JP2013026896A - Solid state imaging device, method for controlling the same, and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の制御方法、および撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a control method for a solid-state imaging device, and an imaging device.
近年、固体撮像素子としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)型固体撮像素子(以下、「MOS型固体撮像素子」という)が注目され、実用化されている。
このMOS型固体撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)型固体撮像素子と異なり、単一電源で駆動することが可能である。また、CCD型固体撮像素子では、専用の製造プロセスを必要とするのに対し、MOS型固体撮像素子は、他のLSIと同じ製造プロセスを用いて製造することができることからSOC(System On Chip)への対応が容易であり、固体撮像装置の多機能化を可能としている。
また、MOS型固体撮像素子は、各画素に増幅回路を備えることによって画素内で信号電荷を増幅しているため、信号の伝達経路からのノイズの影響を受けづらい構成になっている。さらに、各画素の信号電荷を選択して取り出す(選択方式)ことが可能であり、原理上、信号の蓄積時間や読み出し順序を画素毎に自由に制御することができるという特徴がある。
In recent years, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state imaging devices (hereinafter referred to as “MOS-type solid-state imaging devices”) have attracted attention and have been put to practical use as solid-state imaging devices.
Unlike a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device, this MOS-type solid-state imaging device can be driven by a single power source. In addition, while a CCD type solid-state imaging device requires a dedicated manufacturing process, a MOS type solid-state imaging device can be manufactured using the same manufacturing process as other LSIs, so that the SOC (System On Chip). The solid-state imaging device can be made multifunctional.
In addition, since the MOS solid-state imaging device amplifies signal charges in each pixel by providing an amplification circuit in each pixel, the MOS-type solid-state imaging device has a configuration that is not easily affected by noise from a signal transmission path. Further, the signal charge of each pixel can be selected and taken out (selection method), and in principle, the signal accumulation time and readout order can be freely controlled for each pixel.
従来から、一般的なMOS型固体撮像装置(以下、「固体撮像装置」ともいう)の露光方式として、ライン露光方式と、グローバル露光方式とが知られている。ライン露光方式は、固体撮像装置内に2次元に配列された多数の画素を、行毎に異なるタイミングで露光する。そして、ある単位の行の露光を行った後に、その行の画素内の光電変換素子が発生した信号電荷を順次読み出すことによって、被写体の映像信号を得る方式である。ライン露光方式の場合、行単位で露光と読み出しとを連続して行うことが可能である。このため、光電変換素子が発生した信号電荷を蓄積する蓄積部で発生するノイズの影響を最小限に抑えた状態で、被写体の映像信号を得ることができる。しかし、ライン露光方式で移動する被写体を撮影した場合には、行毎で露光のタイミングが異なることに起因して、被写体を正しく撮像することができない。すなわち、ライン露光方式では、被写体が移動する方向によっては、被写体が歪曲した映像が得られてしまうという不具合が発生する。 Conventionally, a line exposure method and a global exposure method are known as exposure methods for a general MOS solid-state image pickup device (hereinafter also referred to as “solid-state image pickup device”). In the line exposure method, a large number of pixels arranged two-dimensionally in the solid-state imaging device are exposed at different timings for each row. In this method, a video signal of a subject is obtained by sequentially reading out signal charges generated by photoelectric conversion elements in pixels in the row after performing exposure of a certain row. In the case of the line exposure method, it is possible to continuously perform exposure and readout in units of rows. For this reason, the video signal of the subject can be obtained in a state where the influence of noise generated in the storage unit that stores the signal charge generated by the photoelectric conversion element is minimized. However, when a subject moving with the line exposure method is photographed, the subject cannot be imaged correctly because the exposure timing differs for each row. That is, in the line exposure method, there is a problem that an image in which the subject is distorted is obtained depending on the moving direction of the subject.
一方、グローバル露光方式は、固体撮像装置内に2次元に配列された全ての画素を、同時のタイミングで露光する方式である。グローバル露光方式の場合は、全ての画素が同時のタイミングで露光を行うため、移動する被写体を撮影する際にも、歪曲した映像が得られてしまうという不具合が発生することはない。しかし、グローバル露光方式では、全ての画素の露光を行った後に、画素内の光電変換素子が発生した信号電荷を順次読み出すため、露光が終了してから信号電荷の読み出しを開始するまでに時間を要する画素では、蓄積部で発生するノイズの影響を抑えることが困難である。このため、グローバル露光方式の固体撮像装置では、ライン露光方式の固体撮像装置に比べて、ノイズの多い映像信号が得られる場合が多い。 On the other hand, the global exposure method is a method in which all pixels arranged two-dimensionally in the solid-state imaging device are exposed at the same timing. In the case of the global exposure method, since all the pixels are exposed at the same timing, there is no problem that a distorted image is obtained even when a moving subject is photographed. However, in the global exposure method, after all the pixels are exposed, the signal charges generated by the photoelectric conversion elements in the pixels are sequentially read out, so it takes time to start reading the signal charges after the exposure is completed. In the required pixel, it is difficult to suppress the influence of noise generated in the storage unit. For this reason, a global exposure type solid-state imaging device often provides a noisy video signal as compared to a line exposure type solid-state imaging device.
グローバル露光方式の固体撮像装置では、上述したような蓄積部で発生するノイズの影響を抑圧する回路を固体撮像装置に付加することによって、グローバル露光方式を採用した固体撮像装置でも、ノイズの影響を最小限に抑えた映像信号を得ることができる。しかしながら、このようなノイズの影響を抑圧する回路を固体撮像装置に付加することによって、固体撮像装置の全体の面積が増加し、固体撮像装置自体が大型化してしまうという問題が発生する。 In the global exposure type solid-state imaging device, by adding a circuit for suppressing the influence of noise generated in the storage unit as described above to the solid-state imaging device, even in the solid-state imaging device adopting the global exposure method, the influence of noise is reduced. A video signal that is minimized can be obtained. However, by adding a circuit that suppresses the influence of such noise to the solid-state imaging device, there is a problem that the entire area of the solid-state imaging device increases and the solid-state imaging device itself increases in size.
このような問題を解決するための技術として、例えば、特許文献1のように、MOS型固体撮像装置の画素回路部を画素回路チップとして作製し、一方信号処理部を信号処理チップとして作製し、別々に作製したこれらのチップを重ねる方法が開示されている。特許文献1で開示された技術では、別々に作製した画素回路チップと信号処理チップとを、バンプを介して接続している。
As a technique for solving such a problem, for example, as in
通常、基板を張り合わせる構造の半導体集積回路では、特許文献1で採用されているように、電気信号を送受信するための接続部としてバンプなどが用いられる。しかしながら、固体撮像装置では、画素の微細化が進んでいる。このため、1つの光電変換素子を備えた画素のピッチが、バンプを形成することができるピッチよりも狭くなってしまうと、これらの画素毎に1つのバンプを作製することが不可能となってしまう。
Usually, in a semiconductor integrated circuit having a structure in which substrates are bonded together, bumps or the like are used as connection portions for transmitting and receiving electrical signals, as employed in
この問題を解決するため、特許文献1で開示された技術では、1つのバンプを複数の画素で共有させることによって、狭画素ピッチの画素におけるバンプの作製を可能としている。しかしながら、複数の画素でバンプを共有した場合、バンプを共有している画素では、光電変換素子が発生した信号電荷を順次読み出すことが必要となる。このため、全ての画素の露光期間が同じ期間であるというグローバル露光方式の優位性が失われてしまうという問題が発生する。特に、1つのバンプを共有する光電変換素子(画素)の数が多くなるほど、バンプを共有している光電変換素子同士で、露光終了から信号電荷の読み出しまでの時間差が大きくなる。そのため、グローバル露光方式の固体撮像装置であっても、複数の画素でバンプを共有する構成の場合には、高速で移動する被写体を撮影すると不自然な画像が得られてしまうという問題がある。
In order to solve this problem, the technique disclosed in
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、複数枚のチップを接続することによって構成される固体撮像装置において、接続されたチップ同士で電気信号の送受信を行う接続部を複数の画素で共有した場合でも、グローバル露光方式の画像を取得することができる固体撮像装置、固体撮像装置の制御方法、および撮像装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problem recognition, and in a solid-state imaging device configured by connecting a plurality of chips, a plurality of connection units that transmit and receive electrical signals between the connected chips are provided. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device, a control method for the solid-state imaging device, and an imaging device that can acquire a global exposure method image even when the pixels are shared.
上記の課題を解決するため、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送する第2の転送部と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in a solid-state imaging device according to an aspect of the present invention, a first substrate on which circuit elements constituting a pixel are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection portion. The solid-state imaging device includes a plurality of the pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion. The pixel includes a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, a first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit, and the first transfer unit. A second transfer unit configured to transfer a signal stored in the storage unit to a second storage unit shared by a plurality of the pixels included in the same group; and the second transfer unit. The signal accumulated in the accumulation unit is output from the pixel. Characterized in that it comprises a force unit.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置の制御方法は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置の制御方法であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号を、第1の蓄積部に転送させる第1の転送ステップと、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送させる第2の転送ステップと、前記第2の基板に配置された前記画素の出力部から、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、を含むことを特徴とする。 The solid-state imaging device control method according to an aspect of the present invention includes a solid-state imaging in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit. A method of controlling an apparatus, wherein the solid-state imaging device includes a plurality of pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion. And a first transfer step of transferring a signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel arranged on the first substrate to the first storage unit, and the signal stored in the first storage unit From the second transfer step of transferring a signal to a second storage unit shared by a plurality of the pixels included in the same group, and from the output unit of the pixels arranged on the second substrate, the second Outputs the signal accumulated in the storage unit Characterized by comprising an output step of, a.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送する第2の転送部と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 Further, an imaging device according to an aspect of the present invention is an imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate; a first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit; and a signal stored in the first storage unit, A second transfer unit that transfers to a second storage unit shared by a plurality of the pixels included in the same group, and a signal that is arranged on the second substrate and stored in the second storage unit, An output unit for outputting from the pixel. .
