JPH09116815A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH09116815A JPH09116815A JP7266587A JP26658795A JPH09116815A JP H09116815 A JPH09116815 A JP H09116815A JP 7266587 A JP7266587 A JP 7266587A JP 26658795 A JP26658795 A JP 26658795A JP H09116815 A JPH09116815 A JP H09116815A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像に固定パターンのムラを発生させること
なく、折れ線近似特性をデバイス内で得るようにする。 【解決手段】 高感度画素１１および低感度画素１２を
所定の画素配列で有する広ダイナミックレンジＣＣＤ固
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２から垂直ＣＣＤレジスタ１３に信号電荷を読み出
し、水平ＣＣＤレジスタ１４に移送した後、水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号になるように転送す
る。そして、高感度画素１１の信号電荷を単一のリミッ
タ１５でクリップし、しかる後クリップされた信号電荷
と他の感度の信号電荷とを電荷混合部１６のフローティ
ング・ディフュージョン容量で混合する。
なく、折れ線近似特性をデバイス内で得るようにする。 【解決手段】 高感度画素１１および低感度画素１２を
所定の画素配列で有する広ダイナミックレンジＣＣＤ固
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２から垂直ＣＣＤレジスタ１３に信号電荷を読み出
し、水平ＣＣＤレジスタ１４に移送した後、水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号になるように転送す
る。そして、高感度画素１１の信号電荷を単一のリミッ
タ１５でクリップし、しかる後クリップされた信号電荷
と他の感度の信号電荷とを電荷混合部１６のフローティ
ング・ディフュージョン容量で混合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に光入力に対する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ＣＣＤ(Charge Coupled Devi
ce) 固体撮像装置に関する。
し、特に光入力に対する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ＣＣＤ(Charge Coupled Devi
ce) 固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ固体撮像装置では、各画素で光電
変換されかつ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応
する信号出力が得られなく、したがって光入力に対する
ダイナミックレンジが狭い。このダイナミックレンジを
拡大するために、図１２に示すように、感度の異なる２
種類の画素、例えば高感度画素１０１と低感度画素１０
２とを隣接して配置し、高感度画素１０１の信号電荷に
ついては画素内でリミッタを掛けてから垂直ＣＣＤレジ
スタ１０３に読み出し、当該レジスタ１０３内で高感度
画素１０１の信号電荷と低感度画素１０２の信号電荷と
を混合した後、水平ＣＣＤレジスタ１０４を介して電荷
検出部１０５に転送して電気信号に変換するようにした
構成の固体撮像装置がある（特開平３−１１７２８１号
公報参照）。
変換されかつ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応
する信号出力が得られなく、したがって光入力に対する
ダイナミックレンジが狭い。このダイナミックレンジを
拡大するために、図１２に示すように、感度の異なる２
種類の画素、例えば高感度画素１０１と低感度画素１０
２とを隣接して配置し、高感度画素１０１の信号電荷に
ついては画素内でリミッタを掛けてから垂直ＣＣＤレジ
スタ１０３に読み出し、当該レジスタ１０３内で高感度
画素１０１の信号電荷と低感度画素１０２の信号電荷と
を混合した後、水平ＣＣＤレジスタ１０４を介して電荷
検出部１０５に転送して電気信号に変換するようにした
構成の固体撮像装置がある（特開平３−１１７２８１号
公報参照）。
【０００３】かかるＣＣＤ固体撮像装置においては、入
射光量がある一定量以上になると、高感度画素１０１の
信号電荷にリミッタが掛かるため、この高感度画素１０
１の信号電荷と低感度画素１０２の信号電荷とを混合す
ることで、図１３に示すところの折れ線近似の入出力特
性が得られ、広ダイナミックレンジ化が実現される。ま
た、画素ごとにリミッタを掛ける手段として、上記の公
報には、オーバーフロードレインを使用することが具体
例として示されている。
射光量がある一定量以上になると、高感度画素１０１の
信号電荷にリミッタが掛かるため、この高感度画素１０
１の信号電荷と低感度画素１０２の信号電荷とを混合す
ることで、図１３に示すところの折れ線近似の入出力特
性が得られ、広ダイナミックレンジ化が実現される。ま
た、画素ごとにリミッタを掛ける手段として、上記の公
報には、オーバーフロードレインを使用することが具体
例として示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高感度
画素１０１において、各画素ごとにリミッタを掛けるよ
うにした上記構成の従来のＣＣＤ固体撮像装置では、現
実には、画素ごとにオーバーフロー特性がばらつくこと
によって異なるため、図１４に示すように、折れ線特性
にオフセットが生じる。したがって、高感度画素１０１
が飽和するような入射光量の場合、画素ごとにオーバー
フロー特性が異なることによって画像に固定パターンの
ムラが生じるという問題がある。また、折れ線近似によ
り圧縮された信号を伸張する場合には、このオフセット
も同時に伸張されるため、問題はさらに深刻になる。
画素１０１において、各画素ごとにリミッタを掛けるよ
うにした上記構成の従来のＣＣＤ固体撮像装置では、現
