专利名称：固态摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态摄像装置，更详细一点说，涉及一般称作图像传感器的固态摄像装置。
背景技术：
最近，利用对每个像素都具有放大功能的扫描电路来进行读出的放大型固态摄像装置、特别是将像素和外围的驱动电路或信号处理电路都做成CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互补型金属氧化物半导体)型的CMOS型图像传感器得到广泛的应用。在CMOS型图像传感器中，需要在1个像素内形成光电变换部、放大部和像素选择部等，通常，除了由光电二极管(以下，有时简称为PD)构成的光电变换部之外，还使用多个MOS晶体管(以下，有时简称为Tr)。
图10A示出PD+3Tr方式时的1个像素的构成。这里，1是光电二极管，3是检测节点，4是由MOS晶体管构成的复位部，5是漏极并被施加电源电压VD。6是由MOS晶体管构成的放大部，7是由MOS晶体管构成的像素选择部，8是信号线，φRS是复位时钟，φS是像素选择时钟。图10B是用电势表示的图10A的工作的图。
在图10A、图10B中，首先，在利用复位部4的复位工作使光电二极管1复位到电位VD后，使因入射光hν而在光电二极管1上产生的信号电荷积蓄在浮置状态的检测节点3上。检测节点3的电位VS伴随电荷的积蓄从上述电位VD下降，该下降量与入射光的强度和积蓄期间成比例。因此，通过一定期间的积蓄，电位VS的变化量ΔVS与入射光的强度成比例，经放大器6将该值放大后，经像素选择部即开关7选择后读出到信号线8上。在图10A的构成中，因信号与入射光的强度成比例，故光量足够大时便饱和，动态范围不够宽。
因此，如图11A、11B所示，为了增大入射光的动态范围，提出了将光电流对数压缩后读出的方式。图11A是用1个像素的电路构成表示该例子的图。再有，在下面，虽然是就n沟道型的情况进行说明，但p沟道型的情况，通过使极性反向，同样可以讨论。这里，1是光电二极管，3是检测节点，4是对数压缩用晶体管，5是漏极并被施加电源电压VD。6是放大部，7是像素选择部，8是信号线，φS是像素选择时钟，VD是电源电压。与图10A的情况的最大区别是对晶体管4的栅极施加DC(直流)电位VD，不进行复位工作而进行对数压缩。下面该工作进行描述。图11B是用电势关系表示图11A中晶体管4的工作的图。
如图11A所示，因晶体管4的栅极电压固定在DC电位VD上，故其电势是一定值φG(H)。当晶体管4的源极电位VS比上述一定值φG(H)深时，晶体管4出现弱反转工作、即流过亚阈值电流Isubth的工作。源极电位Vs发生变化，使亚阈值电流Isubth与光电流Ip相等，所以，最终源极电位Vs与log(Ip)成比例，即变成将光电流对数变换后的值。因此，可以在非常宽的入射光量的范围内响应，动态范围可以很宽。
图11A和图11B所示的对数变换型图像传感器是在光电流和亚阈值电流均衡的稳定状态下进行检测的器件，在入射光量小时，不能像图10A、图10B所示的积蓄型图像传感器那样使用增加积蓄时间来增大信号电荷量的方法。进而，因能进行对数变换的光电流的下限值Imin受光电二极管的暗电流的制约，故当因温度上升等原因而使暗电流增大时低照度下的灵敏度明显降低。因为上述理由，通常对数变换型图像传感器的低照度灵敏度比积蓄型图像传感器差。
因此，如图12A、12B所示，提出了使用单一的器件，当光输入小时显示线性型的光电变换特性，当光输入大时显示对数型光电变换特性的方式(例如，参照特开平10-90058号公报、特开2000-175108号公报)。图12A表示1个像素的构成，和图10A一样，1是光电二极管，3是检测节点，4是复位部，5是漏极并被施加电源电压VD。6是放大部，7是像素选择部，8是信号线，φS是像素选择时钟。经开关9，以一定周期对复位部4的栅极VG交替施加电源电压VD和比该电源电压VD高的足够高的电压VH。