JPH10248035A - ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法 - Google Patents
ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法Info
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- JPH10248035A JPH10248035A JP9048978A JP4897897A JPH10248035A JP H10248035 A JPH10248035 A JP H10248035A JP 9048978 A JP9048978 A JP 9048978A JP 4897897 A JP4897897 A JP 4897897A JP H10248035 A JPH10248035 A JP H10248035A
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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
- H04N25/57—Control of the dynamic range
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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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- H04N25/621—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子
において、各画素部の電荷蓄積期間の途中でオーバーフ
ローレベルを上昇させることによってダイナミックレン
ジを拡大するための好適な方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像素子の画素部１２は、その画素
部１２の電荷蓄積部３６から蓄積電荷を排出させるリセ
ット動作を制御するためのリセットゲート４０を備え
る。このリセットゲート４０に印加する電圧を、画素部
１２の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにリセット
ゲート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間
の途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミッ
クレンジを拡大する。また、電荷蓄積部５４からフロー
ティングディフュージョン部６２へ蓄積電荷を送り込む
転送動作を制御する転送ゲート６４に印加する電圧や、
フローティングゲート７６の電位を制御するバイアスゲ
ート７８に印加する電圧を変化させる。
において、各画素部の電荷蓄積期間の途中でオーバーフ
ローレベルを上昇させることによってダイナミックレン
ジを拡大するための好適な方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像素子の画素部１２は、その画素
部１２の電荷蓄積部３６から蓄積電荷を排出させるリセ
ット動作を制御するためのリセットゲート４０を備え
る。このリセットゲート４０に印加する電圧を、画素部
１２の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにリセット
ゲート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間
の途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミッ
クレンジを拡大する。また、電荷蓄積部５４からフロー
ティングディフュージョン部６２へ蓄積電荷を送り込む
転送動作を制御する転送ゲート６４に印加する電圧や、
フローティングゲート７６の電位を制御するバイアスゲ
ート７８に印加する電圧を変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はブルーミング防止構
造を備えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法
に関する。
造を備えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮
像素子等の広く用いられている固体撮像素子では、各画
素において入射光を光電変換して電荷を蓄積し、その蓄
積電荷を信号電荷として読み出すようにしている。この
種の固体撮像素子は通常、ブルーミング防止構造を備え
ている。ブルーミングとは、ある画素に強い光が当たっ
て大量の電荷が発生したときに、その電荷があふれ出し
て周囲の画素へ入り込むことによってハイライト部の像
が広がって見えてしまう現象である。ブルーミング防止
構造は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフロ
ーさせて、各画素部の蓄積電荷を所与の最大蓄積電荷量
であるオーバーフローレベルまでにとどめることで、ブ
ルーミングの発生を防止する構造である。ただし、こう
して最大蓄積電荷量を決めてしまうと、それによってダ
イナミックレンジが制限され、そのオーバーフローレベ
ルを超える電荷を発生させる大光量の入力に対応した出
力信号のレベルは常に同一になり、光量情報が失われる
ことになる。この問題を軽減するために、各画素の電荷
蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから
高レベルへ変化させ、それによって、光量対出力信号特
性にＫＮＥＥ特性を持たせるようにする方法が提案され
ている。この方法を適用したＭＯＳ型固体撮像素子が特
公平４−３２５８９号に開示されており、そこでは、縦
形オーバーフロードレイン構造を備えたＭＯＳ型固体撮
像素子において、ｎ形基板に対するｐウェルの電位Ｐｗ
ｅｌｌを変化させることでオーバーフローレベルを上昇
させるようにしている。
像素子等の広く用いられている固体撮像素子では、各画
素において入射光を光電変換して電荷を蓄積し、その蓄
積電荷を信号電荷として読み出すようにしている。この
種の固体撮像素子は通常、ブルーミング防止構造を備え
ている。ブルーミングとは、ある画素に強い光が当たっ
て大量の電荷が発生したときに、その電荷があふれ出し
て周囲の画素へ入り込むことによってハイライト部の像
が広がって見えてしまう現象である。ブルーミング防止
構造は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフロ
ーさせて、各画素部の蓄積電荷を所与の最大蓄積電荷量
であるオーバーフローレベルまでにとどめることで、ブ
ルーミングの発生を防止する構造である。ただし、こう
して最大蓄積電荷量を決めてしまうと、それによってダ
イナミックレンジが制限され、そのオーバーフローレベ
ルを超える電荷を発生させる大光量の入力に対応した出
力信号のレベルは常に同一になり、光量情報が失われる
