイッチング素子20
6 を設け、該スイッチング素子206 をＯＮしたときに、
信号出力線207 にｎ型ＭＯＳトランジスタ202 のドレイ
ン電圧が現れるように構成している。
されずに感度が設定でき、高感度化が計れる画素構成と
して、図11に示す構成のものが考えられている。図にお
いて、201 はフォトダイオードであり、202 はｎ型ＭＯ
Ｓトランジスタで、ソースを接地し、ドレインに負荷と
して動作するデプレッション型のｎ型ＭＯＳトランジス
タ205 を接続することにより、ソース接地型の増幅回路
を構成している。そしてこのソース接地型増幅回路の入
力端子、すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ202のゲート
にフォトダイオード201 を接続し、ソース接地型増幅回
路の出力端子、すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ202 の
ドレインから入力端子（ｎ型ＭＯＳトランジスタ202 の
ゲート）に容量素子203 を接続して帰還をかけると共
に、ｎ型ＭＯＳトランジスタ202 のゲートの初期電位を
設定するためのリセット用ｎ型ＭＯＳトランジスタ204
を容量素子203 と並列に接続する。この構成のものを基
本セル（画素）とし、この基本セルを１次元又は２次元
的に配列したときに、読み出し画素を選択するための、
シフトレジスタパルスで駆動されるスイッチング素子20
6 を設け、該スイッチング素子206 をＯＮしたときに、
信号出力線207 にｎ型ＭＯＳトランジスタ202 のドレイ
ン電圧が現れるように構成している。
【０００８】次にこのように構成した固体撮像素子の動
作について説明する。まず積分開始前にリセットパルス
φR でｎ型ＭＯＳトランジスタ204 をＯＮとしてリセッ
ト動作を行い、ｎ型ＭＯＳトランジスタ204 をＯＦＦと
した時点から積分が開始される。その後、一定積分時間
が経過した時点で、スイッチング素子206 をＯＮ状態に
して、信号出力線207 から次式（３）で与えられる信号
出力ＶOUT を得る。 ＶOUT ＝ＶGS＋ＩP ・ｔ／｛（１＋１／Ｇ）Ｃt ＋１／Ｇ・Ｃd ｝ ・・・・・（３）
作について説明する。まず積分開始前にリセットパルス
φR でｎ型ＭＯＳトランジスタ204 をＯＮとしてリセッ
ト動作を行い、ｎ型ＭＯＳトランジスタ204 をＯＦＦと
した時点から積分が開始される。その後、一定積分時間
が経過した時点で、スイッチング素子206 をＯＮ状態に
して、信号出力線207 から次式（３）で与えられる信号
出力ＶOUT を得る。 ＶOUT ＝ＶGS＋ＩP ・ｔ／｛（１＋１／Ｇ）Ｃt ＋１／Ｇ・Ｃd ｝ ・・・・・（３）
【０００９】ここで、ＶGSはリセット時のｎ型ＭＯＳト
ランジスタ202 のゲート・ソース間電圧で、これはリセ
ット時のドレイン電圧でもある。Ｇはソース接地型増幅
回路のゲイン、Ｃt は容量素子203 の容量値、Ｃd はフ
ォトダイオード１の接合容量値、ＩP ，ｔはそれぞれ前
出と同様に、光電流と積分時間である。
ランジスタ202 のゲート・ソース間電圧で、これはリセ
ット時のドレイン電圧でもある。Ｇはソース接地型増幅
回路のゲイン、Ｃt は容量素子203 の容量値、Ｃd はフ
ォトダイオード１の接合容量値、ＩP ，ｔはそれぞれ前
出と同様に、光電流と積分時間である。
【００１０】上記（３）式からわかるように、光電変換
による出力信号の増加分は、ソース接地型増幅回路のゲ
インＧを上げることにより、フォトダイオード201 の接
合容量Ｃd による影響を抑えることができる。これによ
り、帰還容量素子203 の容量値Ｃt を下げることによっ
て、出力電圧ＶOUT を大きく、すなわち感度を高くする
ことができる。
による出力信号の増加分は、ソース接地型増幅回路のゲ
インＧを上げることにより、フォトダイオード201 の接
合容量Ｃd による影響を抑えることができる。これによ
り、帰還容量素子203 の容量値Ｃt を下げることによっ
て、出力電圧ＶOUT を大きく、すなわち感度を高くする
ことができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記図10あるいは図11
に示した従来の固体撮像素子あるいは従来考えられてい
る固体撮像素子においては、蓄積容量あるいは帰還容量
Ｃt を小さくすることにより感度を上げることができ
る。しかしながら、この感度設定においては、次の点を
考慮しなければならない。すなわち、自動焦点制御を行
う被写体の明るさの範囲は、ＥＶ値でＥＶ０〜ＥＶ18程
度と2.６×105 （＝２18）に及ぶダイナミックレンジを
カバーしなければならない。
に示した従来の固体撮像素子あるいは従来考えられてい
る固体撮像素子においては、蓄積容量あるいは帰還容量
Ｃt を小さくすることにより感度を上げることができ
る。しかしながら、この感度設定においては、次の点を
考慮しなければならない。すなわち、自動焦点制御を行
う被写体の明るさの範囲は、ＥＶ値でＥＶ０〜ＥＶ18程
度と2.６×105 （＝２18）に及ぶダイナミックレンジを
カバーしなければならない。
【００１２】この広範囲な明るさの被写体のＡＦ制御に
