JP2010177838A - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保つ。その後、メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから画素から信号を読み出すまでの期間では、FD部の電位を下げ、そのときの寄生容量Cによる容量結合によって転送トランジスタ22のゲート下のチャネルのポテンシャルを浅くする。すなわち、FD部の電位を下げるときの容量結合によってオーバーフローパスを閉まる方向に駆動する。
【選択図】図9
Description
メカニカルシャッタを通して選択的に入射される光を電荷に変換して蓄積部に蓄積するとともに、当該蓄積部の飽和電荷量を超えた電荷を捨てるオーバーフローパスを有する画素が複数配置された画素アレイ部を備えた固体撮像装置において、
前記画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保ち、その後前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する。
1.本発明が適用される固体撮像装置(CMOSイメージセンサの例)
2.本発明に係る撮像装置(デジタルスチルカメラの例)
3.本発明の前提となる技術およびその不具合について
4.本発明の特徴部分
4−1.実施例1(駆動タイミング例1)
4−2.実施例2(駆動タイミング例2)
5.変形例
6.適用例(複数画素共有構造の例)
図1は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばX−Yアドレス方式の固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換部、例えばフォトダイオード21に加えて、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23および増幅トランジスタ24の3つのトランジスタを有する構成となっている。
以下に、CMOSイメージセンサをメカニカルシャッタとの組合せで用いる本発明に係る撮像装置について説明する。図3は、本発明に係る撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。
上記構成の撮像装置において、先ず、本発明の前提となる技術、即ちCMOSイメージセンサ10をメカニカルシャッタ513との組合せで用いることで、全画素行に対して露光期間を一致させ、撮像画像に歪みが生じないようにする技術について説明する。図4に、単位画素20の一部の断面とその部分のポテンシャルを模式的に表わす。
そこで、本発明は、メカニカルシャッタ513を用いて全画素同時露光を行う際に、メカニカルシャッタ513を閉じた後画素内の電荷が、順番的に後で読み出す画素ほど減少する現象を抑制するための駆動方法を特徴としている。以下に、メカニカルシャッタ513を閉じた後画素内の電荷が減少する現象、即ち、即ち飽和電荷量の減少を抑制するための駆動方法の具体的な実施例について説明する。
図5は、本発明の実施例1に係る駆動方法の説明に供するタイミングチャートである。図5において、横軸は時間を表わしている。また、図5では、図面の簡略化のために、メカニカルシャッタをメカシャッタと略記している。
先ず、動作(1),(4)の各動作について、図6のタイミングチャートを用いて説明する。図6のタイミングチャートにおいて、(a)は読出し行について、(b)は非読出し行についてそれぞれ示している。
次に、動作(2)の動作について、図7のタイミングチャートを用いて説明する。図7のタイミングチャートにおいて、(a)は本実施例について、(b)は従来例についてそれぞれ示している。
最後に、動作(3)の動作について、図8のタイミングチャートを用いて説明する。図8のタイミングチャートにおいて、(a)は本実施例について、(b)は従来例についてそれぞれ示している。
本実施例2に係る駆動方法の動作の流れは、基本的に、実施例1に係る駆動方法の動作の流れと同じであり、したがって、動作の流れを示すタイミングチャートも図5に示す実施例1の場合と同じとなる。そして、実施例1の場合とは、図5の動作(1)〜(4)における細かなタイミング関係の点で相違している。以下にその相違について、図10のタイミングチャートを用いて説明する。
選択電源SELVddをHighレベル(Vddレベル)にした状態で、リセットパルスφRSTをアクティブにし、リセットトランジスタ23をオン状態すると、当該リセットトランジスタ23を介してFD部25がHighレベルにリセットされる。そして、この画素のFD部25の電位に対応する信号がリセットレベルとして、増幅トランジスタ24を介して垂直信号線122に出力される。
選択電源SELVddは、動作(1)から引き続いてHighレベルのままである。そして、図10(b)に示すように、タイミングT2で全画素行について、リセットパルスφRSTおよび転送パルスφTRFを共にアクティブにする。これにより、全画素行の各画素について、リセットトランジスタ23を介してFD部25がHighレベルに、さらに転送トランジスタ22を介してフォトダイオード21がHighレベルにそれぞれリセットされる。この全画素行同時リセット後も、選択電源SELVddのHighレベル状態およびリセットパルスφRSTのアクティブ状態を維持する。
