JP2015177349A5

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Publication number: JP2015177349A5
Application number: JP2014052327A
Authority: JP
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-03-14

Description

本発明の１つの側面に係る実施形態は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力し、前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷を保持し、前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、前記保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量より大きい、ことを特徴とする。

本発明の別の側面に係る実施形態は、入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を前記光電変換部とは別の場所で保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、第１の期間に生じた電荷を、前記複数の画素の前記光電変換部が蓄積し、前記第１の期間の後に続く、第２の期間に、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の期間に生じた電荷を、前記複数の画素の前記保持部が保持し、前記第１の期間に、前記複数の画素において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部へ読み出す動作を順に行い、前記保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量より大きい、ことを特徴とする。

第１の期間に、複数の画素の保持部に保持された電荷に基づく信号を、増幅部が、順次、出力線へ出力する。言い換えると、当該第１の期間に、各画素が少なくとも１回ずつ信号を出力する。具体的な動作としては、当該第１の期間に、複数の画素の第２の転送スイッチが、順次、オンする。第１の期間に生じた電荷は光電変換部に蓄積されるので、保持部は第１の時刻より前に生じた電荷を、この第１の期間の間、保持することができる。

Ｐ型の半導体領域１４はウェルである。Ｎ型の半導体領域１１の下に、Ｎ型の半導体領域１３が配される。Ｎ型の半導体領域１３の不純物濃度は、Ｎ型の半導体領域１１の不純物濃度より低い。これにより、深い位置で生じた電荷がＮ型の半導体領域１１に収集される。ここでは、Ｎ型の半導体領域１３はＰ型でもよい。Ｎ型の半導体領域１３の下には、電荷に対するポテンシャルバリアとなるＰ型の半導体領域１７が配される。

図９（ａ）と図９（ｂ）とは、排出スイッチ１８の動作するタイミングを変更している。図９（ａ）では、時刻Ｔ４に排出スイッチ１８をオンからオフに制御している。排出スイッチ１８がオンしている間は生じた電荷が排出される。そのため、図９（ａ）の駆動によれば、露光期間は時刻Ｔ４から時刻Ｔ３である。図９（ｂ）では、時刻Ｔ５に排出スイッチ１８をオンからオフに制御している。そのため、図９（ｂ）の駆動によれば、露光期間は時刻Ｔ５から時刻Ｔ３である。

Claims

入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力し、
遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンに制御され、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷を保持し、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、
前記保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量より大きい、
ことを特徴とする撮像装置。
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチがオフに維持される、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第２の期間の一部に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフに制御される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力し、
遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンに制御され、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷を保持し、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチがオフに維持される、
ことを特徴とする撮像装置。
前記第２の期間の一部に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフに制御される、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力し、
遅くとも前記第２の時刻までに、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンに制御され、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷を保持し、
前記第２の期間の一部に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフに制御され、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御される、
ことを特徴とする撮像装置。
前記第２の期間において、前記第１の転送スイッチのオフからオンへの制御を複数回行う、
ことを特徴とする請求項３、請求項５および請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記複数回は、前記光電変換部の飽和電荷量に対する前記保持部の飽和電荷量の比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記複数の画素のそれぞれが、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチを有し、
前記第１の時刻から前記第２の時刻まで、前記少なくとも１つの画素の前記排出スイッチがオフに維持される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記排出スイッチをオンからオフへ制御することによって、前記電荷の蓄積を開始する、
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
前記第１の転送スイッチをオンからオフへ制御することによって、前記電荷の蓄積を開始する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の時刻から前記第３の時刻まで、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオンに維持する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記保持部は、前記電荷を保持する第１導電型の第１の半導体領域を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記保持部は、前記第１の半導体領域の上に配された第２導電型の第２の半導体領域を含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
前記保持部は、前記第１の半導体領域の下に配された第２導電型の第３の半導体領域、および、前記第３の半導体領域の下に配された第２導電型の第４の半導体領域を含み、
前記第３の半導体領域の不純物濃度が、前記第４の半導体領域の不純物濃度より高い、
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の撮像装置。
前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に対応して配された導波路を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の時刻から前記第２の時刻まで、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記複数の画素の前記光電変換部が前記第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第２の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオフからオンへ制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第１の期間に、前記増幅部による前記信号の出力が終わった画素から順に、前記第１の転送スイッチがオフからオンへ制御される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第３の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が同時に前記電荷の蓄積を開始し、
その後、前記第１の時刻から前記第３の時刻までの動作を繰り返す、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記第２の期間が、前記第１の期間より長い、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記光電変換部および前記保持部が配された半導体基板を有し、
前記半導体基板の表面と平行な面への前記光電変換部の正射影の面積が、前記面への前記保持部の正射影の面積より小さい、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載の撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、
第１の動作モードと、
第２の動作モードと、を有し、
前記第１の動作モードにおいて、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記光電変換部が前記電荷の蓄積を開始し、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部が前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、かつ、前記複数の画素の前記増幅部が前記信号を順に出力し、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記保持部が、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間に生じた電荷を保持し、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、
前記第２の動作モードにおいて、
前記複数の画素の前記光電変換部による前記電荷の蓄積を、順次、開始した後、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチを、順次、オンに制御し、
前記保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量より大きい、
ことを特徴とする撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を前記光電変換部とは別の場所で保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の期間に生じた電荷を、前記複数の画素の前記光電変換部が蓄積し、
前記第１の期間の後に続く、第２の期間に、前記光電変換部において前記第１の期間に生じた電荷、および、前記光電変換部において前記第２の期間に生じた電荷を、前記複数の画素の前記保持部が保持し、
前記第１の期間に、前記複数の画素において、前記保持部に保持された電荷を前記増幅部へ読み出す動作を順に行い、
前記保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量より大きい、
ことを特徴とする撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、
前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチがオフに維持され、
前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間の少なくとも一部に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンし、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御される、
ことを特徴とする撮像装置。
入射光によって生じた電荷の蓄積を行う光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、前記光電変換部から前記保持部へ前記電荷を転送する第１の転送スイッチと、前記保持部から前記増幅部へ前記電荷を転送する第２の転送スイッチと、前記光電変換部の電荷を排出する排出スイッチと、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素の前記増幅部からの信号が出力される出力線と、を有し、
第１の時刻において、前記複数の画素の前記排出スイッチがオンからオフに制御され、
前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記第１の転送スイッチがオフに維持され、
前記第１の時刻から前記第２の時刻までの第１の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチが順にオンし、
前記第２の時刻から第３の時刻まで、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチがオフに維持され、
前記第２の時刻から前記第３の時刻までの第２の期間の少なくとも一部に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンし、
前記第３の時刻に、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチがオンからオフに制御され、
前記第１の時刻から前記第３の時刻まで、前記複数の画素の前記排出スイッチがオフに維持される、
ことを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至請求項２５のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する信号処理装置と、を備える、
こと特徴とする撮像システム。