JP6362096B2

JP6362096B2 - 固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法

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Description

本発明は、固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法に関する。

特許文献１には、フォトダイオードに蓄積された信号をフローティングディフュージョンへ転送するための転送トランジスタを持つ画素を含む撮像装置が記載されている。転送トランジスタを導通させるためにゲート電極に印加する電圧のオンレベルがオフレベルよりも高い構成において、転送トランジスタのゲート電極に印加する電圧のオフレベルを、その他のトランジスタのオフレベルより低く設定する技術が開示されている。これにより、フォトダイオードでの暗電流成分の発生を抑制することができる。

特開２００１−２４５２１６号公報

本発明者は、高輝度の被写体を撮影後、比較的暗い被写体を撮影すると、高輝度光を撮影した部分にシミの様に視認される焼きつき現象の発生を見つけた。

本発明の目的は、高輝度の被写体を撮影後、暗い被写体を撮影すると、発生する焼きつき現象を低減することができる固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法を提供することである。

本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換する光電変換部及び前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、前記転送トランジスタをオンさせるためのオン電圧及び前記転送トランジスタをオフさせるためのオフ電圧を前記転送トランジスタに選択的に供給するパルス信号出力回路とを有し、前記パルス信号出力回路は、前記画素の出力信号を基に、前記オフ電圧を２値以上のうちから１つを供給し、前記パルス信号出力回路は、前記画素の出力信号の輝度が閾値より小さい場合には第１のオフ電圧を供給し、前記画素の出力信号の輝度が閾値より大きい場合には第２のオフ電圧を供給し、前記第２のオフ電圧は、前記オン電圧及び前記第１のオフ電圧の間の電圧であることを特徴とする。

オフ電圧を変えることにより、高輝度光の撮影に起因する焼きつき現象を低減することができる。

第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。第１の実施形態による画素の構成例を示す回路図である。第１の実施形態によるパルス信号出力回路の構成例を示す回路図である。第１の実施形態による駆動シーケンス図である。ローリング駆動シーケンス図である。第２の実施形態による駆動シーケンス図である。第３の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。第４の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。第５の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。１フレーム内の領域ブロック分割イメージを示す図である。第６の実施形態による画素の構成例を示す回路図である。撮像システムの構成例を示す図である。焼きつき現象を説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。固体撮像装置は、ＣＭＯＳプロセス等によって同一基板上に形成されている。複数の画素１０１は、行列状に配列されており、転送制御線１０２等によって各行の画素１０１の駆動を制御する。垂直走査回路１０７は、行方向に走査する信号をパルス信号出力回路１０６に供給する。パルス信号出力回路１０６は、転送制御線１０２等の信号を制御する。画素１０１は、光電変換により信号を生成し、各列の画素出力読み出し線１０３を介して、列アンプ１０４に信号を出力する。列アンプ１０４は、信号を増幅する。ノイズ除去回路１０５は、列アンプ１０４の出力信号に対して、ノイズ除去するための構成の少なくとも一部を含む。

図２は、図の画素１０１の構成例を示す回路図である。画素１０１は、フォトダイオード１１０と、転送トランジスタ１１１と、リセットトランジスタ１１２と、増幅トランジスタ１１３と、選択トランジスタ１１４とを有する。転送トランジスタ１１１のゲート電極には転送制御線１０２が接続され、リセットトランジスタ１１１のゲート電極にはリセット制御線１１５が接続され、選択トランジスタ１１４のゲート電極には選択制御線１１６が接続されている。フォトダイオード１１０は、光を電荷に変換する光電変換部である。転送トランジスタ１１１のゲート電圧がローレベルのとき、転送トランジスタ１１１がオフし、フォトダイオード１１０に電荷が蓄積される。転送トランジスタ１１１のゲート電圧がハイレベルになると、転送トランジスタ１１１がオンし、転送トランジスタ１１１は、フォトダイオード１１０の電荷をフローティングディフュージョン１１７に転送する。転送された電荷は、フローティングディフュージョン１１７で電圧に変換される。選択トランジスタ１１４がオンすると、増幅トランジスタ１１３は、フローティングディフュージョン１１７の電圧に応じた電圧を画素出力読み出し線１０３へ出力する。

