JP2018074268A - 固体撮像素子およびその制御方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.第1実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成
2.カラム信号処理部の構成例
3.差動増幅器構成部の第1構成例
4.差動増幅器構成部の第2構成例
5.差動増幅器構成部の第3構成例
6.差動増幅器構成部の第4構成例
7.差動増幅器構成部の第5構成例
8.差動増幅器構成部の第6構成例
9.差動増幅器構成部の第7構成例
10.差動増幅器構成部の第8構成例
11.差動増幅器構成部の第9構成例
12.差動増幅器構成部の第10構成例
13.差動増幅器構成部の第11構成例
14.差動増幅器構成部の第12構成例
15.差動増幅器構成部の第13構成例
16.差動増幅器構成部の第14構成例
17.差動増幅器構成部の第15構成例
18.第2実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成
19.信号切替部の構成例
20.まとめ
21.電子機器への適用例
図1は、本技術を適用した第1実施の形態に係る固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の概略構成を示す図である。
図2は、カラム信号処理部14の構成例を示す図である。
図3は、差動増幅器構成部12の第1構成例を示す図である。
図5は、差動増幅器構成部12の第2構成例を示す図である。
図7は、差動増幅器構成部12の第3構成例を示す図である。
図9は、差動増幅器構成部12の第4構成例を示す図である。
図11は、差動増幅器構成部12の第5構成例を示す図である。
図13は、差動増幅器構成部12の第6構成例を示す図である。
図15は、差動増幅器構成部12の第7構成例を示す図である。
図16は、差動増幅器構成部12の第8構成例を示す図である。
図17は、差動増幅器構成部12の第9構成例を示す図である。
図18は、差動増幅器構成部12の第10構成例を示す図である。
図19は、差動増幅器構成部12の第11構成例を示す図である。
図20は、差動増幅器構成部12の第12構成例を示す図である。
図21は、差動増幅器構成部12の第13構成例を示す図である。
図22は、差動増幅器構成部12の第14構成例を示す図である。
図23は、差動増幅器構成部12の第15構成例を示す図である。
図24は、本技術を適用した第2実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。
図25は、信号切替部301の詳細構成を、差動増幅器構成部12、奇数行画素10S_O、および偶数行画素10S_Eの詳細とともに示す図である。
本技術を適用した固体撮像素子1は、第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部11と、第1及び第2の単位画素の増幅トランジスタおよび選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部12とを備える。第1実施の形態の固体撮像素子1では、第1の単位画素は単位画素10Sであり、第2の単位画素はダミー画素10Dである。第2実施の形態の固体撮像素子1では、第1の単位画素は奇数行画素10S_Oであり、第2の単位画素は偶数行画素10S_Eである。
本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
図27は、上述の固体撮像素子1としてのイメージセンサの使用例を示す図である。
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
(1)
画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、
前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部と
を備え、
前記差動増幅器構成部は、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる電流発生回路を有する
固体撮像素子。
(2)
前記電流発生回路は、前記FDの信号電荷をリセットするリセット期間中に、前記差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
前記電流発生回路は、前記差動対の信号側または参照側に所定の電流を出力する
前記(1)または(2)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記電流発生回路は、前記差動対の信号側または参照側から所定の電流を引き込む
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(5)
前記電流発生回路には、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで異なる電流が流れる
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)
前記電流発生回路は、スイッチを有し、スイッチのオンオフ状態が、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで変化する
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(7)
前記電流発生回路は、抵抗を有する
前記(6)に記載の固体撮像素子。
(8)
前記電流発生回路は、一定のバイアス電圧がゲートに印加されるトランジスタを有する
前記(6)に記載の固体撮像素子。
(9)
前記電流発生回路は、トランジスタを有し、そのトランジスタのゲートは、前記差動対の信号側または参照側のPMOSトランジスタのドレインと接続されている
前記(6)に記載の固体撮像素子。
(10)
前記電流発生回路は、トランジスタを有し、そのゲートに印加される電圧が、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで変化する
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)
前記差動増幅器はカスコード構造を有する
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)
前記第1の単位画素は、有効画素領域内に配置された画素であり、
前記第2の単位画素は、有効画素領域外に配置された画素である
前記(1)乃至(11)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)
前記第1の単位画素は、有効画素領域内の奇数行に配置された画素であり、
前記第2の単位画素は、有効画素領域内の偶数行に配置された画素である
