JP2010028226A - Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same - Google Patents
Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010028226A JP2010028226A JP2008184065A JP2008184065A JP2010028226A JP 2010028226 A JP2010028226 A JP 2010028226A JP 2008184065 A JP2008184065 A JP 2008184065A JP 2008184065 A JP2008184065 A JP 2008184065A JP 2010028226 A JP2010028226 A JP 2010028226A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- charge
- unit
- state imaging
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus using the same.
下記特許文献1において、露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子が提案されている。この固体撮像素子では、画像となる電荷を得る光電変換部とは別個に、入射光に応じた電荷を生成する半導体領域が設けられている。この固体撮像素子によれば、この固体撮像素子へ直接入射する光量をモニタすることができるので、高い精度で入射光量をモニタすることができる。したがって、この固体撮像素子を用いれば、高い精度で自動露光制御を実現することができる。
固体撮像素子を用いた撮像装置においては、更なる高い精度で自動露光制御を実現することが要請されている。 An imaging apparatus using a solid-state imaging device is required to realize automatic exposure control with higher accuracy.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining a detection signal for exposure control with higher accuracy, and an imaging apparatus using the same. .
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、入射光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する第1の増幅部と、前記電荷蓄積部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部と、前記電荷蓄積部に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲートと、前記フローティングゲートの電位に応じた信号を出力する第2の増幅部と、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the problems. A solid-state imaging device according to a first aspect includes a charge storage unit that stores a charge generated according to incident light, a charge-voltage conversion unit that receives the charge and converts the charge into a voltage, and the charge-voltage conversion unit A first amplifying unit that outputs a signal according to the potential, a transfer unit that transfers charge from the charge storage unit to the charge-voltage conversion unit, and a potential according to the charge stored in the charge storage unit, And a second amplifying section that outputs a signal corresponding to the potential of the floating gate.
第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記フローティングゲートの少なくとも一部は、絶縁膜を介して前記電荷蓄積部と対向したものである。 The solid-state imaging device according to a second aspect is the solid-state imaging device according to the first aspect, wherein at least a part of the floating gate is opposed to the charge storage portion via an insulating film.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記第1の増幅部の出力を受ける第1の信号線と、前記第1の信号線に対する前記第1の増幅部の出力の供給をオンオフする第1の選択スイッチと、前記第1の信号線とは別に設けられ前記第2の増幅部の出力を受ける第2の信号線と、前記第2の信号線に対する前記第2の増幅部の出力の供給をオンオフする第2の選択スイッチと、を備えたものである。 In the first or second aspect, the solid-state imaging device according to the third aspect includes a first signal line that receives an output of the first amplification unit, and the first amplification unit for the first signal line. A first selection switch for turning on / off the output of the output, a second signal line provided separately from the first signal line and receiving the output of the second amplification unit, and the second signal line with respect to the second signal line And a second selection switch for turning on / off the supply of the output of the second amplification unit.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記1の増幅部の出力及び前記第2の増幅部の出力を両方とも受ける信号線と、前記信号線に対する前記第1の増幅部の出力の供給をオンオフする第1の選択スイッチと、前記信号線に対する前記第2の増幅部の出力の供給をオンオフする第2の選択スイッチと、を備えたものである。 A solid-state imaging device according to a fourth aspect is the solid-state imaging device according to the first or second aspect, wherein a signal line that receives both the output of the first amplifying unit and the output of the second amplifying unit; And a second selection switch for turning on / off the supply of the output of the second amplification unit to the signal line.
第5の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうちの一部の期間において、前記第2の増幅部の出力が読み出されるものである。 A solid-state imaging device according to a fifth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the second amplifying unit is in a part of the exposure period in which charges are stored in the charge storage unit. The output is to be read.
第6の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第5のいずれかの態様において、前記電荷蓄積部における前記フローティングゲートの側に反転層を形成するための反転層形成用電位を、制御信号に応答して前記フローティングゲートに供給する電位供給部を備えたものである。 In the solid-state imaging device according to the sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the inversion layer forming potential for forming the inversion layer on the floating gate side in the charge storage unit is controlled by a control signal. In response to the above, a potential supply section for supplying the floating gate is provided.
第7の態様による固体撮像素子は、前記第6の態様において、前記電位供給部は、前記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうち前記第2の増幅部の出力の読み出し期間を除いた期間のうちの、少なくとも一部の期間において、前記反転層形成用電位を前記フローティングゲートに供給するものである。 The solid-state imaging device according to a seventh aspect is the solid-state imaging device according to the sixth aspect, wherein the potential supply unit excludes an output readout period of the second amplification unit from an exposure period in which charges are accumulated in the charge accumulation unit. The potential for forming the inversion layer is supplied to the floating gate in at least a part of the period.
第8の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第7のいずれかの態様において、前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートの側から入射され、前記フローティングゲートは前記入射光に対する透光性を有するものである。 The solid-state imaging device according to an eighth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the incident light is incident on the charge accumulation unit from the floating gate side, and the floating gate is the incident light. It has the translucency with respect to.
第9の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第7のいずれかの態様において、前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートとは反対の側から入射されるものである。 In the solid-state imaging device according to a ninth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the incident light is incident on the charge accumulation unit from the side opposite to the floating gate.
第10の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第9のいずれかの態様において、複数の画素を備え、前記各画素は、前記電荷蓄積部、前記第1の増幅部、前記転送部、前記フローティングゲート及び前記第2の増幅部を有するものである。 A solid-state imaging device according to a tenth aspect according to any one of the first to ninth aspects, includes a plurality of pixels, and each of the pixels includes the charge accumulation unit, the first amplification unit, the transfer unit, The floating gate and the second amplifying unit are included.
第11の態様による撮像装置は、前記第1乃至第10のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記第2の増幅部の出力に基づいて自動露光制御を行う露光制御部と、を備えたものである。 An imaging apparatus according to an eleventh aspect includes the solid-state imaging element according to any one of the first to tenth aspects, and an exposure control unit that performs automatic exposure control based on an output of the second amplification unit. Is.
本発明によれば、より高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state image sensor which can obtain the detection signal for exposure control with higher precision, and an imaging device using the same can be provided.
