JP2016201639A5 - - Google Patents

Description

本発明の１つの側面に係る実施形態は、撮像装置の駆動方法である。撮像装置は、入射光に基づいて電荷を生成し、かつ、前記電荷を蓄積する光電変換部と、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、前記複数の画素からの複数の信号が出力される出力線と、を有する。実施形態の撮像装置の駆動方法は、前記複数の信号を前記出力線に出力するための動作を複数回行い、複数回行われる前記動作のそれぞれにおいて、前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしている状態にすることにより、前記保持部を介して前記光電変換部の電荷を排出する排出動作を行い、前記排出動作の後の第１の時刻において、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオンからオフに制御することで、前記複数の画素の前記光電変換部において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の転送スイッチをオフに維持し、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部において前記第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において、前記第１の期間に生じた電荷、および、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の転送スイッチをオンからオフに制御し、前記第３の時刻から第４の時刻までの第３の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチを順にオンし、かつ、前記複数の信号を前記出力線へ順に出力する出力動作を行い、複数回行われる前記動作は、第１の動作および前記第１の動作の次に行われる第２の動作を含み、前記第２の動作での前記排出動作は、前記第１の動作での前記出力動作が終わった後に行われる、ことを特徴とする。

本発明の別の側面に係る実施形態は、入射光に基づいて電荷を生成し、かつ、前記電荷を蓄積する光電変換部と、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、前記複数の画素からの複数の信号が出力される出力線と、を有する撮像装置であって、前記複数の信号を前記出力線に出力するための動作を複数回行い、複数回行われる前記動作のそれぞれにおいて、前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしている状態にすることにより、前記保持部を介して前記光電変換部の電荷を排出する排出動作を行い、前記排出動作の後の第１の時刻において、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオンからオフに制御することで、前記複数の画素の前記光電変換部において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の転送スイッチをオフに維持し、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部において前記第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において、前記第１の期間に生じた電荷、および、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の転送スイッチをオンからオフに制御し、前記第３の時刻から第４の時刻までの第３の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチを順にオンし、かつ、前記複数の信号を前記出力線へ順に出力する出力動作を行い、複数回行われる前記動作は、第１の動作および前記第１の動作の次に行われる第２の動作を含み、前記第２の動作での前記排出動作は、前記第１の動作での前記出力動作が終わった後に行われる、ことを特徴とする。

排出動作の後の第１の時刻において、複数の画素の第１の転送スイッチをオンからオフに制御する。この制御により、複数の画素の光電変換部が電荷の蓄積を開始する。好ましくは、複数の画素の第１の転送スイッチをオンからオフに同時に制御する。これにより、複数の画素の光電変換部が電荷の蓄積を同時に開始することができる。結果として、複数の画素の間で蓄積時間を揃えられるため、画質を向上させることができる。

Claims (20)

