專利名稱：光傳感器、固體攝像裝置和固體攝像裝置的動作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳感器、固體攝像裝置等光設(shè)備及其動作方法，特別是涉及CMOS型或CCD型的二維或一維固體攝像裝置和該固體攝像裝置的 動作方法。
背景技術(shù)：
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)圖像傳感器或 CCD (Charge Coupled Device)圖像傳感器等圖像傳感器在其特性提高的 同時(shí)，在數(shù)碼相機(jī)、帶相機(jī)的便攜電話、掃描儀等用途中廣泛使用。所述圖像傳感器希望進(jìn)一步的特性提高，其一是動態(tài)范圍寬。以往使 用的圖像傳感器的動態(tài)范圍停留在3 4位(60 80dB)左右，希望實(shí)現(xiàn)具 有與肉眼或氯化銀膠片匹敵的5 6位(100 120dB)以上的動態(tài)范圍的圖 像傳感器。作為提高所述的圖像傳感器的圖像質(zhì)量特性的技術(shù)，例如在非專利文 獻(xiàn)l中開發(fā)了如下的技術(shù)為了高靈敏度和高S/N比化，分別讀出由與各 像素的光電二極管鄰接的浮動擴(kuò)散產(chǎn)生的噪聲信號和將該噪聲信號與光 信號相加而得的信號，取兩者的差分，由此抑制噪聲?？墒牵谠摲椒ㄖ?，動態(tài)范圍是80dB左右以下，希望比它更寬的動 態(tài)范圍。例如，在專利文獻(xiàn)1中，如圖19所示，公開了如下的技術(shù)在光電 二極管PD上連接高靈敏度低照度側(cè)的小電容Cl的浮動擴(kuò)散和低靈敏度 高照度側(cè)的大電容C2的浮動擴(kuò)散，分別輸出低照度側(cè)的輸出OUT1和高 照度側(cè)輸出OUT2，由此實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍。此外，在專利文獻(xiàn)2中，如圖20所示，公開了使浮動擴(kuò)散FD的電容 CS可變的寬動態(tài)范圍化的技術(shù)。此外，公開了如下的技術(shù)進(jìn)行基于短
曝光時(shí)間的與高照度側(cè)對應(yīng)的攝像和基于長曝光時(shí)間的與低照度側(cè)對應(yīng) 的攝像，分割為彼此不同的2次以上的曝光時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍。此外，在專利文獻(xiàn)3和非專利文獻(xiàn)2中，如圖21所示，公幵了如下 的技術(shù)在光電二極管PD和電容C之間設(shè)置晶體管開關(guān)T，在第一次的 曝光期間打開開關(guān)T，在光電二極管PD和電容C雙方存儲光信號電荷， 在第二次的曝光期間關(guān)閉開關(guān)T，在前者的存儲電荷的基礎(chǔ)上，用光電二 極管PD存儲光電荷，從而實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍。在該例子中，在存在超過飽 和的光照射時(shí)，過剩電荷經(jīng)由復(fù)位晶體管R排出。此外，在專利文獻(xiàn)4中，如圖22所示，公開了如下的技術(shù)使用電 容C比以往大的光電二極管PD，從而能應(yīng)對高照度攝像。此外，在非專利文獻(xiàn)3中，如圖23所示，公開了如下的技術(shù)通過 組合MOS晶體管而構(gòu)成的對數(shù)變換電路，將來自光電二極管的光電流信 號進(jìn)行對數(shù)變換，同時(shí)存儲和輸出，從而實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍。專利文獻(xiàn)1:特開2003-134396號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開2000-165754號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開2002-77737號公報(bào)專利文獻(xiàn)4:特開平5-90556號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1: S. Inoue et al.，正EE Workshop on CCDs and Advanced Image Sensor 2001，pp.l6-19.非專利文獻(xiàn)2: Y. Muramatsu et al., IEEE Journal of Solid-state Circuits, Vol.38,No. 1,2003.非專利文獻(xiàn)3:圖像信息媒體學(xué)會雜志，Vol. 57,2003.可是，在所述專利文獻(xiàn)K 2、 3和非專利文獻(xiàn)2中記載的方法或者用 不同的2次以上的曝光時(shí)間進(jìn)行攝像的方法中，在不同的時(shí)刻進(jìn)行低照度 的攝像和高照度側(cè)的攝像，所以具有如下的問題在攝像時(shí)間上產(chǎn)生偏差， 損害動畫攝像的圖像質(zhì)量。此外，在所述的專利文獻(xiàn)4和專利文獻(xiàn)3中記載的方法中，雖然與高 照度側(cè)的攝像對應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍，但是關(guān)于低照度側(cè)的攝像，存在 如下的問題成為低靈敏度、低S/N比，損害圖像質(zhì)量。如上所述，在CMOS圖像傳感器等圖像傳感器中，難以在維持高靈 敏度、高S/N比的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍。此外，所述問題并不局限于將 像素配置為二維陣列的圖像傳感器，在將像素配置為一維陣列的線性傳感 器或不具有多個像素的光傳感器中也是同樣的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于所述的狀況而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供在維持高靈敏度、高S/N比的同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍的固體攝像裝置及其動作 方法。本發(fā)明的光傳感器的特征在于，包括光電二極管，其接收光，生成光電荷;傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；多 個存儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送晶體管存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二 極管溢出的光電荷。本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素集成為一維 或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；多個存 儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送晶體管存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管 溢出的光電荷。本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素集成為一維 或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；存儲電 容元件組，其由多個存儲電容元件構(gòu)成，所述多個存儲電容元件至少包含 經(jīng)由所述傳送晶體管依次存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光 電荷的第一和第二存儲電容元件。本發(fā)明的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素集成為一維 或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送門，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；第一存儲門， 其連接在所述傳送門上；第一存儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送門和所述第 一存儲門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷；第二存儲電 容元件，其經(jīng)由第二存儲門連接在所述第一存儲電容元件上。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述多個存儲電容元件彼此經(jīng)由
