JP2017188842A - Solid state image pickup device, and image pickup system - Google Patents
Solid state image pickup device, and image pickup system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017188842A JP2017188842A JP2016078058A JP2016078058A JP2017188842A JP 2017188842 A JP2017188842 A JP 2017188842A JP 2016078058 A JP2016078058 A JP 2016078058A JP 2016078058 A JP2016078058 A JP 2016078058A JP 2017188842 A JP2017188842 A JP 2017188842A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wiring
- solid
- imaging device
- state imaging
- horizontal transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system.
特許文献1には、固体撮像装置において、複数の列をなして配列された画素から出力される信号を各列に対応して配されたクランプ容量に一時的に保持し、順次水平転送線へ転送する構成が開示されている。特許文献1の固体撮像装置は、水平転送線の信号レベルに基づいて、水平転送線に接続される水平転送スイッチに生じる寄生容量を制御する。より具体的には、特許文献1の技術によれば、水平転送線に接続される水平転送スイッチのゲートとバックゲートとの間の寄生容量を実効的に低減することができる。 In Patent Document 1, in a solid-state imaging device, signals output from pixels arranged in a plurality of columns are temporarily held in clamp capacitors arranged corresponding to the columns, and sequentially transferred to a horizontal transfer line. A configuration for forwarding is disclosed. The solid-state imaging device of Patent Document 1 controls parasitic capacitance generated in a horizontal transfer switch connected to the horizontal transfer line based on the signal level of the horizontal transfer line. More specifically, according to the technique of Patent Document 1, it is possible to effectively reduce the parasitic capacitance between the gate and the back gate of the horizontal transfer switch connected to the horizontal transfer line.
一眼レフカメラのように高感度な撮像システムには大きい撮像領域を有する固体撮像装置が用いられる。このような固体撮像装置は、長い水平転送線を有する。そのため、水平転送スイッチに生じる寄生容量に比べて、水平転送線と半導体基板との間の寄生容量、あるいは、水平転送線と近接する配線との間の寄生容量が無視できない程度に大きくなることがある。そのため、特許文献1の技術においては、水平転送線に付随する寄生容量の低減が不十分となる場合がある。 A solid-state imaging device having a large imaging area is used for a highly sensitive imaging system such as a single-lens reflex camera. Such a solid-state imaging device has a long horizontal transfer line. Therefore, the parasitic capacitance between the horizontal transfer line and the semiconductor substrate or the parasitic capacitance between the horizontal transfer line and the adjacent wiring may be increased to a level that cannot be ignored compared to the parasitic capacitance generated in the horizontal transfer switch. is there. For this reason, in the technique of Patent Document 1, there is a case where reduction of parasitic capacitance associated with the horizontal transfer line is insufficient.
寄生容量の低減が不十分な場合、固体撮像装置から出力される信号の振幅が低下し、取得される画像の画質が低下する可能性がある。特に、信号を保持する保持容量から水平転送線へ容量分割によって信号を出力する場合、寄生容量が大きい水平転送線においては、出力される信号の振幅が小さくなる可能性がある。結果として、ノイズの影響が大きくなり得る。したがって、このような構成においては、画質低下の課題がより顕著である。 If the parasitic capacitance is not sufficiently reduced, the amplitude of the signal output from the solid-state imaging device may be reduced, and the image quality of the acquired image may be reduced. In particular, when a signal is output from a storage capacitor that holds a signal to the horizontal transfer line by capacitive division, the amplitude of the output signal may be small in a horizontal transfer line having a large parasitic capacitance. As a result, the influence of noise can be large. Therefore, in such a configuration, the problem of image quality deterioration is more remarkable.
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであって、寄生容量による信号振幅の低下による画質低下を低減し得る固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can reduce image quality deterioration due to signal amplitude reduction due to parasitic capacitance.
本発明の一観点によれば、複数の列をなすように配置され、それぞれが光電変換により生成された信号を出力する複数の画素と、前記複数の列に対応して配置され、それぞれが対応する列の前記画素から出力された前記信号を保持する複数の保持容量と、前記複数の保持容量のうちの少なくとも1つに保持された前記信号が容量分割により出力される第1の配線と、前記第1の配線に入力された前記信号を増幅する第1の増幅器と、前記第1の配線の隣に配置され、前記第1の増幅器により増幅された前記信号が入力される第2の配線と、を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a plurality of pixels arranged in a plurality of columns, each of which outputs a signal generated by photoelectric conversion, are arranged corresponding to the plurality of columns, each corresponding A plurality of storage capacitors that hold the signals output from the pixels of the column to be connected; a first wiring that outputs the signals held in at least one of the plurality of storage capacitors by capacitive division; A first amplifier that amplifies the signal input to the first wiring, and a second wiring that is disposed next to the first wiring and that receives the signal amplified by the first amplifier. A solid-state imaging device is provided.
