JP4529027B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、ダイナミックレンジを向上させるための技術に関する。
従来の固体撮像装置においては、画素に設けた垂直オーバーフロードレイン構造を利用し、画素の飽和後の対数特性を使ってダイナミックレンジを広げている(例えば、特許文献1)。特許文献1においては、画素が飽和するまでは入射光量と出力電圧との関係は線形特性となる。しかし、蓄積された電荷が垂直オーバーフロードレインのバリアを越え始めると、入射光量と出力電圧との関係は対数特性となり、ダイナミックレンジが広げられている。
また、ダイナミックレンジを向上させた固体撮像装置の例は、特許文献2〜3にも開示されている。
特開2001−94880号公報 特開2002−300476号公報 特開2004−80189号公報
従来の固体撮像装置においては、画素の後段の処理回路でゲインを与えた場合には、画素が飽和することにより線形特性から対数特性へ切り替わる点(折れ点)の電位が高くなり、且つ対数特性領域における傾きも急になるので、対数特性領域が狭くなる。さらに、ゲインがある値を超えた場合には、画素が飽和した状態での画素の出力電位(画素飽和電位)および対数特性領域が後段の処理回路の動作レンジを逸脱してしまい、処理回路の感度特性が画素の線形特性領域のみの特性となる。そのため、ダイナミックレンジが著しく低下してしまうという問題点があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ダイナミックレンジの低下を防止できる固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、画素を構成する複数個の固体撮像素子と、複数個の固体撮像素子からの信号に基づく撮像振幅に対して所定の増幅率で増幅処理を行う処理手段とを備え、各固体撮像素子は、受光量に応じて光電荷を蓄積する光電変換手段と、光電変換手段から送られた光電荷をリセットするリセットトランジスタとを含み、処理手段は、増幅率に応じたゲート電位をリセットトランジスタに与えることを特徴とする。
本発明に係る固体撮像装置は、増幅率に応じたゲート電位をリセットトランジスタに与えることを特徴とする。従って、線形特性から対数特性へ切り替わる折れ点の電位を任意に設定し折れ点の電位および対数領域における傾きを一定とすることが可能となるので、ダイナミックレンジの低下を防止できる。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。
図1において、固体撮像装置は、画素列構造100と、バッファ列構造110と、スキャナー120と、リセット電位発生回路(リセット電位生成手段)130と、アンプ140と、可変電圧源150と、処理回路(処理手段)300とを備える。
画素列構造100は、縦に並べられた複数の画素(固体撮像素子)10と、サンプルホールド回路20〜23と、スイッチ40〜43と、電流源30とを備えている。画素列構造100を横に複数個並べることにより、画素10を2次元状に配置することが可能となる。このとき、複数個の画素列構造100のうちいずれか1個からの出力が、スイッチ40〜43を閉じることにより処理回路300へ入力される。バッファ列構造110は、縦に並べられた複数個のバッファ群50を備えている。このバッファ群50は、画素10を駆動するためのものである。バッファ列構造110は、スキャナー120により制御される。
処理回路300は、バッファ160〜163と、減算回路170〜172と、セレクタ180,220と、AGC(Auto Gain Control:自動ゲイン制御)回路190と、比較器(比較手段)200と、ゲインコントロール回路210と、AD変換器230と、折れ点レベル調整回路240と、オフセット補正処理回路250とを備える。
画素10は、受光量に応じて光電荷を蓄積する光電変換手段としてのPD(フォトダイオード)1と、PD1によって蓄積された光電荷を受け取るFD(フローティングディフュージョン)2と、NMOSからなる電荷転送トランジスタ3と、NMOSからなるリセットトランジスタ4と、NMOSからなる増幅トランジスタ5と、NMOSからなる画素選択トランジスタ6とから構成されている。
各画素10において、PD1の入力部は接地されている。PD1の出力部は、電荷転送トランジスタ3のソースに接続されている。電荷転送トランジスタ3のドレインは、FD2を介してリセットトランジスタ4のソースに接続されている。リセットトランジスタ4のドレインは、リセット電位発生回路130に接続されている。増幅トランジスタ5のドレインは、電源電位に接続されている。増幅トランジスタ5のソースは、画素選択トランジスタ6のドレインに接続されている。画素選択トランジスタ6のソースは、信号線15を介して、サンプルホールド回路20〜23および電流源30に接続される。増幅トランジスタ5のゲートは、FD2に接続されている。
