JPH11150685A - 固体撮像装置およびその駆動方法、並びにカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷検出部のリセットゲート電極を３値レベ
ルのリセットパルスで駆動すると、そのタイミング制御
に高速性が要求される場合その実現が難しい。 【解決手段】 広ダイナミックレンジのＣＣＤ固体撮像
装置の電荷検出部１６において、そのＦＤ領域１９とＲ
Ｄ領域２０との間に例えば２つのリセットゲート電極２
１-1，２１-2を縦列配置し、これらリセットゲート電極
２１-1，２１-2に別々のリセットパルスφＲＧ１，φＲ
Ｇ２を与えるようにして、２値レベルのパルス駆動によ
ってリセット動作、クリップ動作および加算動作を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその駆動方法、並びにカメラに関し、特に光入力に対
する信号出力のダイナミックレンジが広いいわゆる広ダ
イナミックレンジのＣＣＤ(Charge Coupled Device) 固
体撮像装置およびその駆動方法、並びに広ダイナミック
レンジＣＣＤ固体撮像装置を撮像デバイスとして用いた
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ固体撮像装置では、各画素（光電
変換素子）で光電変換され、蓄積された信号電荷が画素
から溢れた後は信号出力が一定となるため、それ以上の
入射光量に対する信号出力が得られない。したがって、
光入力に対するダイナミックレンジが狭く、例えば、窓
際に立っている人を室内側から撮像すると、人が黒くな
って映ることになる。

【０００３】このダイナミックレンジを拡大するため
に、従来は、垂直方向の有効期間における通常の露光時
間に基づく信号電荷を読み出した後、垂直ブランキング
期間内にもう一度短い露光期間を設定し、この短い露光
時間に基づく信号電荷を再度読み出し、露光時間の長い
方の信号電荷と短い方の信号電荷をそれぞれ電荷検出部
で電気信号に変換して通常露光信号とブランキング露光
信号として導出し、外部の信号処理系のラインメモリで
足し合わせる方法を採っていた。

【０００４】しかしながら、かかる従来法では、１Ｈ
（Ｈは水平走査期間）分の通常露光信号またはブランキ
ング露光信号をラインメモリに一旦記憶させて両露光信
号を足し合わせる必要があるため、固体撮像装置の外部
の信号処理系にラインメモリおよびその制御回路が必要
となり、当該信号処理系の回路構成が複雑になるという
問題があった。

【０００５】これに対し、２次元配列された画素の隣接
する複数個を組とし、各組内における画素の光電感度特
性を異ならせ、光電感度特性の異なる画素の信号電荷を
別々に読み出すとともに、垂直転送部および水平転送部
によって電荷検出部に転送させ、当該電荷検出部内で光
電感度特性の高い方の信号電荷に対して所定のクリップ
レベルでクリップをかけ、このクリップした光電感度特
性の高い方の信号電荷に対して光電感度特性の低い方の
信号電荷を加算するようにしたＣＣＤ固体撮像装置があ
る（特開平４−２９８１７５号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、デバイス
内部でクリップおよび加算を行うようにした従来のＣＣ
Ｄ固体撮像装置では、外部の信号処理系にラインメモリ
やその制御回路を設ける必要がないため、当該信号処理
系の回路構成を簡略化できるという利点がある反面、信
号電荷のクリップおよび加算に伴って次のような新たな
問題が発生することになる。

【０００７】すなわち、信号電荷を信号電圧に変換して
出力するＦＤ（フローティング・ディフュージョン）領
域と、このＦＤ領域内の信号電荷を排出するＲＤ（リセ
ットドレイン）領域と、ＦＤ領域とＲＤ領域の間に設け
られた単一のリセットゲート電極を有するリセットゲー
ト部とからなる電荷検出部において、先ず、リセットゲ
ート電極に印加するリセットパルスの低レベルの所定の
クリップレベルに設定しておき、このクリップレベルで
光電感度特性の高い方の信号電荷にクリップをかけ、続
いてリセットパルスの低レベルをさらに低い所定レベル
に設定し、クリップがかけられた光電感度特性の高い方
の信号電荷に対して光電感度特性の低い方の信号電荷を
加算し、しかる後リセットパルスの低レベルをリセット
レベルにしてリセット動作を行うようにしているため、
リセットパルスの低レベルを３段階に切り替える必要が
ある。