存儲門機(jī)構(gòu)連接。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述像素還具有經(jīng)由所述傳送晶 體管傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述像素還具有經(jīng)由所述傳送門 傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述第二存儲電容元件具有比所 述第一存儲電容元件大的電容。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述多個存儲電容元件全部具有 相同的電容。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，還具有復(fù)位晶體管，其連接在 所述浮動區(qū)域或所述第一和第二存儲電容元件的至少一個上，用于排出所 述第一和第二存儲電容元件以及所述浮動區(qū)域內(nèi)的信號電荷；放大晶體 管，其用于將所述浮動區(qū)域的信號電荷、或所述浮動區(qū)域和所述第一以及第二存儲電容元件的至少一方的信號電荷作為電壓讀出；選擇晶體管，其 連接在所述放大晶體管上，用于選擇所述像素。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，還具有噪聲取消機(jī)構(gòu)，所述噪聲取 消機(jī)構(gòu)取得從所述浮動區(qū)域、所述第一存儲電容元件和所述第二存儲電容 元件的一個或多個得到的電壓信號、和向所述浮動區(qū)域傳送來自所述光電 二極管的所述光電荷并且使所述第一存儲門和所述第二存儲門中的至少 一個導(dǎo)通，從而從傳送到所述浮動區(qū)域、所述第一存儲電容元件和所述第 二存儲電容元件的一個或多個的光電荷得到的電壓信號、的差分。此外，本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下 的像素集成為一維或二維的陣列狀而成，所述像素至少具有光電二極管， 其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送 所述光電荷；浮動區(qū)域，其經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所述光電荷；第一存 儲晶體管，其連接在所述傳送晶體管上；第一存儲電容元件，其通過所述 傳送晶體管和所述第一存儲晶體管存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管 溢出的光電荷；第二存儲晶體管，其傳送從所述第一存儲電容元件溢出的 光電荷；第二存儲電容元件，其通過所述第二存儲晶體管存儲從所述第一 存儲電容元件溢出的光電荷。 此外，本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的動作方法是上述的固體攝 像裝置的動作方法，其特征在于，包括在電荷存儲之前，將所述第一和 第二存儲晶體管導(dǎo)通，排出所述浮動區(qū)域以及所述第一和第二存儲電容元 件內(nèi)的光電荷的工序；將所述光電二極管產(chǎn)生的光電荷中的飽和前電荷在 所述光電二極管中存儲，將從所述光電二極管溢出的過飽和電荷在所述浮 動區(qū)域和所述第一存儲電容元件中存儲的工序；將所述第一存儲晶體管斷 開，將所述浮動區(qū)域內(nèi)的光電荷排出的工序；將所述傳送晶體管導(dǎo)通，將 所述飽和前電荷向所述浮動區(qū)域傳送，讀出表示所述飽和前電荷的電壓信 號的飽和前信號的工序；將所述第一存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和 前電荷與從所述光龜二極管溢出的所述過飽和電荷的和的電壓信號的第 一過飽和信號的工序；將所述第二存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和前 電荷、從所述光電二極管溢出的所述過飽和電荷與從所述第一存儲電容元 件溢出的過飽和電荷的和的電壓信號的第二過飽和信號的工序。所述本發(fā)明的固體攝像裝置的動作方法優(yōu)選，還具有通過與規(guī)定的 基準(zhǔn)電壓的比較，來選擇所述飽和前信號、所述第一過飽和信號和所述第 二過飽和信號的至少任意一個的輸出信號選擇工序。所述的本發(fā)明的固體攝像裝置的動作方法優(yōu)選，所述輸出信號選擇工 序在所述飽和前信號比第一基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述第一過飽和信號作為 輸出信號，在所述第一過飽和信號比第二基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述第二過 飽和信號作為輸出信號。此外，本發(fā)明的其他形態(tài)的光傳感器的特征在于，具有光電二極管， 其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送 所述光電荷；溢流門，其連接在所述光電二極管上；多個存儲電容元件， 其經(jīng)由所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷。本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素 集成為一維或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光， 生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 溢流門，其連接在所述光電二極管上；多個存儲電容元件，其經(jīng)由所述溢 流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷。本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素 集成為一維或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷; 溢流門，其連接在所述光電二極管上；存儲電容元件組，其由多個存儲電 容元件構(gòu)成，所述多個存儲電容元件至少包含經(jīng)由所述溢流門依次存儲在 存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷的第一和第二存儲電容元件。此外，本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下 的像素集成為一維或二維的陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其 接收光，生成光電荷；傳送門，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光 電荷；溢流門，其連接在所述光電二極管上，傳送在存儲動作時(shí)從所述光 電二極管溢出的光電荷；第一存儲門，其連接在所述溢流門上；第一存儲 電容元件，其經(jīng)由所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的 光電荷；第二存儲門，其連接在所述第一存儲電容元件上；第二存儲電容 元件，其經(jīng)由所述第二存儲門連接在所述第一存儲電容元件上。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述溢流門由MOS型晶體管或結(jié) 型晶體管構(gòu)成。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述多個存儲電容元件彼此經(jīng)由存 儲晶體管連接。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述像素還具有經(jīng)由所述傳送晶體 管傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述像素還具有經(jīng)由所述傳送門傳 送所述光電荷的浮動區(qū)域。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述第二存儲電容元件具有比所述 第一存儲電容元件大的電容。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，所述多個存儲電容元件全部具有相 同的電容。所述本發(fā)明的固體攝像裝置優(yōu)選，還具有復(fù)位晶體管，其連接在所 述浮動區(qū)域或所述第一和第二存儲電容元件的至少一個上，用于排出所述 第一和第二存儲電容元件以及所述浮動區(qū)域內(nèi)的信號電荷；放大晶體管， 其用于將所述浮動區(qū)域的信號電荷、或所述浮動區(qū)域和所述第一以及第二 存儲電容元件的至少一方的信號電荷作為電壓讀出；選擇晶體管，其連接 在所述放大晶體管上，用于選擇所述像素。本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的特征在于，通過多個如下的像素 集成為一維或二維的陣列狀而成，所述像素至少具有光電二極管，其接 收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述 光電荷；浮動區(qū)域，其經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所述光電荷；溢流門，其 連接在所述光電二極管上；第一存儲電容元件，其通過所述溢流門存儲在 存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷；第一存儲晶體管，其傳送從 所述第一存儲電容元件溢出的光電荷；第二存儲電容元件，其通過所述第 一存儲晶體管存儲從所述第一存儲電容元件溢出的光電荷；第二存儲晶體 管，其連接在所述浮動區(qū)域和所述第一存儲電容元件之間。此外，本發(fā)明的其他形態(tài)的固體攝像裝置的動作方法是所述的固體攝 像裝置的動作方法，其特征在于，具有在電荷存儲前，將所述第一存儲 晶體管和所述第二存儲晶體管導(dǎo)通，排出所述浮動區(qū)域以及所述第一和第 二存儲電容元件內(nèi)的光電荷的工序；將所述光電二極管產(chǎn)生的光電荷中的 飽和前電荷在所述光電二極管中存儲，將從所述光電二極管溢出的過飽和 電荷經(jīng)由所述溢流門在所述第一存儲電容元件中存儲的工序；將所述傳送 晶體管導(dǎo)通，將所述飽和前電荷向所述浮動區(qū)域傳送，讀出表示所述飽和 前電荷的電壓信號的飽和前信號的工序；將所述第二存儲晶體管導(dǎo)通，讀 出表示所述飽和前電荷和從所述光電二極管溢出的所述過飽和電荷的和 的電壓信號的第一過飽和信號的工序；將所述第一存儲晶體管導(dǎo)通，讀出 表示所述飽和前電荷、從所述光電二極管溢出的所述過飽和電荷與從所述 第一存儲電容元件溢出的過飽和電荷的和的電壓信號的第二過飽和信號 的工序。