本発明者は、フォトダイオード１１０での暗電流の発生を抑制するために設定していた転送トランジスタ１１１のゲート電極に印加する電圧のオフレベルＶＴＸＬ（仮に−１．４Ｖとする）を高くすれば、焼きつき現象を低減できることを実験で確認した。例えば、オフレベルＶＴＸＬ＝０Ｖに設定すると、焼きつき現象を低減できる。

このことから、焼きつき現象を次のように推測した。図１３（ａ）に、半導体基板上に形成された画素１０１の、フォトダイオード１１０、転送トランジスタ１１１、及びフローティングディフュージョン１１７を含む平面図を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）において点線Ａ−Ａ’で示す領域の断面図である。フォトダイオード１１０とフローティングディフュージョン１１７との間のチャネル領域を覆うように、ゲート電極１２１が設けられている。フォトダイオード１１０からフローティングディフュージョン１１７までの領域は、１つの連続した半導体領域として形成されても良い。ここで、ゲート電極１２１は、Ａ−Ａ’断面においてチャネル領域の両側に形成されたＬＯＣＯＳ１２２の上にも設けられている。オフレベルＶＴＸＬ＝−１．４Ｖの電圧がゲート電極１２１に印加された状態で、高輝度光がフォトダイオード１１０に照射されると、電子とホールが過剰に発生する。電子は、フォトダイオード１１０のウエル１２４の電位に引き寄せられる。ホール１２３は、オフレベルＶＴＸＬ＝−１．４Ｖに引き寄せられ、その一部が転送トランジスタ１１１の下のＬＯＣＯＳエッジにトラップされる。このトラップされたホールがオフレベルＶＴＸＬの電界を緩和して、転送トランジスタ１１１の下に暗電流が発生していると考えられる。この暗電流は、高輝度光に依存するので、フォトダイオード１１０の画素信号レベルが大きければ、高輝度光が入射していると判断することができる。

図１において、判定部１０８は、コンパレータ（比較器）として動作し、画素出力読み出し線１０３へ出力された画素信号と基準電圧線１０９の基準電圧とを比較する。なお、判定部１０８は、画素出力読み出し線１０３の電圧が一定電圧以上あがらないようなクリップ回路を利用しても良い。基準電圧線１０９に供給する基準電圧をＶクリップ電圧として、Ｖクリップ電圧を超えるとクリップ回路が動作して電流値が変化するため、電流値変化を検出して動作したか否かで判定しても良い。

ここで、フォトダイオード１１０が電子を生成する場合を例に説明する。判定部１０８は、画素出力読み出し線１０３の信号が基準電圧より低い場合には、高輝度の信号として、ハイレベル信号を出力し、画素出力読み出し線１０３の信号が基準電圧より高い場合には、低輝度の信号として、ローレベル信号を出力する。判定部１０８は、上記の判定結果信号をパルス信号出力回路１０６に出力する。例えば、基準電圧線１０９の基準電圧は、フォトダイオード１１０に高輝度光が入射しことによりフォトダイオード１１０が飽和した画素信号の電圧である。

図３は、図１のパルス信号出力回路１０６の構成例を示す回路図である。パルス信号出力回路１０６は、ＣＭＯＳインバータ３０１，３０２とＣＭＯＳインバータ３０３，３０４を含むバッファ回路を有する。パルス信号出力回路１０６は、切換えスイッチ３３１により、ローレベルである電圧ＶＴＸＬを、−１．４Ｖ又は０Ｖに切り換えて、転送制御線１０２に出力できる。通常は、転送制御線１０２のハイレベル電圧は電源電圧ＶＤＤであり、ローレベル電圧はＶＴＸＬ＝−１．４Ｖである。ただし、パルス信号出力回路１０６は、判定部１０８から出力された判定結果信号がハイレベル信号のときは、ローレベル電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖにし、転送制御線１０２に転送制御信号を出力する。また、判定結果信号がローレベル信号のときには、ローレベル電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖにし、転送制御線１０２に転送制御信号を供給する。