【０００８】上述したように、電荷検出部においてクリ
ップおよび加算を行うためには、リセットパルスとして
３値レベルをとるパルスを用いる必要があり、そのリセ
ットパルスを発生するパルス発生回路の回路構成が複雑
になるとともに、タイミング制御が非常に難しくなる。
特に、リセットゲート部のリセット周期は水平転送部の
駆動周波数の１／２と非常に高速であることから、３値
レベルをとるリセットパルスのタイミング制御にも高速
性が要求され、その実現は非常に難しいという問題があ
る。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、簡単なタイミング制
御によってデバイス内部での信号電荷に対するクリップ
および加算を実現可能な固体撮像装置およびその駆動方
法、並びにカメラを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、撮像部から転送される信号電荷を電気信号に変換
して出力する出力拡散領域と、この出力拡散領域内の信
号電荷を排出するリセットドレイン領域と、出力拡散領
域とリセットドレイン領域との間に縦列配置された複数
のリセットゲート電極を有するリセットゲート部とから
なる電荷検出部を備えた構成となっている。

【００１１】上記構成の電荷検出部において、リセット
ゲート部が複数のリセットゲート電極を有することで、
これら複数のリセットゲート電極に対して複数のリセッ
トパルスを印加できることになる。そして、これら複数
のリセットパルスの低レベルを適宜設定することによ
り、あるリセットゲート電極は出力拡散領域に転送され
た信号電荷に対してクリップ動作およびリセット動作を
行い、他のリセットゲート電極は加算およびリセット動
作を行うことになる。

【００１２】また、本発明のよる固体撮像装置の駆動方
法は、光電感度特性が異なる複数種類の信号電荷を順に
得る撮像部と、上記構成の電荷検出部を備えた固体撮像
装置において、複数のリセットゲート電極のうち少なく
ともリセットドレイン領域に最も近いリセットゲート電
極を除く他のリセットゲート電極に第１のリセットパル
スを印加してその低レベルで決まるクリップレベルで出
力拡散領域内の光電感度特性の高い方の信号電荷（以
下、高感度の信号電荷と称す）をクリップし、そのクリ
ップ後にリセットドレイン領域側のリセットゲート電極
に第１のリセットパルスよりも低レベルが低い第２のリ
セットパルスを印加してクリップがかけられた後の高感
度の信号電荷に対して光電感度特性の低い方の信号電荷
（以下、低感度の信号電荷と称す）を加算し、しかる後
第１，第２のリセットパルスの低レベルをリセットレベ
ルとする。

【００１３】上記構成の固体撮像装置において、先ず、
複数のリセットゲート電極のうち少なくともリセットド
レイン領域に最も近いリセットゲート電極を除く他のリ
セットゲート電極に低レベルがリセットレベルよりも高
い第１のリセットパルスを印加しておく。この状態で、
出力拡散領域に高感度の信号電荷が転送されると、この
高感度の信号電荷は第１のリセットパルスの低レベルで
決まるクリップレベルでクリップされる。このクリップ
動作により、光電感度特性の高い画素が飽和するような
入射光量の場合であっても、画素ごとのオーバーフロー
特性のムラを除去できる。

【００１４】このクリップ動作が終了したら、リセット
ドレイン領域側のリセットゲート電極に第１のリセット
パルスよりも低レベルが低い第２のリセットパルスを印
加する。このとき、クリップがかけられ高感度の信号電
荷は出力拡散領域に蓄積されたままの状態にある。この
状態で、出力拡散領域に低感度の信号電荷が転送される
と、クリップがかけられ高感度の信号電荷と低感度の信
号電荷とが出力拡散領域内で加算される。この加算動作
によって画素信号を得ることより、ダイナミックレンジ
を拡大できる。そして、第１，第２のリセットパルスの
高レベルをリセットレベルに設定することによってリセ
ット動作が行われる。