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ1を示す概略ブロック図である。電子カメラ1には、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部2aによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、メカニカルシャッタ15を介して、撮影レンズ2により結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子3の撮像面が配置される。メカニカルシャッタ15は、撮像制御部4の指令によって駆動される。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an
固体撮像素子3は、撮像制御部4の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子3から出力される信号は、画像用信号、及び、露光制御用検出信号である。いずれの信号も、信号処理部5、及びA/D変換器6を介して処理された後、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続される。バス8には、レンズ制御部2a、撮像制御部4、マイクロプロセッサ9、焦点演算部10、露光演算部14、記録部11、画像圧縮部12、画像処理部13、ストロボ発光制御部16なども接続される。ストロボ発光制御部16は、内蔵又は外付けのストロボ17の発光を制御する。上記マイクロプロセッサ9には、レリーズ釦などの操作部9aが接続される。また、上記の記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。本実施の形態では、固体撮像素子3とは別に焦点検出センサ(図示せず)が設けられているが、知られているように、固体撮像素子3を、焦点検出用信号も得られるように構成してもよい。この電子カメラ1の動作については、後に説明する。
The solid-
図2は、図1中の固体撮像素子3の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像素子3は、CMOS型固体撮像素子として形成されている。固体撮像素子3は、2次元状に配置された複数の画素20と、画素20から信号を出力するための周辺回路とを有している。図2において、3×3個の画素20のみを示しているが、画素数はこれに限られるものではない。これらの画素20は、周辺回路からの制御信号に従って、画像用信号及び露光制御用検出信号を出力する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
周辺回路は、垂直走査回路21と、水平走査回路22と、これらと接続されている制御信号線23〜27と、画素20の各列ごとに設けられ各列ごとの画素20からの画像用信号を受け取る第1の垂直信号線31Aと、画素20の各列ごとに設けられ各列ごとの画素20からの露光制御用検出信号を受け取る第2の垂直信号線31Bと、第1及び第2の垂直信号線31A,31Bとそれぞれ接続された第1及び第2の定電流源32A,32Bと、を有している。
The peripheral circuit includes a
また、周辺回路は、画素20で光電変換された光情報を含む光信号を伝送する第1の水平信号線32Sと、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号としてのいわゆる暗信号を伝送する第2の水平信号線32Nと、差動出力アンプ33と、を有している。さらに、周辺回路は、各第1の垂直信号線31Aに接続されたカラムアンプ34と、各カラムアンプ34に対応して設けられた、前記光信号を蓄積する光信号蓄積容量CS、前記暗信号を蓄積する暗信号蓄積容量CN、光信号垂直転送トランジスタTS、暗信号垂直転送トランジスタTN、光信号水平転送トランジスタHS、及び、暗信号水平転送トランジスタHNと、を有している。なお、実際には、水平信号線32S,32Nをそれぞれ所定タイミングでリセットするための各トランジスタが設けられるが、それらのトランジスタの図示は省略している。本実施の形態では、前述した要素31A,32A,32S,32N,33,34,CS,CN,TS,TN,HS,HNが、画像用信号の出力部を構成している。
The peripheral circuit also transmits a first
さらに、周辺回路は、露光制御用検出信号を伝送する第3の水平信号線35と、出力アンプ36とを有している。また、周辺回路は、各列の垂直信号線31Bに対応して設けられた水平転送トランジスタHBを有している。本実施の形態では、前述した要素31B,32B,35,36,HBが、露光制御用検出信号の出力部を構成している。
Further, the peripheral circuit includes a third
垂直走査回路21及び水平走査回路22は、電子カメラ1の撮像制御部4からの指令に基づいて制御信号を出力する。各画素20は、垂直走査回路21から出力される後述の制御信号φSELB、φTX、φRES、φSELAを制御信号線23〜26から受け取って駆動され、画像用信号を垂直信号線31Aに出力するとともに、露光制御用検出信号を垂直信号線31Bに出力する。なお、図2及び後述する図3において、nは画素行を示している。
The
図3は、図2に示す固体撮像素子3の画素20を示す回路図である。ただし、図3中の一部の要素41〜47,PD,TX,FDについては、概略断面図として示している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the
本実施の形態では、各画素20は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号を出力する第1の増幅部としての第1の増幅トランジスタAMPAと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタRESと、第1の垂直信号線31Aに対する第1の増幅トランジスタAMPAの出力の供給をオンオフする第1の選択スイッチとしての第1の選択トランジスタSELAとを有し、図3に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素20のトランジスタAMPA,TX,RES,SELAは、全てnMOSトランジスタである。図3において、Vddは電源電圧である。
In the present embodiment, each
転送トランジスタTXのゲート電極45は、行毎に、制御信号線24に接続されている。制御信号線24は、転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXを、垂直走査回路21から転送トランジスタTXのゲート電極45に供給する。リセットトランジスタRESのゲートは、行毎に、制御信号線25に接続されている。制御信号線25は、リセットトランジスタRESを制御する制御信号φRESを、垂直走査回路21からリセットトランジスタRESのゲートに供給する。第1の選択トランジスタSELAのゲートは、行毎に、制御信号線26に接続されている。制御信号線26は、第1の選択トランジスタSELAを制御する制御信号φSELAを、垂直走査回路21から第1の選択トランジスタSELAのゲートに供給する。
The
本実施の形態では、図3に示すように、N型シリコン基板41上にP型ウエル42が設けられている。P型ウエル42中に、フォトダイオードPDなどの画素部における各素子が配置されている。図3には、フォトダイオードPDに対する入射光の様子も模式的に示している。本実施の形態では、入射光は、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43に向けて、図3中の上方から(後述するフローティングゲート46の側から)入射される。なお、実際には、フォトダイオードPDの上部(フローティングゲート46よりも上方)にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、ここでは省略する。
In the present embodiment, a P-
フォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて電荷を生成する。本実施の形態では、フォトダイオードPDは、入射光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部として、P型ウエル42中に設けられたN型の電荷蓄積層43を有している。
The photodiode PD generates an electric charge according to the amount of incident light (subject light). In the present embodiment, the photodiode PD has an N-type
転送トランジスタTXは、転送パルス(制御信号)φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。フローティングディフュージョンFDはP型ウエル42中に形成されたN型不純物拡散領域44を有している。転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43をソース、フローティングディフュージョンFDの一部を構成する拡散領域44をドレインとしたMOSトランジスタである。転送トランジスタTXは、そのゲート電極45に印加される制御信号φTXにより駆動される。ゲート電極45は、例えば、ポリシリコンで構成される。リセットトランジスタRESは、リセットパルス(制御信号)φRESのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンFDに蓄積されている電荷をリセットする。
