CN114584723B - 拍摄元件及拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供拍摄元件及拍摄装置。拍摄元件具备：多个像素，其具有将入射光转换成电荷的光电转换部和读出部；第1信号线，其与所述多个像素连接，且基于传输至所述读出部并由所述光电转换部转换而得到的电荷的第1信号向该第1信号线输出；和第2信号线，其与所述多个像素连接，且将所述读出部重置后的第2信号向该第2信号线。

Description

拍摄元件及拍摄装置
本申请是中国专利申请号为201780029974.4、进入国家阶段日期为2018年11月14日，国际申请日为2017年2月28日、PCT国际申请号为PCT/JP2017/007935、发明名称为“拍摄元件及拍摄装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及拍摄元件及拍摄装置。
背景技术
已知一种通过在一个像素列设置多个电容而能够在从某行像素读出信号的期间将来自其它行像素的信号水平传输的拍摄元件(专利文献1)。但是，在现有技术中，存在需要设置很多电容从而拍摄元件的芯片面积增大的隐患。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-45375号公报
发明内容
根据本发明的第1方案，拍摄元件具备：多个像素，其具有将入射光转换成电荷的光电转换部和读出部；第1信号线，其与所述多个像素连接，且基于传输至所述读出部并由所述光电转换部转换而得到的电荷的第1信号向该第1信号线输出；和第2信号线，其与所述多个像素连接，且将所述读出部重置后的第2信号向该第2信号线输出。
根据本发明的第2方案，拍摄元件具备：多个像素，其具有将所入射的光转换成电荷的光电转换部，并沿第1方向配置；信号线，其与所述多个像素连接，且从所述像素向该信号线输出根据由所述光电转换部转换而得到的电荷生成的信号；和电容，其存储被输出至所述信号线的所述信号，并基于构成所述信号线的导体和其它导体而形成。
根据本发明的第3方案，拍摄装置具备第1或第2方案的拍摄元件、和基于来自所述拍摄元件的信号而生成图像数据的图像生成部。
附图说明
图1是表示第1实施方式的拍摄装置的结构的框图。
图2是表示第1实施方式的像素的结构的电路图。
图3是表示第1实施方式的拍摄元件的局部结构的电路图。
图4是表示第1实施方式的拍摄元件的截面结构的一例的图。
图5是表示第1实施方式的拍摄元件的动作例的时序图。
图6是表示第2实施方式的像素的结构的电路图。
图7是表示第2实施方式的拍摄元件的局部结构的电路图。
图8是表示第2实施方式的拍摄元件的动作例的时序图。
图9是表示第2实施方式的拍摄元件的垂直扫描电路的结构例的图。
图10中，(a)是表示第2实施方式的拍摄元件的合成电路的结构例的图。(b)是表示第2实施方式的拍摄元件的合成电路的动作例的时序图。
图11是表示第3实施方式的像素的结构的电路图。
图12是表示第3实施方式的拍摄元件的局部结构的电路图。
图13是表示第3实施方式的拍摄元件的垂直扫描电路的结构例的图。
图14是表示变形例1的拍摄元件的截面结构的一例的图。
附图标记说明
3：拍摄元件，12：光电转换部，20：读出部，30：第1垂直信号线，31：第2垂直信号线
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的拍摄装置1的结构的框图。拍摄装置1具备摄影光学系统2、拍摄元件3、及控制部4。拍摄装置1例如是相机。摄影光学系统2使被摄体像在拍摄元件3上成像。拍摄元件3拍摄由摄影光学系统2形成的被摄体像并生成图像信号。拍摄元件3例如是CMOS图像传感器。控制部4将用于控制拍摄元件3的动作的控制信号输出至拍摄元件3。另外，控制部4作为对从拍摄元件3输出的图像信号实施各种图像处理并生成图像数据的图像生成部发挥功能。此外，摄影光学系统2也可以设为能够相对于拍摄装置1拆装。
图2是表示第1实施方式的像素10的结构的电路图。拍摄元件3具有呈二维状配置的多个像素10。像素10具有例如光电二极管(PD)等光电转换部12及读出部20。光电转换部12具有将所入射的光转换成电荷并蓄积光电转换得到的电荷的功能。读出部20具有传输部13、排出部14、浮置扩散部(FD)15、放大部16、第1选择开关部17、和第2选择开关部18。
传输部13通过信号TX而被控制，将由光电转换部12进行光电转换而得到的电荷传输至浮置扩散部15。即，传输部13在光电转换部12与浮置扩散部15之间形成电荷传输路径。浮置扩散部15保持(蓄积)电荷。放大部16将基于保持于浮置扩散部15的电荷的信号放大并输出。放大部16经由第1选择开关部17与第1垂直信号线30连接，经由第2选择开关部18与第2垂直信号线31连接。放大部16将后述的电流源60(图3)作为负荷电流源而作为源极跟随器电路的一部分发挥功能。
排出部(重置部)14通过信号RST而被控制，将浮置扩散部15的电荷排出，将浮置扩散部15的电位重置成重置电位(基准电位)。第1选择开关部17通过信号SEL_S而被控制，将来自放大部16的信号输出至第1垂直信号线30。第2选择开关部18通过信号SEL_D而被控制，将来自放大部16的信号输出至第2垂直信号线31。传输部13、排出部14、放大部16、第1选择开关部17及第2选择开关部18例如分别由晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5构成。
读出部20将与由传输部13从光电转换部12传输至浮置扩散部15的电荷相应的信号(光电转换信号)经由第1选择开关部17读出至第1垂直信号线30。另外，读出部20将由排出部14将浮置扩散部15的电位重置成重置电位时的信号(噪声信号)经由第2选择开关部18读出至第2垂直信号线31。