本発明によれば、信号振幅の低下による画質低下を低減し得る固体撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which can reduce the image quality fall by the fall of a signal amplitude can be provided.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。各図において同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted or simplified.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。固体撮像装置は、図1に示すように、撮像領域10、垂直走査回路20、複数の読み出し回路21、水平走査回路24、及び水平転送部30を有する。撮像領域10は、複数の行及び複数の列をなすように配置された複数の画素100を有する。画素100は、光電変換により入射光に応じた信号を生成して出力する素子である。図1には、簡略化のため、3行2列分の画素100のみが図示されている。しかしながら、行方向及び列方向に配置される複数の画素100の個数は特に限定されない。例えば、固体撮像装置は、図1に示されているような行列状に画素100が配置されたエリアセンサではなく、行数が1行のラインセンサであってもよい。なお、本明細書において、行方向とは図面において横方向を示し、列方向とは図面において縦方向を示すものとする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device includes an
撮像領域10は、各行に対応して配置された複数の駆動信号線23と、各列に対応して配置された複数の垂直信号線22とを有する。各行の駆動信号線23は、行方向に並ぶ複数の画素100に共通に接続される。各列の垂直信号線22は、列方向に並ぶ複数の画素100に共通に接続される。垂直走査回路20は、各行の駆動信号線23を介して各画素100に駆動信号RES、TX、SELを供給する。図1においては、駆動信号線23は各行に1つずつ配置されているように図示されているが、駆動信号線23は各行に複数本ずつ配置されていてもよい。本実施形態では、各行の駆動信号線23は、駆動信号RESを供給する配線と、駆動信号TXを供給する配線と、駆動信号SELを供給する配線の3つの配線を含むものとする。各列の垂直信号線22は、各列に対応して設けられた読み出し回路21に接続される。各読み出し回路21は、各画素から信号を読み出して、所定の処理を行ってから水平転送部30に出力する回路である。読み出し回路21は、増幅回路、電流源回路、CDS(Correlated Double Sampling)回路等を含み得る。
The
水平転送部30は、保持容量31、水平走査トランジスタ32、水平転送線33、出力増幅器34、及びシールド線35を有する。保持容量31の一端は読み出し回路21の出力端子及び水平走査トランジスタ32の一方の主電極(ソース又はドレイン)に接続される。保持容量31の他端は、接地される。水平走査トランジスタ32の他方の主電極は、水平転送線33に接続される。水平転送線33は、出力増幅器34の入力端子に接続される。また、水平転送線33は、上述の列方向と交差する方向に延在する。出力増幅器34の出力端子は固体撮像装置の出力端子を構成する。出力増幅器34は例えばMOSトランジスタを用いたソースフォロワ回路により構成され得る。なお、上述の説明では、一例として水平転送部30の出力が固体撮像装置の出力端子を構成するものとしているが、固体撮像装置は水平転送部30の後段に更に信号処理回路等の追加の回路を有していてもよい。この場合、水平転送部30の出力増幅器34は、当該追加の回路に信号を出力するための出力増幅器として機能する。
The
水平走査回路24は各列の水平走査トランジスタ32のゲートに対し順次駆動信号PHのパルスを出力して、順次水平走査トランジスタ32を導通状態(オン)にする水平走査を行う。これにより、水平走査回路24は、各列の保持容量31に保持された信号を順次出力増幅器34を介して固体撮像装置から出力させる制御を行う。シールド線35は、出力増幅器34の出力端子に接続されており、かつ水平転送線33の隣に配置されている。すなわち、シールド線35も、水平転送線33と同様に上述の列方向と交差する方向に延在する。ここで、出力増幅器34は非反転増幅器であり得る。この場合、水平転送線33の電圧とシールド線35の電圧は同符号となる。例えば、出力増幅器34の入出力は同位相であり得る。この場合、シールド線35の電圧は、水平転送線33の電圧と同位相になる。
The
このように、本実施形態において、水平転送部30の第1の増幅器である出力増幅器34は、第1の配線である水平転送線33に転送された信号を増幅して出力する。出力された信号は、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置の外部に出力されるとともに、第2の配線であるシールド線35にも出力される。
As described above, in this embodiment, the
図2は、第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。画素100は、図2に示すように、フォトダイオード101、転送MOSトランジスタ102、リセットMOSトランジスタ103、増幅MOSトランジスタ104、選択MOSトランジスタ105及び電源電圧線107(電圧VDD)を有している。転送MOSトランジスタ102のゲートには駆動信号TXが入力され、リセットMOSトランジスタ103のゲートには駆動信号RESが入力され、選択MOSトランジスタ105のゲートには駆動信号SELが入力される。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
フォトダイオード101のアノードは接地されており、フォトダイオード101のカソードは転送MOSトランジスタ102のソースに接続される。転送MOSトランジスタ102のドレインは、リセットMOSトランジスタ103のソース及び増幅MOSトランジスタ104のゲートに接続される。転送MOSトランジスタ102のドレイン、リセットMOSトランジスタ103のソース及び増幅MOSトランジスタ104のゲートの接続点は浮遊拡散部106を構成する。リセットMOSトランジスタ103及び増幅MOSトランジスタ104のドレインは、電源電圧線107に接続される。増幅MOSトランジスタ104のソースは選択MOSトランジスタ105のドレインに接続される。選択MOSトランジスタ105のソースは垂直信号線22に接続される。
The anode of the
フォトダイオード101は、光電変換により入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換素子である。駆動信号TXがハイレベルになると、転送MOSトランジスタ102は、導通状態となり、フォトダイオード101で生じた信号電荷を浮遊拡散部106に転送する。増幅MOSトランジスタ104は、浮遊拡散部106に転送された電荷に応じた信号電圧を、選択MOSトランジスタ105を介して垂直信号線22に出力する。増幅MOSトランジスタ104及び不図示の電流源は、ソースフォロワ回路を構成する。増幅MOSトランジスタ104のゲートノードである浮遊拡散部106は、当該ソースフォロワ回路の入力ノードとなる。駆動信号RESがハイレベルになると、リセットMOSトランジスタ103は、導通状態となる。この動作により、浮遊拡散部106は既定の電位(リセット電位)にリセットされる。