ことになる。この問題を軽減するために、各画素の電荷
蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから
高レベルへ変化させ、それによって、光量対出力信号特
性にＫＮＥＥ特性を持たせるようにする方法が提案され
ている。この方法を適用したＭＯＳ型固体撮像素子が特
公平４−３２５８９号に開示されており、そこでは、縦
形オーバーフロードレイン構造を備えたＭＯＳ型固体撮
像素子において、ｎ形基板に対するｐウェルの電位Ｐｗ
ｅｌｌを変化させることでオーバーフローレベルを上昇
させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら同公報の
方法では、１つの固体撮像素子の全ての画素において同
時にオーバーフローレベルが上昇するため、電荷蓄積の
開始及び終了のタイミングを全ての画素で揃えねばなら
ず、その結果、レンズシャッタの使用が必須となってい
る。電荷蓄積の開始及び終了のタイミングを全ての画素
で揃えねばならないということは、あるラインからの信
号の読出しを行っている間に他のラインで電荷蓄積を行
うということができないために感度が低下することを意
味する。またレンズシャッタが必須であることは、その
固体撮像素子の用途を狭めるものである。本発明は前記
不具合を解消すべく案出されたものであり、本発明の目
的は、リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアス
ゲート等の、信号電荷の読み出しのために本来備えられ
ているゲートへの印加電圧を制御するだけで好適にオー
バーフローレベルを変化させることができ、電荷蓄積開
始及び終了のタイミングを全ての画素で備えることを必
要とせず、レンズシャッタを使用することも要求されな
い、ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイ
ナミックレンジ拡大方法を提供することにある。
方法では、１つの固体撮像素子の全ての画素において同
時にオーバーフローレベルが上昇するため、電荷蓄積の
開始及び終了のタイミングを全ての画素で揃えねばなら
ず、その結果、レンズシャッタの使用が必須となってい
る。電荷蓄積の開始及び終了のタイミングを全ての画素
で揃えねばならないということは、あるラインからの信
号の読出しを行っている間に他のラインで電荷蓄積を行
うということができないために感度が低下することを意
味する。またレンズシャッタが必須であることは、その
固体撮像素子の用途を狭めるものである。本発明は前記
不具合を解消すべく案出されたものであり、本発明の目
的は、リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアス
ゲート等の、信号電荷の読み出しのために本来備えられ
ているゲートへの印加電圧を制御するだけで好適にオー
バーフローレベルを変化させることができ、電荷蓄積開
始及び終了のタイミングを全ての画素で備えることを必
要とせず、レンズシャッタを使用することも要求されな
い、ブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイ
ナミックレンジ拡大方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、各画素部で光電変換される電荷をオーバ
ーフローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法であって、各画素部
の電荷蓄積部から蓄積電荷を排出させるリセット動作を
制御するためのリセットゲートに印加する電圧を各画素
部の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにリセットゲ
ート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間の
途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミック
レンジを拡大するようにしたことを特徴とする。また、
本発明は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフ
ローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子
のダイナミックレンジ拡大方法であって、各画素部の電
荷蓄積部からフローティングディフュージョン部へ蓄積
電荷を送り込む転送動作を制御するための転送ゲートに
印加する電圧を各画素部の電荷蓄積期間の途中で変化さ
せるように転送ゲート電圧駆動を行うことで、各画素部
の電荷蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを上昇さ
せてダイナミックレンジを拡大するようにしたことを特
徴とする。また、本発明は、各画素部で光電変換される
電荷をオーバーフローさせるブルーミング防止構造を備
えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法であっ
て、各画素部のバイアスゲートに印加する電圧を各画素
部の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにバイアスゲ
ート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間の
途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミック
レンジを拡大するようにしたことを特徴とする。
め、本発明は、各画素部で光電変換される電荷をオーバ
ーフローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法であって、各画素部
の電荷蓄積部から蓄積電荷を排出させるリセット動作を
制御するためのリセットゲートに印加する電圧を各画素
部の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにリセットゲ
ート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間の
途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミック
レンジを拡大するようにしたことを特徴とする。また、
本発明は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフ
ローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子
のダイナミックレンジ拡大方法であって、各画素部の電
荷蓄積部からフローティングディフュージョン部へ蓄積
電荷を送り込む転送動作を制御するための転送ゲートに
印加する電圧を各画素部の電荷蓄積期間の途中で変化さ
せるように転送ゲート電圧駆動を行うことで、各画素部
の電荷蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを上昇さ
せてダイナミックレンジを拡大するようにしたことを特