【００１５】本発明によるカメラは、上記構成の固体撮
像装置を撮像デバイスとして用いてなり、さらに上述し
た駆動方法が適用されることで、広ダイナミックレンジ
での撮像が可能となり、例えば、窓際に立っている人を
室内側から撮像した場合であっても、人が黒くなって映
るようなことがなく、良好な撮像画像が得られる。特
に、電荷検出部の出力拡散領域内で信号電荷を加算する
加算モードと非加算モードとを選択的に採り得る構成と
することで、ダイナミックレンジを拡大できるモードで
の撮像に加え、通常のモードでの撮像も可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明によ
るＣＣＤ固体撮像装置の一実施形態を示す概略構成図で
ある。

【００１７】図１において、撮像部（撮像エリア）１１
は、半導体基板上に行列状に２次元配列され、入射光を
その光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する
複数個の光電変換素子（画素）１２と、これら複数個の
光電変換素子１２の垂直配列ごとにその配列方向に沿っ
て設けられた複数本の垂直転送部１３とから構成されて
いる。この撮像部１１において、複数個の光電変換素子
１２は奇数ラインの画素群１２ｏと偶数ラインの画素群
１２ｅに分類され、後述するように、奇数ラインの画素
群１２ｏと偶数ラインの画素群１２ｅからフィールド単
位で交互に高感度の信号電荷と低感度の信号電荷をそれ
ぞれ得るようにする。

【００１８】複数本の垂直転送部１３は各画素に１：１
の対応関係を持って設けられたパケットの集合（パケッ
ト列）からなり、各パケットの転送チャネル上には３つ
の転送電極１４-1，１４-2，１４-3が転送方向に配列さ
れている。これら転送電極１４-1，１４-2，１４-3のう
ち、例えば真ん中の転送電極１４-2が光電変換素子１２
から信号電荷を読み出す読み出しゲート電極を兼ねてい
る。そして、垂直転送部１３は、４相の垂直転送パルス
φＶ１，φＶ２ａ，φＶ２ｂ，φＶ３によって転送駆動
される。

【００１９】この４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２
ａ，φＶ２ｂ，φＶ３のうち、垂直転送パルスφＶ１，
φＶ３は、各パケットの転送電極１４-1，１４-3にそれ
ぞれ印加され、また垂直転送パルスφＶ２ａは偶数ライ
ンの画素群１２ｅに対応するパケットの転送電極１４-2
に、垂直転送パルスφＶ２ｂは奇数ラインの画素群１２
ｏに対応するパケットの転送電極１４-2にそれぞれ印加
される。ここで、転送電極１４-2は読み出しゲート電極
を兼ねていることから、垂直転送パルスφＶ２ａ，φＶ
２ｂは低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値レベ
ルをとり、高レベルのパルスが読み出しパルスとなる。
なお、垂直転送パルスφＶ２ａとφＶ２ｂの違いは、読
み出しパルスの発生タイミングの違いにある。

【００２０】撮像部１１の図面上の下側には、複数本の
垂直転送部１３の転送方向の端部に隣接して水平転送部
１５が配されている。この水平転送部１５は、互いに逆
相の水平転送パルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動さ
れる。水平転送部１５の転送方向の端部には、この水平
転送部１５によって転送される信号電荷を検出し、信号
電圧に変換して出力する例えばフローティング・ディフ
ュージョン・アンプ構成の電荷検出部１６が設けられて
いる。

【００２１】本発明は、電荷検出部１６の構成に特徴を
有するものであり、以下、この電荷検出部１６の具体的
な構成の一例について説明する。なお、図２に、図１の
Ｘ‐Ｘ′線に沿った断面構造を示す。

【００２２】電荷検出部１６は、Ｎ型半導体基板１７上
のＰウェル１８の表面側に所定の距離を持って形成され
たＮ型不純物からなるＦＤ（フローティング・ディフュ
ージョン）領域１９およびＲＤ（リセットドレイン）領
域２０と、これら領域１９，２０の間のチャネル領域の
上方に縦列配置された例えば２つのリセットゲート電極
２１-1，２１-2を有するリセットゲート部２２とから構
成され、ＦＤ領域１９内の信号電荷に対するクリップ動
作が可能となっている

【００２３】かかる構成の電荷検出部１６において、Ｒ
Ｄ領域２０には所定のリセットドレイン電圧Ｖｒｄが印
加されている。また、２つのリセットゲート電極２１-
1，２１-2には、リセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２が
それぞれ印加される。そして、水平転送部１５からＦＤ
領域１９に転送された信号電荷は、ＦＤ領域１９内でク
リップ処理や加算処理が行われた後、信号電圧に変換さ
れてバッファ２４を介して外部に出力される。図３に、
電荷検出部１６の等価回路を示す。