おいて、最適な出力を得るため、積分時間の制御とゲイ
ンコントロールアンプを併用しているのが一般的であ
る。例えば、10倍のゲインコントロールアンプを用いる
場合、積分時間を10μsec から260 msecまでの範囲で制
御することにより、2.６×105 のダイナミックレンジを
カバーできる。したがって、Ｃt の値としては、ＥＶ０
の被写体を、積分時間260 msec，ゲイン10倍で所定の出
力となるように設定すればよい。
おいて、最適な出力を得るため、積分時間の制御とゲイ
ンコントロールアンプを併用しているのが一般的であ
る。例えば、10倍のゲインコントロールアンプを用いる
場合、積分時間を10μsec から260 msecまでの範囲で制
御することにより、2.６×105 のダイナミックレンジを
カバーできる。したがって、Ｃt の値としては、ＥＶ０
の被写体を、積分時間260 msec，ゲイン10倍で所定の出
力となるように設定すればよい。
【００１３】ところで、ＥＶ０の被写体に対する積分時
間を短くしたい場合、すなわち上述のＣt よりも更にＣ
t の値を小さくし、感度を上げたい場合、次のような問
題が生ずる。感度を高くして積分時間を短くする場合、
例えば上述の１／３に積分時間を設定する場合、最小積
分時間を3.３μsec としてなければならない。そのため
には制御を行うためのパルスのパルス幅を非常に小さく
するだけでなく、制御系の応答速度も上げなければなら
ないが、実際には、そのような短い積分時間制御は消費
電力等の問題があり、困難である。
間を短くしたい場合、すなわち上述のＣt よりも更にＣ
t の値を小さくし、感度を上げたい場合、次のような問
題が生ずる。感度を高くして積分時間を短くする場合、
例えば上述の１／３に積分時間を設定する場合、最小積
分時間を3.３μsec としてなければならない。そのため
には制御を行うためのパルスのパルス幅を非常に小さく
するだけでなく、制御系の応答速度も上げなければなら
ないが、実際には、そのような短い積分時間制御は消費
電力等の問題があり、困難である。
【００１４】また感度を高くする他の方法として、Ｃt
の値は上述と同じとして、アンプ・ゲインを例えば30倍
とする方法が考えられるが、この方法では雑音も増幅し
てしまうため、出力は所定レベルとなってもＳ／Ｎは改
善されないという問題を含んでいる。
の値は上述と同じとして、アンプ・ゲインを例えば30倍
とする方法が考えられるが、この方法では雑音も増幅し
てしまうため、出力は所定レベルとなってもＳ／Ｎは改
善されないという問題を含んでいる。
【００１５】本発明は、従来の固体撮像装置あるいは従
来考えられている固体撮像装置における上記問題点を解
消するためになされたもので、感度を決定する容量Ｃt
を小さくして感度を大きくした場合においても、明るい
被写体に対し制御可能な積分時間範囲内で飽和しないよ
うに動作でき、且つ暗い被写体に対しては短い積分時間
での動作が実現できる固体撮像装置を提供することを目
的とする。
来考えられている固体撮像装置における上記問題点を解
消するためになされたもので、感度を決定する容量Ｃt
を小さくして感度を大きくした場合においても、明るい
被写体に対し制御可能な積分時間範囲内で飽和しないよ
うに動作でき、且つ暗い被写体に対しては短い積分時間
での動作が実現できる固体撮像装置を提供することを目
的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、ｐｎ接合型のフォトダイオード
部と、該フォトダイオード部に入射した光により発生し
た光電荷を蓄積するフォトダイオード部以外の容量素子
と、該容量素子に蓄積された電荷を破壊せずに該電荷に
対応した信号を出力する増幅部と、前記容量素子に蓄積
された電荷をリフレッシュするためのスイッチング素子
とで構成した増幅型固体撮像素子を単位画素とした固体
撮像装置において、前記フォトダイオード部の領域を複
数の領域に分割し、該領域に設けたスイッチング素子に
より前記単位画素の容量素子に蓄積する光電荷を与える
受光面積を変えて画素部の感度を切り換えられるように
構成するものである。
決するため、本発明は、ｐｎ接合型のフォトダイオード
部と、該フォトダイオード部に入射した光により発生し
た光電荷を蓄積するフォトダイオード部以外の容量素子
と、該容量素子に蓄積された電荷を破壊せずに該電荷に
対応した信号を出力する増幅部と、前記容量素子に蓄積
された電荷をリフレッシュするためのスイッチング素子
とで構成した増幅型固体撮像素子を単位画素とした固体
撮像装置において、前記フォトダイオード部の領域を複
数の領域に分割し、該領域に設けたスイッチング素子に
より前記単位画素の容量素子に蓄積する光電荷を与える
受光面積を変えて画素部の感度を切り換えられるように
構成するものである。
【００１７】このように構成した固体撮像装置において
は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより画素部の感
度が切り換えられるので、感度を決定する容量素子の容
量値を小さくして感度を大きくしても、明るい被写体に
対しては受光面積を小さくして感度を低くし制御可能な