图3是表示第1实施方式的拍摄元件3的局部结构的电路图。拍摄元件3具有呈矩阵状配置的多个像素10、垂直扫描电路40、电流源60、第1开关部70、第2开关部80、列线电路(column circuit)90、和水平信号输出电路100。针对由沿列方向即纵向排列的多个像素10构成的像素列的每一列设有第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、电流源60、第1开关部70、及第2开关部80。即，在图3中与左端的第1列像素列对应地设有第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、电流源60、第1开关部70、及第2开关部80，同样地，与第1列像素列的右侧相邻位置的第2列像素列、及第2列像素列的右侧相邻位置的第3列像素列对应地分别设有第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、电流源60、第1开关部70、及第2开关部80。此外，在图3的示例中，为了简化说明，对于像素10仅图示出水平方向3像素×垂直方向3像素。
在本实施方式中，如上所述，针对每个像素列都具备第1垂直信号线30及第2垂直信号线31。来自各像素10的光电转换信号被读出至第1垂直信号线30，来自各像素10的噪声信号被读出至第2垂直信号线31。第1垂直信号线30及第2垂直信号线31分别与沿垂直方向配置的多个像素10连接，将从像素10读出的信号传送至配置在像素10呈矩阵状密集配置的像素区域周边的周边电路(列线电路90等)。第1垂直信号线30及第2垂直信号线31与信号线的长度等相应地具有大电容。因此，能够将第1垂直信号线30作为存储(蓄积)光电转换信号的电容来使用，并能将第2垂直信号线31作为存储(蓄积)噪声信号的电容来使用。其结果是，无需使芯片面积增大就能获得大电容值。
如图3所示，第1垂直信号线30与各像素10的列对应地设置，并蓄积从各像素10输出的光电转换信号。第2垂直信号线31与各像素10的列对应地设置，并蓄积从各像素10输出的噪声信号。第1垂直信号线30及第2垂直信号线31分别具有蓄积光电转换信号及噪声信号的电容(布线电容)。电容例如是基于导体的电容，是由相邻的金属形成的电容等。此外，关于第1垂直信号线30及第2垂直信号线31的具体结构例，之后利用图4详细说明。
在拍摄元件3中，为了抑制在向第1垂直信号线30及第2垂直信号线31输入的信号中混入噪声而设有屏蔽用布线。例如，作为屏蔽用布线，设有图3所示的第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c。此外，在图3中，第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c为了区别于第1垂直信号线30及第2垂直信号线31而由虚线表示。对第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c例如提供恒定电位(例如电源电位或接地电位)。即，第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c是被施加恒定电位的布线。第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c也可以说是被施加恒定电位的电极。在图3的示例中，对第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c提供接地电位。另外，在第1、第2屏蔽线120a、120b与第1垂直信号线30之间、第2、第3屏蔽线120b、120c与第2垂直信号线31之间，分别形成电容。图3所示的表示电容的附图标记C示意性地表示在第1、第2屏蔽线120a、120b与第1垂直信号线30之间、第2、第3屏蔽线120b、120c与第2垂直信号线31之间分别形成电容这一情况。
另外，图3是电路图，为了容易理解而与像素10并列地描绘第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、及第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c。但是，实际上第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、及第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c在像素区域与半导体基板层叠地设置。即，在配置第1列像素列的像素区域、配置第2列像素列的像素区域、和配置第3列像素列的像素区域分别配置第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、及第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c。在本实施方式中，使用背面照射型拍摄元件将第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、及第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c在像素区域与半导体基板层叠地配置，详细情况将在后说明。通过如上所述将垂直信号线兼用作电容，无需使芯片面积增大就能获得大电容值，另外，通过使用背面照射型拍摄元件而能够缩小芯片面积。
图3所示的电流源60与第1垂直信号线30及第2垂直信号线31对应地设置，并经由第1开关部70与第1垂直信号线30连接，经由第2开关部80与第2垂直信号线31连接。另外，电流源60经由第1垂直信号线30及第2垂直信号线31与各像素10连接。电流源60生成用于从各像素10读出光电转换信号及噪声信号的电流，并将所生成的电流供给至第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、及各像素10。