图12B用电势表示图12A的工作，图12C用时序表示图12A的工作。在图12A、图12B和图12C中，首先，在期间T2，经开关9对复位部4的栅极VG施加上述电压VH。这时，复位部4的栅极下的电势φG(VH)比电源电压VD大，检测节点3的电位被复位到电源电压VD。其次，在期间T1，经开关9对复位部4的栅极VG施加电源电压VD。这时，复位部4的栅极下的电势φG(VD)比电源电压VD浅，检测节点3的电位变成浮置状态。当由入射光hν在光电二极管1上产生信号电荷时，该信号电荷在检测节点3积蓄。伴随信号电荷的积蓄，检测节点3的电位Vs从电源电位VD开始下降。该下降量与入射光的强度和积蓄时间成比例。因此，在一定积蓄时间范围内，检测节点3的电位Vs的变化量ΔVs1与入射光强度成比例。当检测节点3的电位Vs下降到某一电势值φ0时，复位部4出现弱反转工作、即流过亚阈值电流Isubth的工作。检测节点3的电位Vs从上述值φ0变化ΔVs2使得亚阈值电流Isubth等于光电流Ip，结果，上述值ΔVs2与log(Ip)成比例，变成将光电流对数变换后的值。
由以上可知，当VD≥Vs＞φ0时，检测节点3的电位Vs的变化量ΔVs1与入射光强度成比例，当φ0≥Vs＞φG(VD)时，检测节点3的电位Vs的变化量ΔVs2与log(Ip)成比例。这里，φG(VD)是当对VG施加VD时复位部4的栅极下的电势。因此，检测节点3的电位Vs相对入射光的变化如图12D所示，在光输入小时呈现线性型的光电变换特性，在光输入大时呈现对数型光电变换特性。因此，可以在低照度下进行高灵敏度的线性型工作，并且在高照度下进行动态范围宽的对数型工作。
但是，图12A、12B、12C、12D的方式存在以下问题。首先，作为线性型工作和对数型工作的临界值的电势值φ0对每个像素是离散的。因此，在对数型工作区产生非常大的颗粒状的固定图形噪声。其次，因每次光检测工作，都对检测节点3(设电容为C1)进行复位工作，故产生可由电子数Δn＝(kTC1)1/2/q表示的、所谓kTC噪声(热噪声)。这是随机噪声。这里，k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，q是电子电荷量。这些固定图形噪声和随机噪声使画质大大变差。
发明内容
因此，本发明的课题是解决上述各种问题，提供一种固态摄像装置，能够同时实现宽的动态范围和高的低照度灵敏度。
为了解决上述问题，本发明提供一种固态摄像装置，对每个像素，在地和漏极之间串联设置光电二极管和第1晶体管，从上述光电二极管和第1晶体管之间的检测节点输出与根据光输入在上述光电二极管产生的电流或电荷对应的信号，其特征在于具有控制部，进行使对数型工作期间和线性型工作期间交替重复的控制，在上述对数型工作期间，将上述第1晶体管的栅极电位设定在第1电平，得到对数变换后的光电变换信号，在上述线性型工作期间，将上述第1晶体管的栅极电位设定在第2电平，得到线性型的光电变换信号。
再有，“第1电平”和“第2电平”是分别将上述第1晶体管的栅极正下方的信号电荷的电势设定得深一点和浅一点的电平。例如，若是n沟道型固态摄像装置，“第1电平”和“第2电平”分别与高电平和低电平对应。
在本发明的固态摄像装置中，利用控制部的控制，交替重复将上述第1晶体管的栅极电位设定在第1电平而得到对数变换后的光电变换信号的对数型工作期间和将上述第1晶体管的栅极电位设定在第2电平而得到线性型的光电变换信号的线性型工作期间。
在对数型工作期间检测节点可以得到对数变换后的光电变换信号。因此，通过将该信号从检测节点取出再进行转送，可以输出动态范围宽的对数型信号。另一方面，在线性型工作期间检测节点可以得到线性型的光电变换信号。因此，通过将该信号从检测节点取出再进行转送，可以输出低照度下灵敏度高的线性型信号。因此，若按照该固态摄像装置，可以一同实现宽的动态范围和高的低照度灵敏度。
在一个实施方式的固态摄像装置中，上述光电二极管和检测节点连接。即，上述光电二极管的一端子可以和检测节点短路。