積分時間範囲内で飽和しないように動作でき、暗い被写
体に対しては受光面積を大きくして感度を高くし短い積
分時間での動作が実現でき、広いダイナミックレンジを
確保することが可能となる。
は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより画素部の感
度が切り換えられるので、感度を決定する容量素子の容
量値を小さくして感度を大きくしても、明るい被写体に
対しては受光面積を小さくして感度を低くし制御可能な
積分時間範囲内で飽和しないように動作でき、暗い被写
体に対しては受光面積を大きくして感度を高くし短い積
分時間での動作が実現でき、広いダイナミックレンジを
確保することが可能となる。
【００１８】
【実施例】次に実施例について説明する。本発明を図11
に示した増幅型固体撮像素子を用いたラインセンサに適
用した実施例を図１に示す。図１の（Ａ）は画素をライ
ン状に配列したラインセンサの回路構成図を示し、図１
の（Ｂ）はそのフォトダイオード部のＡ−Ａ′線に沿っ
た断面図、図１の（Ｃ）は同じくＢ−Ｂ′線に沿った断
面図を示しており、そしてこのフォトダイオード部を等
価回路に書き直した１画素当たりの回路構成を図２に示
す。
に示した増幅型固体撮像素子を用いたラインセンサに適
用した実施例を図１に示す。図１の（Ａ）は画素をライ
ン状に配列したラインセンサの回路構成図を示し、図１
の（Ｂ）はそのフォトダイオード部のＡ−Ａ′線に沿っ
た断面図、図１の（Ｃ）は同じくＢ−Ｂ′線に沿った断
面図を示しており、そしてこのフォトダイオード部を等
価回路に書き直した１画素当たりの回路構成を図２に示
す。
【００１９】図１において、２はｎ型ＭＯＳトランジス
タで、ソースを接地し、ドレインに負荷として動作する
デプレッション型のｎ型ＭＯＳトランジスタ５を接続す
ることにより、ソース接地型の増幅回路を構成してい
る。そしてこのソース接地型増幅回路の入力端子、すな
わちｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲートにフォトダイオ
ード部１を接続し、ソース接地型増幅回路の出力端子、
すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ２のドレインから入力
端子（ｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲート）に容量素子
３を接続して帰還をかけると共に、ｎ型ＭＯＳトランジ
スタ２のゲートの初期電位を設定するためのリセット用
ｎ型ＭＯＳトランジスタ４を容量素子３と並列に接続し
て基本セルを構成している。そして、この基本セルに、
出力電圧をサンプルホールドするためのスイッチング素
子６と容量素子７を設け、該容量素子７に蓄積した電荷
を、シフトレジスタ８を走査して読み出し用スイッチン
グ素子として動作するｎ型ＭＯＳトランジスタ９を順次
ＯＮさせながら、信号出力線10よりバッファ11を介して
信号出力ＳOUT として読み出すように構成されている。
また１画素毎に信号出力を読み出すたびに、信号出力線
10に残留する電荷を除去するため、信号線リセット用ト
ランジスタ12を信号出力線10上に設けている。
タで、ソースを接地し、ドレインに負荷として動作する
デプレッション型のｎ型ＭＯＳトランジスタ５を接続す
ることにより、ソース接地型の増幅回路を構成してい
る。そしてこのソース接地型増幅回路の入力端子、すな
わちｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲートにフォトダイオ
ード部１を接続し、ソース接地型増幅回路の出力端子、
すなわちｎ型ＭＯＳトランジスタ２のドレインから入力
端子（ｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲート）に容量素子
３を接続して帰還をかけると共に、ｎ型ＭＯＳトランジ
スタ２のゲートの初期電位を設定するためのリセット用
ｎ型ＭＯＳトランジスタ４を容量素子３と並列に接続し
て基本セルを構成している。そして、この基本セルに、
出力電圧をサンプルホールドするためのスイッチング素
子６と容量素子７を設け、該容量素子７に蓄積した電荷
を、シフトレジスタ８を走査して読み出し用スイッチン
グ素子として動作するｎ型ＭＯＳトランジスタ９を順次
ＯＮさせながら、信号出力線10よりバッファ11を介して
信号出力ＳOUT として読み出すように構成されている。
また１画素毎に信号出力を読み出すたびに、信号出力線
10に残留する電荷を除去するため、信号線リセット用ト
ランジスタ12を信号出力線10上に設けている。
【００２０】フォトダイオード部１は、図１の（Ｂ），
（Ｃ）の断面図に示すように、ｎ基板１ａ上にｐウェル
１ｂを形成した後、LOCOS 酸化膜１ｃにより１画素毎の
フォトダイオード部１が分離される構造をとり、その酸
化膜１ｃの形成後、ｎ型の不純物をドープしてｎ+ 拡散
層１ｄを形成し、ｐｎ接合型のフォトダイオード部を形
成している。本実施例では、１画素のフォトダイオード
部において、更に領域を２つに分離するため、ポリシリ
コンゲート１ｅをｎ型不純物をドープする前に、フォト