実には、画素ごとにオーバーフロー特性がばらつくこと
によって異なるため、図１４に示すように、折れ線特性
にオフセットが生じる。したがって、高感度画素１０１
が飽和するような入射光量の場合、画素ごとにオーバー
フロー特性が異なることによって画像に固定パターンの
ムラが生じるという問題がある。また、折れ線近似によ
り圧縮された信号を伸張する場合には、このオフセット
も同時に伸張されるため、問題はさらに深刻になる。
【０００５】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、画像に固定パターン
のムラを発生させることなく、折れ線近似特性をデバイ
ス内で得ることが可能な固体撮像装置を提供することに
ある。
であり、その目的とするところは、画像に固定パターン
のムラを発生させることなく、折れ線近似特性をデバイ
ス内で得ることが可能な固体撮像装置を提供することに
ある。
【０００６】
【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、感度の異なる２種類以上の信号電荷を得る撮像部
と、この撮像部から移送された感度の異なる信号電荷を
点順次信号として転送する電荷転送部と、この電荷転送
部によって転送された信号電荷のうち、少なくとも最小
感度の信号電荷以外の信号電荷をクリップする単一のリ
ミッタと、このリミッタでクリップされた信号電荷と他
の感度の信号電荷とを混合する電荷混合部とを備えた構
成となっている。
置は、感度の異なる２種類以上の信号電荷を得る撮像部
と、この撮像部から移送された感度の異なる信号電荷を
点順次信号として転送する電荷転送部と、この電荷転送
部によって転送された信号電荷のうち、少なくとも最小
感度の信号電荷以外の信号電荷をクリップする単一のリ
ミッタと、このリミッタでクリップされた信号電荷と他
の感度の信号電荷とを混合する電荷混合部とを備えた構
成となっている。
【０００７】上記構成の固体撮像装置において、撮像部
から感度の異なる２種類以上の信号電荷が電荷転送部に
移送されると、電荷転送部はこれら感度の異なる信号電
荷を点順次信号になるように転送する。そして、少なく
とも最小感度の信号電荷以外の信号電荷を単一のリミッ
タでクリップし、しかる後このクリップされた信号電荷
と他の感度の信号電荷とを電荷混合部で混合する。
から感度の異なる２種類以上の信号電荷が電荷転送部に
移送されると、電荷転送部はこれら感度の異なる信号電
荷を点順次信号になるように転送する。そして、少なく
とも最小感度の信号電荷以外の信号電荷を単一のリミッ
タでクリップし、しかる後このクリップされた信号電荷
と他の感度の信号電荷とを電荷混合部で混合する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施形態を示す構成図である。図１において、撮
像部１０には、感度が異なる例えば２種類の画素、即ち
高感度画素１１の列と低感度画素１２の列とが水平方向
（図の左右方向）において交互にストライプ状に配置さ
れている。ここで、画素の感度を違える方法としては、
画素を構成するセンサ部の開口面積を違える、オン
チップレンズの倍率を違える、透過率が異なるフィル
タを付ける、信号電荷の蓄積時間を違えるなどの方法
が考えられる。なお、図面上では、高感度画素１１を面
積の大きな□で、低感度画素１２を面積の小さな□で模
式的に示している。
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施形態を示す構成図である。図１において、撮
像部１０には、感度が異なる例えば２種類の画素、即ち
高感度画素１１の列と低感度画素１２の列とが水平方向
（図の左右方向）において交互にストライプ状に配置さ
れている。ここで、画素の感度を違える方法としては、
画素を構成するセンサ部の開口面積を違える、オン
チップレンズの倍率を違える、透過率が異なるフィル
タを付ける、信号電荷の蓄積時間を違えるなどの方法
が考えられる。なお、図面上では、高感度画素１１を面
積の大きな□で、低感度画素１２を面積の小さな□で模
式的に示している。
【０００９】高感度画素１１および低感度画素１２は例
えばフォトダイオードからなり、入射光を光電変換し、
その光量に応じた電荷量の信号電荷に変換し、これを蓄
積する。また、高感度画素１１および低感度画素１２の
各画素列ごとに垂直ＣＣＤレジスタ１３が配されてい
る。垂直ＣＣＤレジスタ１３は、各画素の信号電荷を独
立に転送できるパケット群から構成されている。これに
より、全画素の信号電荷を独立に読み出すことが可能と
なる（いわゆる、全画素読み出し方式）。撮像部１０の
図の下側には、水平ＣＣＤレジスタ１４が配されてい
る。
えばフォトダイオードからなり、入射光を光電変換し、
その光量に応じた電荷量の信号電荷に変換し、これを蓄
積する。また、高感度画素１１および低感度画素１２の
各画素列ごとに垂直ＣＣＤレジスタ１３が配されてい
る。垂直ＣＣＤレジスタ１３は、各画素の信号電荷を独
立に転送できるパケット群から構成されている。これに
より、全画素の信号電荷を独立に読み出すことが可能と
なる（いわゆる、全画素読み出し方式）。撮像部１０の
図の下側には、水平ＣＣＤレジスタ１４が配されてい
る。
【００１０】この水平ＣＣＤレジスタ１４は、撮像部１
０から移送された信号電荷を、画素単位で順次水平転送
する。水平ＣＣＤレジスタ１４の出力端部の横にはリミ
ッタ１５が設けられている。このリミッタ１５は、画素
単位で順に転送されてくる信号電荷を均一にクリップす
るためのものである。また、水平ＣＣＤレジスタ１４の
出力側には、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が配されている。この電
荷検出部１６において、リセットドレイン（ＲＤ）には
所定の直流電圧が印加され、リセットゲート（ＲＧ）に
はリセットゲートパルスが印加される。また電荷検出部
１６のリセット周波数（リセットゲートパルスの周波
数）ｆs は、水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆ
s の１／２に設定されている。
０から移送された信号電荷を、画素単位で順次水平転送
する。水平ＣＣＤレジスタ１４の出力端部の横にはリミ
ッタ１５が設けられている。このリミッタ１５は、画素
単位で順に転送されてくる信号電荷を均一にクリップす
るためのものである。また、水平ＣＣＤレジスタ１４の