徴とする。また、本発明は、各画素部で光電変換される
電荷をオーバーフローさせるブルーミング防止構造を備
えた固体撮像素子のダイナミックレンジ拡大方法であっ
て、各画素部のバイアスゲートに印加する電圧を各画素
部の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにバイアスゲ
ート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間の
途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミック
レンジを拡大するようにしたことを特徴とする。
【０００５】本発明によれば、リセットゲート、転送ゲ
ート、ないしはバイアスゲート等の信号電荷の読み出し
のために本来備えられているゲートへの印加電圧を制御
するだけで好適にオーバーフローレベルを変化させるこ
とができる。そして、電荷蓄積開始及び終了のタイミン
グを全ての画素で揃える必要がないため、それによって
感度が低下することがなく、また、レンズシャッタを使
用する必要がないことから、それによって用途が制約さ
れることもない。
ート、ないしはバイアスゲート等の信号電荷の読み出し
のために本来備えられているゲートへの印加電圧を制御
するだけで好適にオーバーフローレベルを変化させるこ
とができる。そして、電荷蓄積開始及び終了のタイミン
グを全ての画素で揃える必要がないため、それによって
感度が低下することがなく、また、レンズシャッタを使
用する必要がないことから、それによって用途が制約さ
れることもない。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の全体回
路図、図２は画素部の回路図、図３は画素部の時間対蓄
積電荷量の特性を示すグラフ、図４はリセット線及び垂
直選択線の駆動タイミングを示すタイミング図、図５は
リセット線、垂直選択線、及び水平選択線の駆動タイミ
ングを示すタイミング図である。図１に示した固体撮像
素子１０は、リセットゲートを有する横形ブルーミング
防止構造を備えたＭＯＳ型撮像素子である。固体撮像素
子１０は、基板上にアレイ状に並べて形成された多数の
画素部１２と、それら画素部１２に接続した周辺回路と
を有する。周辺回路には、全ての画素部１２に接続され
た電源線１４、１本のラインに含まれる画素部１２に各
々が接続されたリセット線１６及び垂直選択線１８、そ
れらリセット線１６及び垂直選択線１８を所定のタイミ
ングで駆動する垂直走査レジスタ（Ｖスキャナ）２０、
全てのラインの同一水平位置にある画素部１２に各々が
接続された信号線２２、各信号線２２に接続された出力
トランジスタ２４、各出力トランジスタ２４のゲートに
接続された水平選択線２６、それに、それら水平選択線
２６を所定のタイミングで駆動する水平走査レジスタ
（Ｈスキャナ）２８が含まれる。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の全体回
路図、図２は画素部の回路図、図３は画素部の時間対蓄
積電荷量の特性を示すグラフ、図４はリセット線及び垂
直選択線の駆動タイミングを示すタイミング図、図５は
リセット線、垂直選択線、及び水平選択線の駆動タイミ
ングを示すタイミング図である。図１に示した固体撮像
素子１０は、リセットゲートを有する横形ブルーミング
防止構造を備えたＭＯＳ型撮像素子である。固体撮像素
子１０は、基板上にアレイ状に並べて形成された多数の
画素部１２と、それら画素部１２に接続した周辺回路と
を有する。周辺回路には、全ての画素部１２に接続され
た電源線１４、１本のラインに含まれる画素部１２に各
々が接続されたリセット線１６及び垂直選択線１８、そ
れらリセット線１６及び垂直選択線１８を所定のタイミ
ングで駆動する垂直走査レジスタ（Ｖスキャナ）２０、
全てのラインの同一水平位置にある画素部１２に各々が
接続された信号線２２、各信号線２２に接続された出力
トランジスタ２４、各出力トランジスタ２４のゲートに
接続された水平選択線２６、それに、それら水平選択線
２６を所定のタイミングで駆動する水平走査レジスタ
（Ｈスキャナ）２８が含まれる。
【０００７】図２に示すように、画素部１２は、ＡＭＩ
（Amplified MOS Intelligent Imager）型の画素構造を
持つものであり、ｐ- 領域内に形成された３個のｎチャ
ネル形ＭＯＳトランジスタ３０、３２、３４を含んでお
り、そのうちの第１トランジスタ３０は、そのソース３
６が接合型フォトダイオード（電荷蓄積部）として形成
されている。より詳しくは、第１トランジスタ３０は、
フォトダイオードであるソース３６と、電源電圧ＶＤＤ
に接続されたドレイン３８と、リセット線１６に接続さ
れたゲート４０とで構成されている。第２トランジスタ
３２はドライブ用トランジスタ、第３トランジスタ３４
は選択用トランジスタであり、これらトランジスタ３
２、３４は、それらのソース−ドレインが互いに直列に
接続された上で電源線１４と信号線２２との間に接続さ
れており、第２トランジスタ３２のゲートは第１トラン
ジスタ３０のソース３６に、また第３トランジスタ３４
のゲートは垂直選択線１８に、夫々接続されている。フ
ォトダイオードである第１トランジスタ３０のソース３
６は、入射光を光電変換してその電荷を蓄積する。第１
トランジスタ３０のゲート４０はリセットゲートとし
て、またドレイン３８はリセットドレインとして機能
し、ゲート４０に所定のリセット電圧を印加したなら
ば、ソース３６に蓄積されていた電荷がドレイン３８へ
排出されて画素部１２がリセットされる。電荷蓄積期間
中にゲート４０に印加されている電圧に応じて、ソース
３６に蓄積可能な最大蓄積電荷量が決まる。この最大蓄
積電荷量を超える電荷は、ソース３６からオーバーフロ
ーしてドレイン３８へ排出されるため、この最大蓄積電
荷量をオーバーフローレベルという。このオーバーフロ
ーレベルを、ソース３６から電荷が漏れ出して周囲の画
素部に入り込むおそれのないレベルに定めることによ
り、ブルーミングの発生が防止される。
（Amplified MOS Intelligent Imager）型の画素構造を
持つものであり、ｐ- 領域内に形成された３個のｎチャ
ネル形ＭＯＳトランジスタ３０、３２、３４を含んでお
り、そのうちの第１トランジスタ３０は、そのソース３
６が接合型フォトダイオード（電荷蓄積部）として形成
されている。より詳しくは、第１トランジスタ３０は、
フォトダイオードであるソース３６と、電源電圧ＶＤＤ
に接続されたドレイン３８と、リセット線１６に接続さ
れたゲート４０とで構成されている。第２トランジスタ
３２はドライブ用トランジスタ、第３トランジスタ３４
は選択用トランジスタであり、これらトランジスタ３
２、３４は、それらのソース−ドレインが互いに直列に
接続された上で電源線１４と信号線２２との間に接続さ
れており、第２トランジスタ３２のゲートは第１トラン
ジスタ３０のソース３６に、また第３トランジスタ３４
のゲートは垂直選択線１８に、夫々接続されている。フ
ォトダイオードである第１トランジスタ３０のソース３
６は、入射光を光電変換してその電荷を蓄積する。第１
トランジスタ３０のゲート４０はリセットゲートとし