【００２４】リセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２の波形
例を図５に示す。リセットパルスφＲＧ２は、その高レ
ベルがリセット動作が行えるレベル（以下、リセットレ
ベルと称す）に、低レベルがクリップ動作を行うレベル
（以下、クリップレベルと称す）にそれぞれ設定されて
いる。リセットパルスφＲＧ１は、その高レベルがリセ
ットレベルに設定され、その低レベルはリセットパルス
φＲＧ２のクリップレベルよりも低い所定のレベルに設
定されている。

【００２５】以上により、広ダイナミックレンジのＣＣ
Ｄ固体撮像装置が構成されている。垂直転送部１３を駆
動する４相の垂直転送パルスφＶ１，φＶ２ａ，φＶ２
ｂ，φＶ３、水平転送部１５を駆動する２相の水平転送
パルスφＨ１，φＨ２、電荷検出部１６を駆動する２つ
のリセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２、さらには基板に
印加されるシャッタパルスφＳＵＢは、タイミングジェ
ネレータ２５で発生される。なお、シャッタパルスφＳ
ＵＢは、基板に印加されることにより、光電変換素子１
２に蓄積された全ての信号電荷を基板に掃き捨てる電子
シャッタ動作を実現する。

【００２６】次に、上記構成のＣＣＤ固体撮像装置にお
いて、ダイナミックレンジを拡大するための駆動方法に
ついて説明する。

【００２７】撮像部１１においては、一例として、露光
時間（蓄積時間）を違えることによって光電感度特性の
異なる例えば２種類（高感度／低感度）の信号電荷を得
るようにしている。本例では、垂直有効映像期間に通常
の露光期間を設定し、垂直ブランキング期間に短い露光
期間を設定することで、高感度の信号電荷と低感度の信
号電荷を得るようにしている。図１には、理解を容易に
するために、高感度の信号電荷を大きな○で、低感度の
信号電荷を小さな○で模式的に示している。

【００２８】なお、本例では、垂直方向において隣接す
る２画素間で光電感度特性に違いを持たせ、高感度の信
号電荷と低感度の信号電荷を得る構成したが、水平方向
において隣接する２画素間で光電感度特性に違いを持た
せても良く、また光電感度特性を高／低の２段階に設定
するだけでなく、隣接する３画素以上において光電感度
特性を３段階以上に設定することも可能である。また、
光電感度特性の異なる信号電荷を得る方法としては、露
光時間に違いを持たせる方法の他に、画素の開口部の開
口面積を異ならせたり、光学フィルタを用いて画素の透
過率を異ならせるなどの方法がある。

【００２９】先ず、撮像部１１の動作について、図４の
タイミングチャートを用いて説明するに、偶数フィール
ドにおいて、時刻ｔ１１で垂直転送パルスφＶ２ａに読
み出しパルスが立つと、垂直有効映像期間において光電
変換された偶数ラインの画素群１２ｅの高感度の信号電
荷が垂直転送部１３に読み出される。高感度の信号電荷
が読み出された後、時刻ｔ１２でシャッタパルスφＳＵ
Ｂが基板に印加されることにより、全画素内の信号電荷
が基板に掃き捨てられる。

【００３０】その後、垂直ブランキング期間において再
び光電変換が行われ、この垂直ブランキング期間中に時
刻ｔ１３で垂直転送パルスφＶ２ｂに読み出しパルスが
立つと、垂直ブランキング期間中の短い露光期間で光電
変換された奇数ラインの画素群１２ｏの低感度の信号電
荷が垂直転送部１３に読み出される。低感度の信号電荷
が読み出された後、時刻ｔ１４で再びシャッタパルスφ
ＳＵＢが基板に印加されることで、全画素内の信号電荷
が基板に掃き捨てられ、以降、奇数フィールドの光電変
換動作が開始される。

