[发明专利]包括具有电荷保持部的摄像元件的摄像设备及其控制方法和控制程序、以及存储介质

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用诸如CMOS图像传感器等的摄像传感器的摄像设备及其控制方法和控制程序以及存储介质，尤其涉及一种形成摄像传感器的摄像元件各自具有电荷保持部的摄像设备及其控制方法、用于执行该控制方法的计算机可执行程序、以及用于存储该计算机可执行程序的计算机可读存储介质。

背景技术

通常，诸如CMOS图像传感器等的摄像传感器具有多个摄像元件，其中，每一摄像元件定义单位像素(与一个像素相对应)。近年来，在诸如数字照相机或摄像机等的摄像设备中，使用诸如CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等的摄像传感器。

此外，随着更高像素计数所引起的像素大小缩小等的进展，对用于扩展摄像传感器针对光输入(即光信号)的动态范围的方法和装置的需求日益增加。

例如，在PTL 1～PTL 3中，提出了在定义单位像素的各摄像元件中设置除浮动扩散部以外的电荷保持部、并且通过电荷保持部扩展动态范围的技术。

如上所述，在PTL 1～PTL 3中，各摄像元件均具有设置不同于浮动扩散部的电荷保持部的结构。特别地，在PTL 2和PTL3中，经由溢出栅极将在电荷累积时间期间从光电二极管溢出的电荷累积在电荷保持部中，从而确保动态范围。

这里，图13是示出用于形成CMOS图像传感器所使用的像素60的电路的例子的图。

例如，CMOS图像传感器具有多个像素60，并且将这些像素60以矩阵形式配置在CMOS图像传感器中。

该图所示的像素60具有光电二极管(以下称为“PD”)61。PD61接收通过摄像镜头(未示出)进行图像形成的光输入(即光学图像)，从而生成并累积电荷。第一传送晶体管62是作为第一传送开关所使用的晶体管，并且通过MOS晶体管来实现。

浮动扩散部(以下称为“FD”)64将PD 61中累积的电荷保持为电压。复位晶体管63复位FD 64的电位。将放大器晶体管65作为源级跟随器66连接至FD 64，并且使用行选择晶体管66选择CMOS图像传感器中的像素的行。经由行选择晶体管66将输出电压输出给垂直输出线67。

将电荷保持部(以下称为“MEM”)68配置在PD 61和FD 64之间。经由第一传送晶体管62将电荷从PD 61传送至MEM 68。经由作为第二传送开关所使用的第二传送晶体管69将累积在MEM 68中的电荷传送给FD 64。

图14是示出上述像素60的电位的图。在图14中，由第一传送晶体管62所定义的势垒TX1存在于PD 61和MEM 68之间。此外，由第二传送晶体管69所定义的势垒TX2存在于MEM 68和FD 64之间。

将PD 61和MEM 68之间的势垒TX1配置成高于可储存的最大电荷(以下称为“电荷储存容量”)，同时，来自PD 61的溢出电荷在向MEM 68的方向上流出。当通过光输入所生成的电荷超过PD 61的电荷储存容量时，电荷越过势垒TX1，并且被储存在MEM 68中。

应该注意，根据MEM 68的容量配置，可以如下配置：在电荷累积期间，通过激活第一传送晶体管62，将累积在PD 61中的电荷始终传送至MEM 68。

这样，不仅在PD 61和FD 64中，而且在MEM 68中，发生由随着时间经过而增大的暗电流所引起的噪声。因此，当通过将由光输入所生成的电荷累积在PD 61和MEM 68中来扩展动态范围时，在电荷累积期间，不可能消除MEM 68中由暗电流所引起的噪声成分。

结果，当在不具有MEM 68的像素和具有MEM 68的像素60之间进行比较时，即使在诸如PD 61和FD 64这两个的面积等的条件相同的情况下，由于MEM 68中由暗电流所引起的噪声成分，因而具有MEM 68的像素60向CMO S图像传感器传送较大的噪声。

此外，在像素60的后级或者CMO S图像传感器的后级进行放大的高感光度拍摄等中，由于光输入本来就小，所以不易发生像素60的动态范围不足。为此，扩展动态范围并非非常必要。

图15是示出在利用相同曝光获得图像时、根据拍摄记录感光度的配置所发生的在PD 61中要累积的电荷的量的差的例子的图。