JPH1093868A

JPH1093868A - 固体撮像素子及びその駆動方法

Info

Publication number: JPH1093868A
Application number: JP8246552A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Suzuki; 亮司鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】画素毎の特性のバラツキに起因する信号の不
均一性を低減することにより、画像の良好な固体撮像素
子及びその駆動方法を提供する。【解決手段】第１の時間Ｔ１受光蓄積した後に、第１
の信号成分Ｓ１を読み出し、画素をリセットせずに、さ
らに第２の時間Ｔ２受光検出した後に、第２の信号成分
Ｓ２を読み出す構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば増幅型等の
固体撮像素子及びその駆動方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子の高解像度化の要求
に従って、ＣＣＤ固体撮像素子に代わって、スミアが無
く、微細画素の実現が可能である増幅型固体撮像素子が
開発されている。この増幅型固体撮像素子は、画素それ
ぞれに光信号の増幅作用を持たせるために、能動素子
（例えばＭＯＳ型トランジスタ）で画素を形成し、画素
に光電変換により蓄積された電荷をトランジスタの電流
変調として信号を読み出すように構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、増幅型固
体撮像素子は、能動素子（例えばＭＯＳトランジスタ）
で画素を構成しているため、能動素子のバラツキがその
まま映像信号に乗ってしまう。このバラツキは、画素そ
れぞれに固定の値を持つため撮像画での固定パターンノ
イズとして現れる。この固定パターンノイズは、入射光
に対する感度のバラツキではなく、画素のしきい値のバ
ラツキが入射光に応じた信号量に加算される性質のもの
である。

【０００４】そこで、信号出力とノイズ出力との差をと
り、この差を出力とすることにより、画素トランジスタ
原因で発生する固定パターンノイズを取り除いている。

【０００５】即ち、図９の動作フェーズに示すように、
垂直繰り返し周期Ｖにおいて、信号電荷を蓄積した電荷
蓄積期間の後、信号電荷を読み出し、次いで画素に蓄積
されている電荷を全てリセットした後、その画素リセッ
ト後の信号、即ちノイズ成分を読み出す。そして、信号
成分とノイズ成分との差を出力するようにしている。こ
の読み出し方式では、画素に全く電荷が蓄積されていな
い状態、すなわち蓄積時間０でノイズ読み出しを行うた
めに、入出力特性の低照度部分に画素毎に異なる特性の
バラツキがあった場合に、差分を取ってノイズをキャン
セルした後でもこのバラツキ成分は残り、画面上で、ざ
らつきとなって現れていた。

【０００６】この問題を図１０を用いて詳しく説明す
る。

【０００７】画素Ａと画素Ｂの２つの画素があり、図１
０Ａに信号出力と蓄積時間との関係を示すように、画素
Ａはある程度のノイズ成分があり、信号出力が電荷の蓄
積時間の増加に比例して増加する特性を有し、一方画素
Ｂはノイズ成分がほとんど微小であるが、蓄積時間の小
さい内は信号出力の立ち上がりが鈍くリニアリティーが
悪く、その後、信号出力が蓄積時間に対して一定割合で
増加する特性を有するとする。

【０００８】この場合、画素Ｂの信号出力−蓄積時間の
特性が蓄積時間の短い領域、すなわち前述の低照度部分
では、信号出力の立ち上がりが鈍い、いわゆる猫足状態
であるために、信号出力とノイズ成分との差分をとって
ノイズをキャンセルしても、図１０Ｂに示すように、画
素Ａと画素Ｂの間にノイズキャンセル後の出力信号にバ
ラツキ成分が現れる。

【０００９】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、画素毎の特性のバラツキに起因する信号の不均
一性を低減し、良好な画像の得られる固体撮像素子及び
その駆動方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の時間受
光蓄積した後に、第１の信号成分を読み出し、画素をリ
セットせずに、さらに第２の時間受光検出した後に、第
２の信号成分を読み出すようにする。

【００１１】上述の本発明によれば、蓄積時間の異なる
第１の信号成分と第２の信号成分とをそれぞれ読み出す
ことにより、例えばその第１及び第２の信号成分の差分
を出力信号とすれば、画素毎にある特性のバラツキの影
響を除去することができ、良好な画像が得られる。尚、
第１及び第２の信号成分を加算すれば、高ダイナミック
レンジが得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の固体撮像素子は、第１の
時間受光蓄積した後に、第１の信号成分を読み出す手段
と、画素をリセットせずに、さらに第２の時間受光蓄積
した後に、第２の信号成分を読み出す手段を有した構成
とする。