図４は、１フレームを撮像する際の固体撮像装置の駆動方法を時系列に表したタイミング図である。電源投入直後は、固体撮像装置は、スタンバイ状態にあり、固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサＩＣ）の動作設定のシリアル・インターフェース（Ｓ／Ｉ）通信を行って動作が開始される。次に、転送トランジスタ１１１及びリセットトランジスタ１１２がオンし、フォトダイオード１１０は、一括リセットされる。次に、転送トランジスタ１１１及びリセットトランジスタ１１２がオフし、フォトダイオード１１０は、電荷蓄積動作を開始する。次に、転送トランジスタ１１１がオンし、フォトダイオード１１０の電荷がフローティングディフュージョン１１７に転送され、電荷蓄積が終了する。次に、画素１０１は、フローティングディフュージョン１１７の電荷に応じて、画素出力信号を画素出力読み出し線１０３に出力する（画素信号読出し）。判定部１０８は、画素出力読み出し線１０３の画素信号が高輝度信号か否かを判定し、高輝度信号であればハイレベル信号を出力し、低輝度信号であればローレベル信号を出力する（信号レベル判定）。判定部１０８がハイレベル信号を出力した場合には、画素信号読み出しが終了するまでの期間は、パルス信号出力回路１０６は、判定部１０８の出力信号を保持し、画素信号読み出しが終了した時点で、ローレベル電圧ＶＴＸＬを−１．４Ｖから０Ｖへ切り換える。これにより、次のフレーム以降では、切り換えられたローレベル電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖで撮像が行われる。

パルス信号出力回路１０６は、転送トランジスタ１１１をオンさせるためのオン電圧（ハイレベル電圧）ＶＤＤ及び転送トランジスタ１１１をオフさせるためのオフ電圧（ローレベル電圧）ＶＴＸＬを転送トランジスタ１１１のゲート電極に選択的に供給する。パルス信号出力回路１０６は、画素１０１の出力信号を基に、オフ電圧ＶＴＸＬを２値以上のうちから１つを供給する。

具体的には、パルス信号出力回路１０６は、画素１０１の出力信号の輝度が閾値（基準電圧）より小さい場合には第１のオフ電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖを供給する。また、パルス信号出力回路１０６は、画素１０１の出力信号の輝度が閾値（基準電圧）より小さい場合には第２のオフ電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖを供給する。第２のオフ電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖは、オン電圧ＶＤＤ及び第１のオフ電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖの間の電圧である。

画素１０１は、行列状に複数設けられる。パルス信号出力回路１０６は、同じ行の画素１０１内の転送トランジスタ１１１に、共通にオン電圧ＶＤＤ又はオフ電圧ＶＴＸＬを供給する。パルス信号出力回路１０６は、一のフレームの画素１０１の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい画素１０１の出力信号がない場合には上記の一のフレームに引き続くフレームのすべての行の画素１０１に第１のオフ電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖを供給する。また、パルス信号出力回路１０６は、上記の一のフレームの画素１０１の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい画素１０１の出力信号がある場合には上記の引き続くフレームのすべての行の画素１０１に第２のオフ電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖを供給する。

図５は、固体撮像装置の動画撮像時のローリング駆動のシーケンスを表す図である。図４の静止画撮像のときは、全ての画素１０１を一括リセットしたのに対して、動画撮像時は、各画素１０１の行を行順次でリセットし、かつ、行順次で電荷蓄積をして、読み出しとなる。なお、画素信号読み出し終了までの期間、判定部１０８の出力信号を保持し、画素信号読み出しが終了した時点で、ローレベル電圧ＶＴＸＬを切り換えることは、図４の静止画撮像と同様である。

以上のように、１フレーム目で信号の輝度を検出して、焼きつきが起こり得るレベルである場合には、ローレベル電圧ＶＴＸＬを−１．４Ｖから０Ｖに切り換えることで、次フレーム以降での撮像では焼きつきを低減できる。