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送部と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion. The solid-state imaging device includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels Includes a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, a first transfer unit that simultaneously transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit in all the pixels, and the first transfer unit. A second transfer unit that sequentially transfers a signal stored in one storage unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; And disposed on the second substrate, Accumulated signal to the storage portion of the, characterized in that it comprises an output unit for outputting from the pixel.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置の制御方法は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置の制御方法であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送させる第1の転送ステップと、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送させる第2の転送ステップと、前記第2の基板に配置された前記画素の出力部から、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、を含むことを特徴とする。 The solid-state imaging device control method according to an aspect of the present invention includes a solid-state imaging in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit. A method of controlling an apparatus, wherein the solid-state imaging device includes a plurality of pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion. A first transfer step in which signals generated by photoelectric conversion elements of the pixels arranged on the first substrate are simultaneously transferred to the first accumulation unit in all the pixels; A second transfer step of sequentially transferring a signal stored in the storage unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; Arranged on the second substrate. From the output of the pixels which are characterized by containing an output step of outputting the stored signal to the second accumulation unit.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送部と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、を備えることを特徴とする。 Further, an imaging device according to an aspect of the present invention is an imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate; a first transfer unit that simultaneously transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit in all the pixels; and the first storage unit. A second transfer unit that sequentially transfers a signal stored in the unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; Arranged on the second substrate, in the second storage section A product signal, characterized in that it comprises an output unit for outputting from the pixel.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、を備えることを特徴とする。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion. The solid-state imaging device includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels Receives the photoelectric conversion element disposed on the first substrate and a signal generated by the photoelectric conversion element at one of the source and the drain, outputs the other from the other of the source and the drain, and transfers them to the first storage capacitor The first transfer transistor and a signal stored in the first storage capacitor are received by one of the source and the drain and output from the other of the source and the drain, and a plurality of front transistors included in the same group A second transfer transistor for transferring to a second storage capacitor shared by the pixel, and a capacitor arranged on the second substrate for outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel And an output circuit including a transistor.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置の制御方法は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置の制御方法であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第1の転送トランジスタに、前記画素の光電変換素子で発生した信号を、第1の蓄積容量に転送させる第1の転送ステップと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第2の転送トランジスタに、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送させる第2の転送ステップと、前記第2の基板に配置された前記画素の出力回路から、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、を含むことを特徴とする。 The solid-state imaging device control method according to an aspect of the present invention includes a solid-state imaging in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit. A method of controlling an apparatus, wherein the solid-state imaging device includes a plurality of pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion. The first transfer transistor that receives the signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate at one of the source and the drain and outputs the signal from the other of the source and the drain is supplied to the first transfer transistor. A first transfer step for transferring a signal generated by the photoelectric conversion element to the first storage capacitor, and a signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and the drain. A second transfer transistor that outputs from the other one of the drains and drains to transfer a signal stored in the first storage capacitor to a second storage capacitor shared by a plurality of the pixels included in the same group. And an output step of outputting a signal stored in the second storage capacitor from an output circuit of the pixel arranged on the second substrate.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、を備えることを特徴とする。 Further, an imaging device according to an aspect of the present invention is an imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate; a signal generated by the photoelectric conversion element received by one of a source and a drain; output from the other of the source and drain; and transferred to a first storage capacitor A transfer transistor and a signal stored in the first storage capacitor are received by one of the source and drain, output from the other of the source and drain, and shared by the plurality of pixels included in the same group A second transfer transistor that transfers to the second storage capacitor, and a capacitor or transistor that is disposed on the second substrate and that outputs the signal stored in the second storage capacitor from the pixel. And an output circuit.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、を備えることを特徴とする。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion. The solid-state imaging device includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels Is a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, and a signal generated by the photoelectric conversion element is received by one of the source and the drain and output from the other of the source and the drain, The first transfer transistor for transferring to the first storage capacitor and the signal stored in the first storage capacitor are received by one of the source and drain, and output from the other of the source and drain, and the same A second transfer transistor for sequentially transferring the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the loop within the plurality of pixels included in the group, and the second transfer transistor, And an output circuit including a capacitor and a transistor for outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置の制御方法は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置の制御方法であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第1の転送トランジスタに、前記画素の光電変換素子で発生した信号を全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送させる第1の転送ステップと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第2の転送トランジスタに、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送させる第2の転送ステップと、前記第2の基板に配置された前記画素の出力回路から、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、を含むことを特徴とする。 The solid-state imaging device control method according to an aspect of the present invention includes a solid-state imaging in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit. A method of controlling an apparatus, wherein the solid-state imaging device includes a plurality of pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion. The first transfer transistor that receives the signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate at one of the source and the drain and outputs the signal from the other of the source and the drain is supplied to the first transfer transistor. A first transfer step of simultaneously transferring a signal generated in the photoelectric conversion element to the first storage capacitor in all the pixels; and a signal stored in the first storage capacitor as a source and a drain A second storage capacitor shared by a plurality of the pixels included in the same group receives a signal stored in the first storage capacitor in a second transfer transistor that is received by one and output from the other of the source and the drain And a signal stored in the second storage capacitor from a second transfer step of sequentially transferring the pixel in the group and the output circuit of the pixel arranged on the second substrate. And an output step for outputting.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、を備えることを特徴とする。 Further, an imaging device according to an aspect of the present invention is an imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on the first substrate and a signal generated by the photoelectric conversion element are received by one of the source and the drain and output from the other of the source and the drain. A first transfer transistor that transfers to the storage capacitor, and a signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and drain and output from the other of the source and drain to be included in the same group. A second transfer transistor that sequentially transfers the second storage capacitor shared by the plurality of pixels within the plurality of pixels included in the group, and the second storage transistor, And an output circuit including a capacitor and a transistor for outputting a signal stored in the storage capacitor from the pixel.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明は、例示のために特定の詳細な内容が含まれている。しかし、当業者であれば、以下に説明する詳細な内容に様々な変更を加えた場合であっても、本発明の範囲を超えないことは理解できるであろう。従って、以下に説明する本発明の例示的な実施形態は、権利を請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description includes specific details for illustrative purposes. However, those skilled in the art will understand that even if various modifications are made to the detailed contents described below, the scope of the present invention is not exceeded. Accordingly, the exemplary embodiments of the invention described below are set forth without loss of generality or limitation to the claimed invention. .
図1は、本実施形態によるデジタルカメラ(例えば、一眼レフデジタルカメラ)の概略構成を示したブロック図である。ここに示した各構成要素は、ハードウェア的には、コンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子で実現することができ、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるものであるが、ここでは、これらの連携によって実現される機能ブロックとして示している。従って、これらの機能ブロックは、ハードウェア、ソフトウェアの組合せによって、様々な形式で実現できるということは、当業者には理解できるであろう。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera (for example, a single-lens reflex digital camera) according to the present embodiment. Each component shown here can be realized in terms of hardware by elements such as a CPU and a memory of a computer, and in terms of software, it can be realized by a computer program. These are shown as functional blocks realized by these linkages. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by a combination of hardware and software.
図1に示したデジタルカメラ1は、レンズユニット部2、イメージセンサ3、発光装置4、メモリ5、記録装置6、表示装置7、画像信号処理回路8、レンズ制御装置9、イメージセンサ制御装置10、発光制御装置11、カメラ制御装置12から構成される。なお図1に示したデジタルカメラ1は、イメージセンサ3を遮光するためのメカニカルシャッタを搭載せず、全画素同時に露光するグローバル露光を行うデジタルカメラである。
A
レンズユニット部2は、レンズ制御装置9によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体像をイメージセンサ3に結像させる。
イメージセンサ3は、イメージセンサ制御装置10によって駆動、制御され、レンズユニット部2を介してイメージセンサ3に入射した被写体光を画像信号に変換するMOS型固体撮像装置である。以下の説明において、イメージセンサという場合には、MOS型固体撮像装置を示すこととする。なお、このイメージセンサ3に関する詳細な説明は、後述する。
発光装置4は、発光制御装置11によって駆動、制御され、発光装置4から発せられる光を被写体に当てることにより、被写体から反射する光を調節するストロボやフラッシュなどの装置である。
The
The image sensor 3 is a MOS solid-state imaging device that is driven and controlled by the image
The light-emitting device 4 is a device such as a strobe or a flash that is driven and controlled by the light-
画像信号処理回路8は、イメージセンサ3から出力された画像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正、画像データの圧縮などの処理を行う。なお、画像信号処理回路8は、各処理における画像データの一時記憶手段としてメモリ5を利用する。
記録装置6は、半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。