【００１３】また、本発明は、上記固体撮像素子におい
て、第１の信号成分と、第２の信号成分との差分を出力
する作動手段を有する構成とする。

【００１４】本発明の固体撮像素子の駆動方法は、第１
の時間受光蓄積した後に、第１の信号成分を読み出し、
画素をリセットせずに、さらに第２の時間受光検出した
後に、第２の信号成分を読み出すものとする。

【００１５】また、本発明は、上記固体撮像素子の駆動
方法において、第１の信号成分と、第２の信号成分との
差分をとる。

【００１６】以下、図面を参照して本発明の固体撮像素
子及びその駆動方法の実施例を説明する。

【００１７】本実施例の基本は、図１の動作フェーズに
示すように、１垂直繰り返し周期Ｖにおいて、第１の時
間Ｔ１、例えば通常の蓄積時間の１／１０の時間受光
し、信号電荷の蓄積がなされた後に、第１の信号成分Ｓ
１の電荷を読み出し、そのまま画素をリセットせずに、
さらに第２の時間Ｔ２受光し、信号電荷を蓄積し続けた
後に第２の信号成分Ｓ２の電荷を読み出す。第２の信号
成分Ｓ２の電荷を読み出した後に、画素がリセットされ
る。

【００１８】このような過程を経ることにより、入出力
特性の低照度部分に、前述のように画素の特性のバラツ
キがあった場合にも、第１の信号成分側の蓄積時間、即
ち第１の時間Ｔ１として、これらの特性が一定でない低
照度部分を越える時間を設定して、第２の信号成分Ｓ２
と第１の信号成分Ｓ１との差分信号をとることによっ
て、このような特性のバラツキもキャンセルすることが
できる。

【００１９】図２に、前出の図１０と同様の特性の異な
る２つの画素、即ち画素Ａと画素Ｂについて、本実施例
における、第１の信号成分Ｓ１及び第２の信号成分Ｓ２
を読み出した場合の出力信号について示す。

【００２０】図２Ａは、蓄積時間−信号出力の関係図、
図２Ｂは、画素Ａと画素Ｂで差分信号を比較した図であ
る。

【００２１】画素Ａと画素Ｂとで特性に違いがある低照
度部分を越える時間に設定した第１の時間Ｔ１経過後に
第１の信号成分Ｓ１を読み出し、その後第２の時間Ｔ２
経過後に第２の信号成分Ｓ２を読み出し、これらの信号
の差分信号をとる。

【００２２】第１の時間Ｔ１と第２の時間Ｔ２との間は
画素の特性がほぼ一定であるので、差分信号をとること
により、図２Ｂに示すように、画素Ａ及び画素Ｂの出力
信号のバラツキをなくすることができる。

【００２３】この動作を、整理すると次のようになる。

【００２４】１）まず、画素のトランジスタの特性のバ
ラツキがある低照度の部分を超える時間に設定した第１
の時間Ｔ１の受光蓄積の後に、第１の信号成分Ｓ１の電
荷を読み出す。

【００２５】２）増幅型固体撮像素子では、電荷を非破
壊で読み出すことができるので、第１の信号成分Ｓ１の
電荷を読み出した後、画素をリセットしないで、引き続
き受光蓄積を行い、第１の信号成分Ｓ１の電荷に、さら
に所定の第２の時間Ｔ２の受光蓄積の電荷を加える。

【００２６】３）第２の時間Ｔ２の経過後、第２の信号
成分Ｓ２の電荷を読み出す。

【００２７】この際に、第２の信号成分Ｓ２の電荷は、
第１の信号成分Ｓ１に加える形で蓄積しているので、第
１の信号成分Ｓ１の電荷より大きくなる。

【００２８】４）画素をリセットして、次の蓄積を開始
する。

【００２９】このようにして、第１の信号成分Ｓ１及び
第２の信号成分Ｓ２を読み出す。

【００３０】そして、第１の信号成分Ｓ１と、第２の信
号成分Ｓ２との差分を出力信号とする。

【００３１】図３は、本実施例に係る増幅型固体撮像素
子１０の回路構成を示す。即ち、これは、同じ画素に対
して第１の時間Ｔ１受光蓄積した第１の信号成分Ｓ１
と、さらに、これに加算して第２の時間Ｔ２受光蓄積し
た第２の信号成分Ｓ２とを、共に読み出すことを可能に
する回路構成の一例である。