The
ある行の駆動信号SELがハイレベルになると、当該行の選択MOSトランジスタ105が導通状態となり、当該行が選択された状態となる。選択された行の画素100で生成された信号電圧は、垂直信号線22に出力され、読み出し回路21を介して保持容量31に入力される。保持容量31は、当該信号電圧に応じた電荷を端子間に保持することにより、画素100から出力された信号を保持する。その後、水平走査が行われ、各列の水平走査トランジスタ32が順次導通状態になり、保持容量31に保持された信号が水平転送線33に転送される。
When the drive signal SEL of a certain row becomes high level, the
水平転送線33と、水平転送線33の近くに配される導電性部材等との間には、容量性カップリングにより寄生容量が生じ得る。水平走査トランジスタ32が導通状態になると、水平転送線33の電圧と保持容量31の電圧が一致するように電荷の移動が起こる。このとき、保持容量31に保持された電荷の一部は、上述の寄生容量の充電に用いられる。そして、水平転送線33の電圧は、容量分割により、保持容量31に保持されていた電荷と、保持容量31及び水平転送線33の寄生容量の合成容量とに応じた電圧となる。したがって、水平転送線33の電圧は、水平走査トランジスタ32が導通状態になる前の保持容量31の電圧よりも低くなる。すなわち、保持容量31と水平転送線33に生じる寄生容量との間の容量分割により信号振幅が低下し得る。なお、本明細書において、容量分割とは、第1の容量がトランジスタ等によって別の第2の容量に接続されたときに、第1の容量に保持された電圧が第1及び第2の容量の合成容量に応じた電圧に変換されることを意味する。つまり、本実施例では、保持容量31に保持された電圧が、保持容量31及び水平転送線33の容量の合成容量に応じた電圧へ変換される。なお、水平転送線33に容量素子が接続されている場合、水平転送線33の容量は、水平転送線33の寄生容量による成分と接続された容量素子による成分との合成容量である。
A parasitic capacitance may be generated between the
本実施形態のシールド線35は上述の要因による信号振幅の低下量を低減する効果を有する。図3(a)、図3(b)及び図4を参照して、シールド線35の効果について説明する。図3(a)は、本実施形態に係る水平転送部30aの等価回路図である。図3(b)は、シールド線35が設けられていない場合を想定した比較例に係る水平転送部30bの等価回路図である。図4は本実施形態及び比較例に係る水平転送線33における信号波形の例を示す図である。
The
図3(a)に示す水平転送部30aの等価回路図には、寄生容量36、寄生容量37、導電性部材38及び寄生容量39aが図示されている。寄生容量36は、水平転送線33とシールド線35の間に発生する寄生容量を等価的に示すものである。導電性部材38は、固体撮像装置内において水平転送線33の近くに配される導電性を有する金属、半導体等の材料を含む部材である。導電性部材38は、例えば、信号電圧、接地電圧、又は電源電圧等の、水平転送線33及びシールド線35とは異なる電圧を有する第3の配線であり得る。あるいは、導電性部材38は、固体撮像装置が形成される水平転送線33及びシールド線35とは異なる電圧を有する半導体基板の一部であり得る。半導体基板には不純物拡散領域が形成されており、水平転送線33等の配線との間に寄生容量を生じる場合がある。図3(a)の寄生容量37は、シールド線35と導電性部材38との間の寄生容量を等価的に示すものである。すなわち、シールド線35は、水平転送線33と導電性部材38の間の容量性カップリングをシールドするようにこれらの間に配置されている。これにより、水平転送線33と導電性部材38の間に直接生じる容量性カップリングに起因する寄生容量39aの容量値は十分に小さな値とすることができる。より具体的には、シールド線35は、導電性部材38よりも水平転送線33に近い位置に配置されるので、寄生容量39aは、寄生容量36よりも小さくすることができる。
In the equivalent circuit diagram of the
これに対し、図3(b)に示す比較例に係る水平転送部30bの等価回路図には、シールド線35が設けられていない。そのため、水平転送線33と導電性部材38との間に図3(a)の場合の寄生容量39aよりも大きい寄生容量39bが発生する。
On the other hand, the
水平走査トランジスタ32が導通状態になる際の容量分割による信号振幅の低下について、図3(a)及び図3(b)の等価回路のそれぞれについて説明する。ここで、水平走査トランジスタ32が導通状態になる前に保持容量31に保持されている電圧はV1であるものとする。また、図3(a)の等価回路において、水平走査トランジスタ32が導通状態になった後の水平転送線33の電圧はV2であるものとする。また、図3(b)の等価回路において、水平走査トランジスタ32が導通状態になった後の水平転送線33の電圧はV3であるものとする。更に、保持容量31、寄生容量36、37、39bの容量値は、それぞれC1、C2、C3、C4であるものとする。また、以下の説明において寄生容量39aの容量値は無視できるほど小さいものとする。
Each of the equivalent circuits shown in FIGS. 3A and 3B will be described with respect to a decrease in signal amplitude due to capacitive division when the
まず、比較例に係る図3(b)の等価回路を参照して、容量分割による信号振幅の低下を説明する。水平走査トランジスタ32が導通状態になる前において、容量値C1の保持容量31には、電圧V1が保持されている。水平走査トランジスタ32が導通状態になると、容量値は保持容量31と寄生容量39bの合成容量である(C1+C4)となり、これらに保持される電圧はV3となる。両時点で電荷は保存されるので、V3=V1×C1/(C1+C4)の関係が得られる。C1/(C1+C4)は、1よりも小さい値であるため、V3はV1よりも小さい電圧となる。したがって、比較例においては、容量分割により、信号振幅がV1からV3に低下する。信号振幅が低下すると、S/N(Signal-to-Noise)比が低下するため、当該固体撮像装置により取得される画像の画質が劣化する原因となる場合がある。
First, with reference to the equivalent circuit of FIG. 3B according to the comparative example, a decrease in signal amplitude due to capacitive division will be described. Before the
