TWI431764B - 光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法 - Google Patents

光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI431764B
TWI431764B TW095112432A TW95112432A TWI431764B TW I431764 B TWI431764 B TW I431764B TW 095112432 A TW095112432 A TW 095112432A TW 95112432 A TW95112432 A TW 95112432A TW I431764 B TWI431764 B TW I431764B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
transistor
storage
signal
storage capacitor
photodiode
Prior art date
Application number
TW095112432A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200703630A (en
Inventor
Shigetoshi Sugawa
Nana Akahane
Original Assignee
Univ Tohoku
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2005111071A external-priority patent/JP5066704B2/ja
Application filed by Univ Tohoku filed Critical Univ Tohoku
Publication of TW200703630A publication Critical patent/TW200703630A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI431764B publication Critical patent/TWI431764B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654—Blooming suppression
    • H01L27/14656—Overflow drain structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法
本發明係有關於光感測器、固體攝像裝置等光裝置及其作動方法，尤有關於CMOS型或CCD型之二維或一維固體攝像裝置及該固體攝像裝置之作動方法。
CMOS(互補性氧化金屬半導體，ComplementaryMetal－Oxide－Semiconductor)影像感應器或CCD(電荷耦合器，Charge Coupled Device)影像感應器等影像感應器，隨著性能提升，廣泛使用於數位攝像機、附攝像機行動電話、掃描器等用途。
上述影像感應器被要求特性要更加提升，其中之一為動態範圍的增廣。以往所使用影像感應器之動態範圍限制於例如3~4位數(60~80dB)左右，希望能實現具有與肉眼或銀鹽膜匹敵之5~6位數(100~120dB)以上之動態範圍之高畫質影像感應器。
就使上述影像感應器之畫質特性提升之技術而言，例如於非專利文獻1等，開發了一種技術，其為了達成高感度及高S/N比，分別讀取在與各畫素之光二極體相鄰接之浮動擴散放大器所產生之雜訊信號及在該雜訊信號上加上光信號而成之信號，取兩者之差值，以壓抑雜訊。
但是該方法之動態範圍仍在80dB左右以下，吾人希望有較該等更廣的動態範圍。
例如，於專利文獻1，揭示了一種增廣動態範圍的技術，如圖19所示，係藉由在光二極體PD連接高感度低照度側之小電容C1之浮動擴散放大器與低感度高照度側之大電容C2之浮動擴散放大器，而各輸出低照度側之輸出OUT1及高照度側輸出OUT2而使廣動態範圍化。
又，於專利文獻2揭示一種廣動態範圍化之技術，如圖20所示，係使浮動擴散放大器FD之電容CS成為可變的。此外，有人揭示廣動態範圍之技術，係進行以短曝光時間來對應高照度側之攝像及以長曝光時間來對應低照度之攝像，藉著分割為互不相同之2次以上曝光時間來實現廣動態範圍化。
又，於專利文獻3及非專利文獻2，揭示廣動態範圍化之技術，如圖21所示，係於光二極體PD及電容C之間設置電晶體開關T，於第1次曝光期間導通開關T，將光信號電荷儲存於光二極體PD及電容C兩者，於第2次之曝光時間，斷開開關T，而於前者儲存電荷之外，以光二極體PD儲存光電荷。於該例之中，當有超過飽和的光照射的情形，過剩電荷會經由重置電晶體R而排出。
又，於專利文獻4揭示一種技術，如圖22所示，係藉由使用較以往為大的電容C作為光二極體PD，而使能對應高照度攝像。
又，非專利文獻3揭示一種廣動態範圍化之技術，如圖23所示，係藉由：將來自光二極體PD之光電流信號利用由MOS電晶體組合而構成之對數轉換電路，一面進行對數轉換一面儲存及輸出。
專利文獻1：日本特開2003－134396號公報專利文獻2：日本特開2000－165754號公報專利文獻3：日本特開2002－77737號公報專利文獻4：日本特開平5－90556號公報
非專利文獻1：S.Inoue et a1.,IEEE Workshop on CCDs and Advanced Image Sensor 2001,pp.16－19.非專利文獻2：Y.Muramatsu et al.,IEEE Journal of Solid－state Circuits,Vol.38,No.1,2003.非專利文獻3：映像情報媒體學會誌，Vol.57,2003.
然而，上述專利文獻1、2、3及非專利文獻2所記載之方法或以相異2次以上之曝光時間進行攝像之方法，由於低照度之攝像與高照度側之攝像是於不同的時刻之中進行，會有攝像時間偏離並損失動畫攝像畫質之問題發生。
又，上述專利文獻4及專利文獻3記載之方法，能以對應高照度側攝像之方式達成廣動態範圍，但是關於低照度側之攝像，會變成低感度、低S/N比，發生有損畫質的問題。
如上所述，於CMOS影像感應器等影像感應器之中，要維持於高感度、高S/N比之狀態達成廣動態範圍化是困難的。又，上述情形不限於以二維陣列配置畫素之影像感應器，畫素以一維配置之線形感應器或不具多數畫素之光感測器也是同樣的。
本發明有鑑於上述狀況而生，本發明之目的為提供能於維持高感度、高S/N比之狀態達成廣動態範圍化之固體攝像元件及其作動方法。
本發明態樣之光感測器之特徵為包含：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，連接於前述光二極體並傳導前述光電荷；多數儲存電容元件，於儲存動作時經由前述傳導電晶體將自前述光二極體溢出之光電荷加以儲存。
本發明態樣之固體攝像裝置之特徵為：將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，連接於前述光二極體並傳導前述光電荷；多數儲存電容元件，於儲存動作時經由前述傳導電晶體將自前述光二極體溢出之光電荷加以儲存。
本發明態樣之固體攝像裝置之特徵為：將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，連接於前述光二極體並傳導前述光電荷；儲存電容元件群，至少包含於儲存動作時經由前述傳導電晶體將自前述光二極體溢出之光電荷依序加以儲存之第1及第2儲存電容元件構成之多數儲存電容元件。
本發明態樣之固體攝像裝置之特徵為：將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導閘，連接於前述光二極體並傳導前述光電荷；第1儲存閘，連接於前述傳導閘；第1儲存電容元件，於儲存動作時經由前述傳導閘及前述第1儲存閘，將由前述光二極體溢出之光電荷加以儲存；第2儲存電容元件，經由第2儲存閘連接於前述第1儲存電容元件。
上述本發明之固體攝像裝置較佳為：前述多數儲存電容元件彼此經由儲存閘裝置而連接。
上述本發明之固體攝像裝置較佳為：前述畫素尚具有浮動區域，前述光電荷經由前述傳導電晶體而傳導至該浮動區域。
上述本發明之固體攝像裝置較佳為：前述畫素尚具有浮動區域，前述光電荷經由前述傳導閘而傳導至該浮動區域。
上述本發明之固體攝像裝置較佳為：前述第2儲存電容元件具有較前述第1儲存電容元件為大之電容。
上述本發明之固體攝像裝置，前述多數儲存電容元件可全部具有相同的電容。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為尚包含：重置電晶體，與前述浮動區域或前述第1及第2儲存電容元件之至少之一連接，用以排出前述第1及第2儲存電容元件及前述浮動區域內之信號電荷；放大電晶體，用以將前述浮動區域之信號電荷或前述浮動區域與前述第1及第2儲存電容元件中至少之一的信號電荷以電壓之形式讀取；選擇電晶體，與前述放大電晶體連接，用以選擇前述畫素。
上述本發明之固體攝像裝置較佳為尚具有雜訊取消裝置，其取得以下電壓信號的差值：第一電壓信號，由前述浮動區域、前述第1儲存電容元件及前述第2儲存電容元件中之一或多數得到；及第二電壓信號，由自前述光二極體之前述光電荷傳導於前述浮動區域，且將前述第1儲存閘及前述第2儲存閘中至少其一導通，而由傳導於前述浮動區域、前述第1儲存電容元件及前述第2儲存電容元件之一或多數之光電荷得到。
又，本發明另一態樣之固體攝像裝置之特徵為將至少具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，與前述光二極體連接，傳導前述光電荷；浮動區域，經由前述傳導電晶體而傳導前述光電荷；第1儲存電晶體，與前述傳導電晶體連接；第1儲存電容元件，於儲存動作時將前述光二極體溢出之光電荷通過前述傳導電晶體及前述第1儲存電晶體而儲存；第2儲存電晶體，傳導前述第1儲存電容元件溢出之光電荷；第2儲存電容元件，將前述第1儲存電容元件溢出之光電荷通過前述第2儲存電晶體而儲存。
又，本發明又另一態樣之固體攝像裝置之作動方法之特徵為具有下列步驟：於電荷儲存前，將前述第1及第2儲存電晶體導通，使前述浮動區域及前述第1及第2儲存電容元件內之光電荷排出；將前述光二極體產生之光電荷之中飽和前電荷儲存於前述光二極體，並將由前述光二極體溢出之過飽和電荷儲存於前述浮動區域及前述第1儲存電容元件之中；將前述第1儲存電晶體斷開，而排出前述浮動區域內之光電荷；將前述傳導電晶體導通，使前述飽和前電荷傳導至前述浮動區域，並讀取顯示前述飽和前電荷之電壓信號的飽和前信號；將前述第1儲存電晶體導通，讀取顯示前述飽和前電荷及由前述光二極體溢出之前述過飽和電荷之合計電壓信號的第1過飽和信號；將前述第2儲存電晶體導通，讀取顯示前述飽和前電荷及由前述光二極體溢出之前述過飽和電荷與自前述第1儲存電容元件溢出之過飽和電荷合計電壓信號之第2過飽和信號。
