KR20120103751A

KR20120103751A - 촬상장치 및 고체 촬상소자의 구동방법

Info

Publication number: KR20120103751A
Application number: KR1020127021171A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 코바야시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-09-19
Also published as: CN102714702B; US9674468B2; WO2011089791A1; CN102714702A; KR101435964B1; JP2011151500A; JP5614993B2; US20120273657A1

Abstract

촬상장치는, 복수의 단위 화소를 포함하는 고체 촬상소자와 구동부를 구비한다. 각각의 단위 화소는, 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기와, 광전 변환기에 의해 얻어진 신호 전하를 일시적으로 유지하는 유지부와, 광전 변환기와 유지부 사이에 배치되고, 신호 전하를 유지부에 전송하는 제1 전송 게이트와, 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기와, 유지부와 전하 전압 변환기 사이에 배치되고, 신호 전하를 전하 전압 변환기에 전송하며, 광전 변환기에서 촬상 동작이 행해지는 경우에 비도통 상태로 되는 제2 전송 게이트를 구비한다. 구동부는 서로 다른 3개 이상의 전위를 제1 전송 게이트에 공급하도록 고체 촬상소자를 구동한다.

Description

촬상장치 및 고체 촬상소자의 구동방법{IMAGING DEVICE AND DRIVING METHOD FOR SOLID-STATE IMAGE SENSOR}

본 발명은, CMOS형 고체 촬상소자의 구동기술에 관한 것이다.

종래, CMOS형 고체 촬상소자에서 전자셔터 동작을 행하는 경우, 롤링 주사에 기인해서 피사체 왜곡 등이 발생하고 있었다. 이 피사체 왜곡은, 1 화면당의 주사 시간(예를 들면, 주사 속도가 10프레임/초이면 1/10초)과 피사체의 이동 속도를 포착하는 셔터 스피드(예를 들면, 1/60초)의 관계가 다음과 같을 때, 현저하게 발생할 수 있는 것이다:

셔터 스피드<<1 화면당의 주사 시간

이 때문에, 보다 빠른 셔터 스피드에서도 피사체 왜곡의 발생을 방지하기 위해, 1 화면당의 주사 시간을 짧게 하는, 즉 주사 속도를 향상시키는 기술이 개발되어 왔다. 또한, 코스트 상승을 허용할 수 있는 제품에 있어서는, CMOS형 고체 촬상소자와 더불어 기계적 셔터를 사용하는 기술을 채용하여, 롤링 주사를 행하기 전에 기계적으로 광을 차단함으로써 1 화면당 주사 시간에 관계없이 피사체 왜곡을 줄인다.

한편, 최근에 디지털 카메라나 디지털 비디오카메라 등에 사용되는 고체 촬상소자에서는, 미소화, 다화소화와 고 ISO 감도화가 진행되어 왔으며, 따라서 촬상소자로부터의 작은 신호를 증폭해서 사용하고 있다고 말할 수 있다. 작은 신호를 증폭할 때 노이즈가 발생되므로, 고체 촬상소자의 광감도를 높이는 것과 동시에 노이즈의 발생을 저감하는 것이 중요하다. 예를 들면, 일본국 특개 2006-246450호 공보에는, 포토다이오드부와 유지부를 분리하고, 더구나 유지부에 표면적 면에서 자유를 제공함으로써, 포화 전하량을 유지하면서 전체 화면 동시 축적과 다이나믹 레인지 확대 등의 기능 부가를 가능하게 한 고체 촬상장치 및 그 구동방법이 개시되어 있다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 포토다이오드 PD는 제1 전송 게이트 TX1을 거쳐 유지부 Mem에 접속되어 있고, 포토다이오드 PD에 의해 발생한 신호 전하가 노광 기간의 개시부터 유지부 Mem으로 전송된다. 노광 종료후에 행해진 신호 판독에서는, 유지부 Mem으로부터 제2 전송 게이트 TX2를 거쳐 플로팅 디퓨젼부 FD로 신호가 전송되고, 그후 CMOS형 고체 촬상장치 특유의 롤링 주사가 행해진다. 한편, 포토다이오드 PD가 상기 롤링 주사중에도 노광되고 있지만, 제1 전송 게이트 TX1가 닫힌다. 더구나, 오버플로우 드레인 OFD로 발생된 전하가 항상 배출되고 있으므로, 유지부 Mem에 있는 본래의 신호 전하에는 영향을 미치지 않는다. 즉, 신호 판독 주사는 롤링 주사이기는 하지만, 실질적인 신호 전하의 축적의 개시로부터 종료까지, 제1 전송 게이트 TX1에 의해 1 화면의 전체의 화소를 동시에 제어함으로써, 원리적으로 전체 화면 동시 축적을 가능하게 하고 있다.