The transfer transistor TX is turned on during a high level period of the transfer pulse (control signal) φTX, and transfers the charge accumulated in the
フォトダイオードPDから転送トランジスタTXを介してフローティングディフュージョンFDに転送されてきた電荷は、フローティングディフュージョンFDで電圧に変換され、この電圧が第1の増幅トランジスタAMPAのゲートに印加される。第1の増幅トランジスタAMPAは、そのドレインが電源電圧Vddに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが第1の選択トランジスタSELAのドレインに接続され、定電流源32Aを負荷とするフォースフォロア回路を構成している。第1の増幅トランジスタAMPAは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、第1の選択トランジスタSELAを介して第1の垂直信号線31Aに電圧を出力する。このようにして、第1の増幅トランジスタAMPAは、フォトダイオードPDで生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号(画像用信号)を出力する。
The charges transferred from the photodiode PD to the floating diffusion FD via the transfer transistor TX are converted into a voltage by the floating diffusion FD, and this voltage is applied to the gate of the first amplification transistor AMPA. The first amplification transistor AMPA has its drain connected to the power supply voltage Vdd, its gate connected to the floating diffusion FD, its source connected to the drain of the first selection transistor SELA, and the constant
第1の選択トランジスタSELAは、選択パルス(制御信号)φSELAのハイレベル期間にオンし、第1の増幅トランジスタAMPAのソースを第1の垂直信号線31Aに接続する。すなわち、第1の増幅トランジスタAMPAと第1の選択トランジスタSELAによって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
The first selection transistor SELA is turned on during the high level period of the selection pulse (control signal) φSELA, and connects the source of the first amplification transistor AMPA to the first
以上説明した各画素20の構成は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様である。本実施の形態では、各画素20の構成は、以下に説明する点で、一般的なCMOS型固体撮像素子とは異なる。
The configuration of each
本実施の形態では、各画素20は、図3に示すように、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲート46と、フローティングゲート46の電位に応じた信号を出力する第2の増幅部としての第2の増幅トランジスタAMPBと、第2の垂直信号線31Bに対する第2の増幅トランジスタAMPBの出力の供給をオンオフする第2の選択スイッチとしての第2の選択トランジスタSELBと、を有している。本実施の形態では、これらのトランジスタAMPB,SELBもnMOSトランジスタであり、基板41に搭載されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, each
本実施の形態では、図3に示すように、フローティングゲート46の大部分の領域が、絶縁膜47を介してフォトダイオードPDの電荷蓄積層43と対向している。これにより、フローティングゲート46の電位は、電荷蓄積層43に蓄積されている電荷に応じた電位となり、第2の増幅トランジスタAMPBのゲートに印加される。本実施の形態では、フローティングゲート46は、入射光に対して透光性を有する材料で構成されている。フローティングゲート46は、例えば、ITO膜や50nm程度の薄いポリシリコン膜で構成することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, most of the region of the floating
第2の選択トランジスタSELBのゲートは、行毎に、制御信号線23に接続されている。制御信号線23は、第2の選択トランジスタSELBを制御する制御信号φSELBを、垂直走査回路21から第2の選択トランジスタSELBのゲートに供給する。第2の選択トランジスタSELBは、選択パルス(制御信号)φSELBのハイレベル期間にオンし、第2の増幅トランジスタAMPBのソースを第2の垂直信号線31Bに接続する。すなわち、第2の増幅トランジスタAMPBと第2の選択トランジスタSELBによって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
The gate of the second selection transistor SELB is connected to the
第2の増幅トランジスタAMPBは、そのドレインが電源電圧Vddに接続され、そのゲートがフローティングゲート46に接続され、そのソースが第2の選択トランジスタSELBのドレインに接続され、定電流源32Bを負荷とするフォースフォロア回路を構成している。第2の増幅トランジスタAMPBは、フローティングゲート46の電位(すなわち、電荷蓄積層43に蓄積されている電荷)に応じて、第2の選択トランジスタSELBを介して第2の垂直信号線31Bに読み出し電流を出力する。このようにして、第2の増幅トランジスタAMPBは、フォトダイオードPDで生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号(露光制御用検出信号)を出力する。フローティングゲート46を利用することによって、電荷蓄積層43に蓄積されている電荷が破壊されることなく、その電荷量が読み出されることになる。
The second amplification transistor AMPB has its drain connected to the power supply voltage Vdd, its gate connected to the floating
垂直走査回路21は、撮像制御部4からの駆動パルス(図示せず)を受けて、画素20の行毎に、第1及び第2の選択パルスφSELA,φSELB、リセットパルスφRES及び転送パルスφTXをそれぞれ出力する。また、垂直走査回路21は、撮像制御部4からの駆動パルス(図示せず)を受けて、光信号転送パルスφTS及び暗信号転送パルスφTNを出力する。光信号転送パルスφTSは、全列の光信号垂直転送トランジスタTSのゲートに、共通して供給される。暗信号転送パルスφTNは、全列の暗信号垂直転送トランジスタTNのゲートに、共通して供給される。
The
水平走査回路22は、撮像制御部4からの駆動パルス(図示せず)を受けて、画素20の列毎に、水平走査信号φHを出力する。水平走査信号φHは、列毎に、制御信号線27を介して、光信号水平転送トランジスタHS、暗信号水平転送トランジスタHN及び水平転送トランジスタHBのゲートに供給される。
The
図4は、図2に示す固体撮像素子3の動作の一例を示すタイミングチャートである。図4では、1行目と2行目の画素20に関する信号のみを示している。図4に示す例では、露光期間(電荷蓄積期間)T1中に固体撮像素子3から露光制御用検出信号を取得し、その露光制御用検出信号に基づいて露光期間T1の長さを決定する自動露光制御を行い、その露光期間T1後の画像用信号読み出し期間T2において、その露光期間T1中の蓄積電荷による画像用信号を固体撮像素子3から読み出す。
FIG. 4 is a timing chart showing an example of the operation of the solid-
本例では、撮像制御部4の制御下で、露光期間T1中に、メカニカルシャッタ15が開かれる。図面には示していないが、露光期間T1の開始前に、全行のリセットパルスφRESがハイレベルにされて全行のリセットトランジスタRESがオンにされている状態で、全行の転送パルスφTXが一旦ハイレベルにされて全行の転送トランジスタTXが一旦オンにされることで、全画素20の電荷蓄積層43が予めリセットされる。
In this example, the
露光期間T1が開始すると、入射光によって、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43に電荷が蓄積されていき、フローティングゲート46の電位は、電荷蓄積層43に蓄積されている電荷量に応じた電位となる。
When the exposure period T1 starts, charges are accumulated in the