上述本發明之固體攝像裝置之作動方法，較佳為：尚包含輸出信號選擇步驟：將前述飽和前信號、前述第1過飽和信號及前述第2過飽和信號之中至少任一者與既定之基準電壓比較而選擇。
上述本發明之固體攝像裝置之作動方法，較佳為：前述輸出信號選擇步驟於前述飽和前信號較第1基準電壓為大之情形，選擇前述第1過飽和信號作為輸出信號，於前述第1過飽和信號較第2基準電壓為大之情形，選擇前述第2過飽和信號作為輸出信號。
又，本發明另一態樣之光感測器，其特徵在於具有下列元件：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，與前述光二極體連接，傳導前述光電荷；溢流閘，與前述光二極體連接；多數儲存電容元件，經由前述溢流閘進行儲存動作時，將自前述光二極體溢出之光電荷加以儲存。
又，本發明另一態樣之固體攝像裝置，其特徵在於：係將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，與前述光二極體連接，傳導前述光電荷；溢流閘，與前述光二極體連接；多數儲存電容元件，經由前述溢流閘進行儲存動作時，將自前述光二極體溢出之光電荷加以儲存。
本發明另一態樣之固體攝像裝置，其特徵在於係將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，與前述光二極體連接，傳導前述光電荷；溢流閘，與前述光二極體連接；儲存電容元件群，由至少包含經由前述溢流閘進行儲存動作時，將自前述光二極體溢出之光電荷加以依序儲存之第1及第2儲存電容元件之多數儲存電容元件構成。
本發明另一態樣之固體攝像裝置，其特徵在於係將具有下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導閘，與前述光二極體連接，傳導前述光電荷；溢流閘，與前述光二極體連接，將於儲存動作時自前述光二極體溢出之光電荷加以傳導；第1儲存閘，前述溢流閘連接；第1儲存電容元件，於經由前述溢流閘進行儲存動作時，將自前述光二極體溢出之光電荷加以儲存；第2儲存閘，與前述第1儲存電容元件連接；及第2儲存電容元件，經由前述第2儲存閘而連接於前述第1儲存電容元件。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述溢流閘由MOS型電晶體或接合型電晶體構成。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述多數儲存電容元件彼此經由儲存電晶體而連接。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述畫素尚具有浮動區域，前述光電荷經由前述傳導電晶體而傳導至該浮動區域。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述畫素尚具有浮動區域，前述光電荷經由前述傳導閘而傳導至該浮動區域。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述第2儲存電容元件具有前述第1儲存電容元件為大的電容。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為：前述多數儲存電容元件全部具有相同容量。
上述本發明之固體攝像裝置，較佳為尚具有：重置電晶體，與前述浮動區域或前述第1及第2儲存電容元件中至少之一連接，用以排出前述第1及第2儲存電容元件及前述浮動區域內之信號電荷；放大電晶體，用以將前述浮動區域之信號電荷或前述浮動區域與前述第1及第2儲存電容元件中至少之一的信號電荷以電壓的形式讀取；選擇電晶體，與前述放大電晶體連接，用以選擇前述畫素。
本發明另一態樣之固體攝像裝置其特徵在於：將具有至少下列元件之多數個畫素整合成一維或二維陣列狀：光二極體，接收光而產生光電荷；傳導電晶體，連接於前述光二極體，傳導前述光電荷；浮動區域，經由前述傳導電晶體而傳導前述光電荷；溢流閘，與前述光二極體連接；第1儲存電容元件，於儲存動作時將自前述光二極體溢出之光電荷經由前述溢流閘加以儲存；第1儲存電晶體，傳導自前述第1儲存電容元件溢出之光電荷；第2儲存電容元件，將自前述第1儲存電容元件溢出之光電荷經由前述第1儲存電晶體加以儲存；第2儲存電晶體，連接於前述浮動區域與第1儲存電容元件之間。
又，本發明另一態樣之固體攝像裝置之作動方法，包含下列步驟：於電荷儲存前，將前述第1儲存電晶體及前述第2儲存電晶體導通，而排出前述浮動區域及前述第1及第2儲存電容元件內之光電荷；將前述光二極體產生光電荷之中飽和前電荷儲存於前述光二極體，並將由前述光二極體溢出之過飽和電荷經由前述溢流閘而儲存於前述第1儲存電容元件之中；將前述傳導電晶體導通而將前述飽和前電荷傳導至前述浮動區域，並讀取顯示前述飽和前電荷之電壓信號之飽和前信號；將前述第2儲存電晶體導通，而讀取顯示前述飽和前電荷與自前述光二極體溢出之前述過飽和電荷合計之電壓信號的第1過飽和信號；將前述第1儲存電晶體導通，讀取顯示前述飽和前電荷與自前述光二極體溢出之前述過飽和電荷與前述第1儲存電容元件溢出之過飽和電荷合計之電壓信號的第2過飽和信號。
上述本發明之固體攝像裝置之作動方法，較佳為：尚具有輸出信號選擇步驟，係將前述飽和前信號、前述第1過飽和信號及前述第2過飽和信號中至少之一與既定之基準電壓比較而選擇。
上述本發明之固體攝像裝置之作動方法，較佳為：前述輸出信號選擇步驟，於前述飽和前信號較第1基準電壓為大之情形，選擇前述第1過飽和信號作為輸出信號，於前述第1過飽和信號較第2基準電壓為大之情形，選擇前述第2過飽和信號作為輸出信號。
依照本發明之固體攝像裝置，於接收光而產生及儲存光電荷之光二極體進行之低照度攝像之中，維持高感度、高S/N比，並藉由在多數儲存電容儲存自光二極體溢出之光電荷，於高照度進行攝像，而能達到廣動態範圍化。
以下對於本發明固體攝像裝置之實施形態，參照圖式加以說明。
(第1實施形態)
圖1顯示本實施例之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖，圖2顯示概略剖面圖，圖3顯示概略平面圖。
各畫素由下列元件構成：光二極體PD1，接收光而產生光電荷；傳導電晶體T2，與光二極體PD1鄰接而設置，傳導光電荷；浮動擴散放大器FD3，經由傳導電晶體T2而與光二極體PD1連接設置；第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5，將曝光儲存動作時自前述光二極體PD1溢出之光電荷通過傳導電晶體T2而加以儲存；重置電晶體R6，與第1儲存電容CSa4連接而形成，用以排出第1儲存電容CSa4、第2儲存電容CSb5及浮動擴散放大器FD3內之信號電荷；第1儲存電晶體Ca7，設於浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4之間；第2儲存電晶體Cb8，設於第1儲存電容CSa4與第2儲存電容CSb5之間；放大電晶體SF9，用以將浮動擴散放大器FD3之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5之信號電荷以電壓的形式讀取；選擇電晶體X10，與放大電晶體連接而設置，用以選擇前述畫素或畫素方塊。
本實施形態之固體攝像裝置中，上述構成之畫素以二維或一維陣列狀整合多數個，各畫素之中，於傳導電晶體T2、第1儲存電晶體Ca7、第2儲存電晶體Cb8、重置電晶體R6之閘電極，連接有ψ T11、ψ Ca12、ψ Cb13、ψ R14各驅動線，又，於選擇電晶體X10之閘電極，連接有行移動暫存器所驅動之畫素選擇線ψ X15，又，於選擇電晶體X10之輸出側源極連接有輸出線OUT16，受列移動暫存器之控制而輸出。
圖2之中，例如於n型矽半導體基板(n－ssb)20形成有p型井(p－well)21，又，p型井21中形成有n型半導體區域22，於其表層形成有p＋型半導體區域23，藉由其pn接合構成電荷傳導埋入型的光二極體PD。如果光LT入射於在pn接合施加適當偏壓而產生之空乏層中，會由於光電效果產生光電荷。
於n型半導體區域22之端部，具有自p＋型半導體區域23突出而形成之區域，自該區域離開既定距離在p型井21之表層形成成為浮動擴散放大器FD之n＋型半導體區域24，自該區域離開既定距離又形成n＋型半導體區域25及n＋型半導體區域26。
在此，於n型半導體區域22及n＋型半導體區域24有關之區域，在p型井21上面經由氧化矽等構成之閘絶緣膜形成有多晶矽等構成的閘電極，以n型半導體區域22及n＋型半導體區域24作為源極．汲極，並在p型井21之表層形成具有通道形成區域之傳導電晶體T2。
又，於n＋型半導體區域24與n＋型半導體區域25有關之區域，在p型井21上面經由氧化矽等構成之閘絶緣膜形成有多晶矽等構成之閘電極，以n＋型半導體區域24及n＋型半導體區域25作為源極．汲極，並在p型井21之表層形成具有通道形成區域之儲存電晶體Ca。
再者，於n＋型半導體區域25與n＋型半導體區域26有關之區域，在p型井21上面經由氧化矽等構成之閘絶緣膜形成有多晶矽等構成之閘電極，以n＋型半導體區域25及n＋型半導體區域26作為源極．汲極，並在p型井21之表層形成具有通道形成區域之儲存電晶體Cb。在此，第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設為較傳導電晶體T之閾值電壓為低。
於圖3顯示，光二極體PD1之周圍形成有下列元件之區域：傳導電晶體T2、第1儲存電容CSa4、第2儲存電容CSb5、重置電晶體R6、第1儲存電晶體Ca7、第2儲存電晶體Cb8、放大電晶體SF9、選擇電晶體X10。浮動擴散放大器FD3未圖示，設置於傳導電晶體T2與第1儲存電容CSa4之附近。
圖4顯示本實施形態之固體攝像裝置之方塊圖。於二維配置之畫素陣列(30、31、32、33)之周邊部設置有行移動暫存器34、列移動暫存器35、信號及雜訊容納(hold)部36、輸出電路37。在此，為求簡單，顯示2畫素×2畫素之畫素陣列，但畫素數目不限於該等。
自各畫素依序讀出之信號成為：雜訊信號N1、及以FD進行電荷電壓轉換之飽和前之光信號＋雜訊信號(S1＋N1)、雜訊信號N2、以FD＋CSa進行電荷電壓轉換之飽和前與飽和後之相加的光信號＋雜訊信號(S1＋S2＋N2)、雜訊信號N3、以FD＋CSa＋CSb進行電荷電壓轉換之飽和前與飽和後之相加之光信號＋雜訊信號(S1＋S2＋S3＋N3)。以減法電路進行雜訊除去(S1＋N1)－N1、(S1＋S2＋N2)－N2、(S1＋S2＋S3＋N3)－N3之動作，將隨機雜訊成分及固定圖案雜訊成分兩者除去。如後述，對應於儲存開始緊接著讀出雜訊信號N1、N2、N3其中之一或多數之情形，將雜訊信號先保存於框(frame)記憶體後，以減法電路除去雜訊除去。以該方式，可得到雜訊除去之飽和前側信號S1及過飽和側信號S1＋S2、S1＋S2＋S3。