これに対し、本実施形態に係る図3(a)の等価回路では、水平転送線33と導電性部材38との間の寄生容量39bに代えて、水平転送線33とシールド線35の間の寄生容量36及びシールド線35と導電性部材38との間の寄生容量37が生じる。上述の比較例と同様にして仮にシールド線35がフロート配線であるものとして水平転送線33の電圧V2を計算すると、V2=V1×C1/(C1+C5)の関係が得られる。ここで、C5はC2とC3の直列合成容量であり、C5=C2×C3/(C2+C3)となる。仮にC4とC5が同程度の値であれば、比較例と同様の結果となる。
On the other hand, in the equivalent circuit of FIG. 3A according to the present embodiment, instead of the
しかしながら、出力増幅器34によりシールド線35には、水平転送線33と同符号の電圧が印加されている。典型的には、シールド線35の電圧と水平転送線33の電圧は同位相である。ここでの同位相とは、反転されていないという意味である。出力増幅器34での遅延による位相差が生じていてもよい。この状態では、水平転送線33の電圧とシールド線35の電圧の差は小さくなる。すなわち、寄生容量36の両端に印加される電圧を小さくすることにより、寄生容量36に保持される電荷を小さくすることができる。これにより、C2が低減された場合と実質的に同様の効果が生じ、C2を含む合成容量であるC5がC4よりも低減された状態と同視できるため、V2はV3よりも大きくなる。したがって、本実施形態においては、容量分割による信号振幅の低下量が、比較例と比べて小さくなる。
However, a voltage having the same sign as that of the
図4を参照して、第1の実施形態及び比較例に係る水平転送線33における信号波形の違いを説明する。図4には、駆動信号PHと水平転送線33の電圧の時間変化が示されている。水平転送線33の電圧のグラフにおいて、実線は本実施形態の水平転送線33の電圧の時間変化を示しており、破線は比較例の水平転送線33の電圧の時間変化を示している。時刻t1において駆動信号PHがローレベルからハイレベルになると、水平走査トランジスタ32が導通状態になる。保持容量31から寄生容量36への電荷の移動に従い、水平転送線33の電圧が上昇し始める。所定の整定時間が経過し、水平転送線33の電圧が安定した時刻t2における水平転送線33の電圧は、第1の実施形態の場合、V2であり、比較例の場合、V3である。上述のように、V2はV3よりも大きくなるので、本実施形態によれば、比較例と比べて大きな信号振幅が得られることがわかる。
With reference to FIG. 4, the difference in signal waveform in the
図5(a)及び図5(b)を参照して、第1の実施形態に係る水平転送線33、シールド線35及び導電性部材38の配置を説明する。図5(a)は、導電性部材38が、水平転送線33の近くに設けられた配線である場合の配置例である。図5(b)は、導電性部材38が半導体基板である場合の配置例である。
The arrangement of the
図5(a)の例では、水平転送線33及び導電性部材38が半導体基板上の同一配線層に配置されている場合の配置例を示している。この場合、図5(a)に示されるようにシールド線35を水平転送線33と導電性部材38の間に配置することにより、図3(a)の等価回路を実現する配置が可能である。なお、水平転送線33、シールド線35、及び導電性部材38の間は空隙となっているか、あるいはこれらの間には不図示の層間絶縁膜が配されている。水平転送線33の配線長をCとし、シールド線35の配線長をDとする。この場合、配線長Dを配線長Cよりも長くすることにより、水平転送線33から導電性部材38への電気力線をより確実にシールドできるため、信号振幅の低下量をより低減することができる。ここで、水平転送線33の配線長Cとは、水平転送線33上において水平走査トランジスタ32が接続される位置から出力増幅器34の入力端子までの長さを意味するものとする。なお、図5(a)に図示されているように、水平転送線33と導電性部材38が同一の層に形成されている場合、シールド線35もこれらと同一の層に形成することが好ましい。水平転送線33から導電性部材38への電気力線をより確実にシールドでき、信号振幅の低下量をより低減することができるためである。
In the example of FIG. 5A, an arrangement example in the case where the
図5(b)の例では、半導体基板である導電性部材38上に水平転送線33が配置されている場合の配置例を示している。導電性部材38上に不図示の層間絶縁膜を介してシールド線35が配置されている。また、シールド線35上に不図示の層間絶縁膜を介して水平転送線33が配置されている。この場合、図5(b)に示されるようにシールド線35を水平転送線33の層と導電性部材38の間の層に配置することにより、図3(a)の等価回路を実現する配置が可能である。水平転送線33の配線幅をA、配線長をCとする。また、シールド線35の配線幅をB、配線長をDとする。この場合、図5(a)の場合と同様に配線長Dを配線長Cよりも長くすることにより、水平転送線33から導電性部材38への電気力線をより確実にシールドできるため、信号振幅の低下量をより低減することができる。更に、配線幅Bを配線幅Aよりも長くすることにより、同様の理由により信号振幅の低下量をより低減することができる。
In the example of FIG. 5B, an arrangement example in the case where the
図5(a)及び図5(b)の例において、水平転送線33とシールド線35の配線幅及び配線長の大小関係は、上述の関係に限定されるものではない。水平転送線33とシールド線35の配線幅及び配線長の関係は、図4により説明した水平転送線33の電圧が安定するまでの時間(t2−t1)の最適化、配線レイアウトの最適化等、種々の要因を考慮して設計することができる。これらの要因を考慮して設計することで、配線長Cが配線長Dよりも長い場合、配線長Cと配線長Dが同じ長さの場合、配線幅Aが配線幅Bよりも長い場合、又は配線幅Aと配線幅Bが同じ長さの場合等であっても十分な信号振幅が得られ得る。
In the example of FIGS. 5A and 5B, the magnitude relationship between the wiring width and the wiring length of the
なお、水平転送線33、シールド線35及び導電性部材38の配置は、図5(a)又は図5(b)に示す例に限定されるものではなく、寄生容量36の影響を低減可能であれば適宜変更可能である。更に、図5(a)の構成と図5(b)の構成を組み合わせて、水平転送線33と配線の間に第1のシールド層を配置し、水平転送線33と半導体基板の間に第2のシールド層を配置する構成としてもよい。この構成によれば、信号振幅の低下量をより低減することができる。
The arrangement of the