【００３２】ただし、この図３は１画素に対応した回路
構成である。

【００３３】この図３の回路構成は、複数の単位画素
（セル）を構成する受光素子、即ち画素ＭＯＳトランジ
スタ１１が行列状に配列され、各画素ＭＯＳトランジス
タ１１のゲートがシフトレジスタなどから構成される垂
直走査回路１２からの垂直走査信号（即ち垂直選択パル
ス）φＶ［φＶ₁，φＶ_i，φＶ_i+1，‥‥］にて選択
される垂直選択線１３に接続され、そのドレインが電源
Ｖ_DDに接続され、その各列毎のソースが垂直信号線１４
に接続される。

【００３４】垂直信号線１４には、両側にそれぞれ対称
的に例えばＭＯＳトランジスタからなる動作ＭＯＳスイ
ッチ１５（１５ａ，１５ｂ）を介して信号電圧（電荷）
を保持する負荷容量素子１６（１６ａ，１６ｂ）が接続
される。負荷容量素子１６は垂直信号線１４と接地電位
との間に接続される。動作ＭＯＳスイッチ１５のゲート
には動作パルスφ_OPS（φ_OPS1，φ_OPS2）が印加され
る。

【００３５】画素ＭＯＳトランジスタ１１のソースと動
作ＭＯＳスイッチ１５間の垂直信号線１４には、負荷容
量素子１６のリセットと、垂直信号線１４のリセット即
ち画素ＭＯＳトランジスタ１１のソース側寄生容量の充
電を兼ねる例えばＭＯＳトランジスタからなるリセット
ＭＯＳスイッチ１７を介してリセットバイアス電圧Ｖ_RB
を供給するためのリセットバイアス電圧供給端子１８に
接続される。リセットＭＯＳスイッチ１７のゲートには
リセットパルスφ_RSTが供給されるようになされる。ま
た、この例では、電源Ｖ_DDと画素ＭＯＳトランジスタ１
１のドレインとの間にスイッチ（例えばＭＯＳスイッ
チ）３１が接続されると共に、リセットバイアス電圧供
給端子１８と画素ＭＯＳトランジスタ１１のドレインと
の間にスイッチ（例えばＭＯＳスイッチ）３２が接続さ
れる。

【００３６】１９（１９ａ，１９ｂ）は水平シフトレジ
スタであり、この水平シフトレジスタ１９は、水平信号
線２０（２０ａ，２０ｂ）に接続された、例えばＭＯＳ
トランジスタからなる水平ＭＯＳスイッチ２１（２１
ａ，２１ｂ）のゲートへ順次水平走査信号（即ち水平走
査パルス）φＨ［φＨ₁，‥‥φＨ_n，φＨ_n+1，‥
‥］が供給される。水平信号線２０の出力端には、図示
しないが出力回路（例えば電荷検出回路）が接続され
る。ここで、第１の水平シフトレジスタ１９ａと第１の
水平信号線２０ａと第１の水平ＭＯＳスイッチ２１ａと
第１の負荷容量素子１６ａと第１の動作ＭＯＳスイッチ
１５ａとリセットＭＯＳスイッチ１７により、第１の水
平走査回路３４ａが構成され、第２の水平シフトレジス
タ１９ｂと第２の水平信号線２０ｂと第２の水平ＭＯＳ
スイッチ２１ｂと第２の負荷容量素子１６ｂと第２の動
作ＭＯＳスイッチ１５ｂとリセットＭＯＳスイッチ１７
により、第２の水平走査回路３４ｂが構成される。

【００３７】そして、本例においては、第１の信号成分
Ｓ１の読み出しに、第１の動作ＭＯＳスイッチ１５ａ、
第１の負荷容量素子１６ａ、第１の動作パルスφ_OPS1、
第１の水平シフトレジスタ１９ａ、第１の水平信号線２
０ａ、第１の水平ＭＯＳスイッチ２１ａを使用し、第２
の信号成分Ｓ２の読み出しに、第２の動作ＭＯＳスイッ
チ１５ｂ、第２の負荷容量素子１６ｂ、第２の動作パル
スφ_OPS2、第２の水平シフトレジスタ１９ｂ、第２の水
平信号線２０ｂ、第２の水平ＭＯＳスイッチ２１ｂを使
用する。