表示装置7は、イメージセンサ3に結像され、画像信号処理回路8によって処理された画像データ、または記録装置6から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。
The image
The recording device 6 is a detachable recording medium such as a semiconductor memory, and records or reads image data.
The display device 7 is a display device such as a liquid crystal that displays an image based on the image data imaged on the image sensor 3 and processed by the image
カメラ制御装置12は、デジタルカメラ1の全体の制御を行う制御装置である。また、カメラ制御装置12は、イメージセンサ制御装置10と発光制御装置11とを制御することによって、イメージセンサ3と、発光装置4とを協調制御する。
The
次に、本実施形態のイメージセンサ3について説明する。図2は、本実施形態によるイメージセンサ3の概略構成を示した概観図である。図2において、イメージセンサ3は、画素チップ31、画素信号処理チップ32、チップ接続部33、外部配線接続部34から構成される。
Next, the image sensor 3 of this embodiment will be described. FIG. 2 is an overview diagram showing a schematic configuration of the image sensor 3 according to the present embodiment. In FIG. 2, the image sensor 3 includes a
画素チップ31は、後述する光電変換部を含む画素が2次元状に配列され、入射した被写体光を電気信号に変換するチップである。画素チップ31は、画素信号処理チップ32から送信された信号によって駆動、制御される。そして、画素チップ31は、変換した電気信号を画素信号処理チップ32に送信する。
画素信号処理チップ32は、画素チップ31から送信されてきた電気信号の一時的な記憶や、電気信号に対する簡単な演算などの処理を行うチップである。また、画素信号処理チップ32は、画素チップ31を駆動、制御するための信号を画素チップ31に送信する。
The
The pixel
チップ接続部33は、画素チップ31と画素信号処理チップ32とを電気的に接続するための接続部である。チップ接続部33は、例えば、蒸着法、めっき法で作製されるバンプなどを用いる。なお、画素チップ31と画素信号処理チップ32との間に存在する空間には、接着剤などの絶縁部材を充填させてもよい。画素チップ31と画素信号処理チップ32とは、チップ接続部33を介して信号の送受信を行う。
The
外部配線接続部34は、イメージセンサ3と他のブロックを電気的に接続するための接続部である。外部配線接続部34を介して、イメージセンサ3の入出力信号を、デジタルカメラ1内の他の構成要素(ブロック)と送受信する。例えば、イメージセンサ3を保護するためのパッケージ(図示せず)と、外部配線接続部34とをワイヤで接続し、パッケージの外にイメージセンサ3の入出力信号を送受信する構成などが考えられる。
The external
本実施形態のイメージセンサ3では、画素チップ31内の全ての画素を同時に露光するグローバル露光を行い、入射した被写体光を変換した電気信号を画素信号処理チップ32に送信する。そして、画素信号処理チップ32は、画素チップ31から送信されてきた電気信号を一時的な記憶し、外部配線接続部34から順次、イメージセンサ3の外部に出力する。
In the image sensor 3 of the present embodiment, global exposure for simultaneously exposing all the pixels in the
次に、本実施形態の画素チップ31について説明する。図3は、本実施形態のイメージセンサ3内の画素チップ31の概略構成を示した回路図である。図3において、画素チップ31は、画素チップ垂直走査回路311、画素アレイ部312、単位画素313、画素信号線314、画素チップ垂直走査回路信号線315、第1画素リセット線316、第1画素転送線317、第1画素選択線318、第2画素リセット線319、第2画素転送線3110、第2画素選択線3111、FDリセット線3112から構成される。なお、図3に示した画素チップ31では、複数の単位画素313が、10行10列に2次元的に配置された画素アレイ部312の例を示している。この画素チップ31の構成によって、後述する読み出しタイミングでの動作を行う。
Next, the
なお、図3に示した画素チップ31において、各符号の後に表す“():括弧”内の数字および記号は、画素チップ31内に配置されている単位画素313に対応した行番号と列番号とを表す。そして、“():括弧”内の最初の数字は行番号、最後の数字は列番号を示す。例えば、2行3列目の単位画素313は、単位画素313(2,3)と表す。また、行番号または列番号のいずれか一方のみ、すなわち、同一の行番号または列番号を表す場合には、同一の行番号または列番号を数字で表し、同一ではない行番号または列番号を“*:アスタリスク”で表す。例えば、3行目の第1画素リセット線316は、第1画素リセット線316(3,*)と表す。また、行番号および列番号の両方を特定しない場合は、各符号の後の“():括弧”を表記しない。
In the
画素チップ垂直走査回路311は、画素アレイ部312内のそれぞれの単位画素313を制御し、各単位画素313の画素信号を画素信号線314に出力させる。画素チップ垂直走査回路311は、制御信号線(第1画素リセット線316、第1画素転送線317、第1画素選択線318、第2画素リセット線319、第2画素転送線3110、第2画素選択線3111、FDリセット線3112)に、単位画素313を制御するための制御信号を、画素アレイ部312に配置された単位画素313の行毎に出力する。
The pixel chip
画素アレイ部312内のそれぞれの単位画素313は、リセットされたときのリセット信号、および入射した被写体光の受光量に応じた電気信号を、画素信号として画素信号線314に出力する。
画素信号線314および画素チップ垂直走査回路信号線315は、チップ接続部33を介して画素信号処理チップ32に接続される。画素チップ31と画素信号処理チップ32とは、画素信号線314および画素チップ垂直走査回路信号線315によって、画素チップ31の駆動、制御に必要な各種信号、および画素チップ31内のそれぞれの単位画素313が出力する画素信号の送受信を行う。
Each
The
次に、本実施形態の画素信号処理チップ32について説明する。図4は、本実施形態のイメージセンサ3内の画素信号処理チップ32の概略構成を示した回路図である。図4において、画素信号処理チップ32は、画素信号処理チップ垂直走査回路321、画素メモリアレイ部322、単位画素メモリ323、画素メモリ信号線324、画素信号処理チップ垂直信号線325、画素信号処理チップ列処理回路326、画素信号処理チップ水平走査回路327、画素信号処理チップ水平走査回路信号線328、イメージセンサ制御回路329、イメージセンサ制御回路信号線3210、第1画素メモリリセット線3211、第1画素メモリ転送線3212、第1画素メモリ選択線3213、第2画素メモリリセット線3214、第2画素メモリ転送線3215、第2画素メモリ選択線3216から構成される。なお、図4に示した画素信号処理チップ32では、複数の単位画素メモリ323が、10行10列に2次元的に配置された画素メモリアレイ部322の例を示している。この画素信号処理チップ32の構成によって、後述する読み出しタイミングでの動作を行う。
Next, the pixel
なお、図4に示した画素信号処理チップ32において、各符号の後に表す“():括弧”内の数字および記号は、画素信号処理チップ32内に配置されている単位画素メモリ323に対応した行番号と列番号とを表し、その表し方は、図3に示した画素チップ31と同様である。
In the pixel
画素信号処理チップ垂直走査回路321は、画素メモリアレイ部322内のそれぞれの単位画素メモリ323を制御し、各単位画素メモリ323の画素メモリ信号を画素信号処理チップ垂直信号線325に出力させる。画素信号処理チップ垂直走査回路321は、制御信号線(第1画素メモリリセット線3211、第1画素メモリ転送線3212、第1画素メモリ選択線3213、第2画素メモリリセット線3214、第2画素メモリ転送線3215、第2画素メモリ選択線3216)に、単位画素メモリ323を制御するための制御信号を、画素メモリアレイ部322に配置された単位画素メモリ323の行毎に出力する。
The pixel signal processing chip
画素メモリアレイ部322内のそれぞれの単位画素メモリ323には、画素チップ31に備えた画素アレイ部312内のそれぞれの単位画素313からチップ接続部33を介して画素メモリ信号線324に送信された画素信号が入力される。そして、それぞれの単位画素メモリ323は、入力された画素信号に応じた電気信号を、画素メモリ信号として画素信号処理チップ垂直信号線325に出力する。
Each
画素信号処理チップ列処理回路326は、単位画素メモリ323から送信された画素メモリ信号に対する処理を行う。画素信号処理チップ列処理回路326による画素メモリ信号に対する処理では、イメージセンサ制御回路329から入力されたクランプパルスΦCLおよびサンプルホールドパルスΦSHに基づいて、信号の減算(差分処理)が行われる。さらに、画素信号処理チップ列処理回路326による処理には、信号の増幅、比較などの処理が含まれる。また、画素信号処理チップ列処理回路326は、画素信号処理チップ垂直信号線325に接続される電流源負荷を含んでいる。
The pixel signal processing chip
画素信号処理チップ水平走査回路327は、イメージセンサ制御回路329から入力された水平走査パルスΦHに基づいて、画素信号処理チップ列処理回路326から出力された処理後の信号を順次読み出す。
イメージセンサ制御回路329は、画素信号処理チップ垂直走査回路321、画素信号処理チップ列処理回路326、画素信号処理チップ水平走査回路327、および画素チップ31内の画素チップ垂直走査回路311を制御する。
The pixel signal processing chip horizontal scanning circuit 327 sequentially reads out the processed signals output from the pixel signal processing chip
The image
画素メモリ信号線324およびイメージセンサ制御回路信号線3210は、チップ接続部33を介して画素チップ31に接続される。画素チップ31と画素信号処理チップ32とは、画素メモリ信号線324およびイメージセンサ制御回路信号線3210によって、画素チップ31の駆動、制御に必要な各種信号、および画素チップ31内のそれぞれの単位画素313が出力する画素信号の送受信を行う。
The pixel
このイメージセンサ制御回路329、画素信号処理チップ垂直走査回路321、画素信号処理チップ列処理回路326、画素信号処理チップ水平走査回路327、および画素チップ垂直走査回路311による制御によって、イメージセンサ3は、入射した被写体光の画像信号を出力する。
The image sensor 3 is controlled by the image
次に、本実施形態の単位画素313について説明する。図5は、本実施形態のイメージセンサ3に備えた画素チップ31内の単位画素313の概略構成を示した回路図である。単位画素313は、入射した光を電気信号に変換し、画素信号線314に出力する回路である。単位画素313は、それぞれ、第1フォトダイオードPD1、第1画素転送トランジスタPM1、第1画素リセットトランジスタPM2、第1画素選択トランジスタPM3、第1画素電荷蓄積部PC1、第2フォトダイオードPD2、第2画素転送トランジスタPM6、第2画素リセットトランジスタPM7、第2画素選択トランジスタPM8、第2画素電荷蓄積部PC2、単位画素増幅トランジスタPM5、単位画素電荷蓄積部FD、単位画素リセットトランジスタPM4から構成される。
Next, the
単位画素電荷蓄積部FDは、単位画素増幅トランジスタPM5のゲート端子に接続されたノードに付随する容量であり、図5に示した単位画素313の概略構成においては、キャパシタの記号で示す。
The unit pixel charge storage unit FD is a capacitor associated with a node connected to the gate terminal of the unit pixel amplification transistor PM5, and is indicated by a capacitor symbol in the schematic configuration of the
第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2は、入射した光を光電変換して信号電荷を発生する光電変換部である。
第1画素電荷蓄積部PC1、第2画素電荷蓄積部PC2、および単位画素電荷蓄積部FDは、信号電荷を蓄積する容量である。
The first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are photoelectric conversion units that photoelectrically convert incident light to generate signal charges.
The first pixel charge accumulation unit PC1, the second pixel charge accumulation unit PC2, and the unit pixel charge accumulation unit FD are capacitors that accumulate signal charges.
第1画素リセットトランジスタPM2は、画素チップ垂直走査回路311から入力される第1画素リセットパルスΦPR1に基づいて、第1フォトダイオードPD1を電源電位VDDPにリセットする。
第2画素リセットトランジスタPM7は、画素チップ垂直走査回路311から入力される第2画素リセットパルスΦPR2に基づいて、第2フォトダイオードPD2を電源電位VDDPにリセットする。
The first pixel reset transistor PM2 resets the first photodiode PD1 to the power supply potential VDDP based on the first pixel reset pulse ΦPR1 input from the pixel chip
The second pixel reset transistor PM7 resets the second photodiode PD2 to the power supply potential VDDP based on the second pixel reset pulse ΦPR2 input from the pixel chip
第1画素転送トランジスタPM1は、画素チップ垂直走査回路311から入力された第1画素転送パルスΦPT1に基づいて、第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷を、第1画素電荷蓄積部PC1に転送する。第1画素転送トランジスタPM1によって転送された信号電荷は、第1画素電荷蓄積部PC1に蓄積される。
第2画素転送トランジスタPM6は、画素チップ垂直走査回路311から入力された第2画素転送パルスΦPT2に基づいて、第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷を、第2画素電荷蓄積部PC2に転送する。第2画素転送トランジスタPM6によって転送された信号電荷は、第2画素電荷蓄積部PC2に蓄積される。
The first pixel transfer transistor PM1 transfers the signal charge generated by the first photodiode PD1 to the first pixel charge storage unit PC1 based on the first pixel transfer pulse ΦPT1 input from the pixel chip
The second pixel transfer transistor PM6 transfers the signal charge generated by the second photodiode PD2 to the second pixel charge storage unit PC2 based on the second pixel transfer pulse ΦPT2 input from the pixel chip
第1画素選択トランジスタPM3は、画素チップ垂直走査回路311から入力された第1画素選択パルスΦPS1に基づいて、第1画素電荷蓄積部PC1に蓄積された信号電荷を、単位画素増幅トランジスタPM5のゲート端子に接続された単位画素電荷蓄積部FDに転送する。第1画素選択トランジスタPM3によって転送された信号電荷は、単位画素電荷蓄積部FDに蓄積される。
第2画素選択トランジスタPM8は、画素チップ垂直走査回路311から入力された第2画素選択パルスΦPS2に基づいて、第2画素電荷蓄積部PC2に蓄積された信号電荷を、単位画素増幅トランジスタPM5のゲート端子に接続された単位画素電荷蓄積部FDに転送する。第2画素選択トランジスタPM8によって転送された信号電荷は、単位画素電荷蓄積部FDに蓄積される。
The first pixel selection transistor PM3 converts the signal charge accumulated in the first pixel charge accumulation unit PC1 based on the first pixel selection pulse ΦPS1 input from the pixel chip
The second pixel selection transistor PM8 converts the signal charge accumulated in the second pixel charge accumulation unit PC2 based on the second pixel selection pulse ΦPS2 input from the pixel chip
単位画素リセットトランジスタPM4は、画素チップ垂直走査回路311から入力されるFDリセットパルスΦFRに基づいて、単位画素電荷蓄積部FDを電源電位VDDPにリセットする。
The unit pixel reset transistor PM4 resets the unit pixel charge storage unit FD to the power supply potential VDDP based on the FD reset pulse ΦFR input from the pixel chip
単位画素増幅トランジスタPM5は、単位画素電荷蓄積部FDに蓄積された信号電荷に応じた電圧を出力する。単位画素増幅トランジスタPM5は、第1画素選択トランジスタPM3によって単位画素電荷蓄積部FDに転送された信号電荷に応じた電圧を、第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷による単位画素313の出力として、画素信号線314に出力する。また、単位画素増幅トランジスタPM5は、第2画素選択トランジスタPM8によって単位画素電荷蓄積部FDに転送された信号電荷に応じた電圧を、第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷による単位画素313の出力として、画素信号線314に出力する。
The unit pixel amplification transistor PM5 outputs a voltage corresponding to the signal charge accumulated in the unit pixel charge accumulation unit FD. The unit pixel amplification transistor PM5 uses the voltage corresponding to the signal charge transferred to the unit pixel charge storage unit FD by the first pixel selection transistor PM3 as the output of the
画素信号線314は、チップ接続部33に接続される。このような構成によって、単位画素313は、2つの光電変換部(第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2)で、1つのチップ接続部33を共有する構成となっている。
The
次に、本実施形態の単位画素メモリ323について説明する。図6は、本実施形態のイメージセンサ3に備えた画素信号処理チップ32内の単位画素メモリ323の概略構成を示した回路図である。単位画素メモリ323は、画素メモリ信号線324から入力された信号を保持し、画素信号処理チップ垂直信号線325に出力する回路である。単位画素メモリ323は、それぞれ、単位画素メモリ結合容量CC、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1、第1画素メモリ転送トランジスタMM1、第1画素メモリリセットトランジスタMM2、第1画素メモリ増幅トランジスタMM3、第1画素メモリ選択トランジスタMM4、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2、第2画素メモリ転送トランジスタMM5、第2画素メモリリセットトランジスタMM6、第2画素メモリ増幅トランジスタMM7、第2画素メモリ選択トランジスタMM8、単位画素メモリ電流負荷CSから構成される。
Next, the
単位画素メモリ結合容量CCは、一方がチップ接続部33に接続され、もう一方が第1画素メモリ転送トランジスタMM1および第2画素メモリ転送トランジスタMM5のソース端子に接続される結合容量である。
第1画素メモリ電荷蓄積部MC1および第2画素メモリ電荷蓄積部MC2は、信号電荷を蓄積する容量負荷である。第1画素メモリ電荷蓄積部MC1は、単位画素313内の第1フォトダイオードPD1に対応した信号電荷を蓄積し、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2は、単位画素313内の第2フォトダイオードPD2に対応した信号電荷を蓄積する。
The unit pixel memory coupling capacitor CC is a coupling capacitor in which one is connected to the
The first pixel memory charge storage unit MC1 and the second pixel memory charge storage unit MC2 are capacitive loads that store signal charges. The first pixel memory charge storage unit MC1 stores signal charges corresponding to the first photodiode PD1 in the
第1画素メモリ転送トランジスタMM1は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力された第1画素メモリ転送パルスΦMT1に基づいて、単位画素メモリ結合容量CCの一方に発生した信号電荷を、第1画素メモリ増幅トランジスタMM3のゲート端子に接続された第1画素メモリ電荷蓄積部MC1に転送する。第1画素メモリ転送トランジスタMM1によって転送された信号電荷は、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1に蓄積される。
第2画素メモリ転送トランジスタMM5は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力された第2画素メモリ転送パルスΦMT2に基づいて、単位画素メモリ結合容量CCの一方に発生した信号電荷を、第2画素メモリ増幅トランジスタMM7のゲート端子に接続された第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に転送する。第2画素メモリ転送トランジスタMM5によって転送された信号電荷は、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に蓄積される。
The first pixel memory transfer transistor MM1 converts the signal charge generated in one of the unit pixel memory coupling capacitors CC based on the first pixel memory transfer pulse ΦMT1 input from the pixel signal processing chip
The second pixel memory transfer transistor MM5 converts the signal charge generated in one of the unit pixel memory coupling capacitors CC based on the second pixel memory transfer pulse ΦMT2 input from the pixel signal processing chip
第1画素メモリ増幅トランジスタMM3は、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1に蓄積された信号電荷に応じた電圧を出力する。
第2画素メモリ増幅トランジスタMM7は、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に蓄積された信号電荷に応じた電圧を出力する。
The first pixel memory amplification transistor MM3 outputs a voltage corresponding to the signal charge accumulated in the first pixel memory charge accumulation unit MC1.
The second pixel memory amplification transistor MM7 outputs a voltage corresponding to the signal charge accumulated in the second pixel memory charge accumulation unit MC2.