露光期間T1が開始すると、まず、期間T11において、1行目の第2の選択パルスφSELB(1)がハイレベルに変化し、1行目の第2の選択トランジスタSELBがオンする。これにより、1行目の画素20が露光制御用検出信号を取得する画素として選択され、1行目の画素20の露光制御用検出信号(第2の増幅トランジスタAMPBの出力信号)が第2の垂直信号線31Bに出力される。すなわち、1行目の画素20の第2の増幅トランジスタAMPBのソースが第2の垂直信号線31Bに接続され、その第2の増幅トランジスタAMPBのソースフォロワ動作によって、フローティングゲート46の電位に応じた信号が第2の垂直信号線31Bに出力される。この動作は、1行目の各列の画素20に対して同時並列に実行される。
When the exposure period T1 starts, first, in the period T11, the second selection pulse φSELB (1) in the first row changes to the high level, and the second selection transistor SELB in the first row is turned on. As a result, the
そして、この期間T11において、水平走査回路22からの水平走査信号φHにより、水平転送トランジスタHBが列毎に順次オンされ、第2の垂直信号線31Bに出力された1行目の画素20からの露光制御用検出信号が列毎に水平信号線35に順次読み出され、出力アンプ36によって増幅されて外部へ出力される。
In this period T11, the horizontal transfer transistor HB is sequentially turned on for each column by the horizontal scanning signal φH from the
期間T11の後の期間T12において、2行目の画素20に対して、期間T11と同様の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。すなわち、期間T12において、2行目の第2の選択パルスφSELB(2)がハイレベル変化して2行目の第2の選択トランジスタSELBがオンし、水平走査回路22からの水平走査信号φHにより、水平転送トランジスタHBが列毎に順次オンする。
In a period T12 after the period T11, the readout operation of the detection signal for exposure control similar to that in the period T11 is performed on the
期間T12の後に、3行目以降の画素20に対しても、期間T11,T12と同様の露光制御用検出信号の読み出し動作が順次行われる。
After the period T12, the readout operation of the exposure control detection signal similar to the periods T11 and T12 is sequentially performed on the
このようにして、全画素20について、1回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。固体撮像素子3から読み出される露光制御用検出信号は、図1に示す信号処理部5及びA/D変換器6を経てメモリ7に一旦格納されていく。全画素20についての1回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が終了し、それらがメモリ7に格納されると、露光演算部14は、露光量を示す指標値として、例えば全画素20の露光制御用検出信号の平均値を算出し、その平均値が所定の適正露光範囲内に入っているか否かを判定する。適正露光範囲内に入っていれば、撮像制御部4は、メカニカルシャッタ15を閉じ、露光期間T1を終了させる。一方、適正露光範囲内に入っていなければ、撮像制御部4はメカニカルシャッタ15を開いたままとし、2回目以降の露光制御用検出信号の読み出し動作がなされ、各回の露光制御用検出信号の読み出し動作が完了する度に、その回の露光制御用検出信号について前述した平均値の算出・判定が行われ、その回の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入るまで、次回の露光制御用検出信号の読み出し動作が繰り返される。
In this manner, the first exposure control detection signal readout operation is performed for all the
図4に示す例では、期間T13から始まる2回目の露光制御用検出信号の読み出し動作、及び、期間T14から始まる3回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われ、3回目の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入ったことによって、露光期間T1が終了された状況を示している。 In the example shown in FIG. 4, the second exposure control detection signal reading operation starting from the period T13 and the third exposure control detection signal reading operation starting from the period T14 are performed, and the third exposure control detection operation is performed. It shows a situation in which the exposure period T1 is ended when the average value calculated for the detection signal is within the appropriate exposure range.
露光期間T1においては、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43に蓄積されている電荷の量が、フローティングゲート46及び第2の増幅トランジスタAMPBの経路で読み出されるだけであるので、電荷蓄積層43の蓄積電荷は、破壊されることなくそのまま蓄積されている。本例では、露光期間T1の後の画像用信号読み出し期間T2において、露光期間T1中に電荷蓄積層43に蓄積された蓄積電荷の量を、転送トランジスタTX、フローティングディフュージョンFD及び第1の増幅トランジスタAMPAの経路で読み出す。
In the exposure period T1, the amount of charge stored in the
画像用信号読み出し期間T2が開始すると、まず、期間T21において、1行目の画素20が画像用信号を取得する画素として選択され、1行目のリセットパルスφRES(1)がローレベルに変化し、1行目の画素20のリセットトランジスタRESがオフする。また、期間T21において、1行目の第1の選択パルスφSELA(1)がハイレベルに変化し、1行目の画素20の第1の選択トランジスタSELAがオンする。1行目の画素20の第1の選択トランジスタSELAのオンにより、1行目の画素20の第1の増幅トランジスタAMPAのソースは第1の垂直信号線31Aに接続される。そして、1行目の画素20の第1の増幅トランジスタAMPAは、定電流源32Aによってソースフォロア回路として動作する。
When the image signal readout period T2 starts, first, in the period T21, the
期間T21が開始した後、期間T32が開始するまでの期間においては、1行目の画素20の第1の増幅トランジスタAMPAのゲート電圧が、フローティング状態となり、1行目の画素20のリセットレベルが第1の垂直信号線31Aに現れる。このとき、期間T21が開始した後の期間T31において、暗信号転送パルスφTNがハイレベルに変化し、暗信号垂直転送トランジスタTNがオンする。これにより、1行目の画素20の暗信号が、カラムアンプ34により増幅された後に、暗信号蓄積容量CNに蓄積される。この動作は、1行目の各列の画素20に対して同時並列に実行される。
In the period from the start of the period T21 to the start of the period T32, the gate voltage of the first amplification transistor AMPA of the
次に、期間T21中の期間T32において、1行目の転送パルスφTX(1)がハイレベルに変化し、1行目の画素20の転送トランジスタTXがオンする。1行目の画素20の転送トランジスタTXのオンにより、1行目の画素20のフォトダイオードPDの電荷蓄積層43に露光期間T1中に蓄積されていた電荷が、対応するフローティングディフュージョンFDに転送される。これによって、フローティングディフュージョンFDの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が第1の増幅トランジスタAMPAのゲートに印加される。その結果、1行目の画素20の光情報を含んだレベルが、第1の垂直信号線31Aに現れる。このとき、期間T32の後の期間T33において、光信号転送パルスφTSがハイレベルに変化し、光信号垂直転送トランジスタTSがオンする。これにより、1行目の画素20の光信号が、カラムアンプ34により増幅された後に、光信号蓄積容量CSに蓄積される。この動作は、1行目の各列の画素20に対して同時並列に実行される。