本実施形態によれば、水平転送線33と同符号の電圧を有するシールド線35により、水平転送線33と導電性部材38との間の寄生容量の影響が低減される。これにより、信号振幅の低下による画質低下を低減し得る。
According to this embodiment, the influence of the parasitic capacitance between the
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る水平転送部50の等価回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第1の実施形態の水平転送部30に代えて水平転送部50が設けられている点を除き、第1の実施形態と同様である。そのため、水平転送部50以外の部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the
水平転送部50は、出力増幅器34の他に、更に増幅器54を有する。増幅器54の入力端子は水平転送線33と接続され、増幅器54の出力端子はシールド線35と接続される。第1の実施形態とは異なり、本実施形態ではシールド線35は出力増幅器34の出力端子とは接続されていない。言い換えると、本実施形態の増幅器54は、出力増幅器34と別個に設けられていることから、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置の外部に信号を出力する出力増幅器としての機能を有しない。
The
第1の実施形態では、出力増幅器34の出力端子にシールド線35を接続するため、シールド線35の配線レイアウトは出力増幅器34の位置による制約を受ける。しかしながら、本実施形態では、出力増幅器34とは別の増幅器54の出力端子にシールド線35を接続するため、シールド線35の配線レイアウトは出力増幅器34の位置による制約を受けない。したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果が得られることに加え、配線レイアウトの自由度が向上するため、配線レイアウトの設計が簡易になる効果がある。
In the first embodiment, since the
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る水平転送部60の等価回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第1の実施形態の水平転送部30に代えて水平転送部60が設けられている点を除き、第1の実施形態と同様である。そのため、水平転送部60以外の部分の説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the
水平転送部60は、出力増幅器34に代えて、出力増幅器61を有する。出力増幅器61は、入力トランジスタ62、出力トランジスタ63、64、及び電流源65、66、67を有する。水平転送線33は入力トランジスタ62のゲートに接続される。入力トランジスタ62のドレインには電源電圧が印加される。入力トランジスタ62のソースは電流源65、出力トランジスタ63のゲート及び出力トランジスタ64のゲートに接続される。出力トランジスタ63のドレイン及び出力トランジスタ64のドレインには電源電圧が印加される。出力トランジスタ63のソースはシールド線35及び電流源66に接続される。出力トランジスタ64のソースは電流源67に接続されるとともに、出力増幅器61の出力端子を構成する。すなわち、出力増幅器61は、水平転送線33の電圧に相当する電圧をシールド線35に出力する機能と、出力増幅器61の出力端子に出力する機能の2つを有するソースフォロワ回路である。
The
言い換えると、出力増幅器61において、シールド線35への出力は出力トランジスタ63により駆動されている。また、出力増幅器61の出力端子、すなわち、固体撮像装置内の後段の回路又は固体撮像装置外に伝達する配線への出力は出力トランジスタ64により駆動されている。したがって、入力トランジスタ62は、大きな駆動力(電流供給能力)を要しない。これにより、第1の実施形態の効果に加えて、入力トランジスタ62のゲート容量を小さくできるため、水平転送線33に寄生し得る出力増幅器61に起因する寄生容量をより小さくすることができる。そのため、信号振幅の低下による画質低下を更に低減し得る。
In other words, in the
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態に係る水平転送線33、シールド線35及び導電性部材38の配置図である。本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第1の実施形態において図5を参照して説明した水平転送線33、シールド線35及び導電性部材38の配置を除き、第1の実施形態と同様である。そのため、重複する説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a layout diagram of the
図8(a)及び図8(b)を参照して、第4の実施形態に係る水平転送線33、シールド線35及び導電性部材38の配置を説明する。図8(a)は、導電性部材38が、水平転送線33の近くに設けられた配線である場合の配置例である。図8(b)は、導電性部材38が半導体基板である場合の配置例である。
With reference to FIG. 8A and FIG. 8B, the arrangement of the
図8(a)に示す本実施形態の配置図は、シールド線35の配線長Dが水平転送線33の配線長Cよりも短い点が第1の実施形態の図5(a)と異なる。第1の実施形態のようにシールド線35が長いと、出力増幅器34を構成するトランジスタの駆動力によっては、水平走査トランジスタ32が導通状態になってから水平転送線33の波形が安定までに要する整定時間が長くなる可能性がある。固体撮像装置の動作速度の観点でこの整定時間が問題となる場合には、図8(a)のようにシールド線35の配線長Dを水平転送線33の配線長Cよりも短く設計することで、寄生容量36の容量値C2を小さくすることができ、整定時間を短縮できる。また、シールド線35の配線長Dと水平転送線33の配線長Cの関係を適宜設定することにより、第1の実施形態の効果と、固体撮像装置の動作速度の維持の両立を図ることもできる。
The layout of this embodiment shown in FIG. 8A differs from FIG. 5A of the first embodiment in that the wiring length D of the
図8(b)に示す本実施形態の配置図は、シールド線35の配線長Dが水平転送線33の配線長Cよりも短い点が第1の実施形態の図5(b)と異なる。本例の場合も上述の図8(a)の説明と同様の効果が得られる。
The layout of this embodiment shown in FIG. 8B is different from FIG. 5B of the first embodiment in that the wiring length D of the
