JP2010212769A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置に含まれる各画素ユニットPUは、4個のフォトダイオードPDと、4個の転送トランジスタTXと、フォトダイオードPDで発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部FDU(4個のフローティングディフュージョンFD)と、増幅トランジスタAMIと、選択トランジスタSELと、リセットトランジスタRSTとを含む。撮像装置は、さらに、複数の接続トランジスタSWを含む。各接続トランジスタSWは、複数の画素ユニットPUのうち2個の画素ユニットPUの電荷蓄積部FDUの間を接続する。走査回路は、読出モードに応じて接続トランジスタSWをオン状態またはオフ状態に切替える。
【選択図】図2
Description
(撮像装置1の構成)
図1は、この発明の実施の形態1による撮像装置1の構成を示すブロック図である。
次に、撮像装置1における各フォトダイオードPDの信号電荷の具体的な読出手順について説明する。最初に、各フォトダイオードPDで発生した電荷を、フォトダイオードPDごとに個別に読み出す通常読出モードについて説明する。
次に、撮像装置1の感度を下げて読出を行なう減感読出モードについて説明する。
次に、同色の2画素を混合して読出を行なう2画素混合読出モードについて説明する。
次に、同色の3画素を混合して読出を行なう3画素混合読出モードについて説明する。
次に、画素アレイ部10のフォトダイオードPD、フローティングディフュージョンFD、および各トランジスタAMI,SEL,RST,SWのレイアウトについて説明する。
フォトダイオードPDは、半導体基板上で列方向および行方向にそれぞれ等間隔で配置される。この理由は、光学的な画素中心とフォトダイオードPDの中心を一致させるためである。
図8は、画素アレイ部10Aのレイアウトを模式的に示す平面図である。図8の画素アレイ部10Aのレイアウトは、図7に示した実施の形態1の画素アレイ部10のレイアウト変形例である。図8には、フォトダイオードアレイPDAの第1、第2列目(C1,C2)および第5行目〜第8行目(R5〜R8)のフォトダイオードPDが図示されている。フォトダイオードPDは、半導体基板上で列方向および行方向にそれぞれ等間隔で配置される。なお、以下の説明では、図7と同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない場合がある。
図9は、この発明の実施の形態1,2の撮像装置1を用いたデジタルスチルカメラ200の構成を模式的に示すブロック図である。
Claims (13)
- 複数の画素ユニットを備え、
前記複数の画素ユニットの各々は、
各々が入射光に応じた電荷を発生する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応し、各々が、対応の光電変換素子で発生した電荷を転送する複数の転送トランジスタと、
前記複数の転送トランジスタを介して前記複数の光電変換素子と接続され、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部とを含み、
さらに、各々が、前記複数の画素ユニットのうちの2個の画素ユニットの前記電荷蓄積部の間を接続する複数の接続トランジスタを備え、
前記複数の画素ユニットの各々は、前記複数の接続トランジスタのうちの少なくとも1個と接続され、
さらに、前記複数の画素ユニットの各々に含まれる前記複数の転送トランジスタおよび前記複数の接続トランジスタをオン状態またはオフ状態に切替える走査回路を備える、撮像装置。 - 前記撮像装置は、前記複数の画素ユニットの各光電変換素子で発生した電荷を、光電変換素子ごとに個別に読み出す読出モードとして、通常読出モードおよび減感読出モードを有し、
前記走査回路は、前記通常読出モードにおいて、読出対象である第1の画素ユニットに含まれる第1の光電変換素子の電荷を読み出すときに、前記第1の光電変換素子に対応する転送トランジスタをオン状態にし、かつ、前記第1の画素ユニットの前記電荷蓄積部と接続されたいずれの接続トランジスタもオフ状態にし、
前記走査回路は、前記減感読出モードにおいて、前記第1の光電変換素子の電荷を読み出すときに、前記第1の光電変換素子に対応する転送トランジスタをオン状態にし、かつ、前記第1の画素ユニットの前記電荷蓄積部と接続された少なくとも1つの接続トランジスタをオン状態にする、請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置は、前記複数の画素ユニットの各光電変換素子で発生した電荷を、同一の画素ユニットに含まれる少なくとも2個の光電変換素子ごとに混合して読み出す第1の混合読出モードを有し、
前記走査回路は、前記第1の混合読出モードにおいて、読出対象である第1の画素ユニットに含まれる少なくとも2個の光電変換素子の電荷を混合して読み出すときに、読出対象の少なくとも2個の光電変換素子にそれぞれ対応する複数の転送トランジスタをオン状態にし、かつ、前記第1の画素ユニットの前記電荷蓄積部と接続されたいずれの接続トランジスタもオフ状態にする、請求項2に記載の撮像装置。 - 前記撮像装置は、前記複数の画素ユニットの各光電変換素子で発生した電荷を、複数の画素ユニットにわたって含まれる少なくとも2個の光電変換素子ごとに混合して読み出す第2の混合読出モードを有し、