Next, in the period T32 in the period T21, the transfer pulse φTX (1) in the first row changes to a high level, and the transfer transistor TX of the
このようにして、期間T21において、1行目の画素20の画像用信号のサンプリングが行われ、各列毎に、暗信号蓄積容量CNには1行目の画素20の暗信号が蓄積され、光信号蓄積容量CSには1行目の画素20の光信号が蓄積される。
In this way, in the period T21, the image signal of the
期間T21後の期間T22は、1行目の画素20の画像用信号の水平走査期間である。期間T22において、水平走査回路22からの水平走査信号φHによる水平走査によって暗信号水平転送トランジスタHN及び光信号水平転送トランジスタHSが各垂直信号線31Aに対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量CN,CSにそれぞれ蓄積されていた暗信号及び光信号が各垂直信号線31Aに対応するもの毎に順次第2の水平信号線32N及び第1の水平信号線32Sにそれぞれ読み出され、差動出力アンプ33によってそれらの信号の差分が取られて外部へ出力される。このように差分をとることで、相関二重サンプリングが実現され、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。
A period T22 after the period T21 is a horizontal scanning period of the image signal of the
次に、期間T23,T24において、1行目の画素20に関して期間T21,T22で行われたのと同様の動作が、2行目の画素20について行われ、それ以降の行についても同様の動作を繰り返す。このようにして、全画素20について、画像用信号の読み出し動作が行われる。
Next, in the periods T23 and T24, operations similar to those performed in the periods T21 and T22 for the
ここで、本実施の形態による電子カメラ1の動作の一例について、説明する。
Here, an example of the operation of the
操作部9aのレリーズ釦の半押し操作が行われると、電子カメラ1内のマイクロプロセッサ9は、図示しない焦点検出センサからの検出信号に基づいて、焦点演算部10にデフォーカス量を算出させる。次いで、マイクロプロセッサ9は、先に算出されたデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部2aに撮影レンズ2を調節させる。また、マイクロプロセッサ9は、予め操作部9aにより指令された絞りとなるように、レンズ制御部2aに撮影レンズ2を調節させる。
When a half-press operation of the release button of the
そして、マイクロプロセッサ9は、操作部9aのレリーズ釦の全押し操作に同期して、前述した図4に示す動作を実現するように撮像制御部4を駆動することで、撮影を行う。このとき、露光期間T1中に固体撮像素子3から得られる露光制御用検出信号に基づいて、適正露光となるように露光期間T1の長さが決定された自動露光制御(ここでは、絞り優先自動露光制御)が実現され、その露光期間T1中の蓄積電荷による画像用信号が固体撮像素子3から読み出される。撮像制御部4によって、この画像用信号は、メモリ7に蓄積される。
The
その後、マイクロプロセッサ9は、操作部9aの指令に基づき、メモリ7内の画像用信号に対して必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。
Thereafter, the
前述した動作例の説明では、自動露光制御を、昼間のような明るい環境下において固体撮像素子3の出力からシャッター時間を決定するものとして説明した。夜間の様な暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合には、例えば、以下のように行われる。すなわち、撮像制御部4は、予め定めた比較的長い時間(ストロボ17の発光期間よりも長い期間)メカニカルシャッタ15を開く。ストロボ発光制御部16は、メカニカルシャッタ15が開かれた状態で、ストロボ17に発光を開始させる。そして、先の説明において露光期間T1をストロボ発光期間としたような動作を行えばよい。このとき、撮像制御部4が、固体撮像素子3から得られる露光制御用検出信号に基づいて、適正露光範囲内となるようにメカニカルシャッタ15の開期間の長さを決定する代わりに、ストロボ発光制御部16は、ストロボ17の発光期間の長さを決定する。これにより、ストロボ17を用いた自動露光制御を実現することができる。
In the description of the operation example described above, the automatic exposure control has been described as determining the shutter time from the output of the solid-
なお、フローティングゲート42の電位に対応する第2の増幅トランジスタAMPBの出力は、フローティングディフュージョンFDの電圧に対応する第1の増幅トランジスタAMPAの出力に比べてS/Nが悪い。このため、第2の増幅トランジスタAMPBの出力は画像用信号としては好ましくない。しかしながら、第2の増幅トランジスタAMPBの出力は露光制御用信号としては、十分なS/Nを持つ。
Note that the output of the second amplification transistor AMPB corresponding to the potential of the floating
本実施の形態によれば、前述したように、画像用信号を形成する電荷を蓄積するためのフォトダイオードPDの電荷蓄積層43に蓄積されている電荷量に応じた露光制御用検出信号を、フローティングゲート46及び第2の増幅トランジスタAMPBの経路で、固体撮像素子3から得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、画像用信号を形成する電荷を蓄積するためのフォトダイオードPDの電荷蓄積層43とは別個の半導体領域で入射光により生成された電荷から、露光制御用検出信号を得る場合に比べて、固体撮像素子3からより高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる。よって、本実施の形態によれば、より高い精度で自動露光制御を実現することができる。
According to the present embodiment, as described above, the exposure control detection signal corresponding to the amount of charge accumulated in the
また、本実施の形態では、前述したように、露光制御用検出信号を取得した露光期間T1中に電荷蓄積層43に蓄積された電荷によって、画像用信号を得ている。したがって、画像用信号となる実際に蓄積されている電荷の量を、直接的に露光制御用検出信号としてモニタすることができるので、より一層高い精度で自動露光制御を実現することができる。また、本実施の形態では、露光期間T1は、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間としても、画像用信号を得るための電荷蓄積期間としても兼用されている。したがって、本実施の形態によれば、画像用信号に対していわばリアルタイムの自動露光制御が実現され、より一層高い精度で自動露光制御を実現することができる。
In the present embodiment, as described above, the image signal is obtained by the charges accumulated in the
もっとも、本発明では、固体撮像素子3を利用する場合において、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間と、画像用信号を得るための電荷蓄積期間とを、分けてもよい。この場合、例えば、次のように行うことができる。最初に、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間を所定長さだけ行ない、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図4中の期間T11などから始まる1回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行う。次に、電荷蓄積層43を一旦リセットした後、画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後、図4に示す画像用信号読み出し期間T2を行えばよい。このとき、例えば、画像用信号を得るための電荷蓄積期間の長さは、先に得られた露光制御用検出信号に基づいて、適正露光となるように定めればよい。この場合、操作部9aのレリーズ釦の全押し操作に同期して、前述した一連の動作が行われるようにしてもよい。あるいは、操作部9aのレリーズ釦の半押し操作に同期して、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間を所定長さだけ行ない、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図4中の期間T11などから始まる1回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行い、その露光制御用検出信号に基づいて露光条件(絞り及びシャッタ時間)を決定し、操作部9aのレリーズ釦の全押し操作に同期して、電荷蓄積層43を一旦リセットした後、先に決定された露光条件に従って画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後に図4に示す画像用信号読み出し期間T2を行ってもよい。この場合には、絞り優先の自動露光制御のみならず、シャッタ時間優先の自動露光制御も実現することができる。