(第5の実施形態)
図9は、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の例を示す図である。本実施形態に係る固体撮像装置が、第1の実施形態と異なる点は、第1の実施形態の水平転送部30に代えて水平転送部70が設けられている点である。水平転送部70は、2つの出力端子(出力A、出力B)を有しており、2つの列からの信号を並行して水平転送することができるように構成されている。すなわち、本実施形態の固体撮像装置は、撮像領域10の一部の列から出力された信号は出力Aから出力され、撮像領域10の他の一部の列から出力された信号は出力Bから出力されるように構成することで水平転送が高速化されている。図9では、出力Aに対応する各構成要素の符号には「a」が付されており、出力Bに対応する各構成要素の符号には「b」が付されている。なお、水平転送部70で水平転送を並行して行う個数は3つ以上でもよい。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a
水平転送部70は、保持容量31a、31b、水平走査トランジスタ32a、32b、水平転送線33a、33b、出力増幅器34a、34b、及びシールド線71a、71b、72a、72b、73を有する。本実施形態の水平転送部70の構成が第1の実施形態の水平転送部30と異なる点は、シールド線71a、71b、72a、72b、73の配置である。その他の構成要素については、水平転送のための回路が2系統ある点を除き第1の実施形態とほぼ同様であるため、接続関係の説明を省略又は簡略化する。
The
第1の配線である水平転送線33aは第1の増幅器である出力増幅器34aの入力端子に接続される。第2の配線であるシールド線71a及び72aは、いずれも出力増幅器34aの出力端子に接続されている。第6の配線であるシールド線73は、接地されている。第4の配線である水平転送線33bは第2の増幅器である出力増幅器34bの入力端子に接続される。第5の配線であるシールド線71b及び72bは、いずれも第2の増幅器である出力増幅器34bの出力端子に接続されている。なお、シールド線73が接地されていることは必須ではなく、固定電圧が印加されていればよい。
The
図10は、第5の実施形態に係る水平転送線及びシールド線の配置を示す図である。図9に加えて図10を参照して水平転送線33a、33b及びシールド線71a、71b、72a、72b、73の配置を説明する。シールド線71a及び72aは、水平転送線33aを挟むように水平転送線33aに隣接して配置されている。同様に、シールド線71b及び72bは、水平転送線33bを挟むように水平転送線33bに隣接して配置されている。また、シールド線73は、シールド線72aとシールド線71bの間に配置されている。シールド線71a、71b、72a、72bは、第1の実施形態と同様に水平転送線33a、33bと導電性部材38との間の電気力線をシールドする機能を有する。これに加え、シールド線71b、72aは、水平転送線33aと水平転送線33bの間のシールドとしての機能をも有する。
FIG. 10 is a diagram showing the arrangement of horizontal transfer lines and shield lines according to the fifth embodiment. The arrangement of the
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、水平転送線33aとシールド線71a、72aとの電圧差を小さくすること、及び水平転送線33bとシールド線71b、72bとの電圧差を小さくすることにより信号振幅の低下による画質低下を低減し得る。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the voltage difference between the
シールド線72aとシールド線71bの間にシールド線73を設けることによる付加的な効果について説明する。シールド線73を設けない場合、シールド線72aとシールド線71bの間に容量性カップリングによる寄生容量が生じ得る。シールド線72aとシールド線71bの間の寄生容量により、シールド線72a又はシールド線71bの電圧が変動すると、信号振幅の低下による画質低下を低減する効果が十分でない場合がある。更に、水平転送線33aと水平転送線33bの電圧波形の不安定化、及び水平転送線33aと水平転送線33bの相互間の信号混入も生じ得る。そのため、本実施形態では、シールド線72aとシールド線71bの間に固定電圧を有するシールド線73を設けている。これにより、シールド線72aとシールド線71bの間に生じる寄生容量を低減することができるため、上述の問題の影響が低減されている。
The additional effect by providing the
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態による撮像システム200について、図11を用いて説明する。図11は、本実施形態による撮像システム200の構成例を示すブロック図である。
(Sixth embodiment)
An
本実施形態に係る撮像システム200は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星等に適用可能である。
The
撮像システム200は、バリア201、レンズ202、絞り203、固体撮像装置204、信号処理部207、タイミング発生部208、全体制御・演算部209、メモリ部210、記録媒体制御I/F部211、外部I/F部213を有している。固体撮像装置204は、第1乃至第5の実施形態に係る固体撮像装置を適用することかできる。
The
レンズ202は、被写体の光学像を固体撮像装置204に結像させるためのものである。絞り203は、レンズ202を通った光量を可変するためのものである。バリア201は、レンズ202の保護のためのものである。固体撮像装置204は、先の実施形態で説明した固体撮像装置であって、レンズ202により結像された光学像を画像データに変換するものである。
The
信号処理部207は、固体撮像装置204より出力された信号に対し、AD(Analog-to-Digital)変換、各種の補正及びデータ圧縮等の処理を行う信号処理装置である。なお、AD変換を行うAD変換回路は、固体撮像装置204と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。また、信号処理部207も、固体撮像装置204と同じ基板に搭載されていてもよいし、別の基板に搭載されていてもよい。タイミング発生部208は、固体撮像装置204及び信号処理部207に、各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部209は、撮像システム200の全体を制御する全体制御部である。ここで、タイミング信号などは撮像システム200の外部から入力されてもよく、撮像システム200は少なくとも固体撮像装置204と、固体撮像装置204から出力された撮像信号を処理する信号処理部207とを有していればよい。
The