一个实施方式的特征在于在上述光电二极管和检测节点之间连接有第2晶体管。
在该实施方式的固态摄像装置中，因在上述光电二极管和检测节点之间连接第2晶体管，故检测节点的电容小，可以提高线性型工作期间的电荷电压变换效率。
一个实施方式的固态摄像装置的特征在于上述光电二极管具有埋入沟道结构。
在该实施方式的固态摄像装置中，因上述光电二极管具有埋入沟道结构，故可以大幅度减小光电二极管产生的暗电流。因此，在对数型工作期间，可以扩大能进行对数变换的光电流的下限。此外，在线性型工作期间，可以减小暗电流噪声。
在一个实施方式中，上述控制部进行下述控制按每帧交替重复上述对数型工作期间和线性型工作期间，刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前读出上述检测节点电位作为线性型信号，在转变到上述对数型工作期间之后一定期间经过后的该对数型工作期间内，读出上述检测节点电位作为对数型信号。
在该实施方式的固态摄像装置中，按每帧交替重复上述对数型工作期间和线性型工作期间。在转变到上述线性型工作期间之后、即上述第1晶体管的栅极电位从第1电平变化到第2电平之后，检测节点开始积蓄光电变换后的电荷。其次，刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前、即上述第1晶体管的栅极电位从第2电平变化到第1电平之前，上述检测节点积蓄的电荷最多。若将该电荷作为线性型信号读出，则可以得到高灵敏度输出。此外，若在上述第1晶体管的栅极电位从第2电平变化到第1电平之后，再经过一定期间，则变成光电流和亚阈值电流达到均衡的稳定状态。因此，在转变到上述对数型工作期间之后一定期间经过后的该对数型工作期间内，可以从上述检测节点将电荷作为对数型信号读出。
一个实施方式的固态摄像装置具有第1帧存储器，在以均一的某强度对各像素照射光的条件下，存储在上述对数型工作期间内从上述各像素的检测节点读出的信号；以及减法运算部，在上述第1帧存储器的上述工作后，与上述各像素一一对应，从在任意帧读出的信号中减去上述第1帧存储器中记录的信号再输出。
在该实施方式的固态摄像装置中，在以均一的某强度对各像素照射光的条件下，第1帧存储器将在上述对数型工作期间内从上述各像素的检测节点读出的信号记录下来。然后，与上述各像素一一对应，从在任意帧读出的信号中减去上述第1帧存储器中记录的信号再输出。因此，每个像素的特性离散、特别是起因于晶体管阈值离散的特性离散(称之为“偏移离散”)可以相互抵消。所以，可以得到固定图形噪声小的图像。
在一个实施方式中，上述减法运算部与上述各像素一一对应，从上述对数型工作期间读出的信号中减去上述第1帧存储器中记录的信号再输出。
在该实施方式的固态摄像装置中，可以得到固定图形噪声小的动态范围宽的图像。
一个实施方式的固态摄像装置的特征在于，具有第2帧存储器，在被拍摄体摄像的条件下，每次记录刚好在从上述对数型工作期间向线性型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号；以及减法运算部，与上述各像素一一对应，从刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号中减去上述第2帧存储器中记录的信号。
在该实施方式的固态摄像装置中，在以均一的某强度对各像素照射光的条件下，在第2帧存储器中记录刚好在从上述对数型工作期间向线性型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号。然后，与上述各像素一一对应，从刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号中减去上述第2帧存储器中记录的信号。因此，可以只取出纯粹的线性型信号成分。进而，这时，因取出最初积蓄的信号电荷和最后积蓄的信号电荷的信号差，故可以得到完全除去了复位噪声的高灵敏度图像。