ダイオード部上に形成し、これによりフォトダイオード
部１は、ポリシリコンゲート１ｅを境界として第１のフ
ォトダイオード領域１-1と第２のフォトダイオード領域
１-2の２つの領域に分離している。
（Ｃ）の断面図に示すように、ｎ基板１ａ上にｐウェル
１ｂを形成した後、LOCOS 酸化膜１ｃにより１画素毎の
フォトダイオード部１が分離される構造をとり、その酸
化膜１ｃの形成後、ｎ型の不純物をドープしてｎ+ 拡散
層１ｄを形成し、ｐｎ接合型のフォトダイオード部を形
成している。本実施例では、１画素のフォトダイオード
部において、更に領域を２つに分離するため、ポリシリ
コンゲート１ｅをｎ型不純物をドープする前に、フォト
ダイオード部上に形成し、これによりフォトダイオード
部１は、ポリシリコンゲート１ｅを境界として第１のフ
ォトダイオード領域１-1と第２のフォトダイオード領域
１-2の２つの領域に分離している。
【００２１】このように構成したラインセンサにおい
て、このフォトダイオード部１のポリシリコンゲート１
ｅに印加されるパルスをφGCとすると、φGCを“Ｈ”の
状態ではポリシリコンゲート１ｅの直下には反転層が形
成され、２つのフォトダイオード領域１-1と１-2は導通
状態になる。したがって、この状態で積分動作を行う
と、容量素子３に蓄積される電荷は、フォトダイオード
部１の両方のフォトダイオード領域１-1，１-2に入射し
た光により発生した電荷であり、感度は高くなる。
て、このフォトダイオード部１のポリシリコンゲート１
ｅに印加されるパルスをφGCとすると、φGCを“Ｈ”の
状態ではポリシリコンゲート１ｅの直下には反転層が形
成され、２つのフォトダイオード領域１-1と１-2は導通
状態になる。したがって、この状態で積分動作を行う
と、容量素子３に蓄積される電荷は、フォトダイオード
部１の両方のフォトダイオード領域１-1，１-2に入射し
た光により発生した電荷であり、感度は高くなる。
【００２２】これに対し、φGCを“Ｌ”とした場合は、
フォトダイオード部１の第１のフォトダイオード領域１
-1と第２のフォトダイオード領域１-2は非導通状態とな
る。これにより積分動作を行った場合、容量素子３に蓄
積される電荷は、フォトダイオード部１の第１の領域１
-1に入射した光による電荷のみとなるため、φGC＝
“Ｈ”の場合と比較すると、第２のフォトダイオード領
域１-2で発生した電荷が蓄積されない分だけ感度が低下
する。
フォトダイオード部１の第１のフォトダイオード領域１
-1と第２のフォトダイオード領域１-2は非導通状態とな
る。これにより積分動作を行った場合、容量素子３に蓄
積される電荷は、フォトダイオード部１の第１の領域１
-1に入射した光による電荷のみとなるため、φGC＝
“Ｈ”の場合と比較すると、第２のフォトダイオード領
域１-2で発生した電荷が蓄積されない分だけ感度が低下
する。
【００２３】したがってフォトダイオード部１の第１の
領域１-1と第２の領域１-2の面積比を大きくとることに
より、感度比を大きくすることが可能であり、これによ
り広いダイナミックレンジに対応することができる。な
お図２において、１ｅ′はポリシリコンゲート１ｅによ
り形成されるＭＯＳスイッチング素子を示しており、ま
た１-1′及び１-2′は、第１の領域による第１分割フォ
トダイオード及び第２の領域による第２分割フォトダイ
オードを示している。
領域１-1と第２の領域１-2の面積比を大きくとることに
より、感度比を大きくすることが可能であり、これによ
り広いダイナミックレンジに対応することができる。な
お図２において、１ｅ′はポリシリコンゲート１ｅによ
り形成されるＭＯＳスイッチング素子を示しており、ま
た１-1′及び１-2′は、第１の領域による第１分割フォ
トダイオード及び第２の領域による第２分割フォトダイ
オードを示している。
【００２４】この実施例では、フォトダイオード部１を
２分割して２段階の感度切り換えを行っているが、より
細かな感度切り換えを行うために、３分割，４分割等と
分割数を増やすことも、ポリシリコンゲートを２本，３
本と増やすことにより実現可能である。
２分割して２段階の感度切り換えを行っているが、より
細かな感度切り換えを行うために、３分割，４分割等と
分割数を増やすことも、ポリシリコンゲートを２本，３
本と増やすことにより実現可能である。
【００２５】上記実施例では、フォトダイオード部をポ
リシリコンゲートによるＭＯＳスイッチング素子で分割
するようにした構成を示したが、次に１つのフォトダイ
オード部をLOCOS 分離で分割した構成の実施例を図３に
示す。図３の（Ａ）はフォトダイオード部の平面図で、
図３の（Ｂ）は図３の（Ａ）のＣ−Ｃ′線に沿った断面
図であり、読み出し回路部は図示を省略しているが図１
に示した実施例と全く同一である。
リシリコンゲートによるＭＯＳスイッチング素子で分割
するようにした構成を示したが、次に１つのフォトダイ
オード部をLOCOS 分離で分割した構成の実施例を図３に
示す。図３の（Ａ）はフォトダイオード部の平面図で、
図３の（Ｂ）は図３の（Ａ）のＣ−Ｃ′線に沿った断面
図であり、読み出し回路部は図示を省略しているが図１
に示した実施例と全く同一である。