垂直扫描电路40将信号TXn、信号RSTn、信号SEL_Sn、信号SEL_Dn等控制信号供给至各像素10。垂直扫描电路40将信号TXn等输出至各像素10来控制各像素10的动作。需要说明的是，TXn、RSTn、SEL_Sn、SEL_Dn的末尾的n表示像素的行编号。例如，信号TXn是控制第n行像素10的传输部13的信号。
第1开关部70与第1垂直信号线30对应地设置，并与第1垂直信号线30连接。第1开关部70通过从垂直扫描电路40输出的控制信号(信号Vsws)而被控制，切换第1垂直信号线30与电流源60之间的电连接状态。第1开关部70例如由晶体管构成。第2开关部80与第2垂直信号线31对应地设置，并与第2垂直信号线31连接。第2开关部80通过从垂直扫描电路40输出的控制信号(信号Vswd)而被控制，切换第2垂直信号线31与电流源60之间的电连接状态。第2开关部80例如由晶体管构成。
列线电路90包含模拟/数字转换部(AD转换部)而构成，将光电转换信号及噪声信号转换成数字信号。列线电路90将经由第1垂直信号线30输入的光电转换信号转换成数字信号并输出至水平信号输出电路100。另外，列线电路90将经由第2垂直信号线31输入的噪声信号转换成数字信号并输出至水平信号输出电路100。水平信号输出电路100将从列线电路90输入的与噪声信号相应的数字信号和与光电转换信号相应的数字信号依次输出至后段的信号处理部(未图示)。在信号处理部中，利用AD转换结果进行相关双采样、对信号量进行修正的处理等信号处理。
图4是用于说明第1实施方式的拍摄元件3的截面结构的图。图4的(a)是表示拍摄元件3的截面结构的一例的图。图4的(b)是表示布线层210的一部分布线的布局例的图。此外，图4的(a)是图4的(b)中的A-A’剖视图，图4的(b)是从半导体基板200侧观察到的布线层210的一部分布线的图。拍摄元件3例如是背面照射型拍摄元件。如图4所示，入射光主要朝向Z轴正方向入射。另外，如坐标轴所示，将与Z轴正交的纸面左方向作为X轴正方向，将与Z轴及X轴正交的纸面里方向作为Y轴正方向。
拍摄元件3包含由硅等半导体材料构成的半导体基板200和层叠于半导体基板200的布线层210而构成。拍摄元件3还具有未图示的微透镜层、彩色滤光片层、及钝化层。拍摄元件3例如朝向Z轴正方向按顺序配置微透镜层、彩色滤光片层、钝化层、半导体基板200、及布线层210。
半导体基板200具有成为供光入射的入射面的第1面201a、及不同于第1面201a的第2面201b。第2面201b位于与第1面201a相反的位置。在本实施方式中，拍摄元件3的背面表示位于布线层210的相反侧的第1面201a，背面照射型构成为使光从成为背面的第1面201a入射。半导体基板200在第1面201a与第2面201b之间具有光电转换部12及读出部20。具有光电转换部12及读出部20的像素10在X轴方向及Y轴方向上配置有多个。
在布线层210中配置有第1垂直信号线30、第2垂直信号线31、第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c、连接屏蔽线121、及网状屏蔽线122，且分别由导体膜构成。第1垂直信号线30设于相邻的第1、第2屏蔽线120a、120b之间，第2垂直信号线31设于相邻的第2、第3屏蔽线120b、120c之间。另外，第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c成为与第1垂直信号线30及第2垂直信号线31平行地配置的平行屏蔽线。网状屏蔽线122是形成为网状的屏蔽线。另外，网状屏蔽线122以覆盖图3所示的像素列的像素区域整体的方式形成。网状屏蔽线122与第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c经由多个通孔而连接，第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c与连接屏蔽线121经由多个通孔而连接。
网状屏蔽线122、第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c、及连接屏蔽线121被提供恒定的电位(例如接地电位)。网状屏蔽线122、第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c、及连接屏蔽线121以将第1垂直信号线30及第2垂直信号线31分别包围的方式设置，由此，作为第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自之间的屏蔽部来发挥功能。能够避免在第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自之间产生大的寄生电容，能够抑制第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自之间的串扰。
图4的(b)所示的连接线123是将第1垂直信号线30与像素10的读出部20经由通孔(VIA)连接的连接线。连接线124是将第2垂直信号线31与像素10的读出部20经由通孔(VIA)连接的连接线。连接屏蔽线121以将连接线123及连接线124分别夹在中间的方式设置，作为连接线123与连接线124之间的屏蔽部来发挥功能。
第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自与网状屏蔽线122、第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c及连接屏蔽线121之间设有绝缘膜。绝缘膜是氧化膜或氮化膜等。具体而言，为硅氧化膜、硅氮化膜、硅氮氧化膜、或这些膜的多层膜等。在第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自与网状屏蔽线122、第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c及连接屏蔽线121之间形成电容。此外，对第1垂直信号线30及第2垂直信号线31也附加形成在其与不同于第1、第2、第3屏蔽线120a、120b、120c等的布线等之间的电容。