出力側には、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が配されている。この電
荷検出部１６において、リセットドレイン（ＲＤ）には
所定の直流電圧が印加され、リセットゲート（ＲＧ）に
はリセットゲートパルスが印加される。また電荷検出部
１６のリセット周波数（リセットゲートパルスの周波
数）ｆs は、水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆ
s の１／２に設定されている。
【００１１】図２に、リミッタ１５の具体的な構成を、
図１のＸ‐Ｘ′線断面にて示す。図２において、Ｐ型基
板２１の表面側に形成されたＮ型不純物層によって水平
ＣＣＤチャネル２２が形成され、その上にゲート絶縁膜
２３を介して水平ＣＣＤゲート電極２４が配されること
で水平ＣＣＤレジスタ１４が構成されている。この水平
ＣＣＤレジスタ１４に隣接して、Ｎ- 型不純物層からな
るオーバーフローバリア２５とＮ型不純物層からなるド
レイン２６が設けられており、このオーバーフローバリ
ア２５およびドレイン２６によってリミッタ１５が構成
されている。ドレイン２６には、所定の直流電圧Ｅ１が
印加されている。
図１のＸ‐Ｘ′線断面にて示す。図２において、Ｐ型基
板２１の表面側に形成されたＮ型不純物層によって水平
ＣＣＤチャネル２２が形成され、その上にゲート絶縁膜
２３を介して水平ＣＣＤゲート電極２４が配されること
で水平ＣＣＤレジスタ１４が構成されている。この水平
ＣＣＤレジスタ１４に隣接して、Ｎ- 型不純物層からな
るオーバーフローバリア２５とＮ型不純物層からなるド
レイン２６が設けられており、このオーバーフローバリ
ア２５およびドレイン２６によってリミッタ１５が構成
されている。ドレイン２６には、所定の直流電圧Ｅ１が
印加されている。
【００１２】上記構成のリミッタ１５において、Ｎ- 型
不純物層の濃度などによってオーバーフローバリア２５
のポテンシャルの高さが決まり、このポテンシャルの高
さがクリップレベルとなる。そして、水平ＣＣＤレジス
タ１４において、高感度画素の信号電荷が順に転送さ
れ、リミッタ１５の横のパケットに蓄積されたとき、そ
の電荷量がクリップレベルを越えると、その越えた分の
電荷がドレイン２６に捨てられることで、高感度画素の
信号電荷にリミッタが掛けられる。なお、水平ＣＣＤレ
ジスタ１４の転送方向は紙面に対して直角な方向であ
る。
不純物層の濃度などによってオーバーフローバリア２５
のポテンシャルの高さが決まり、このポテンシャルの高
さがクリップレベルとなる。そして、水平ＣＣＤレジス
タ１４において、高感度画素の信号電荷が順に転送さ
れ、リミッタ１５の横のパケットに蓄積されたとき、そ
の電荷量がクリップレベルを越えると、その越えた分の
電荷がドレイン２６に捨てられることで、高感度画素の
信号電荷にリミッタが掛けられる。なお、水平ＣＣＤレ
ジスタ１４の転送方向は紙面に対して直角な方向であ
る。
【００１３】本実施形態では、オーバーフローバリア２
５のポテンシャルの高さ、即ちクリップレベルを固定と
した場合を例にとって説明したが、図３に示すように、
オーバーフローバリア２５の上方にオーバーフローゲー
ト電極２７を水平ＣＣＤゲート電極２４とは別に設け、
このオーバーフローゲート電極２７に印加する直流電圧
Ｅ２を制御することにより、クリップレベルを可変な構
成とすることも可能である。また、Ｎ- 型不純物層をな
くし、オーバーフローゲート電極２７に印加する直流電
圧Ｅ２のみによってクリップレベルを設定するようにす
ることも可能である。
５のポテンシャルの高さ、即ちクリップレベルを固定と
した場合を例にとって説明したが、図３に示すように、
オーバーフローバリア２５の上方にオーバーフローゲー
ト電極２７を水平ＣＣＤゲート電極２４とは別に設け、
このオーバーフローゲート電極２７に印加する直流電圧
Ｅ２を制御することにより、クリップレベルを可変な構
成とすることも可能である。また、Ｎ- 型不純物層をな
くし、オーバーフローゲート電極２７に印加する直流電
圧Ｅ２のみによってクリップレベルを設定するようにす
ることも可能である。
【００１４】上記構成の第１の実施形態に係るＣＣＤ固
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、垂直ＣＣＤ
レジスタ１３に読み出され、この垂直ＣＣＤレジスタ１
３から水平ＣＣＤレジスタ１４に画素単位で順に転送さ
れる。このとき、水平ＣＣＤレジスタ１４には、高感度
画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号電荷とが交
互に配置される。したがって、水平ＣＣＤレジスタ１４
を動作させることで、高感度画素１１と低感度画素１２
の各信号電荷が点順次信号として出力側に転送される。
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、垂直ＣＣＤ
レジスタ１３に読み出され、この垂直ＣＣＤレジスタ１
３から水平ＣＣＤレジスタ１４に画素単位で順に転送さ
れる。このとき、水平ＣＣＤレジスタ１４には、高感度
画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号電荷とが交
互に配置される。したがって、水平ＣＣＤレジスタ１４
を動作させることで、高感度画素１１と低感度画素１２
の各信号電荷が点順次信号として出力側に転送される。
【００１５】この水平転送動作において、高感度画素１
１の信号電荷がリミッタ１５の横のパケットに蓄積され
たとき、この蓄積された信号電荷の電荷量がリミッタ１
５のクランプレベルを越える場合には、越えた分の電荷
についてクリップされる。このクリップされた信号電荷
は、電荷検出部１６のフローティング・ディフュージョ
ン容量に転送される。
１の信号電荷がリミッタ１５の横のパケットに蓄積され
たとき、この蓄積された信号電荷の電荷量がリミッタ１
５のクランプレベルを越える場合には、越えた分の電荷
についてクリップされる。このクリップされた信号電荷
は、電荷検出部１６のフローティング・ディフュージョ
ン容量に転送される。
【００１６】ここで、電荷検出部１６のリセット周波数
ｆs が、水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs の
１／２に設定されていることから、電荷検出部１６のフ