【００３８】図４は、単位画素としての受光素子、即ち
画素ＭＯＳトランジスタ１１の半導体構造を示す断面図
である。

【００３９】尚、ｐチャネルの場合も同様にして固体撮
像素子を構成することができる。

【００４０】この画素ＭＯＳトランジスタ１１は、第１
導電型例えばｐ型のシリコン半導体基板４上にオーバー
フローバリア領域となる第２導電型例えばｎ型の半導体
領域５及びｐ型の半導体領域６が順次形成され、このｐ
型半導体領域６の表面に、これより濃度の高いｐ型半導
体領域からなる、いわゆるセンサ領域８が形成される。
更に、センサ領域８上に例えばＳｉＯ₂などによるゲー
ト絶縁膜９を介して光を透過しうるリング状のゲート電
極１が形成され、そのリング状のゲート電極１の内側及
び外側に対応する位置にそれぞれｎ型のソース領域２及
びドレイン領域３が形成され、また、ドレイン領域３の
直下のｐ型半導体領域６に、ゲート下に蓄積された信号
電荷が隣接画素へ漏れ出ないようにするためのｎ型のチ
ャネルストップ領域７が形成されて成る。

【００４１】この画素ＭＯＳトランジスタ１１が、図示
しないが複数個マトリックス状に配列されて増幅型固体
撮像素子１０が構成される。

【００４２】この画素ＭＯＳトランジスタ１１では、図
４に示すように、リング状のゲート電極１を透過した光
Ｌがシリコン半導体中で光電変換して、電子・ホールの
ペアを発生し、このうちの一方の電荷、この例ではホー
ルｈが信号電荷としてゲート電極１下のｐ型センサ領域
８に形成されたポテンシャルウエルに蓄積される。この
電荷（ホール）ｈによる基板バイアスの変調を信号とし
て取り出すようにしている。即ち、垂直選択線を通して
ゲート電極１に高レベル電位が印加されて画素ＭＯＳト
ランジスタ１１がオンすると、チャネル電流（いわゆる
ドレイン電流）がセンサ領域８の表面のチャネルに流
れ、このチャネル電流が信号電荷ｈによって変調を受け
るので、このチャネル電流をソース領域２に接続された
垂直信号線を通して出力し、その変化量を信号出力とす
るものである。

【００４３】さらに、図３に示した回路構成の増幅型固
体撮像素子の概略構成（ブロック図）を、図５に示す。

【００４４】画素領域３０に、それぞれ垂直走査回路１
２、第１の信号成分Ｓ１用の第１の水平走査回路３４ａ
及び第２の信号成分Ｓ２用の第２の水平走査回路３４ｂ
が接続される。

【００４５】垂直走査回路１２には、垂直走査パルス
（垂直クロック）φＶ、第１の信号成分Ｓ１の読みとり
用の第１のスタートパルスφＶＳ１、及び第２の信号成
分Ｓ２の読みとり用の第２のスタートパルスφＶＳ２が
印加される。

【００４６】第１及び第２の水平走査回路３４ａ及び３
４ｂには、それぞれ第１及び第２の動作パルスφ_OPS1及
びφ_OPS2が印加され、また水平走査パルス（水平クロッ
ク）φＨとリセットパルスφ_RSTが印加される。

【００４７】また、画素領域３０には、画素のリセット
に用いる基板パルスφ_SUBが印加される。

【００４８】この図５のブロック図を用いて、本例にお
ける読みとり動作の概略を説明する。

【００４９】まず、垂直走査回路１２に第１のスタート
パルスφＶＳ１が印加されることにより、以後、垂直走
査回路１２より１行目（Ｖ₁）から順に第１の信号成分
Ｓ１を読みとるためのクロックパルスが加えられる。

【００５０】続いて、例えばクロックパルスがｉ行目ま
でいったところで、第２のスタートパルスφＶＳ２が印
加されて、再び垂直走査回路より１行目から順に第２の
信号成分Ｓ２を読みとるためのクロックパルスが加えら
れる。