상기한 구성에서, 포토다이오드 PD의 표면적이 비교적 작더라도, 포토다이오드에 빛이 집광될 때의 효율이 향상되면, 광전 변환 특성에 대해 특별한 영향은 없다. 그 대신에, 유지부 Mem의 표면적으로 증가시켜, 노광 기간의 개시부터 신호 전하를 전송하는 것과 더불어 포화 전하량을 유지하는 것도 가능하게 되었다.

한편, 전송용 MOS 트랜지스터의 게이트 전극 아래의 포텐셜을 콘트롤함으로써, 홀 축적 상태를 달성하여 암전류 성분을 저감하는 고체 촬상소자의 구성이 알려져 있다(예를 들어, 일본국 특개 2002-247456호 공보 참조).

그렇지만, 상기한 일본국 특개 2006-246450호 공보에 개시된 기술에서는, 포토다이오드 PD와 유지부 Mem 사이의 전송용 MOS 트랜지스터의 매립 채널이, 노광중에 전송용 MOS 트랜지스터의 채널 포텐셜의 연속적인 상승으로 인해 발생하는 암전류의 증가에 대한 대책으로서의 역할을 한다. 그 때문에, 고도한 제조 기술이 필요하게 된다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명에 따르면, 포화 전하량을 유지하면서 전체 화면 동시 축적과 다이나믹 레인지 확대 등의 기능 부가를 가능하게 한 고체 촬상소자에 있어서, 고도한 제조기술을 필요로 하지 않으면서, 노광중의 암전류의 증가가 억제된다.

본 발명의 제 1 면에 따르면, 촬상장치는, 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기와, 상기 광전 변환기에 의해 얻어진 신호 전하를 일시적으로 유지하는 유지부와, 상기 광전 변환기와 상기 유지부 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 유지부에 전송하는 제1 전송 게이트와, 상기 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기와, 상기 유지부와 상기 전하 전압 변환기 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 전하 전압 변환기에 전송하며, 상기 광전 변환기에서 촬상 동작이 행해지는 경우에 비도통 상태로 되는 제2 전송 게이트를 각각 포함하는 복수의 단위 화소를 구비한 고체 촬상소자와, 서로 다른 3개 이상의 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하도록 상기 고체 촬상소자를 구동하는 구동부를 구비한다.

또한, 본 발명의 제 2면에 따른 고체 촬상소자의 구동방법은, 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기와, 상기 광전 변환기에 의해 얻어진 신호 전하를 일시적으로 유지하는 유지부와, 상기 광전 변환기와 상기 유지부 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 유지부에 전송하는 제1 전송 게이트와, 상기 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기와, 상기 유지부와 상기 전하 전압 변환기 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 전하 전압 변환기에 전송하며, 상기 광전 변환기에서 촬상 동작이 행해지는 경우에 비도통 상태로 되는 제2 전송 게이트를 각각 포함하는 복수의 단위 화소를 구비한 고체 촬상소자의 구동방법이다. 이 방법은, 상기 제1 전송 게이트의 전위를 서로 다른 3개 이상의 전위 사이에서 변화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 주어지는 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 공통되는 촬상장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 고체 촬상소자의 단위 화소를 나타낸 등가회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 제1 및 제2 실시형태에 따른 고체 촬상소자의 구동방법을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4는 제2 실시형태에 따른 촬상장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 5는, 종래의 고체 촬상소자의 구동방법에 있어서의 포텐셜도이다.