なお、本実施形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサの例を示したが、ＣＣＤにおいてもＭＯＳキャパシタ電極に印加する電圧のローレベルを２値化することで適用できる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すシーケンス図である。本実施形態は、スタンバイ状態から信号レベル判定までは、第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、判定部１０８の判定結果の出力信号を、直ちに、パルス信号出力回路１０６のローレベル電圧ＶＴＸＬの切り換えにフィードバックしている点が異なる。パルス信号出力回路１０６は、判定部１０８が判定した行より後に駆動する行のローレベル電圧ＶＴＸＬを直ちに切り換える。これにより、後の行の画素１０１のダメージが大きくなる条件であるＶＴＸＬ＝−１．４Ｖで駆動される期間を短くし、焼きつきダメージを第１の実施形態よりも軽減することができる。

以上のように、画素１０１は、行列状に複数設けられる。パルス信号出力回路１０６は、同じ行の画素１０１内の転送トランジスタ１１１に、共通のオン電圧（ハイレベル電圧）ＶＤＤ及びオフ電圧（ローレベル電圧）ＶＴＸＬを供給する。パルス信号出力回路１０６は、一の行（現在の行）の画素１０１の出力信号のうちで輝度が閾値（基準電圧）より大きい画素１０１の出力信号がない場合には上記の一の行に隣接する別の一の行（次の行）の選択時に第１のオフ電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖを供給する。また、パルス信号出力回路１０６は、上記の一の行の画素１０１の出力信号のうちで輝度が閾値（基準電圧）より大きい画素１０１の出力信号がある場合には上記の別の一の行の選択時に第２のオフ電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖを供給する。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態（図７）が第１の実施形態（図１）と異なるのは、判定部１０８が列アンプ１０４の後に挿入されている点である。本実施形態の他の構成要素の動作は、第１の実施形態のものと変わらない。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。各列の判定部１０８は、列アンプ１０４の出力信号と基準電圧線１０９の基準電圧とを比較し、第１の実施形態と同様に、列アンプ１０４の出力信号が高輝度の信号である場合にはハイレベル信号を出力する。また、各列の判定部１０８は、列アンプ１０４の出力信号が低輝度の信号である場合にはローレベル信号を出力する。本実施形態では、列アンプ１０４が画素出力読み出し線１０３の画素信号を増幅するため、判定部１０８は精度の高い判定を行うことができる。なお、基準電圧線１０９には、上記の増幅した画素信号と比較するための基準電圧が供給される。本実施形態の固体撮像装置の駆動方法は、第１の実施形態のものと同じである。以上のように、本実施形態は、判定部１０８の挿入位置を変更しても、第１の実施形態と同様に、焼きつきを低減できる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態（図８）は、第１の実施形態（図１）に対して、列アンプ１０４、ノイズ除去回路１０５及び判定部１０８の代わりに、各列に列ＡＤコンバータ４０５を設けたものである。列ＡＤコンバータ４０５は、コンパレータ４０８及びカウンタラッチ４０４を有する。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

画素１０１は、画素出力読み出し線１０３にアナログ信号の画素信号を出力する。列ＡＤコンバータ４０５は、画素出力読み出し線１０３のアナログ信号をデジタル信号に変換する。参照電圧線４０９には、時間と共にレベルが変化する参照信号が供給される。参照信号は、例えば、時間と共にレベルが大きくなるランプ信号である。コンパレータ４０８は、画素出力読み出し線１０３の画素信号と参照電圧線４０９の参照信号とを比較し、両者の大小関係が逆転すると、出力信号を反転させる。カウンタラッチ４０４は、参照信号のレベル変化開始によりカウントを開始し、コンパレータ４０８の出力信号の反転によりカウントを終了し、カウント値を出力する。このカウント値は、デジタル信号の画素信号である。

また、コンパレータ４０８は、第１の実施形態の判定部１０８と同様に、画素出力読み出し線１０３の画素信号が高輝度信号又は低輝度信号のいずれであるのかの判定を行う判定部でもある。参照電圧線４０９には、上記の参照信号と共に比較基準電圧が供給される。コンパレータ４０８は、参照電圧線４０９の比較基準電圧と画素出力読み出し線１０３の画素信号とを比較し、画素出力読み出し線１０３の画素信号が高輝度信号である場合にはハイレベル信号を出力し、低輝度信号である場合にはローレベル信号を出力する。カウンタラッチ４０４は、コンパレータ４０８の判定結果の出力信号を格納し、その判定結果の信号をパルス信号出力回路１０６に出力する。パルス信号出力回路１０６は、第１の実施形態と同様に、ローレベル電圧ＶＴＸＬの切り替え処理を行う。