所述本發(fā)明的固體攝像裝置的動作方法優(yōu)選，還具有通過與規(guī)定的 基準(zhǔn)電壓的比較，來選擇所述飽和前信號、所述第一過飽和信號和所述第 二過飽和信號的至少任意一個的輸出信號選擇工序。所述本發(fā)明的固體攝像裝置的動作方法優(yōu)選，所述輸出信號選擇工序 在所述飽和前信號比第一基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述第一過飽和信號作為輸 出信號，在所述第一過飽和信號比第二基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述第二過飽 和信號作為輸出信號。 根據(jù)本發(fā)明的固體攝像裝置，在基于接收光并且生成和存儲光電荷的 光電二極管的低照度攝像中，維持高靈敏度、高S/N比，并在多個存儲電 容中存儲從光電二極管溢出的光電荷，從而能進(jìn)行高照度的攝像，實(shí)現(xiàn)寬 動態(tài)范圍。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略剖視圖。 圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的概略俯視圖。圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的框圖。圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的主要驅(qū)動時(shí)間圖。圖6是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略電勢圖。圖7是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的光電變換特性的概略圖。圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的固體攝像裝置的驅(qū)動時(shí)間圖。 圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略電勢圖。 圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等效電 路圖。圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略剖視圖。 圖12是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的驅(qū)動時(shí)間圖。 圖13是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略電勢圖。 圖14是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等效電 路圖。圖15-1是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的固體攝像裝置的概略剖視圖。 圖15-2是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的固體攝像裝置的其他概略剖視圖。 圖16是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的概略俯 視圖。圖17是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的固體攝像裝置的框圖。 圖18是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的光電變換特性 的圖。圖19是本發(fā)明的專利文獻(xiàn)1的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖。圖20是本發(fā)明的專利文獻(xiàn)2的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖。圖21是本發(fā)明的專利文獻(xiàn)3的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖。圖22是本發(fā)明的專利文獻(xiàn)4的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖。圖23是本發(fā)明的非專利文獻(xiàn)3的固體攝像裝置的一個像素的等效電 路圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖，說明本發(fā)明的固體攝像裝置的實(shí)施方式。 第一實(shí)施方式圖1表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖，圖2 表示概略剖視圖，圖3表示概略俯視圖。各像素由以下的部分構(gòu)成接收光，生成光電荷的光電二極管PD1;與光電二極管PD1鄰接設(shè)置的傳送光電荷的傳送晶體管T2;經(jīng)由傳送晶 體管T2與光電二極管PD1連接設(shè)置的浮動擴(kuò)散FD3;通過所述傳送晶體 管T2存儲在曝光存儲動作時(shí)從所述光電二極管PD1溢出的光電荷的第一 存儲電容CSa4和第二存儲電容CSb5;在第一存儲電容CSa4上連接形成， 用于排出第一存儲電容CSa4、第二存儲電容CSb5和浮動擴(kuò)散FD3內(nèi)的 信號電荷的復(fù)位晶體管R6;設(shè)置在浮動擴(kuò)散FD3和第一存儲電容CSa4 之間的第一存儲晶體管Ca7;設(shè)置在第一存儲電容CSa4和第二存儲電容 CSb5之間的第二存儲晶體管Cb8;用于將浮動擴(kuò)散FD3的信號電荷或浮 動擴(kuò)散FD3和第一存儲電容CSa4的信號電荷或浮動擴(kuò)散FD3、第一存儲 電容CSa4和第二存儲電容CSb5的信號電荷作為電壓讀出的放大晶體管 SF9;與放大晶體管連接設(shè)置，用于選擇所述像素或像素塊的選擇晶體管 XIO。本實(shí)施方式的固體攝像裝置將多個所述結(jié)構(gòu)的像素集成為二維或一維的陣列狀，在各像素中，在傳送晶體管T2、第一存儲晶體管Ca7、第二 存儲晶體管Cb8、復(fù)位晶體管R6的柵極上連接OT11、①Cal2、 OCbl3、 OR14的各驅(qū)動線，此外，在選擇晶體管X10的柵極上連接由行移位寄存 器驅(qū)動的像素選擇線①X15，在選擇晶體管XIO的輸出側(cè)源極連接輸出線 OUT16，由列移位寄存器控制并輸出。在圖2中，例如，在n型硅半導(dǎo)體襯底(n-sub)20上形成p型井(p-well) 21，在p型井21中形成n型半導(dǎo)體區(qū)域22，在其表層形成p+型半導(dǎo)體區(qū) 域23，經(jīng)由該pn結(jié)而構(gòu)成電荷傳送埋入型的光電二極管PD。如果光向在 pn結(jié)上施加適當(dāng)?shù)钠珘憾a(chǎn)生的耗盡層中入射，則由于光電效應(yīng)，產(chǎn)生光 電荷。在n型半導(dǎo)體區(qū)域22的端部具有從p+型半導(dǎo)體區(qū)域23突出形成的區(qū) 域，從該區(qū)域離開規(guī)定距離，在p型井21的表層形成作為浮動擴(kuò)散FD的 n+型半導(dǎo)體區(qū)域24，從該區(qū)域離開規(guī)定距離，形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域25和 n+型半導(dǎo)體區(qū)域26。這里，在n型半導(dǎo)體區(qū)域22和n+型半導(dǎo)體區(qū)域24的區(qū)域中，在p 型井21上面，經(jīng)由由氧化硅等構(gòu)成的柵絕緣膜，形成由多晶硅等構(gòu)成的 柵極，n型半導(dǎo)體區(qū)域22和n+型半導(dǎo)體區(qū)域24作為源極和漏極，構(gòu)成在 p型井21的表層具有溝道形成區(qū)域的傳送晶體管T2。此外，在n+型半導(dǎo)體區(qū)域24和n+型半導(dǎo)體區(qū)域25的區(qū)域中，在p 型井21上面，經(jīng)由由氧化硅等構(gòu)成的柵絕緣膜，形成由多晶硅等構(gòu)成的 柵極，n+型半導(dǎo)體區(qū)域24和n+型半導(dǎo)體區(qū)域25作為源極和漏極，構(gòu)成 在p型井21的表層具有溝道形成區(qū)域的存儲晶體管Ca。此外，在n+型半導(dǎo)體區(qū)域25和n+型半導(dǎo)體區(qū)域26的區(qū)域中，在p 型井21上面，經(jīng)由由氧化硅等構(gòu)成的柵絕緣膜，形成由多晶硅等構(gòu)成的 柵極，n+型半導(dǎo)體區(qū)域25和n+型半導(dǎo)體區(qū)域26作為源極和漏極，構(gòu)成 在p型井21的表層具有溝道形成區(qū)域的存儲晶體管Cb。這里，第二存儲 晶體管Cb的閾值電壓比傳送晶體管T的閾值電壓低。在圖3中，表示在光電二極管PD1的周圍形成傳送晶體管T2、第一