However, in the present invention, when the solid-
また、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間と、画像用信号を得るための電荷蓄積期間とを分ける場合において、ストロボ17を用いた自動露光制御を行う場合、例えば、操作部9aのレリーズ釦の半押し操作に同期して、ストロボ17をプリ発光させ、そのプリ発光期間を露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間とし、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図4中の期間T11などから始まる1回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行い、その露光制御用検出信号に基づいて露光条件(絞り及びストロボ17の発光期間)を決定し、操作部9aのレリーズ釦の全押し操作に同期して、電荷蓄積層43を一旦リセットした後、画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後に図4に示す画像用信号読み出し期間T2を行ってもよい。
Further, when automatic exposure control using the
なお、本発明では、固体撮像素子3を用いた自動露光制御の手法は、前述した各例に限定されるものではない。例えば、前述した例では、露光量を示す指標値として、全画素20の露光制御用検出信号の平均値を用いていたが、その代わりに、予め定めた一部の領域の画素20の露光制御用検出信号の平均値や、被写体等の撮影条件に応じて手動又は自動で定めた一部の領域の画素20の露光制御用検出信号の平均値などを、用いてもよい。常に所定の一部の領域の画素20からの露光制御用検出信号のみしか用いない場合は、その他の領域の画素20からは、フローティングゲート46、第2の増幅トランジスタAMPB及び第2の選択トランジスタSELBを取り除いておいてもよい。本発明では、少なくとも1つの画素20がフローティングゲート46等を有していればよい。
In the present invention, the method of automatic exposure control using the solid-
また、本発明は、静止画の撮像のみならず、動画の撮像についても適用することができる。例えば、図4に示す露光期間T1及び画像用信号読み出し期間T2を順次繰り返し、前述した自動露光制御によって各露光期間T1の長さを調整することで、各画像用信号読み出し期間T2で得た画像用信号を、図示しない液晶パネル等の表示部に、いわゆるライブビュー表示させてもよい。この場合、被写体の明暗等の変化に追従して高い精度で自動露光制御されたライブビュー表示画像を得ることができる。 The present invention can be applied not only to still image capturing but also to moving image capturing. For example, the exposure period T1 and the image signal readout period T2 shown in FIG. 4 are sequentially repeated, and the image obtained in each image signal readout period T2 is adjusted by adjusting the length of each exposure period T1 by the automatic exposure control described above. The signal may be displayed in a so-called live view on a display unit such as a liquid crystal panel (not shown). In this case, it is possible to obtain a live view display image in which automatic exposure control is performed with high accuracy following changes in the brightness of the subject.
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図5は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子53の概略構成を示す回路図であり、図2に対応している。図6は、図5に示す固体撮像素子53の画素20を示す回路図であり、図3に対応している。図7は、図5に示す固体撮像素子53の動作の一例を示すタイミングチャートであり、図4に対応している。図5乃至図7において、図2乃至図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
本実施の形態による電子カメラが前記第1の実施の形態による電子カメラ1と異なる所は、固体撮像素子3に代えて固体撮像素子53が用いられている点のみである。固体撮像素子53が固体撮像素子3と異なる所は、水平信号線35、出力アンプ36、垂直信号線31B、水平転送トランジスタHB及び定電流源32Bが取り除かれ、各画素20の第2の増幅トランジスタAMPBのソースが、対応する列の垂直信号線31Aに接続されている点のみである。これにより、本実施の形態では、画像用信号の出力部を構成する要素31A,32A,32S,33,34,CS,TS,HSが、露光制御用検出信号の出力部としても兼用されている。
The electronic camera according to the present embodiment differs from the
固体撮像素子53の図7に示す動作例が、固体撮像素子3の図4に示す動作例と異なる所は、露光期間T1における動作のみである。
The operation example shown in FIG. 7 of the solid-
図7に示す動作例では、露光期間T1が開始すると、まず、期間T41において、1行目の第2の選択パルスφSELB(1)がハイレベルに変化し、1行目の第2の選択トランジスタSELBがオンする。これにより、1行目の画素20が露光制御用検出信号を取得する画素として選択され、1行目の画素20の露光制御用検出信号(第2の増幅トランジスタAMPBの出力信号)が垂直信号線31Aに出力される。同時に、期間T41において、転送パルスφTSがハイレベルに変化し、垂直転送トランジスタTSがオンする。これにより、1行目の画素20の露光制御用検出信号が、カラムアンプ34により増幅された後に、蓄積容量CSに蓄積される。この動作は、1行目の各列の画素20に対して同時並列に実行される。なお、第2の増幅トランジスタAMPBの出力信号は比較的レベルが小さい。よって、カラムアンプ34として可変ゲインアンプを用いる場合には、SN比を高めるために、露光制御用検出信号を垂直信号線31Aに出力する際に、図示しない制御信号によって、カラムアンプ34のゲインを大きい値に設定することが好ましい。
In the operation example shown in FIG. 7, when the exposure period T1 starts, first, in the period T41, the second selection pulse φSELB (1) in the first row changes to the high level, and the second selection transistor in the first row. SELB turns on. Thereby, the
期間T41後の期間T42において、水平走査回路22からの水平走査信号φHにより、水平転送トランジスタHSが列毎に順次オンされ、蓄積容量CSに蓄積された露光制御用検出信号を水平信号線32Sに読み出して、差動出力アンプ33を介して露光制御用検出信号を外部に出力する。なお、本例では、露光期間T1中は、水平信号線32Nはリセットされてリセット電位に維持されているため、蓄積容量CSに蓄積された露光制御用検出信号が水平信号線32Sに読み出されると、差動出力アンプ33から露光制御用検出信号が出力されることになる。
In a period T42 after the period T41, the horizontal transfer transistor HS is sequentially turned on for each column by the horizontal scanning signal φH from the
次に、期間T43,T44において、1行目の画素20に関して期間T41,T42で行われたのと同様の動作が、2行目の画素20について行われ、それ以降の行の画素20ついても同様の動作を繰り返す。このようにして、全画素20について、露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。
Next, in the periods T43 and T44, operations similar to those performed in the periods T41 and T42 for the