【００２６】この実施例では、フォトダイオード部21
を、１つのフォトダイオード領域をLOCOS 酸化膜21ｃで
分離して、21-1と21-2の２つの領域に分割して構成して
いる。そして分割した各フォトダイオード領域21-1，21
-2を、ｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲートにそれぞれ接
続するためのスイッチング素子として、ポリシリコンゲ
ート22-1，22-2を分割フォトダイオード領域21-1，21-2
にそれぞれ設けて、ｎ型ＭＯＳトランジスタを形成して
いる。なお図３の（Ｂ）において、21ａはｎ基板、21ｂ
はｐウェル、21ｄはｎ+ 拡散層である。
を、１つのフォトダイオード領域をLOCOS 酸化膜21ｃで
分離して、21-1と21-2の２つの領域に分割して構成して
いる。そして分割した各フォトダイオード領域21-1，21
-2を、ｎ型ＭＯＳトランジスタ２のゲートにそれぞれ接
続するためのスイッチング素子として、ポリシリコンゲ
ート22-1，22-2を分割フォトダイオード領域21-1，21-2
にそれぞれ設けて、ｎ型ＭＯＳトランジスタを形成して
いる。なお図３の（Ｂ）において、21ａはｎ基板、21ｂ
はｐウェル、21ｄはｎ+ 拡散層である。
【００２７】この実施例における等価回路構成を図４に
示す。この図４からわかるように、ポリシリコンゲート
22-1，22-2で形成されたｎ型ＭＯＳトランジスタ22-
1′，22-2′に印加するパルスφGC1 ，φGC2 により、
容量素子３に蓄積されるフォトダイオード部21の分割フ
ォトダイオード21-1′，21-2′を切り換えることができ
る。
示す。この図４からわかるように、ポリシリコンゲート
22-1，22-2で形成されたｎ型ＭＯＳトランジスタ22-
1′，22-2′に印加するパルスφGC1 ，φGC2 により、
容量素子３に蓄積されるフォトダイオード部21の分割フ
ォトダイオード21-1′，21-2′を切り換えることができ
る。
【００２８】このように、１つのフォトダイオード領域
をLOCOS 分離を用いても、フォトダイオード部の分割が
可能である。またLOCOS 分離と図１の実施例で示したポ
リシリコンゲートによる分離を併用することで、縦横自
由にフォトダイオード領域を分割することができる。ま
た上記各実施例では、ｎ基板上にｐウェルを形成し、そ
の上にｎ+ 拡散層を形成して構成したフォトダイオード
について述べたが、ＭＯＳプロセスで製造されるフォト
ダイオードに対しても同様に適用することが可能であ
る。
をLOCOS 分離を用いても、フォトダイオード部の分割が
可能である。またLOCOS 分離と図１の実施例で示したポ
リシリコンゲートによる分離を併用することで、縦横自
由にフォトダイオード領域を分割することができる。ま
た上記各実施例では、ｎ基板上にｐウェルを形成し、そ
の上にｎ+ 拡散層を形成して構成したフォトダイオード
について述べたが、ＭＯＳプロセスで製造されるフォト
ダイオードに対しても同様に適用することが可能であ
る。
【００２９】次に分割フォトダイオード部におけるポリ
シリコンゲートに印加するパルスを制御してフォトダイ
オード部の感度の切り換えを行う制御方法について説明
する。感度切り換えを行うためには、被写体の明るさの
情報が必要である。カメラ等では自動露光制御（ＡＥ＝
Auto Exposure ）用の測光装置が搭載されているため、
その情報をもとに感度切り換えを行うことが可能であ
る。また感度切り換えセンサと同一チップ上に測光用の
フォトダイオードを配置し、その情報をもとに感度切り
換えを行うことも可能である。しかしながら、両者とも
感度切り換えを行うセンサとは、測光する方向，範囲等
が正確に一致しないので、正確な測光が行えない。そこ
で次に説明する実施例では、感度切り換えを行うセンサ
自体の信号レベルを検出して切り換え制御を行う方式を
示す。
シリコンゲートに印加するパルスを制御してフォトダイ
オード部の感度の切り換えを行う制御方法について説明
する。感度切り換えを行うためには、被写体の明るさの
情報が必要である。カメラ等では自動露光制御（ＡＥ＝
Auto Exposure ）用の測光装置が搭載されているため、
その情報をもとに感度切り換えを行うことが可能であ
る。また感度切り換えセンサと同一チップ上に測光用の
フォトダイオードを配置し、その情報をもとに感度切り
換えを行うことも可能である。しかしながら、両者とも
感度切り換えを行うセンサとは、測光する方向，範囲等
が正確に一致しないので、正確な測光が行えない。そこ
で次に説明する実施例では、感度切り換えを行うセンサ
自体の信号レベルを検出して切り換え制御を行う方式を
示す。
【００３０】図５に、各画素の出力電圧のピーク値を検
出し、その検出値をもとに感度切り換えを行うように構
成した実施例を示す。この実施例は、図１の（Ａ）に示
した実施例の構成に、各画素の出力電圧を検出するため
のｎ型ＭＯＳトランジスタ31を各画素毎に追加し、その
各ソースをソースライン32に共通に接続し、該ソースラ
イン32に負荷として動作するデプレッション型のｎ型Ｍ
ＯＳトランジスタ33を接続する。これにより、ソースラ