存儲電容CSa4、第二存儲電容CSb5、復(fù)位晶體管R6、第一存儲晶體管 Ca7、第二存儲晶體管Cb8、放大晶體管SF9、選擇晶體管X10的區(qū)域。 雖然浮動擴(kuò)散FD3未圖示，但是設(shè)置在傳送晶體管T2和第一存儲電容 CSa4的附近。圖4表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的框圖。在配置為二維的像素陣 列(30、 31、 2、 33)的周邊部設(shè)置行移位寄存器34、列移位寄存器35、 信號和噪聲保持部36、輸出電路37。這里，為了簡單，表示2像素X2 像素的像素陣列，但是像素的數(shù)量并不局限于此。從各像素依次讀出的信號成為噪聲信號Nl 、由FD進(jìn)行了電荷電壓變 換的飽和前的光信號+噪聲信號(S1+N1)、噪聲信號N2、由FD+CSa進(jìn) 行了電荷電壓變換的飽和前與飽和后的相加的光信號+噪聲信號 (Sl+S2+N2)、噪聲信號N3、由FD+CSa+CSb進(jìn)行了電荷電壓變換的飽 和前與飽和后的相加的光信號+噪聲信號(Sl+S2+S3+N3)。通過減法電路， 進(jìn)行噪聲除去(S1+N1) —Nl、 (Sl+S2+N2) —N2、 (Sl+S2+S3+N3) _ N3的動作，除去隨機(jī)噪聲成分和固定模式噪聲成分雙方。如后所述，與 存儲開始之后讀出噪聲信號N1、 N2、 N3的一個或多個的情況對應(yīng)，將噪 聲信號暫時(shí)保存到幀存儲器后，通過減法電路，除去噪聲。這樣，就得到 除去了噪聲的飽和前側(cè)信號Sl和過飽和側(cè)信號Sl+S2、 Sl+S2+S3。減法電路、幀存儲器可以形成在圖像傳感器芯片上，也可以作為其他 芯片形成。說明圖1~圖4中說明的本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作方法。圖5 是本實(shí)施方式的固體攝像裝置的主要驅(qū)動時(shí)間圖，圖6是從像素的光電二 極管經(jīng)過浮動擴(kuò)散FD、第一存儲電容，到達(dá)第二存儲電容的局部概略電 勢圖。如果參照圖5和圖6，則首先在曝光存儲之前，將第一存儲晶體管Ca 和第二存儲晶體管Cb設(shè)置為導(dǎo)通，將傳送晶體管T、復(fù)位晶體管R設(shè)置 為斷開。接著，將復(fù)位晶體管R、傳送晶體管T導(dǎo)通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD 和第一存儲電容CSa、第二存儲電容CSb的復(fù)位(時(shí)刻to)。這時(shí)，光電 二極管PD完全耗盡化。接著，將在復(fù)位晶體管R斷開之后取入的 FD+CSa+CSb的復(fù)位噪聲作為N3讀出(時(shí)刻t,)。這時(shí)，在噪聲信號N3
中，將放大晶體管SF的閾值電壓偏差作為固定模式噪聲成分而包含。接著，如果第二存儲晶體管Cb斷開，則在FD+CSa+CSb中存儲的信 號電荷按照其電容比分配給FD+CSa和CSb。其中，將分配給FD+CSa的 信號作為N2讀出(時(shí)刻t2)。這時(shí)，在N2中也將放大晶體管SF的閾值 電壓偏差作為固定模式噪聲成分而包含。在存儲期間中(時(shí)刻t3)，在第一 存儲晶體管Ca導(dǎo)通，第二存儲晶體管Cb、復(fù)位晶體管R、選擇晶體管X 斷開的狀態(tài)下，光電二極管PD飽和前的光電荷由光電二極管PD存儲， 此外，超過飽和時(shí)的過剩光電荷經(jīng)由傳送晶體管T和第一存儲晶體管Ca 與N2重疊，在浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa中存儲。有強(qiáng)光的照射， 光電二極管PD和第一存儲電容CSa的超過飽和時(shí)的過剩光電荷經(jīng)由第二 存儲晶體管Cb也存儲在第二存儲電容CSb中。第二存儲晶體管Cb的閾 值電壓設(shè)定為比傳送晶體管T的閾值電壓低，所以在浮動擴(kuò)散FD和第一 存儲電容CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光電二極管PD側(cè)，而是高效地傳 送給第二存儲電容CSb。通過該動作，不拋棄在過飽和狀態(tài)下從光電二極 管PD溢出的電荷，有效地活用。這樣，飽和前以及過飽和后，在各像素 用同一光電二極管PD在同一期間內(nèi)受光，由此進(jìn)行存儲動作。在存儲結(jié)束后(時(shí)刻t4)，選擇晶體管X導(dǎo)通后，如果第一存儲晶體 管Ca斷開，則FD+CSa中存儲的信號電荷按照其電容比分配給浮動擴(kuò)散 FD和存儲電容CSa。其中，將分配給浮動擴(kuò)散FD的信號作為N1讀出。 這時(shí)，在N1中也將放大晶體管SF的閾值電壓偏差作為固定模式噪聲成分 而包含。接著，傳送晶體管T導(dǎo)通，光電二極管PD中存儲的光信號電荷 向浮動擴(kuò)散FD完全傳送，與信號N1重疊，作為S1+N1，讀出信號(時(shí) 刻t5)。接著，第一存儲晶體管Ca也導(dǎo)通(時(shí)刻t6)，混合FD的電荷和 CSa中存儲的電荷，作為Sl+S2+N2，讀出信號。接著，第二存儲晶體管 Cb也導(dǎo)通(時(shí)刻t7)，混合FD+CSa的電荷與CSb中存儲的電荷，作為 Sl+S2+S3+N3，讀出信號。接著，復(fù)位晶體管R導(dǎo)通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD、第一存儲電容CSa、 第二存儲電容CSb的復(fù)位(時(shí)刻ts)。通過重復(fù)以上的動作，本實(shí)施方式 的固體攝像元件工作。如果FD的電容為CpD，第一存儲電容CSa的電容為Cc;sa，第二存儲
電容CSb的電容為ccsb，則動態(tài)范圍的擴(kuò)大率簡單地表示為 (CFD+CCSa+CCSb)/CFD。實(shí)際上，難以按照將FD、 FD+CSa、 FD+CSa+CSb 復(fù)位的順序受到復(fù)位晶體管R的時(shí)鐘饋通的影響，過飽和側(cè)信號Sl+S2 的飽和電壓比飽和前側(cè)信號Sl的飽和電壓高，進(jìn)而，過飽和側(cè)信號 Sl+S2+S3的飽和信號高，所以動態(tài)范圍以其以上的比率擴(kuò)大。為了維持 高的光電二極管開口率，且不擴(kuò)大像素尺寸，有效地?cái)U(kuò)大動態(tài)范圍，要求 能形成面積效率好的大存儲電容。通過選擇已除去噪聲的飽和前側(cè)信號Sl、第一過飽和側(cè)信號(S1+S2)、 第二過飽和側(cè)信號(Sl+S2+S3)中的任意一個信號，實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍信號 的合成。圖7是表示S1、 Sl+S2、 Sl+S2+S3的信號選擇的狀態(tài)的概略光 電變換特性圖。比較預(yù)先設(shè)定的S1和(S1+S2)的切換基準(zhǔn)電壓和S1的信 號輸出電壓，比較(S1+S2)禾卩(Sl+S2+S3)的切換基準(zhǔn)電壓和(S1+S2)的信 號輸出電壓，來選擇Sl或Sl+S2或Sl+S2+S3中的任意一個信號，從而 實(shí)現(xiàn)S1、 Sl+S2、 Sl+S2+S3的選擇。這里，Sl和(S1+S2)的切換基準(zhǔn)電壓、(Sl+S2)禾卩(Sl+S2+S3)的切 換基準(zhǔn)電壓可以是相同的電壓。在圖7中，表示為Sl和(S1+S2)的切換 基準(zhǔn)電壓、(Sl+S2)禾卩(Sl+S2+S3)的切換基準(zhǔn)電壓相同。該切換基準(zhǔn)電 壓為了不受Sl和Sl+S2的飽和電壓偏差的影響，可以設(shè)定為比Sl飽和電 壓和Sl+S2飽和電壓低，并且將切換點(diǎn)的過飽和側(cè)信號Sl+S2 (圖7中A 點(diǎn))以及Sl+S2+S3 (圖7中B點(diǎn))和除去噪聲后殘留的噪聲信號(圖7 中C點(diǎn))的S/N比維持為較高的電壓。在用人眼鑒賞由固體攝像裝置得到 的圖像的用途中使用時(shí)，為了不觀測到亮度的偏差，該S/N比優(yōu)選設(shè)定為 40dB以上，更優(yōu)選設(shè)定為43dB以上，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為46dB以上。這里，第一過飽和側(cè)信號Sl+S2能通過將其增益與(CFD+CCSa) /CFD 比相乘而與飽和前側(cè)信號Sl的增益匹配，此外，第二過飽和側(cè)信號 Sl+S2+S3能通過將其增益與(CFD+CCSa+CCSb) /CFD比相乘而與飽和前側(cè) 信號Sl的增益匹配。這樣，能得到從低照度到高照度以線性的信號選擇 合成的寬動態(tài)范圍擴(kuò)大的圖像信號。從上述的動作可知，在本固體攝像裝置中，混合飽和前側(cè)和第一過飽 和側(cè)的信號電荷，作為第一過飽和側(cè)的信號S1+S2，所以在S1+S2中，即