도 1은, 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 공통되는 촬상장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 있어서, 참조번호 1은 조리개를 갖는 렌즈 등을 포함하는 광학계를 나타내고, 참조번호 2는 광학계(1)에 의해 결상된 피사체 상을 광전 변환하여 전기신호를 발생하는 고체 촬상소자를 나타낸다. 고체 촬상소자(2)가 롤링 주사를 행하는 CMOS형 고체 촬상소자인 경우, 상기한 것과 같이, 광학계(1)와 고체 촬상소자(2) 사이에 메카니컬 셔터를 배치하고, 노광 종료에 맞춰서 광을 차단함으로써 피사체 왜곡을 억제하는 기술이 있다. 그러나, 본 발명의 실시형태에 있어서는, 이와 같은 메카니컬 셔터가 필수적인 것은 아니다. 이것은, 후술하는 것과 같이, 유지부 Mem을 구비하도록 고체 촬상소자(2)를 구성하여, 메카니컬 셔터가 없어도, 피사체 왜곡이 원리상 생기지 않기 때문이다. 참조번호 3은 고체 촬상소자(2)로부터의 아날로그 전기신호를 샘플링하기 위한 상관 이중 샘플링(correlated double sampling: CDS)회로를 나타내고, 참조번호 4는 샘플링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기를 나타낸다. 디지털화된 화상신호는 화상 메모리(8)에 유지된 후, 신호 처리 회로(7)에 의해 화이트 밸런스 보정 및 감마 보정 등의 각종 신호 처리가 행해지고, 그 결과 얻어진 화상신호가 기록 매체(10)에 기록된다. 기록 회로(9)는, 기록 매체(10)와 인터페이스로 연결하기 위한 인터페이스 회로이다. 또한, 신호 처리가 행해진 화상신호는, 인터페이스 회로인 표시 회로(11)를 거쳐 액정 디스플레이 등의 표시장치(12)에 의해 직접 표시될 수도 있다.

타이밍 발생 회로(5)는, 구동회로(6)를 거쳐, 광학계(1)의 조리개, 고체 촬상소자(2) 등의 촬상계를 구동한다. 또한, 타이밍 발생 회로(5)는, 촬상계의 구동, 즉, 고체 촬상소자(2)의 출력 신호에 동기해서 상관 이중 샘플링 회로(3) 및 A/D 변환기(4)를 구동 및 제어한다. 본 발명의 실시형태의 촬상장치의 구동방법은, 구동회로(6)를 거쳐 타이밍 발생 회로(5)에 의해 행해지는 촬상계의 구동에 관한 특징을 갖는다.

시스템 제어부(13)는, 휘발성 메모리(14)에 일시 기억된 프로그램에 따라 촬상장치 전체의 제어를 행한다. 후술하는 제2 실시형태에 따른 구동방법에서 사용되는 전환 신호는, 이 시스템 제어부(13)에 의해 생성되어 타이밍 발생 회로(5)로 송신된다. 참조번호 15는, 이 제어가 실행될 때 전송되어야 할 프로그램과 각종 데이터를 격납한 불휘발성 메모리를 나타낸다.

도 2는, 본 발명의 실시형태의 촬상장치에 사용되는 고체 촬상소자(2)의 단위 화소를 나타낸 등가회로도이다. 도시하지 않지만, 고체 촬상소자(2)는, 수평 방향 및 수직 방향으로 배열된 복수의 단위 화소 구조(20)와, 수직 주사 회로 및 수평 주사 회로를 구비하고, 이들에 의해 후술하는 구동방법이 실현된다. 또한, 예를 들어, 각각의 단위 화소 구조(20)가, 수직 열 각각에 대해 한 개 설치되고 수평 방향으로 늘어서는 수직 출력선 Vn(이하, n은 수직 출력선의 열 수를 표시한다) 중 한 개에 대해, 수직 방향으로 각각의 수평 행에 대해 설치된 다른 단위 화소들과 함께 공통으로 접속되어, 한번에 한 개의 수평 행에 대해 주사(즉, 롤링 주사)가 행해지는 것은 널리 알려져 있다. 이때, 단위 화소 구조(20) 각각은, 플로팅 디퓨전부 FD, 증폭 MOS 트랜지스터 SF, 리셋 MOS 트랜지스터 RS 및 선택 MOS 트랜지스터 SEL을 포함하고 있다. 그러나, 이들 각 부가 인접 혹은 근접 화소에 의해 공유되는 구조를 채용할 수도 있다.