第1画素メモリリセットトランジスタMM2は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力される第1画素メモリリセットパルスΦMR1に基づいて、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1を電源電位VDDMにリセットする。
第2画素メモリリセットトランジスタMM6は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力される第2画素メモリリセットパルスΦMR2に基づいて、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2を電源電位VDDMにリセットする。
The first pixel memory reset transistor MM2 resets the first pixel memory charge accumulation unit MC1 to the power supply potential VDDM based on the first pixel memory reset pulse ΦMR1 input from the pixel signal processing chip
The second pixel memory reset transistor MM6 resets the second pixel memory charge accumulation unit MC2 to the power supply potential VDDM based on the second pixel memory reset pulse ΦMR2 input from the pixel signal processing chip
第1画素メモリ選択トランジスタMM4は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力された第1画素メモリ選択パルスΦMS1に基づいて、第1画素メモリ増幅トランジスタMM3が出力した電圧を、単位画素メモリ323の出力として画素信号処理チップ垂直信号線325に出力する。
第2画素メモリ選択トランジスタMM8は、画素信号処理チップ垂直走査回路321から入力された第2画素メモリ選択パルスΦMS2に基づいて、第2画素メモリ増幅トランジスタMM7が出力した電圧を、単位画素メモリ323の出力として画素信号処理チップ垂直信号線325に出力する。
The first pixel memory selection transistor MM4 outputs the voltage output from the first pixel memory amplification transistor MM3 based on the first pixel memory selection pulse ΦMS1 input from the pixel signal processing chip
The second pixel memory selection transistor MM8 outputs the voltage output from the second pixel memory amplification transistor MM7 based on the second pixel memory selection pulse ΦMS2 input from the pixel signal processing chip
単位画素メモリ電流負荷CSは、一方が画素メモリ信号線324に接続され、もう一方が画素信号処理チップ32のグラウンドに接続される。単位画素メモリ電流負荷CSは、チップ接続部33に接続された信号線を一定の電流で駆動する。なお、単位画素メモリ電流負荷CSは、一方が画素チップ31の画素信号線314に接続され、もう一方が画素チップ31のグラウンドに接続される構成でもよい。
One of the unit pixel memory current loads CS is connected to the pixel
画素メモリ信号線324は、チップ接続部33に接続される。このような構成によって、単位画素メモリ323は、2つの画素メモリ(第1画素メモリ電荷蓄積部MC1および第2画素メモリ電荷蓄積部MC2)で、1つのチップ接続部33を共有する構成となっている。
The pixel
本実施形態のイメージセンサ3では、画素チップ31内の全ての単位画素313が同時に露光するグローバル露光を行い、第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2が入射した被写体光に応じて発生した信号電荷に基づいた画素信号を、チップ接続部33を介して画素信号処理チップ32に出力する。そして、画素信号処理チップ32は、画素チップ31から入力された第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2のそれぞれ対応した画素信号を一時的に記憶し、差分処理などの処理を行って、順次出力する。
In the image sensor 3 of the present embodiment, global exposure is performed in which all the
なお、イメージセンサ3は、図2〜図4に示したように、画素アレイ部312内のそれぞれの単位画素313と、画素メモリアレイ部322内のそれぞれの単位画素メモリ323とのそれぞれが、それぞれのチップ接続部33を介して接続されている。そして、図5および図6に示したように、単位画素313は、2つのフォトダイオードが1つのチップ接続部33を共有し、単位画素メモリ323は、2つの画素メモリが1つのチップ接続部33を共有する構成となっている。すなわち、イメージセンサ3は、2画素毎に1つのチップ接続部33を備えた構成である。しかし、イメージセンサ3の構成は、図2〜図6に示したイメージセンサ3の構成に限定されるものではなく、2つ以上のフォトダイオードや画素メモリで、1つのチップ接続部33を共有する構成とすることもできる。
2 to 4, the image sensor 3 includes each
次に、本実施形態のイメージセンサ3の駆動シーケンスについて説明する。図7は、本実施形態のイメージセンサ3を駆動するシーケンスを示したシーケンス図である。なお、図7に示したシーケンス図では、10行分の単位画素313および単位画素メモリ323が、連続して処理される場合のシーケンスを示している。本実施形態のイメージセンサ3では、図2〜図6に示したように、1つの単位画素313に2つのフォトダイオードを備え、1つの単位画素メモリ323に2つの画素メモリを備えている。このため、図7に示したシーケンス図は、イメージセンサ3の20行分を連続して処理する場合のシーケンスである。
Next, a driving sequence of the image sensor 3 of the present embodiment will be described. FIG. 7 is a sequence diagram showing a sequence for driving the image sensor 3 of the present embodiment. Note that the sequence diagram shown in FIG. 7 shows a sequence when the
実際の動作においては、イメージセンサ3の、例えば、画素数や、間引き読み出しにおける間引き率などのパラメータによって、連続で処理されるフォトダイオードおよび画素メモリの行数や、フォトダイオードおよび画素メモリの行の間引き数などが変化する。これにより、列方向に連続して配置された単位画素313および単位画素メモリ323が連続して処理されない場合や、単位画素313内の2つのフォトダイオードの内、いずれか1つのフォトダイオード、および単位画素メモリ323内の画素メモリの内、いずれか1つの画素メモリのみが処理されることもある。
In actual operation, the number of rows of photodiodes and pixel memories to be processed continuously, the number of rows of photodiodes and pixel memories, depending on parameters of the image sensor 3, such as the number of pixels and a thinning rate in thinning readout. The number of thinning out changes. As a result, when the
図7において、横軸は時間を示し、縦軸はイメージセンサ3の行を示す。そして、シーケンス201は、画素チップ31のグローバルリセット動作を示し、シーケンス202は、画素チップ31のグローバル転送動作を示す。また、シーケンス203は、画素チップ31のローリング読み出し動作を示し、シーケンス204は、画素信号処理チップ32のローリング読み出し動作を示す。
In FIG. 7, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the row of the image sensor 3. A
イメージセンサ3の駆動シーケンスでは、まず、時刻t1において、シーケンス201に示した画素チップ31のグローバルリセット動作を行う。シーケンス201のグローバルリセット動作では、画素チップ31に備えた全ての単位画素313内の第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2と、第1画素電荷蓄積部PC1、第2画素電荷蓄積部PC2、および単位画素電荷蓄積部FDとを、同時にリセットする。
In the driving sequence of the image sensor 3, first, the global reset operation of the
続いて、予め定めた露光時間が経過したときに、時刻t2において、シーケンス202に示した画素チップ31のグローバル転送動作を行う。シーケンス202のグローバル転送動作では、全ての単位画素313内の第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷を、第1画素電荷蓄積部PC1に、第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷を、第2画素電荷蓄積部PC2に、同時に転送する。
Subsequently, when a predetermined exposure time has elapsed, the global transfer operation of the
図7に示した時刻t1から時刻t2までの期間が、イメージセンサ3のグローバル露光における露光期間である。そして、シーケンス201のグローバルリセット動作とシーケンス202のグローバル転送動作によって、歪曲した映像が得られることはないというグローバル露光方式の優位性を得ている。
A period from time t1 to time t2 shown in FIG. 7 is an exposure period in the global exposure of the image sensor 3. Further, the global exposure method has an advantage that a distorted image is not obtained by the global reset operation of the
続いて、時刻t2から時刻t4において、シーケンス203に示した画素チップ31のローリング読み出し動作を行う。本実施形態のイメージセンサ3では、図5に示したように、単位画素313は2つのフォトダイオードを備えている。従って、シーケンス203のローリング読み出し動作では、まず、時刻t2から時刻t3の期間に、シーケンス202のグローバル転送動作によって第1画素電荷蓄積部PC1に転送された第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷を、単位画素電荷蓄積部FDに転送する。これにより、単位画素313から、第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷による出力が、画素信号線314に出力され、チップ接続部33を介して単位画素メモリ323の画素メモリ信号線324に入力される。そして、画素メモリ信号線324に入力された第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷による出力を、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1に蓄積する。
Subsequently, from time t2 to time t4, the rolling readout operation of the
また、時刻t3から時刻t4の期間に、シーケンス202のグローバル転送動作によって第2画素電荷蓄積部PC2に転送された第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷を、単位画素電荷蓄積部FDに転送する。これにより、単位画素313から、第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷による出力が、画素信号線314に出力され、チップ接続部33を介して単位画素メモリ323の画素メモリ信号線324に入力される。そして、画素メモリ信号線324に入力された第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷による出力を、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に蓄積する。
In the period from time t3 to time t4, the signal charge generated by the second photodiode PD2 transferred to the second pixel charge storage unit PC2 by the global transfer operation of the
このようにして、ローリング読み出し動作では、単位画素313内に備えたフォトダイオードが発生した信号電荷による出力を、順次、チップ接続部33を介して単位画素メモリ323に送信する。そして、単位画素313から送信された信号を、単位画素メモリ323内に備えた対応する画素メモリに、順次保持する。
In this manner, in the rolling readout operation, the output due to the signal charge generated by the photodiode provided in the
続いて、時刻t4から時刻t5において、シーケンス204に示した画素信号処理チップ32のローリング読み出し動作を行う。シーケンス204のローリング読み出し動作では、シーケンス203のローリング読み出し動作によって第1画素メモリ電荷蓄積部MC1およびに第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に蓄積された、第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷による出力を、順次読み出す。
Subsequently, from time t4 to time t5, the rolling readout operation of the pixel
次に、本実施形態のイメージセンサ3の駆動タイミングについて説明する。図8は、本実施形態のイメージセンサ3の各駆動のタイミングを示したタイミングチャートである。なお、図8に示したタイミングチャートでは、1行分の単位画素313および単位画素メモリ323が処理される場合のタイミングを示している。本実施形態のイメージセンサ3では、図2〜図6に示したように、1つの単位画素313に2つのフォトダイオードを備え、1つの単位画素メモリ323に2つの画素メモリを備えている。このため、図8に示したタイミングチャートは、イメージセンサ3の2行分を連続して処理するタイミングである。
Next, the drive timing of the image sensor 3 of this embodiment will be described. FIG. 8 is a timing chart showing the timing of each drive of the image sensor 3 of the present embodiment. Note that the timing chart shown in FIG. 8 shows the timing when the
実際の動作においては、イメージセンサ3の、例えば、画素数や、間引き読み出しにおける間引き率などのパラメータによって、連続で処理されるフォトダイオードおよび画素メモリの行数や、フォトダイオードおよび画素メモリの行の間引き数などが変化する。これにより、列方向に連続して配置された単位画素313および単位画素メモリ323が連続して処理されない場合や、単位画素313内の2つのフォトダイオードの内、いずれか1つのフォトダイオード、および単位画素メモリ323内の画素メモリの内、いずれか1つの画素メモリのみが処理されることもある。
In actual operation, the number of rows of photodiodes and pixel memories to be processed continuously, the number of rows of photodiodes and pixel memories, depending on parameters of the image sensor 3, such as the number of pixels and a thinning rate in thinning readout. The number of thinning out changes. As a result, when the
また、画素チップ垂直走査回路311および画素信号処理チップ垂直走査回路321から出力される各制御パルス(第1画素リセットパルスΦPR1、第1画素転送パルスΦPT1、第1画素選択パルスΦPS1、第2画素リセットパルスΦPR2、2画素転送パルスΦPT2、第2画素選択パルスΦPS2、FDリセットパルスΦFR、第1画素メモリ転送パルスΦMT1、第1画素メモリリセットパルスΦMR1、第1画素メモリ選択パルスΦMS1、第2画素メモリ転送パルスΦMT2、第2画素メモリリセットパルスΦMR2、第2画素メモリ選択パルスΦMS2)は、駆動方法に応じてタイミングを変更することができる。
The control pulses (first pixel reset pulse ΦPR1, first pixel transfer pulse ΦPT1, first pixel selection pulse ΦPS1, second pixel reset) output from the pixel chip
また、図8に示したタイミングチャートでは、説明を容易にするため、1つの単位画素313および単位画素メモリ323に対する制御パルスのみを表記している。図2〜図6に示した本実施形態のイメージセンサ3の構成では、画素アレイ部312内のそれぞれの単位画素313と、画素メモリアレイ部322内のそれぞれの単位画素メモリ323とのそれぞれが、それぞれのチップ接続部33を介して接続されている。このため、例えば、デジタルカメラ1が全画素同時に露光するグローバル露光を行う場合には、後述する時刻t1から時刻t7までの制御パルスを、全ての画素アレイ部312および画素メモリアレイ部322に出力することによって、全て同時に制御することになる。従って、以下の説明においては、全ての行に共通する動作に関しては、各符号の後の“():括弧”を表記せず、特定の制御パルスや構成要素を表すときのみに“():括弧”を表記することとする。
Further, in the timing chart shown in FIG. 8, only control pulses for one
図8示したタイミングチャートにおいて、PC1電位VPC1は、第1画素電荷蓄積部PC1の電位を示し、PC2電位VPC2は、第2画素電荷蓄積部PC2の電位を示す。FD電位VFDは、単位画素電荷蓄積部FDの電位を示す。MC1電位VMC1は、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1の電位を示し、MC2電位VMC2は、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2の電位を示す。 In the timing chart shown in FIG. 8, the PC1 potential V PC1 indicates the potential of the first pixel charge storage portion PC1, and the PC2 potential V PC2 indicates the potential of the second pixel charge storage portion PC2. The FD potential V FD indicates the potential of the unit pixel charge accumulation unit FD. The MC1 potential V MC1 indicates the potential of the first pixel memory charge storage portion MC1, and the MC2 potential V MC2 indicates the potential of the second pixel memory charge storage portion MC2.