使最低但也存在接近飽和前側(cè)光信號Sl的飽和的信號電荷，相對于第一 過飽和側(cè)的復(fù)位噪聲、暗電流等噪聲成分的容許度提高。同樣，在第二過飽和側(cè)的Sl+S2+S3中，即使最低但也存在接近第一過飽和側(cè)的信號Sl+S2 的飽和的信號電荷，相對于第二過飽和側(cè)的復(fù)位噪聲、暗電流等噪聲成分 的容許度提高。利用相對于第一過飽和側(cè)的信號Sl+S2和第二過飽和側(cè)的 信號Sl+S2+S3的噪聲容許度提高的情況，利用圖5所示的下一半幀(field) 的信號N3，或N2'，取得Sl+S2+S3+N3和N3，的差分((S1+S2+S3+N3) —N3，)或S1+S2+N2和N2，的差分((S1+S2+N2) —N2')，除去固定模式 噪聲成分，由此，在飽和前側(cè)和過飽和側(cè)信號的選擇切換點(diǎn)附近，也能確 保充分的S/N比。因此，幀存儲器并不是必須的。在光電二極管PD不飽和的低照度攝像中，通過取消噪聲而得到的飽 和前電荷信號(Sl)，能維持高靈敏度、高S/N比，進(jìn)而，在光電二極管 PD飽和的高照度攝像中，由第一和第二存儲電容存儲從光電二極管溢出 的光電荷，將其取入，與所述同樣，通過取消噪聲而得到的信號(Sl+S2) 和(Sl+S2+S3)，能維持高S/N比，在高照度側(cè)能實(shí)現(xiàn)足夠?qū)挼膭討B(tài)范圍 擴(kuò)大。本實(shí)施方式的固體攝像裝置如上所述，除了不降低低照度側(cè)的靈敏 度，提高高照度側(cè)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍之外，還不使電源電壓從通 常使用的范圍上升，所以能應(yīng)對將來的圖像傳感器的微細(xì)化。將元件的追 加抑制在極小，不會引起像素尺寸的擴(kuò)大。不像以往的實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍化的圖像傳感器那樣在高照度側(cè)和低照 度側(cè)分割存儲時(shí)間，即不跨幀，在同一存儲時(shí)間中存儲，所以在動畫的攝 像中，也不會使圖像質(zhì)量劣化。此外，關(guān)于浮動擴(kuò)散FD的漏電流，在本實(shí)施方式的圖像傳感器中，CFD+Ccsa的最小信號成為過飽和電荷+來自光電二極管PD的飽和電荷，此 外，CFD+Ccsa+Ccsb的最小信號成為過飽和電荷+來自光電二極管PD的飽和電荷+浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa的飽和電荷，處理比FD的漏電 荷大的電荷量，所以具有不易受FD泄漏的影響的優(yōu)點(diǎn)。在所述的實(shí)施方式中，第二存儲晶體管Cb的閾值電壓比傳送晶體管 T的閾值電壓低，但是第二存儲晶體管Cb的閾值電壓也可以與傳送晶體
管T的閾值電壓為相同程度，在存儲期間中，第二存儲晶體管Cb的柵極 電位為正，浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光 電二極管PD側(cè)，高效地向第二存儲電容CSb傳送。所述的實(shí)施方式使用了2個存儲電容，但是使用3個以上的存儲電容， 也能同樣構(gòu)成并進(jìn)行工作。使用3個以上的存儲電容時(shí)，為了不受飽和電 壓偏差的影響，可以將切換基準(zhǔn)電壓設(shè)定為比飽和電壓低，并且將切換點(diǎn) 的信號和噪聲的比S/N比維持為較高的電壓。通過使用3個以上的存儲電 容，能維持高S/N比，在高照度側(cè)能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍擴(kuò)大。 此外，多個存儲電容可以全部具有相同的電容值，也可以不同。優(yōu)選越是 位于遠(yuǎn)離浮動擴(kuò)散FD的位置的存儲電容，越具有大的電容值。第二實(shí)施方式本實(shí)施方式是根據(jù)第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的其他動作方法的 實(shí)施方式。本實(shí)施方式的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)與圖1 圖4中說明的第一實(shí) 施方式的固體攝像裝置同樣?？墒?，第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體 管Cb的閾值電壓比傳送晶體管T的閾值電壓低。圖8是本實(shí)施方式的固體攝像裝置的主要驅(qū)動時(shí)間圖，圖9是從像素 的光電二極管經(jīng)過浮動擴(kuò)散FD、第一存儲電容到第二存儲電容的局部概 略電勢圖。首先，在曝光存儲前，第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體管Cb設(shè)置 為導(dǎo)通，傳送晶體管T、復(fù)位晶體管R設(shè)定為斷開。接著，將復(fù)位晶體管 R、傳送晶體管T導(dǎo)通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa、第二存 儲電容CSb的復(fù)位(時(shí)刻to')。這時(shí)，光電二極管PD完全耗盡化。接著將在復(fù)位晶體管R斷開之后取入的FD+CSa+CSb的復(fù)位噪聲作 為N3讀出(時(shí)刻V)。這時(shí)，在噪聲信號N3中，將放大晶體管SF的閾 值電壓偏差作為固定模式噪聲成分而包含。接著，如果第二存儲晶體管 Cb斷開，則在FD+CSa+CSb中存儲的信號電荷按照其電容比分配給 FD+CSa和CSb。其中，將分配給FD+CSa的信號作為N2讀出(時(shí)刻t2，)。 這時(shí)，在N2中也將放大晶體管SF的閾值電壓偏差作為固定模式噪聲成分 而包含。接著，如果第一存儲晶體管Ca斷開，則FD+CSa中存儲的信號電荷 按照其電容比分配給FD和CSa。其中，將分配給FD的信號作為N1讀出 (時(shí)刻V)。這時(shí)，在N1中也將放大晶體管SF的閾值電壓偏差作為固定 模式噪聲成分而包含。在存儲期間中(t4')，在第一存儲晶體管Ca、第二 存儲晶體管Cb、復(fù)位晶體管R、選擇晶體管X斷開的狀態(tài)下，光電二極 管PD飽和前的光電荷由光電二極管PD存儲，此外，超過飽和時(shí)的過剩 光電荷經(jīng)由傳送晶體管T與N1重疊，在浮動擴(kuò)散FD中存儲。有更強(qiáng)光 的照射，光電二極管PD和浮動擴(kuò)散FD的超過飽和時(shí)的過剩電荷經(jīng)由第 一存儲晶體管Ca與N2重疊，在第一存儲電容CSa中存儲。進(jìn)而，有強(qiáng) 光的照射，光電二極管PD、浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa的超過飽 和時(shí)的過剩光電荷經(jīng)由第二存儲晶體管Cb也存儲在第二存儲電容CSb 中。第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體管Cb的閾值電壓設(shè)定得比傳送晶 體管T的閾值電壓低，所以在浮動擴(kuò)散FD飽和時(shí)，過剩電荷不回到PD 側(cè)，高效地向第一存儲電容CSa傳送，在浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容 CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光電二極管PD偵U，高效地向第二存儲電容 CSb傳送。通過該動作，在過飽和狀態(tài)下，不放棄從光電二極管PD溢出 的電荷，有效地活用。這樣，飽和前以及過飽和后，在各像素用同一光電 二極管PD在同一期間內(nèi)受光，由此進(jìn)行存儲動作。在存儲結(jié)束后，選擇晶體管X、傳送晶體管T導(dǎo)通，將光電二極管 PD中存儲的光信號電荷完全向浮動擴(kuò)散FD傳送，與信號N1重疊，作為 S1+N1，讀出信號(時(shí)刻V)。接著，第一存儲晶體管Ca也導(dǎo)通(時(shí)刻V)， 將FD的電荷和CSa中存儲的電荷混合，作為S1+S2+N2，讀出信號。接 著，第二存儲晶體管Cb也導(dǎo)通(時(shí)刻t/)，混合FD+CSa的電荷和CSb 中存儲的電荷，作為S1+S2+S3+N3,讀出信號。接著，復(fù)位晶體管R導(dǎo) 通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD、第一存儲電容CSa、第二存儲電容CSb的復(fù)位(時(shí) 刻V)。通過重復(fù)以上的動作，本實(shí)施方式的固體攝像元件工作。在所述的實(shí)施方式中，第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體管Cb的閾 值電壓比傳送晶體管T的閾值電壓低，但是第一存儲晶體管Ca和第二存 儲晶體管Cb的閾值電壓也可以與傳送晶體管T的閾值電壓為相同程度， 在存儲期間中，第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體管Cb的柵極電位為正， 浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光電二極管PD 側(cè)，高效地向第二存儲電容CSb傳送。在本實(shí)施方式中，也得到與第一實(shí)施方式同樣的效果，能維持高S/N比，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍擴(kuò)大。 第三實(shí)施方式圖10表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等價(jià)電流圖，圖 ll表示概略剖視圖，概略俯視圖與第一實(shí)施方式的圖3同樣。各像素由以下的部分構(gòu)成接收光，生成光電荷的光電二極管PD1; 與光電二極管PD1鄰接設(shè)置的傳送光電荷的傳送晶體管T2;經(jīng)由傳送晶體管T2與光電二極管PD1連接設(shè)置的浮動擴(kuò)散FD3;在曝光存儲動作時(shí)， 通過傳送晶體管T2存儲從所述光電二極管PD1溢出的光電荷的第一存儲 電容CSa4和第二存儲電容CSb5;與浮動擴(kuò)散FD3連接形成，用于排出 浮動擴(kuò)散FD3、第一存儲電容CSa4和第二存儲電容CSb5內(nèi)的信號電荷 的復(fù)位晶體管R6;設(shè)置在浮動擴(kuò)散FD3和第一存儲電容CSa4之間的第 一存儲晶體管Ca7;設(shè)置在第一存儲電容CSa4和第二存儲電容CSb5之間 的第二存儲晶體管Cb8;用于將浮動擴(kuò)散FD3的信號電荷或浮動擴(kuò)散FD3 和第一存儲電容CSa4的信號電荷或浮動擴(kuò)散FD3、第一存儲電容CSa4 和第二存儲電容CSb5的信號電荷作為電壓讀出的放大晶體管SF9;與放 大晶體管連接設(shè)置，用于選擇所述像素或像素塊的選擇晶體管XIO。