【００５１】従って、ｎ＋ｉ行において第１の信号成分
Ｓ１が読み出され第１の水平走査回路３４ａにより出力
されている時に、ｎ行において第２の信号成分Ｓ２が読
み出され第２の水平走査回路３４ｂにより出力される。

【００５２】この場合の垂直同期駆動タイミングを図６
に示す。

【００５３】各垂直走査信号φＶ［φＶ₁，‥‥φ
Ｖ_n，‥‥φＶ_n+i，‥‥］は、１垂直繰り返し周期１
Ｖの間に２つのパルスが立ち上がるので、第１のパルス
Ｐ₁は第１のスタートパルスφＶＳ１を基準に立ち上が
り、第２のパルスＰ₂は第２のスタートパルスφＶＳ２
を基準にして立ち上がる。

【００５４】第２のスタートパルスφＶＳ２は、第１の
スタートパルスφＶＳ１が立ち上がってから、時間ｉＨ
（ｉ倍の水平繰り返し周期Ｈに相当する期間）経過した
後に立ち上がる。従って、各垂直走査信号φＶでは、そ
の第１のパルスＰ₁と第２のパルスＰ₂との間の時間が
ｉＨに相当する。そして、第１のパルスＰ₁で第１の信
号成分Ｓ１の読み出しが行われ、第２のパルスＰ₂で第
２の信号成分Ｓ２の読み出しが行われる。尚、図６にお
いて、１Ｈは１水平繰り返し周期を示す。

【００５５】この駆動タイミングの場合には、ｎ行目の
φＶ_nの第２の信号成分Ｓ２を読み出す第２のパルスＰ
₂と、ｎ＋ｉ行目のφＶ_n+iの第１の信号成分Ｓ１を読
み出す第１のパルスＰ₁がほぼ同時に立ち上がってい
る。

【００５６】図６及び前述の図１より、第２の信号成分
の蓄積時間、即ち第２の時間Ｔ２は、第２の信号成分を
読み出す時間と画素リセットを行う時間が短いので、ほ
ぼ１垂直繰り返し周期１Ｖに相当し、第１の信号成分の
蓄積時間、即ち第１の時間Ｔ１は、１垂直繰り返し周期
１Ｖから上述のｉＨを差し引いた時間にほぼ相当する。

【００５７】尚、同じ画素からの第１の信号成分Ｓ１と
第２の信号成分Ｓ２とを同時に出力することはできない
ので、差分信号を出力させるためには、第１の信号成分
Ｓ１を一旦記憶手段、即ちメモリー等に記憶させておく
必要がある。

【００５８】従って、例えば図７に示すように、第１の
水平信号線２０ａに記憶手段２２を接続し、記憶手段２
２と、第２の水平信号線２０ｂとを差分回路２３に接続
する。

【００５９】そして、第１の信号成分Ｓ１を記憶手段２
２に記憶して、後に読み出される第２の信号成分Ｓ２
と、記憶手段２２に記憶した第１の信号成分Ｓ１とを同
期させて差分回路２３により減算処理して画素出力信号
Ｔ_outを得る。

【００６０】次に、図３に示す本例の増幅型固体撮像素
子の動作についてさらに詳しく説明する。

【００６１】図８に図３の回路構成に対する水平同期タ
イミングチャートの一例を示す。

【００６２】この例では、ｎ行目の画素ＭＯＳトランジ
スタ１１の第２の信号成分Ｓ２とｎ＋ｉ行目の画素ＭＯ
Ｓトランジスタ１１の第１の信号成分が、同じ水平ブラ
ンキング期間Ｈ_BLKにおいて読み出される場合である。
それ以外の行（即ちｍ行）の画素ＭＯＳトランジスタ１
１ははオフ状態となっている。

【００６３】そして、画素ＭＯＳトランジスタ１１にお
ける信号電圧、即ち画素ＭＯＳトランジスタ１１に蓄積
された信号電荷量（ホール量）に応じたチャネルポテン
シャルに相当する信号電圧の負荷容量素子１６への読み
出し動作は、水平ブランキング期間Ｈ_BLKに行われる。