ローティング・ディフュージョン容量に先に転送された
１画素分の信号電荷がリセットされる前に次の１画素分
の信号電荷が転送されるため、２画素分の信号電荷、即
ち高感度画素１１と低感度画素１２の各信号電荷がフロ
ーティング・ディフュージョン容量で混合され、ここで
電気信号に変換される。図４に、水平ＣＣＤレジスタ１
４の水平駆動パルス、電荷検出部１６のリセットゲート
パルスおよびＣＣＤ出力波形のタイミング関係を示す。
ｆs が、水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs の
１／２に設定されていることから、電荷検出部１６のフ
ローティング・ディフュージョン容量に先に転送された
１画素分の信号電荷がリセットされる前に次の１画素分
の信号電荷が転送されるため、２画素分の信号電荷、即
ち高感度画素１１と低感度画素１２の各信号電荷がフロ
ーティング・ディフュージョン容量で混合され、ここで
電気信号に変換される。図４に、水平ＣＣＤレジスタ１
４の水平駆動パルス、電荷検出部１６のリセットゲート
パルスおよびＣＣＤ出力波形のタイミング関係を示す。
【００１７】上述したように、第１の実施形態に係るＣ
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、高感度画素
１１の信号電荷に対して水平ＣＣＤレジスタ１４の出力
端部の横に設けられたリミッタ１５によってリミッタを
掛け、しかる後高感度画素１１の信号電荷と低感度画素
１２の信号電荷とを電荷検出部１６のフローティング・
ディフュージョン容量で混合するようにしたことによ
り、高感度画素１１の各信号電荷に対して共通のリミッ
タ１５でリミッタが掛けられるので、画像に固定パター
ンのムラが発生するのを抑制できる。
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、高感度画素
１１の信号電荷に対して水平ＣＣＤレジスタ１４の出力
端部の横に設けられたリミッタ１５によってリミッタを
掛け、しかる後高感度画素１１の信号電荷と低感度画素
１２の信号電荷とを電荷検出部１６のフローティング・
ディフュージョン容量で混合するようにしたことによ
り、高感度画素１１の各信号電荷に対して共通のリミッ
タ１５でリミッタが掛けられるので、画像に固定パター
ンのムラが発生するのを抑制できる。
【００１８】図５は、本発明の第２の実施形態を示す構
成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付し
て示している。この第２の実施形態では、第１の実施形
態における水平ＣＣＤレジスタ（以下、第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ）１４の出力端と電荷検出部１６との間に、
少なくとも１ビット（１パケット）の第２の水平ＣＣＤ
レジスタ１７を第１の水平ＣＣＤレジスタ１４に連続し
て設け、この第２の水平ＣＣＤレジスタ１７の駆動周波
数を第１の水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs
の１／２に設定した構成となっている。
成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付し
て示している。この第２の実施形態では、第１の実施形
態における水平ＣＣＤレジスタ（以下、第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ）１４の出力端と電荷検出部１６との間に、
少なくとも１ビット（１パケット）の第２の水平ＣＣＤ
レジスタ１７を第１の水平ＣＣＤレジスタ１４に連続し
て設け、この第２の水平ＣＣＤレジスタ１７の駆動周波
数を第１の水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs
の１／２に設定した構成となっている。
【００１９】なお、ＣＣＤ固体撮像装置において、水平
ＣＣＤレジスタには、構造上の都合から一般的に、撮像
部１０からは信号電荷が転送されず、単に水平転送のみ
を行ういわゆる空送り部が数ビット分だけ余分に設けら
れていることから、第２の水平ＣＣＤレジスタ１７を設
けるに当たってはこの空送り部を利用すれば良い。した
がって、第１の実施形態の構成に対し、第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１７となる空送り部の駆動周波数を２ｆs か
らｆs に変更するのみで、構造上何ら変更を要しない。
ＣＣＤレジスタには、構造上の都合から一般的に、撮像
部１０からは信号電荷が転送されず、単に水平転送のみ
を行ういわゆる空送り部が数ビット分だけ余分に設けら
れていることから、第２の水平ＣＣＤレジスタ１７を設
けるに当たってはこの空送り部を利用すれば良い。した
がって、第１の実施形態の構成に対し、第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１７となる空送り部の駆動周波数を２ｆs か
らｆs に変更するのみで、構造上何ら変更を要しない。
【００２０】上記構成の第２の実施形態に係るＣＣＤ固
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、第１の実施
形態の場合と同様に、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出
され、この垂直ＣＣＤレジスタ１３から第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１４に順に転送される。そして、高感度画素
１１と低感度画素１２の各信号電荷が第１の水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号として出力側に転送さ
れる。
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、第１の実施
形態の場合と同様に、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出
され、この垂直ＣＣＤレジスタ１３から第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１４に順に転送される。そして、高感度画素
