JP2018014740A - 撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置100は、第1の光電変換部43と、接続部分を介して、第1の光電変換部に電気的に接続された第1の電荷検出回路51と、一端が、接続部分に電気的に接続された第1の容量素子6と、を有する第1の撮像セル30と、第2の光電変換部43’と、第2の光電変換部に電気的に接続された第2の電荷検出回路51’と、を有する第2の撮像セル31’と、を備える。
【選択図】図6
Description
効的に感度が異なるように見せかけられる。1画素上に2つのセルが搭載されているので、同時に撮像が可能となり、画像の同時性は確保される。
。また、飽和電子数とは、撮像セルに蓄積される電子数の許容量を意味し、単位(e-)
で表される。感度および飽和電子数は原則、光電変換素子の有効面積に比例する。ただし、感度は、マイクロレンズの設計にも依存する。
図4から図12Bを参照して、本実施形態による撮像装置100の構造、機能および駆動方法を説明する。以下、半導体基板としてP型シリコンの基板を用いた例を説明する。また、信号電荷として正孔を利用する例を示す。なお、信号電荷として電子を用いても構
わない。
まず、図4を参照しながら、撮像装置100の構造を説明する。
次に、図5を参照しながら、第1および第2の撮像セル31、31’の回路構成の一例を説明する。なお、第1および第2の撮像セル31、31’はそれぞれ、独立した実質的に同じ回路構成を有している。
アドレストランジスタ42とを含んでいる。
図6は、本実施形態による撮像装置100中の単位画素30のデバイス構造の断面を模式的に示している。
ランジスタ40のゲート電極3およびこれらを電気的に接続する配線(不図示)も、正孔を蓄積する電荷蓄積ノードとして機能し得る。これらの電荷蓄積ノードとして機能するものを総称して「電荷蓄積ノード44」(図5を参照)と称する。ゲート電極3はポリシリコンから形成され得る。
の画素電極8を配置している。このように配置することにより、マイクロレンズ12の集光を利用して、面積の小さい第2の撮像セル31’を高感度用の撮像セルとして機能させ、第1の撮像セル31を低感度用の撮像セルとして機能させている。その結果、第1の撮像セル31によって低感度の画像を撮像し、第2の画像セル31’によって高感度の画像を撮像することができる。例えば、高感度の画像とは、暗い環境下で得られる暗い被写体などの画像を指し、低感度の画像とは、明るい環境下で得られる明るい被写体など画像を指す。
が導通状態にあるときに、アドレストランジスタ42の出力値を負端子に受ける。増幅トランジスタ40のゲート電位が所定のフィードバック電圧となるように、フィードバックアンプ50はフィードバック動作を行う。
図10を参照しながら、撮像装置100の動作シーケンスの一例を説明する。
、間隙を介してその周囲に第1の画素電極7を配置してもよい。または、図12Bに示すように第1の画素電極7を単位画素30の中央に配置し、間隙を介してその周囲に第2の画素電極8を配置してもよい。第2の画素電極8の面積が第1の画素電極7の面積よりも大きい限りにおいて、画素電極の形状を任意に決定し得る。
図13から図16を参照しながら、第2の実施形態による撮像装置100を説明する。
ノードに蓄積される。その結果、そのリーク電流は暗時のノイズ成分となってしまう。
図18を参照しながら、本実施形態による撮像モジュール200を説明する。
関するリセット電圧を示す。なお、リセット電圧は、フィードバック信号線49または垂直信号線45から伝達されたフィードバック信号であってもよい。撮像装置100とDSP300とは、一つの半導体装置(いわゆるSoC(System on a Chip))として製造することも可能である。これにより、撮像装置100を用いた電子機器を小型化することができる。
2 STI分離層
3 ゲート電極
4 ローカル配線
5 コンタクトプラグ
6 MOM容量
7 第1の画素電極
8 第2の画素電極
9 光電変換膜
10 上部電極
11 カラーフィルタ
12 マイクロレンズ
13、13’ MIM容量素子
14 上部電極
15 絶縁体
16 下部電極
22 第1の拡散層
23 第2の拡散層
30、30A、30B、30C 単位画素
31 第1の撮像セル
31’ 第2の撮像セル
32 第1の電荷蓄積ノード
32’ 第2の電荷蓄積ノード
33 第1の光電変換領域
33’ 第2の光電変換領域
40、40’ 増幅トランジスタ
41、41’ リセットトランジスタ
42、42’ アドレストランジスタ
43、 第1の光電変換部
43’ 第2の光電変換部
44、44’ 電荷蓄積ノード
45、45’ 垂直信号線
46、46’ 電源配線
47、47’ リセット信号線
48、48’ アドレス信号線