【００３１】ここまでの動作により、垂直転送部１３に
は、高感度の信号電荷と低感度の信号電荷が交互に配列
される。そして、垂直転送部１３の垂直転送動作によっ
て高感度の信号電荷と低感度の信号電荷を対として水平
転送部１５に転送される。これにより、水平転送部１５
には、高感度の信号電荷と低感度の信号電荷が交互に配
列される。その後、水平転送部１５の水平転送動作によ
って高感度の信号電荷と低感度の信号電荷が交互に電荷
検出部１６のＦＤ領域１９に転送される。この電荷検出
部１６の動作については、後で詳細に説明する。

【００３２】奇数フィールドに入り、時刻ｔ１５で垂直
転送パルスφＶ２ｂに読み出しパルスが立つと、垂直有
効映像期間において光電変換された奇数ラインの画素群
１２ｏの高感度の信号電荷が垂直転送部１３に読み出さ
れる。高感度の信号電荷が読み出された後、時刻ｔ１６
でシャッタパルスφＳＵＢが基板に印加されることによ
り、全画素内の信号電荷が基板に掃き捨てられる。

【００３３】その後、垂直ブランキング期間において再
び光電変換が行われ、この垂直ブランキング期間中に時
刻ｔ１７で垂直転送パルスφＶ２ａに読み出しパルスが
立つと、垂直ブランキング期間中の短い露光期間で光電
変換された偶数ラインの画素群１２ｅの低感度の信号電
荷が垂直転送部１３に読み出される。低感度の信号電荷
が読み出された後、時刻ｔ１８で再びシャッタパルスφ
ＳＵＢが基板に印加されることで、全画素内の信号電荷
が基板に掃き捨てられる。以上の一連の動作がフィール
ド単位で繰り返して実行される。

【００３４】なお、本例では、複数の画素（光電変換素
子）間で光電感度特性に違いを持たせることにより、高
感度の信号電荷と低感度の信号電荷を得る構成の場合に
ついて説明したが、露光時間を異ならせることによって
光電感度特性に違いを持たせる方法を採る場合には、同
一の画素から高感度の信号電荷と低感度の信号電荷を得
るようにすることも可能である。

【００３５】次に、電荷検出部１６の動作について、図
５の波形図および図６のポテンシャル図を用いて説明す
る。

【００３６】先ず、リセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２
が共に高レベルの期間Ｔ１１はリセット動作期間であ
り、このリセット動作期間Ｔ１１では、リセットゲート
電極２１-1，２１-2の下のポテンシャルが共に深くなる
ことで、ＦＤ領域１９内の電荷がＲＤ領域２０に掃き捨
てられ、リセット動作が行われる。

【００３７】続いて、リセットパルスφＲＧ２が高レベ
ルから低レベルに遷移すると、リセットゲート電極２１
-2の下のポテンシャルが浅くなる。このリセットゲート
電極２１-2の下のポテンシャルバリアの高さによってＦ
Ｄ領域１９の蓄積容量が決まる。このＦＤ領域１９の蓄
積容量は、撮像部１１の各画素の飽和信号量にバラツキ
（飽和ムラ）があることから、そのバラツキの中で最小
の飽和信号量になるように、リセットパルスφＲＧ２が
低レベルの値が設定される。

【００３８】このリセットパルスφＲＧ１が高レベル、
リセットパルスφＲＧ２が低レベルの期間Ｔ１２はクリ
ップ動作期間であり、このクリップ動作期間では、光電
感度特性の高い画素が飽和するような入射光量のときに
得られた高感度の信号電荷が水平転送部１５からＦＤ領
域１９に転送されると、その信号電荷量がリセットゲー
ト電極２１-2の下のポテンシャルバリアを越えることに
なり、その越えた分の電荷がＲＤ領域２０に掃き捨てら
れ、クリップ動作が行われる。

【００３９】続いて、リセットパルスφＲＧ１が高レベ
ルから低レベルに遷移すると、その低レベルの値がリセ
ットパルスφＲＧ２の低レベルの値よりも低く設定され
ていることから、リセットゲート電極２１-2の下のポテ
ンシャルが、リセットゲート電極２１-2の下のポテンシ
ャルよりも浅くなる。

【００４０】このリセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２が
共に低レベルの期間Ｔ１３は加算動作期間であり、この
加算動作期間では、ＦＤ領域１９に低感度の信号電荷が
転送されることにより、クリップされた高感度の信号電
荷と低感度の信号電荷が加算される。その後再び、リセ
ット動作期間Ｔ１１に入り、以降、リセット動作、クリ
ップ動作および加算動作の一連の動作が繰り返して行わ
れる。