前記走査回路は、前記第2の混合読出モードにおいて、読出対象である第1の画素ユニットに含まれる少なくとも1個の光電変換素子および前記第1の画素ユニットの前記電荷蓄積部と接続トランジスタを介して前記電荷蓄積部が接続された第2の画素ユニットに含まれる少なくとも1個の光電変換素子の電荷を混合して読み出すときに、前記第1の画素ユニットに含まれる読出対象の少なくも1個の光電変換素子に対応する転送トランジスタをオン状態にし、かつ、前記第2の画素ユニットに含まれる読出対象の少なくとも1個の光電変換素子に対応する転送トランジスタをオン状態にし、かつ、前記第1の画素ユニットの前記電荷蓄積部と前記第2の画素ユニットの前記電荷蓄積部との間を接続する接続トランジスタをオン状態にする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素ユニットの各々は、さらに、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を排出するリセットトランジスタと、
前記増幅トランジスタと接続され、各画素ユニットを選択状態するための選択トランジスタとを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素ユニットの各々において、前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタは、互いに共通の不純物領域を有する、請求項5に記載の撮像装置。
- 互いに接続された2個の画素ユニットのうち、いずれか一方の画素ユニットの前記リセットトランジスタと、これらの画素ユニットを接続する接続トランジスタとは、互いに共通の不純物領域を有する、請求項6に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素ユニットに含まれる光電変換素子は、行列状に配列されて光電変換素子アレイを構成し、
前記複数の画素ユニットの各々において、前記電荷蓄積部は、前記複数の光電変換素子とそれぞれ対応し、互いに電気的に接続された複数の浮遊拡散部を含み、
前記複数の浮遊拡散部の各々は、対応の光電変換素子に対して前記列方向の第1の側に、対応の転送トランジスタを介在して設けられ、
前記光電変換素子アレイの各行の2個の光電変換素子ごとに、対応の浮遊拡散部が浮遊拡散部対を構成し、
各浮遊拡散部対を構成する2個の浮遊拡散部間の間隔は、行方向に隣り合った光電変換素子に対応し、かつ、浮遊拡散部対を構成しない2個の浮遊拡散部間の間隔よりも狭い、
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子アレイの隣接する行同士では、1列ずれた2個の光電変換素子ごとに、対応の浮遊拡散部が前記浮遊拡散部対を構成する、請求項8に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素ユニットの各々に含まれる前記複数の光電変換素子の個数は4個であり、
前記光電変換素子アレイの各列の光電変換素子は、4個の連続して並ぶ光電変換素子ごとに、前記複数の画素ユニットのいずれか1つに含まれ、
前記複数の接続トランジスタの各々は、前記光電変換素子アレイの列方向に互いに隣接する画素ユニットの前記電荷蓄積部間を接続する、請求項8または9に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素ユニットの各々の前記増幅トランジスタおよび選択トランジスタは、前記複数の画素ユニットの各々に個別に対応する第1のトランジスタ領域に設けられ、
前記複数の画素ユニットの各々の前記リセットトランジスタは、互いに共通化された不純物領域を有する接続トランジスタとともに、前記複数の画素ユニットの各々に個別に対応する第2のトランジスタ領域に設けられ、
前記第1および第2のトランジスタ領域の各々は、前記行方向に隣り合った光電変換素子に対応し、かつ、前記拡散浮遊部対を構成しない2個の拡散浮遊部の間の領域である、請求項10に記載の撮像装置。 - 前記光電変換素子アレイの行は、
前記列方向の前記第1の側に前記第1のトランジスタ領域のみが隣接して配置された第1の行と、
前記列方向の前記第1の側に前記第2のトランジスタ領域のみが隣接して配置された第2の行とを含み、
前記第1の行と第2の行とは、2行ごとに交互に繰返して設けられる、請求項11に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素ユニットに含まれる光電変換素子は、行列状に配列されて光電変換素子アレイを構成し、
前記複数の画素ユニットの各々に含まれる前記複数の光電変換素子の個数は4個であり、
前記光電変換素子アレイの各列の光電変換素子は、4個の連続して並ぶ光電変換素子ごとに、前記複数の画素ユニットのいずれか1つに含まれ、
前記複数の接続トランジスタの各々は、前記光電変換素子アレイの列方向に互いに隣接する画素ユニットの電荷蓄積部間を接続し、
前記複数の画素ユニットの各々において、前記電荷蓄積部は、前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応し、互いに電気的に接続された複数の浮遊拡散部を含み、
前記複数の浮遊拡散部の各々は、対応の光電変換素子に対して前記光電変換素子アレイの行方向の第1の側に、対応の転送トランジスタを介在して設けられ、
前記複数の画素ユニットの各々の前記増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、および選択トランジスタ、ならびに前記複数の接続トランジスタは、前記光電変換素子アレイの互いに隣接する行と行との間で光電変換素子が設けられていない領域である行間領域に設けられる、請求項6に記載の撮像装置。
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