各画素10は、画素選択トランジスタ6により選択され、FD2に蓄積された電荷に応じて増幅トランジスタ5を制御することにより、信号線15の電位を制御する。これにより、画素10からの信号が選択的に取り出される。
バッファ群50は、バッファ7〜9から構成されている。
各バッファ群50において、バッファ7〜9の入力部はスキャナー12に接続されている。バッファ7の出力部は、リセットトランジスタ4のゲートに接続されている。バッファ8の出力部は、画素選択トランジスタ6のゲートに接続されている。バッファ9の出力部は、電荷転送トランジスタ3のゲートに接続されている。バッファ9は、図示しないPMOSおよびNMOSを直列に接続させたインバータからなり、そのNMOSのソースは、可変電圧源150により駆動されるアンプ140に接続されている。すなわち、バッファ9のLレベル電位は、可変電圧源150により可変する。
サンプルホールド回路20〜23には、後述するように、それぞれ、撮像信号、撮像リセット信号、折れ点信号、および折れ点リセット信号が読み出される。サンプルホールド回路20〜23は、スイッチ40〜43をそれぞれ介して、バッファ160〜163にそれぞれ接続される。
バッファ160の出力とバッファ161の出力とは、減算回路170において減算される。これにより、撮像信号と撮像リセット信号とのノイズキャンセルがCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)を用いて行われる。このとき減算回路170において生成される信号を、以下では撮像振幅と呼ぶ。また、バッファ162の出力とバッファ163の出力とは、減算回路171において減算される。これにより、折れ点信号と折れ点リセット信号とのノイズキャンセルがCDSを用いて行われる。このとき減算回路171において生成される信号を、以下では折れ点振幅と呼ぶ。
減算回路170において生成された撮像振幅は、減算回路172、セレクタ180の”0”端子、および比較器200に入力される。また、減算回路171において生成された折れ点振幅は、減算回路172、セレクタ180の”1”端子、および比較器200に入力される。
減算回路172は、減算回路170からの撮像振幅と減算回路171からの折れ点振幅との差分を算出し、セレクタ220の”0”端子に入力させる。撮像振幅と折れ点振幅との差分をとることにより、画素ごとの飽和電荷量のばらつきをキャンセルすることができる。
セレクタ180は、折れ点レベル調整回路240からの制御に応じて”0”端子から入力される信号または”1”端子から入力される信号を選択し、AGC回路190に入力させる。AGC回路190は、入力された信号に、ゲインコントロール回路210からの制御に応じた所定のゲイン(増幅率)を与え、セレクタ220の”1”端子に入力させる。
比較器200は、減算回路170からの撮像振幅と減算回路171からの折れ点振幅とを比較し、その比較結果に応じてセレクタ220の”0”端子または”1”端子を選択する。また、セレクタ220は、折れ点レベル調整回路240からも制御される。セレクタ220からの出力は、AD変換器230においてデジタル信号に変換され、折れ点レベル調整回路240およびオフセット補正処理回路250へ入力される。
オフセット補正処理回路250へ入力されたデジタル信号は、比較器200における比較結果に応じた信号処理が行われた後に出力される。
折れ点レベル調整回路240は、入力されたデジタル信号に応じて、可変電圧源150において供給される電圧をフィードバック制御する。
図2は、図1に示される画素10が有する感度特性を示すグラフである。図2に示すように、折れ点よりも照度が低い環境下では照度に対して線形な出力が、折れ点よりも照度が高い環境下では照度に対して非線形な出力(対数特性)が、それぞれ得られる。また、図2には、処理回路300の動作レンジが示されている。
図3〜9は、図2に示されるような感度特性が得られる原理を画素10単体の動作シーケンスに従い説明するための模式図である。図3においては、図3(a)に示される画素10の各構成デバイスのポテンシャル電位は、図3(b)において電位V1〜V5として示されている。上述したように、電荷転送トランジスタ3を制御するバッファ9のLレベル電位は、可変電圧源150により可変する。この電荷転送トランジスタ3は、接地電位より高い閾値電位を有し、入力されるゲート電位が接地電位と閾値電位との間で変化した場合には、電位V3も変化するような特性を有するものとする。従って、このLレベル電位を、電荷転送トランジスタ3を遮断させることができる範囲(すなわち、接地電位と閾値電位との間の電位)で連続的に変化させることにより、電荷転送トランジスタ3のゲート電位を連続的に変化させ電位V3を連続的に変化させることが可能となる。