１１と低感度画素１２の各信号電荷が第１の水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号として出力側に転送さ
れる。
【００２１】この水平転送動作において、高感度画素１
１の信号電荷がリミッタ１５の横のパケットに蓄積され
たとき、その電荷量がリミッタ１５のクランプレベルを
越える場合には、越えた分の電荷についてクリップされ
る。このクリップされた信号電荷は、第２の水平ＣＣＤ
レジスタ１７に転送される。このとき、第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１７の駆動周波数ｆs が第１の水平ＣＣＤレ
ジスタ１４の駆動周波数２ｆs の１／２に設定されてい
ることから、第２の水平ＣＣＤレジスタ１７に先に転送
された１画素分の信号電荷が電荷検出部１６に転送され
る前に次の１画素分の信号電荷が転送されるため、第２
の水平ＣＣＤレジスタ１７で高感度画素１１と低感度画
素１２の各信号電荷が混合される。
１の信号電荷がリミッタ１５の横のパケットに蓄積され
たとき、その電荷量がリミッタ１５のクランプレベルを
越える場合には、越えた分の電荷についてクリップされ
る。このクリップされた信号電荷は、第２の水平ＣＣＤ
レジスタ１７に転送される。このとき、第２の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１７の駆動周波数ｆs が第１の水平ＣＣＤレ
ジスタ１４の駆動周波数２ｆs の１／２に設定されてい
ることから、第２の水平ＣＣＤレジスタ１７に先に転送
された１画素分の信号電荷が電荷検出部１６に転送され
る前に次の１画素分の信号電荷が転送されるため、第２
の水平ＣＣＤレジスタ１７で高感度画素１１と低感度画
素１２の各信号電荷が混合される。
【００２２】この混合された信号電荷は、電荷検出部１
６のフローティング・ディフュージョン容量に転送さ
れ、ここで電気信号に変換されてＣＣＤ出力となる。図
６に、第１の水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動パルス、第
２の水平ＣＣＤレジスタ１７の水平駆動パルス、電荷検
出部１６のリセットゲートパルスおよびＣＣＤ出力波形
のタイミング関係を示す。
６のフローティング・ディフュージョン容量に転送さ
れ、ここで電気信号に変換されてＣＣＤ出力となる。図
６に、第１の水平ＣＣＤレジスタ１４の駆動パルス、第
２の水平ＣＣＤレジスタ１７の水平駆動パルス、電荷検
出部１６のリセットゲートパルスおよびＣＣＤ出力波形
のタイミング関係を示す。
【００２３】上述したように、第２の実施形態に係るＣ
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに第１の水平ＣＣＤレジスタ１４にて転送した後、高
感度画素１１の信号電荷に対してリミッタを掛け、しか
る後高感度画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号
電荷とを第２の水平ＣＣＤレジスタ１７で混合するよう
にしたことにより、第１の実施形態の場合と同様に、高
感度画素１１の各信号電荷に対して共通のリミッタ１５
でリミッタが掛けられるので、画像に固定パターンのム
ラが発生するのを抑制できることに加え、図６のタイミ
ング波形図から明らかなように、ＣＣＤ出力波形のサン
プリング期間を広く設定できるという効果もある。
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに第１の水平ＣＣＤレジスタ１４にて転送した後、高
感度画素１１の信号電荷に対してリミッタを掛け、しか
る後高感度画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号
電荷とを第２の水平ＣＣＤレジスタ１７で混合するよう
にしたことにより、第１の実施形態の場合と同様に、高
感度画素１１の各信号電荷に対して共通のリミッタ１５
でリミッタが掛けられるので、画像に固定パターンのム
ラが発生するのを抑制できることに加え、図６のタイミ
ング波形図から明らかなように、ＣＣＤ出力波形のサン
プリング期間を広く設定できるという効果もある。
【００２４】図７は、本発明の第３の実施形態を示す構
成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付し
て示している。この第３の実施形態では、電荷検出部１
６の駆動タイミングを変更し、電荷検出部１６のフロー
ティング・ディフュージョンで先ず高感度画素１１の信
号電荷にリミッタを掛け、しかる後高感度画素１１と低
感度画素１２の各信号電荷を混合する構成となってい
る。
成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付し
て示している。この第３の実施形態では、電荷検出部１
６の駆動タイミングを変更し、電荷検出部１６のフロー
ティング・ディフュージョンで先ず高感度画素１１の信
号電荷にリミッタを掛け、しかる後高感度画素１１と低
感度画素１２の各信号電荷を混合する構成となってい
る。
【００２５】すなわち、図８から明らかなように、水平
ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs に対して電荷検
出部１６の駆動周波数ｆs を１／２に設定するととも
に、リセットゲートパルスを３値にする。そして、この
リセットゲートパルスの最高値（以下、“Ｈ”レベルと
称する）と最小値（以下、“Ｌ”レベルと称する）でリ
セットゲートをそれぞれＯＮ，ＯＦＦし、その中間値
（以下、“Ｍ”レベルと称する）については高感度画素
１１の飽和した信号電荷をクリップできるように設定す
るものとする。
ＣＣＤレジスタ１４の駆動周波数２ｆs に対して電荷検
出部１６の駆動周波数ｆs を１／２に設定するととも
に、リセットゲートパルスを３値にする。そして、この
リセットゲートパルスの最高値（以下、“Ｈ”レベルと
称する）と最小値（以下、“Ｌ”レベルと称する）でリ
セットゲートをそれぞれＯＮ，ＯＦＦし、その中間値
（以下、“Ｍ”レベルと称する）については高感度画素
１１の飽和した信号電荷をクリップできるように設定す
るものとする。
【００２６】上記構成の第３の実施形態に係るＣＣＤ固
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、第１の実施