図10(c)に示すように、メカニカルシャッタ513の閉のタイミングT3と同時、またはその前後、好ましくはタイミングT3の後に、選択電源SELVddのLowレベルに戻し、次いでリセットパルスφRSTを非アクティブにする。その後、選択電源SELVddをHighレベルに戻す。
なお、上記実施形態では、単位画素20として、3つのトランジスタ22〜24からなる回路構成のものを用いるとしたが、本発明は3つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。一例として、画素選択を行う選択トランジスタを増幅トランジスタ24と画素電源Vddとの間、または増幅トランジスタ24と垂直信号線122との間に配した4つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良い。
以上説明した実施例1,2に係る駆動方法は、一例として、本来は一画素ごとに設けられる構成要素の一部を複数の画素間で共有する複数画素共有構造を採る画素回路に対しても適用することができる。
図11は、複数画素共有構造を採る本発明の適用例に係る画素回路の一例を示す回路図であり、図中、図2と同等部分には同一符号を付して示している。
次に、上記構成の本適用例に係る画素回路の回路動作について、図12のタイミングチャートを用いて説明する。
Claims (10)
- メカニカルシャッタを通して選択的に入射される光を電荷に変換して蓄積部に蓄積するとともに、当該蓄積部の飽和電荷量を超えた電荷を捨てるオーバーフローパスを有する画素が複数配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保ち、その後前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する駆動部と
を備えた固体撮像装置。 - 前記駆動部は、前記露光期間では前記オーバーフローパスの出口側のポテンシャルを深い状態に保ち、前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスの出口側のポテンシャルを浅い状態に保つ
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記オーバーフローパスは、パスの入口である前記蓄積部をソース領域とし、パスの出口の拡散層をドレイン領域とする電界効果トランジスタからなる
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記電荷効果トランジスタは、前記蓄積部に蓄積された電荷を前記拡散層に転送する転送トランジスタである
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、前記拡散層を一方の主電極とし、電源電位が可変な電源配線にもう一方の主電極が接続されたリセットトランジスタを有し、
前記駆動部は、前記リセットトランジスタを介して前記電源配線から前記拡散層に与える電源電位を切り替えることによって前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する
請求項4記載の固体撮像装置。 - 前記駆動部は、前記メカニカルシャッタが閉じた後に前記電源電位を切り替える
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記オーバーフローパスは、前記拡散層に与えられる電源電位が切り替わったときに当該拡散層と前記転送トランジスタのゲート下のチャネルとの間に介在する寄生容量による容量結合により前記チャネルのポテンシャルが浅くなることによって閉まる方向に動く
請求項5記載の固体撮像装置。 - メカニカルシャッタを通して選択的に入射される光を電荷に変換して蓄積部に蓄積するとともに、当該蓄積部の飽和電荷量を超えた電荷を捨てるオーバーフローパスを有する画素が複数配置された画素アレイ部を備えた固体撮像装置の駆動に当たって、
前記画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保ち、その後前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する
固体撮像装置の駆動方法。 - 入射光を選択的に取り込むメカニカルシャッタと、
前記メカニカルシャッタを通して選択的に入射される光を電荷に変換して蓄積部に蓄積するとともに、当該蓄積部の飽和電荷量を超えた電荷を捨てるオーバーフローパスを有する画素が複数配置された画素アレイ部を有し、当該画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保ち、その後前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する固体撮像装置と
を具備する撮像装置。 - 入射光を選択的に取り込むメカニカルシャッタと、
前記メカニカルシャッタを通して選択的に入射される光を電荷に変換して蓄積部に蓄積するとともに、当該蓄積部の飽和電荷量を超えた電荷を捨てるオーバーフローパスを有する画素が複数配置された画素アレイ部と有する固体撮像装置とを具備する撮像装置の駆動に当たって、
前記画素アレイ部の全画素を同時にリセットして露光を開始し、露光期間では前記オーバーフローパスを開いた状態に保ち、その後前記メカニカルシャッタが閉じて露光が終了してから前記画素から信号を読み出すまでの期間では前記オーバーフローパスを閉まる方向に駆動する、
撮像装置の駆動方法。
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