이하, 단위 화소 구조(20)의 각 부의 기능 및 상세를 설명한다. 포토다이오드 PD는, 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기이다. 오버플로우 드레인 OFD는, 포토다이오드 PD에 의해 발생된 전하의 전부 또는 일부를 필요에 따라 배출하는 기능을 갖는다. 실제의 제어방식의 상세한 설명은, 후술하는 제1 및 제2 실시형태에 따른 구동방법과 함께 주어진다. 이때, 오버플로우 드레인 OFD는 종형 오버플로우 드레인 또는 횡형 오버플로우 드레인일 수 있으며, 그것의 제어 단자는 드레인 전원에 접속되어도 되고, 또는 도 2에 나타낸 것과 같이 포토 다이오드 PD와의 게이트로부터 전위의 인가를 받도록 구성해도 된다.

유지부 Mem은, 제1 전송 게이트 TX1을 거쳐 포토다이오드 PD에 접속되어 있고, 더구나 플로팅 디퓨전부 FD는 제2 전송 게이트 TX2을 거쳐 유지부 Mem에 접속되어 있다. 구체적으로 설명하면, 포토다이오드 PD에 의해 발생한 신호 전하를 정규의 신호로서 판독할 때, 신호 전하를 유지부 Mem에 일시적으로 유지하고, 그후 플로팅 디퓨전부 FD에 전송한다. 이때, 플로팅 디퓨전부 FD는, 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기이다. 실제의 제어방식의 상세한 설명은, 후술하는 제1 및 제2 실시형태에 따른 구동방법과 함께 주어진다. 이때, 유지부 Mem은, 메카니컬 셔터에 의해 광 차단이 행해지지 않아도 감광하지 않도록 차광되어 있다. 이때, 제1 전송 게이트 TX1 혹은 제2 전송 게이트 TX2는, 유지부 Mem을 차광하는 구조를 겸하는 전극 구성을 가져도 된다.

플로팅 디퓨젼부 FD의 전위의 변화를 정규의 신호로서 판독하기 위해, 통상은 이와 같은 판독에 앞서, 플로팅 디퓨젼부 FD의 리셋 전위를 판독한다. 플로팅 디퓨젼부 FD에 리셋 전위 SVDD를 기록하기 위해 리셋 MOS 트랜지스터 RS가 사용된다. 신호 전위와 리셋 전위를 판독할 때는, 선택 MOS 트랜지스터 SEL의 개시와 수직 출력선 Vn의 정전류원에 의해 증폭 MOS 트랜지스터 SF가 소스 폴로워 회로를 구성해서, 전위의 변화를 전달할 수 있다. 전위 변화를 판독하는 이상의 방식은 본 발명 특유의 것이 아니고, 또한 수직 출력선 Vn 이후의 구조에 맞춰서 다양한 방식이 제안되어 있으므로, 후술하는 제1 및 제2 실시형태에서는 상세한 설명을 생략한다.