以上のように、本実施形態は、第１の実施形態の判定部１０８をコンパレータ４０８で代用することにより、判定部１０８を削除することができる。

（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態による固体撮像装置及び画像処理装置の構成例を示す図である。ＣＭＯＳイメージセンサＩＣ５１０は固体撮像装置であり、画像処理ＩＣ５１１は画像処理装置である。ＣＭＯＳイメージセンサＩＣ５１０及び画像処理ＩＣ５１１は、異なる基板上に形成された別々のＩＣチップである。ＣＭＯＳイメージセンサＩＣ５１０は、図１の固体撮像装置に対して、垂直走査回路１０７の代わりに垂直デコーダ回路５０７を設けたものである。ノイズ除去回路１０５によりノイズ除去された画素信号は信号蓄積部５０８に保持され、水平走査回路５０９によって順次読み出し出力される。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。画像処理ＩＣ５１１は、イメージセンサＩＣ５１０から入力した画像信号を画像処理し、垂直デコーダ回路５０７に制御信号を出力する。垂直デコーダ回路５０７は、任意の画素行を選択することができる。

図１０に、１フレームの画像イメージを示す図である。画像処理ＩＣ５１１は、図１０のように、例えば、画像を８×１０の領域ブロック１０００に分割し、領域ブロック１０００毎に画素信号の平均値を取得して保持する。画像処理ＩＣ５１１は、判定部を有し、第１の実施形態と同様に、各領域ブロック１０００の平均値を基に、ＣＭＯＳイメージセンサＩＣ５１０に焼きつきが起こる程の高輝度の信号か否かを判定する。画像処理ＩＣ５１１は、領域ブロック１０００毎に高輝度の信号を発生している画素１０１のアドレスを検出することができる。画像処理ＩＣ５１１は、その判定結果を、高輝度の信号を検出した行に対して、垂直デコーダ回路５０７へアドレス指定の命令を出力する。垂直デコーダ回路５０７は、高輝度信号の画素１０１のアドレスには判定結果のハイレベル信号をパルス信号出力回路１０６に出力し、低輝度信号の画素１０１のアドレスには判定結果のローレベル信号をパルス信号出力回路１０６に出力する。パルス信号出力回路１０６は、第１の実施形態と同様に、垂直デコーダ回路５０７の判定結果の信号を基に、ローレベル電圧ＶＴＸＬの切り替え処理を行う。

例えば、パルス信号出力回路１０６は、現在のフレームの領域ブロック１０００の出力信号の平均値のうちで輝度が閾値より大きい領域ブロック１０００の出力信号の平均値がない場合には次のフレームの全画素で第１のオフ電圧ＶＴＸＬ＝−１．４Ｖを供給する。また、パルス信号出力回路１０６は、現在のフレームの領域ブロック１０００の出力信号の平均値のうちで輝度が閾値より大きい領域ブロック１０００の出力信号の平均値がある場合には次のフレームの全画素で第２のオフ電圧ＶＴＸＬ＝０Ｖを供給する。

以上のように、本実施形態は、判定部を画像処理ＩＣ５１１内に設け、第１の実施形態と同様に、焼きつきダメージを低減できる。また、画像処理ＩＣ５１１は、高輝度の信号の判定条件や領域ブロック１０００の設定に自由度が高い利点がある。

（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態による画素の構成例を示す回路図である。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。画素１０１、２０１、３０１は、図１の行列状の複数の画素１０１のうちの３行の画素を示す。画素１０１は、フォトダイオード１１０と、転送トランジスタ１１１と、リセットトランジスタ１１２と、増幅トランジスタ１１３と、選択トランジスタ１１４と、フローティングディフュージョン１１７とを有する。画素２０１は、フォトダイオード２１０と、転送トランジスタ２１１と、リセットトランジスタ２１２と、増幅トランジスタ２１３と、選択トランジスタ２１４と、フローティングディフュージョン２１７とを有する。画素３０１は、フォトダイオード３１０と、転送トランジスタ３１１と、リセットトランジスタ３１２と、増幅トランジスタ３１３と、選択トランジスタ３１４と、フローティングディフュージョン３１７とを有する。