メモリ部210は、画像データを一時的に記憶するためのフレームメモリ部である。記録媒体制御I/F部211は、記録媒体212への記録、あるいは記録媒体212からの読み出しを行うためのインターフェース部である。記録媒体212は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部I/F部213は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
The
このようにして、第1乃至第5の実施形態による固体撮像装置を適用した撮像システムを構成することにより、画質が良好な画像を撮影可能な撮像システムを実現することができる。 In this way, by configuring the imaging system to which the solid-state imaging device according to the first to fifth embodiments is applied, it is possible to realize an imaging system capable of capturing an image with good image quality.
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。図2に示した画素100の構成は一例を示したものであり、本発明の固体撮像装置に適用可能な画素100の構成はこれに限定されるものではない。また、第6の実施形態に示した撮像システム200は、本発明の固体撮像装置を適用しうる撮像システムの一例を示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図6に示した構成に限定されるものではない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. The configuration of the
上述の実施形態は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。 The above-described embodiments are merely examples of some aspects to which the present invention can be applied, and do not prevent appropriate modifications and variations from being made without departing from the spirit of the present invention.
31 保持容量
33 水平転送線
34 出力増幅器
35 シールド線
100 画素
31
Claims (14)
前記複数の列に対応して配置され、それぞれが対応する列の前記画素から出力された前記信号を保持する複数の保持容量と、
前記複数の保持容量のうちの少なくとも1つに保持された前記信号が容量分割により出力される第1の配線と、
前記第1の配線に入力された前記信号を増幅する第1の増幅器と、
前記第1の配線の隣に配置され、前記第1の増幅器により増幅された前記信号が入力される第2の配線と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of pixels arranged in a plurality of columns, each outputting a signal generated by photoelectric conversion;
A plurality of holding capacitors arranged corresponding to the plurality of columns, each holding the signal output from the pixels of the corresponding column;
A first wiring that outputs the signal held in at least one of the plurality of holding capacitors by capacitive division;
A first amplifier for amplifying the signal input to the first wiring;
A second wiring disposed next to the first wiring and to which the signal amplified by the first amplifier is input;
A solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first amplifier outputs a voltage having the same phase as the voltage of the first wiring to the second wiring.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The first amplifier includes an output amplifier that outputs the signal input to the first wiring to a circuit in a subsequent stage in the solid-state imaging device or to the outside of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device described in 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 4. The solid state according to claim 3, wherein a wiring for transmitting the signal output from the output amplifier to a subsequent circuit in the solid-state imaging device or the outside of the solid-state imaging device is different from the second wiring. Imaging device.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 The output amplifier which outputs the said signal input into the said 1st wiring to the circuit of the back | latter stage in a solid-state imaging device, or a solid-state imaging device is provided separately from a said 1st amplifier. 2. The solid-state imaging device according to 2.