以下、図4〜9に示される模式図を用いて、画素10から信号を読み出す動作について説明する。
まず、図4(a)に示すように、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4は、いずれも、ゲートにLレベル電位を入力されることにより遮断されている。このとき、PD1およびFD2には電荷が蓄積されている。
次に、図4(b)に示すように、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4を、ゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させる。これにより、電位V3,V5が下降するので、PD1およびFD2に蓄積された電荷は、電荷転送トランジスタ3、FD2、およびリセットトランジスタ4を介して、リセット電位発生回路130へと流れ込む。これにより、リセット動作が行われる。
次に、図4(c)に示すように、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4を、ゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、電位V3,V5が上昇するので、PD1への電荷の蓄積が開始される。
以下では、図5〜9を用いて、高照度環境下および低照度環境下における信号の読み出し動作について説明する。
まず、図5を用いて、撮像に伴う露光により蓄積される電荷について説明する。
図5(a)に示すように、低照度環境下においては、光電変換により発生する電荷は比較的に少ないので、発生した電荷は全てPD1に蓄積され、溢れることはない。従って、この電位V2を用いることにより照度に比例した(すなわち線形な)出力が得られる。
一方、図5(b)に示すように、高照度環境下においては、光電変換により過剰に多い電荷が発生するので、発生した電荷は電荷転送トランジスタ3のポテンシャルバリア(電位V3)を越えてPD1からFD2へと溢れる。このとき、PD1の出力部の電位(すなわち電荷転送トランジスタ3のソースの電位)V2は、PD1で発生する電荷量と電位V3を越えてFD2へ流れ出す電荷とがバランスする電位となる。この電位V2は、照度に対して対数の特性を示すため、この電位V2を用いることによりダイナミックレンジを広げることができる。
次に、図6に示すように、リセットトランジスタ4を、ゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させる。このとき、図6(a)に示される低照度環境下および図6(b)に示される高照度環境下のいずれにおいても、電位V5は下降し、FD2に蓄積された電荷がリセットトランジスタ4を介してリセット電位発生回路130へと流れ込む。これにより、リセット動作が行われる。
次に、図7に示すように、リセットトランジスタ4を、ゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。このとき、図7(a)に示される低照度環境下および図7(b)に示される高照度環境下のいずれにおいても、電位V5は上昇し、FD2の電位は、増幅トランジスタ5で増幅することにより信号線15およびスイッチ41を介してサンプルホールド回路21へ出力される。これにより、撮像リセット信号の読み出しが行われる。
次に、図8に示すように、電荷転送トランジスタ3を、ゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させる。このとき、図8(a)に示される低照度環境下および図8(b)に示される高照度環境下のいずれにおいても、電位V3は下降し、PD1へ蓄積された電荷がFD1へ流れ込む。これにより、電荷の転送が行われる。
次に、図9に示すように、電荷転送トランジスタ3を、ゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。このとき、図8(a)に示される低照度環境下および図8(b)に示される高照度環境下のいずれにおいても、電位V5は上昇し、FD2の電位は、増幅トランジスタ5で増幅することにより信号線15およびスイッチ40を介してサンプルホールド回路20へ出力される。これにより、撮像信号の読み出しが行われる。
読み出した撮像信号および撮像リセット信号は、上述したように減算回路170においてCDSを用いたノイズキャンセルを行われることにより、撮像振幅が生成される。