て、またドレイン３８はリセットドレインとして機能
し、ゲート４０に所定のリセット電圧を印加したなら
ば、ソース３６に蓄積されていた電荷がドレイン３８へ
排出されて画素部１２がリセットされる。電荷蓄積期間
中にゲート４０に印加されている電圧に応じて、ソース
３６に蓄積可能な最大蓄積電荷量が決まる。この最大蓄
積電荷量を超える電荷は、ソース３６からオーバーフロ
ーしてドレイン３８へ排出されるため、この最大蓄積電
荷量をオーバーフローレベルという。このオーバーフロ
ーレベルを、ソース３６から電荷が漏れ出して周囲の画
素部に入り込むおそれのないレベルに定めることによ
り、ブルーミングの発生が防止される。
【０００８】固体撮像素子１０は、各画素部１２の電荷
蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから
高レベルへ上昇させることでダイナミックレンジを拡大
しており、それについて図３及び図４を参照して説明す
る。図３は、第ｎラインのリセット線１６の電圧ＶＲｎ
及び垂直選択線１８の電圧Ｖｎの駆動タイミングを示し
ており、図４は、画素部の時間対蓄積電荷量の特性を示
している。垂直選択線１８の電圧Ｖｎは２値駆動されて
おり、この電圧Ｖｎがハイレベルにある間に第ｎライン
の各画素部１２の信号電荷が次々と読み出される。一
方、リセット線１６の電圧ＶＲｎは３値駆動されてお
り、電圧レベルの高い方から順に、Ｖｈ、Ｖｍ、Ｖｌの
３つのレベルを取る。これら２つの信号は、固体撮像素
子１０の１動作サイクル（１Ｖ）ごとに周期的に変化す
る。図３の時刻ａでは、電圧ＶＲｎがＶｈからＶｍにな
り、第１トランジスタ３０のソース（フォトダイオー
ド）３６で光電変換された電荷の蓄積が始まる。このと
き画素に蓄えることのできる最大蓄積電荷量（オーバー
フローレベル）は、電圧レベルＶｍに対応したＱｍａｘ
１（図４）になっている。時刻ａから時刻ｂまでの期間
Ｔ１は、光電変換された電荷がソース３６に蓄積されて
行く。この期間中に光電変換された電荷量がＱｍａｘ１
を超えた画素部では、リセットゲート４０を通りリセッ
トドレイン３８へ（従って電源電圧ＶＤＤへ）電荷が捨
てられ、蓄積される電荷量はＱｍａｘ１に飽和する。時
刻ｂでは、電圧ＶＲｎがＶｍからＶｌに変わり、それに
伴ってオーバーフローレベルがＱｍａｘ１からＱｍａｘ
２（図４）に増え、Ｑｍａｘ１に飽和していた画素部で
は、光電変換された電荷の蓄積が再開される。時刻ｂか
ら時刻ｃまでの期間Ｔ２は、光電変換された電荷がソー
ス３６に蓄積されて行く。この期間中に光電変換された
電荷量がＱｍａｘ２を超えた画素部では、リセットゲー
ト４０を通りリセットドレイン３８へ（従って電源電圧
ＶＤＤへ）電荷が捨てられ、蓄積される電荷量はＱｍａ
ｘ２に飽和する。時刻ｃでは、電圧Ｖｎのパルスが立
ち、第２（選択用）トランジスタ３４がオンとなり、蓄
積された電荷量に応じた出力信号が信号線２２を通して
出力されて行く。
蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから
高レベルへ上昇させることでダイナミックレンジを拡大
しており、それについて図３及び図４を参照して説明す
る。図３は、第ｎラインのリセット線１６の電圧ＶＲｎ
及び垂直選択線１８の電圧Ｖｎの駆動タイミングを示し
ており、図４は、画素部の時間対蓄積電荷量の特性を示
している。垂直選択線１８の電圧Ｖｎは２値駆動されて
おり、この電圧Ｖｎがハイレベルにある間に第ｎライン
の各画素部１２の信号電荷が次々と読み出される。一
方、リセット線１６の電圧ＶＲｎは３値駆動されてお
り、電圧レベルの高い方から順に、Ｖｈ、Ｖｍ、Ｖｌの
３つのレベルを取る。これら２つの信号は、固体撮像素
子１０の１動作サイクル（１Ｖ）ごとに周期的に変化す
る。図３の時刻ａでは、電圧ＶＲｎがＶｈからＶｍにな
り、第１トランジスタ３０のソース（フォトダイオー
ド）３６で光電変換された電荷の蓄積が始まる。このと
き画素に蓄えることのできる最大蓄積電荷量（オーバー
フローレベル）は、電圧レベルＶｍに対応したＱｍａｘ
１（図４）になっている。時刻ａから時刻ｂまでの期間
Ｔ１は、光電変換された電荷がソース３６に蓄積されて
行く。この期間中に光電変換された電荷量がＱｍａｘ１
を超えた画素部では、リセットゲート４０を通りリセッ
トドレイン３８へ（従って電源電圧ＶＤＤへ）電荷が捨
てられ、蓄積される電荷量はＱｍａｘ１に飽和する。時
刻ｂでは、電圧ＶＲｎがＶｍからＶｌに変わり、それに
伴ってオーバーフローレベルがＱｍａｘ１からＱｍａｘ
２（図４）に増え、Ｑｍａｘ１に飽和していた画素部で
は、光電変換された電荷の蓄積が再開される。時刻ｂか
ら時刻ｃまでの期間Ｔ２は、光電変換された電荷がソー
ス３６に蓄積されて行く。この期間中に光電変換された
電荷量がＱｍａｘ２を超えた画素部では、リセットゲー
ト４０を通りリセットドレイン３８へ（従って電源電圧
ＶＤＤへ）電荷が捨てられ、蓄積される電荷量はＱｍａ
ｘ２に飽和する。時刻ｃでは、電圧Ｖｎのパルスが立
ち、第２（選択用）トランジスタ３４がオンとなり、蓄
積された電荷量に応じた出力信号が信号線２２を通して
出力されて行く。
【０００９】以上の動作により得られるダイナミックレ
ンジの拡大について、図４のグラフを参照して説明す
る。オーバーフローレベルを電荷蓄積期間の途中で上昇
させずに最初からＱｍａｘ２に設定した場合には、画素
部に大光量が入射して蓄積電荷量が図４の直線Ｌ１やＬ
２で示したように上昇して行くと、そのまま破線に沿っ
て変化して夫々時刻ｔ１ないしｔ２で飽和する。従っ
て、Ｌ１とＬ２に対応する２つの光量を固体撮像素子１
０の出力レベルで区別することはできない。これに対し
て、上述したようにオーバーフローレベルを電荷蓄積期
間の途中で低レベルＱｍａｘ１から高レベルＱｍａｘ２
へ上昇させた場合には、夫々の直線Ｌ１及びＬ２は実線
で示したように折れ線となり、出力時点の蓄積電荷量が
夫々Ｑ１及びＱ２となり、それら光量は出力レベルで区
別されるようになる。即ち、これによって固体撮像素子
１０のダイナミックレンジが拡大される。
ンジの拡大について、図４のグラフを参照して説明す
る。オーバーフローレベルを電荷蓄積期間の途中で上昇
させずに最初からＱｍａｘ２に設定した場合には、画素
部に大光量が入射して蓄積電荷量が図４の直線Ｌ１やＬ
２で示したように上昇して行くと、そのまま破線に沿っ
て変化して夫々時刻ｔ１ないしｔ２で飽和する。従っ
て、Ｌ１とＬ２に対応する２つの光量を固体撮像素子１
０の出力レベルで区別することはできない。これに対し
て、上述したようにオーバーフローレベルを電荷蓄積期
間の途中で低レベルＱｍａｘ１から高レベルＱｍａｘ２
へ上昇させた場合には、夫々の直線Ｌ１及びＬ２は実線
で示したように折れ線となり、出力時点の蓄積電荷量が
夫々Ｑ１及びＱ２となり、それら光量は出力レベルで区
別されるようになる。即ち、これによって固体撮像素子
１０のダイナミックレンジが拡大される。
【００１０】次に図５のタイミング図を参照して、以上
に説明した本発明の方法が先に言及した特公平４−３２
５８９号に開示されている方法と比較してどのように優
れているかを説明する。図５に示したのは、第ｎライン
のリセット線１６の電圧ＶＲｎ、第ｎ＋１ラインのリセ