제1 실시형태

이하, 도 3a의 타이밍 차트를 참조하여, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 고체 촬상소자의 구동방법에 대해 설명한다. 도 3a에 있어서, 수직 동기신호에 따라, "노광"(A로 표시), "일괄 전송"(B로 표시) 및 "판독"(C로 표시)으로 불리는 3개의 스테이트 천이를 행한다. "노광"으로 불리는 스테이트는, 도면에 도시된 OFD 제어 단자의 최초의 극성 변화(하강부)에 의한 실질의 노광 기간의 개시이다. "일괄 전송"으로 불리는 스테이트는, 도면에 도시된 제1 전송 게이트 TX1의 최초의 극성 변화(상승부)에 의한 실질의 노광 기간의 종료이다. OFD 제어 단자 및 제1 전송 게이트 TXI의 극성 변화를 촬상 영역에 존재하는 모든 화소에 대해 일괄로 행하면, 전체 화면 동시 축적을 행할 수 있어, 피사체 왜곡이 원리적으로는 발생하지 않는다. "판독"으로 불리는 스테이트는, 각 단위 화소 중 차광된 유지부 Mem에 축적된 전하를 소위 롤링 주사에 의해 판독하는 스테이트이다. 예를 들어, 제2 전송 게이트 TX2를 행마다 순차적으로 열어(도면에서 실선으로 표시한 극성 변화는, 예를 들면 제1행째에 존재하는 단위 화소의 제2 전송 게이트 TX2에 대해 행해지는 제어를 나타내고, 파선으로 나타낸 극성 변화는, 이후의 각 행에 존재하는 단위 화소의 제2 전송 게이트 TX2에 대해 행해지는 제어를 나타낸다) 롤링 주사를 행하지만, 실질의 노광 기간이 일괄 전송 스테이트에서 종료하므로, 피사체 왜곡 등이 생기지 않는다. 이때, 적어도 이 판독 스테이트에서는, OFD 제어 단자가 도면 중 2회째의 극성 변화 이후로서 실질의 노광 기간 이전의 상태와 동일한 불요 전하 배출 상태에 있으므로, 예를 들어, 포토다이오드 PD에 의해 발생된 전하가 유지부로 새어나가는 현상을 억제할 수 있다.

제1 전송 게이트 TX1의 제어에 대해 상세하게 설명한다. 우선, 실질의 노광 기간에 걸쳐(이 기간 이전을 포함해도 된다), 제1 전송 게이트 TX1는, 전술한 일괄 전송을 수반하는 도면에서 가장 높은 전위보다 낮고, 일괄 전송 종료후(하강부 이후)의 도면에서 가장 낮은 전위보다는 높은 제1 전위의 공급을 받는다. 바람직하게는, 제1 전위에 의해 형성되는 제1 전송 게이트의 포텐셜 장벽을 오버플로우 드레인측(OFD측)의 포텐셜 장벽보다도 낮게 하면서도, 해당 제1 전위를 가능한 한 낮게 설정한다. 이와 같이 함으로써, 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에는, 일괄 전송시의 공핍층 상태보다도 후술하는 홀 축적 상태에 상대적으로 가까운 상태가 유지되어, 암전류와 스크래치의 발생 확률을 저감할 수 있다. 한편, 실질의 노광 기간중에 포토다이오드 PD에 의해 행해진 광전 변환에 의해 얻어진 정규의 신호 전하가 오버플로우 드레인 OFD측으로 새어나가는 것으로 인해 전하가 소실된다고 하는 현상(포화 전하량의 감소라고 해도 된다)도 억제할 수 있다. 다음에, 신호 전하를 포토다이오드 PD로부터 유지부 Mem에 일괄 전송하기 위해, 도면에서 가장 높은 제2 전위가 제1 전송 게이트 TX1에 공급된다. 이 전위는 포토다이오드 PD로부터 신호 전하를 완전히 전송하게 하기 위한 전위로서, 실질의 노광 기간의 종료를 결정한다. 일반적으로, 제2 전위는, 실질의 노광 기간과 롤링 주사 시간에 비해 짧은 기간을 갖는 펄스 형상을 갖고 공급된다. 일괄 전송이 종료한 후에는, 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻기 위한 제3 전위가 공급된다. 실질의 노광 기간 종료 이후에, 포토다이오드 PD에 의해 발생된 전하는 오버플로우 드레인 OFD측으로 배출되어 있으므로, 제1 전위에 비해 보다 낮은 전위인 제3 전위가 전송 게이트의 전극 아래에서 홀 축적 상태를 달성할 수 있다.