図10は、電位V3と折れ点との関係を示す図である。図10(a)〜(c)は、電位V3が低い場合、電位V3が中間値となる場合、および、電位V3が高い場合それぞれにおいて、PD1が飽和するときに蓄積される電荷量を示している。図10(a)〜(c)に示すように、電位V3が高くなるほど、飽和状態のPD1に蓄積される電荷量は多くなる。折れ点の電位は、飽和状態のPD1の電荷量を読み出したときの電位に対応するので、電位V3を調整することにより、折れ点の電位を調整することができる。また、電位V3の高さは、電荷転送トランジスタ3のゲートに入力されるLレベル電位を可変電圧源150により変化させることにより、調整することができる。従って、可変電圧源150から供給される電圧を変化させることにより、折れ点の電位を調整することが可能である。
図10(d)には、図10(a)〜(c)それぞれに対応した感度特性が示されている。図10(d)においては、電位V3が高くなるほど、折れ点の電位も高くなっている。
図11は、図1に示される固体撮像装置において、PD1がほぼ飽和状態の電荷量に対応する折れ点の電位を得る制御方法を示すタイミングチャートである。
まず、期間T1においては、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、PD1がリセットされる(PDリセット期間)。
次に、期間T2においては、電荷転送トランジスタ3、リセットトランジスタ4、および画素選択トランジスタ6を、ゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、露光による電荷の蓄積が行われる(露光期間)。
次に、期間T3においては、リセットトランジスタ4をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3および画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、FD2に蓄積された電荷がリセット電位発生回路130へ流れ込む。次に、画素選択トランジスタ6をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、選択された画素10において、信号線15およびスイッチ41を介してサンプルホールド回路21への撮像リセット信号の読み出しが行われる(撮像リセット信号読み出し期間)。
次に、期間T4においては、電荷転送トランジスタ3をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、リセットトランジスタ4および画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、PD1に蓄積された電荷がFD2へ流れ込む。次に、画素選択トランジスタ6をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、選択された画素10において、信号線15およびスイッチ40を介してサンプルホールド回路20への撮像信号の読み出しが行われる(撮像信号読み出し期間)。
次に、期間T5においては、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。また、同時に、リセット電位発生回路130の出力電位をHレベルからLレベルへ立ち下げる。これにより、リセット電位発生回路130からPD1に電荷が注入される(PD電荷注入期間)。
次に、期間T6においては、リセットトランジスタ4をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3および画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。また、同時に、リセット電位発生回路130の出力電位をLレベルからHレベルへ立ち上げる。これにより、期間T5においてPD1に注入された電荷のうち余剰なものは、FD2を介してリセット電位発生回路130へ流れ込む。すなわち、PD1には、電荷転送トランジスタ3のゲートに入力されるLレベル電位に応じた飽和状態に対応する電荷量が残り、この電荷量は、感度特性の折れ点に対応している。次に、画素選択トランジスタ6をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、選択された画素10において、信号線15およびスイッチ43を介してサンプルホールド回路23への折れ点リセット信号の読み出しが行われる(折れ点リセット信号読み出し期間)。