電源電位VDDPおよび電源電位VDDMは、それぞれ、画素チップ31および画素信号処理チップ32の電源の電位を示す。PC1信号電位VPC1SIGは、第1フォトダイオードPD1から転送された信号によって得られる第1画素電荷蓄積部PC1における被写体に依存した信号の電位を示す。PC2信号電位VPC2SIGは、第2フォトダイオードPD2から転送された信号によって得られる第2画素電荷蓄積部PC2における被写体に依存した信号の電位を示す。第1FD信号電位VFDSIG1は、第1画素電荷蓄積部PC1から転送された信号によって得られる単位画素電荷蓄積部FDにおける被写体に依存した信号の電位を示す。第2FD信号電位VFDSIG2は、第2画素電荷蓄積部PC2から転送された信号によって得られる単位画素電荷蓄積部FDにおける被写体に依存した信号の電位を示す。MC1信号電位VMC1SIGは、第1画素電荷蓄積部PC1から転送された信号によって得られる第1画素メモリ電荷蓄積部MC1における被写体に依存した信号の電位を示す。MC2信号電位VMC2SIGは、第2画素電荷蓄積部PC2から転送された信号によって得られる第2画素メモリ電荷蓄積部MC2における被写体に依存した信号の電位を示す。
The power supply potential VDDP and the power supply potential VDDM indicate the power supply potentials of the
まず、時刻t1においてグローバルリセット動作を行い、画素アレイ部312内の全ての単位画素313をリセットする。より具体的には、時刻t1において、画素チップ垂直走査回路311は、第1画素リセットパルスΦPR1、第1画素転送パルスΦPT1、および第1画素選択パルスΦPS1を“High”レベルにすることにより、単位画素313の第1画素リセットトランジスタPM2、第1画素転送トランジスタPM1、および第1画素選択トランジスタPM3をON状態にする。これにより、第1フォトダイオードPD1および第1画素電荷蓄積部PC1がリセットされ、PC1電位VPC1が電源電位VDDPの電位になる。
First, at time t1, a global reset operation is performed to reset all the
また、時刻t1において、画素チップ垂直走査回路311は、第2画素リセットパルスΦPR2、第2画素転送パルスΦPT2、および第2画素選択パルスΦPS2を“High”レベルにすることにより、単位画素313の第2画素リセットトランジスタPM7、第2画素転送トランジスタPM6、および第2画素選択トランジスタPM8をON状態にする。これにより、第2フォトダイオードPD2および第2画素電荷蓄積部PC2がリセットされ、PC2電位VPC2が電源電位VDDPの電位になる。
At time t1, the pixel chip
また、時刻t1において、画素チップ垂直走査回路311は、FDリセットパルスΦFRを“High”レベルにすることにより、単位画素313の単位画素リセットトランジスタPM4をON状態にする。これにより、単位画素電荷蓄積部FDがリセットされ、FD電位VFDが電源電位VDDPの電位になる。
Further, at time t1, the pixel chip
その後、画素チップ垂直走査回路311は、第1画素リセットパルスΦPR1、第1画素転送パルスΦPT1、第1画素選択パルスΦPS1、第2画素リセットパルスΦPR2、第2画素転送パルスΦPT2、第2画素選択パルスΦPS2、およびFDリセットパルスΦFRを“Low”レベルにすることにより、単位画素313のリセットを解除する。これにより、画素アレイ部312内の全ての単位画素313が同時にグローバル露光を開始する。
Thereafter, the pixel chip
続いて、グローバル露光における露光期間が経過した後、時刻t2においてグローバル転送動作を行い、画素アレイ部312内の全ての単位画素313のフォトダイオードが発生した信号電荷を、対応する画素電荷蓄積部に転送する。より具体的には、時刻t2において、画素チップ垂直走査回路311は、第1画素転送パルスΦPT1および第2画素転送パルスΦPT2を“High”レベルにすることにより、単位画素313の第1画素転送トランジスタPM1および第2画素転送トランジスタPM6をON状態にする。これにより、時刻t1から時刻t2の期間に単位画素313内の第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷が、それぞれ第1画素電荷蓄積部PC1および第2画素電荷蓄積部PC2に転送される。このグローバル転送動作によって、PC1電位VPC1は、第1フォトダイオードPD1が発生した信号電荷に基づいた、PC1信号電位VPC1SIGの電位になる。また、PC2電位VPC2は、第2フォトダイオードPD2が発生した信号電荷に基づいた、PC2信号電位VPC2SIGの電位になる。
Subsequently, after the exposure period in the global exposure has elapsed, a global transfer operation is performed at time t2, and the signal charges generated by the photodiodes of all the
続いて、時刻t3から、画素チップ31のローリング読み出し動作を行い、画素アレイ部312内の全ての単位画素313のフォトダイオードが発生した信号電荷を、順次、画素信号処理チップ32内の対応する単位画素メモリ323に送信する。より具体的には、まず、時刻t3において、画素チップ垂直走査回路311は、FDリセットパルスΦFRを“High”レベルにすることにより、単位画素313の単位画素リセットトランジスタPM4をON状態にする。これにより、単位画素電荷蓄積部FDがリセットされ、FD電位VFDが電源電位VDDPの電位になる。
Subsequently, the rolling readout operation of the
また、時刻t3において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第1画素メモリリセットパルスΦMR1および第1画素メモリ転送パルスΦMT1を“High”レベルにすることにより、単位画素メモリ323の第1画素メモリリセットトランジスタMM2および第1画素メモリ転送トランジスタMM1をON状態にする。これにより、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1がリセットされ、MC1電位VMC1が電源電位VDDMの電位になる。また、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1と単位画素メモリ結合容量CCとが、電気的に接続される。
At time t3, the pixel signal processing chip
続いて、時刻t4において、画素チップ垂直走査回路311は、第1画素選択パルスΦPS1を“High”レベルにすることにより、単位画素313の第1画素選択トランジスタPM3をON状態にする。これにより、第1画素電荷蓄積部PC1に蓄積された信号電荷が、単位画素電荷蓄積部FDに転送に転送され、FD電位VFDが、PC1電位VPC1の電位(PC1信号電位VPC1SIG)に応じた第1FD信号電位VFDSIG1の電位になる。そして、単位画素増幅トランジスタPM5から、第1FD信号電位VFDSIG1に応じた電圧が画素信号線314に出力される。
Subsequently, at time t4, the pixel chip
また、時刻t4において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第1画素メモリリセットパルスΦMR1を“Low”レベルにすることにより、第1画素メモリリセットトランジスタMM2をOFF状態にする。これにより、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1は、リセット状態から解放され、MC1電位VMC1は、チップ接続部33を介して画素メモリ信号線324入力された第1FD信号電位VFDSIG1に応じて単位画素メモリ結合容量CCが発生した信号電荷に基づいた、MC1信号電位VMC1SIGの電位になる。
Further, at time t4, the pixel signal processing chip
続いて、時刻t5において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第1画素メモリ転送パルスΦMT1を“Low”レベルにすることにより、第1画素メモリ転送トランジスタMM1をOFF状態にする。これにより、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1と単位画素メモリ結合容量CCとが、電気的に遮断され、MC1電位VMC1が、MC1信号電位VMC1SIGの電位に保持される。
Subsequently, at time t5, the pixel signal processing chip
ここまでで、第1画素電荷蓄積部PC1に蓄積された信号電荷の第1画素メモリ電荷蓄積部MC1への送信が終了する。本実施形態のイメージセンサ3では、図5に示したように、単位画素313は2つのフォトダイオードを備えている。従って、画素チップ31のローリング読み出し動作では、第1画素電荷蓄積部PC1に蓄積された信号電荷の第1画素メモリ電荷蓄積部MC1への送信に引き続き、第2画素電荷蓄積部PC2に蓄積された信号電荷の第2画素メモリ電荷蓄積部MC2への送信を行う。
Thus far, transmission of the signal charge accumulated in the first pixel charge accumulation unit PC1 to the first pixel memory charge accumulation unit MC1 is completed. In the image sensor 3 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、時刻t5において、画素チップ垂直走査回路311は、FDリセットパルスΦFRを“High”レベルにすることにより、単位画素313の単位画素リセットトランジスタPM4をON状態にする。これにより、単位画素電荷蓄積部FDがリセットされ、FD電位VFDが電源電位VDDPの電位になる。
At time t5, the pixel chip
また、時刻t5において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第2画素メモリリセットパルスΦMR2および第2画素メモリ転送パルスΦMT2を“High”レベルにすることにより、単位画素メモリ323の第2画素メモリリセットトランジスタMM6および第2画素メモリ転送トランジスタMM5をON状態にする。これにより、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2がリセットされ、MC2電位VMC2が電源電位VDDMの電位になる。また、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2と単位画素メモリ結合容量CCとが、電気的に接続される。
At time t5, the pixel signal processing chip
続いて、時刻t6において、画素チップ垂直走査回路311は、第2画素選択パルスΦPS2を“High”レベルにすることにより、単位画素313の第2画素選択トランジスタPM8をON状態にする。これにより、第2画素電荷蓄積部PC2に蓄積された信号電荷が、単位画素電荷蓄積部FDに転送に転送され、FD電位VFDが、PC2電位VPC2の電位(PC2信号電位VPC2SIG)に応じた第2FD信号電位VFDSIG2の電位になる。そして、単位画素増幅トランジスタPM5から、第2FD信号電位VFDSIG2に応じた電圧が画素信号線314に出力される。
Subsequently, at time t6, the pixel chip
また、時刻t6において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第2画素メモリリセットパルスΦMR2を“Low”レベルにすることにより、第2画素メモリリセットトランジスタMM6をOFF状態にする。これにより、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2は、リセット状態から解放され、MC2電位VMC2は、チップ接続部33を介して画素メモリ信号線324入力された第2FD信号電位VFDSIG2に応じて単位画素メモリ結合容量CCが発生した信号電荷に基づいた、MC2信号電位VMC2SIGの電位になる。
At time t6, the pixel signal processing chip
続いて、時刻t7において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第2画素メモリ転送パルスΦMT2を“Low”レベルにすることにより、第2画素メモリ転送トランジスタMM5をOFF状態にする。これにより、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2と単位画素メモリ結合容量CCとが、電気的に遮断され、MC2電位VMC2が、MC2信号電位VMC2SIGの電位に保持される。
Subsequently, at time t7, the pixel signal processing chip
ここまでで、第2画素電荷蓄積部PC2に蓄積された信号電荷の第2画素メモリ電荷蓄積部MC2への送信が終了する。なお、さらに多くのフォトダイオードを単位画素313に備えている場合には、同様に、他の(残りの)画素電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の画素メモリ電荷蓄積部への送信を、引き続いて行う。
Thus far, transmission of the signal charge accumulated in the second pixel charge accumulation unit PC2 to the second pixel memory charge accumulation unit MC2 is completed. When more unit photodiodes are provided in the
その後、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、画素信号処理チップ32のローリング読み出し動作を行い、画素メモリアレイ部322内の全ての単位画素メモリ323の画素メモリに保持している信号電荷を、順次、画素信号処理チップ32内の対応する画素信号処理チップ列処理回路326に出力する。より具体的には、まず、時刻t7において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第1画素メモリ選択パルスΦMS1を“High”レベルにすることにより、単位画素メモリ323の第1画素メモリ選択トランジスタMM4をON状態にする。これにより、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1に蓄積されたMC1信号電位VMC1SIGに応じた電圧が、画素信号処理チップ垂直信号線325に出力される。
Thereafter, the pixel signal processing chip
また、時刻t7から時刻t8の期間に、イメージセンサ制御回路329は、水平走査パルスΦHの“High”レベルと“Low”レベルとを繰り返して画素信号処理チップ水平走査回路327に入力する。これにより、画素信号処理チップ列処理回路326で処理されたMC1信号電位VMC1SIGに応じた信号を、イメージセンサ3が出力する1行目の画像信号として、画素信号処理チップ水平走査回路信号線328に順次読み出す。
In the period from time t7 to time t8, the image
続いて、時刻t8において、画素信号処理チップ垂直走査回路321は、第2画素メモリ選択パルスΦMS2を“High”レベルにすることにより、単位画素メモリ323の第2画素メモリ選択トランジスタMM8をON状態にする。これにより、第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に蓄積されたMC2信号電位VMC2SIGに応じた電圧が、画素信号処理チップ垂直信号線325に出力される。
Subsequently, at time t8, the pixel signal processing chip
また、時刻t8以降に、イメージセンサ制御回路329は、水平走査パルスΦHの“High”レベルと“Low”レベルとを繰り返して画素信号処理チップ水平走査回路327に入力する。これにより、画素信号処理チップ列処理回路326で処理されたMC2信号電位VMC2SIGに応じた信号を、イメージセンサ3が出力する2行目の画像信号として、画素信号処理チップ水平走査回路信号線328に順次読み出す。
In addition, after time t8, the image
以降、時刻t7〜時刻t8と同様に制御することによって、全ての単位画素メモリ323から出力させ、画素信号処理チップ列処理回路326で処理した信号を、3行目以降の画像信号として、画素信号処理チップ水平走査回路信号線328に順次読み出す。このようにして、イメージセンサ3は、入射した被写体光に応じた画素信号に対して処理を行った画像信号を出力することができる。
Thereafter, by controlling in the same manner as from time t7 to time t8, a signal output from all the
上記に述べたように、本実施形態のイメージセンサ3では、画素チップ31内の単位画素313に備えた第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2にそれぞれ対応した、第1画素電荷蓄積部PC1および第2画素電荷蓄積部PC2を備える。そして、グローバル露光によって第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2のそれぞれ発生した信号電荷を、グローバル転送動作によって、対応する第1画素電荷蓄積部PC1および第2画素電荷蓄積部PC2のそれぞれに、一時的に蓄積する。これにより、第1フォトダイオードPD1および第2フォトダイオードPD2で、1つのチップ接続部33を共有する場合でも、グローバル露光方式の駆動を行うことができる。
As described above, in the image sensor 3 of the present embodiment, the first pixel charge storage portion PC1 corresponding to the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 provided in the
上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、画素チップ内の単位画素に備える複数のフォトダイオードのそれぞれに対応した複数の電荷蓄積部を備える。これにより、画素チップと画素信号処理チップとを接続することによって構成される固体撮像装置において、接続されたチップ同士で電気信号の送受信を行う接続部を複数のフォトダイオードを備えた画素で共有した場合でも、完全なグローバル露光方式の画像を取得することができる。 As described above, according to the embodiment for carrying out the present invention, a plurality of charge storage units corresponding to each of a plurality of photodiodes provided in a unit pixel in a pixel chip are provided. As a result, in a solid-state imaging device configured by connecting a pixel chip and a pixel signal processing chip, a connection unit that transmits and receives electrical signals between the connected chips is shared by pixels including a plurality of photodiodes. Even in this case, it is possible to acquire a complete global exposure system image.