图1A、1B是表示使用了本发明固态摄像装置的一实施方式的二维图像传感器中使用的像素电路构成的图。
图2A、2B是表示图1A、1B所示的像素的、对数工作时的电势分布的图。
图3A、3B是表示图1A、1B所示的像素的、线性工作时的电势分布的图。
图4A、4B、4C是表示在半导体衬底上做出图1A、1B所示的像素时的截面结构的图。
图5是表示使用了本发明的固态摄像装置的一实施方式的二维图像传感器的电路构成的图。
图6是表示图5所示的二维图像传感器的工作时序的图。
图7A、7B、7C是表示由本发明得到的对数型信号和线性型信号与入射光强度的关系的图。
图8A、8B是表示本发明的二维图像传感器进行图像信号处理的系统的图。
图9A、9B、9C是表示本发明的二维图像传感器的另一例工作时序的图。
图10A、10B是说明现有的线性变换型固态摄像装置的像素的工作的图。
图11A、11B是说明现有的对数变换型固态摄像装置的像素的工作的图。
图12A、12B、12C、12D是说明现有的将线性变换特性和对数变换特性相加的固态摄像装置的像素工作的图。
具体实施例方式
下面，利用图示的实施方式详细说明本发明。
图5是表示本发明的一实施方式的二维图像传感器10的2×2像素的电路构成的图。在该二维图像传感器10中，11是由后述的电路构成的像素，12是用于对第1晶体管施加的复位时钟φR的线，13是用于像素选择时钟φS的线，14是用于信号Vsig的线，15是电源电压VD。上述复位时钟φR和像素选择时钟φS分别以行为单位依次在垂直方向上从复位扫描电路16和垂直读出扫描电路17输出。以行为单位从各像素读出的信号Vsig利用来自水平扫描电路19的信号，在水平方向上依次读出到水平信号线18上。来自水平信号线18的信号经放大电路20作为输出信号OS输出。该二维图像传感器10的整体工作受作为控制部的一例的CPU(中央运算处理装置)90控制。
图1A举例示出图5所示的各像素11的电路构成。这里，1是光电二极管，3是检测节点，4是第1晶体管，5是漏极并被施加电源电压VD。6是由MOS晶体管构成的放大部，7是由MOS晶体管构成的像素选择部，8是信号线，φR是复位时钟，φS是像素选择时钟。在接地点和漏极5之间串联设置光电二极管1和第1晶体管4。使用该像素11像下述那样进行对数工作和线性工作。
图2A是表示使用图1A的像素进行对数工作时的电势关系的图。这时，第1晶体管4的栅极保持为DC电平，其电势为一定值φG(H)。当第1晶体管4的源极电位VS比上述一定值φG(H)深时，晶体管4出现弱反转工作，流过亚阈值电流Isubth。上述源极电位VS发生变化，使亚阈值电流Isubth和光电流Ip相等，故成为VS＝K1·log(Ip)+K2---(1)上述源极电位VS变成将光电流Ip对数变换后的值VS(log)。这里，K1、K2是常数。由此，可以在非常宽的入射光量范围内进行响应，可以得到很宽的动态范围。
图3A是表示使用图1A的像素进行线性工作时的电势关系的图。这时，对第1晶体管4施加脉冲φR。首先，在信号积蓄开始之前，第1晶体管4的栅极在足够长的期间内保持高电平，源极电位VS变成使光电流Ip和亚阈值电流Isubth相等的值VS(log)。其次，第1晶体管4的栅极变成低电平，开始信号积蓄。经过1帧期间之后，源极电位下降至VS(lin)。因此，因信号积蓄而产生的源极电位VS的变化量ΔVS＝VS(lin)-VS(log)变成ΔVS＝(Ip·ΔT)/C1---(2)变成将光电流Ip线性变换后的值。这里，ΔT是积蓄时间，C1是图1A所示的检测节点3的电容。
图1B举例示出图5所示的各像素11的、和图1A不同的另一电路构成。该图1B的电路构成与图1A的不同点在于在光电二极管1和检测节点3之间插入了第2晶体管2。对晶体管2的栅极加DC电位φτ。