【００６４】即ち、水平ブランキング期間Ｈ_BLKの前半
の期間でｎ行目の画素ＭＯＳトランジスタ１１のゲート
に垂直走査信号φＶ_nのパルスＰ₂が印加される。

【００６５】そして期間で、リセットパルスφ_RSTが
与えられてリセットＭＯＳスイッチ１７がオンし、同時
に第２の動作パルスφ_OPS2が与えられて、第２の動作Ｍ
ＯＳスイッチ１５ｂもオンすることで、垂直信号線１４
がリセットされ、第２の負荷容量素子１６ｂがリセット
バイアス電圧Ｖ_RBにリセットされる。このとき、スイッ
チ３１がオフ状態、スイッチ３２がオン状態となること
によって、画素ＭＯＳトランジスタ１１のソース及びド
レインにはリセットバイアス電圧Ｖ_RBが与えられて同電
位となることから、画素ＭＯＳトランジスタに電流は流
れない。

【００６６】次に、期間で、リセットＭＯＳスイッチ
１７がオフし、第２の動作ＭＯＳスイッチ１５ｂがオン
状態であり、同時にスイッチ３１がオン状態、スイッチ
３２がオフ状態となることから、画素ＭＯＳトランジス
タ１１に電流が流れ、画素ＭＯＳトランジスタ１１の信
号電圧が第２の負荷容量素子１６ｂに保持され、選択画
素（ｎ行）の第２の信号成分Ｓ２の読み出しがなされ
る。

【００６７】次に、第２の信号成分Ｓ２の読み出しが終
了した後、期間で、基板パルスφ_SUBが基板に印加さ
れ、ｎ行の画素ＭＯＳトランジスタ１１に蓄積されてい
た電荷（ホール）が基板を通して排出される。

【００６８】次に、ｎ行の垂直走査信号φＶ_nの第２の
パルスＰ₂がオフしてｎ行が非選択画素となり、水平ブ
ランキング期間Ｈ_BLKの後半の期間でｎ＋ｉ行目の画素
ＭＯＳトランジスタ１１のゲートに垂直走査信号の第１
のパルスＰ₁が印加される。そして期間でリセットパ
ルスφ_RSTが与えられてリセットＭＯＳスイッチ１７が
オンし、同時に、第１の動作パルスφ_OPS1が与えられ、
第１の動作ＭＯＳスイッチ１５ａもオンすることで、垂
直信号線１４がリセットされ、第１の負荷容量素子１６
ａがリセットバイアス電圧Ｖ_RBにリセットされる。この
とき、前述と同様に、スイッチ３１がオフ状態、スイッ
チ３２がオン状態となることによって、画素ＭＯＳトラ
ンジスタのソース及びドレインは同電位（Ｖ_RB）とな
り、画素ＭＯＳトランジスタ１１の電流は流れない。

【００６９】次に、期間で、リセットＭＯＳスイッチ
１７がオフし、第１の動作ＭＯＳスイッチ１５ａがオン
状態であり、同時にスイッチ３１がオン状態、スイッチ
３２がオフ状態となることから、画素ＭＯＳトランジス
タ１１に電流が流れ、ｎ＋ｉ行の画素ＭＯＳトランジス
タ１１の信号電圧が第１の負荷容量素子１６ａに保持さ
れ、選択画素（ｎ＋ｉ行）の第１の信号成分Ｓ１の読み
出しがなされる。

【００７０】その後、水平有効走査期間Ｔ_Aで水平シフ
トレジスタ１９からの水平走査パルスφＨ［φＨ₁，‥
‥φＨ_n，φＨ_n+1，‥‥］によって水平ＭＯＳスイッ
チ２１をオンすることによって、順次ｎ行の画素の第２
の信号成分Ｓ２が第２の水平信号線２０ｂに流れ、また
ｎ＋ｉ行の画素の第１の信号成分Ｓ１が第１の水平信号
線２０ａに流れ、それぞれの出力回路を通じて信号電圧
として出力される。

【００７１】以上のように動作する。

【００７２】上述のように、第１の時間Ｔ１受光蓄積し
た後に、第１の信号成分Ｓ１を読み出し、画素をリセッ
トせずに、さらに第２の時間Ｔ２受光蓄積した後に、第
２の信号成分Ｓ２を読み出し、第１の信号成分Ｓ１と第
２の信号成分Ｓ２の差分をとることによって、画素の特
性のバラツキによる信号成分の不均一性をキャンセルし
て、画素の特性のバラツキにより発生している画面の不
均一性やムラを抑制することができ、良好な画像が得ら
れる。