なお、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、本実施形態においては、例えば、イメージセンサ3に対応し、撮像装置は、例えば、デジタルカメラ1に対応する。また、本発明のある態様に係る第1の基板は、本実施形態においては、例えば、画素チップ31に対応し、第2の基板は、例えば、画素信号処理チップ32に対応し、接続部は、例えば、チップ接続部33に対応する。また、本発明のある態様に係る画素は、本実施形態においては、例えば、画素アレイ部312と、画素メモリアレイ部322とに対応し、同一グループに含まれる画素は、例えば、単位画素313と、単位画素メモリ323とに対応する。
In the present embodiment, the solid-state imaging device according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the image sensor 3, and the imaging device corresponds to, for example, the
また、本発明のある態様に係る光電変換素子は、本実施形態においては、例えば、第1フォトダイオードPD1または第2フォトダイオードPD2に対応する。また、本発明のある態様に係る第1の蓄積部は、本実施形態においては、例えば、第1画素電荷蓄積部PC1または第2画素電荷蓄積部PC2に対応し、第1の転送部は、例えば、第1画素転送トランジスタPM1または第2画素転送トランジスタPM6に対応する。また、本発明のある態様に係る第2の蓄積部は、本実施形態においては、例えば、単位画素電荷蓄積部FDに対応し、第2の転送部は、例えば、第1画素選択トランジスタPM3または第2画素選択トランジスタPM8に対応する。また、本発明のある態様に係る出力部は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ323に対応する。
In the present embodiment, the photoelectric conversion element according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first photodiode PD1 or the second photodiode PD2. In the present embodiment, the first accumulation unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel charge accumulation unit PC1 or the second pixel charge accumulation unit PC2, and the first transfer unit is For example, it corresponds to the first pixel transfer transistor PM1 or the second pixel transfer transistor PM6. In the present embodiment, the second accumulation unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel charge accumulation unit FD, and the second transfer unit includes, for example, the first pixel selection transistor PM3 or This corresponds to the second pixel selection transistor PM8. An output unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the
また、本発明のある態様に係る第3の蓄積部は、本実施形態においては、例えば、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1または第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に対応する。また、本発明のある態様に係る第1のリセット部は、本実施形態においては、例えば、第1画素リセットトランジスタPM2または第2画素リセットトランジスタPM7に対応し、第2のリセット部は、例えば、単位画素リセットトランジスタPM4に対応する。また、本発明のある態様に係る増幅部は、本実施形態においては、例えば、単位画素増幅トランジスタPM5に対応する。 In the present embodiment, the third storage unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel memory charge storage unit MC1 or the second pixel memory charge storage unit MC2. The first reset unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel reset transistor PM2 or the second pixel reset transistor PM7 in the present embodiment, and the second reset unit includes, for example, This corresponds to the unit pixel reset transistor PM4. In addition, the amplifying unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel amplifying transistor PM5 in the present embodiment.
また、本発明のある態様に係るノイズ低減部は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ結合容量CCと、第1画素メモリ転送トランジスタMM1または第2画素メモリ転送トランジスタMM5に対応する。また、本発明のある態様に係るクランプ部は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ結合容量CCに対応し、サンプルホールド部は、例えば、第1画素メモリ転送トランジスタMM1または第2画素メモリ転送トランジスタMM5に対応する。 In the present embodiment, the noise reduction unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel memory coupling capacitor CC and the first pixel memory transfer transistor MM1 or the second pixel memory transfer transistor MM5. In the present embodiment, the clamp unit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel memory coupling capacitor CC, and the sample hold unit includes, for example, the first pixel memory transfer transistor MM1 or the second pixel memory. This corresponds to the transfer transistor MM5.
また、本発明のある態様に係る第1の蓄積容量は、本実施形態においては、例えば、第1画素電荷蓄積部PC1または第2画素電荷蓄積部PC2に対応し、第1の転送トランジスタは、例えば、第1画素転送トランジスタPM1または第2画素転送トランジスタPM6に対応する。また、本発明のある態様に係る第2の蓄積容量は、本実施形態においては、例えば、単位画素電荷蓄積部FDに対応し、第2の転送トランジスタは、例えば、第1画素選択トランジスタPM3または第2画素選択トランジスタPM8に対応する。また、本発明のある態様に係る出力回路は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ323に対応する。
In the present embodiment, the first storage capacitor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel charge storage unit PC1 or the second pixel charge storage unit PC2, and the first transfer transistor is For example, it corresponds to the first pixel transfer transistor PM1 or the second pixel transfer transistor PM6. In the present embodiment, the second storage capacitor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel charge storage unit FD, and the second transfer transistor is, for example, the first pixel selection transistor PM3 or This corresponds to the second pixel selection transistor PM8. Further, an output circuit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the
また、本発明のある態様に係る第3の蓄積容量は、本実施形態においては、例えば、第1画素メモリ電荷蓄積部MC1または第2画素メモリ電荷蓄積部MC2に対応する。また、本発明のある態様に係る第1のリセットトランジスタは、本実施形態においては、例えば、第1画素リセットトランジスタPM2または第2画素リセットトランジスタPM7に対応し、第2のリセットトランジスタは、例えば、単位画素リセットトランジスタPM4に対応する。また、本発明のある態様に係る増幅トランジスタは、本実施形態においては、例えば、単位画素増幅トランジスタPM5に対応する。 In the present embodiment, the third storage capacitor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel memory charge storage unit MC1 or the second pixel memory charge storage unit MC2. In the present embodiment, the first reset transistor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the first pixel reset transistor PM2 or the second pixel reset transistor PM7, and the second reset transistor is, for example, This corresponds to the unit pixel reset transistor PM4. The amplification transistor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel amplification transistor PM5 in the present embodiment.
また、本発明のある態様に係るノイズ低減回路は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ結合容量CCと、第1画素メモリ転送トランジスタMM1または第2画素メモリ転送トランジスタMM5に対応する。また、本発明のある態様に係るクランプ容量は、本実施形態においては、例えば、単位画素メモリ結合容量CCに対応し、サンプルホールドトランジスタは、例えば、第1画素メモリ転送トランジスタMM1または第2画素メモリ転送トランジスタMM5に対応する。 In the present embodiment, the noise reduction circuit according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel memory coupling capacitor CC and the first pixel memory transfer transistor MM1 or the second pixel memory transfer transistor MM5. In the present embodiment, the clamp capacitor according to an aspect of the present invention corresponds to, for example, the unit pixel memory coupling capacitor CC, and the sample hold transistor is, for example, the first pixel memory transfer transistor MM1 or the second pixel memory. This corresponds to the transfer transistor MM5.
なお、本発明における回路構成および駆動方式の具体的な構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更をすることができる。例えば、画素の構成要素および駆動方法が変わった場合においても、例えば、イメージセンサ3や単位画素313内の構成要素や回路構成に応じて駆動方法を変更することによって対応することができる。
In addition, the specific configuration of the circuit configuration and the driving method in the present invention is not limited to the mode for carrying out the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. . For example, even when the pixel components and the driving method are changed, for example, the driving method can be changed according to the components and circuit configuration in the image sensor 3 and the
また、画素の行方向および列方向の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において画素を配置する行方向および列方向の数を変更することができる。また、接続部を共有するフォトダイオードの数、すなわち、画素の数は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において画素の数を変更することができる。 Further, the arrangement of the pixels in the row direction and the column direction is not limited to the mode for carrying out the present invention, and the number of pixels in the row direction and the column direction in which the pixels are arranged without departing from the gist of the present invention. Can be changed. Further, the number of photodiodes sharing the connection portion, that is, the number of pixels is not limited to the mode for carrying out the present invention, and the number of pixels is changed without departing from the gist of the present invention. be able to.
以上、本発明を実施するための形態をもとに説明したが、各構成要素や各処理プロセスの任意の組み合わせ、本発明の表現をコンピュータプログラムプロダクトなどに変換したものもまた、本発明の態様として有効である。ここで、コンピュータプログラムプロダクトとは、プログラムコードが記録された記録媒体(DVD媒体、ハードディスク媒体、メモリ媒体など)、プログラムコードが記録されたコンピュータ、プログラムコードが記録されたインターネットシステム(例えば、サーバとクライアント端末を含むシステム)など、プログラムコードが記録された記録媒体、装置、機器やシステムをいう。この場合、上述した各構成要素や各処理プロセスは各モジュールで実装され、その実装されたモジュールからなるプログラムコードはコンピュータプログラムプロダクト内に記録される。 As described above, the description has been given based on the embodiment for carrying out the present invention. However, any combination of each component, each processing process, and the expression of the present invention converted into a computer program product or the like is also an aspect of the present invention. It is effective as Here, the computer program product includes a recording medium (DVD medium, hard disk medium, memory medium, etc.) on which a program code is recorded, a computer on which the program code is recorded, and an Internet system (for example, a server and the like) on which the program code is recorded. A recording medium, apparatus, device or system in which a program code is recorded, such as a system including a client terminal. In this case, each component and each processing process described above are mounted in each module, and a program code including the mounted module is recorded in a computer program product.
例えば、本発明のある態様に係るコンピュータプログラムプロダクトは、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置の処理をコンピュータに実行させるためのプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクトであって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号を、第1の蓄積部に転送させる第1の転送モジュールと、前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送させる第2の転送モジュールと、前記第2の基板に配置された前記画素の出力部から、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を出力させる出力モジュールと、を含むプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクトである。 For example, a computer program product according to an aspect of the present invention provides a process for a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit. A computer program product in which a program code for causing a computer to execute is recorded, the solid-state imaging device includes a plurality of pixels, and each of the pixels is classified into one or more groups, A first transfer module in which a plurality of the pixels share one connection unit and transfer a signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel arranged on the first substrate to the first storage unit And a second storage unit that transfers a signal stored in the first storage unit to a second storage unit shared by a plurality of the pixels included in the same group. A computer program product recorded with a program code including a sending module and an output module for outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from an output unit of the pixel arranged on the second substrate. is there.