ット線１６の電圧ＶＲｎ＋１、第ｎラインの垂直選択線
１８の電圧Ｖｎ、第ｎ＋１ラインの垂直選択線１８の電
圧Ｖｎ＋１、各ラインの第ｉ画素に対応した水平選択線
２６の電圧Ｈｉ、それに各ラインの第ｉ＋１画素に対応
した水平選択線２６の電圧Ｈｉ＋１である。電圧Ｖｎが
ハイレベルにある間（１Ｈ）に、電圧Ｈｉがハイレベル
になったならば、第ｎラインの第ｉ画素からの読み出し
が行われる。図から明らかなようにあるラインからの読
み出しが行われているときに、その他のラインは電荷を
蓄積している。これは特公平４−３２５８９号の方法で
は不可能なことであり、これによって所与の長さの動作
サイクル中の電荷蓄積期間を長く取れるため、固体撮像
素子の感度を高感度にすることができる。また、いうま
でもなく、レンズシャッタを必要としないことも、特公
平４−３２５８９の方法と比較したときの本発明の方法
の利点の１つである。以上に説明した実施例によれば、
各画素部１２が、その画素部の電荷蓄積部から蓄積電荷
を排出するリセット動作を制御するためのリセットゲー
ト４０を備えており、各画素部１２のリセットゲート４
０に印加する電圧ＶＲを各画素部１２の電荷蓄積期間の
途中でＶｍからＶｌへ変化させるようにリセットゲート
電圧駆動を行うことで、オーバーフローレベルを低レベ
ルＱｍａｘ１から高レベルＱｍａｘ２へ上昇させてい
る。即ち、各画素部１２のリセットゲート４０に印加す
る電圧を、その画素部にリセット動作を行わせる第１電
圧Ｖｈと、その画素部のオーバーフローレベルをブルー
ミング防止のためのレベルより低いレベルに設定する第
２電圧Ｖｍと、その画素部のオーバーフローレベルをブ
ルーミング防止のためのレベルに設定する第３電圧Ｖｌ
との間で３値駆動して、その画素部１２の電荷蓄積期間
の開始時に前記第１電圧Ｖｈとし、その直後に前記第２
電圧Ｖｍとし、その電荷蓄積期間の途中で前記第３電圧
Ｖｌとしている。そのため、その第２電圧Ｖｍのレベ
ル、及び／または、オーバーフローレベルを低レベルＱ
ｍａｘ１に維持する期間Ｔ１と高レベルＱｍａｘ２に維
持する期間Ｔ２との比を、撮像対象に合わせて設定する
ことにより、その撮像対象に適したダイナミックレンジ
を確保することができる。
に説明した本発明の方法が先に言及した特公平４−３２
５８９号に開示されている方法と比較してどのように優
れているかを説明する。図５に示したのは、第ｎライン
のリセット線１６の電圧ＶＲｎ、第ｎ＋１ラインのリセ
ット線１６の電圧ＶＲｎ＋１、第ｎラインの垂直選択線
１８の電圧Ｖｎ、第ｎ＋１ラインの垂直選択線１８の電
圧Ｖｎ＋１、各ラインの第ｉ画素に対応した水平選択線
２６の電圧Ｈｉ、それに各ラインの第ｉ＋１画素に対応
した水平選択線２６の電圧Ｈｉ＋１である。電圧Ｖｎが
ハイレベルにある間（１Ｈ）に、電圧Ｈｉがハイレベル
になったならば、第ｎラインの第ｉ画素からの読み出し
が行われる。図から明らかなようにあるラインからの読
み出しが行われているときに、その他のラインは電荷を
蓄積している。これは特公平４−３２５８９号の方法で
は不可能なことであり、これによって所与の長さの動作
サイクル中の電荷蓄積期間を長く取れるため、固体撮像
素子の感度を高感度にすることができる。また、いうま
でもなく、レンズシャッタを必要としないことも、特公
平４−３２５８９の方法と比較したときの本発明の方法
の利点の１つである。以上に説明した実施例によれば、
各画素部１２が、その画素部の電荷蓄積部から蓄積電荷
を排出するリセット動作を制御するためのリセットゲー
ト４０を備えており、各画素部１２のリセットゲート４
０に印加する電圧ＶＲを各画素部１２の電荷蓄積期間の
途中でＶｍからＶｌへ変化させるようにリセットゲート
電圧駆動を行うことで、オーバーフローレベルを低レベ
ルＱｍａｘ１から高レベルＱｍａｘ２へ上昇させてい
る。即ち、各画素部１２のリセットゲート４０に印加す
る電圧を、その画素部にリセット動作を行わせる第１電
圧Ｖｈと、その画素部のオーバーフローレベルをブルー
ミング防止のためのレベルより低いレベルに設定する第
２電圧Ｖｍと、その画素部のオーバーフローレベルをブ
ルーミング防止のためのレベルに設定する第３電圧Ｖｌ
との間で３値駆動して、その画素部１２の電荷蓄積期間
の開始時に前記第１電圧Ｖｈとし、その直後に前記第２
電圧Ｖｍとし、その電荷蓄積期間の途中で前記第３電圧
Ｖｌとしている。そのため、その第２電圧Ｖｍのレベ
ル、及び／または、オーバーフローレベルを低レベルＱ
ｍａｘ１に維持する期間Ｔ１と高レベルＱｍａｘ２に維
持する期間Ｔ２との比を、撮像対象に合わせて設定する
ことにより、その撮像対象に適したダイナミックレンジ
を確保することができる。
【００１１】次に、図６を参照して本発明の第２の実施
の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の
形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の画素部５
２の回路図である。画素部５２は、フローティングディ
フュージョン型の読出構造を有するものであり、ｐ- 領
域内に形成された１個の接合型フォトダイオード５４と
３個のｎチャネル形ＭＯＳトランジスタ５６、５８、６
０とを含んでおり、そのうちの第１トランジスタ５６の
ソース６２は、フォトダイオード（電荷蓄積部）５４の
蓄積電荷が転送ゲート６４の下のチャネルを介して送り
込まれるようにしたフローティングディフュージョン部
として形成されている。より詳しくは、第１トランジス
タ５６は、フローティングディフュージョン部であるソ
ース６２と、電源電圧ＶＤＤに接続されたドレイン６６
と、リセット線１１６に接続されたゲート（リセットゲ
ート）６８とで構成されている。第２トランジスタ５８
はドライブ用トランジスタ、第３トランジスタ６０は選
択用トランジスタであり、これらトランジスタ５８、６
０は、それらのソース−ドレインが互いに直列に接続さ
れた上で電源線１１４と信号線１２２との間に接続され
ており、第２トランジスタ５８のゲートは第１トランジ
スタ５６のソース６２に、また第３トランジスタ６０の
ゲートは垂直選択線１１８に、夫々接続されている。転
送ゲート６４は、転送制御線７０に接続されている。電
荷蓄積期間中にフォトダイオード５４は入射光を光電変
換してその電荷を蓄積する。この電荷蓄積期間中に転送
ゲート６４に印加されている電圧に応じて、フォトダイ
オード５４に蓄積可能な最大蓄積電荷量が決まる。最大
蓄積電荷量を超える電荷が発生した場合には、余分な電
荷がフォトダイオード５４からオーバーフローしてフロ
ーティングディフュージョン部（第１トランジスタ５６
のソース６２）へ流れ出す。また、電荷蓄積期間中は、
リセットゲート６８の障壁レベルが転送ゲート６４の障
壁レベルより高くならないようにしているため、フォト
ダイオード５４からフローティングディフュージョン部
６２へ流れ出した電荷が大量であった場合には、その電
荷はそこから更にリセットゲート６８の下のチャネルを
通ってドレイン６６へ排出される。信号電荷の読み出し
の際には、その直前にリセットゲート６８がオンとされ
てフローティングディフュージョン部６２の電荷が全て
ドレインへ排出され、続いてリセットゲート６８がオフ