本例においても、固体撮像素子3から読み出される露光制御用検出信号は、図1に示す信号処理部5及びA/D変換器6を経てメモリ7に一旦格納されていく。全画素20についての1回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が終了し、それらがメモリ7に格納されると、露光演算部14は、露光量を示す指標値として、例えば全画素20の露光制御用検出信号の平均値を算出し、その平均値が所定の適正露光範囲内に入っているか否かを判定する。適正露光範囲内に入っていれば、撮像制御部4は、メカニカルシャッタ15を閉じ、露光期間T1を終了させる。一方、適正露光範囲内に入っていなければ、撮像制御部4はメカニカルシャッタ15を開いたままとし、2回目以降の露光制御用検出信号の読み出し動作がなされ、各回の露光制御用検出信号の読み出し動作が完了する度に、その回の露光制御用検出信号について前述した平均値の算出・判定が行われ、その回の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入るまで、次回の露光制御用検出信号の読み出し動作が繰り返される。
Also in this example, the exposure control detection signal read from the solid-
図7に示す例では、期間T45から始まる2回目の露光制御用検出信号の読み出し動作、及び、期間T46から始まる3回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われ、3回目の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入ったことによって、露光期間T1が終了された状況を示している。 In the example shown in FIG. 7, the second exposure control detection signal read operation starting from the period T45 and the third exposure control detection signal read operation starting from the period T46 are performed, and the third exposure control detection operation is performed. It shows a situation in which the exposure period T1 is ended when the average value calculated for the detection signal is within the appropriate exposure range.
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と比べて、水平信号線35、出力アンプ36、垂直信号線31B、水平転送トランジスタHB及び定電流源32Bが取り除かれているので、構成が簡単となり、コストを低減することができる。
Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained. Further, in this embodiment, the
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図8は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子63の概略構成を示す回路図であり、図5に対応している。図9は、図8に示す固体撮像素子63の画素20を示す回路図であり、図6に対応している。図10は、図8に示す固体撮像素子63の動作の一例を示すタイミングチャートであり、図7に対応している。図8乃至図10において、図5乃至図7中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
本実施の形態による電子カメラが前記第2の実施の形態による電子カメラと異なる所は、固体撮像素子53に代えて固体撮像素子63が用いられている点のみである。固体撮像素子63が固体撮像素子53と異なる所は、以下に説明する点のみである。
The electronic camera according to the present embodiment differs from the electronic camera according to the second embodiment only in that a solid-
固体撮像素子63では、各画素20において、制御信号φPに応答して反転層形成用電位Vpinをフローティングゲート46に供給する電位供給部としての、電位供給トランジスタ64が追加されている。反転層形成用電位Vpinは、フォトダイオードPDの電荷蓄積層43におけるフローティングゲート46の側に反転層を形成するための電位である。本実施の形態では、電荷蓄積層43がN型であることから、反転層形成用電位Vpinとして負電圧が用いられる。反転層形成用電位Vpinは、例えば、電源電圧として供給される。本実施の形態では、電位供給トランジスタ64としてnMOSトランジスタが用いられている。電位供給トランジスタ64のソースは、反転層形成用電位Vpinに接続されている。電位供給トランジスタ64のドレインは、フローティングゲート46に接続されている。
In the solid-
電位供給トランジスタ64のゲートは、行毎に、制御信号線65に接続されている。制御信号線65は、電位供給トランジスタ64を制御する制御信号φPを、垂直走査回路21から電位供給トランジスタ64のゲートに供給する。電位供給トランジスタ64は、制御信号φPのハイレベル期間にオンし、反転層形成用電位Vpinをフローティングゲート46に印加する。フローティングゲート46に負電圧の反転層形成用電位Vpinが印加されると、電荷蓄積層43におけるフローティングゲート46の側にホール66が誘起されてP型の反転層が形成され、フォトダイオードPDは埋め込みフォトダイオードとして機能することになる。その結果、電荷蓄積層43の表面から発生する暗電流を低減することができ、SN比を高めることができる。また、電荷が電荷蓄積層43に蓄積された後に、転送パルスφTXをハイレベルとして電荷をフローティングディフュージョンFDへ転送する際に、フローティングゲート46に反転層形成用電位Vpinを印加しておくと、その電荷転送が容易になる(電荷を転送残りがなく完全に転送し易くなる)という効果も得られる。
The gate of the
図10に示す動作例では、各行に関して、n行目の制御信号φP(n)として、n行目の選択パルスφSELB(n)の反転信号が用いられている。これにより、各電荷蓄積層43に関して、その電荷蓄積層43に対応して設けられたフローティングゲート46からの露光制御用検出信号の読み出し期間を除いた全ての期間において、そのフローティングゲート46に反転層形成用電位Vpinが印加される。したがって、本実施の形態では、前述した暗電流を低減する効果、及び、電荷転送を容易にする効果を、最も効果的に得ることができるので、好ましい。しかしながら、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、n行目の画素20のフローティングゲート46に反転層形成用電位Vpinを印加する期間は、露光期間T1のうちn行目の画素20の第2の増幅トランジスタAMPBの出力の読み出し期間(φSELB(n)がハイレベルの期間)以外の期間のうちの、一部の期間のみとしてもよい。この場合であっても、前記第2の実施の形態に比べると、暗電流を低減することができる。
In the operation example shown in FIG. 10, for each row, an inverted signal of the selection pulse φSELB (n) in the nth row is used as the control signal φP (n) in the nth row. As a result, with respect to each
なお、本実施の形態によっても、前記第2の実施の形態と同様の利点を得ることができる。なお、前記第1の実施の形態においても、本実施の形態と同様に電位供給トランジスタ64を追加してもよい。
Note that the present embodiment can provide the same advantages as those of the second embodiment. In the first embodiment, the
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図11は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素20を示す回路図であり、図9に対応している。図11において、図2乃至図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a
例えば、特開2002−231930号公報において、いわゆる背面照射型の固体撮像素子(入射光を通常の固体撮像素子とは反対側から入射させる固体撮像素子)が開示されている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-231930 discloses a so-called back-illuminated solid-state imaging device (a solid-state imaging device that makes incident light incident from the side opposite to a normal solid-state imaging device).