图2B是表示使用图1B的像素进行对数工作时的电势关系的图。光电二极管1产生光电流Ip，但因第2晶体管2的栅极的电位φτ是DC电位，所以在稳定状态下，该第2晶体管2流过与光电流Ip相当的电流，光电二极管1的电位保持为一定值。这里，进而第1晶体管4的栅极电位φR是DC电位，流过亚阈值电流Isubth。检测节点3的电位VS发生变化使亚阈值电流Isubth和光电流Ip相等。根据上式(1)，检测节点3的电位VS变成将光电流Ip对数变换后的值VS(log)。由此，可以在非常宽的入射光量范围内进行响应，可以得到很宽的动态范围。
图3B是表示使用图1B的像素进行线性工作时的电势关系的图。光电二极管1产生光电流Ip，但因第2晶体管2的栅极的电位φτ是DC电位，所以在稳定状态下，在该栅极流过与光电流Ip相当的电流，光电二极管1的电位保持为一定值。这里，进而对第1晶体管4的栅极加脉冲φR。首先，在信号积蓄开始之前，第1晶体管4在足够长的期间内保持高电平，源极电位变成使光电流Ip和亚阈值电流相等的值VS(log)。其次，第1晶体管4的栅极电位变成低电平，开始信号积蓄。经过1帧期间之后，源极电位下降至VS(lin)。因此，因信号积蓄而产生的VS的变化量ΔVS＝VS(lin)-VS(log)变成ΔVS＝(Ip·ΔT)/C2---(3)变成将光电流Ip线性变换后的值。这里，ΔT是积蓄时间，C2是图1B所示的检测节点3的电容。虽然C1＝(光电二极管1的电容+晶体管6的栅极电容+布线等杂散电容)，但因C2＝(晶体管6的栅极电容+布线等杂散电容)，在图3B中检测节点3的面积可以比图3A的光电二极管1的面积足够小，故C1＞C2。即，图3B的情况与图3A的情况相比，可以用相同的信号电荷量Ip·ΔT得到较高的信号电压ΔVS。
图4A示意性地示出在半导体衬底上做出图1A的像素时的截面结构。同样，图4B和图4C示意性地示出在半导体衬底上做出图1B的像素时的截面结构。这里，101是半导体衬底，102是像素分离区，103是光电二极管1(参照图1A和1B)的阴极，104是漏极5，111是第1晶体管4。在图4B和4C中，105是独立的检测节点，经第2晶体管112与光电二极管1的阴极103分离。进而，在图4A和4B中，光电二极管1是单纯的PN结结构，和漏极104同时形成，但是，在图4C中，光电二极管具有埋入沟道结构，和漏极分开形成。即，与在衬底侧形成信号电荷积蓄层106同时，在表面侧形成高浓度锁定(pinning)层107。一般，埋入沟道结构的光电二极管与单纯的PN结结构相比，可以大幅度降低暗电流。因此，可以扩大能进行对数型工作时的对数变换的光电流的下限Imin。此外，对于线性型工作，也可以减小暗电流噪声。
图6示出图5所示的二维图像传感器10的工作时序。这里，φR(1)、φR(2)是第1行和第2行的复位时钟，φS(1)、φS(2)是第1行和第2行的像素选择时钟，OS是输出信号。此外，1H表示1水平扫描期间，1V表示1帧期间。着眼于第1行的像素时，首先，在作为先行的(图6中的左端所示)对数型工作期间的帧中，使复位时钟、即第1晶体管4(参照图1A和1B)的栅极电位φR(1)维持高电平，并在检测节点3得到对数变换后的光电变换信号。然后，使上述第1晶体管4的栅极电位φR(1)从高电平变到低电平，使其转移到线性型工作期间。而且，通过在1帧期间左右使检测节点3积蓄光电变换后的电荷，可以在检测节点3得到线性型的光电变换信号。这里，在栅极电位φR(1)刚好从高电平变成低电平之前，像素选择时钟φS(1)为ON，将对数变换后的光电变换信号Log(1)作为输出信号OS输出。在1帧之后，即刚好在从线性型工作期间转移到对数型工作期间、上述第1晶体管4的栅极电位φR(1)从低电平变到高电平之前，像素选择时钟φS(1)为接通，将线性型的光电变换信号Lin(1)作为输出信号OS输出。对于第2行之后的像素，除了按1水平扫描期间单位依次延迟之外，其余都一样。这样，在1H单位内输出信号OS能得到对数变换后的光电变换信号Log(1)、Log(2)等的帧和在1H单位内能得到线性型的光电变换信号Lin(1)、Lin(2)等的帧交替进行。
