[发明专利]光传感器、固体摄像装置和固体摄像装置的动作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光传感器、固体摄像装置等光设备及其动作方法，特别是涉及CMOS型或CCD型的二维或一维固体摄像装置和该固体摄像装置的动作方法。

背景技术

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器或CCD(Charge Coupled Device)图像传感器等图像传感器在其特性提高的同时，在数码相机、带相机的便携电话、扫描仪等用途中广泛使用。

所述图像传感器希望进一步的特性提高，其一是动态范围宽。以往使用的图像传感器的动态范围停留在3～4位(60～80dB)左右，希望实现具有与肉眼或氯化银胶片匹敌的5～6位(100～120dB)以上的动态范围的图像传感器。

作为提高所述的图像传感器的图像质量特性的技术，例如在非专利文献1中开发了如下的技术：为了高灵敏度和高S/N比化，分别读出由与各像素的光电二极管邻接的浮动扩散产生的噪声信号和将该噪声信号与光信号相加而得的信号，取两者的差分，由此抑制噪声。

可是，在该方法中，动态范围是80dB左右以下，希望比它更宽的动态范围。

例如，在专利文献1中，如图19所示，公开了如下的技术：在光电二极管PD上连接高灵敏度低照度侧的小电容C1的浮动扩散和低灵敏度高照度侧的大电容C2的浮动扩散，分别输出低照度侧的输出OUT1和高照度侧输出OUT2，由此实现宽动态范围。

此外，在专利文献2中，如图20所示，公开了使浮动扩散FD的电容CS可变的宽动态范围化的技术。此外，公开了如下的技术：进行基于短曝光时间的与高照度侧对应的摄像和基于长曝光时间的与低照度侧对应的摄像，分割为彼此不同的2次以上的曝光时间，由此实现宽动态范围。

此外，在专利文献3和非专利文献2中，如图21所示，公开了如下的技术：在光电二极管PD和电容C之间设置晶体管开关T，在第一次的曝光期间打开开关T，在光电二极管PD和电容C双方存储光信号电荷，在第二次的曝光期间关闭开关T，在前者的存储电荷的基础上，用光电二极管PD存储光电荷，从而实现宽动态范围。在该例子中，在存在超过饱和的光照射时，过剩电荷经由复位晶体管R排出。

此外，在专利文献4中，如图22所示，公开了如下的技术：使用电容C比以往大的光电二极管PD，从而能应对高照度摄像。

此外，在非专利文献3中，如图23所示，公开了如下的技术：通过组合MOS晶体管而构成的对数变换电路，将来自光电二极管的光电流信号进行对数变换，同时存储和输出，从而实现宽动态范围。

专利文献1：特开2003-134396号公报

专利文献2：特开2000-165754号公报

专利文献3：特开2002-77737号公报

专利文献4：特开平5-90556号公报

非专利文献1：S.Inoue et al.，IEEE Workshop on CCDs and AdvancedImage Sensor 2001，pp.16-19.

非专利文献2：Y.Muramatsu et al.，IEEE Journal of Solid-state Circuits，Vol.38，No.1，2003.

非专利文献3：图像信息媒体学会杂志，Vol.57，2003.

可是，在所述专利文献1、2、3和非专利文献2中记载的方法或者用不同的2次以上的曝光时间进行摄像的方法中，在不同的时刻进行低照度的摄像和高照度侧的摄像，所以具有如下的问题：在摄像时间上产生偏差，损害动画摄像的图像质量。

此外，在所述的专利文献4和专利文献3中记载的方法中，虽然与高照度侧的摄像对应，能实现宽动态范围，但是关于低照度侧的摄像，存在如下的问题：成为低灵敏度、低S/N比，损害图像质量。

如上所述，在CMOS图像传感器等图像传感器中，难以在维持高灵敏度、高S/N比的同时，实现宽动态范围。此外，所述问题并不局限于将像素配置为二维阵列的图像传感器，在将像素配置为一维阵列的线性传感器或不具有多个像素的光传感器中也是同样的。

发明内容

本发明是鉴于所述的状况而提出的，本发明的目的在于，提供在维持高灵敏度、高S/N比的同时，能实现宽动态范围的固体摄像装置及其动作方法。