また、例えば、図1に示したデジタルカメラ1の各構成要素による処理を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、デジタルカメラ1に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
Further, for example, a program for realizing processing by each component of the
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic) in a computer system serving as a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)) that holds a program for a certain period of time is also included. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes various modifications within the scope of the present invention. It is.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積手段に転送する第1の転送手段と、前記第1の蓄積手段に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積手段に転送する第2の転送手段と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積手段に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力手段と、を備えることを特徴とする固体撮像装置であってもよい。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting unit. The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels Is stored in the first storage means, a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, a first transfer means for transferring a signal generated by the photoelectric conversion element to the first storage means, and A second transfer means for transferring a signal to a second storage means shared by a plurality of the pixels included in the same group; and a signal placed on the second substrate and stored in the second storage means Output signal from the pixel And the step may be a solid-state imaging apparatus comprising: a.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積手段に転送する第1の転送手段と、前記第1の蓄積手段に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積手段に転送する第2の転送手段と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積手段に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力手段と、を備えることを特徴とする撮像装置であってもよい。 An imaging apparatus according to an aspect of the present invention is an imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging apparatus includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate, a first transfer means for transferring a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage means, and a signal stored in the first storage means, A second transfer means for transferring to a second storage means shared by a plurality of the pixels included in the same group, and a signal stored in the second storage means, arranged on the second substrate, Output means for outputting from the pixels. Rukoto or an imaging apparatus according to claim.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積手段に転送する第1の転送手段と、前記第1の蓄積手段に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積手段に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送手段と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積手段に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力手段と、を備えることを特徴とする固体撮像装置であってもよい。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting unit. The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels Includes a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, a first transfer unit that simultaneously transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit in all the pixels, and the first transfer unit. Second transfer means for sequentially transferring a signal stored in one storage means to a second storage means shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group. And disposed on the second substrate. Is, the accumulated signal to said second storage means, and output means for outputting from the pixel may be a solid-state imaging apparatus comprising: a.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積手段に転送する第1の転送手段と、前記第1の蓄積手段に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積手段に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送手段と、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積手段に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力手段と、を備えることを特徴とする撮像装置であってもよい。 An imaging apparatus according to an aspect of the present invention is an imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging apparatus includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate; a first transfer unit configured to simultaneously transfer a signal generated by the photoelectric conversion element to the first storage unit in all the pixels; and the first storage unit. A second transfer means for sequentially transferring the signal accumulated in the means to the second accumulation means shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; Disposed on a second substrate, Signals accumulated in the second accumulation means, and output means for outputting from the pixel may be an imaging device characterized by comprising a.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力手段と、を備えることを特徴とする固体撮像装置であってもよい。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting unit. The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels Receives the photoelectric conversion element disposed on the first substrate and a signal generated by the photoelectric conversion element at one of the source and the drain, outputs the other from the other of the source and the drain, and transfers them to the first storage capacitor A first transfer transistor and a signal stored in the first storage capacitor are received by one of a source and a drain and output from the other of the source and the drain, and are included in the same group. A second transfer transistor for transferring to a second storage capacitor shared by the pixel; and a signal disposed on the second substrate and stored in the second storage capacitor for outputting from the pixel. And a solid-state imaging device including output means having a capacitor and a transistor.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力手段と、を備えることを特徴とする撮像装置であってもよい。 An imaging apparatus according to an aspect of the present invention is an imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging apparatus includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on a first substrate; a signal generated by the photoelectric conversion element received by one of a source and a drain; output from the other of the source and drain; and transferred to a first storage capacitor A transfer transistor and a signal stored in the first storage capacitor are received by one of a source and a drain and output from the other of the source and the drain, and the plurality of pixels included in the same group A second transfer transistor that transfers to a second storage capacitor, and a capacitor or transistor that is disposed on the second substrate and outputs a signal stored in the second storage capacitor from the pixel And an output unit including the imaging unit.
また、本発明のある態様に係る固体撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力手段と、を備えることを特徴とする固体撮像装置であってもよい。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention is a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting unit. The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels Is a photoelectric conversion element disposed on the first substrate, and a signal generated by the photoelectric conversion element is received by one of the source and the drain and output from the other of the source and the drain, A first transfer transistor for transferring to the first storage capacitor; and a signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and drain and output from the other of the source and drain; A second transfer transistor that sequentially transfers the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in one group within the plurality of pixels included in the group; and the second transfer transistor, which is disposed on the second substrate. A solid-state imaging device comprising: a capacitor for outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel; and an output unit having a transistor.
また、本発明のある態様に係る撮像装置は、画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続手段によって電気的に接続されている撮像装置であって、当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続手段を共有しており、前記画素は、前記第1の基板に配置された光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力手段と、を備えることを特徴とする撮像装置であってもよい。 An imaging apparatus according to an aspect of the present invention is an imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit, The imaging apparatus includes a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection means, and the pixels are A photoelectric conversion element disposed on the first substrate and a signal generated by the photoelectric conversion element are received by one of the source and the drain and output from the other of the source and the drain. A first transfer transistor for transferring to a storage capacitor; and a signal stored in the first storage capacitor is received by one of a source and a drain and output from the other of the source and drain; A second transfer transistor configured to sequentially transfer the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the plurality of pixels included in the group, and the second substrate; And an output means having a capacitor and a transistor for outputting the signal stored in the storage capacitor from the pixel.
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の代替物、変形、等価物による変更を行うこともできる。従って、本発明の範囲は、上記の説明を参照して決められるものではなく、請求項によって決められるべきであり、均等物の全ての範囲も含まれる。また、上述した特徴は、いずれも、好ましいか否かを問わず、他の特徴と組み合わせてもよい。また、請求項において、明示的に断らない限り、各構成要素は1またはそれ以上の数量である。また、請求項において「〜のための手段」のような語句を用いて明示的に記載する場合を除いて、請求項が、ミーンズ・プラス・ファンクションの限定を含むものと解してはならない。 The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and various alternatives and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The equivalent can also be changed. Accordingly, the scope of the invention should not be determined with reference to the above description, but should be determined by the claims, including the full scope of equivalents. In addition, any of the features described above may be combined with other features regardless of whether or not they are preferable. Also, in the claims, each component is one or more quantities unless explicitly stated otherwise. In addition, the claims should not be construed as including means-plus-function limitations unless explicitly stated in the claims using words such as “means for”.
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、2枚の基板が接続部により接続されていてもよいし、3枚以上の基板が接続部で接続されていてもよい。3枚以上の基板が接続部で接続される固体撮像装置の場合、そのうちの2枚が請求項に係る第1の基板と第2の基板に相当する。 In the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, two substrates may be connected by a connection unit, or three or more substrates may be connected by a connection unit. In the case of a solid-state imaging device in which three or more substrates are connected at the connection portion, two of them correspond to the first substrate and the second substrate according to the claims.
1・・・デジタルカメラ
2・・・レンズユニット部
3・・・イメージセンサ
4・・・発光装置
5・・・メモリ
6・・・記録装置
7・・・表示装置
8・・・画像信号処理回路
9・・・レンズ制御装置
10・・・イメージセンサ制御装置
11・・・発光制御装置
12・・・カメラ制御装置
31・・・画素チップ
32・・・画素信号処理チップ
33・・・チップ接続部
34・・・外部配線接続部
311・・・画素チップ垂直走査回路
312・・・画素アレイ部
313・・・単位画素
314・・・画素信号線
315・・・画素チップ垂直走査回路信号線
316・・・第1画素リセット線
317・・・第1画素転送線
318・・・第1画素選択線
319・・・第2画素リセット線
3110・・・第2画素転送線
3111・・・第2画素選択線
3112・・・FDリセット線
321・・・画素信号処理チップ垂直走査回路
322・・・画素メモリアレイ部
323・・・単位画素メモリ
324・・・画素メモリ信号線
325・・・画素信号処理チップ垂直信号線
326・・・画素信号処理チップ列処理回路
327・・・画素信号処理チップ水平走査回路
328・・・画素信号処理チップ水平走査回路信号線
329・・・イメージセンサ制御回路
3210・・・イメージセンサ制御回路信号線
3211・・・第1画素メモリリセット線
3212・・・第1画素メモリ転送線
3213・・・第1画素メモリ選択線
3214・・・第2画素メモリリセット線
3215・・・第2画素メモリ転送線
3216・・・第2画素メモリ選択線
PD1・・・第1フォトダイオード
PD2・・・第2フォトダイオード
PC1・・・第1画素電荷蓄積部
PC2・・・第2画素電荷蓄積部
FD・・・単位画素電荷蓄積部
PM1・・・第1画素転送トランジスタ
PM2・・・第1画素リセットトランジスタ
PM3・・・第1画素選択トランジスタ
PM4・・・単位画素リセットトランジスタ
PM5・・・単位画素増幅トランジスタ
PM6・・・第2画素転送トランジスタ
PM7・・・第2画素リセットトランジスタ
PM8・・・第2画素選択トランジスタ
MC1・・・第1画素メモリ電荷蓄積部
MC2・・・第2画素メモリ電荷蓄積部
MM1・・・第1画素メモリ転送トランジスタ
MM2・・・第1画素メモリリセットトランジスタ
MM3・・・第1画素メモリ増幅トランジスタ
MM4・・・第1画素メモリ選択トランジスタ
MM5・・・第2画素メモリ転送トランジスタ
MM6・・・第2画素メモリリセットトランジスタ
MM7・・・第2画素メモリ増幅トランジスタ
MM8・・・第2画素メモリ選択トランジスタ
CC・・・単位画素メモリ結合容量
CS・・・単位画素メモリ電流負荷
201・・・画素チップのグローバルリセット動作シーケンス
202・・・画素チップのグローバル転送動作シーケンス
203・・・画素チップのローリング読み出し動作シーケンス
204・・・画素信号処理チップのローリング読み出し動作シーケンス
ΦPT1・・・第1画素転送パルス
ΦPT2・・・第2画素転送パルス
ΦPS1・・・第1画素選択パルス
ΦPS2・・・第2画素選択パルス
ΦPR1・・・第1画素リセットパルス
ΦPR2・・・第2画素リセットパルス
ΦFR・・・FDリセットパルス
ΦMT1・・・第1画素メモリ転送パルス
ΦMT2・・・第2画素メモリ転送パルス
ΦMR1・・・第1画素メモリリセットパルス
ΦMR2・・・第2画素メモリリセットパルス
ΦMS1・・・第1画素メモリ選択パルス
ΦMS2・・・第2画素メモリ選択パルス
ΦCL・・・クランプパルス
ΦSH・・・サンプルホールドパルス
ΦH・・・水平走査パルス
VPC1・・・PC1電位
VPC2・・・PC2電位
VFD・・・FD電位
VMC1・・・MC1電位
VMC2・・・MC2電位
VPC1SIG・・・PC1信号電位
VPC2SIG・・・PC2信号電位
VFDSIG1・・・第1FD信号電位
VFDSIG2・・・第2FD信号電位
VMC1SIG・・・MC1信号電位
VMC2SIG・・・MC2信号電位
VDDP,VDDM・・・電源電位
DESCRIPTION OF
Claims (37)
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送する第2の転送部と、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit;
A second transfer unit that transfers a signal accumulated in the first accumulation unit to a second accumulation unit shared by a plurality of the pixels included in the same group;
An output unit arranged on the second substrate and outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from the pixel;
A solid-state imaging device comprising:
前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、前記第1の蓄積部に転送する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The first transfer unit includes:
A signal generated by the photoelectric conversion element is simultaneously transferred to the first accumulation unit in all the pixels;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素内で順次、前記第2の蓄積部に転送する、
ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。 The second transfer unit is
Sequentially transferring the signal accumulated in the first accumulation unit to the second accumulation unit within the plurality of pixels included in the same group;
The solid-state imaging device according to claim 2.
前記第2の基板に配置され、前記接続部を経由して取得した、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を蓄積する第3の蓄積部を、さらに備え、
前記出力部は、
前記第3の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A third accumulation unit that is disposed on the second substrate and that is obtained via the connection unit and accumulates the signal accumulated in the second accumulation unit;
The output unit is
Outputting the signal accumulated in the third accumulation unit from the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記光電変換素子で発生した信号をリセットする第1のリセット部と、
前記第2の蓄積部に蓄積された信号をリセットする第2のリセット部とを、さらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A first reset unit for resetting a signal generated by the photoelectric conversion element;
A second reset unit that resets a signal accumulated in the second accumulation unit,
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第2の蓄積部に蓄積された信号を増幅した増幅信号を、該第2の蓄積部に蓄積された信号として出力する増幅部を、さらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The pixel is
An amplification unit that outputs an amplified signal obtained by amplifying the signal accumulated in the second accumulation unit as a signal accumulated in the second accumulation unit;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第2の転送部による前記第1の蓄積部に蓄積された信号の前記第2の蓄積部への転送に先立って、前記第2のリセット部によって前記第2の蓄積部に蓄積された信号をリセットする、
ことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。 The pixel is
Prior to transfer of the signal accumulated in the first accumulation unit by the second transfer unit to the second accumulation unit, the signal accumulated in the second accumulation unit by the second reset unit Reset the
The solid-state imaging device according to claim 5.
前記第2のリセット部を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有する、
ことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。 The pixel is
Sharing the second reset unit with the plurality of pixels included in the same group;
The solid-state imaging device according to claim 7.
前記増幅部を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有する、
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 The pixel is
The amplification unit is shared by a plurality of the pixels included in the same group.
The solid-state imaging device according to claim 6.
複数の前記接続部を介して接続されており、
前記接続部を共有する画素が、同一グループに分類されるよう構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The first substrate and the second substrate are:
Connected via a plurality of the connecting portions,
The pixels sharing the connection part are configured to be classified into the same group.
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記増幅部から出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減部を、さらに備える、
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A noise reduction unit for reducing noise in the amplified signal output from the amplification unit;
The solid-state imaging device according to claim 9.