图7A、7B是将入射光强度的对数log(Ip)作为横轴表示作为像素的检测节点3的电位得到的、对数变换后的光电变换信号VS(log)和线性型的光电变换信号VS(lin)的图。(图1A和1B的情况，因检测节点3的电位VS相对入射光增大的变化是负方向，故在图7A和图7B中，为方便起见，使其反转后示出。)这里，对数变换后的光电变换信号VS(log)与读出期间、在图6的情况下与1帧期间(适宜地称作“1V期间”)的长度无关。另一方面，线性型的光电变换信号VS(lin)因1V期间是信号积蓄期间，故1V期间的长度越长输出越大。图7A相当于1V期间长的情况，图7B相当于1V期间短的情况。相对入射光强度的VS(log)的值的响应下限值Imin受暗电流限制，另一方面上限值与线性型的光电变换信号VS(lin)相比特别高。另外，相对入射光强度的线性型的光电变换信号VS(lin)的值因为是在前一个对数变换型的光电变换信号VS(log)的值之上累积线性变换后的信号，所以，纯粹的线性型信号成分变成ΔVS＝VS(lin)-VS(log)。当像图7A那样积蓄期间长时，ΔVS的值充分大于VS(log)，VS(lin)和ΔVS大致相同，成为线性图。另一方面，当像图7B那样积蓄期间短时，ΔVS的值在入射光强度小时成为比VS(log)低的值，VS(lin)和ΔVS完全不同，成为非线性图。
图7C是将入射光强度的对数log(Ip)作为横轴表示本发明的图像传感器的输出信号的图。这里，实线表示像素整体的平均值<OS>，虚线表示某特定的像素(地址是第i行j列的像素)的值OSij。在图1A所示的像素的情况下，因晶体管4和6的阈值的离散，故各像素的响应分别伴随特定偏移离散ΔVij的离散而离散，ΔVij的值因像素而异。因此，当将各像素的响应直接作为影像信号时，ΔVij作为颗粒状的固定图形噪声，使画质大大下降。
图8A示出用来解决该固定图形噪声问题的电路构成30的例子。在本电路构成30中，利用AD变换器33将从本发明的图像传感器31(和图5所示的图像传感器10相同)来的模拟信号变换成数字信号。来自AD变换器33的信号分叉，一路直接导入作为减法运算部的一例的差分电路37，另一路经由作为第1帧存储器的帧存储器34导入差分电路37。在以均一的某强度(在图7C中表示为Ip1)对各像素照射光的条件下，当从上述图像传感器31输出对数变换后的光电变换信号时，以像素为单位将该信号记录在帧存储器34中。由此，帧存储器34记录每个像素的偏移离散ΔVij。其次，在差分电路37中，对每个像素，在对被拍摄体摄像的条件下，从在任意帧中读出的信号中减去帧存储器34中记录的信号。由此，对于所有帧的信号、即对数变换后的光电变换信号OS(log)和线性型的光电变换信号OS(lin)，偏移离散ΔVij可以抵消，可以得到没有固定的颗粒噪声的图像信号。
图8A中的线性型的光电变换信号OS(lin)，虽然偏移离散ΔVij抵消了，但是变成了将对数特性和线性特性相加之后的特性。因此，当如图7A所示那样线性特性值充分大于对数特性值时，大致呈线性特性，倒没有什么问题，但是，若像图7B所示那样一部分入射光量的线性特性值比对数特性值小，则因得不到线性特性而出现问题。
图8B示出用来解决该线性特性问题的另一电路构成40的例子。在本电路构成40中，利用AD变换器33将从本发明的图像传感器31来的模拟信号变换成数字信号。来自AD变换器33的信号分成三路，第1路直接导入作为减法运算部的一例的差分电路37，第2路经由作为第1帧存储器的帧存储器34和切换开关36导入差分电路37。第3路经由作为第2帧存储器的帧存储器35和切换开关36导入差分电路37。和图8A的情况一样，在以均一的某强度对各像素照射光的条件下，以像素为单位将从上述图像传感器31来的对数变换后的光电变换信号记录在帧存储器34中。由此，帧存储器34记录每个像素的偏移离散ΔVij。帧存储器35在对被拍摄体摄像的条件下，每次改写并记录刚好在上述复位栅极电位从高电平变成低电平之前读出的对数型信号。