イン32のモニター電圧ＶM には画素全体のピーク出力に
対応する電圧が現れる。これをコンパレータ34を用いて
基準電圧Ｖref と比較し、コンパレータ34の出力ＣOUT
により制御系35を制御して、感度切り換え用の制御パル
スφGCを出力するように構成されている。
出し、その検出値をもとに感度切り換えを行うように構
成した実施例を示す。この実施例は、図１の（Ａ）に示
した実施例の構成に、各画素の出力電圧を検出するため
のｎ型ＭＯＳトランジスタ31を各画素毎に追加し、その
各ソースをソースライン32に共通に接続し、該ソースラ
イン32に負荷として動作するデプレッション型のｎ型Ｍ
ＯＳトランジスタ33を接続する。これにより、ソースラ
イン32のモニター電圧ＶM には画素全体のピーク出力に
対応する電圧が現れる。これをコンパレータ34を用いて
基準電圧Ｖref と比較し、コンパレータ34の出力ＣOUT
により制御系35を制御して、感度切り換え用の制御パル
スφGCを出力するように構成されている。
【００３１】次にこのように構成された感度切り換え制
御装置の動作の一例を図６に示すタイミングチャートを
参照しながら説明する。図６には、リセット用パルスφ
R ，サンプルホールド用パルスφSHと、明るい被写体の
ときと暗い被写体のときにおけるモニター電圧ＶM ，コ
ンパレータ出力ＣOUT ，感度切り換え制御パルスφGCを
示している。期間Ｔ0 はリセット動作を行う期間であ
る。この期間では、φR を“Ｈ”とすると共に、φGCを
“Ｈ”としてフォトダイオード部１の全領域１-1，１-2
が導通状態となるようにしておき、各画素のリセットを
行う。
御装置の動作の一例を図６に示すタイミングチャートを
参照しながら説明する。図６には、リセット用パルスφ
R ，サンプルホールド用パルスφSHと、明るい被写体の
ときと暗い被写体のときにおけるモニター電圧ＶM ，コ
ンパレータ出力ＣOUT ，感度切り換え制御パルスφGCを
示している。期間Ｔ0 はリセット動作を行う期間であ
る。この期間では、φR を“Ｈ”とすると共に、φGCを
“Ｈ”としてフォトダイオード部１の全領域１-1，１-2
が導通状態となるようにしておき、各画素のリセットを
行う。
【００３２】次に期間Ｔ1 において、φR を“Ｈ”から
“Ｌ”にすると同時に、φGCを“Ｌ”にして、低い感度
設定で積分動作を行う。一定期間積分動作を行った後、
時刻ｔ1 におけるコンパレータ出力ＣOUT により、被写
体の明るさを判断する。被写体が明るい場合は、コンパ
レータ出力ＣOUT は“Ｈ”となり、逆に暗い場合は
“Ｌ”となっている。したがって時刻ｔ1 において、Ｃ
OUT ＝“Ｈ”のときは、φGCは“Ｌ”のまま低感度の状
態で積分を継続し、一方、ＣOUT ＝“Ｌ”のときは、φ
GCを“Ｌ”から“Ｈ”に切り換えて高感度の状態とし、
積分を継続する（期間Ｔ2 ）。このときφGCを“Ｌ”か
ら“Ｈ”に切り換えると、それまでポリシリコンゲート
で形成されているスイッチング素子１ｅ′で絶縁されて
いた側の、フォトダイオード領域１-2で形成される第２
の分割フォトダイオード１-2′に蓄積された光電荷が流
れ込み、各画素の出力は急上昇する。したがって低感度
状態と高感度状態の感度比をｍとすると、基準電圧Ｖ
ref は飽和出力の１／ｍ以下となるように設定しておく
必要がある。また時刻ｔ1 については、最短積分時間か
ら最長積分時間の１／ｍの範囲の中で設定すればよい。
“Ｌ”にすると同時に、φGCを“Ｌ”にして、低い感度
設定で積分動作を行う。一定期間積分動作を行った後、
時刻ｔ1 におけるコンパレータ出力ＣOUT により、被写
体の明るさを判断する。被写体が明るい場合は、コンパ
レータ出力ＣOUT は“Ｈ”となり、逆に暗い場合は
“Ｌ”となっている。したがって時刻ｔ1 において、Ｃ
OUT ＝“Ｈ”のときは、φGCは“Ｌ”のまま低感度の状
態で積分を継続し、一方、ＣOUT ＝“Ｌ”のときは、φ
GCを“Ｌ”から“Ｈ”に切り換えて高感度の状態とし、
積分を継続する（期間Ｔ2 ）。このときφGCを“Ｌ”か
ら“Ｈ”に切り換えると、それまでポリシリコンゲート
で形成されているスイッチング素子１ｅ′で絶縁されて
いた側の、フォトダイオード領域１-2で形成される第２
の分割フォトダイオード１-2′に蓄積された光電荷が流
れ込み、各画素の出力は急上昇する。したがって低感度
状態と高感度状態の感度比をｍとすると、基準電圧Ｖ
ref は飽和出力の１／ｍ以下となるように設定しておく
必要がある。また時刻ｔ1 については、最短積分時間か
ら最長積分時間の１／ｍの範囲の中で設定すればよい。
【００３３】以上述べたように、増幅用ｎ型ＭＯＳトラ
ンジスタの出力をモニターすることにより、正確に被写
体に適した感度に設定可能である。またフォトダイオー
ド部を、３分割あるいは４分割等とする場合は、比較す
る基準電圧を２つ、又は３つと追加して明るさを判断す
る方法と、比較する積分時刻を、２点あるいは３点と増
やし、それぞれの時刻におけるコンパレータ出力によ
り、明るさの判断をする方法が考えられる。
ンジスタの出力をモニターすることにより、正確に被写
体に適した感度に設定可能である。またフォトダイオー
ド部を、３分割あるいは４分割等とする場合は、比較す
