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固体撮像装置及びその画素信号の読みだし方法

国内特許コード P10S000397
整理番号 ShIP-5080PCT-JP
掲載日 2010年6月4日
出願番号 特願2007-554948
登録番号 特許第4649623号
出願日 平成19年1月18日(2007.1.18)
登録日 平成22年12月24日(2010.12.24)
国際出願番号 JP2007050698
国際公開番号 WO2007083704
国際出願日 平成19年1月18日(2007.1.18)
国際公開日 平成19年7月26日(2007.7.26)
優先権データ
  • 特願2006-010128 (2006.1.18) JP
発明者
  • 川人 祥二
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 固体撮像装置及びその画素信号の読みだし方法
発明の概要

画素面積の増大を防ぎながらダイナミックレンジが大きい固体撮像装置及びその画素信号の読みだし方法を提供する。光により生成された電荷を蓄積する第1のポテンシャル井戸PW1と、この第1のポテンシャル井戸PW1に隣接した電荷分配電位障壁CDBと、この電荷分配電位障壁CDBを介して第1のポテンシャル井戸PW1に対向し、同一強度の光に対し、第1のポテンシャル井戸PW1に蓄積された電荷よりも少量の電荷を蓄積する第2のポテンシャル井戸PW2と、第1のポテンシャル井戸PW1及び第2のポテンシャル井戸PW2に蓄積された電荷を転送する第1転送ゲート電極31及び第2転送ゲート電極32と、第1及び第2転送ゲート電極により転送された電荷をそれぞれ別個に蓄積する第1浮遊拡散領域26及び第2浮遊拡散領域27とを備える画素を複数配列する。

従来技術、競合技術の概要


本発明に関連する従来技術として、特許文献1には、1画素に高感度の光電変換素子と低感度の光電変換素子を設けて、1つのマイクロレンズで集光した光を両光電変換素子に照射されるようにし、両者を読み出し合成することで入射光量に対する出力信号のダイナミックレンジ拡大を行う方法が提案されている。



又、非特許文献1には、フォトダイオードからオーバーフローした電荷を蓄積する容量を持つ、フォトダイオードで蓄積された電荷による信号とを合成することで広ダイナミックレンジ化を図る方法が提案されている。



更に、特許文献2には、電位障壁を介して、溢れだした電荷の一部を蓄積する方法が提案されている。また、特許文献3には、固体撮像装置が記載されている。固体撮像装置では、撮像エリアからの光信号は第1及び第2の感光画素によって信号電荷に変換される。変換された信号電荷は、垂直CCDに読み出されて転送された後に、水平CCDによって転送される。第1及び第2の感光画素の感度特性は互いに異なっている。第1及び第2の感光画素の信号電荷を同時に読み出している。



その他、入射光量に対する出力信号のダイナミックレンジを拡大する多くの方法が存在する。その中で代表的な方式は、複数の露光時間の信号を合成する方法であるが、2つの露光時間の信号を、別のタイミングでとる必要があるため、動く被写体に対する歪みが生じる。

【特許文献1】特開2004-335803号公報

【特許文献2】特開2005-86082号公報

【特許文献3】特開平3-117281号公報

【非特許文献1】須川成利(Shigetoshi Sugawa)他,「横方向オーバーフロー集積化容量を用いた、100dBダイナミックレンジのCMOSイメージセンサ(A 100dB dynamic range CMOS image sensor using a lateral overflow integration capacitor),国際固体素子回路会議技術論文要旨集(Dig. Tech. Papers, ISSCC), 2005年,p.352-353

産業上の利用分野


本発明は、ダイナミックレンジの大きな固体撮像装置及び固体撮像装置の画素信号の読みだし方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 光により生成された電荷を蓄積する第1のポテンシャル井戸と、
該第1のポテンシャル井戸に隣接した電荷分配電位障壁と、
該電荷分配電位障壁を介して第1のポテンシャル井戸に対向し、前記第1のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を生成した光と同一強度の光に対し、前記第1のポテンシャル井戸に蓄積された電荷よりも少量の電荷を蓄積する第2のポテンシャル井戸と、
前記第1及び第2のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を互いに異なるタイミングで別個に転送する第1及び第2転送ゲート電極と、
前記第1及び第2転送ゲート電極により転送された前記電荷をそれぞれ別個に蓄積する第1及び第2浮遊拡散領域と
を備える画素を複数配列し、
前記電荷分配電位障壁が、第1導電型半導体領域の上部の一部に埋め込まれた第2導電型の第1表面埋込領域内部のポテンシャル分布により形成されて光電変換素子に含まれる固体撮像装置。
【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像装置において、複数の画素がマトリクス状に2次元配置されて画素アレイ部を構成し、該画素アレイ部の周辺に、前記マトリクスの行毎のカラム処理回路を備える固体撮像装置の画素信号の読みだし方法であって、
前記カラム処理回路で前記第1及び第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷を別々にサンプルホールドし、前記カラム処理回路の外部で、前記第1及び第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷による画素信号を合成する固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
【請求項3】 前記第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷による画素信号のみ、1フレーム内で、複数回読み出しを行う請求項2に記載の固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
【請求項4】 前記第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷による画素信号を、1フレーム内で、異なる蓄積時間で、複数回読み出しを行う請求項2に記載の固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
【請求項5】 前記第1浮遊拡散領域に蓄積された電荷による画素信号と、前記第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷による画素信号とを異なる読みだしタイミングで読み出す請求項2に記載の固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
【請求項6】 前記電荷分配電位障壁の前記第2のポテンシャル井戸に面した肩部のポテンシャルを制御して、前記第2のポテンシャル井戸への電荷の流入を、1フレーム内で、複数回行う請求項2に記載の固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
【請求項7】 請求項1に記載の固体撮像装置において、複数の画素がマトリクス状に2次元配置されて画素アレイ部を構成し、該画素アレイ部の周辺に、前記マトリクスの行毎のカラム処理回路を備える固体撮像装置の画素信号の読みだし方法であって、
前記カラム処理回路で前記第1及び第2浮遊拡散領域に蓄積された電荷のいずれかを選択してから前記カラム処理回路の外部に画素信号として出力する固体撮像装置の画素信号の読みだし方法。
産業区分
  • テレビ
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007554948thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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