とされ転送ゲート６２がオンとされることで、フォトダ
イオード５４からフローティングディフュージョン部６
２へ蓄積電荷が流れ出し、即ち送り込まれる。そして、
それによって発生するフローティングディフュージョン
部６２の電位変化が、第２トランジスタ５８を介して信
号として読み出される。
の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の
形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の画素部５
２の回路図である。画素部５２は、フローティングディ
フュージョン型の読出構造を有するものであり、ｐ- 領
域内に形成された１個の接合型フォトダイオード５４と
３個のｎチャネル形ＭＯＳトランジスタ５６、５８、６
０とを含んでおり、そのうちの第１トランジスタ５６の
ソース６２は、フォトダイオード（電荷蓄積部）５４の
蓄積電荷が転送ゲート６４の下のチャネルを介して送り
込まれるようにしたフローティングディフュージョン部
として形成されている。より詳しくは、第１トランジス
タ５６は、フローティングディフュージョン部であるソ
ース６２と、電源電圧ＶＤＤに接続されたドレイン６６
と、リセット線１１６に接続されたゲート（リセットゲ
ート）６８とで構成されている。第２トランジスタ５８
はドライブ用トランジスタ、第３トランジスタ６０は選
択用トランジスタであり、これらトランジスタ５８、６
０は、それらのソース−ドレインが互いに直列に接続さ
れた上で電源線１１４と信号線１２２との間に接続され
ており、第２トランジスタ５８のゲートは第１トランジ
スタ５６のソース６２に、また第３トランジスタ６０の
ゲートは垂直選択線１１８に、夫々接続されている。転
送ゲート６４は、転送制御線７０に接続されている。電
荷蓄積期間中にフォトダイオード５４は入射光を光電変
換してその電荷を蓄積する。この電荷蓄積期間中に転送
ゲート６４に印加されている電圧に応じて、フォトダイ
オード５４に蓄積可能な最大蓄積電荷量が決まる。最大
蓄積電荷量を超える電荷が発生した場合には、余分な電
荷がフォトダイオード５４からオーバーフローしてフロ
ーティングディフュージョン部（第１トランジスタ５６
のソース６２）へ流れ出す。また、電荷蓄積期間中は、
リセットゲート６８の障壁レベルが転送ゲート６４の障
壁レベルより高くならないようにしているため、フォト
ダイオード５４からフローティングディフュージョン部
６２へ流れ出した電荷が大量であった場合には、その電
荷はそこから更にリセットゲート６８の下のチャネルを
通ってドレイン６６へ排出される。信号電荷の読み出し
の際には、その直前にリセットゲート６８がオンとされ
てフローティングディフュージョン部６２の電荷が全て
ドレインへ排出され、続いてリセットゲート６８がオフ
とされ転送ゲート６２がオンとされることで、フォトダ
イオード５４からフローティングディフュージョン部６
２へ蓄積電荷が流れ出し、即ち送り込まれる。そして、
それによって発生するフローティングディフュージョン
部６２の電位変化が、第２トランジスタ５８を介して信
号として読み出される。
【００１２】以上の構成において、電荷蓄積期間中に転
送ゲート６４に印加される電圧に応じて画素部５２のオ
ーバーフローレベルが決まる。そこで、本発明の第２の
実施の形態にかかる方法では、転送ゲート６４に印加す
る電圧を画素部５２の電荷蓄積期間の途中で変化させる
ように転送ゲート電圧駆動を行うことで、その電荷蓄積
期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから高レ
ベルへ上昇させるようにしている。より詳しくは、各画
素部５２の転送ゲート６２に印加する電圧を、その画素
部に転送動作を行わせる第１電圧と、その画素部のオー
バーフローレベルをブルーミング防止のためのレベルよ
り低いレベルに設定する第２電圧と、その画素部のオー
バーフローレベルをブルーミング防止のためのレベルに
設定する第３電圧との間で３値駆動して、その画素部の
電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧とし、その直後に
前記第２電圧とし、その電荷蓄積期間の途中で前記第３
電圧とするようにしている。この転送ゲート電圧駆動に
よっても、先に説明した第１の実施の形態による利点と
同じ利点が得られる。
送ゲート６４に印加される電圧に応じて画素部５２のオ
ーバーフローレベルが決まる。そこで、本発明の第２の
実施の形態にかかる方法では、転送ゲート６４に印加す
る電圧を画素部５２の電荷蓄積期間の途中で変化させる
ように転送ゲート電圧駆動を行うことで、その電荷蓄積
期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから高レ
ベルへ上昇させるようにしている。より詳しくは、各画
素部５２の転送ゲート６２に印加する電圧を、その画素
部に転送動作を行わせる第１電圧と、その画素部のオー
バーフローレベルをブルーミング防止のためのレベルよ
り低いレベルに設定する第２電圧と、その画素部のオー
バーフローレベルをブルーミング防止のためのレベルに
設定する第３電圧との間で３値駆動して、その画素部の
電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧とし、その直後に
前記第２電圧とし、その電荷蓄積期間の途中で前記第３
電圧とするようにしている。この転送ゲート電圧駆動に
よっても、先に説明した第１の実施の形態による利点と
同じ利点が得られる。
【００１３】次に、図７を参照して本発明の第３の実施
の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の
形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の画素部７
２の回路図である。画素部７２は、フローティングゲー
ト型の読出構造を有するものであり、ｐ-領域内に形成
されたｎチャネル形ＭＯＳトランジスタ７４と、フォト
ゲート７６（このフォトゲート７６の下のポテンシャル
井戸に電荷が蓄積される）と、バイアスゲート７８（こ
のバイアスゲート７８はバリアゲートとして機能する）
とを含んでいる。トランジスタ７４は、そのソース８０
が信号線２２２に接続され、そのドレイン８２が電源線
２１４に接続され、そのゲート８４がフローティングゲ
ート電極７６に接続されている。フォトゲート７６は更
に、静電容量を介して垂直選択線２１８に接続されてお
り、また、バイアスゲート７８は、直流バイアス線８６
に接続されている。信号電荷の読み出しは信号線２２２
に接続されている出力トランジスタ（不図示）を介して
行われる。
の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の
形態にかかる方法が適用される固体撮像素子の画素部７
２の回路図である。画素部７２は、フローティングゲー
ト型の読出構造を有するものであり、ｐ-領域内に形成
されたｎチャネル形ＭＯＳトランジスタ７４と、フォト
ゲート７６（このフォトゲート７６の下のポテンシャル
井戸に電荷が蓄積される）と、バイアスゲート７８（こ