前記増幅部から出力された前記増幅信号をクランプするクランプ部と、
前記クランプ部でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をサンプルホールドして蓄積するサンプルホールド部と、
を備えることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 The noise reduction unit is
A clamping unit for clamping the amplified signal output from the amplification unit;
A sample hold unit that samples and holds a signal corresponding to the amplified signal clamped by the clamp unit; and
The solid-state imaging device according to claim 11, comprising:
前記光電変換素子の出力端子から前記出力部の入力端子までに至る経路上の、いずれかの位置に配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The connection point on the first substrate side in the connection part and the connection point on the second substrate side in the connection part are:
Arranged at any position on the path from the output terminal of the photoelectric conversion element to the input terminal of the output unit,
The solid-state imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The connecting portion is a bump.
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記第1の基板の表面に形成された第1の電極と、前記第2の基板の表面に形成され、前記第1の電極と貼り合わされた第2の電極とを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The connecting portion is
A first electrode formed on the surface of the first substrate; and a second electrode formed on the surface of the second substrate and bonded to the first electrode;
The solid-state imaging device according to claim 1.
前記光電変換素子に入射する光が照射される前記第1の基板の表面とは反対側の表面と接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The second substrate is
Connected to the surface opposite to the surface of the first substrate irradiated with light incident on the photoelectric conversion element;
The solid-state imaging device according to claim 1.
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号を、第1の蓄積部に転送させる第1の転送ステップと、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送させる第2の転送ステップと、
前記第2の基板に配置された前記画素の出力部から、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。 A control method for a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
A first transfer step of transferring a signal generated by a photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate to a first storage unit;
A second transfer step of transferring a signal accumulated in the first accumulation unit to a second accumulation unit shared by a plurality of the pixels included in the same group;
An output step of outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from an output unit of the pixel disposed on the second substrate;
A control method for a solid-state imaging device.
当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に転送する第2の転送部と、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and a plurality of the pixels share one connection part,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit;
A second transfer unit that transfers a signal accumulated in the first accumulation unit to a second accumulation unit shared by a plurality of the pixels included in the same group;
An output unit arranged on the second substrate and outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from the pixel;
An imaging apparatus comprising:
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送部と、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit simultaneously in all the pixels;
A second storage unit configured to sequentially transfer a signal stored in the first storage unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; A transfer section;
An output unit arranged on the second substrate and outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from the pixel;
A solid-state imaging device comprising:
前記第2の基板に配置され、前記接続部を経由して取得した、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を蓄積する第3の蓄積部を、さらに備え、
前記出力部は、
前記第3の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する、
ことを特徴とする請求項19に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A third accumulation unit that is disposed on the second substrate and that is obtained via the connection unit and accumulates the signal accumulated in the second accumulation unit;
The output unit is
Outputting the signal accumulated in the third accumulation unit from the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 19.
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送させる第1の転送ステップと、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送させる第2の転送ステップと、
前記第2の基板に配置された前記画素の出力部から、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。 A control method for a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
A first transfer step of transferring a signal generated by a photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate to a first accumulation unit simultaneously in all the pixels;
A second storage unit configured to sequentially transfer a signal stored in the first storage unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; A transfer step;
An output step of outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from an output unit of the pixel disposed on the second substrate;
A control method for a solid-state imaging device.
当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積部に転送する第1の転送部と、
前記第1の蓄積部に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積部に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送部と、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積部に蓄積された信号を、前記画素から出力する出力部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and a plurality of the pixels share one connection part,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer unit that transfers a signal generated by the photoelectric conversion element to a first storage unit simultaneously in all the pixels;
A second storage unit configured to sequentially transfer a signal stored in the first storage unit to a second storage unit shared by the plurality of pixels included in the same group within the plurality of pixels included in the group; A transfer section;
An output unit arranged on the second substrate and outputting a signal accumulated in the second accumulation unit from the pixel;
An imaging apparatus comprising:
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer transistor that receives a signal generated by the photoelectric conversion element at one of a source and a drain, outputs the signal from the other of the source and the drain, and transfers the signal to a first storage capacitor;
The signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and drain, output from the other of the source and drain, and transferred to the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the same group A second transfer transistor that
An output circuit including a capacitor and a transistor disposed on the second substrate and outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel;
A solid-state imaging device comprising:
前記第2の基板に配置され、前記接続部を経由して取得した、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を蓄積する第3の蓄積容量であるアナログメモリ回路を、さらに備え、
前記出力回路は、
前記第3の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力する、
ことを特徴とする請求項23に記載の固体撮像装置。 The pixel is
An analog memory circuit, which is a third storage capacitor that is disposed on the second substrate and that is acquired via the connection unit and stores the signal stored in the second storage capacitor;
The output circuit is
Outputting a signal accumulated in the third accumulation capacitor from the pixel;
The solid-state imaging device according to claim 23.
前記光電変換素子で発生した信号をリセットする第1のリセットトランジスタと、
前記第2の蓄積容量に蓄積された信号をリセットする第2のリセットトランジスタとを、さらに備える、
ことを特徴とする請求項23に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A first reset transistor for resetting a signal generated by the photoelectric conversion element;
A second reset transistor for resetting a signal stored in the second storage capacitor,
The solid-state imaging device according to claim 23.
前記第2の蓄積容量に蓄積された信号をゲートに受け、ソースおよびドレインの一方から増幅した増幅信号を出力し、該増幅信号を、該第2の蓄積容量に蓄積された信号として出力する増幅トランジスタを、さらに備える、
ことを特徴とする請求項23に記載の固体撮像装置。 The pixel is
Amplifying the signal stored in the second storage capacitor at the gate, outputting an amplified signal amplified from one of the source and drain, and outputting the amplified signal as a signal stored in the second storage capacitor A transistor further comprising:
The solid-state imaging device according to claim 23.
前記第2のリセットトランジスタを、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有する、
ことを特徴とする請求項25に記載の固体撮像装置。 The pixel is
Sharing the second reset transistor among the plurality of pixels included in the same group;
The solid-state imaging device according to claim 25.
前記増幅トランジスタを、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有する、
ことを特徴とする請求項26に記載の固体撮像装置。 The pixel is
The amplification transistor is shared by a plurality of the pixels included in the same group.
The solid-state imaging device according to claim 26.
複数の前記接続部を介して接続されており、
前記接続部を共有する画素が、同一グループに分類されるよう構成されている、
ことを特徴とする請求項23に記載の固体撮像装置。 The first substrate and the second substrate are:
Connected via a plurality of the connecting portions,
The pixels sharing the connection part are configured to be classified into the same group.
The solid-state imaging device according to claim 23.
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路を、さらに備える、
ことを特徴とする請求項28に記載の固体撮像装置。 The pixel is
A noise reduction circuit for reducing noise in the amplified signal output from the amplification transistor;
The solid-state imaging device according to claim 28.
前記増幅トランジスタのソースおよびドレインの一方に、直接または間接に接続され、出力された前記増幅信号をクランプするためのクランプ容量と、
前記クランプ容量に直接または間接に接続され、クランプされた前記増幅信号をサンプルホールドするサンプルホールドトランジスタと、
を有することを特徴とする請求項30に記載の固体撮像装置。 The noise reduction circuit is:
A clamp capacitor connected to one of the source and drain of the amplification transistor directly or indirectly and for clamping the output amplified signal;
A sample and hold transistor connected directly or indirectly to the clamp capacitor to sample and hold the clamped amplified signal;
The solid-state imaging device according to claim 30, wherein:
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第1の転送トランジスタに、前記画素の光電変換素子で発生した信号を、第1の蓄積容量に転送させる第1の転送ステップと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第2の転送トランジスタに、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送させる第2の転送ステップと、
前記第2の基板に配置された前記画素の出力回路から、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。 A control method for a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
A signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate is received by one of the source and the drain, and is output from the other of the source and drain to the first transfer transistor by the photoelectric conversion element of the pixel. A first transfer step of transferring the generated signal to a first storage capacity;
The signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and the drain, and the second transfer transistor that outputs from the other of the source and drain receives the signal stored in the first storage capacitor in the same group. A second transfer step of transferring to a second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in
An output step of outputting a signal stored in the second storage capacitor from an output circuit of the pixel disposed on the second substrate;
A control method for a solid-state imaging device.
当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に転送する第2の転送トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and a plurality of the pixels share one connection part,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer transistor that receives a signal generated by the photoelectric conversion element at one of a source and a drain, outputs the signal from the other of the source and the drain, and transfers the signal to a first storage capacitor;
The signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and drain, output from the other of the source and drain, and transferred to the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the same group A second transfer transistor that
An output circuit including a capacitor and a transistor disposed on the second substrate and outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel;
An imaging apparatus comprising:
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer transistor that receives a signal generated by the photoelectric conversion element at one of a source and a drain, outputs the signal from the other of the source and the drain, and simultaneously transfers the signal to a first storage capacitor in all the pixels;
A signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and the drain, output from the other of the source and the drain, and the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the same group, A second transfer transistor for sequentially transferring within the plurality of pixels included in the group;
An output circuit including a capacitor and a transistor disposed on the second substrate and outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel;
A solid-state imaging device comprising:
前記第2の基板に配置され、前記接続部を経由して取得した、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を蓄積する第3の蓄積容量であるアナログメモリ回路を、さらに備え、
前記出力回路は、
前記第3の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力する、
ことを特徴とする請求項34に記載の固体撮像装置。 The pixel is
An analog memory circuit, which is a third storage capacitor that is disposed on the second substrate and that is acquired via the connection unit and stores the signal stored in the second storage capacitor;
The output circuit is
Outputting a signal accumulated in the third accumulation capacitor from the pixel;
35. The solid-state imaging device according to claim 34.
当該固体撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記第1の基板に配置された前記画素の光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第1の転送トランジスタに、前記画素の光電変換素子で発生した信号を全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送させる第1の転送ステップと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力する第2の転送トランジスタに、前記第1の蓄積容量に蓄積された信号を、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送させる第2の転送ステップと、
前記第2の基板に配置された前記画素の出力回路から、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を出力させる出力ステップと、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の制御方法。 A control method for a solid-state imaging device in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connecting portion,
The solid-state imaging device has a plurality of the pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and the plurality of pixels share one connection portion,
A signal generated by the photoelectric conversion element of the pixel disposed on the first substrate is received by one of the source and the drain, and is output from the other of the source and drain to the first transfer transistor by the photoelectric conversion element of the pixel. A first transfer step of transferring the generated signal to all of the pixels simultaneously to the first storage capacitor;
The signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and the drain, and the second transfer transistor that outputs from the other of the source and drain receives the signal stored in the first storage capacitor in the same group. A second transfer step of sequentially transferring the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the plurality of pixels included in the group;
An output step of outputting a signal stored in the second storage capacitor from an output circuit of the pixel disposed on the second substrate;
A control method for a solid-state imaging device.
当該撮像装置が有する前記画素は複数あり、それぞれの前記画素は1以上のグループのいずれかに分類されており、複数の前記画素で1つの前記接続部を共有しており、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、全ての前記画素で同時に、第1の蓄積容量に転送する第1の転送トランジスタと、
前記第1の蓄積容量に蓄積された信号をソースおよびドレインの一方に受け、ソースおよびドレインの他方から出力して、同一グループに含まれる複数の前記画素で共有される第2の蓄積容量に、該グループに含まれる複数の前記画素内で順次転送する第2の転送トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記第2の蓄積容量に蓄積された信号を、前記画素から出力するための容量やトランジスタを有する出力回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus in which a first substrate on which circuit elements constituting pixels are arranged and a second substrate are electrically connected by a connection unit,
The imaging device has a plurality of pixels, each of the pixels is classified into one or more groups, and a plurality of the pixels share one connection part,
The pixel is
A photoelectric conversion element disposed on the first substrate;
A first transfer transistor that receives a signal generated by the photoelectric conversion element at one of a source and a drain, outputs the signal from the other of the source and the drain, and simultaneously transfers the signal to a first storage capacitor in all the pixels;
A signal stored in the first storage capacitor is received by one of the source and the drain, output from the other of the source and the drain, and the second storage capacitor shared by the plurality of pixels included in the same group, A second transfer transistor for sequentially transferring within the plurality of pixels included in the group;
An output circuit including a capacitor and a transistor disposed on the second substrate and outputting a signal stored in the second storage capacitor from the pixel;
An imaging apparatus comprising:
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CN110944127A (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | 佳能株式会社 | Photoelectric conversion device and image sensing system |
-
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- 2011-07-22 JP JP2011160898A patent/JP2013026896A/en not_active Withdrawn
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CN110944127A (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | 佳能株式会社 | Photoelectric conversion device and image sensing system |
CN110944127B (en) * | 2018-09-21 | 2023-03-17 | 佳能株式会社 | Photoelectric conversion device and image sensing system |
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