次に、期間T7においては、電荷転送トランジスタ3をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、リセットトランジスタ4および画素選択トランジスタ6をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、PD1に蓄積された電荷がFD2に流れ込む。次に、画素選択トランジスタ6をゲートにHレベル電位を入力させることにより導通させるとともに、電荷転送トランジスタ3およびリセットトランジスタ4をゲートにLレベル電位を入力させることにより遮断させる。これにより、選択された画素10において、信号線15およびスイッチ42を介してサンプルホールド回路22への折れ点信号の読み出しが行われる(折れ点信号読み出し期間)。
図11に示されるような制御方法により、1サイクルの工程において、撮像信号、撮像リセット信号、折れ点信号、および折れ点リセット信号を得ることができる。従って、撮像を停止することなく、画素10毎の感度特性の折れ点を得ることが可能となる。
次に、図12〜14を用いて、図1に示されるAGC回路190においてゲインコントロール回路210からの制御により任意のゲインGを与える場合のダイナミックレンジについて説明する。
まず、図1において、折れ点レベル調整回路240およびオフセット補正処理回路250に対して、所望の折れ点の値Aを設定する。
次に、図11において上述したような手法を用いて、減算回路171において折れ点振幅を生成させる。折れ点レベル調整回路240は、セレクタ180,220それぞれの”1”端子を選択し、減算回路171において生成された折れ点振幅をAGC回路190においてゲインGを与えた後に、AD変換器230においてデジタル値に変換させる。変換されたデジタル値を値Bとすると、折れ点レベル調整回路240は、この値Bが、設定された値Aに等しくなるように、可変電圧源150を制御する。すなわち、折れ点レベル調整回路240は、(A−B)に比例する量を用いて可変電圧源150を制御することによりフィードバック制御を行う。
次に、図11において上述したような手法を用いて、信号の読み出しを行うことにより、減算回路170において撮像振幅が生成される。図12は、この撮像振幅が値SIGを有するとしたときに、減算回路170〜172から出力される電位を示している。減算回路170から出力される撮像振幅の値SIGは、フィードバック制御を行わない場合に減算回路170から出力される撮像振幅の値C(点線)に比べて、小さくなっている。また、減算回路171からは値(A/G)が出力され、減算回路172からは値(SIG−A/G)が出力されている。
減算回路170から出力される撮像振幅の値SIGと減算回路171から出力される値(A/G)とは、比較器200に入力され比較される。比較器200は、この比較結果に応じて次のような2通りの信号処理を行う。
SIG<(A/G)の場合には、比較器200は、セレクタ220の”1”端子を選択し、AGC回路190から出力される値(SIG×G)をAD変換器230に入力させる。AD変換器230から出力されたデジタル値は、オフセット補正処理回路250に入力され、オフセット補正処理を行わずに出力される(信号処理1)。図13は、このときにセレクタ220から出力される値を実線で示している。
SIG>(A/G)の場合には、比較器200は、セレクタ220の”0”端子を選択し、減算回路172から出力される値(SIG−A/G)をAD変換器230に入力させる。AD変換器230から出力されたデジタル値は、オフセット補正処理回路250に入力され、値Aを加算するオフセット補正処理が行われて出力される(信号処理2)。すなわち、オフセット補正処理回路250からは値(SIG−A/G+A)が出力される。図14は、このときにオフセット補正処理回路250から出力される値を実線で示している。
SIG>(A/G)の場合に、上述したような値Aを加算するオフセット補正処理が行われない場合には、オフセット補正処理回路250から出力される値は図13において示されるようなセレクタ220からの出力値と同一値となり、SIG=A/Gで不連続となるので、照度に対して出力電位が1対1で対応しない(すなわち単調性を有さない)。本実施の形態においては、SIG>(A/G)の場合にオフセット補正処理を行うことにより、図14に示すように、単調性を確保した連続的な感度特性を得ることが可能となる。
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置では、線形特性領域すなわちSIG<(A/G)の場合においてはAGC回路190でゲインを与え、対数特性領域すなわちSIG>(A/G)の場合においてはゲインを与えることなくオフセット補正処理回路250でオフセット補正処理を行う。すなわち、処理回路300は、撮像振幅のレベルに応じて選択的に増幅処理を行う。従って、折れ点の電位を任意に設定し折れ点の電位および対数領域における傾きを一定とすることが可能となるので、ダイナミックレンジの低下を防止できる。