減法電路、框記憶體可形成於影像感應器晶片上，也可形成於另外的晶片。
以下對圖1~圖4說明之本實施形態固體攝像裝置之作動方法加以說明。圖5為本實施形態之固體攝像裝置之主要驅動時脈圖、圖6為自畫素之光二極體經過浮動擴散放大器FD、第1儲存電容到第2儲存電容部分之概略電位圖。
如果參照圖5及圖6，首先，於曝光儲存前，將第1儲存電晶體Ca及第1儲存電晶體Cb導通，設定傳導電晶體T、重置電晶體R為斷開。其次，將重置電晶體R、傳導電晶體T導通進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t0 )。此時，光二極體PD完全空乏化。其次，將重置電晶體R斷開後緊接著讀取進入之FD＋CSa＋CSb之重置雜訊作為N3(時刻t1 )。此時，雜訊信號N3中，放大電晶體SF之閾值電壓不均以固定圖案雜訊成分之方式被包含。
其次，如果將第2儲存電晶體Cb斷開，則儲存於FD＋CSa＋CSb之信號電荷會對應於FD＋CSa及CSb之電容比而分配。其中，分配於FD＋CSa之信號以N2之形式讀取(時刻t2 )。此時，N2中，放大電晶體SF之閾值電壓不均亦以固定圖案雜訊成分之方式被包含。儲存期間中(時刻t3 )，於第1儲存電晶體Ca導通、第2儲存電晶體Cb、重置電晶體R、選擇電晶體X斷開之狀態，光二極體PD飽和前之光電荷儲存於光二極體PD，又超過飽和時之過剩光電荷經由傳導電晶體T及第1儲存電晶體Ca重疊於N2，並儲存於浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa。再者，當有強光照射，超過光二極體PD及第1儲存電容CSa飽和之時之過剩光電荷也經由第2儲存電晶體Cb而儲存第2儲存電容CSb。由於第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設定為較傳導電晶體T之閾值電壓為低，因此浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa飽和時，過剩電荷不會返回光二極體PD側，而有效率地傳導到第2儲存電容CSb。藉由該作動，不捨棄過飽和狀態之中自光二極體PD溢出之電荷而加以有效活用。以該方式，於飽和前及過飽和後皆為每一畫素以相同的光二極體PD於相同期間內接收光，來進行儲存動作。
於儲存終了後(時刻t4 )將選擇電晶體X導通，之後，如果將第1儲存電晶體Ca斷開，則儲存在FD＋CSa之信號電荷會對應於浮動擴散放大器FD及儲存電容CSa之電容比而分配。其中，分配於浮動擴散放大器FD之信號被讀取為N1。此時，N1也包含放大電晶體SF之閾值電壓不均為固定圖案雜訊成分。其次，將傳導電晶體T導通，將儲存於光二極體PD之光信號電荷完全地傳導給浮動擴散放大器FD，與信號N1重疊，讀取信號為S1＋N1(時刻t5 )。其次，將第1儲存電晶體Ca亦導通(時刻t6 )，將FD之電荷與儲存於CSa之電荷混合，讀取信號為S1＋S2＋N2。其次，將第2儲存電晶體Cb也導通(時刻t7 )，將FD＋CSa之電荷與儲存於CSb之電荷混合，讀取信號為S1＋S2＋S3＋N3。
其次，將重置電晶體R導通，進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t8 )。藉由反複以上作動，本實施形態固體攝像元件進行作動。
動態範圍之放大率，若令FD之電容為CF D 、第1儲存電容CSa之電容為CC S a 、第2儲存電容CSb之電容為CC S b ，可簡單以(CF D ＋CC S a ＋CC S b )/CF D 表示。實際而言，以FD、FD＋CSa、FD＋CSa＋CSb之順序重置，重置電晶體R不易受到時脈饋入穿透(clock feed through)之影響，過飽和側信號S1＋S2之飽和電壓變得高於飽和前側信號S1之飽和電壓，且過飽和側信號S1＋S2＋S3之飽和信號也變得較高，因此，動態範圍放大為更高的比率。如果為了於維持高光二極體開口率之狀態，不放大畫素尺寸而有效地使動態範圍放大，要求能形成面積效率良好之大儲存量電容。
廣動態範圍信號之合成，藉由選擇雜訊除去之飽和前側信號S1、第1過飽和側信號(S1＋S2)、第2過飽和側信號(S1＋S2＋S3)其中任一信號而實現。圖7為表示S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之信號選擇狀態之概略光電轉換特性圖。S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之選擇係藉由將預設之S1與(S1＋S2)之切換基準電壓及S1之信號輸出電壓加以比較，及將(S1＋S2)與(S1＋S2＋S3)之切換基準電壓與(S1＋S2)之信號輸出電壓加以比較，來選擇S1或S1＋S2或S1＋S2＋S3任一信號而實現。
在此，S1與(S1＋S2)之切換基準電壓及(S1＋S2)與(S1＋S2＋S3)之切換基準電壓可為相同電壓。圖7之中，S1與(S1＋S2)之切換基準電壓及(S1＋S2)與(S1＋S2＋S3)之切換基準電壓以相同者表示。該切換基準電壓，以不使受到S1及S1＋S2之飽和電壓不均之影響之方式，將電壓設定為：使較S1飽和電壓及S1＋S2飽和電壓為低，且切換點之過飽和側信號S1＋S2(圖7中A點)及S1＋S2＋S3(圖7中B點)與雜訊除去後所殘留之雜訊信號(圖7中C點)之S/N比維持為高者即可。該S/N比，於固體攝像裝置所得到之畫像係以肉眼鑑賞之用途時，為了不觀察到輝度之不均，較佳為設定在40dB以上，更佳為43dB以上，又更佳為46dB以上。
在此，第1過飽和側信號S1＋S2可藉由在其增益乘以(CF D ＋CC S a )/CF D 比而與飽和前側信號S1之增益合併，又，第2過飽和側信號S1＋S2＋S3可於其增益乘以(CF D ＋CC S a ＋CC S b )/CF D 比而與飽和前側信號S1之增益合併。以該方式，可得到藉由將低照度至高照度以線信號選擇合成之廣動態範圍經過放大的影像信號。
由上述作動也可瞭解，由於本固體攝像裝置係將飽和前側與第1過飽和側之信號電荷混合成為第1過飽和側之信號S1＋S2，故S1＋S2之中，最低仍存在有接近飽和前側光信號S1之飽和的信號電荷，對於第1過飽和側之重置雜訊、暗電流等雜訊成分之容許度增高。同樣地，於第2過飽和側之信號S1＋S2＋S3，最低仍存在有接近第1過飽和側之信號S1＋S2之飽和的信號電荷，對於第2過飽和側之重置雜訊、暗電流等雜訊成分之容許度變高。利用對於第1過飽和側之信號S1＋S2及第2過飽和側之信號S1＋S2＋S3之雜訊容許度增高，並利用圖5所示次場域(field)之信號N3’或N2’，取得S1＋S2＋S3＋N3及N3’之差值((S1＋S2＋S3＋N3)－N3’)或S1＋S2＋N2與N2’之差值((S1＋S2＋N2)－N2’)，除去固定圖案雜訊成分，也可使即使在飽和前側與過飽和側信號之選擇切換點附近，仍可確保充分的S/N比。因此，不一定需要框記憶體。
如該方式，能於光二極體PD未飽和之低照度攝像之中，藉由使雜訊取消得到之飽和前電荷信號(S1)，維持高感度、高S/N比，且於光二極體PD已飽和之高照度攝像，將自光二極體溢出之光電荷以第1及第2儲存電容儲存並包容，並與上述同樣之方式，藉由將雜訊取消得到之信號(S1＋S2)及(S1＋S2＋S3)，可維持高S/N比，於高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
本實施形態之固體攝像裝置，如上所述，於不使低照度側之感度降低之狀態使高照度側之感度提高而謀求廣動態範圍化，此外，由於並不將通常使用之電源電壓範圍提高，因此，可對應於未來影像感應器之微細化。元件之追加可壓抑為極小，不會導致畫素尺寸放大。
再者，由於不像習知實現廣動態範圍化之影像感應器，將高照度側與低照度側的儲存時間分割，也就是說，不跨越框而在相同的儲存時間進行儲存，因此，即使進行動畫攝像，也不會使畫質劣化。
又，關於浮動擴散放大器FD之漏電流，本實施形態之影像感應器中，由於CF D ＋CC S a 之最小信號成為過飽和電荷＋來自光二極體PD之飽和電荷，又，CF D ＋CC S a ＋CC S b 之最小信號成為過飽和電荷＋來自光二極體PD之飽和電荷＋浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa之飽和電荷，可操作較FD漏出之電荷為大之電荷量，因此具有不易受到FD漏電流之影響的好處。
於上述實施形態，係使第2儲存電晶體Cb之閾值電壓較傳導電晶體T之閾值電壓為低，但也可為，使第2儲存電晶體Cb之閾值電壓與傳導電晶體T之閾值電壓為同程度，使儲存期間中第2儲存電晶體Cb之閘電位為正，而浮動擴散放大器FD及第1儲存電容Csa已飽和時，過剩電荷不返回光二極體PD側，而有效率地傳導至第2儲存電容CSb。
上述實施形態係使用2個儲存電容，但即使用3個以上儲存電容也可同樣地構成並使作動。使用3個以上儲存電容時亦為，使切換基準電壓以不受飽和電壓不均之影響之方式，設定成較飽和電壓為低，，且電壓設定為切換點之信號與雜訊比維持為S/N比高即可。藉由使用3個以上儲存電容，維持高S/N比，可實現於高照度側更加充分廣的動態範圍放大。又，多數儲存電容可以皆具有相同電容值，也可不同。較佳為：欲遠離浮動擴散放大器FD之儲存電容具有愈大的電容值。
(第2實施形態)
本實施形態係第1實施形態之本實施例之固體攝像裝置另一作動方法之實施形態。本實施形態之固體攝像裝置之構成與圖1至圖4所說明之第1實施形態之固體攝像裝置相同。但是，第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb之閾值電壓較傳導電晶體T之閾值電壓為低。
圖8為本實施形態之固體攝像裝置之主要驅動時脈圖，圖9為畫素自光二極體經過浮動擴散放大器FD、第1儲存電容到第2儲存電容之部分之概略電位圖。
首先，於曝光儲存前，將第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb設為導通，將傳導電晶體T、重置電晶體R設為斷開。其次，將重置電晶體R、傳導電晶體T導通，進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t0 ’)。此時，光二極體PD完全空乏化。
其次，將重置電晶體R斷開後緊接著進入的FD＋CSa＋CSb之重置雜訊讀取為N3(時刻t1 ’)。此時，雜訊信號N3中包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。其次，如果將第2儲存電晶體Cb斷開，則儲存在FD＋CSa＋CSb之信號電荷會對應於FD＋CSa與CSb之電容比被分配。其中，分配於FD＋CSa之信號讀取為N2(時刻t2 ’)。此時，N2也包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。