49、49’ フィードバック信号線
50、50’ フィードバックアンプ
51 第1の電荷検出回路
51’ 第2の電荷検出回路
52 第1の垂直走査回路
52’ 第2の垂直走査回路
53 第1の水平走査回路
53’ 第2の水平走査回路
54 第1の列AD変換回路
54’ 第2の列AD変換回路
55 端子
60 第1の電荷検出回路の面積
61 第2の電荷検出回路の面積
100 撮像装置
200 撮像モジュール
300 DSP
Claims (14)
- 入射光を電荷に変換する第1光電変換部と、
第1接続部分を介して、前記第1光電変換部に電気的に接続された第1電荷検出回路と、
一端が、前記第1接続部分に電気的に接続された第1容量素子と、
を有する第1画素と、
入射光を電荷に変換する第2光電変換部と、
前記第2光電変換部に電気的に接続された第2電荷検出回路と、
を有する第2画素と、
を備え、
前記第1画素と、前記第2画素とは、互いに隣接して配置され、
前記第2光電変換部の面積は、前記第1光電変換部の面積よりも大きく、
平面視において、前記第1容量素子は、前記第1光電変換部と前記第2光電変換部との間に位置する、撮像装置。 - 平面視において、前記第1容量素子の面積は、前記第1光電変換部の面積よりも大きい、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1光電変換部は、第1画素電極と、前記第1画素電極の上方に位置する第1上部電極と、前記第1画素電極と前記第1上部電極とに挟まれる第1光電変換膜と、を含み、
前記第2光電変換部は、第2画素電極と、前記第2画素電極の上方に位置する第2上部電極と、前記第2画素電極と前記第2上部電極とに挟まれる第2光電変換膜と、を含む、請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記第1画素電極は、前記第2画素電極とは異なる平面形状を有する、請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第1画素電極は、前記第2画素電極とは異なる面積を有する、請求項3または4に記載の撮像装置。
- 前記第1画素は、第1マイクロレンズをさらに有し、
前記第2画素は、第2マイクロレンズをさらに有し、
前記第2マイクロレンズの集光面積は、前記第1マイクロレンズの集光面積よりも大きい、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1画素および第2画素は、共通のマイクロレンズをさらに有し、
前記第2光電変換部は前記マイクロレンズにより光が集光される領域に配置される、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1容量素子は、
下部電極と、
前記下部電極に対向する上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極とに挟まれた絶縁体と、
を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1画素および前記第2画素を複数備え、
複数の前記第1画素および前記第2画素は1次元または2次元に配列されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第2画素は、一端が前記第2電荷検出回路と前記第2光電変換部とを電気的に接続する第2接続部分に電気的に接続され、容量が前記第1容量素子よりも小さい第2容量素子をさらに有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第2電荷検出回路の面積は、前記第1電荷検出回路の面積よりも大きい、請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1画素は、前記第1光電変換部が生成する第1電荷を蓄積し、
前記第2画素は、前記第2光電変換部が生成する第2電荷を蓄積し、
前記第2画素における前記第2電荷の蓄積時間は、前記第1画素における前記第1電荷の蓄積時間よりも長い、請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1電荷検出回路は、1フレーム期間において、前記第1電荷の1回目の読み出しを行った後、リセットを行わずに、前記第1電荷の2回目の読み出しを行う、請求項12に記載の撮像装置。
- 請求項1から13のいずれかに記載の撮像装置を駆動する方法であって、
1フレーム期間中に、第1蓄積時間の間前記第2画素に露光を行い、前記第1蓄積時間よりも短い第2蓄積時間の間前記第1画素に露光を行う、撮像装置の駆動方法。
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