제2 실시형태

이하, 도 3b의 타이밍 차트 및 도 4의 흐름도를 참조하여 본 발명의 제2 실시형태의 구동방법에 대해 설명한다. 제1 실시형태에서는, 제1 전송 게이트 TX1의 전위를 3개의 전위 사이에서 변화시킴으로써, 실질의 노광 기간에 있어서 포화 전하량의 유지와 암전류와 스크래치의 발생 확률의 저감을 그들 사이에 밸런스를 유지하면서 달성하였다. 그런데, 포화 전하량이 매우 크지 않은 고 ISO 감도 상황이나 저조도 상황에서는, 실질의 노광 기간중에 있어서도 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻도록 전위가 설정되더라도, 블록업 하이라이트(blocked up highlight)(포화 부족) 등의 문제가 쉽게 일어나지 않는다. 제2 실시형태는 이와 같은 성질에 착안한 것이다.

우선, 도 4의 제어 방법에 대해 스텝 순서에 따라 설명한다. 우선, 도 1에 도시하지 않은 스위치에 의해 메인 전원이 온되고, 다음에 시스템 제어계의 전원이 온되고, 더구나 촬상계의 전원이 온된다(스텝 S501). 다음에, 고체 촬상소자(2)에 구동 설정 신호를 인가함(스텝 S502)으로써, 라이브 뷰 표시가 가능해진다(스텝 S503).

촬영에 앞서 노광량을 제어하기 위해, 시스템 제어부(13)는, 디지털화된 화상신호를 촬상계로부터 화상 메모리(8)에 전송하여, 신호 처리 회로(7)에서 노출 연산을 행하게 한다. 예를 들면, 화상신호로부터 추출한 휘도정보에 대해 화면의 에어리어별로 다음과 같은 가중연산을 행하여, 현재 상태보다도 어느 정도 레벨로 휘도를 증가(또는 감소)시킬 필요가 있는지를 연산한다:

Y = a×R + b×G + c×B (a+b+c=1)

시스템 제어부(13)는 이 연산 결과를 받고, 광학계(1)의 조리개를 구동함으로써 다음 프레임으로부터 시작하여 적절한 밝기를 갖는 화상을 얻는다. 고체 촬상소자가 전자셔터 기능을 갖는 경우에는, 동시에 셔터 속도를 변경해도 된다. 노출 연산은, 상기한 것과 같은 피드백 방식을 사용하여 행해도 되고, 촬상계와는 별도로 설치된 노출 계측용 센서(도 1에는 도시하고 있지 않다)의 신호로부터 직접 얻어진 적정한 조리개 값과 셔터 속도에 근거하여 제어를 행하는 피드포워드 방식을 사용할 수도 있다.

도 4의 흐름도에 있어서는, 노광량 연산으로부터 노출 결정까지의 처리를 AE(Auto Exposure)로 칭하고, 스텝 S504에서 나타내고 있다. 다음에, 자동초점 검출이 행해진다. 촬상장치는 2단계의 스트로크를 갖는 셔터 릴리즈 버튼(도 1에 도시하지 않고 있다)을 구비하고, 퍼스트 스트로크를 계기로 하여(스텝 S505), 광학계(1)의 포커스 렌즈를 복수 스텝 구동해서, 복수매의 화상신호를 얻는다. 각각의 화상신호에 대해 연산 처리를 실시하여, 최적의 초점을 갖는 포커스 렌즈의 위치를 결정한다. 시스템 제어부(13)는 이 검출 결과를 받고, 광학계(1)의 포커스 렌즈를 구동함으로써 다음 프레임으로 시작하여 최적의 포커스를 갖는 화상을 얻는다.

자동 초점 검출에 있어서는, 촬상계와는 별도로 설치한 측거용 센서(도 1에는 도시하지 않고 있다)의 신호로부터 직접 피사체 거리를 계측하고, 이 피사체 거리에 근거하여 포커스 렌즈를 구동하는 방식을 사용해도 된다. 도 4의 흐름도에 있어서는, 초점 검출로부터 렌즈 구동까지의 처리를 "자동 초점 검출"로 칭하고, 스텝 S506에서 나타내고 있다.