其次，如果將第1儲存電晶體Ca斷開，則儲存於FD＋CSa之信號電荷會對應於FD及CSa之電容比分配。其中，分配於FD之信號讀取為N1(時刻t3 ’)。此時，N1也包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。儲存期間中(時刻t4 ’)之中，於第1儲存電晶體Ca、第2儲存電晶體Cb、重置電晶體R、選擇電晶體X斷開之狀態，光二極體PD飽和前之光電荷儲存於光二極體PD，又，超過飽和時之過剩光電荷經由傳導電晶體T而重疊於N1，並儲存於浮動擴散放大器FD。當有更強光照射，超過光二極體PD及浮動擴散放大器FD之飽和時之過剩電荷經由第1儲存電晶體Ca而重疊於N2，並儲存於第1儲存電容CSa。再者，當有強光照射，超過光二極體PD及浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa飽和時之過剩光電荷經由第2儲存電晶體Cb也儲存於第2儲存電容CSb。由於第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設定為較傳導電晶體T之閾值電壓為低，因此，浮動擴散放大器FD飽和時，過剩電荷不返回PD側而有效率地傳導到第1儲存電容CSa，浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa飽和時，過剩電荷不返回光二極體PD側而有效率地傳導到第2儲存電容CSb。藉由該作動，不捨棄於過飽和狀態自光二極體PD溢出之電荷而有效活用。以該方式，飽和前及過飽和後皆為，每一畫素以相同光二極體PD於相同期間內接收光，而進行儲存動作。
儲存終了後，將選擇電晶體X、傳導電晶體T導通，將儲存於光二極體PD之光信號電荷完全地傳導至浮動擴散放大器FD並與信號N1重疊，將信號讀取為S1＋N1(時刻t5 ’)。其次，將第1儲存電晶體Ca也導通(時刻t6 ’)，與FD之電荷及儲存於CSa電荷混合，將信號讀取為S1＋S2＋N2。其次，將第2儲存電晶體Cb也導通(時刻t7 ’)，將FD＋CSa之電荷與儲存於CSb之電荷混合，將信號讀取為S1＋S2＋S3＋N3。其次，將重置電晶體R導通，進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t8 ’)。反複以上之動作，本實施形態固體攝像元件進行作動。
上述實施形態中，第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb之閾值電壓定為較傳導電晶體T之閾值電壓為低，但是也可為：第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb之閾值電壓與傳導電晶體T之閾值電壓為同程度，於儲存期間中，第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb之閘電位為正，浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa飽和時，過剩電荷不返回光二極體PD側，而有效率地傳導於第2儲存電容CSb。
本實施形態之中亦可得到與第1實施形態所示者同樣效果，能維持高S/N比，於高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
(第3實施形態)
圖10顯示本實施例之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖，圖11顯示概略剖面圖。概略平面圖與第1實施形態之圖3為同樣的。
各畫素由下列元件構成：光二極體PD1，接收光而產生光電荷；傳導電晶體T2，與光二極體PD1鄰接而設置，傳導光電荷；浮動擴散放大器FD3，經由傳導電晶體T2而連接於光二極體PD1設置；第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5，將曝光儲存動作時自前述光二極體PD1溢出之光電荷通過傳導電晶體T2而儲存；重置電晶體R6，與浮動擴散放大器FD3連接而形成，用以排出浮動擴散放大器FD3、第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5內之信號電荷；第1儲存電晶體Ca7，設於浮動擴散放大器FD3及第1儲存電容CSa4之間；第2儲存電晶體Cb8，設於第1儲存電容CSa4與第2儲存電容CSb5之間；放大電晶體SF9，用以將浮動擴散放大器FD3之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5之信號電荷以電壓形式讀取；選擇電晶體X10，與放大電晶體連接而設置，用以選擇前述畫素或畫素方塊。
本實施形態之固體攝像裝置，上述構成之畫素以二維或一維陣列狀整合多數個，各畫素之中，於傳導電晶體T2、第1儲存電晶體Ca7、第2儲存電晶體Cb8、重置電晶體R6之閘電極，連接有ψT 11、ψC a 12、ψC b 13、ψR 14之各驅動線，又，於選擇電晶體X10之閘電極，連接有行移動暫存器所驅動之畫素選擇線ψx 15，再者，於選擇電晶體X10之輸出側源極連接有輸出線OUT16，藉由列移動暫存器控制並輸出。
圖11之中，重置電晶體R6連接於成為浮動擴散放大器之n＋半導體區域而不連接於第1儲存電容CSa4，除此以外，與第1實施形態之圖2為同樣的。又，與第1實施形態同樣，第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設定成較傳導電晶體T之閾值電壓為低。又，本實施形態之固體攝像裝置之方塊圖也與第1實施形態之圖4為同樣的。
以下對圖10至圖11所說明本實施形態之固體攝像裝置之作動方法加以說明。圖12為本實施形態之固體攝像裝置之主要驅動時脈圖，圖13為畫素自光二極體經過浮動擴散放大器FD、第1儲存電容至第2儲存電容部分之概略電位圖。
首先，於曝光儲存前，設定第1儲存電晶體Ca及第2儲存電晶體Cb為導通，傳導電晶體T、重置電晶體R為斷開。其次，將重置電晶體R、傳導電晶體T導通，進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t0 ")。此時，光二極體PD完全空乏化。其次，將重置電晶體R斷開後緊接著進入之FD＋CSa＋CSb之重置雜訊讀取為N3(時刻t1 ")。此時，雜訊信號N3包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。
其次，如果將第2儲存電晶體Cb斷開，則儲存於FD＋CSa＋CSb之信號電荷對應於FD＋CSa與CSb之電容比而分配。其中，分配於FD＋CSa之信號讀取為N2(時刻t3 ")。此時，N2也包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。於儲存期間中(時刻t3 ")，於第1儲存電晶體Ca導通、第2儲存電晶體Cb、重置電晶體R、選擇電晶體X為斷開之狀態，光二極體PD飽和前之光電荷以光二極體PD儲存，且超過飽和時之過剩光電荷，經由傳導電晶體T及第1儲存電晶體Ca而與N2重疊，而儲存於浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa。再者，當有強光照射，光二極體PD及第1儲存電容CSa超過飽和時之過剩光電荷經由第2儲存電晶體Cb也儲存於第2儲存電容CSb。由於第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設定成較傳導電晶體T之閾值電壓為低，因此，浮動擴散放大器FD及第1儲存電容CSa飽和時，過剩電荷不返回光二極體PD側，而有效率地傳導到第2儲存電容CSb。以此作動，不捨棄於過飽和狀態自光二極體PD溢出之電荷而有效活用。以該方式，於飽和前及過飽和後皆為，每一畫素藉由以相同光二極體PD於相同期間內接收光，進行儲存動作。
於儲存終了後(時刻t4 ")將選擇電晶體X導通後，將重置電晶體R導通(時刻t5 ")，重置FD後，將重置電晶體R斷開後，讀取存在於FD之信號為Nl(時刻t6 ")。於此時，N1也包含放大電晶體SF之閾值電壓不均作為固定圖案雜訊成分。其次，將傳導電晶體T導通，使儲存於光二極體PD之光信號電荷完全傳導到浮動擴散放大器FD並重疊於信號N1(時刻t7 ")，讀取信號為S1＋N1。
其次，將第1儲存電晶體Ca也導通(時刻t8 ")，將FD之電荷與儲存於CSa之電荷混合，讀取信號作為S1＋S2＋N2。其次，將第2儲存電晶體Cb也導通(時刻t9 ")，將FD＋CSa之電荷與儲存於CSb之電荷混合，讀取信號作為S1＋S2＋S3＋N3。其次，將重置電晶體R導通，進行浮動擴散放大器FD與第1儲存電容CSa、第2儲存電容CSb之重置(時刻t1 0 ")。藉由反覆以上之作動，本實施形態固體攝像元件進行動作。動態範圍之放大率、廣動態範圍信號之合成方法等與第1實施形態為同樣的。
本實施形態也可得到第1實施形態所示者同樣之效果，能維持高S/N比而在高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
(第4實施形態)
圖14顯示本實施形態之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖，圖15－1、圖15－2顯示概略剖面圖，圖16顯示概略平面圖。
各畫素由下列元件構成：光二極體PD1，接收光而產生光電荷；傳導電晶體T2，與光二極體PD1鄰接設置，傳導光電荷；浮動擴散放大器FD3，經由傳導電晶體T2而與光二極體PD1連接設置；溢流閘LO17，設於光二極體PD1與第1儲存電容CSa4之間；第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5，於曝光儲存動作時將自前述光二極體PD1溢出之光電荷通過溢流閘LO17加以儲存；重置電晶體R6，與浮動擴散放大器FD3連接而形成，用以排出浮動擴散放大器FD3、第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5內之信號電荷；第1儲存電晶體Ca7，設於浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4之間；第2儲存電晶體Cb8，設於第1儲存電容CSa4與第2儲存電容CSb5之間；放大電晶體SF9，用以將浮動擴散放大器FD3之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4之信號電荷或浮動擴散放大器FD3與第1儲存電容CSa4及第2儲存電容CSb5之信號電荷以電壓之形式讀取；選擇電晶體X10，與放大電晶體連接設置，用以選擇前述畫素或畫素方塊。