本實(shí)施方式的固體攝像裝置將多個所述結(jié)構(gòu)的像素集成為二維或一 維的陣列狀，在各像素中，在傳送晶體管T2、第一存儲晶體管Ca7、第二 存儲晶體管Cb8、復(fù)位晶體管R6的柵極上連接OTll、 0Ca12、 0Cb13、 0R14 的各驅(qū)動線，此外，在選擇晶體管X10的柵極上連接由行移位寄存器驅(qū)動 的像素選擇線^x15，進(jìn)而，在選擇晶體管X10的輸出側(cè)源極連接輸出線 OUT16,由列移位寄存器控制并輸出。在圖11中，除了復(fù)位晶體管R6代替第一存儲電容CSa4，連接在作 為浮動擴(kuò)散的n+半導(dǎo)體區(qū)域上之外，其他與第一實(shí)施方式同樣。此外，與 第一實(shí)施方式同樣將第二存儲晶體管Cb的閾值電壓設(shè)定為比傳送晶體管 T的閾值電壓低。此外，本實(shí)施方式的固體攝像裝置的框圖也與第一實(shí)施 方式的圖4同樣。說明圖10~圖11中說明的本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作方法。圖 12是本實(shí)施方式的固體攝像裝置的主要驅(qū)動時(shí)間圖，圖13是從像素的光電二極管經(jīng)過浮動擴(kuò)散FD、第一存儲電容到達(dá)第二存儲電容的局部概略 電勢圖。首先，在曝光存儲之前，將第一存儲晶體管Ca和第二存儲晶體管Cb 設(shè)置為導(dǎo)通，將傳送晶體管T、復(fù)位晶體管R設(shè)置為斷開。接著，將復(fù)位 晶體管R、傳送晶體管T導(dǎo)通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa、 第二存儲電容CSb的復(fù)位(時(shí)刻V，)。這時(shí)，光電二極管完全耗盡化。接 著，將在復(fù)位晶體管R斷開之后取入的FD+CSa+CSb的復(fù)位噪聲作為N3 讀出(時(shí)刻t,")。這時(shí)，在噪聲信號N3中，將放大晶體管SF的閾值電壓 偏差作為固定模式噪聲成分而包含。接著，如果第二存儲晶體管Cb斷開，則在FD+CSa+CSb中存儲的信 號電荷按照其電容比分配給FD+CSa和CSb。其中，將分配給FD+CSa的 信號作為N2讀出(時(shí)刻V')。這時(shí)，在N2中也將放大晶體管SF的閾值 電壓偏差作為固定模式噪聲成分而包含。在存儲期間中(時(shí)刻V')，在第 一存儲晶體管Ca導(dǎo)通，第二存儲晶體管Cb、復(fù)位晶體管R、選擇晶體管 X斷開的狀態(tài)下，光電二極管PD飽和前的光電荷由光電二極管PD存儲， 此外，超過飽和時(shí)的過剩光電荷經(jīng)由傳送晶體管T和第一存儲晶體管Ca 與N2重疊，在浮動擴(kuò)散FD和第一存儲電容CSa中存儲。進(jìn)而，有強(qiáng)光 的照射，光電二極管PD和第一存儲電容CSa的超過飽和時(shí)的過剩光電荷 經(jīng)由第二存儲晶體管Cb也存儲在第二存儲電容CSb中。第二存儲晶體管 Cb的閾值電壓設(shè)定為比傳送晶體管T的閾值電壓低，所以在浮動擴(kuò)散FD 和第一存儲電容CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光電二極管PD側(cè)，高效地 傳送給第二存儲電容CSb。通過該動作，不拋棄在過飽和狀態(tài)下從光電二 極管PD溢出的電荷，有效地活用。這樣，飽和前以及過飽和后，在各像 素用同一光電二極管PD在同一期間內(nèi)受光，由此進(jìn)行存儲動作。在存儲結(jié)束后(時(shí)刻t4")，選擇晶體管X導(dǎo)通后，復(fù)位晶體管R導(dǎo) 通(時(shí)刻V')， FD復(fù)位后，復(fù)位晶體管R斷開后將FD中存在的信號作 為N1讀出(時(shí)刻V')。這時(shí)，在N1中也將放大晶體管SF的閾值電壓偏 差作為固定模式噪聲成分而包含。接著，傳送晶體管T導(dǎo)通，光電二極管 PD中存儲的光信號電荷向浮動擴(kuò)散FD完全傳送，與信號N1重疊(時(shí)刻
t7")，作為S1+N1，讀出信號。接著，第一存儲晶體管Ca也導(dǎo)通(時(shí)刻V')，混合FD的電荷和Csa 中存儲的電荷，作為Sl+S2+N2，讀出信號。接著，第二存儲晶體管Cb 也導(dǎo)通(時(shí)刻t9")，混合FD+CSa的電荷與CSb中存儲的電荷，作為 Sl+S2+S3+N3，讀出信號。接著，復(fù)位晶體管R導(dǎo)通，進(jìn)行浮動擴(kuò)散FD、 第一存儲電容CSa、第二存儲電容CSb的復(fù)位(時(shí)刻tu)")。通過重復(fù)以 上的動作，本實(shí)施方式的固體攝像元件工作。動態(tài)范圍的擴(kuò)大率、寬動態(tài) 范圍信號的合成方法等與第一實(shí)施方式同樣。在本實(shí)施方式中，也得到與第一實(shí)施方式同樣的效果，能維持高S/N 比，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍擴(kuò)大。第四實(shí)施方式圖14表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的一個像素的等效電路圖，圖 15-1、圖15-2表示概略剖視圖，圖16表示概略俯視圖。各像素由以下的部分構(gòu)成接收光，生成光電荷的光電二極管PD1; 與光電二極管PD1鄰接設(shè)置的傳送光電荷的傳送晶體管T2;經(jīng)由傳送晶 體管T2與光電二極管PD1連接設(shè)置的浮動擴(kuò)散FD3;設(shè)置在光電二極管 PD1和第一存儲電容CSa4之間的溢流門L017;通過溢流門L017存儲在 曝光存儲動作時(shí)從所述光電二極管PD1溢出的光電荷的第一存儲電容 CSa4和第二存儲電容CSb5;與浮動擴(kuò)散FD3連接形成，用于排出浮動擴(kuò) 散FD3、第一存儲電容CSa4和第二存儲電容CSb5內(nèi)的信號電荷的復(fù)位 晶體管R6;設(shè)置在浮動擴(kuò)散FD3和第一存儲電容CSa4之間的第一存儲 晶體管Ca7;設(shè)置在第一存儲電容CSa4和第二存儲電容CSb5之間的第二 存儲晶體管Cb8;用于將浮動擴(kuò)散FD3的信號電荷或浮動擴(kuò)散FD3和第 一存儲電容CSa4的信號電荷或浮動擴(kuò)散FD3、第一存儲電容CSa4和第 二存儲電容CSb5的信號電荷作為電壓讀出的放大晶體管SF9;與放大晶 體管連接設(shè)置，用于選擇所述像素或像素塊的選擇晶體管XIO。在圖15-1、圖15-2中，在n型半導(dǎo)體區(qū)域22和n+型半導(dǎo)體區(qū)域25 的區(qū)域中，在p型井21上面形成p+半導(dǎo)體區(qū)域18，構(gòu)成了將n型半導(dǎo)體 區(qū)域22和n+型半導(dǎo)體區(qū)域25作為源極和漏極，將p+型半導(dǎo)體區(qū)域18作 為柵極的結(jié)型晶體管型的溢流門LO。其他構(gòu)造與所述的第三實(shí)施方式同
樣。p+半導(dǎo)體區(qū)域18與p+型半導(dǎo)體區(qū)域23和p型井區(qū)域21電連接。本實(shí)施方式的固體攝像裝置將多個所述結(jié)構(gòu)的像素集成為二維或一 維的陣列狀，在各像素中，在傳送晶體管T2、第一存儲晶體管Ca7、第二 存儲晶體管Cb8、復(fù)位晶體管R6的柵極上連接OTll、 0>Ca12、 <DCb13、 0R14 的各驅(qū)動線，此外，在選擇晶體管X10的柵極上連接由行移位寄存器驅(qū)動 的像素選擇線Ox15，進(jìn)而，在選擇晶體管XIO的輸出側(cè)源極連接輸出線 OUT16，由列移位寄存器控制并輸出。在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式同樣地將第二存儲晶體管Cb的閾 值電壓設(shè)定為比傳送晶體管T的閾值電壓低，同時(shí)，將溢流門LO的閾值 電壓設(shè)定為比傳送晶體管T的閾值電壓低。另外，本實(shí)施方式的固體攝像 裝置的框圖也與第一實(shí)施方式的圖4同樣。圖14 圖16中說明的本實(shí)施方式的固體攝像裝置的動作方法與第三 實(shí)施方式的圖12同樣，但是在存儲期間中(時(shí)刻V')，在第一存儲晶體 管Ca斷開，第二存儲晶體管Cb、復(fù)位晶體管R、選擇晶體管X斷開的狀 態(tài)下，光電二極管PD飽和前的光電荷由光電二極管PD存儲，此外，超 過飽和時(shí)的過剩光電荷經(jīng)由溢流門LO在第一存儲電容CSa中存儲。進(jìn)而， 有強(qiáng)光的照射，光電二極管PD和第一存儲電容CSa的超過飽和時(shí)的過剩 光電荷經(jīng)由第二存儲晶體管Cb也存儲在第二存儲電容CSb中。溢流門LO 和第二存儲晶體管Cb的閾值電壓設(shè)定為比傳送晶體管T的閾值電壓低， 所以在第一存儲電容CSa飽和時(shí)，過剩電荷不回到光電二極管PD側(cè)，高 效地傳送給第二存儲電容CSb。通過該動作，不拋棄在過飽和狀態(tài)下從光 電二極管PD溢出的電荷，有效地活用。這樣，飽和前以及過飽和后，在 各像素用同一光電二極管PD在同一期間內(nèi)受光，由此進(jìn)行存儲動作。動 態(tài)范圍的擴(kuò)大率、寬動態(tài)范圍信號的合成方法等與第一實(shí)施方式同樣。在本實(shí)施方式中，也得到與第一實(shí)施方式同樣的效果，能維持高S/N 比，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍擴(kuò)大。第五實(shí)施方式本實(shí)施方式是基于第一至第四實(shí)施方式的固體攝像裝置的其他框圖 和動作方法的實(shí)施方式。本實(shí)施方式的固體攝像裝置的像素的結(jié)構(gòu)與第一 至第四實(shí)施方式中說明的固體攝像裝置同樣。