图5是表示第1实施方式的拍摄元件3的动作例的时序图。在图5中，横轴表示时刻。在图5所示的时序图中，在控制信号为高电平(例如电源电位)的情况下被输入控制信号的晶体管变成接通(ON)状态，在控制信号为低电平(例如接地电位)的情况下被输入控制信号的晶体管变成断开(OFF)状态。此外，图5所示的信号Vswd是输入至第2开关部80的控制信号，信号Vsws是输入至第1开关部70的控制信号。
在时刻t1，信号RSTn变成高电平，从而在第n行的各像素10中，排出部14的晶体管M2接通。由此，浮置扩散部15的电位变成重置电位。另外，在时刻t1，信号Vswd及信号SEL_Dn变成高电平，从而第2开关部80及第2选择开关部18接通，基于电流源60的电流被供给至第2垂直信号线31及放大部16。另外，第n行的各像素10的噪声信号由放大部16及第2选择开关部18输出至第2垂直信号线31。附加于第2垂直信号线31的电容蓄积(存储)噪声信号。
在时刻t2，信号TXn变成高电平，从而在第n行的各像素10中，传输部13的晶体管M1接通。由此，由光电转换部12光电转换而得到的电荷被传输至浮置扩散部15。另外，在时刻t2，信号Vsws及信号SEL_Sn变成高电平、且信号Vswd及信号SEL_Dn变成低电平，从而第1开关部70及第1选择开关部17接通，第2开关部80及第2选择开关部18断开。由此，基于电流源60的电流被供给至第1垂直信号线30及放大部16。另外，第n行的各像素10的光电转换信号由放大部16及第1选择开关部17输出至第1垂直信号线30。附加于第1垂直信号线30的电容蓄积(存储)光电转换信号。另外，在从时刻t2到时刻t3的期间，存储于第2垂直信号线31的来自第n行的各像素10的噪声信号被输出至列线电路90。列线电路90进行将第n行的各像素10的噪声信号转换成数字信号的处理。
在时刻t3，信号RSTn+1变成高电平，从而在第n+1行的各像素10中，浮置扩散部15的电位变成重置电位。另外，在时刻t3，信号Vswd及信号SEL_Dn+1变成高电平，从而第n+1行的各像素10的噪声信号被输出至第2垂直信号线31。附加于第2垂直信号线31的电容蓄积(存储)噪声信号。另外，在从时刻t3到时刻t4的期间，存储于第1垂直信号线30的来自第n行的各像素10的光电转换信号被输出至列线电路90，由列线电路转换成数字信号。
在时刻t4，信号TXn+1变成高电平，从而在第n+1行的各像素10中，由光电转换部12光电转换而得到的电荷被传输至浮置扩散部15。另外，在时刻t4，信号Vsws及信号SEL_Sn+1变成高电平，从而第n+1行的各像素10的光电转换信号被输出至第1垂直信号线30。附加于第1垂直信号线30的电容蓄积(存储)光电转换信号。在从时刻t4到时刻t5的期间，存储于第2垂直信号线31的来自第n+1行的各像素10的噪声信号被输出至列线电路90，由列线电路转换成数字信号。
在时刻t5～时刻t8，与从时刻t1到时刻t3的期间和从时刻t3到时刻t5的期间的情况同样地，并列进行来自第n+2行的各像素10的信号的读出、以及由列线电路90将模拟信号转换成数字信号的AD转换处理。
如以上说明的那样，在本实施方式中，在从像素10将信号读出至一条垂直信号线的期间，对蓄积于另一条垂直信号线的基于像素10的信号进行AD转换处理。通过在从像素10读出的期间内并行进行AD转换处理，能够缩短从全部像素10的读出时间。通过缩短读出时间，能够实现高帧率的读出。
根据上述实施方式，能够获得如下作用效果。
(1)拍摄元件3具备：多个像素10，其具有将所入射的光转换成电荷的光电转换部12，并沿第1方向配置；第1信号线，其与多个像素10连接，并从像素10向该第1信号线输出第1信号；和第2信号线，其与多个像素10连接，并从像素10向该第2信号线输出第2信号。在本实施方式中，针对每个像素列都具备第1垂直信号线30及第2垂直信号线31。因此，能够将来自像素10的光电转换信号及噪声信号读出至不同的垂直信号线，能够将垂直信号线作为用于蓄积信号的电容来使用。其结果是，无需使芯片面积增大就能获得大电容值。
(2)第1信号是根据由光电转换部12转换而得到的电荷生成的信号，第2信号是噪声信号。第1信号线蓄积由电荷生成的信号，第2信号线蓄积噪声信号。由此，能够将第1垂直信号线30作为蓄积光电转换信号的电容来使用，并能将第2垂直信号线31作为蓄积噪声信号的电容来使用。
(3)像素10具备将根据电荷生成的信号读出至第1信号线、并将噪声信号读出至第2信号线的读出部20。由此，能够从各像素10读出光电转换信号及噪声信号。
(4)读出部20具有将第1信号输出至第1信号线的第1选择开关部17、和将第2信号读出至第2信号线的第2选择开关部18。由此，能够将光电转换信号选择性地读出至第1垂直信号线30，并将噪声信号选择性地读出至第2垂直信号线31。
(5)针对每多个像素10共通地设有向读出部20供给电流的电流源60。由此，与针对每个像素设置电流源的情况相比能够使电流消耗降低。
(6)还具备连接于第1信号线与电流源60之间的多个第2开关部(第1开关部70)、和连接于第2信号线与电流源60之间的多个第3开关部(第2开关部80)。由此，能够控制向第1垂直信号线30及第2垂直信号线31的电流的供给。
(7)电流源60在通过读出部20从像素10读出根据电荷生成的信号的期间向第1信号线供给电流，在通过读出部20从像素10读出噪声信号的期间向第2信号线供给电流。由此，能够将光电转换信号及噪声信号分别读出至第1垂直信号线30及第2垂直信号线31，并使其蓄积于第1垂直信号线30及第2垂直信号线31。