前記(1)乃至(11)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(14)
前記第1の単位画素と前記第2の単位画素の画素信号の出力先を、前記差動対の信号側または参照側に切り替える信号切替部をさらに有する
前記(13)に記載の固体撮像素子。
(15)
前記差動増幅器構成部は、前記電流発生回路を前記差動対の信号側と参照側の両方に有する
前記(1)乃至(14)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(16)
前記電流発生回路は、前記差動増幅器構成部の差動対の信号側または参照側のPMOSトランジスタのドレインノード若しくはNMOSトランジスタのソースノードと、任意電圧のノードとの間に配置されている
前記(1)乃至(15)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(17)
画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部とを備える固体撮像素子の、
前記差動増幅器構成部の電流発生回路が、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる
固体撮像素子の制御方法。
(18)
画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、
前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部と
を備え、
前記差動増幅器構成部は、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる電流発生回路を有する
固体撮像素子
を備える電子機器。
Claims (18)
- 画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、
前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部と
を備え、
前記差動増幅器構成部は、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる電流発生回路を有する
固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、前記FDの信号電荷をリセットするリセット期間中に、前記差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、前記差動対の信号側または参照側に所定の電流を出力する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、前記差動対の信号側または参照側から所定の電流を引き込む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路には、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで異なる電流が流れる
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、スイッチを有し、スイッチのオンオフ状態が、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで変化する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、抵抗を有する
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、一定のバイアス電圧がゲートに印加されるトランジスタを有する
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、トランジスタを有し、そのトランジスタのゲートは、前記差動対の信号側または参照側のPMOSトランジスタのドレインと接続されている
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、トランジスタを有し、そのゲートに印加される電圧が、前記リセット期間と、前記FDで電圧に変換された信号を読み出す読み出し期間とで変化する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記差動増幅器はカスコード構造を有する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の単位画素は、有効画素領域内に配置された画素であり、
前記第2の単位画素は、有効画素領域外に配置された画素である
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の単位画素は、有効画素領域内の奇数行に配置された画素であり、
前記第2の単位画素は、有効画素領域内の偶数行に配置された画素である
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1の単位画素と前記第2の単位画素の画素信号の出力先を、前記差動対の信号側または参照側に切り替える信号切替部をさらに有する
請求項13に記載の固体撮像素子。 - 前記差動増幅器構成部は、前記電流発生回路を前記差動対の信号側と参照側の両方に有する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電流発生回路は、前記差動増幅器構成部の差動対の信号側または参照側のPMOSトランジスタのドレインノード若しくはNMOSトランジスタのソースノードと、任意電圧のノードとの間に配置されている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部とを備える固体撮像素子の、
前記差動増幅器構成部の電流発生回路が、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる
固体撮像素子の制御方法。 - 画素に入射された光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子で光電変換された信号電荷をFDに転送する転送トランジスタと、前記FDの信号電荷をリセットするリセットトランジスタと、前記FDで保持された信号電荷を電圧信号に変換して出力する増幅トランジスタと、前記画素の選択を制御する選択トランジスタとをそれぞれ含む第1及び第2の単位画素が配置された画素アレイ部と、
前記第1及び第2の単位画素の前記増幅トランジスタおよび前記選択トランジスタとともに差動増幅器を構成する差動増幅器構成部と
を備え、
前記差動増幅器構成部は、差動対の信号側と参照側のそれぞれに流れる電流に差分を発生させる電流発生回路を有する
固体撮像素子
を備える電子機器。
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