のバイアスゲート７８はバリアゲートとして機能する）
とを含んでいる。トランジスタ７４は、そのソース８０
が信号線２２２に接続され、そのドレイン８２が電源線
２１４に接続され、そのゲート８４がフローティングゲ
ート電極７６に接続されている。フォトゲート７６は更
に、静電容量を介して垂直選択線２１８に接続されてお
り、また、バイアスゲート７８は、直流バイアス線８６
に接続されている。信号電荷の読み出しは信号線２２２
に接続されている出力トランジスタ（不図示）を介して
行われる。
【００１４】画素部７２の蓄積、読出し、及びリセット
の３動作は、垂直選択線２１８の電圧を３値駆動するこ
とによって制御されている。即ち、垂直選択線２１８の
電圧をＶｍにしているときにフォトゲート７６の下のポ
テンシャル井戸に電荷が蓄積され、その電圧をＶｈに上
昇させると、フォトゲート７６及びそれに接続している
トランジスタ７４のゲート８４がフローティング状態に
なり、このときのゲート８４の電位は蓄積電荷に応じた
電位となり、この電位がトランジスタ７４を介して検出
される。また、垂直選択線２１８の電圧をＶｍより低い
Ｖ１にすると、フォトゲート７６の電位が下がり、この
フォトゲート７６の下のポテンシャル井戸が浅くなっ
て、井戸の底がバイアスゲート７８による障壁レベル以
上の高さになるため、そのポテンシャル井戸に蓄積され
ていた電荷が全てトランジスタ７４のドレイン８２へ排
出されて画素部７２がリセットされる。以上の構成にお
いて、フォトゲート７６の下のポテンシャル井戸に蓄積
可能な最大蓄積電荷量は（従って、画素部７２のオーバ
ーフローレベルは）、バイアスゲート７８への印加電圧
によって決まり、最大蓄積電荷量を超える電荷はバイア
スゲート７８の下のチャネルを通ってトランジスタ７４
のドレイン８２へ排出される。本発明の第３の実施の形
態にかかる方法では、バイアスゲート７８に印加する電
圧を画素部７２の電荷蓄積期間の途中で変化させるよう
にバイアスゲート電圧駆動を行うことで、その電荷蓄積
期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから高レ
ベルへ上昇させるようにしている。より詳しくは、各画
素部７２のバイアスゲート７８に印加する電圧を、その
画素部のオーバーフローレベルをブルーミング防止のた
めのレベルより低いレベルに設定する第１電圧と、その
画素部のオーバーフローレベルをブルーミング防止のた
めのレベルに設定する第２電圧との間で２値駆動して、
その画素部の電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧と
し、その電荷蓄積期間の途中で前記第２電圧とするよう
にしている。このバイアスゲート電圧駆動によっても、
先に説明した第１及び第２の実施の形態による利点と同
じ利点が得られる。
の３動作は、垂直選択線２１８の電圧を３値駆動するこ
とによって制御されている。即ち、垂直選択線２１８の
電圧をＶｍにしているときにフォトゲート７６の下のポ
テンシャル井戸に電荷が蓄積され、その電圧をＶｈに上
昇させると、フォトゲート７６及びそれに接続している
トランジスタ７４のゲート８４がフローティング状態に
なり、このときのゲート８４の電位は蓄積電荷に応じた
電位となり、この電位がトランジスタ７４を介して検出
される。また、垂直選択線２１８の電圧をＶｍより低い
Ｖ１にすると、フォトゲート７６の電位が下がり、この
フォトゲート７６の下のポテンシャル井戸が浅くなっ
て、井戸の底がバイアスゲート７８による障壁レベル以
上の高さになるため、そのポテンシャル井戸に蓄積され
ていた電荷が全てトランジスタ７４のドレイン８２へ排
出されて画素部７２がリセットされる。以上の構成にお
いて、フォトゲート７６の下のポテンシャル井戸に蓄積
可能な最大蓄積電荷量は（従って、画素部７２のオーバ
ーフローレベルは）、バイアスゲート７８への印加電圧
によって決まり、最大蓄積電荷量を超える電荷はバイア
スゲート７８の下のチャネルを通ってトランジスタ７４
のドレイン８２へ排出される。本発明の第３の実施の形
態にかかる方法では、バイアスゲート７８に印加する電
圧を画素部７２の電荷蓄積期間の途中で変化させるよう
にバイアスゲート電圧駆動を行うことで、その電荷蓄積
期間の途中でオーバーフローレベルを低レベルから高レ
ベルへ上昇させるようにしている。より詳しくは、各画
素部７２のバイアスゲート７８に印加する電圧を、その
画素部のオーバーフローレベルをブルーミング防止のた
めのレベルより低いレベルに設定する第１電圧と、その
画素部のオーバーフローレベルをブルーミング防止のた
めのレベルに設定する第２電圧との間で２値駆動して、
その画素部の電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧と
し、その電荷蓄積期間の途中で前記第２電圧とするよう
にしている。このバイアスゲート電圧駆動によっても、
先に説明した第１及び第２の実施の形態による利点と同
じ利点が得られる。
【００１５】尚、以上に説明した実施の形態では、夫々
リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲート
に印加する電圧を３値駆動（ただしバイアスゲートは２
値駆動）することで、オーバーフローレベルを低レベル
と高レベルとの２段階に制御するようにしたものであっ
たが、それらゲートに印加する電圧を４値以上（ただし
バイアスゲートは３値以上）に駆動して、オーバーフロ
ーレベルを３段階以上に制御する方法もあり、また、そ
れらゲートに印加する電圧を連続的に変化させて、オー
バーフローレベルを連続的に上昇させる方法もある。
リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲート
に印加する電圧を３値駆動（ただしバイアスゲートは２
値駆動）することで、オーバーフローレベルを低レベル
と高レベルとの２段階に制御するようにしたものであっ
たが、それらゲートに印加する電圧を４値以上（ただし
バイアスゲートは３値以上）に駆動して、オーバーフロ
ーレベルを３段階以上に制御する方法もあり、また、そ
れらゲートに印加する電圧を連続的に変化させて、オー
バーフローレベルを連続的に上昇させる方法もある。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフローさ
せるブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイ
ナミックレンジ拡大方法であって、各画素部の、リセッ
トゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲート等のゲ
ートに印加する電圧を各画素部の電荷蓄積期間の途中で
変化させるようにゲート電圧駆動を行うことで各画素部
の電荷蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを上昇さ
せてダイナミックレンジを拡大するようにした。そのた
め、リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲ
ート等の信号電荷の読み出しのために本来備えられてい
るゲートへの印加電圧を制御するだけで好適にオーバー
フローレベルを変化させることができる。更に、電荷蓄
積開始及び終了のタイミングを全ての画素で揃える必要
がないため、それによって感度が低下することがなく、
また、レンズシャッタを使用する必要がないことから、
それによって用途が制約されることもない。
は、各画素部で光電変換される電荷をオーバーフローさ
せるブルーミング防止構造を備えた固体撮像素子のダイ
ナミックレンジ拡大方法であって、各画素部の、リセッ
トゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲート等のゲ
ートに印加する電圧を各画素部の電荷蓄積期間の途中で
変化させるようにゲート電圧駆動を行うことで各画素部
の電荷蓄積期間の途中でオーバーフローレベルを上昇さ
せてダイナミックレンジを拡大するようにした。そのた
め、リセットゲート、転送ゲート、ないしはバイアスゲ
ート等の信号電荷の読み出しのために本来備えられてい
るゲートへの印加電圧を制御するだけで好適にオーバー
フローレベルを変化させることができる。更に、電荷蓄
積開始及び終了のタイミングを全ての画素で揃える必要
がないため、それによって感度が低下することがなく、
また、レンズシャッタを使用する必要がないことから、
それによって用途が制約されることもない。
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる方法が適用
される固体撮像素子の全体回路図である。
される固体撮像素子の全体回路図である。
【図２】図１の固体撮像素子の画素部の回路図である。
【図３】リセット線及び垂直選択線の駆動タイミングを
示すタイミング図である。
示すタイミング図である。
【図４】画素部の時間対蓄積電荷量の特性を示すグラフ
である。
である。
【図５】リセット線、垂直選択線、及び水平選択線の駆
動タイミングを示すタイミング図である。
動タイミングを示すタイミング図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる方法が適用
される固体撮像素子の画素部の回路図である。
される固体撮像素子の画素部の回路図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態にかかる方法が適用
される固体撮像素子の画素部の回路図である。
される固体撮像素子の画素部の回路図である。
１０……固体撮像素子、１２……画素部、３６……電荷
蓄積部（フォトダイオード）、４０……リセットゲー
ト、５２……画素部、５４……電荷蓄積部（フォトダイ
オード）、６２……フローティングディフュージョン
部、６４……転送ゲート、７２……画素部、７６……フ
ローティングゲート、７８……バイアスゲート、８０…
…電荷蓄積部（フォトダイオード）。
蓄積部（フォトダイオード）、４０……リセットゲー
ト、５２……画素部、５４……電荷蓄積部（フォトダイ
オード）、６２……フローティングディフュージョン
部、６４……転送ゲート、７２……画素部、７６……フ
ローティングゲート、７８……バイアスゲート、８０…
…電荷蓄積部（フォトダイオード）。
Claims (6)
- 【請求項１】 各画素部で光電変換される電荷をオーバ
ーフローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法であって、 各画素部の電荷蓄積部から蓄積電荷を排出させるリセッ
ト動作を制御するためのリセットゲートに印加する電圧
を各画素部の電荷蓄積期間の途中で変化させるようにリ
セットゲート電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄
積期間の途中でオーバーフローレベルを上昇させてダイ
ナミックレンジを拡大するようにした、 ことを特徴とする固体撮像素子のダイナミックレンジ拡
大方法。 - 【請求項２】 前記リセットゲート電圧駆動は、各画素
部の前記リセットゲートに印加する電圧を、その画素部
にリセット動作を行わせる第１電圧と、その画素部のオ
ーバーフローレベルをブルーミング防止のためのレベル
より低いレベルに設定する第２電圧と、その画素部のオ
ーバーフローレベルをブルーミング防止のためのレベル
に設定する第３電圧との間で３値駆動して、その画素部
の電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧とし、その直後
に前記第２電圧とし、その電荷蓄積期間の途中で前記第
３電圧とすることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法。 - 【請求項３】 各画素部で光電変換される電荷をオーバ
ーフローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法であって、 各画素部の電荷蓄積部からフローティングディフュージ
ョン部へ蓄積電荷を送り込む転送動作を制御するための
転送ゲートに印加する電圧を各画素部の電荷蓄積期間の
途中で変化させるように転送ゲート電圧駆動を行うこと
で、各画素部の電荷蓄積期間の途中でオーバーフローレ
ベルを上昇させてダイナミックレンジを拡大するように
した、 ことを特徴とする固体撮像素子のダイナミックレンジ拡
大方法。 - 【請求項４】 前記転送ゲート電圧駆動は、各画素部の
前記転送ゲートに印加する電圧を、その画素部に転送動
作を行わせる第１電圧と、その画素部のオーバーフロー
レベルをブルーミング防止のためのレベルより低いレベ
ルに設定する第２電圧と、その画素部のオーバーフロー
レベルをブルーミング防止のためのレベルに設定する第
３電圧との間で３値駆動して、その画素部の電荷蓄積期
間の開始時に前記第１電圧とし、その直後に前記第２電
圧とし、その電荷蓄積期間の途中で前記第３電圧とする
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子のダイナ
ミックレンジ拡大方法。 - 【請求項５】 各画素部で光電変換される電荷をオーバ
ーフローさせるブルーミング防止構造を備えた固体撮像
素子のダイナミックレンジ拡大方法であって、 各画素部のバイアスゲートに印加する電圧を各画素部の
電荷蓄積期間の途中で変化させるようにバイアスゲート
電圧駆動を行うことで、各画素部の電荷蓄積期間の途中
でオーバーフローレベルを上昇させてダイナミックレン
ジを拡大するようにした、 ことを特徴とする固体撮像素子のダイナミックレンジ拡
大方法。 - 【請求項６】 前記バイアスゲート電圧駆動は、各画素
部の前記バイアスゲートに印加する電圧を、その画素部
のオーバーフローレベルをブルーミング防止のためのレ
ベルより低いレベルに設定する第１電圧と、その画素部
のオーバーフローレベルをブルーミング防止のためのレ
ベルに設定する第２電圧との間で２値駆動して、その画
素部の電荷蓄積期間の開始時に前記第１電圧とし、その
電荷蓄積期間の途中で前記第２電圧とすることを特徴と
する請求項５記載の固体撮像素子のダイナミックレンジ
拡大方法。
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