於圖15－1及圖15－2之中，於n型半導體區域22及n＋型半導體區域25有關之區域，在p型井21上面形成p＋半導體區域18，以n型半導體區域22及n＋型半導體區域25作為源極．汲極，構成以p＋型半導體區域18為閘之接合電晶體型之溢流閘LO。其他構造與前述第3實施形態為同樣的。p＋半導體區域18以電性連接於p＋型半導體區域23及p型井區域21。
本實施形態之固體攝像裝置，上述構成畫素以二維或一維陣列狀整合多數個集積，各畫素之中，於傳導電晶體T2、第1儲存電晶體Ca7、第2儲存電晶體Cb8、重置電晶體R6之閘電極連接有ψT 11、ψC a 12、ψC b 13、ψR 14之各驅動線，又，於選擇電晶體X10之閘電極連接有行移動暫存器所驅動之畫素選擇線ψx 15，又，於選擇電晶體X10之輸出側源極連接有輸出線OUT16，以列移動暫存器控制並輸出。
本實施形態之中，與第1實施形態同樣，第2儲存電晶體Cb之閾值電壓設定為較傳導電晶體T之閾值電壓為低，同時，溢流閘LO之閾值電壓設定為較傳導電晶體T之閾值電壓為低。又，本實施形態之固體攝像裝置之方塊圖與第1實施形態之圖4也是同樣的。
圖14至圖16說明之本實施形態之固體攝像裝置之作動方法與第3實施形態之圖12為同樣的，但是，於儲存期間中(時刻t3 ")，於第1儲存電晶體Ca斷開、第2儲存電晶體Cb、重置電晶體R、選擇電晶體X斷開之狀態，光二極體PD飽和前之光電荷以光二極體PD儲存，且超過飽和時之過剩光電荷經由溢流閘LO而儲存於第1儲存電容CSa。再者，有強光照射，超過光二極體PD及第1儲存電容CSa之飽和時之過剩光電荷經由第2儲存電晶體Cb也儲存於第2儲存電容CSb。溢流閘LO及第2儲存電晶體Cb之閾值電壓由於設定地較傳導電晶體T之閾值電壓為低，因此第1儲存電容CSa飽和時，過剩電荷不返回光二極體PD側，而有效率地傳導至第2儲存電容CSb。藉由該作動，不捨棄過飽和狀態自光二極體PD溢出之電荷而有效活用。以該方式，藉由於飽和前及過飽和後皆為各畫素以相同之光二極體PD於相同期間內接收光，以進行儲存動作。動態範圍之放大率、廣動態範圍信號之合成方法等與第1實施形態為同樣的。
本實施形態之中也可得到與第1實施形態所示者同樣的效果，能維持高S/N比而於高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
(第5實施形態)
本實施形態為依據第1至第4實施形態之固體攝像裝置之其他方塊圖與動作方法之實施形態。本實施形態之固體攝像裝置之畫素構成與第1至第4實施形態所說明之固體攝像裝置為同樣的。
圖17顯示本實施形態之固體攝像裝置之方塊圖。於二維配置之畫素陣列(30、31、32、33)之周邊部，設有行移動暫存器34、列移動暫存器35、垂直信號線38、38’、水平信號線39、輸出電路37。在此，為求簡單，係顯示2畫素×2畫素之畫素陣列，但畫素數不限於該等。
自各畫素依序讀取信號成為：雜訊信號N1、及以FD進行電荷電壓轉換之飽和前光信號＋雜訊信號S1＋N1、雜訊信號N2、以FD＋CSa進行電荷電壓轉換之飽和前與飽和後之相加光信號＋雜訊信號S1＋S2＋N2、雜訊信號N3、以FD＋CSa＋CSb進行電荷電壓轉換之飽和前與飽和後之相加光信號＋雜訊信號S1＋S2＋S3＋N3。該等輸出信號藉由行移動暫存器34及列移動暫存器35，自各畫素起，以垂直信號線38、38’、水平信號線39及輸出電路37為點，依序被選擇而讀取。減法電路進行雜訊除去(S1＋N1)－N1、(S1＋S2＋N2)－N2、(S1＋S2＋S3＋N3)－N3之作動，將隨機雜訊成分及固定圖案雜訊成分兩者除去。如後述，對應於儲存開始緊接著讀取雜訊信號N1、N2、N3中之一或多數之情形，雜訊信號先保存於框記憶體後，以減法電路進行雜訊除去。以該方式，得到經過雜訊除去之飽和前側信號S1及過飽和側信號S1＋S2、S1＋S2＋S3。減法電路、框記憶體可形成於影像感應器晶片上，也可形成於另外的晶片。本實施形態之固體攝像元件，使讀取電路系變得簡單。
(實施例1)
本發明之固體攝像裝置之中，製作畫素尺寸20 μ m正方、浮動擴散電容CF D ＝3.4fF、第1儲存電容CSa＝73fF、第2儲存電容CSb＝3700fF之固體攝像元件，並求出其光電轉換特性及動態範圍特性。各儲存電容以MOS電容與多晶矽－多晶矽電容之並列電容構成。
圖18為本實施例之光電轉換特性。信號S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之飽和信號電壓各為500mV、1000mV、1200mV。又，於雜訊除去後，殘留於S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之殘留雜訊電壓為相等，皆為0.09mV。
自S1至S1＋S2之切換電壓、自S1＋S2至S1＋S2＋S3之切換電壓分別設定為較飽和電壓為低，為400mV、900mV。
各切換點之S1＋S2信號、S1＋S2＋S3信號與殘留雜訊之S/N比皆得到為46dB，實現了具有高畫質性能之固體攝像元件。
又，S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之動態範圍各實現了75dB、108dB、143dB。
本實施例之中，維持高S/N比而能在高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
(實施例2)
於本發明之固體攝像裝置，應用溝渠型儲存電容元件，製作畫素尺寸10 μ m正方、浮動擴散電容CF D ＝3.4fF、第1儲存電容CSa＝148fF、第2儲存電容CSb＝15pF之固體攝像元件，並求出其光電轉換特性及動態範圍特性。
信號S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之飽和信號電壓各為500mV、1000mV、1200mV。又，雜訊除去後，殘留於S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之殘留雜訊電壓為相等，皆為0.09mV。又，自S1至S1＋S2之切換電壓、自S1＋S2至S1＋S2＋S3之切換電壓，各自設定為較飽和電壓為低，為400mV、900mV。
於各切換點之S1＋S2信號、S1＋S2＋S3信號及殘留雜訊之S/N比，皆為40dB，實現了具有高畫質性能之固體攝像元件。又，S1、S1＋S2、S1＋S2＋S3之動態範圍各實現了75dB、114dB、175dB。
本實施例之中，維持高S/N比而於高照度側實現充分廣的動態範圍放大。
本發明不限於上述說明。例如，於實施形態之中係對固體攝像裝置加以說明，但不限於該等，於藉由將各固體攝像裝置之畫素以直線狀排列之線感應器或各固體攝像裝置之畫素以原狀態單獨構成而得到之光感測器，也可達成以往無法得到之廣動態範圍化與高感度、高S/N比。
又，儲存電容之形狀等不特別限定，可採用於MOS電容、多晶矽－多晶矽間電容、DRAM之記憶體儲存電容等為提高電容而至目前所開發之溝渠電容或疊層電容等各種方法。就固體攝像裝置而言，除CMOS影像感應器以外，也可應用於CCD。此外，在不脫離本發明要旨之範圍，可做各種改變。例如，於實施例說明了於第1及第2儲存電容儲存信號電荷之情形，但是本發明也可應用於在多排儲存電容中儲存信號電荷之構成。
[產業上之可利用性]
本發明之固體攝像裝置可應用於數位攝像機、附攝像機行動電話、監視攝像機、車載攝像機等要求廣動態範圍之影像感應器。
本發明之固體攝像裝置之作動方法可應用於要求廣動態範圍之影像感應器之作動方法。
1．．．光二極體PD
2．．．傳導電晶體T
3．．．浮動擴散放大器FD
4．．．第1儲存電容CSa
5．．．第2儲存電容CSb
6．．．重置電晶體R
7．．．第1儲存電晶體Ca
8．．．第2儲存電晶體Cb
9．．．放大電晶體SF
10．．．選擇電晶體X
11．．．驅動線ψ T
12．．．驅動線ψ Ca
13．．．驅動線ψ Cb
14．．．驅動線ψ R
15．．．畫素選擇線ψ X
16．．．輸出線OUT
17．．．溢流閘LO
18．．．p＋型半導體區域
20．．．n型矽半導體基板
21．．．p型井
22．．．n型半導體區域
23．．．p＋型半導體區域
24．．．n＋型半導體區域
25．．．n＋型半導體區域
26．．．n＋型半導體區域
30．．．畫素陣列
31．．．畫素陣列
32．．．畫素陣列
33．．．畫素陣列
34．．．行移動暫存器
35．．．列移動暫存器
36．．．信號及雜訊容納(hold)部
37．．．輸出電路
38．．．垂直信號線
38’．．．垂直信號線
39．．．水平信號線
圖1係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖2係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之概略剖面圖。
圖3係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之一畫素之概略平面圖。
圖4係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之方塊圖。
圖5係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之主要驅動時脈圖。
圖6係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之概略電位圖。
圖7係顯示本發明第1實施形態之固體攝像裝置之光電轉換特性概略圖。
圖8係顯示本發明第2實施形態之固體攝像裝置之驅動時脈圖。
圖9係顯示本發明第2實施形態之固體攝像裝置之概略電位圖。
圖10係顯示本發明第3實施形態之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖11係顯示本發明第3實施形態之固體攝像裝置之概略剖面圖。
圖12係顯示本發明第3實施形態之固體攝像裝置之驅動時脈圖。
圖13係顯示本發明第3實施形態之固體攝像裝置之概略電位圖。
圖14係顯示本發明第4實施形態之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖15－1係顯示本發明第4實施形態之固體攝像裝置之概略剖面圖。
圖15－2係顯示本發明第4實施形態之固體攝像裝置之另一概略剖面圖。
圖16係顯示本發明第4實施形態之固體攝像裝置之一畫素之概略平面圖。
圖17係顯示本發明第5實施形態之固體攝像裝置之方塊圖。
圖18係顯示本發明實施例1之固體攝像裝置之光電轉換特性圖。