1. 入射光に基づいて電荷を生成し、かつ、前記電荷を蓄積する光電変換部と、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、
   前記複数の画素からの複数の信号が出力される出力線と、を有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の信号を前記出力線に出力するための動作を複数回行い、
   複数回行われる前記動作のそれぞれにおいて、
   前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしている状態にすることにより、前記保持部を介して前記光電変換部の電荷を排出する排出動作を行い、
   前記排出動作の後の第１の時刻において、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオンからオフに制御することで、前記複数の画素の前記光電変換部において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の転送スイッチをオフに維持し、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部において前記第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において、前記第１の期間に生じた電荷、および、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の転送スイッチをオンからオフに制御し、
   前記第３の時刻から第４の時刻までの第３の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチを順にオンし、かつ、前記複数の信号を前記出力線へ順に出力する出力動作を行い、
   複数回行われる前記動作は、第１の動作および前記第１の動作の次に行われる第２の動作を含み、
   前記第２の動作での前記排出動作は、前記第１の動作での前記出力動作が終わった後に行われる、
   ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
2. 前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしている状態から、前記第１の時刻において前記第１の転送スイッチをオンからオフに制御した後に、前記第２の転送スイッチをオンからオフへ制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
3. 複数回行われる前記動作を通して、前記出力動作が行われている前記第３の期間には前記排出動作を行わない、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置の駆動方法。
4. 複数回行われる前記動作を通して、前記第２の期間には前記排出動作を行わない、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
5. 前記複数の画素のそれぞれが前記増幅部の入力ノードの電圧をリセットするリセットスイッチを含み、
   前記排出動作において、前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしているときに前記リセットスイッチがオンの状態である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
6. 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の転送スイッチをオンに制御し、
   前記第２の期間の一部において、前記第１の転送スイッチをオフに制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
7. 前記第２の期間において、前記第１の転送スイッチをオフからオンへ遷移させる制御を行い、
   前記第２の期間において前記第１の転送スイッチがオフからオンへ遷移する回数が、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６に記載の撮像装置の駆動方法。
8. 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の転送スイッチをオフに維持され、かつ、前記複数の画素の前記光電変換部において前記第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７のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
9. 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３の期間の少なくとも一部において、前記排出スイッチをオンの状態にする、
   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の駆動方法。
10. 前記排出スイッチは、前記第１の転送スイッチによる電荷の排出の経路とは別の経路で、前記光電変換部の電荷を排出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置の駆動方法。
11. 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１０のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
12. 前記光電変換部の飽和電荷量Ａ１、前記保持部の飽和電荷量Ａ２、前記第１の期間Ｐ１、前記第２の期間Ｐ２が、次の関係を満たす、
    
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
13. 前記光電変換部の飽和電荷量Ａ１、前記保持部の飽和電荷量Ａ２、前記第１の期間Ｐ１、前記第２の期間Ｐ２が、次の関係を満たす、
    
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
14. 前記第１の時刻から第２の時刻まで、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチをオフに維持する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の撮像装置の駆動方法。
15. 入射光に基づいて電荷を生成し、かつ、前記電荷を蓄積する光電変換部と、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、
    前記複数の画素からの複数の信号が出力される出力線と、を有する撮像装置であって、
    前記複数の信号を前記出力線に出力するための動作を複数回行い、
    複数回行われる前記動作のそれぞれにおいて、
    前記第１の転送スイッチおよび前記第２の転送スイッチの両方がオンしている状態にすることにより、前記保持部を介して前記光電変換部の電荷を排出する排出動作を行い、
    前記排出動作の後の第１の時刻において、前記複数の画素の前記第１の転送スイッチをオンからオフに制御することで、前記複数の画素の前記光電変換部において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の転送スイッチをオフに維持し、かつ、前記少なくとも１つの画素の前記光電変換部において前記第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において、前記第１の期間に生じた電荷、および、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の転送スイッチをオンからオフに制御し、
    前記第３の時刻から第４の時刻までの第３の期間に、前記複数の画素の前記第２の転送スイッチを順にオンし、かつ、前記複数の信号を前記出力線へ順に出力する出力動作を行い、
    複数回行われる前記動作は、第１の動作および前記第１の動作の次に行われる第２の動作を含み、
    前記第２の動作での前記排出動作は、前記第１の動作での前記出力動作が終わった後に行われる、
    ことを特徴とする撮像装置。
16. 前記保持部は、前記電荷を保持する第１導電型の第１の半導体領域と、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の半導体領域とを含む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記光電変換部の上に配された導波路を有する、
    ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の撮像装置。
18. 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１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載の撮像装置。
19. 前記光電変換部の飽和電荷量Ａ１、前記保持部の飽和電荷量Ａ２、前記第１の期間Ｐ１、前記第２の期間Ｐ２が、次の関係を満たす、
    
    ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか一項に記載の撮像装置。
20. 請求項１５乃至請求項１９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、
    ことを特徴とする撮像システム。