切换开关36在线性型信号读出时与帧存储器35连接，其次，与各像素对应，从刚好在上述复位栅极电位从低电平变成高电平之前读出的线性信号中减去上述帧存储器35中记录的信号。由此，可以只读出与光积分期间积蓄的信号电荷对应的纯粹的线性信号。进而，作为本方法的优点，因利用上述减法运算处理也可以消去伴随复位工作的随机噪声，故不仅可以降低固定噪声，也可以大幅度降低随机噪声。另一方面，切换开关36因在对数型信号读出时与帧存储器34连接，故在差分电路37中，与各像素对应，从对数型信号中减去该帧存储器34中记录的信号。由此，在对数变换后的光电变换信号OS(log)中，偏移离散ΔVij可以抵消，可以得到没有固定的颗粒噪声的图像信号。
再有，在上述例子(图6)中，示出了按每帧期间交替重复对数型工作期间和线性型工作期间的情况，但本发明不限于此。可以进行像图9A、9B、9C所示那样的各种各样的组合。图9A是和图6相同的情况，但是，图9B示出了1帧的线性型工作期间和2帧的对数型工作期间交替重复的情况。图9C示出了1帧的线性型工作期间和3帧的对数型工作期间交替重复的情况。同样，当然也可以是其他组合形式。
权利要求
1.一种固态摄像装置，对每个像素，在地和漏极之间串联设置光电二极管和第1晶体管，从上述光电二极管和第1晶体管之间的检测节点输出与根据光输入在上述光电二极管产生的电流或电荷对应的信号，其特征在于具有控制部，进行使对数型工作期间和线性型工作期间交替重复的控制，在上述对数型工作期间，将上述第1晶体管的栅极电位设定在第1电平，得到对数变换后的光电变换信号，在上述线性型工作期间，将上述第1晶体管的栅极电位设定在第2电平，得到线性型的光电变换信号。
2.权利要求1记载的固态摄像装置，其特征在于上述光电二极管和检测节点连接。
3.权利要求1记载的固态摄像装置，其特征在于在上述光电二极管和检测节点之间连接有第2晶体管。
4.权利要求3记载的固态摄像装置，其特征在于上述光电二极管具有埋入沟道结构。
5.权利要求1记载的固态摄像装置，其特征在于上述控制部进行下述控制按每帧交替重复上述对数型工作期间和线性型工作期间，刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前，读出上述检测节点电位作为线性型信号，在转变到上述对数型工作期间之后一定期间经过后的该对数型工作期间内，读出上述检测节点电位作为对数型信号。
6.权利要求5记载的固态摄像装置，其特征在于，具有第1帧存储器，在以均一的某强度对各像素照射光的条件下，存储在上述对数型工作期间内从上述各像素的检测节点读出的信号；以及减法运算部，在上述第1帧存储器的上述工作后，与上述各像素一一对应，从在任意帧读出的信号中减去上述第1帧存储器中记录的信号再输出。
7.权利要求6记载的固态摄像装置，其特征在于上述减法运算部与上述各像素一一对应，从在上述对数型工作期间读出的信号中减去上述第1帧存储器中记录的信号再输出。
8.权利要求5记载的固态摄像装置，其特征在于，具有第2帧存储器，在被拍摄体摄像条件下，每次记录刚好在从上述对数型工作期间向线性型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号；以及减法运算部，与上述各像素一一对应，从刚好在从上述线性型工作期间向对数型工作期间转变之前从上述检测节点读出的信号中减去上述第2帧存储器中记录的信号。
全文摘要
本发明提供一种固态摄像装置，能够同时实现宽的动态范围和高的低照度灵敏度。对每个像素，在地和漏极之间串联设置光电二极管和第1晶体管，从上述光电二极管和第1晶体管之间的检测节点输出与根据光输入在上述光电二极管产生的电流或电荷对应的信号。控制部进行使对数型工作期间和线性型工作期间交替重复的控制，在上述对数型工作期间，将上述第1晶体管的栅极电位φ
文档编号H04N5/369GK1757227SQ20038010999
公开日2006年4月5日 申请日期2003年12月24日 优先权日2002年12月27日
发明者渡边恭志 申请人:夏普株式会社