転送トランジスタ１１１のゲート電極には転送制御線１０２が接続され、リセットトランジスタ１１１のゲート電極にはリセット制御線１１５が接続され、選択トランジスタ１１４のゲート電極には選択制御線１１６が接続される。転送トランジスタ２１１のゲート電極には転送制御線２０２が接続され、リセットトランジスタ２１１のゲート電極にはリセット制御線２１５が接続され、選択トランジスタ２１４のゲート電極には選択制御線２１６が接続される。転送トランジスタ３１１のゲート電極には転送制御線３０２が接続され、リセットトランジスタ３１１のゲート電極にはリセット制御線３１５が接続され、選択トランジスタ３１４のゲート電極には選択制御線３１６が接続される。

各列の選択トランジスタ１１４、２１４及び３１４は、各列の画素出力読み出し線６０３に接続される。画素出力読み出し線６０３は、図１の画素出力読み出し線１０３に対応する。画素出力読み出し線６０３には、定電流源６５１が接続される。

画素１０１、２０１及び３０１内の接続関係は、図２の回路と同様である。画素１０１では、増幅トランジスタ１１３及び定電流源６５１によって構成されるソースフォロワが画素信号を増幅し、選択トランジスタ１１４がオンすることによって、画素１０１の画素信号が画素出力読み出し線６０３へ出力される。同様に、画素２０１では、選択トランジスタ２１４がオンすることによって、画素２０１の画素信号が画素出力読み出し線６０３へ出力される。同様に、画素３０１では、選択トランジスタ３１４がオンすることによって、画素３０１の画素信号が画素出力読み出し線６０３へ出力される。

本実施形態では、動画撮像時のローリング駆動で、画素１０１、２０１及び３０１の出力を平均化する動作を説明する。各画素１０１、２０１及び３０１の出力信号は、選択スイッチ１１４、２１４及び３１４を同時にオンさせることにより、画素出力読み出し線６０３上で平均化（加算）することができる。各画素１０１、２０１及び３０１の信号レベルの差は小さい方が理想的だが、例えば３画素のうち１画素にのみ白キズが発生した場合には画素出力が電位の高い側で平均化されるため、白キズは実使用上無視できることになる。これにより、図１の判定部１０８は、誤検出を低減でき、検出精度を向上させることができる利点がある。

以上のように、パルス信号出力回路１０６は、複数の画素１０１、２０１及び３０１の出力信号の平均値（加算値）を基に、オフ電圧ＶＴＸＬを２値以上のうちから１つを供給する。本実施形態は、画素１０１、２０１及び３０１の出力を平均化して読み出すことにより、白キズの影響を低減した判定が可能となり、誤検出が低減し、焼きつきダメージを軽減することができる。

（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態による撮像システムの構成例を示す図である。撮像システム８００は、例えば、光学部８１０、固体撮像装置８２０、映像信号処理部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システム制御部８６０、及び再生・表示部８７０を含む。固体撮像装置８２０は、第１〜第６の実施形態の固体撮像装置が用いられる。

レンズ等の光学系である光学部８１０は、被写体からの光を固体撮像装置８２０の、２次元状に配列された複数の画素１０１に結像させ、被写体の像を形成する。固体撮像装置８２０は、タイミング制御部８５０からの信号に基づくタイミングで、複数の画素１０１に結像された光に応じた信号を出力する。固体撮像装置８２０から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理部８３０に入力され、映像信号処理部８３０が、プログラム等によって定められた方法に従って信号処理を行う。映像信号処理部８３０での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に出力される。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に出力し、再生・表示部８７０に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部８４０は、また、映像信号処理部８３０からの信号を入力し、システム制御部８６０と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。