【００７３】尚、本発明の他の応用として、第１の信号
成分Ｓ１が飽和していない信号成分であることを利用し
て、所要の信号処理をした後、上記の第１の信号成分Ｓ
１と第２の信号成分Ｓ２を加算することにより、高ダイ
ナミックレンジの固体撮像素子を構成することができ
る。

【００７４】尚、上例では、水平ブランキング期間に読
み出し動作を行う場合について述べたが、その他、水平
有効走査期間に読み出し動作を行う場合にも本発明は適
用できる。

【００７５】また、上例の増幅型固体撮像素子に限ら
ず、例えばＣＭＤ等の増幅型固体撮像素子にも本発明は
適用できる。

【００７６】本発明の固体撮像素子及びその駆動方法
は、上述の例に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

【００７７】

【発明の効果】上述の本発明によれば、第１の時間受光
蓄積した後に、第１の信号成分を読み出し、画素をリセ
ットせずに、さらに第２の時間受光検出した後に、第２
の信号成分を読み出すことにより、その後、例えば第１
及び第２の信号成分の差分をとるときは、画素の特性の
バラツキによる信号成分の不均一性をキャンセルして、
画素の特性のバラツキにより発生している画面の不均一
性やムラざらつきを抑制することができる。また、例え
ば第１及び第２の信号成分を加算することによってダイ
ナミックレンジの向上を図ることができる。

【００７８】従って、特性が良好で、画質の良好な画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の垂
直有効走査期間における動作フェーズを示す図である。

【図２】Ａ、Ｂ本発明に係る増幅型固体撮像素子にお
ける特性の異なる画素に対する信号出力を説明する図で
ある。

【図３】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の１
画素に対応する回路構成図である。

【図４】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の半
導体構造の概略構成図（一部斜視図を含む断面図）であ
る。

【図５】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の概
略構成を示すブロック図である。

【図６】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の垂
直同期駆動タイミングチャートである。

【図７】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の信
号の出力回路の構成図である。

【図８】本発明に係る増幅型固体撮像素子の実施例の水
平同期駆動タイミングチャートである。

【図９】比較例の増幅型固体撮像素子の垂直有効走査期
間における動作フェーズを示す図である。

【図１０】Ａ、Ｂ比較例の固体撮像素子における特性
の異なる画素に対する信号出力を説明する図である。

【符号の説明】

１ゲート電極、２ソース領域、３ドレイン領域、
４半導体基板、５オーバーフローバリア領域、６
ｐ型半導体領域、７チャネルストップ領域、８センサ
領域、９ゲート絶縁膜、１０増幅型固体撮像素子、
１１画素ＭＯＳトランジスタ、１２垂直走査回路、
１３垂直選択線、１４垂直信号線、１５動作ＭＯ
Ｓスイッチ、１６負荷容量素子、１７リセットＭＯ
Ｓスイッチ、１８リセットバイアス電圧供給端子、１
９水平シフトレジスタ、２０水平信号線、２１水平
ＭＯＳスイッチ、２２記憶手段、２３差分回路、３
０画素領域、３１，３２スイッチ、３４水平走査
回路、Ｖ垂直繰り返し周期、Ｔ１第１の時間、Ｔ２
第２の時間、Ｓ１第１の信号成分、Ｓ２第２の信
号成分、Ｈ_BLK 水平ブランキング期間、Ｔ_A 水平有
効走査期間、Ｈ水平繰り返し周期、Ｐ₁ 第１のパル
ス、Ｐ₂ 第２のパルス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の時間受光蓄積した後に、第１の信
号成分を読み出す手段と、画素をリセットせずに、さらに第２の時間受光蓄積した
後に、第２の信号成分を読み出す手段を有して成ること
を特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】上記第１の信号成分と、上記第２の信号
成分との差分を出力する作動手段を有することを特徴と
する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】第１の時間受光蓄積した後に、第１の信
号成分を読み出し、画素をリセットせずに、さらに第２の時間受光検出した
後に、第２の信号成分を読み出すことを特徴とする固体
撮像素子の駆動方法。
【請求項４】上記第１の信号成分と、上記第２の信号
成分との差分をとることを特徴とする請求項３に記載の
固体撮像素子の駆動方法。