【００４１】上述したように、隣接する画素（又は、同
一の画素）で得られる高感度の信号電荷と低感度の信号
電荷を対とし、電荷検出部１６において、先ず高感度の
信号電荷に対してその画素の飽和ムラ分に相当する電荷
をクリップし、その後リセット動作を１回間引くことに
よってクリップされた高感度の信号電荷に低感度の信号
電荷を加算することにより、図７に示すように、画素の
飽和ムラのない信号出力が得られる。これにより、本固
体撮像装置が出力できる光量範囲が拡大され、出力信号
のダイナミックレンジを拡大できるとともに、リセット
動作の１回間引きによってリセットノイズを半分に低減
できる。

【００４２】特に、電荷検出部１６において、ＦＤ領域
１９とＲＤ領域２０との間に、複数のリセットゲート電
極２１-1，２１-2を縦列配置し、これらリセットゲート
電極２１-1，２１-2に異なるリセットパルスφＲＧ１，
φＲＧ２を印加する構成としてことにより、リセットゲ
ート電極２１-1，２１-2は２値レベルのパルス動作が可
能となり、３値以上のパルス動作を必要としないため、
リセットパルスφＲＧ１，φＲＧ２を発生するタイミン
グジェネレータ２５の回路構成が簡単で済み、しかもタ
イミング制御も容易であるため高速動作にも十分対応可
能となる。

【００４３】また、リセットゲート電極２１-2の下のポ
テンシャルバリアの高さを決めるリセットパルスφＲＧ
２の低レベルの値を可変とすることにより、図８に示す
ように、出力特性のニー（ｋｎｅｅ）ポイントを任意に
設定することが可能となる。しかも、リセットゲート電
極を３個以上縦列配置し、ＲＤ領域２０に最も近いリセ
ットゲート電極を除く他のリセットゲート電極に印加す
る複数のリセットパルスφＲＧ２の各低レベルの値を任
意に設定することにより、ニーポイントを複数個持った
対数特性に近い出力特性を得ることも可能である。

【００４４】図９は、上記構成の広ダイナミックレンジ
ＣＣＤ固体撮像装置およびその駆動方法を用いた本発明
に係るカメラの構成の一例の概略構成図である。図９に
おいて、被写体からの入射光はレンズ３１を含む光学系
によって広ダイナミックレンジＣＣＤ固体撮像装置３２
の撮像面上に結像される。ＣＣＤ固体撮像装置３２とし
ては、図１に示す構成のものが用いられる。このＣＣＤ
固体撮像装置３２は、図１のタイミングジェネレータ２
５を含む駆動系３３によって先述した駆動法を基に駆動
される。ＣＣＤ固体撮像装置３２の出力信号は、信号処
理系３４で種々の信号処理が施されて映像信号となる。

【００４５】上記構成のカメラにおいては、ＣＣＤ固体
撮像装置３２から適度にコントロールされたダイナミッ
クレンジを有する信号が直接出力される。この出力信号
を従来と同じ構成の信号処理系３４に入力することで、
低照度から高照度までのコントラストがとれ、かつ従来
システムとの整合性も高いカメラを実現できる。

【００４６】また、広ダイナミックレンジモード専用の
カメラとしてだけではなく、動作モードの切替え機能を
持たせ、その動作モードの切替えに応じて駆動系３３か
らＣＣＤ固体撮像装置３２に与える各駆動パルスのタイ
ミングを変える構成を採ることにより、従来と同様の通
常の撮像モードと広ダイナミックレンジモードを選択的
に切り替え得るようにすることも可能である。

【００４７】このモード切替えの場合には、広ダイナミ
ックレンジモードでは先述した駆動法を採れば良いが、
通常の撮像モードでは低感度の信号電荷を得る必要はな
い。したがって、タイミング的には、垂直転送部１３に
印加する垂直転送パルスφＶ２ａ，φＶ２ｂを、通常の
撮像モードと広ダイナミックレンジモードで切り替える
ようにすれば良い。そのためには、図１０に示すよう
に、タイミングジェネレータ２５′から、広ダイナミッ
クレンジモード用の垂直転送パルスφＶ２ａ，φＶ２ｂ
と、通常撮像モード用の垂直転送パルスφＶ２ａ′，φ
Ｖ２ｂ′を発生させるようにし、各動作モードに応じて
それを選択するようにすれば良い。