前記保持容量から前記第1の配線に前記信号を出力する際の前記容量分割は、前記保持容量と前記寄生容量との間の容量分割を含む
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The second wiring is disposed so as to generate a parasitic capacitance between the second wiring and the first wiring,
The capacity division when the signal is output from the storage capacitor to the first wiring includes a capacitance division between the storage capacitor and the parasitic capacitor. The solid-state imaging device according to item 1.
前記第2の配線は、前記第1の配線と前記半導体基板との間に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 A semiconductor substrate on which the first wiring and the second wiring are formed;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second wiring is disposed between the first wiring and the semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a parasitic capacitance between the first wiring and the semiconductor substrate is smaller than a parasitic capacitance between the second wiring and the semiconductor substrate.
前記第2の配線は、前記第1の配線と前記第3の配線との間に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 A third wiring having a voltage different from that of the first wiring and the second wiring;
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the second wiring is disposed between the first wiring and the third wiring.
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 The parasitic capacitance between the first wiring and the third wiring is smaller than the parasitic capacitance between the second wiring and the third wiring. Solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 9 or 10, wherein the first wiring, the second wiring, and the third wiring are wirings formed in the same layer.
前記第4の配線に入力された前記信号を増幅する第2の増幅器と、
前記第4の配線の隣に配置され、前記第2の増幅器により増幅された前記信号が入力される第5の配線と、
前記第2の配線及び前記第5の配線の間に配置され、固定電圧を有する第6の配線と、
を更に有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 A fourth wiring through which the signal held in at least one of the plurality of holding capacitors is output by capacitive division;
A second amplifier for amplifying the signal input to the fourth wiring;
A fifth wiring arranged next to the fourth wiring and receiving the signal amplified by the second amplifier;
A sixth wiring disposed between the second wiring and the fifth wiring and having a fixed voltage;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 12, wherein the first wiring and the second wiring each extend in a direction intersecting the column.
前記固体撮像装置から出力された前記信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像システム。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 13,
An image pickup system comprising: a signal processing device that processes the signal output from the solid-state image pickup device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016078058A JP2017188842A (en) | 2016-04-08 | 2016-04-08 | Solid state image pickup device, and image pickup system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016078058A JP2017188842A (en) | 2016-04-08 | 2016-04-08 | Solid state image pickup device, and image pickup system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017188842A true JP2017188842A (en) | 2017-10-12 |
Family
ID=60046587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016078058A Pending JP2017188842A (en) | 2016-04-08 | 2016-04-08 | Solid state image pickup device, and image pickup system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017188842A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022085467A1 (en) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Sensor device and sensing module |
JP7414791B2 (en) | 2021-12-07 | 2024-01-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion devices and equipment |
-
2016
- 2016-04-08 JP JP2016078058A patent/JP2017188842A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022085467A1 (en) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Sensor device and sensing module |
JP7414791B2 (en) | 2021-12-07 | 2024-01-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion devices and equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9973700B2 (en) | Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
JP5258416B2 (en) | Solid-state imaging device | |
JP6555890B2 (en) | Imaging apparatus, imaging system, and driving method of imaging apparatus | |
US8872092B2 (en) | Photo-electric conversion device with current fluctuation suppression | |
JP2008219391A (en) | Optoelectric transducer and image-sensing system using it | |
US9549138B2 (en) | Imaging device, imaging system, and driving method of imaging device using comparator in analog-to-digital converter | |
JP6238558B2 (en) | Imaging device and imaging system. | |
JP7019596B2 (en) | Solid-state image sensor and electronic equipment | |
JP2017188879A (en) | Imaging device | |
JP2018093298A (en) | Photoelectric conversion device and photoelectric conversion system | |
TW201440523A (en) | Solid-state image pickup device, driving method thereof, and electronic apparatus | |
US9118858B2 (en) | Image pickup apparatus, image pickup system and driving method of image pickup apparatus | |
JP2016019137A (en) | Solid-state imaging device and driving method therefor | |
US9153617B2 (en) | Imaging apparatus, and imaging system | |
JP6587123B2 (en) | Imaging device | |
US9070796B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
US10116854B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, switching an electric path between a conductive state and a non-conductive state | |
JP5936386B2 (en) | Imaging device | |
JP2013171889A (en) | Imaging device, and driving method of imaging device | |
WO2014178179A1 (en) | Solid-state image capture element and image capture device | |
JP2017188842A (en) | Solid state image pickup device, and image pickup system | |
JP2016111376A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and imaging apparatus driving method | |
JP5177198B2 (en) | Physical information acquisition method and physical information acquisition device | |
US20160156870A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2009225301A (en) | Method of driving photoelectric conversion apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20171214 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20180126 |