形態の場合と同様に、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出
され、この垂直ＣＣＤレジスタ１３から第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１４に順に転送される。そして、高感度画素
１１と低感度画素１２の各信号電荷が第１の水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号として出力側に転送さ
れ、電荷検出部１６に供給される。
体撮像装置において、高感度画素１１および低感度画素
１２で光電変換されて得られる信号電荷は、第１の実施
形態の場合と同様に、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出
され、この垂直ＣＣＤレジスタ１３から第１の水平ＣＣ
Ｄレジスタ１４に順に転送される。そして、高感度画素
１１と低感度画素１２の各信号電荷が第１の水平ＣＣＤ
レジスタ１４によって点順次信号として出力側に転送さ
れ、電荷検出部１６に供給される。
【００２７】一方、電荷検出部１６においては、リセッ
トゲートパルスを“Ｈ”レベルから“Ｍ”レベルにする
ことで、フローティング・ディフュージョン容量のリセ
ットが終了する。この後、水平ＣＣＤレジスタ１４から
高感度画素１１の信号電荷をフローティング・ディフュ
ージョン容量に転送する。このとき、リセットゲートは
“Ｍ”レベルのため、信号電荷が過大なときにはフロー
ティング・ディフュージョン容量からリセットゲートを
通してリセットドレインに排出されるため、信号電荷は
クリップされる。
トゲートパルスを“Ｈ”レベルから“Ｍ”レベルにする
ことで、フローティング・ディフュージョン容量のリセ
ットが終了する。この後、水平ＣＣＤレジスタ１４から
高感度画素１１の信号電荷をフローティング・ディフュ
ージョン容量に転送する。このとき、リセットゲートは
“Ｍ”レベルのため、信号電荷が過大なときにはフロー
ティング・ディフュージョン容量からリセットゲートを
通してリセットドレインに排出されるため、信号電荷は
クリップされる。
【００２８】その後、高感度画素１１の信号電荷をフロ
ーティング・ディフュージョン容量に保持したまま、リ
セットゲートを“Ｌ”レベルにし、電荷検出部１６のダ
イナミックレンジを十分確保してから、水平ＣＣＤレジ
スタ１４からフローティング・ディフュージョン容量に
低感度画素１２の信号電荷を転送する。その結果、図８
中のＣＣＤ出力波形に示したように、クリップした高感
度画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号電荷とが
フローティング・ディフュージョン容量で混合される。
ーティング・ディフュージョン容量に保持したまま、リ
セットゲートを“Ｌ”レベルにし、電荷検出部１６のダ
イナミックレンジを十分確保してから、水平ＣＣＤレジ
スタ１４からフローティング・ディフュージョン容量に
低感度画素１２の信号電荷を転送する。その結果、図８
中のＣＣＤ出力波形に示したように、クリップした高感
度画素１１の信号電荷と低感度画素１２の信号電荷とが
フローティング・ディフュージョン容量で混合される。
【００２９】上述したように、第３の実施形態に係るＣ
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、先ず高感度
画素１１の信号電荷を電荷検出部１６のフローティング
・ディフュージョン容量に転送してリミッタを掛け、次
いで低感度画素１２の信号電荷を転送して高感度画素１
１の信号電荷と混合するようにしたことにより、電荷検
出部１６において高感度画素１１の各信号電荷に対して
共通のクリップレベルでリミッタが掛けられるので、画
像に固定パターンのムラが発生するのを抑制できる。
ＣＤ固体撮像装置においては、高感度画素１１の信号電
荷と低感度画素１２の信号電荷とを点順次信号になるよ
うに水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、先ず高感度
画素１１の信号電荷を電荷検出部１６のフローティング
・ディフュージョン容量に転送してリミッタを掛け、次
いで低感度画素１２の信号電荷を転送して高感度画素１
１の信号電荷と混合するようにしたことにより、電荷検
出部１６において高感度画素１１の各信号電荷に対して
共通のクリップレベルでリミッタが掛けられるので、画
像に固定パターンのムラが発生するのを抑制できる。
【００３０】さらに、第１，第２の実施形態の場合のよ
うに、特別にリミッタ１５を設けるなど、構造的な変更
を加える必要がなく、電荷検出部１６の駆動タイミング
を若干変更し、既存の全画素読み出し方式のＣＣＤ固体
撮像装置の構造に、画素の感度を２種類設定するという
僅かな変更を施すだけで、所期の目的を達成できるとい
う効果もある。
うに、特別にリミッタ１５を設けるなど、構造的な変更
を加える必要がなく、電荷検出部１６の駆動タイミング
を若干変更し、既存の全画素読み出し方式のＣＣＤ固体
撮像装置の構造に、画素の感度を２種類設定するという
僅かな変更を施すだけで、所期の目的を達成できるとい
う効果もある。
【００３１】なお、上記各実施形態では、感度の異なる
２種類の画素の配列を縦ストライプ状としたが、これに
限定されるものではなく、水平ＣＣＤレジスタ１４に転
送された段階で高感度画素１１の信号電荷と低感度画素
１２の信号電荷とが点順次信号となっていれば良い。し
たがって、図９に示すように、高感度画素１１と低感度
画素１２とが市松模様に配列された構成のＣＣＤ固体撮
像装置や、図１０に示すように、高感度画素１１と低感
度画素１２とが横ストライプ状に配列された構成のＣＣ
Ｄ固体撮像装置が、他の例として挙げられる。
２種類の画素の配列を縦ストライプ状としたが、これに
限定されるものではなく、水平ＣＣＤレジスタ１４に転
送された段階で高感度画素１１の信号電荷と低感度画素
１２の信号電荷とが点順次信号となっていれば良い。し
たがって、図９に示すように、高感度画素１１と低感度
画素１２とが市松模様に配列された構成のＣＣＤ固体撮
像装置や、図１０に示すように、高感度画素１１と低感
度画素１２とが横ストライプ状に配列された構成のＣＣ
Ｄ固体撮像装置が、他の例として挙げられる。
【００３２】図９に示す市松配列の場合には、垂直ＣＣ