なお、上述の説明においては、1個の画素10においてフィードバック制御を行う場合について説明したが、複数個の画素10においても、並行してフィードバック制御を行うことが可能である。この場合には、画素10毎の特性のばらつきを平均化するために、複数の画素10における各値Bの平均値B’を用いて、(A−B’)に比例する量でフィードバック制御を行ってもよい。
また、上述の説明においては、電荷転送トランジスタ3を用いるいわゆる4トランジスタ型固体撮像素子について説明したが、本発明は、図15に示されるような電荷転送トランジスタ3を用いないいわゆる3トランジスタ型固体撮像素子についても適用可能である。図15は、図1において、電荷転送トランジスタ3およびバッファ9を省いたものである。図15の構成においても、リセットトランジスタ4のゲートに入力されるバッファ7のLレベル電位を可変電圧源150を用いて可変させることにより、リセットトランジスタ4のポテンシャル電位を可変できる。従って、図1の構成と同様に、折れ線の電位のフィードバック制御を行うことができる。
<実施の形態2>
実施の形態1に係る図1の固体撮像装置では、減算回路170において生成された撮像振幅の値SIGを減算回路171において生成された折れ点振幅の値(A/G)と比較することにより、SIG=A/Gを境として信号処理1と信号処理2とを切り替える。しかし、撮像振幅の値SIGを、折れ点振幅の値A/Gとではなく、任意に設定した値と比較してもよい。
図16は、実施の形態2に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。図16は、図1において、減算回路171からの出力に代えて、折れ点レベル調整回路240に制御される電圧源260からの出力を、比較器200に入力させたものである。
実施の形態1において上述したように、比較器200は、比較結果に応じて、信号処理1と信号処理2とを切り替える。図16においては、撮像振幅の値SIGを、折れ点レベル調整回路に予め設定された所定の基準振幅の値と比較するので、この設定値を調整することにより、信号処理1と信号処理2とが切り替わる点を任意に定めることが可能となる。
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置においては、信号処理1と信号処理2とが切り替わる点を任意に定めることができるので、実施の形態1の効果に加えて、ダイナミックレンジを任意に設定できるという効果を有する。
<実施の形態3>
実施の形態1に係る図1の固体撮像装置は、R(赤)、G(緑)、およびB(青)にそれぞれ対応した3種類の色画素を用いることで、カラー撮像を行ってもよい。
図17は、実施の形態1に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。図17は、図1において、画素10として、R、G、およびBにそれぞれ対応する色画素10R,10G,10Bを用いるとともに、ホワイトバランス補正回路(ホワイトバランス補正手段)270を用いてゲインコントロール回路210および折れ点レベル調整回路240を制御している。また、図17は、図1において、アンプ140として、R、G、およびBにそれぞれ対応するアンプ140R,140G,140Bを用いるとともに、可変電圧源150として、R、G、およびBにそれぞれ対応する可変電圧源150R,150G,150Bを用いている。色画素毎に異なるアンプおよび可変電圧源を用いることにより、各電荷転送トランジスタのゲートに入力されるLレベル電位を色画素毎に異なる値に調整することが可能となる。
図18に示されるように、色画素10R,10G,10Bは、R、G、およびBにそれぞれ対応するカラーフィルターを有するので、感度特性がそれぞれ異なる。従って、色毎にゲインを調整し感度の差を低減させてホワイトバランス補正を行うことが必要となる。しかし、従来の固体撮像装置においては、線形特性領域のゲインのみを調整していたので、図19に示されるように、感度特性の折れ点の電位が色毎に異なっていた。よって、対数特性領域における色毎の出力電位の差が大きいので、ホワイトバランス補正を適正に行うことが困難であった。
以下、図20を用いて、本実施の形態に係る固体撮像装置におけるホワイトバランス補正について説明する。
まず、線形特性領域の撮像振幅が出力されているタイミングにおいて、周知の技術を用いてホワイトバランス補正を行い、AGC回路190において与えるべきゲインGを、色毎に定めホワイトバランス補正回路270に記憶させる。このとき、図19,20に示されるように、線形特性領域の撮像振幅が揃えられる。