る基準電圧を２つ、又は３つと追加して明るさを判断す
る方法と、比較する積分時刻を、２点あるいは３点と増
やし、それぞれの時刻におけるコンパレータ出力によ
り、明るさの判断をする方法が考えられる。
【００３４】次に図10に示した増幅型固体撮像素子を用
いた固体撮像装置に本発明を適用した実施例について説
明する。図７はこの実施例の回路構成図を示し、図５に
示した実施例及び図10に示した撮像素子と同一又は対応
する部材には同一符号を付して示している。この実施例
における増幅型固体撮像素子においては、蓄積電荷が大
きいほど出力電圧は小さくなるため、各画素の出力電圧
を検出するためのモニター用の素子はｐ型ＭＯＳトラン
ジスタ31′に変更している。また、これに伴いソースラ
イン32の負荷をｐ型ＭＯＳトランジスタ33′による能動
負荷としている。
いた固体撮像装置に本発明を適用した実施例について説
明する。図７はこの実施例の回路構成図を示し、図５に
示した実施例及び図10に示した撮像素子と同一又は対応
する部材には同一符号を付して示している。この実施例
における増幅型固体撮像素子においては、蓄積電荷が大
きいほど出力電圧は小さくなるため、各画素の出力電圧
を検出するためのモニター用の素子はｐ型ＭＯＳトラン
ジスタ31′に変更している。また、これに伴いソースラ
イン32の負荷をｐ型ＭＯＳトランジスタ33′による能動
負荷としている。
【００３５】次に、この実施例の動作を図８に示すタイ
ミングチャートを参照しながら説明する。この撮像素子
の場合、フォトダイオード部１で発生する電荷がトラン
ジスタＱ５を介して蓄積容量素子Ｃt に蓄積されるよう
に、駆動信号ＤＡＴＡの“Ｈ”レベルは、トランジスタ
Ｑ５が飽和領域で動作するように、リセット電圧ＶR 以
下に設定する。これによりフォトダイオード部での発生
電荷自体がＱ５のバイアス電流となる。したがって感度
切り換え制御パルスφGCによるスイッチング素子１ｅ′
のＯＮ／ＯＦＦの切り換えにより、バイアス電流が変化
すると、これに伴いトランジスタＱ５のゲート・ソース
間電圧ＶGSが変わり、フォトダイオード部１への印加電
圧が変化する。
ミングチャートを参照しながら説明する。この撮像素子
の場合、フォトダイオード部１で発生する電荷がトラン
ジスタＱ５を介して蓄積容量素子Ｃt に蓄積されるよう
に、駆動信号ＤＡＴＡの“Ｈ”レベルは、トランジスタ
Ｑ５が飽和領域で動作するように、リセット電圧ＶR 以
下に設定する。これによりフォトダイオード部での発生
電荷自体がＱ５のバイアス電流となる。したがって感度
切り換え制御パルスφGCによるスイッチング素子１ｅ′
のＯＮ／ＯＦＦの切り換えにより、バイアス電流が変化
すると、これに伴いトランジスタＱ５のゲート・ソース
間電圧ＶGSが変わり、フォトダイオード部１への印加電
圧が変化する。
【００３６】したがって、感度切り換えを行うたびに、
リセット動作が必要となる。このためタイミングチャー
トに示すように、第１回目の積分動作を行う場合は、期
間Ｔ0 においてφGCを“Ｈ”にして高い感度設定でリセ
ット動作を行った後に、期間Ｔ1 においてφGC＝“Ｈ”
のまま積分を開始する。そして一定積分時間経過後、時
刻ｔ1 でコンパレータ出力ＣOUT が“Ｌ”ならば、その
まま積分動作を継続し、コンパレータ出力ＣOUT が
“Ｈ”の場合は、φGCを“Ｌ”として低い感度設定にし
た後に、再度リセットをして積分を行う（期間Ｔ2 ）。
リセット動作が必要となる。このためタイミングチャー
トに示すように、第１回目の積分動作を行う場合は、期
間Ｔ0 においてφGCを“Ｈ”にして高い感度設定でリセ
ット動作を行った後に、期間Ｔ1 においてφGC＝“Ｈ”
のまま積分を開始する。そして一定積分時間経過後、時
刻ｔ1 でコンパレータ出力ＣOUT が“Ｌ”ならば、その
まま積分動作を継続し、コンパレータ出力ＣOUT が
“Ｈ”の場合は、φGCを“Ｌ”として低い感度設定にし
た後に、再度リセットをして積分を行う（期間Ｔ2 ）。
【００３７】このように被写体が明るい場合は、２回積
分動作を行う必要があるが、被写体が明るいときは短い
積分時間で動作が完了するため、全体の動作に要する時
間は、最長積分時間に達しないように設定できる。その
ためには、明るさを判断する時刻ｔ1 までの積分時間を
短く設定した方がよい。また、このときの基準電圧Ｖ
ref に関しては、図５に示した実施例のような制約はな
く、飽和レベル以下ならばどのような値でもよい。
分動作を行う必要があるが、被写体が明るいときは短い
積分時間で動作が完了するため、全体の動作に要する時
間は、最長積分時間に達しないように設定できる。その
ためには、明るさを判断する時刻ｔ1 までの積分時間を
短く設定した方がよい。また、このときの基準電圧Ｖ
ref に関しては、図５に示した実施例のような制約はな
く、飽和レベル以下ならばどのような値でもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、明るい被写体及び暗い被写体に応じて
フォトダイオードの感度切り換えが行えるため、明るい
被写体に対しては感度を低くして積分時間を十分とり制
御を容易にし、且つ暗い被写体に対しては感度を高くし