圖19係顯示本發明之專利文獻1之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖20係顯示本發明之專利文獻2之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖21係顯示本發明之專利文獻3之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖22係顯示本發明之專利文獻4之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
圖23係顯示本發明之非專利文獻3之固體攝像裝置之一畫素之等價電路圖。
1．．．光二極體PD
2．．．傳導電晶體T
3．．．浮動擴散放大器FD
4．．．第1儲存電容CSa
5．．．第2儲存電容CSb
6．．．重置電晶體R
7．．．第1儲存電晶體Ca
8．．．第2儲存電晶體Cb
9．．．放大電晶體SF
10．．．選擇電晶體X
11．．．驅動線ψ T
12．．．驅動線ψ Ca
13．．．驅動線ψ Cb
14．．．驅動線ψ R
15．．．畫素選擇線ψ X
16．．．輸出線OUT

Claims (4)

  1. 一種固體攝像裝置之作動方法，該固體攝像裝置包含：光二極體，用以接收光而產生及儲存光電荷；浮動區域；傳導電晶體，連接於該光二極體與該浮動區域之間，用以傳導該光電荷至該浮動區域；第1儲存電容元件；第2儲存電容元件；第1儲存電晶體，連接於該浮動區域與該第1儲存電容元件之間；第2儲存電晶體，連接於該第1儲存電容元件與該第2儲存電容元件之間；及重置電晶體，連接於該第1儲存電容元件與該第1儲存電晶體之連接部；且，該第1儲存電容元件，將在該光二極體儲存期間由該光二極體溢出之光電荷加以儲存，該第2儲存電容元件，將在該光二極體儲存期間由該光二極體溢出且再由第1儲存電容元件溢出的光電荷加以儲存，在接於該光二極體儲存期間之後的傳導期間，將該傳導電晶體導通，將儲存於該光二極體的電荷傳導至該浮動區域並儲存於該浮動區域，該第1儲存電晶體，在該傳導期間之後的期間導通，將儲存於該第1儲存電容元件之該溢出的電荷與儲存於該浮動區域的電荷加以混合，該第2儲存電晶體，在該第1儲存電晶體導通期間之後的期間導通，將儲存於該第2儲存電容元件之該溢出的電荷、儲存於該第1儲存電容元件之該溢出的電荷以及儲存於該浮動區域之電荷加以混合，該作動方法具有下列步驟： 於電荷儲存前，將該第1及第2儲存電晶體導通，使該浮動區域及該第1及第2儲存電容元件內之光電荷排出；將該傳導電晶體斷開，並將該第1儲存電晶體及第2儲存電晶體導通，讀取該浮動區域、該第1及第2儲存電容元件之雜訊信號(N3)；將該傳導電晶體及該第2儲存電晶體斷開，並將該第1儲存電容元件導通，讀取該浮動區域及該第1儲存電容元件之雜訊信號(N2)；在儲存該光二極體產生的光電荷之前或後，將該傳導電晶體、該第1儲存電晶體及該第2儲存電晶體斷開，讀取該浮動區域之雜訊信號(N1)；將該光二極體產生之光電荷之中的飽和前電荷儲存於該光二極體，並將由該光二極體溢出之過飽和電荷儲存於該第1儲存電容元件，將由該第1儲存電容元件溢出之過飽和電荷儲存於該第2儲存電容元件；將該第1儲存電晶體斷開，並將該傳導電晶體導通，將該飽和前電荷傳導至該浮動區域，讀取第1信號，該第1信號係表示儲存於該浮動區域的電荷之電壓訊號；將該第1儲存電晶體導通，讀取第2信號，該第2信號係表示儲存於該浮動區域的電荷與儲存於該第1儲存電容元件的電荷之總和的電壓信號；將該第1儲存電晶體及第2儲存電晶體導通，讀取第3信號，該第3信號係表示儲存於該浮動區域的電荷、儲存於該第1儲存電容元件的電荷及儲存於該第2儲存電容元件的電荷之總和的電壓信號；分別使用該雜訊信號(N1)、該雜訊信號(N2)及該雜訊信號(N3)，從該第1信號、該第2信號及該第3信號中去除雜訊。
  2. 如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置之作動方法，其中，在讀取該浮動區域、該第1及第2儲存電容元件之雜訊信號(N3) 的步驟之後，進行讀取該浮動區域及該第1儲存電容元件之雜訊信號(N2)的步驟，再進行讀取該浮動區域之雜訊信號(N1)的步驟。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之固體攝像裝置之作動方法，其中，尚包含輸出信號選擇步驟：將該第1信號、該第2信號及該第3信號之中至少任一者與既定之基準電壓比較而加以選擇。
  4. 如申請專利範圍第3項之固體攝像裝置之作動方法，其中，該輸出信號選擇步驟於該第1信號較第1基準電壓為大之情形，選擇該第2信號作為輸出信號；而於該第2信號較第2基準電壓為大之情形，選擇該第3信號作為輸出信號。
TW095112432A 2005-04-07 2006-04-07 光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法 TWI431764B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005111071A JP5066704B2 (ja) 2005-02-04 2005-04-07 固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200703630A TW200703630A (en) 2007-01-16
TWI431764B true TWI431764B (zh) 2014-03-21

Family

ID=37086958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW095112432A TWI431764B (zh) 2005-04-07 2006-04-07 光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7821560B2 (zh)
EP (1) EP1868377B1 (zh)
KR (1) KR101257526B1 (zh)
CN (1) CN101164334B (zh)
TW (1) TWI431764B (zh)
WO (1) WO2006109683A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI708923B (zh) * 2015-06-12 2020-11-01 法商泰勒岱ｅ２ｖ半導體公司 在三個部分具有儲存節點的高動態範圍影像感測器

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100744118B1 (ko) * 2005-12-13 2007-08-01 삼성전자주식회사 이미지 센서의 포화 레벨 검출 회로, 이미지 센서의 포화레벨 검출 방법 및 포화 레벨 검출 회로를 구비하는 이미지센서
US8184191B2 (en) 2006-08-09 2012-05-22 Tohoku University Optical sensor and solid-state imaging device
EP2942813B1 (en) * 2006-08-09 2020-09-30 Tohoku University Optical sensor and solid-state imaging device
US20080106625A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-08 Border John N Multi image storage on sensor
US7427790B2 (en) * 2007-01-19 2008-09-23 Eastman Kodak Company Image sensor with gain control
KR101404074B1 (ko) * 2007-07-31 2014-06-05 삼성전기주식회사 Ｃｍｏｓ 영상 센서
WO2009031304A1 (ja) * 2007-09-05 2009-03-12 Tohoku University 固体撮像素子及びその製造方法
US8269838B2 (en) * 2007-09-05 2012-09-18 Tohoku University Solid-state image sensor and imaging device
EP2763398B1 (en) * 2007-12-21 2018-10-31 Photonis Netherlands B.V. Use of an image sensor array in laser range gated imaging
KR101465667B1 (ko) * 2008-03-25 2014-11-26 삼성전자주식회사 Ｃｍｏｓ 영상 센서 및 그 동작 방법
JP5358136B2 (ja) * 2008-07-29 2013-12-04 パナソニック株式会社 固体撮像装置
KR100984698B1 (ko) * 2008-08-04 2010-10-01 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 구동 방법
JP2010124418A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP5267867B2 (ja) * 2009-03-06 2013-08-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像装置
KR101064495B1 (ko) * 2009-04-03 2011-09-16 마루엘에스아이 주식회사 광다이나믹 레인지 이미지 센서 및 그 동작방법
JP2011015219A (ja) * 2009-07-02 2011-01-20 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP4444371B1 (ja) * 2009-09-01 2010-03-31 富士フイルム株式会社 撮像素子及び撮像装置
US20110074996A1 (en) * 2009-09-29 2011-03-31 Shen Wang Ccd image sensors with variable output gains in an output circuit
EP2496964A2 (en) * 2009-11-03 2012-09-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Detector unit for detecting electromagnetic radiation