次に、対数特性領域の撮像振幅が出力されているタイミングにおいて、折れ点レベル調整回路240およびオフセット補正処理回路250に対して、所望の折れ点の値Aを設定する。色画素10R,10G,10Bにおいて、この値Aとして同一値を設定することにより、図20に示されるように、色画素10R,10G,10Bにおける折れ点の電位を等しくすることができる。
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置では、各電荷転送トランジスタのゲートに入力されるLレベル電位を色画素毎に異なる値に調整することが可能であるので、色画素10R,10G,10Bにおける折れ点の電位が等しくなるように設定できる。従って、実施の形態1の効果に加えて、対数特性領域における色毎の出力電位の差を低減しホワイトバランス補正を適正に行うことができるという効果を有する。
本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の感度特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。 本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。 本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の一部を示す構成図である。 本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の動作を示すグラフである。
符号の説明
1 PD、2 FD、3 電荷転送トランジスタ、4 リセットトランジスタ、5 増幅トランジスタ、6 画素選択トランジスタ、7〜9,160〜163 バッファ、10 画素、10R,10G,10B 色画素、15 信号線、20〜23 サンプルホールド回路、30 電流源、40〜43 スイッチ 50 バッファ群、100 画素列構造、110 バッファ列構造、120 スキャナー、130 リセット電位発生回路、140 アンプ、150 可変電圧源、170〜172 減算回路、180,220 セレクタ、190 AGC回路、200 比較器、210 ゲインコントロール回路、230 AD変換器、240 折れ点レベル調整回路、250 オフセット補正処理回路、260 電圧源、270 ホワイトバランス補正回路、300 処理回路。

Claims (5)

  1. 画素を構成する複数個の固体撮像素子と、
    前記複数個の固体撮像素子からの信号に基づく撮像振幅に対して所定の増幅率で増幅処理を行う処理手段と
    を備え、
    各前記固体撮像素子は、
    受光量に応じて光電荷を蓄積する光電変換手段と、
    前記光電変換手段から送られた前記光電荷をリセットするリセットトランジスタ
    を含み、
    前記処理手段は、前記増幅率に応じたゲート電位を前記リセットトランジスタに与える
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 請求項1に記載の固体撮像装置であって、
    前記リセットトランジスタの一端に接続され前記一端の電位を下げて前記光電変換手段に電荷を注入するリセット電位生成手段
    をさらに備えることを特徴とする固体撮像装置。
  3. 請求項2に記載の固体撮像装置であって、
    各前記固体撮像素子は前記信号を取り出すための増幅トランジスタをさらに含み、
    前記光電変換手段に注入された前記電荷に基づき前記増幅トランジスタから取り出される信号に基づく振幅と前記撮像振幅とを比較する比較手段
    をさらに備え、
    前記処理手段は前記撮像振幅に対してそのレベルに応じて選択的に前記増幅処理を行う
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  4. 請求項2に記載の固体撮像装置であって、
    所定の基準振幅と前記撮像振幅とを比較する比較手段
    をさらに備え、
    前記処理手段は前記撮像振幅に対してそのレベルに応じて選択的に前記増幅処理を行う
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の固体撮像装置であって、
    前記複数の固体撮像素子は、互いに異なる色に対応した特性を有する複数の色固体撮像素子からなり、
    前記処理手段はホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段を有し、
    前記ゲート電位は、異なる色に対応した前記色固体撮像素子どうしにおいて互いに異なる
    ことを特徴とする固体撮像装置。
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