Ｄレジスタ１３に読み出した高感度画素１１および低感
度画素１２の各信号電荷を、そのまま順に１行（１ライ
ン）ずつ水平ＣＣＤレジスタ１４に転送することで、水
平ＣＣＤレジスタ１４には高感度画素１１の信号電荷と
低感度画素１２の信号電荷とが交互に配置され、点順次
信号となる。一方、図１０の横ストライプ配列の場合に
は、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出した高感度画素１
１および低感度画素１２の各信号電荷を、先ず１行（１
ライン）分だけ水平ＣＣＤレジスタ１４に転送し、次い
でこの水平ＣＣＤレジスタ１４を１ビットだけシフト
し、しかる後次の１行分の信号電荷を水平ＣＣＤレジス
タ１４に転送することで、点順次信号となる。
Ｄレジスタ１３に読み出した高感度画素１１および低感
度画素１２の各信号電荷を、そのまま順に１行（１ライ
ン）ずつ水平ＣＣＤレジスタ１４に転送することで、水
平ＣＣＤレジスタ１４には高感度画素１１の信号電荷と
低感度画素１２の信号電荷とが交互に配置され、点順次
信号となる。一方、図１０の横ストライプ配列の場合に
は、垂直ＣＣＤレジスタ１３に読み出した高感度画素１
１および低感度画素１２の各信号電荷を、先ず１行（１
ライン）分だけ水平ＣＣＤレジスタ１４に転送し、次い
でこの水平ＣＣＤレジスタ１４を１ビットだけシフト
し、しかる後次の１行分の信号電荷を水平ＣＣＤレジス
タ１４に転送することで、点順次信号となる。
【００３３】また、上記各実施形態においては、各画素
の信号電荷に対して独立のパケットを持つ全画素読み出
し方式ＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明
したが、例えば、図１１に示すように、２つの高感度画
素と２つの低感度画素の計４画素の信号電荷を混合する
場合には、２画素の信号電荷に対して１パケットの構造
のＣＣＤ固体撮像装置にも、本発明が適用できることは
明らかである。
の信号電荷に対して独立のパケットを持つ全画素読み出
し方式ＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合について説明
したが、例えば、図１１に示すように、２つの高感度画
素と２つの低感度画素の計４画素の信号電荷を混合する
場合には、２画素の信号電荷に対して１パケットの構造
のＣＣＤ固体撮像装置にも、本発明が適用できることは
明らかである。
【００３４】さらに、上記各実施形態では、各画素の感
度を異ならしめることによって画素単位で感度の異なる
信号電荷を得るとしたが、単一の画素において、信号電
荷の蓄積時間を変えることによって感度の異なる信号電
荷を得ることも可能であり、このようなＣＣＤ固体撮像
装置に対しても本発明は適用可能である。
度を異ならしめることによって画素単位で感度の異なる
信号電荷を得るとしたが、単一の画素において、信号電
荷の蓄積時間を変えることによって感度の異なる信号電
荷を得ることも可能であり、このようなＣＣＤ固体撮像
装置に対しても本発明は適用可能である。
【００３５】またさらに、上記各実施形態においては、
感度の異なる画素として高感度画素１１と低感度画素１
２とを設けたが、この２種類に限定されるものではな
い。なお、感度を３種類以上に設定した場合には、各画
素の信号電荷を水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、
少なくとも最小感度の画素以外の画素の信号電荷にリミ
ッタを掛けてから、各感度の画素の信号電荷を混合する
ようにすれば良い。
感度の異なる画素として高感度画素１１と低感度画素１
２とを設けたが、この２種類に限定されるものではな
い。なお、感度を３種類以上に設定した場合には、各画
素の信号電荷を水平ＣＣＤレジスタ１４に転送した後、
少なくとも最小感度の画素以外の画素の信号電荷にリミ
ッタを掛けてから、各感度の画素の信号電荷を混合する
ようにすれば良い。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
感度の異なる２種類以上の信号電荷を得ることが可能な
広ダイナミックレンジの固体撮像装置において、撮像部
から移送された感度の異なる信号電荷を点順次信号にな
るように転送し、少なくとも最小感度の信号電荷以外の
信号電荷を単一のリミッタでクリップした後、このクリ
ップされた信号電荷と他の感度の信号電荷とを混合する
ようにしたことにより、高感度画素が飽和するような入
射光量の場合、飽和する各信号電荷が共通のリミッタで
クリップされるので、画像に固定パターンのムラが発生
させることなく、折れ線近似特性をデバイス内で得るこ
とが可能となる。
感度の異なる２種類以上の信号電荷を得ることが可能な
広ダイナミックレンジの固体撮像装置において、撮像部
から移送された感度の異なる信号電荷を点順次信号にな
るように転送し、少なくとも最小感度の信号電荷以外の
信号電荷を単一のリミッタでクリップした後、このクリ
ップされた信号電荷と他の感度の信号電荷とを混合する
ようにしたことにより、高感度画素が飽和するような入
射光量の場合、飽和する各信号電荷が共通のリミッタで
クリップされるので、画像に固定パターンのムラが発生
させることなく、折れ線近似特性をデバイス内で得るこ
とが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】リミッタの構成の一例を示す断面図である。
【図３】リミッタの構成の他の例を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態の動作説明のためのタイミング
波形図である。
波形図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す構成図である。
【図６】第２の実施形態の動作説明のためのタイミング
波形図である。
波形図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す構成図である。
【図８】第３の実施形態の動作説明のためのタイミング
波形図である。
波形図である。
【図９】画素配列の他の例を示す構成図である。
【図１０】画素配列のさらに他の例を示す構成図であ
る。
る。
【図１１】２画素に対して１パケット構造のＣＣＤ固体
撮像装置の構成図である。
撮像装置の構成図である。
【図１２】従来例を示す構成図である。
【図１３】折れ線近似の入出力特性図である。