JP5521682B2 (ja) * 2010-02-26 2014-06-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
TWI419111B (zh) * 2010-09-06 2013-12-11 Himax Imagimg Inc 感測裝置
KR101251744B1 (ko) * 2011-04-13 2013-04-05 엘지이노텍 주식회사 Ｗｄｒ 픽셀 어레이, 이를 포함하는 ｗｄｒ 이미징 장치 및 그 구동방법
TWI505453B (zh) * 2011-07-12 2015-10-21 Sony Corp 固態成像裝置，用於驅動其之方法，用於製造其之方法，及電子裝置
JP2013162148A (ja) * 2012-02-01 2013-08-19 Sony Corp 個体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器
CN102945659A (zh) * 2012-12-05 2013-02-27 东南大学 一种硅基液晶微显示器像素点电路
GB2510372B (en) * 2013-01-31 2018-10-03 Res & Innovation Uk Imaging sensor
WO2014141900A1 (ja) * 2013-03-14 2014-09-18 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
CN103259985B (zh) * 2013-05-17 2016-08-17 昆山锐芯微电子有限公司 Cmos图像传感器、像素单元及其控制方法
US10497737B2 (en) 2013-05-30 2019-12-03 Caeleste Cvba Enhanced dynamic range imaging
JP6376785B2 (ja) * 2014-03-14 2018-08-22 キヤノン株式会社 撮像装置、および、撮像システム
CN103873787B (zh) * 2014-04-02 2017-02-15 长春长光辰芯光电技术有限公司 高动态范围图像传感器像素
US9967501B2 (en) 2014-10-08 2018-05-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device
JP6452381B2 (ja) * 2014-10-23 2019-01-16 キヤノン株式会社 撮像装置
US9774802B2 (en) * 2014-11-10 2017-09-26 Raytheon Company Method and apparatus for increasing pixel sensitivity and dynamic range
US10154222B2 (en) 2014-11-17 2018-12-11 Tohoku University Optical sensor, signal reading method therefor, solid-state imaging device, and signal reading method therefor
CN108183103B (zh) * 2014-11-17 2021-10-26 国立大学法人东北大学 光传感器的信号读出方法和摄像装置的信号读出方法
JP2016111425A (ja) 2014-12-03 2016-06-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像装置
CN104469195B (zh) * 2014-12-18 2017-11-21 北京思比科微电子技术股份有限公司 高动态范围图像传感器像素结构及其操作方法
JP2016139660A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社東芝 固体撮像装置
JP6709738B2 (ja) * 2015-01-29 2020-06-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
US9699398B2 (en) 2015-04-16 2017-07-04 Caeleste Cvba Pixel with increased charge storage
US9819882B2 (en) * 2015-06-05 2017-11-14 Caeleste Cvba Global shutter high dynamic range sensor
US10341592B2 (en) 2015-06-09 2019-07-02 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element, driving method, and electronic device
TWI701819B (zh) * 2015-06-09 2020-08-11 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件、驅動方法及電子機器
US9900481B2 (en) * 2015-11-25 2018-02-20 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels having coupled gate structure
JP2017135693A (ja) * 2016-01-21 2017-08-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
JP6782431B2 (ja) 2016-01-22 2020-11-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
CN112788224B (zh) 2016-01-29 2023-04-04 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
US10072974B2 (en) * 2016-06-06 2018-09-11 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with LED flicker mitigaton global shutter pixles
CN106791463B (zh) * 2016-11-30 2019-08-20 上海集成电路研发中心有限公司 一种全局快门cmos像素单元及图像采集方法
US10063797B2 (en) * 2016-12-22 2018-08-28 Raytheon Company Extended high dynamic range direct injection circuit for imaging applications
US20190355782A1 (en) * 2017-01-25 2019-11-21 BAE Systems Imaging Solutions Inc. Imaging array with extended dynamic range
JP7181887B2 (ja) * 2017-10-27 2022-12-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置および撮像方法
US10536652B2 (en) 2018-01-08 2020-01-14 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with split photodiodes
US10559614B2 (en) 2018-03-09 2020-02-11 Semiconductor Components Industries, Llc Dual conversion gain circuitry with buried channels
JP2020047734A (ja) * 2018-09-18 2020-03-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
WO2020095544A1 (ja) * 2018-11-07 2020-05-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及び電子機器
US11431926B2 (en) * 2018-11-09 2022-08-30 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors having high dynamic range imaging pixels
JP7341659B2 (ja) * 2018-12-25 2023-09-11 ブリルニクス シンガポール プライベート リミテッド 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
US11201188B2 (en) 2019-03-07 2021-12-14 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with high dynamic range and flicker mitigation
US11050956B2 (en) * 2019-03-29 2021-06-29 Pixart Imaging Inc. Image sensor and method for increasing signal-noise-ratio thereof
WO2020241289A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 固体撮像装置、及びそれを用いる撮像装置
JP2021010075A (ja) 2019-06-28 2021-01-28 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
CN110534534B (zh) * 2019-07-19 2021-08-10 思特威(上海)电子科技股份有限公司 具有不规则设计结构双转换增益晶体管的图像传感器
US11064141B2 (en) 2019-07-24 2021-07-13 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems and methods for reducing dark signal non-uniformity across pixels
WO2021097770A1 (en) 2019-11-21 2021-05-27 Huawei Technologies Co., Ltd. Imaging element, imaging sensor, camera system, and device comprising camera system
CN114982224A (zh) * 2020-01-29 2022-08-30 索尼半导体解决方案公司 固态成像装置、驱动固态成像装置的方法以及电子装置
JPWO2021166584A1 (zh) * 2020-02-18 2021-08-26
KR20220082566A (ko) 2020-12-10 2022-06-17 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220142737A (ko) * 2021-04-15 2022-10-24 삼성전자주식회사 Dram 커패시터를 포함하는 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법
US11627274B2 (en) * 2021-04-16 2023-04-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Image sensing pixels with lateral overflow storage
CN113206119B (zh) * 2021-04-29 2023-04-18 武汉新芯集成电路制造有限公司 有源像素电路、图像传感器和电子设备
US12022221B2 (en) 2021-11-25 2024-06-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor
CN114740522A (zh) * 2022-03-25 2022-07-12 上海品臻影像科技有限公司 一种直接式x射线平板探测器及曝光同步方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4682236A (en) * 1985-12-20 1987-07-21 General Electric Company Read and clear readout circuit and method of operation of an IR sensing charge injection device
JPH03270579A (ja) * 1990-03-20 1991-12-02 Fujitsu Ltd 赤外線撮像装置
JPH0590556A (ja) 1990-05-11 1993-04-09 Olympus Optical Co Ltd 固体撮像素子
JP3244557B2 (ja) * 1993-02-15 2002-01-07 富士通株式会社 固体撮像素子の入力回路
JP3270579B2 (ja) 1993-07-14 2002-04-02 株式会社ネオス 含フッ素ペリレン誘導体
US6246436B1 (en) * 1997-11-03 2001-06-12 Agilent Technologies, Inc Adjustable gain active pixel sensor
WO2000005874A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-03 Foveon, Inc. Multiple storage node active pixel sensors
JP3592106B2 (ja) 1998-11-27 2004-11-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP3558589B2 (ja) 2000-06-14 2004-08-25 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 Ｍｏｓ型イメージセンサ及びその駆動方法
US6504141B1 (en) * 2000-09-29 2003-01-07 Rockwell Science Center, Llc Adaptive amplifier circuit with enhanced dynamic range
EP1231641A1 (en) * 2001-02-09 2002-08-14 C.S.E.M. Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Active pixel with analog storage for an opto-electronic image sensor
JP2003101881A (ja) * 2001-09-20 2003-04-04 Sony Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
JP3827145B2 (ja) 2001-07-03 2006-09-27 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP3984814B2 (ja) 2001-10-29 2007-10-03 キヤノン株式会社 撮像素子、その撮像素子を用いた放射線撮像装置及びそれを用いた放射線撮像システム
JP2003209242A (ja) * 2002-01-15 2003-07-25 Sony Corp Ｃｃｄ固体撮像素子
US6888122B2 (en) * 2002-08-29 2005-05-03 Micron Technology, Inc. High dynamic range cascaded integration pixel cell and method of operation
JP4484449B2 (ja) 2003-05-08 2010-06-16 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
US6780666B1 (en) * 2003-08-07 2004-08-24 Micron Technology, Inc. Imager photo diode capacitor structure with reduced process variation sensitivity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI708923B (zh) * 2015-06-12 2020-11-01 法商泰勒岱ｅ２ｖ半導體公司 在三個部分具有儲存節點的高動態範圍影像感測器

Also Published As

Publication number Publication date
CN101164334A (zh) 2008-04-16
KR101257526B1 (ko) 2013-04-23
TW200703630A (en) 2007-01-16
EP1868377A1 (en) 2007-12-19
US7821560B2 (en) 2010-10-26
WO2006109683A1 (ja) 2006-10-19
CN101164334B (zh) 2010-12-15
KR20070116862A (ko) 2007-12-11
EP1868377A4 (en) 2010-12-29
EP1868377B1 (en) 2014-10-29
US20090045319A1 (en) 2009-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI431764B (zh) 光感測器、固體攝像裝置、及固體攝像裝置之作動方法
JP5066704B2 (ja) 固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法
US10567691B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
US10694121B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
US8743252B2 (en) Solid-state imaging device for high density CMOS image sensor, and driving method thereof
JP5251736B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
TWI433307B (zh) 固態影像感測器、其驅動方法、成像裝置及電子器件
US9088726B2 (en) Solid-state image capturing device, method of driving solid-state image capturing device, and image capturing apparatus
US8866059B2 (en) Solid state imaging device and differential circuit having an expanded dynamic range
JP5568880B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
JP5369779B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
JP6873905B2 (ja) 固体撮像装置および電子機器
JP2009278241A (ja) 固体撮像装置の駆動方法および固体撮像装置
JPH0946596A (ja) 固体撮像装置と画像撮像装置
KR20110060804A (ko) 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
KR20120140608A (ko) 전자 기기 및 전자 기기의 구동 방법
JPH0965210A (ja) 光電変換装置
JP2005198001A (ja) 固体撮像装置
JP2015018907A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JPH1093868A (ja) 固体撮像素子及びその駆動方法
KR20080012697A (ko) 광학 센서 및 고체 촬상 장치
JP2013059010A (ja) 固体撮像装置
JP2013146096A (ja) 固体撮像装置の駆動方法および固体撮像装置