【００４８】また、電荷検出部１６においては、２つの
リセットゲート電極２１-1，２１-2のうち、少なくとも
一方がリセット動作を行えば良いため、例えば図１１の
波形図に示すように、リセットパルスφＲＧ１について
はリセットするようなＤＣレベルに固定し、リセットパ
ルスφＲＧ２については広ダイナミックレンジモードの
場合と同じパルスとする。

【００４９】これにより、垂直転送部１３から水平転送
部１５へ信号電荷を転送する際に、広ダイナミックレン
ジモードの場合と同様に、垂直方向に隣接する２画素分
の信号電荷を対にして転送するとともに、フィールド単
位でその２画素の組み合わせを変えることで、この対の
２画素分の信号電荷がＦＤ領域１９内で加算されるた
め、インターレースされた信号が得られる。図１２に、
通常の撮像モードの場合の垂直転送パルスφＶ１，φＶ
２ａ′，φＶ２ｂ′，φＶ３のタイミングチャートを示
す。

【００５０】このように、図１に示す構成のＣＣＤ固体
撮像装置を撮像デバイスとして用いたカメラにおいて、
動作モードを広ダイナミックレンジモードと通常の撮像
モードに切替え可能とし、撮影する周囲の環境に応じて
その動作モードを選定することにより、撮像環境に左右
されることなく、常に良好な撮像画像を得ることが可能
なカメラを提供できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置において、その電荷検出部のリセットゲー
ト電極を複数設けたことにより、これら複数のリセット
ゲート電極に対して複数のリセットパルスを印加でき、
リセットゲート電極を２値レベルのパルスでの駆動が可
能となるため、高速性が要求される場合であっても光入
力に対する信号出力のダイナミックレンジを拡大するこ
とができる。

【００５２】また、本発明によるカメラにおいては、か
かる固体撮像装置を撮像デバイスとして用いたことによ
り、広ダイナミックレンジでの撮像が可能となるため、
例えば、窓際に立っている人を室内側から撮像した場合
であっても、人が黒くなって映るようなことがなく、良
好な撮像画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣＣＤ固体撮像装置の一実施形態
を示す概略構成図である。