이상과 같이 적정 노출과 초점맞춤이 확인된 후, 셔터 릴리즈 버튼의 세컨드 스트로크를 계기로 사용하여 본촬영이 개시된다(스텝 S508). 이 경우, 본촬영에 있어서 필요한 게인(ISO 감도 설정)을 확인(스텝 S507)하여, 포화 전하량이 상대적으로 크다고 판단했을 때에는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 실질의 노광 기간 종료까지의 제1 전송 게이트 TX1의 전위가 제1 전위가 되도록 제어가 행해진다(스텝 S513). 이때, 도 4에서는 포화 전하량이 상대적으로 큰 경우에 IS0400(소정의 게인) 이하의 ISO 감도 설정을 설정했지만, 고체 촬상소자(2)의 단위 화소 구조(20)에 있어서 포토다이오드와 유지부 사이의 면적비 등을 고려하여 최적의 값을 그때마다 설계하면 충분하다. 포화 전하량이 상대적으로 작다(도 4에서 "IS0400보다 높은" 경우)고 판단했을 때에는, 실질의 노광 기간 종료 이전의 제1 전송 게이트 TX1의 전위가 일괄 전송 종료후의 전위와 같은 제3 전위가 되도록 제어가 행해진다(스텝 S509). 후자의 노광방식에 있어서는, 제1 전송 게이트 TX1에 의해 형성되는 포텐셜 장벽이 오버플로우 드레인 OFD측의 포텐셜 장벽보다도 높아지는 케이스가 있으므로, 포화 전하량이 실질적으로 포토다이오드 PD의 용량분밖에 없다. 그러나, 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻을 수 있으므로, 노광중에 암전류와 스크래치의 발생 확률을 저감시킬 수 있는 효과가 높다.

다음에, 제1 전송 게이트 TX1에 제2 전위를 공급함으로써 제 1 전송 게이트의 게이트를 열고, 포토다이오드 PD의 신호 전하를 유지부 Mem에 전송해서, 실질의 노광 기간을 종료한다(스텝 S510). 이 스텝에 있어서 제1 전송 게이트 TX1에 공급되는 전위는, 필요한 포화 전하량(ISO 감도 설정 등)에 의존하지 않는다.

도 4의 흐름도에서는 ISO 감도 설정 다이얼의 상태를 감시하는 방법을 채용했지만, 씬에 따라 ISO 감도를 설정하는 자동 ISO 감도 설정 모드가 설정된 경우에도, 결정된 ISO 감도에 따라 구동방법을 선택 및 설정하는 것이 가능하다.

A/D 변환기(4)는, 고체 촬상소자(2)로부터 출력된 화상신호에 대해 A/D 변환을 행하여, 그 결과 얻어진 화상신호를 화상 메모리(8)에 일시 격납한다(스텝 S511). 신호 처리 회로(7)에 의해 전술한 각종 신호 처리가 행해진 후, 그 결과 얻어진 화상신호가 기록 회로(9)를 거쳐 기록 매체(10)에 기록되고, 일련의 촬영 동작이 완료한다(스텝 S512).

본 실시형태에 따르면, ISO 감도가 높을 때 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻는 전위가 공급되도록 구성할 수 있었으므로, 암전류와 스크래치가 화상에서 특히 눈에 띄기 쉬운 씬에서 암전류 및 스크래치의 발생 확률을 저감하는 효과가 향상된다.

그런데, 실질의 노광 기간중에 있어서 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻을 때 발생하는 포화 전하량을 저하시키는 요인은, 포토다이오드 PD의 면적 이외에, 오버플로우 드레인측(OFD측)의 포텐셜 장벽의 높이도 있다. 이 성질에 더 착안하여, 도 3b의 구동방법에 대해 이하에서 설명한다.