(8)读出部20具有：蓄积电荷的蓄积部(浮置扩散部15)；将由光电转换部12转换而得到的电荷传输至蓄积部15的传输部13；将由蓄积部15蓄积的电荷排出的排出部14；和将基于由蓄积部15蓄积的电荷的信号放大的放大部16。由此，能够从各像素10读出基于由光电转换部12光电转换而得到的电荷的光电转换信号。
(9)读出部20在通过排出部14排出电荷时将噪声信号读出至第2信号线。由此，能够从各像素10读出将浮置扩散部15的电位重置成重置电位时的噪声信号。
(10)光电转换部12将入射至半导体基板200的第1面201a的光转换成电荷，读出部20在不同于第1面201a的半导体基板200的第2面201b读出根据电荷生成的信号及噪声信号，第1信号线及第2信号线在第2面201b的像素区域内与第2面201b层叠地设置。在本实施方式中，第1垂直信号线30及第2垂直信号线31在像素区域内与半导体基板200的第2面201b层叠地设置。在本实施方式中，由于将垂直信号线兼用作电容，所以无需使芯片面积增大就能获得大电容值。另外，通过使用背面照射型拍摄元件，能够进一步减小芯片面积。
(11)第1信号线和第2信号线沿第1方向延伸。在本实施方式中，第1垂直信号线30及第2垂直信号线31与像素列对应地沿列方向延伸形成。因此，能够与信号线的长度等相应地获得大电容。
(12)还具备设于第1信号线与第2信号线之间且被施加恒定电位的布线(屏蔽线120a～120c)。由此，能够抑制第1垂直信号线30及第2垂直信号线31各自之间的串扰。
(13)拍摄元件3具备：多个像素10，其具有将所入射的光转换成电荷的光电转换部12，并沿第1方向配置；信号线，其与多个像素10连接，并从像素10向该信号线输出根据由光电转换部12转换而得到的电荷生成的信号；和电容，其存储被输出至信号线的信号，并基于构成信号线的导体和其它导体而形成。由此，能够使垂直信号线蓄积信号。因此，无需使芯片面积增大就能获得大电容值。
(第2实施方式)
在第2实施方式的拍摄元件中，主要在代替第1实施方式的电流源60而针对每个像素10设置电流源19这点上不同于第1实施方式。此外，图中对与第1实施方式相同或相当的部分标注相同的附图标记，并主要说明不同点。
图6是表示第2实施方式的像素10的结构的电路图。在第2实施方式中，像素10的读出部20包含电流源19而构成。电流源19针对每个像素10设置，基于信号VB的电压而生成电流，并将所生成的电流供给至放大部16。电流源19例如由晶体管M6构成。
图7是表示第2实施方式的拍摄元件3的局部结构的电路图。垂直扫描电路40生成信号VBn并将其供给至各像素10。各像素10的电流源19生成与从垂直扫描电路40输出的信号VB的电压电平相应的电流。此外，VBn的末尾的n表示像素的行编号。
图8是表示第2实施方式的拍摄元件3的动作例的时序图。在图8中，横轴表示时刻。在图8所示的时序图中，在信号VB被设定为高电平、即信号VB被设定为规定的电压电平的情况下，电流源19进行电流的供给。另外，在信号VB为低电平(例如接地电位)的情况下，电流源19不进行电流的供给。时刻t1～时刻t5、时刻t5～时刻t9、时刻t9～时刻t13分别成为一个水平期间。
在时刻t1，信号RSTn变成高电平，从而在第n行的各像素10中，浮置扩散部15的电位变成重置电位。另外，在从时刻t1到时刻t3的期间，信号VBn-1及信号VBn为高电平，因此在第n-1行的各像素10(未图示)及第n行的各像素10中，电流源19生成与信号VB的信号电平(电压)相应的电流，并将所生成的电流供给至放大部16。另外，在时刻t2，信号SEL_Dn变成高电平，从而第n行的各像素10的噪声信号由放大部16及第2选择开关部18输出至第2垂直信号线31。附加于第2垂直信号线31的电容蓄积(存储)噪声信号。
在时刻t3，信号TXn变成高电平，从而在第n行的各像素10中，由光电转换部12光电转换而得到的电荷被传输至浮置扩散部15。另外，在时刻t3，信号VBn-1变成低电平、且信号VBn+1变成高电平，从而在第n-1行的各像素10中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给停止。另外，在第n+1行各像素10中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给开始。在进行来自第n+1行的各像素10的信号的读出之前，在第n+1行的各像素10中，基于电流源19的电流的供给开始。在时刻t4，信号SEL_Sn变成高电平，从而第n行的各像素10的光电转换信号由放大部16及第1选择开关部17输出至第1垂直信号线30。附加于第1垂直信号线30的电容蓄积(存储)光电转换信号。另外，在从时刻t3到时刻t5的期间，存储于第2垂直信号线31的来自第n行的各像素10的噪声信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。
在时刻t5，信号RSTn+1变成高电平，从而在第n+1行的各像素10中，浮置扩散部15的电位变成重置电位。另外，在时刻t6，信号SEL_Dn+1变成高电平，从而第n+1行的各像素10的噪声信号由放大部16及第2选择开关部18输出至第2垂直信号线31。附加于第2垂直信号线31的电容蓄积(存储)噪声信号。另外，在从时刻t5到时刻t7的期间，存储于第1垂直信号线30的来自第n行的各像素10的光电转换信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。