圖17表示本實(shí)施方式的固體攝像裝置的框圖。在配置為二維的像素陣列(30、 31、 32、 33)的周邊部設(shè)置行移位寄存器34、列移位寄存器 35、垂直信號線38、 38，、水平信號線39、輸出電路37。這里，為了簡單， 表示2像素X2像素的像素陣列，但是像素的數(shù)量并不局限于此。從各像素依次讀出的信號成為噪聲信號N1、由FD進(jìn)行了電荷電壓變 換的飽和前的光信號+噪聲信號Sl+Nl、噪聲信號N2、由FD+CSa進(jìn)行了 電荷電壓變換的飽和前與飽和后的相加的光信號+噪聲信號Sl+S2+N2、噪 聲信號N3、由FD+CSa+CSb進(jìn)行了電荷電壓變換的飽和前與飽和后的相 加的光信號+噪聲信號Sl+S2+S3+N3。通過行移位寄存器34、列移位寄存 器35，從各像素依次選擇垂直信號線38、 38'、水平信號線39、輸出電路 37，讀出這些輸出信號。通過減法電路，進(jìn)行噪聲除去(S1+N1) —N1、 (Sl+S2+N2) —N2、 (Sl+S2+S3+N3) —N3的動作，除去隨機(jī)噪聲成分 和固定模式噪聲成分雙方。如后所述，與存儲開始之后讀出噪聲信號N1、 N2、 N3的一個或多個的情況對應(yīng)，將噪聲信號暫時(shí)保存到幀存儲器后， 通過減法電路，除去噪聲。這樣，就得到已除去噪聲的飽和前側(cè)信號Sl 和過飽和側(cè)信號Sl+S2、 Sl+S2+S3。減法電路、幀存儲器可以形成在圖像 傳感器芯片上，也可以作為其他芯片形成。本實(shí)施方式的固體攝像元件中， 讀出電路系統(tǒng)變得簡單。 (實(shí)施例1)在本發(fā)明的固體攝像裝置中，制作具有像素尺寸20ym見方、浮動擴(kuò) 散電容CFD=3.4fF、第一存儲電容CSa=73fF、第二存儲電容CSb=3700fF 的固體攝像元件，求出其光電變換特性和動態(tài)范圍特性。各存儲電容由 MOS電容和多晶硅-多晶硅電容的并聯(lián)電容構(gòu)成。圖18是本實(shí)施例的光電變換特性。信號S1、 Sl+S2、 Sl+S2+S3的飽 和信號電壓分別是500mV、 1000 mV、 1200 mV。此外，除去噪聲后，Sl、 Sl+S2、 Sl+S2+S3中殘留的殘留噪聲電壓都相等，為0.09mV。從Sl向Sl+S2的切換電壓、從Sl+S2向Sl+S2+S3的切換電壓設(shè)定 為比各自的飽和電壓低，為400mV、 900mV。各切換點(diǎn)的Sl+S2信號、Sl+S2+S3信號和殘留噪聲的S/N比都得到 46dB，能實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量的性能的固體攝像元件。
此外，Sl、 Sl+S2、 Sl+S2+S3的動態(tài)范圍分別能實(shí)現(xiàn)75dB、 108 dB、 143 dB。在本實(shí)施例中，能維持高S/N比，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍 擴(kuò)大。(實(shí)施例2)在本發(fā)明的固體攝像裝置中，應(yīng)用溝道型存儲電容元件，制作像素尺 寸10um見方、浮動擴(kuò)散電容CFD=3.4fF、第一存儲電容CSa=148fF、第 二存儲電容CSb=15pF的固體攝像元件，求出其光電變換特性和動態(tài)范圍 特性。信號S1、S1+S2、S1+S2+S3的飽和信號電壓分別是500mV、 1000 mV、 1200mV。此外，除去噪聲后，Sl、 Sl+S2、 Sl+S2+S3中殘留的殘留噪聲 電壓都相等，為0.09mV。從Sl向Sl+S2的切換電壓、從Sl+S2向Sl+S2+S3 的切換電壓設(shè)定為比各自的飽和電壓低，為400mV、 900mV。各切換點(diǎn)的Sl+S2信號、Sl+S2+S3信號和殘留噪聲的S/N比都得到 40dB，能實(shí)現(xiàn)具有高圖像質(zhì)量的性能的固體攝像元件。此外，Sl、 Sl+S2、 Sl+S2+S3的動態(tài)范圍分別能實(shí)現(xiàn)75dB、 114 dB、 175 dB。在本實(shí)施例中，能維持高S/N比，在高照度側(cè)實(shí)現(xiàn)充分寬的動態(tài)范圍 擴(kuò)大。本發(fā)明并不局限于所述的說明。例如，在實(shí)施例中，說明了固體攝像 裝置，但是并不局限于此，關(guān)于將各固體攝像裝置的像素配置為直線狀的 線傳感器、通過原封不動地單獨(dú)構(gòu)成各固體攝像裝置的像素而得到的光傳 感器，也能實(shí)現(xiàn)以往無法得到的寬動態(tài)范圍化、高靈敏度、高S/N比。此外，存儲電容的形狀等并未特別限定，為了在MOS電容、多晶硅-多晶硅間電容、DRAM的存儲器存儲電容等中提高電容，可釆用此前開發(fā) 的溝道電容或堆積電容等各種方法。作為固體攝像裝置，除了 CMOS圖像 傳感器之外，還能應(yīng)用于CCD中。此外，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍 內(nèi)，能進(jìn)行各種變更。例如，在本實(shí)施例中，說明了在第一和第二存儲電 容中存儲信號電荷的情況，但是本發(fā)明進(jìn)而也能應(yīng)用于在多級的存儲電容 中存儲信號電荷的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性 本發(fā)明的固體攝像裝置能適應(yīng)數(shù)碼相機(jī)、帶相機(jī)的便攜電話、監(jiān)視相 機(jī)、車載相機(jī)等要求寬動態(tài)范圍的圖像傳感器。本發(fā)明的固體攝像裝置的動作方法能適應(yīng)要求寬動態(tài)范圍的圖像傳 感器的動作方法。
權(quán)利要求
1.一種光傳感器，其包括光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；多個存儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送晶體管存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷。
2. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 多個存儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送晶體管存儲在存儲動作時(shí)從所述 光電二極管溢出的光電荷。
3. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 存儲電容元件組，其由多個存儲電容元件構(gòu)成，所述多個存儲電容元件至少包含經(jīng)由所述傳送晶體管依次存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷的第一和第二存儲電容元件。
4. 一種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送門，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷；第一存儲門，其連接在所述傳送門上；第一存儲電容元件，其經(jīng)由所述傳送門和所述第一存儲門存儲在存儲 動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷；第二存儲電容元件，其經(jīng)由第二存儲門連接在所述第一存儲電容元件上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述多個存 儲電容元件彼此經(jīng)由存儲門機(jī)構(gòu)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述像素還 具有經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述像素還 具有經(jīng)由所述傳送門傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于，還具有 復(fù)位晶體管，其連接在所述浮動區(qū)域或所述第一和第二存儲電容元件的至少一個上，用于排出所述第一和第二存儲電容元件以及所述浮動區(qū)域 內(nèi)的信號電荷；放大晶體管，其用于將所述浮動區(qū)域的信號電荷、或所述浮動區(qū)域和 所述第一以及第二存儲電容元件的至少一方的信號電荷作為電壓讀出； 選擇晶體管，其連接在所述放大晶體管上，用于選擇所述像素。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置，其特征在于，還具有噪聲 取消機(jī)構(gòu)，所述噪聲取消機(jī)構(gòu)取得從所述浮動區(qū)域、所述第一存儲電容元 件和所述第二存儲電容元件的一個或多個得到的電壓信號、和向所述浮動 區(qū)域傳送來自所述光電二極管的所述光電荷并且使所述第一存儲門和所 述第二存儲門中的至少一個導(dǎo)通，從而從傳送到所述浮動區(qū)域、所述第一 存儲電容元件和所述第二存儲電容元件的一個或多個的光電荷得到的電 壓信號、的差分。
10. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素至少具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光 電二極管上，傳送所述光電荷；浮動區(qū)域，其經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所 述光電荷；第一存儲晶體管，其連接在所述傳送晶體管上；第一存儲電容 元件，其通過所述傳送晶體管和所述第一存儲晶體管存儲在存儲動作時(shí)從 所述光電二極管溢出的光電荷；第二存儲晶體管，其傳送從所述第一存儲 電容元件溢出的光電荷；第二存儲電容元件，其通過所述第二存儲晶體管 存儲從所述第一存儲電容元件溢出的光電荷。
11. 一種固體攝像裝置的動作方法，其是權(quán)利要求10的固體攝像裝 置的動作方法，其包括-在電荷存儲之前，將所述第一和第二存儲晶體管導(dǎo)通，排出所述浮動區(qū)域以及所述第一和第二存儲電容元件內(nèi)的光電荷的工序；將所述光電二極管產(chǎn)生的光電荷中的飽和前電荷在所述光電二極管中存儲，將從所述光電二極管溢出的過飽和電荷在所述浮動區(qū)域和所述第一存儲電容元件中存儲的工序；將所述第一存儲晶體管斷開，將所述浮動區(qū)域內(nèi)的光電荷排出的工序；將所述傳送晶體管導(dǎo)通，將所述飽和前電荷向所述浮動區(qū)域傳送，讀 出表示所述飽和前電荷的電壓信號的飽和前信號的工序；將所述第一存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和前電荷與從所述光電 二極管溢出的所述過飽和電荷的和的電壓信號的第一過飽和信號的工序；將所述第二存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和前電荷、從所述光電 二極管溢出的所述過飽和電荷與從所述第一存儲電容元件溢出的過飽和 電荷的和的電壓信號的第二過飽和信號的工序。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置的動作方法，其特征在于， 還具有通過與規(guī)定的基準(zhǔn)電壓的比較，來選擇所述飽和前信號、所述第 一過飽和信號和所述第二過飽和信號的至少任意一個的輸出信號選擇工 序。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置的動作方法，其特征在于， 所述輸出信號選擇工序在所述飽和前信號比第一基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述 第一過飽和信號作為輸出信號，在所述第一過飽和信號比第二基準(zhǔn)電壓大 時(shí)，選擇所述第二過飽和信號作為輸出信號。
14. 一種光傳感器，其具有 光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 溢流門，其連接在所述光電二極管上；多個存儲電容元件，其經(jīng)由所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電 二極管溢出的光電荷。
15. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 溢流門，其連接在所述光電二極管上；多個存儲電容元件，其經(jīng)由所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電 二極管溢出的光電荷。
16. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 溢流門，其連接在所述光電二極管上；存儲電容元件組，其由多個存儲電容元件構(gòu)成，所述多個存儲電容元 件至少包含經(jīng)由所述溢流門依次存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢 出的光電荷的第一和第二存儲電容元件。
17. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素具有-光電二極管，其接收光，生成光電荷； 傳送門，其連接在所述光電二極管上，傳送所述光電荷； 溢流門，其連接在所述光電二極管上，傳送在存儲動作時(shí)從所述光電 二極管溢出的光電荷；第一存儲門，其連接在所述溢流門上；第一存儲電容元件，其經(jīng)由所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電 二極管溢出的光電荷；第二存儲門，其連接在所述第一存儲電容元件上；第二存儲電容元件，其經(jīng)由所述第二存儲門連接在所述第一存儲電容 元件上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述溢流 門由MOS型晶體管或結(jié)型晶體管構(gòu)成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述多個 存儲電容元件彼此經(jīng)由存儲晶體管連接。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述像素 還具有經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述像素 還具有經(jīng)由所述傳送門傳送所述光電荷的浮動區(qū)域。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述第二 存儲電容元件具有比所述第一存儲電容元件大的電容。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的固體攝像裝置，其特征在于，還具有 復(fù)位晶體管，其連接在所述浮動區(qū)域或所述第一和第二存儲電容元件的至少一個上，用于排出所述第一和第二存儲電容元件以及所述浮動區(qū)域 內(nèi)的信號電荷；放大晶體管，其用于將所述浮動區(qū)域的信號電荷、或所述浮動區(qū)域和 所述第一以及第二存儲電容元件的至少一方的信號電荷作為電壓讀出； 選擇晶體管，其連接在所述放大晶體管上，用于選擇所述像素。
24. —種固體攝像裝置，其通過多個如下的像素集成為一維或二維的 陣列狀而成，所述像素至少具有光電二極管，其接收光，生成光電荷；傳送晶體管，其連接在所述光 電二極管上，傳送所述光電荷；浮動區(qū)域，其經(jīng)由所述傳送晶體管傳送所 述光電荷；溢流門，其連接在所述光電二極管上；第一存儲電容元件，其 通過所述溢流門存儲在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷；第一 存儲晶體管，其傳送從所述第一存儲電容元件溢出的光電荷；第二存儲電容元件，其通過所述第一存儲晶體管存儲從所述第一存儲電容元件溢出的 光電荷；第二存儲晶體管，其連接在所述浮動區(qū)域和所述第一存儲電容元 件之間。
25. —種固體攝像裝置的動作方法，其是權(quán)利要求24所述的固體攝 像裝置的動作方法，其特征在于，具有-在電荷存儲前，將所述第一存儲晶體管和所述第二存儲晶體管導(dǎo)通， 排出所述浮動區(qū)域以及所述第一和第二存儲電容元件內(nèi)的光電荷的工序；將所述光電二極管產(chǎn)生的光電荷中的飽和前電荷在所述光電二極管 中存儲，將從所述光電二極管溢出的過飽和電荷經(jīng)由所述溢流門在所述第 一存儲電容元件中存儲的工序；將所述傳送晶體管導(dǎo)通，將所述飽和前電荷向所述浮動區(qū)域傳送，讀 出表示所述飽和前電荷的電壓信號的飽和前信號的工序；將所述第二存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和前電荷和從所述光電二極管溢出的所述過飽和電荷的和的電壓信號的第一過飽和信號的工序； 將所述第一存儲晶體管導(dǎo)通，讀出表示所述飽和前電荷、從所述光電 二極管溢出的所述過飽和電荷與從所述第一存儲電容元件溢出的過飽和 電荷的和的電壓信號的第二過飽和信號的工序。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的固體攝像裝置的動作方法，其特征在于， 還具有通過與規(guī)定的基準(zhǔn)電壓的比較，來選擇所述飽和前信號、所述第 一過飽和信號和所述第二過飽和信號的至少任意一個的輸出信號選擇工 序。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的固體攝像裝置的動作方法，其特征在于，所述輸出信號選擇工序在所述飽和前信號比第一基準(zhǔn)電壓大時(shí)，選擇所述 第一過飽和信號作為輸出信號，在所述第一過飽和信號比第二基準(zhǔn)電壓大 時(shí)，選擇所述第二過飽和信號作為輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光傳感器、固體攝像裝置和固體攝像裝置的動作方法。在具有接收光并且生成光電荷的光電二極管、和傳送光電荷的傳送晶體管(或溢流門)的光傳感器、固體攝像裝置等光設(shè)備中，具有經(jīng)由所述傳送晶體管或溢流門將在存儲動作時(shí)從所述光電二極管溢出的光電荷存儲在多個存儲電容元件中的結(jié)構(gòu)，由此，能取得維持高靈敏度、高S/N比，并且動態(tài)范圍寬的光設(shè)備。
文檔編號H04N5/3745GK101164334SQ200680008769
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者赤羽奈奈, 須川成利 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué)