JP2007151069A

Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device and imaging apparatus

Abstract

Problem to be solved.To enable signal acquisition in a linear and high S / N without narrowing a normal saturation level in low illuminance, and to have a good S / N in a linear region even for incident light above a normal saturation level. Expand the dynamic range while realizing.

Solution.In a CMOS image sensor 10 in which unit pixels 20 including a photodiode 21 and a transfer transistor 22 for transferring a signal charge photoelectrically converted by the photodiode 21 are arranged in a matrix in two dimensions, the transfer transistor 22 A plurality of control voltages are sequentially supplied from the supply voltage control circuit 13 to the control electrodes, and the vertical scanning circuit 12 drives the signal charge transferred by the transfer transistor 22 to be read out twice or more at that time. [Selection diagram] Fig. 1

JP2007151069A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 43

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20 claims: 9 independent, 11 dependent

  1. 1
    光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と当該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する転送ゲートとを含む単位画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、 前記転送ゲートの制御電極に複数の第1制御電圧を順次供給する供給電圧制御手段と、 前記複数の第1制御電圧が順次供給された際に前記転送ゲートによって転送される信号電荷を2回以上読み出すべく駆動する駆動手段と を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 2
    前記複数の第1制御電圧は、前記光電変換素子に蓄積された電荷の一部を保持したまま、残りの蓄積電荷を前記転送ゲートによって転送できる電圧を少なくとも一つ含む ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 3
    前記単位画素は、前記光電変換素子から前記転送ゲートによって転送された信号電荷を信号電圧として増幅して出力する増幅トランジスタを有し、 前記駆動手段は、前記転送ゲートによって前記増幅トランジスタに転送された信号電荷を当該増幅トランジスタを介して読み出すべく駆動する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 4
    前記光電変換素子から前記転送ゲートによって転送された信号電荷を転送する電荷転送部を有し、 前記駆動手段は、前記転送ゲートによって前記電荷転送部に転送された信号電荷を当該電荷転送部を介して読み出すべく駆動する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 5
    前記駆動手段は、前記複数の第1制御電圧が順次供給された際に前記転送ゲートによって転送される信号電荷について、1回あるいは複数回読み出さずにリセットすべく駆動する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 6
    前記供給電圧制御手段は、前記単位画素の露光期間中に前記複数の第1制御電圧を異なる間隔で供給する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  7. 7
    前記画素アレイ部は、色透過フィルタを持たず、色透過フィルタを持つ画素よりも高感度の画素を有する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  8. 8
    前記高感度の画素は行単位で配置されており、 前記駆動手段は、前記高感度の画素に対して前記複数の第1制御電圧が順次供給された際に前記転送ゲートによって転送される信号電荷を2回以上読み出すべく駆動する ことを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置。
  9. 9
    前記色透過フィルタを持つ画素は赤外光カットフィルタを有し、 前記高感度の画素は赤外光を含む光信号を受光する ことを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置。
  10. 10
    前記光電変換素子を電子あるいは正孔を満たした後、前記転送ゲートの制御電極に複数の第2制御電圧を順次印加し、当該複数の第2制御電圧のいずれか、あるいは全ての印加時に前記転送ゲートによる転送によって得られる信号電荷を読み出すべく制御する制御手段を有する ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  11. 11
    前記複数の第2制御電圧のいずれかあるいは全てが、前記光電変換素子に蓄積された電荷の一部を保持したまま、残りの蓄積電荷を前記転送ゲートによって転送できる電圧である ことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置。
  12. 12
    前記複数の第1制御電圧を高い電圧から順に印加するとしたとき、前記複数の第2制御電圧を低い電圧から順に印加する ことを特徴とする請求項11記載の固体撮像装置。
  13. 13
    前記光電変換素子から前記転送ゲートを介して電荷が転送される転送容量の電位を、前記光電変換素子の飽和状態における電位として前記転送ゲートをオン状態にする ことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置。
  14. 14
    前記制御手段による制御によって得られた信号電荷に基づく信号を用いて、前記駆動手段によって得られた信号電荷に基づく信号に対して画像の固定パターンノイズを除去する処理を行う信号処理手段を有する ことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置。
  15. 15
    前記信号処理手段は、前記制御手段による制御によって得られた信号電荷に基づく信号を、前記駆動手段によって得られた信号電荷に基づく信号に対して加算する ことを特徴とする請求項14記載の固体撮像装置。
  16. 16
    光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と当該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する転送ゲートとを含む単位画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、 前記光電変換素子を電子あるいは正孔を満たした後、前記転送ゲートの制御電極に複数の電圧を順次印加し、当該複数の電圧のいずれか、あるいは全ての印加時に前記転送ゲートによる転送によって得られた信号電荷を読み出すべく制御する制御手段と を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  17. 17
    光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と当該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する転送ゲートとを含む単位画素が行列状に2次元配置されてなる固体撮像装置の駆動方法であって、 前記転送ゲートの制御電極に複数の制御電圧を順次供給し、 前記複数の制御電圧を順次供給した際に前記転送ゲートによって転送される信号電荷を2回以上読み出す ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
  18. 18
    前記複数の制御電圧は、前記光電変換素子に蓄積された電荷の一部を保持したまま、残りの蓄積電荷を前記転送ゲートによって転送できる電圧を少なくとも一つ含む ことを特徴とする請求項17記載の固体撮像装置の駆動方法。
  19. 19
    光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と当該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する転送ゲートとを含む単位画素が行列状に2次元配置されてなる固体撮像装置の駆動方法であって、 前記転送ゲートの制御電極に複数の第1制御電圧を順次供給し、 前記複数の第1制御電圧を順次供給した際に前記転送ゲートによって転送される第1の信号電荷を2回以上読み出す一方、 前記光電変換素子を電子あるいは正孔を満たした後、前記転送ゲートの制御電極に複数の第2制御電圧を順次印加し、当該複数の第2制御電圧のいずれかあるいは全ての印加時に前記転送ゲートによる転送によって得られる第2の信号電荷を読み出し、 前記第2の信号電荷に基づく信号を用いて、前記第1の信号電荷に基づく信号に対して画像の固定パターンノイズを除去する処理を行う ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
  20. 20
    光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と当該光電変換素子で光電変換された信号電荷を転送する転送ゲートとを含む単位画素が行列状に2次元配置されてなる固体撮像装置と、 被写体からの光を前記固体撮像装置の撮像面上に導く光学系とを具備し、 前記固体撮像装置は、 前記転送ゲートの制御電極に複数の制御電圧を順次供給する供給電圧制御手段と、 前記複数の制御電圧が順次供給された際に前記転送ゲートによって転送される信号電荷を2回以上読み出すべく駆動する駆動手段とを備えた ことを特徴とする撮像装置。
Independent claims20