在时刻t7，信号TXn+1变成高电平，从而在第n+1行的各像素10中，由光电转换部12光电转换而得到的电荷被传输至浮置扩散部15。另外，在时刻t7，信号VBn变成低电平，从而在第n行的各像素10中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给结束。即，在于时刻t5信号SEL_Sn变成低电平且来自第n行的各像素10的信号的读出结束后的规定时间之后(例如一个水平期间的一半时间之后)，基于第n行的各像素10的电流源19的电流的供给结束。另外，在时刻t7，信号VBn+2变成高电平，从而在第n+2行的各像素10中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给开始。在进行来自第n+2行的各像素10的信号的读出之前，在第n+2行的各像素10中，基于电流源19的电流的供给开始。
在时刻t8，信号SEL_Sn+1变成高电平，从而第n+1行的各像素10的光电转换信号由放大部16及第1选择开关部17输出至第1垂直信号线30。附加于第1垂直信号线30的电容蓄积(存储)光电转换信号。另外，在从时刻t7到时刻t9的期间，存储于第2垂直信号线31的来自第n+1行的各像素10的噪声信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。
在时刻t9，信号RSTn+2变成高电平，从而在第n+2行的各像素10中，浮置扩散部15的电位变成重置电位。另外，在时刻t10，信号SEL_Dn+2变成高电平，从而第n+2行的各像素10的噪声信号由放大部16及第2选择开关部18输出至第2垂直信号线31。附加于第2垂直信号线31的电容蓄积(存储)噪声信号。另外，在从时刻t9到时刻t11的期间，存储于第1垂直信号线30的来自第n+1行的各像素10的光电转换信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。
在时刻t11，信号TXn+2变成高电平，从而在第n+2行的各像素10中，由光电转换部12光电转换而得到的电荷被传输至浮置扩散部15。另外，在时刻t11，信号VBn+1变成低电平，从而在第n+1行的各像素10中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给停止。即，在来自第n+1行的各像素10的信号的读出结束后的规定时间之后，基于电流源19的电流的供给停止。另外，在时刻t11，信号VBn+3变成高电平，从而在第n+3行的各像素10(未图示)中，基于电流源19的向放大部16的电流的供给开始。
在时刻t12，信号SEL_Sn+2变成高电平，从而第n+2行的各像素10的光电转换信号由放大部16及第1选择开关部17输出至第1垂直信号线30。附加于第1垂直信号线30的电容蓄积(存储)光电转换信号。另外，在从时刻t11到时刻t13的期间，存储于第2垂直信号线31的来自第n+2行的各像素10的噪声信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。在从时刻t13到时刻t14的期间，存储于第1垂直信号线30的来自第n+2行的各像素10的光电转换信号被输出至列线电路90并被转换成数字信号。
在第1实施方式中，为了抑制从像素10读出的光电转换信号与蓄积于第1垂直信号线30的光电转换信号之间的误差，使第1选择开关部17及第1开关部70同时断开。另外，为了抑制从像素10读出的噪声信号与蓄积于第2垂直信号线31的噪声信号之间的误差，使第2选择开关部18及第2开关部80同时断开。相对于此，在第2实施方式中，通过在像素10内设置电流源19，向第1垂直信号线30及第2垂直信号线31的信号的读出及蓄积的定时分别仅通过第1选择开关部17、第2选择开关部18的接通断开来控制。因此，与第1实施方式相比，能够容易地进行来自像素10的信号的读出及蓄积时的定时控制。由此，能够抑制存储于第1垂直信号线30及第2垂直信号线31的信号产生误差。
另外，在本实施方式中，在从某行像素10读出信号的期间，使基于其它行像素10的电流源19的电流的供给开始。另外，在来自像素10的信号的读出结束后的规定时间之后，使基于该像素10的电流源19的电流的供给结束。由此，例如在时刻t3～时刻t7的期间第n行及第n+1行的各像素10的电流源19进行电流的供给，在时刻t7～时刻t11的期间第n+1行及第n+2行的各像素10的电流源19进行电流的供给。因此，能够确保电流源19的静定时间。另外，由于在各期间内分别是仅两行量的各像素10的电流源19进行电流的供给，所以能够使电流消耗降低。另外，在从各像素10读出的期间，分别仅使两行量的各像素10的电流源19驱动，由此能够将流向接地布线的电流设为恒定的电流。因此，能够抑制接地布线的电位变动，能够抑制在像素10的信号中混入噪声。
图9是表示第2实施方式的拍摄元件的垂直扫描电路40的结构例的图。垂直扫描电路40具有地址译码器41、脉冲生成部42、合成电路43、反相电路44、和晶体管M11、12、13，且各部件针对每一行像素10设置。
地址译码器41将来自地址总线51的信号译码而生成地址信号，并将其输出至脉冲生成部42及合成电路43。脉冲生成部42利用来自地址译码器41的信号及来自控制脉冲总线52的信号，生成用于控制像素10的动作的信号(例如信号TXn等)，并将其输出至像素10。合成电路43利用来自地址译码器41的信号及来自电流源控制总线53的信号，生成用于控制晶体管M11的接通断开的信号Vsw，并将其输出至晶体管M11及反相电路44。
反相电路44被输入信号Vsw，并输出成为信号Vsw的反转信号的信号Vswb。晶体管M11作为切换电流线1或电流线2(以下总称而记为电流线)与晶体管M13之间的电连接状态的开关来发挥功能。通过使信号Vsw变成高电平、且信号Vswb变成低电平，晶体管M11接通，晶体管M12断开，晶体管M13生成基于来自电流线的基准电流的电压电平的信号VB并将其供给至各像素10。晶体管M13作为向各像素10的电流源19供给基于基准电流的电压的电压供给部来发挥功能。晶体管M13的栅极宽度例如为构成电流源19的晶体管M6的栅极宽度的N倍，电流源19生成与晶体管M13的栅极宽度相对于晶体管M6的栅极宽度之比相应的电流。
图10的(a)是表示第2实施方式的拍摄元件的合成电路43的结构例的图。合成电路43由包含AND电路401～404及OR电路405的逻辑电路构成。向AND电路401～404输入来自地址译码器41的地址信号及来自电流源控制总线53的信号。图10中的信号n-1、n、n+1是来自地址译码器41的地址信号，信号a、b是来自电流源控制总线53的信号。
图10的(b)是表示第2实施方式的拍摄元件的合成电路43的动作例的时序图。在时刻t40～时刻t42，地址信号n-1成为高电平，进行来自第n-1行的各像素10的信号的读出。在时刻t42～时刻t44，地址信号n成为高电平，进行来自第n行的各像素10的信号的读出。在时刻t44～时刻t46，地址信号n+1成为高电平，进行来自第n+1行的各像素10的信号的读出。时刻t40～时刻t42、时刻t42～时刻t44、时刻t44～时刻t46分别成为一个水平期间。
在从时刻t40到时刻t41的期间，地址信号n-1成为高电平，信号a成为高电平，信号b成为低电平，合成电路43进行基于逻辑电路的信号的合成，并输出低电平的信号Vsw。在从时刻t41到时刻t42的期间，地址信号n-1成为高电平，信号a成为低电平，信号b成为高电平，合成电路43输出高电平的信号Vsw。在从时刻t42到时刻t43的期间，地址信号n成为高电平，信号a成为高电平，信号b成为低电平，合成电路43输出高电平的信号Vsw。
在从时刻t43到时刻t44的期间，地址信号n成为高电平，信号a成为低电平，信号b成为高电平，合成电路43输出高电平的信号Vsw。在从时刻t44到时刻t45的期间，地址信号n+1成为高电平，信号a成为高电平，信号b成为低电平，合成电路43输出高电平的信号Vsw。当在从时刻t45到时刻t46的期间地址信号n+1成为高电平、信号a成为低电平、且信号b成为高电平时，合成电路43输出低电平的信号Vsw。
合成电路43将所生成的信号Vsw输出至图9所示的晶体管M11及反相电路44。晶体管M11在信号Vsw成为高电平时接通，晶体管M13生成基于来自电流线的基准电流的电压电平的信号VB并将其输出至各像素10的电流源19。电流源19根据信号VB的电压电平而开始电流的供给。另外，当信号Vsw成为低电平时，晶体管M11断开。当信号Vsw成为低电平时，信号Vswb成为高电平，晶体管M12接通。在该情况下，信号VB的信号电平成为接地电位。
这样，在地址信号n变成高电平之前、且是从第n-1行的像素10读出信号的期间，信号Vsw成为高电平。因此，能够在开始来自第n行的像素10的信号的读出之前，使基于电流源19的电流的供给开始。另外，在地址信号n变成低电平后的规定时间之后、即来自第n行的像素10的信号的读出结束后的规定时间之后，信号Vsw变成低电平。因此，能够在来自第n行的像素10的信号的读出结束后的规定时间之后，使基于电流源19的电流的供给结束。
根据上述实施方式，除了与第1实施方式相同的作用效果之外，还能获得如下作用效果。
(14)针对每个像素10设有向读出部20供给电流的电流源19。由此，能够容易地进行来自像素10的信号的读出及蓄积时的定时控制。另外，能够抑制存储于第1垂直信号线30及第2垂直信号线31的信号产生误差。
(15)多个像素10包括第1像素和继第1像素之后成为读出对象的第2像素，在从第1像素读出根据电荷生成的信号的期间，设于第2像素的电流源19开始进行向第2像素的读出部20的电流的供给。由此，能够确保电流源19的静定时间。另外，能够使电流消耗降低。
(16)针对每多个像素设有电压供给部(晶体管M13)，该电压供给部生成基于基准电流的电压并将所生成的电压供给至电流源19。由此，能够针对每一行像素10控制基于电流源19的向读出部20的电流的供给。
(第3实施方式)
在第3实施方式的拍摄元件中，主要在除了第2实施方式的电流源19之外还针对每个像素10设有第3开关部21这点上不同于第2实施方式。此外，图中对与第1及第2实施方式相同或相当的部分标注相同的附图标记，并主要说明不同点。
图11是表示第3实施方式的像素10的结构的电路图。在第3实施方式中，像素10的读出部20包含第3开关部21而构成。第3开关部21通过信号SH而被控制，切换电流源19与放大部16之间的电连接状态。在本实施方式中，在全部像素10的整个读出期间始终向电流源19供给规定电压电平的信号VB，电流源19设为能够进行电流的供给的状态。因此，通过第3开关部21的接通断开控制来使基于电流源19的向放大部16的电流的供给开始及停止。因此，能够缩短电流源19的静定时间而使基于电流源19的电流的供给开始。第3开关部21例如由晶体管M7构成。
图12是表示第3实施方式的拍摄元件3的局部结构的电路图。垂直扫描电路40生成信号SHn并将其供给至各像素10。各像素10的第3开关部21通过从垂直扫描电路40输出的信号SHn而被控制。此外，SHn的末尾的n表示像素的行编号。
图13是表示第3实施方式的拍摄元件的垂直扫描电路40的结构例的图。第3实施方式的垂直扫描电路40在全部像素10的整个读出期间始终向全部像素10的各电流源19供给成为规定偏压的信号VB。另外，合成电路43基于来自地址译码器41的信号及来自电流源控制总线53的信号生成信号SHn并将其输出至各像素10的第3开关部21。此外，根据信号SHn使第3开关部21接通的定时与图8所示的根据信号VBn使基于电流源19的电流生成开始的定时相同。另外，根据信号SHn使第3开关部21断开的定时与图8所示的根据信号VBn使基于电流源19的电流生成结束的定时相同。
根据上述实施方式，除了与第1及第2实施方式相同的作用效果之外，还能获得如下作用效果。
(17)拍摄元件3还具备使基于电流源19的电流的供给开始及停止的多个第1开关部(第3开关部21)。第1开关部针对每个像素10设置。由此，能够通过第3开关部21的接通断开控制而使基于电流源19的电流的供给开始及停止。另外，在本实施方式中，例如在从全部像素10读出的期间始终向电流源19供给成为规定偏压的信号VB。因此，能够缩短电流源19的静定时间而使基于电流源19的电流的供给开始。