て短い積分時間での動作が実現でき、広いダイナミック
レンジを容易に確保することができる。
本発明によれば、明るい被写体及び暗い被写体に応じて
フォトダイオードの感度切り換えが行えるため、明るい
被写体に対しては感度を低くして積分時間を十分とり制
御を容易にし、且つ暗い被写体に対しては感度を高くし
て短い積分時間での動作が実現でき、広いダイナミック
レンジを容易に確保することができる。
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す
回路構成図、及びそのフォトダイオード部の断面図であ
る。
回路構成図、及びそのフォトダイオード部の断面図であ
る。
【図２】図１に示した実施例の画素部の等価回路を示す
図である。
図である。
【図３】第２実施例のフォトダイオード部分を示す平面
図及び断面図である。
図及び断面図である。
【図４】第２実施例の画素部の等価回路構成を示す図で
ある。
ある。
【図５】感度切り換え制御部を備えた第３実施例を示す
回路構成図である。
回路構成図である。
【図６】図５に示した実施例の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図７】同じく感度切り換え制御部を備えた第４実施例
を示す回路構成図である。
を示す回路構成図である。
【図８】図７に示した実施例の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図９】従来の増幅型固体撮像素子の構成例を示す回路
構成図である。
構成図である。
【図10】従来の増幅型固体撮像素子の他の構成例を示す
回路構成図である。
回路構成図である。
【図11】従来考えられている増幅型固体撮像素子を示す
回路構成図である。
回路構成図である。
１，21 フォトダイオード部 １-1 第１のフォトダイオード領域 １-2 第２のフォトダイオード領域 １-1′ 第１の分割フォトダイオード １-2′ 第２の分割フォトダイオード １ａ，21ａ ｎ基板 １ｂ，21ｂ ｐウェル １ｃ，21ｃ LOCOS 酸化膜 １ｄ，21ｄ ｎ+ 拡散層 １ｅ，22-1，22-2 ポリシリコンゲート ２ ｎ型ＭＯＳトランジスタ ３ 帰還容量素子 ４ リセット用ｎ型ＭＯＳトランジスタ ５ デプレッション型ｎ型ＭＯＳトランジスタ ６ スイッチング素子 ７ 容量素子 ８ シフトレジスタ ９ 読み出し用ｎ型ＭＯＳトランジスタ 10 信号出力線 11 バッファ 12 信号線リセット用トランジスタ 31 検出用ｎ型ＭＯＳトランジスタ 32 ソースライン 33 負荷用ｎ型ＭＯＳトランジスタ 34 コンパレータ 35 制御系
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐｎ接合型のフォトダイオード部と、該
フォトダイオード部に入射した光により発生した光電荷
を蓄積するフォトダイオード部以外の容量素子と、該容
量素子に蓄積された電荷を破壊せずに該電荷に対応した
信号を出力する増幅部と、前記容量素子に蓄積された電
荷をリフレッシュするためのスイッチング素子とで構成
した増幅型固体撮像素子を単位画素とした固体撮像装置
において、前記フォトダイオード部の領域を複数の領域
に分割し、該領域に設けたスイッチング素子により前記
単位画素の容量素子に蓄積する光電荷を与える受光面積
を変えて画素部の感度を切り換えられるように構成した
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記単位画素の増幅部の信号出力レベル
を検出するモニター手段と、該モニター手段のモニター
信号と基準信号とに基づき、前記感度切り換え用スイッ
チング素子の制御を行う制御手段とを同一チップ上に備
えている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】 前記請求項２記載の固体撮像装置の制御
方法において、前記単位画素の容量素子のリセット動作
時は感度切り換え用スイッチング素子をＯＮして高感度
設定でリフレッシュ動作を行い、積分開始後に感度切り
換え用スイッチング素子をＯＦＦして低感度設定とし、
一定時間積分したときモニター手段のモニター信号レベ
ルと基準信号レベルを比較して基準信号レベルよりモニ
ター信号レベルが高いときはそのまま積分を続行し、モ
ニター信号レベルが低いときは感度切り換え用スイッチ
ング素子をＯＮ状態に切り換え高感度設定とし、リフレ
ッシュ動作を行わずに積分動作を続行することを特徴と
する固体撮像装置の制御方法。 - 【請求項４】 前記請求項２記載の固体撮像装置におい
て、初期リセット動作時及びそれに続く積分時は感度切
り換え用スイッチング素子をＯＮして高感度設定で動作
を行い、一定積分時間経過後モニター信号レベルと基準
信号レベルを比較して、基準信号レベルよりモニター信
号レベルが低いときはそのまま積分を続行し、モニター
信号レベルが高いときは第２のリセット動作を行い低感
度設定とした後、再び積分動作を行うことを特徴とする
固体撮像装置の制御方法。
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