システム制御部８６０は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システム制御部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内に供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等である。タイミング制御部８５０は、システム制御部８６０による制御に基づいて固体撮像装置８２０及び映像信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１画素、１０６パルス信号出力回路、１１０フォトダイオード、１１１転送トランジスタ

Claims

光を電荷に変換する光電変換部及び前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタを有する画素と、
前記転送トランジスタをオンさせるためのオン電圧及び前記転送トランジスタをオフさせるためのオフ電圧を前記転送トランジスタに選択的に供給するパルス信号出力回路とを有し、
前記パルス信号出力回路は、前記画素の出力信号を基に、前記オフ電圧を２値以上のうちから１つを供給し、
前記パルス信号出力回路は、前記画素の出力信号の輝度が閾値より小さい場合には第１のオフ電圧を供給し、前記画素の出力信号の輝度が閾値より大きい場合には第２のオフ電圧を供給し、
前記第２のオフ電圧は、前記オン電圧及び前記第１のオフ電圧の間の電圧であることを特徴とする固体撮像装置。
前記画素は、行列状に複数設けられ、
前記パルス信号出力回路は、同じ行の前記画素内の前記転送トランジスタに、共通のオン電圧及びオフ電圧を供給し、
前記パルス信号出力回路は、一の行の前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がない場合には前記一の行に隣接する別の一の行の選択時に前記第１のオフ電圧を供給し、前記一の行の前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がある場合には前記別の一の行の選択時に前記第２のオフ電圧を供給することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記画素は、行列状に複数設けられ、
前記パルス信号出力回路は、同じ行の前記画素内の前記転送トランジスタに、共通のオン電圧及びオフ電圧を供給し、
前記パルス信号出力回路は、一のフレームの前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がない場合には前記一のフレームに引き続くフレームのすべての行の画素に前記第１のオフ電圧を供給し、前記一のフレームの前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がある場合には前記引き続くフレームのすべての行の画素に前記第２のオフ電圧を供給することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記画素は、複数設けられ、
前記パルス信号出力回路は、前記複数の画素の出力信号の平均値を基に、前記オフ電圧を２値以上のうちから１つを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記画素は、前記転送トランジスタにより転送された電荷に応じた電圧を出力する増幅トランジスタを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に光を結像させる光学部と
を有することを特徴とする撮像システム。
光を電荷に変換する光電変換部及び前記光電変換部の電荷を転送する転送トランジスタを有する画素を有し、
前記転送トランジスタをオンさせるためのオン電圧及び前記転送トランジスタをオフさせるためのオフ電圧を前記転送トランジスタに選択的に供給する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素の出力信号を基に、前記オフ電圧を２値以上のうちから１つを供給し、
前記画素の出力信号の輝度が閾値より小さい場合には第１のオフ電圧を供給し、前記画素の出力信号の輝度が閾値より大きい場合には第２のオフ電圧を供給し、
前記第２のオフ電圧は、前記オン電圧及び前記第１のオフ電圧の間の電圧であることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
前記画素は、行列状に複数設けられ、
同じ行の前記画素内の前記転送トランジスタに、共通のオン電圧及びオフ電圧を供給し、
一の行の前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がない場合には前記一の行に隣接する別の一の行の選択時に前記第１のオフ電圧を供給し、前記一の行の前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がある場合には前記別の一の行の選択時に前記第２のオフ電圧を供給することを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記画素は、行列状に複数設けられ、
同じ行の前記画素内の前記転送トランジスタに、共通のオン電圧及びオフ電圧を供給し、
一のフレームの前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がない場合には前記一のフレームに引き続くフレームのすべての行の画素に前記第１のオフ電圧を供給し、前記一のフレームの前記画素の出力信号のうちで輝度が閾値より大きい前記画素の出力信号がある場合には前記引き続くフレームのすべての行の画素に前記第２のオフ電圧を供給することを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記画素は、複数設けられ、
前記複数の画素の出力信号の平均値を基に、前記オフ電圧を２値以上のうちから１つを供給することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記画素は、前記転送トランジスタにより転送された電荷に応じた電圧を出力する増幅トランジスタを有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。