如下所述的变形也在本发明的范围内，还能将一个或多个变形例与上述实施方式进行组合。
(变形例1)
图14是表示变形例1的拍摄元件的截面结构的一例的图。如图14所示，也可以将第1垂直信号线30及第2垂直信号线31分成多层来配置。在该情况下，关于屏蔽线120a、120b、120c，也分成多层来配置。另外，如图14所示，也可以配置用于确保布线层210的布线布局的对称性的虚拟布线130。
(变形例2)
在上述实施方式中，对使用光电二极管作为光电转换部12的例子进行了说明。但是，也可以使用光电转换膜作为光电转换部12。
(变形例3)
在上述实施方式中，对拍摄元件3为背面照射型的结构的例子进行了说明。但是，也可以将拍摄元件3设为在供光入射的入射面侧设置布线层210的表面照射型的结构。
(变形例4)
在上述实施方式中，对第1选择开关部17、第2选择开关部18、第1开关部70、及第2开关部80分别由晶体管构成的例子进行了说明，但也可以分别由光开关构成。通过像这样构成，能够高速地对第1选择开关部17、第2选择开关部18、第1开关部70、及第2开关部80进行接通断开控制。由此，能够分别抑制从像素10读出的光电转换信号与蓄积于第1垂直信号线30的光电转换信号之间的误差、以及从像素10读出的噪声信号与蓄积于第2垂直信号线31的噪声信号之间的误差。
在上述中说明了各种实施方式及变形例，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内可以考虑到的其它方式也包含在本发明的范围内。
下述优先权基础申请的公开内容被作为引用文编入于此。
日本专利申请2016年第65490号(2016年3月29日申请)。

Claims (14)

1.一种拍摄元件，其特征在于，具备：
多个像素，其具有将光转换成电荷的光电转换部、用于将由所述光电转换部转换而得到的电荷传输至浮置扩散部的传输部、和用于将所述浮置扩散部的电位重置为基准电位的重置部，并将第1信号和第2信号按照从所述第2信号到所述第1信号的顺序分别输出，其中该第1信号是基于所述浮置扩散部被所述传输部传输了进行光电转换而得到的电荷时的所述浮置扩散部的电位得到的，该第2信号是基于所述浮置扩散部被所述重置部重置为所述基准电位时的所述浮置扩散部的电位得到的；
第1信号线，所述第1信号向该第1信号线输出；
第2信号线，所述第2信号向该第2信号线输出；以及
转换部，其用于将输出到所述第1信号线的所述第1信号和输出到所述第2信号线的所述第2信号转换成数字信号，
所述传输部在利用所述转换部将所述第2信号转换为数字信号的期间，将由所述光电转换部转换而得到的电荷向所述浮置扩散部传输。
2.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
所述第1信号线在利用所述转换部将所述第2信号转换为数字信号的期间，被输出所述第1信号。
3.根据权利要求2所述的拍摄元件，其特征在于，
所述像素具有：包括与所述浮置扩散部连接的栅极的晶体管；控制所述晶体管与所述第1信号线之间的连接的第1选择开关部；和控制所述晶体管与所述第2信号线之间的连接的第2选择开关部。
4.根据权利要求3所述的拍摄元件，其特征在于，
所述第1选择开关部在利用所述转换部将所述第2信号转换为数字信号的期间，使所述晶体管与所述第1信号线之间连接。
5.根据权利要求4所述的拍摄元件，其特征在于，
具备：
用于向所述第1信号线供给电流的第1开关部；和
用于向所述第2信号线供给电流的第2开关部，
所述第1开关部在利用所述转换部将所述第2信号转换为数字信号的期间，向所述第1信号线供给电流。
6.根据权利要求5所述的拍摄元件，其特征在于，
所述第2开关部在利用所述转换部将所述第2信号转换为数字信号的期间，不向所述第2信号线供给电流。
7.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
具备：
用于向所述第1信号线供给电流的第1开关部；和
用于向所述第2信号线供给电流的第2开关部，
所述第1开关部在利用所述传输部将由所述光电转换部转换而得到的电荷向所述浮置扩散部传输的期间，向所述第1信号线供给电流，
所述第2开关部在利用所述传输部将由所述光电转换部转换而得到的电荷向所述浮置扩散部传输的期间，不向所述第2信号线供给电流。
8.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
具备：
用于向所述第1信号线供给电流的第1开关部；和
用于向所述第2信号线供给电流的第2开关部，
所述第1开关部在所述第1信号向所述第1信号线输出的期间，向所述第1信号线供给电流，
所述第2开关部在所述第1信号向所述第1信号线输出的期间，不向所述第2信号线供给电流。
9.根据权利要求1所述的拍摄元件，其特征在于，
所述像素具有：包括与所述浮置扩散部连接的栅极的晶体管；控制所述晶体管与所述第1信号线之间的连接的第1选择开关部；和控制所述晶体管与所述第2信号线之间的连接的第2选择开关部。
10.根据权利要求9所述的拍摄元件，其特征在于，
具备向所述晶体管供给电流的开关部，
所述开关部连接于所述晶体管与所述第1选择开关部之间。
11.根据权利要求10所述的拍摄元件，其特征在于，
所述开关部针对每个所述像素设置。
12.根据权利要求10述的拍摄元件，其特征在于，
所述开关部连接于所述晶体管与所述第2选择开关部之间。
13.根据权利要求12所述的拍摄元件，其特征在于，
所述开关部针对每个所述像素设置。
14.一种拍摄装置，其特征在于，具备权利要求1至13中任一项所述的拍摄元件。
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