실질의 노광 기간 종료 이전의 제1 전송 게이트 TX1의 전위는, 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻는 전위이다. 한편, OFD 제어 단자에는, 우선 실질의 노광 기간 종료까지 낮은 전위가 공급된다. 해당 낮은 전위에 의해 형성되는 오버플로우 드레인 OFD측의 포텐셜 장벽을, 제1 전송 게이트의 포텐셜 장벽보다도 낮게 하면서도, 이와 같은 낮은 전위를 가능한 한 낮게 설정한다. 이와 같이 함으로써, 실질의 노광 기간중에 포토다이오드 PD에 의해 행해진 광전 변환에 의해 얻어진 정규의 신호 전하가 오버플로우 드레인 OFD측으로 새어나가는 것으로 인해 전하가 소실된다고 하는 현상(포화 전하량의 감소라고 해도 된다)을 비교적 억제할 수 있다. 다음에, 실질의 노광 기간 종료를 결정하는 제1 전송 게이트 TX1을 사용하여 일괄 전송이 행해진다. 제 1 실시형태와 유사하게, 실질의 노광 기간 종료 이후에, OFD 제어 단자에 도면 중 가장 높은 전위를 공급하여, 불요 전하 배출 상태를 달성한다.

본 실시형태에 따르면, 포화 전하량이 비교적 향상되기 때문에, 실질의 노광 기간 종료 이전에 있어서 제1 전송 게이트 TX1의 게이트 전극 아래에서 홀 축적 상태를 얻는 전위를, 예를 들면, 보다 낮은 ISO 감도에서 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

본 출원은 2010년 1월 19일자 출원된 일본 특허출원 2010-009528의 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체내용을 참조를 위해 본 출원에 원용한다.

Claims

입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기와,
상기 광전 변환기에 의해 얻어진 신호 전하를 일시적으로 유지하는 유지부와,
상기 광전 변환기와 상기 유지부 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 유지부에 전송하는 제1 전송 게이트와,
상기 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기와,
상기 유지부와 상기 전하 전압 변환기 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 전하 전압 변환기에 전송하며, 상기 광전 변환기에서 촬상 동작이 행해지는 경우에 비도통 상태로 되는 제2 전송 게이트를
각각 포함하는 복수의 단위 화소를 구비한 고체 촬상소자와,
서로 다른 3개 이상의 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하도록 상기 고체 촬상소자를 구동하는 구동부를 구비한 촬상장치.
제 1항에 있어서,
상기 구동부는, 상기 광전 변환기의 노광 기간의 종료까지 제1 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하고, 상기 노광 기간의 종료후 일괄 전송을 행하는 경우에 제2 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하고, 상기 일괄 전송의 종료후에 제3 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하는 촬상장치.
제 2항에 있어서,
상기 제1 전위는, 상기 제3 전위보다도 높고, 상기 제2 전위보다도 낮은 촬상장치.
제 3항에 있어서,
상기 제3 전위는, 상기 제1 전송 게이트의 전극 아래에서 홀 축적 상태가 얻어지는 전위인 촬상장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 촬상소자는 오버플로우 드레인을 더 구비하고,
상기 제1 전위는 상기 오버플로우 드레인측보다도 낮은 포텐셜 장벽이 얻어지는 전위인 촬상장치.
제 1항에 있어서,
상기 고체 촬상소자의 출력 신호를 증폭할 때의 게인이 소정의 게인보다도 높은 경우에, 상기 구동부가 상기 제1 전위로서 상기 제3 전위와 동일한 전위를 상기 제1 전송 게이트에 공급하는 촬상장치.
입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환기와,
상기 광전 변환기에 의해 얻어진 신호 전하를 일시적으로 유지하는 유지부와,
상기 광전 변환기와 상기 유지부 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 유지부에 전송하는 제1 전송 게이트와,
상기 신호 전하를 전압신호로 변환하는 전하 전압 변환기와,
상기 유지부와 상기 전하 전압 변환기 사이에 배치되고, 상기 신호 전하를 상기 전하 전압 변환기에 전송하며, 상기 광전 변환기에서 촬상 동작이 행해지는 경우에 비도통 상태로 되는 제2 전송 게이트를
각각 포함하는 복수의 단위 화소를 구비한 고체 촬상소자의 구동방법으로서,
상기 제1 전송 게이트의 전위를 서로 다른 3개 이상의 전위 사이에서 변화시키는 단계를 포함하는 고체 촬상소자의 구동방법.