【図１４】オフセットが生じたときの入出力特性図であ
る。
る。
１０ 撮像部 １１ 高感度画素 １２ 低感度画素 １３ 垂直ＣＣＤレジスタ １４ 水平ＣＣＤレジスタ（第１の水平ＣＣＤレジス
タ） １５ リミッタ １６ 電荷検出部 １７ 第２の水平ＣＣＤレジスタ ２２ 水平ＣＣＤチャネル ２４ 水平ＣＣＤゲート電極 ２５ オーバーフローバリア
タ） １５ リミッタ １６ 電荷検出部 １７ 第２の水平ＣＣＤレジスタ ２２ 水平ＣＣＤチャネル ２４ 水平ＣＣＤゲート電極 ２５ オーバーフローバリア
Claims (4)
- 【請求項１】 感度の異なるｎ（ｎは２以上の整数）種
類の信号電荷を得る撮像部と、 前記撮像部から移送された感度の異なる信号電荷を点順
次信号として転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部によって転送された信号電荷のうち、少
なくとも最小感度の信号電荷以外の信号電荷をクリップ
する単一のリミッタと、 前記リミッタでクリップされた信号電荷と他の感度の信
号電荷とを混合する電荷混合部とを備えたことを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記リミッタは、前記電荷転送部内にお
いて信号電荷をクリップするように設けられており、 前記電荷混合部は、前記電荷転送部から転送された信号
電荷を電気信号に変換する電荷検出部であり、その駆動
周波数が前記電荷転送部の駆動周波数の１／ｎに設定さ
れていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。 - 【請求項３】 前記リミッタは、前記電荷転送部内にお
いて信号電荷をクリップするように設けられており、 前記電荷混合部は、前記電荷転送部の出力端に連続して
設けられた第２の電荷転送部であり、その駆動周波数が
前記電荷転送部の駆動周波数の１／ｎに設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記リミッタおよび前記電荷混合部は、
前記電荷転送部から転送された信号電荷を電気信号に変
換するフローティング・ディフュージョン・アンプから
なる電荷検出部であり、その駆動周波数が前記電荷転送
部の駆動周波数の１／ｎに設定されているとともに、リ
セットゲートパルスが３値をとり、 前記電荷転送部からフローティング・ディフュージョン
容量に転送された高感度側の信号電荷をクリップし、そ
の後前記電荷転送部からフローティング・ディフュージ
ョン容量に転送される少なくとも最小感度の信号電荷と
混合することを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7266587A JPH09116815A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7266587A JPH09116815A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09116815A true JPH09116815A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17432886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7266587A Pending JPH09116815A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09116815A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11234575A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JPH11266401A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-09-28 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
| US7019274B2 (en) | 2002-12-09 | 2006-03-28 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid state image pickup device with wide dynamic range |
| JP2006174404A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-29 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子および固体撮像装置 |
| WO2008029568A1 (fr) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Panasonic Corporation | Dispositif d'imagerie, procédé d'imagerie et programme de photographie |
| US7655892B2 (en) | 2004-03-29 | 2010-02-02 | Fujifilm Corporation | Solid-state imaging device, and method of driving solid-state imaging device |
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| US7852394B2 (en) | 2006-07-11 | 2010-12-14 | Panasonic Corporation | Driving method for solid-state imaging device and solid-state imaging device |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP7266587A patent/JPH09116815A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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