本実施の形態は、このような固体撮像素子に準じて、前記第3の実施の形態において、固体撮像素子63を背面照射型に変形したものである。本実施の形態では、図11に示すように、基板41の背面から光を照射している。図面には示していないが、背面から光を照射するため、基板41の厚みは例えば約10μm程度まで薄くしている。
In the present embodiment, in accordance with such a solid-state imaging device, the solid-
本実施の形態では、図11に示すように、入射光が電荷蓄積層43に向けてフローティングゲート46とは反対側から入射されるので、フローティングゲート46を透光性を有する材料で構成する必要がなくなり、プロセスの制約が少なくなるという利点が得られる。なお、本実施の形態によっても、前記第3の実施の形態と同様の利点を得ることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, since incident light is incident on the
前記第1及び第2の実施の形態についても、本実施の形態と同様に固体撮像素子3,53を背面照射型に変形してもよい。
Also in the first and second embodiments, the solid-
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although each embodiment of this invention and its modification were demonstrated, this invention is not limited to these.
1 電子カメラ
3,53,63 固体撮像素子
31A 第1の垂直信号線
31B 第2の垂直信号線
43 電荷蓄積層
46 フローティングゲート
47 絶縁膜
64 電位供給トランジスタ
PD フォトダイオード
FD フローティングディフュージョン
AMPA 第1の増幅トランジスタ
AMPB 第2の増幅トランジスタ
TX 転送トランジスタ
SELA 第1の選択トランジスタ
SELB 第2の選択トランジスタ
Vpin 反転層形成用電位
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する第1の増幅部と、
前記電荷蓄積部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部と、
前記電荷蓄積部に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲートと、
前記フローティングゲートの電位に応じた信号を出力する第2の増幅部と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 A charge accumulating unit for accumulating charges generated in response to incident light;
A charge-voltage converter that receives the charge and converts the charge into a voltage;
A first amplifying unit that outputs a signal corresponding to the potential of the charge-voltage conversion unit;
A transfer unit that transfers charges from the charge storage unit to the charge-voltage conversion unit;
A floating gate having a potential corresponding to the charge stored in the charge storage unit;
A second amplifier that outputs a signal corresponding to the potential of the floating gate;
A solid-state imaging device comprising:
前記第1の信号線に対する前記第1の増幅部の出力の供給をオンオフする第1の選択スイッチと、
前記第1の信号線とは別に設けられ前記第2の増幅部の出力を受ける第2の信号線と、
前記第2の信号線に対する前記第2の増幅部の出力の供給をオンオフする第2の選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。 A first signal line for receiving an output of the first amplifying unit;
A first selection switch for turning on / off the supply of the output of the first amplification unit to the first signal line;
A second signal line provided separately from the first signal line and receiving the output of the second amplifying unit;
A second selection switch for turning on / off the supply of the output of the second amplification section to the second signal line;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
前記信号線に対する前記第1の増幅部の出力の供給をオンオフする第1の選択スイッチと、
前記信号線に対する前記第2の増幅部の出力の供給をオンオフする第2の選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像素子。 A signal line that receives both the output of the first amplifier and the output of the second amplifier;
A first selection switch for turning on and off the supply of the output of the first amplifier to the signal line;
A second selection switch for turning on and off the supply of the output of the second amplifier to the signal line;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
前記第2の増幅部の出力に基づいて自動露光制御を行う露光制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9,
An exposure control unit that performs automatic exposure control based on an output of the second amplification unit;
An imaging apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008184065A JP2010028226A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008184065A JP2010028226A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010028226A true JP2010028226A (en) | 2010-02-04 |
Family
ID=41733677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008184065A Pending JP2010028226A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010028226A (en) |
-
2008
- 2008-07-15 JP JP2008184065A patent/JP2010028226A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6952256B2 (en) | Imaging device | |
KR101340112B1 (en) | Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device and imaging apparatus | |
KR101435964B1 (en) | Imaging device and driving method for solid-state image sensor | |
US7812301B2 (en) | Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP5226552B2 (en) | Imaging device | |
JP5127536B2 (en) | Method for driving solid-state imaging device and imaging system | |
KR101945052B1 (en) | Solid-state imaging device, method of driving the same, and electronic system | |
JP2017055322A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and control method for imaging apparatus | |
JP7473041B2 (en) | Image pickup element and image pickup device | |
WO2017043343A1 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
JP2016171455A (en) | Solid state image pickup device | |
JP5885431B2 (en) | Imaging device and imaging apparatus | |
JP4758318B2 (en) | Solid-state imaging device | |
US8300122B2 (en) | Solid-state imaging device, camera system, and signal reading method | |
JP5139150B2 (en) | Imaging device | |
JP4926654B2 (en) | Imaging apparatus and method | |
US9942493B2 (en) | Image pickup apparatus and reading method for outputting signals based on light flux passing through an entire area of an exit pupil and light flux passing through part of the exit pupil | |
JP2009171027A (en) | Imaging apparatus | |
JP2010028226A (en) | Solid-state imaging element, and imaging apparatus using the same | |
JP5311927B2 (en) | Imaging apparatus and imaging method | |
JP2016187072A (en) | Image sensor, processing method and electronic apparatus | |
JP6014976B2 (en) | Imaging device | |
JP2010166159A (en) | Camera and method of correcting shake of the camera | |
JP2010177928A (en) | Imaging element and imaging device | |
JP2016039406A (en) | Solid state image sensor and imaging device |