【図２】電荷検出部の断面構造図であり、図１のＸ‐
Ｘ′線の沿った断面を示す。

【図３】電荷検出部の等価回路である。

【図４】広ダイナミックレンジモードの場合の垂直転送
パルスのタイミングチャートである。

【図５】広ダイナミックレンジモードの場合のリセット
パルスの波形図である。

【図６】電荷検出部でのリセット動作、クリップ動作お
よび加算動作を説明するためのポテンシャル図である。

【図７】本発明に係る光量‐信号出力の出力特性図であ
る。

【図８】本発明の変形例に係る光量‐信号出力の出力特
性図である。

【図９】本発明に係るカメラの構成の一例を示す概略構
成図である。

【図１０】駆動系の変形例を示すブロック図である。

【図１１】通常の動作モードの場合のリセットパルスの
波形図である。

【図１２】通常の動作モードの場合の垂直転送パルスの
タイミングチャートである。

【符号の説明】

１１…撮像部、１２（１２ｅ，１２ｏ）…光電変換素
子、１３…垂直転送部、１４-1，１４-2，１４-3…転送
電極、１５…水平転送部、１６…電荷検出部、１９…Ｆ
Ｄ（フローティング・ディフュージョン）領域、２０…
ＲＤ（リセットドレイン）領域、２１-1，２１-2…リセ
ットゲート電極、２４…バッファ、２５，２５′…タイ
ミングジェネレータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像部から転送される信号電荷を電気信
   号に変換して出力する出力拡散領域と、 前記出力拡散領域内の信号電荷を排出するリセットドレ
   イン領域と、 前記出力拡散領域と前記リセットドレイン領域との間に
   縦列配置された複数のリセットゲート電極を有するリセ
   ットゲート部とからなる電荷検出部を備えたことを特徴
   とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記撮像部から光電感度特性の異なる複
   数種類の信号電荷が順に前記出力拡散領域に転送され、 前記リセットゲート部では、前記複数のリセットゲート
   電極のうち少なくとも前記リセットドレイン領域に最も
   近いリセットゲート電極を除く他のリセットゲート電極
   に印加される第１のリセットパルスの低レベルで決まる
   クリップレベルで前記出力拡散領域内の光電感度特性の
   高い方の信号電荷をクリップし、そのクリップ後に前記
   リセットドレイン領域側のリセットゲート電極に前記第
   １のリセットパルスよりも低レベルの値が低い第２のリ
   セットパルスが印加されることを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１のリセットパルスの低レベルの
   値が可変であることを特徴とする請求項２記載の固体撮
   像装置。
4. 【請求項４】 光電感度特性の異なる複数種類の信号電
   荷を順に得る撮像部と、 前記撮像部から転送される信号電荷を電気信号に変換し
   て出力する出力拡散領域、前記出力拡散領域内の信号電
   荷を排出するリセットドレイン領域および前記出力拡散
   領域と前記リセットドレイン領域との間に縦列配置され
   た複数のリセットゲート電極を有するリセットゲート部
   からなる電荷検出部とを備えた固体撮像装置において、 前記複数のリセットゲート電極のうち少なくとも前記リ
   セットドレイン領域に最も近いリセットゲート電極を除
   く他のリセットゲート電極に第１のリセットパルスを印
   加してその低レベルで決まるクリップレベルで前記出力
   拡散領域内の光電感度特性の高い方の信号電荷をクリッ
   プし、 そのクリップ後に前記リセットドレイン領域側のリセッ
   トゲート電極に前記第１のリセットパルスよりも低レベ
   ルの値が低い第２のリセットパルスを印加してクリップ
   がかけられた後の光電感度特性の高い方の信号電荷に対
   して前記光電感度特性の低い方の信号電荷を加算し、 しかる後前記第１，第２のリセットパルスの高レベルを
   リセットレベルに設定することを特徴とする固体撮像装
   置の駆動方法。
5. 【請求項５】 撮像部から転送される信号電荷を電気信
   号に変換して出力する出力拡散領域、前記出力拡散領域
   内の信号電荷を排出するリセットドレイン領域および前
   記出力拡散領域と前記リセットドレイン領域との間に縦
   列配置された複数のリセットゲート電極を有するリセッ
   トゲート部からなる電荷検出部を備えた固体撮像装置を
   撮像デバイスとして用いてなることを特徴とするカメ
   ラ。
6. 【請求項６】 前記出力拡散領域内で信号電荷を加算す
   る加算モードと加算しない非加算モードとを選択的に採
   ることを特徴とする請求項５記載のカメラ。
7. 【請求項７】 前記加算モードでは、前記撮像部から光
   電感度特性の異なる複数種類の信号電荷を順に前記出力
   拡散領域に転送し、前記電荷検出部においては前記複数
   のリセットゲート電極のうち少なくとも前記リセットド
   レイン領域に最も近いリセットゲート電極を除く他のリ
   セットゲート電極に第１のリセットパルスを印加してそ
   の低レベルで決まるクリップレベルで前記出力拡散領域
   内の光電感度特性の高い方の信号電荷をクリップし、そ
   のクリップ後に前記リセットドレイン領域側のリセット
   ゲート電極に前記第１のリセットパルスよりも低レベル
   が低い第２のリセットパルスを印加してクリップがかけ
   られた後の光電感度特性の高い方の信号電荷に対して光
   電感度特性の低い方の信号電荷を加算し、 しかる後前記第１，第２のリセットパルスの高レベルを
   リセットレベルに設定することを特徴とする請求項６記
   載のカメラ。
8. 【請求項８】 前記第１のリセットパルスの低レベルが
   可変であることを特徴とする請求項７記載のカメラ。
9. 【請求項９】 前記非加算モードでは、前記撮像部から
   光電感度特性の同じ信号電荷を前記出力拡散領域に転送
   し、前記電荷検出部においては前記出力拡散領域に信号
   電荷が供給される周期でリセット動作を行うことを特徴
   とする請求項６記載のカメラ。