JP2020088785A - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

固体撮像装置及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2020088785A
JP2020088785A JP2018225043A JP2018225043A JP2020088785A JP 2020088785 A JP2020088785 A JP 2020088785A JP 2018225043 A JP2018225043 A JP 2018225043A JP 2018225043 A JP2018225043 A JP 2018225043A JP 2020088785 A JP2020088785 A JP 2020088785A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
potential
solid
imaging device
state imaging
transistor
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
Application number
JP2018225043A
Other languages
English (en)
Inventor
泰志 片山
Yasushi Katayama
泰志 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to JP2018225043A priority Critical patent/JP2020088785A/ja
Priority to PCT/JP2019/046309 priority patent/WO2020111100A1/ja
Publication of JP2020088785A publication Critical patent/JP2020088785A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/50Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/56Input signal compared with linear ramp
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

【課題】消費電力の低減を図ることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供する。【解決手段】単位画素を有する画素アレイ部と、前記単位画素に接続された垂直信号線と、第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、D/A変換部と、前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、前記垂直信号線には、前記第1のトランジスタにより前記第1の電位が供給され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、固体撮像装置を提供する。【選択図】図1

Description

本技術は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
近年、デジタルカメラの中心部品である固体撮像装置(イメージセンサ)の需要が、益々高まっている。例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの固体撮像装置において、低消費電力化が検討されている。
また、例えば、固体撮像装置において、画素領域で生成される画素信号の読み出し動作をする際に、垂直信号線のレベルがリセットレベルに落ち着くまでのセトリング時間を短縮する技術も検討されている(特許文献1参照)。
国際公開第2016/098590号公報
ところで、固体撮像装置は、カラム処理部においてA/D変換をしている間、負荷MOS(Metal Oxide Semiconductor)回路が各画素とソースフォロア回路を構成しているため、電流が流れ続けている。
ここで、カラム処理部が有するA/D変換部のコンパレータが反転した後であれば、出力がラッチされるため、負荷MOS部にソースフォロア回路として機能させる必要はない。しかしながら、今までの負荷MOS回路は、A/D変換部のコンパレータが反転した後も電流が流れ続けており、不必要に電力を消費していた。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、消費電力の低減を図ることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供することを主目的とする。
本発明者は、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、カラム処理部が有するA/D変換部のコンパレータが反転した後は、負荷MOS回路では電流の供給を停止させ、消費電力の低減を図ることに成功し、本技術を完成するに至った。
即ち、本技術では、単位画素を有する画素アレイ部と、
前記単位画素に接続された垂直信号線と、
第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
D/A変換部と、
前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
前記垂直信号線には、前記第1のトランジスタにより前記第1の電位が供給され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、固体撮像装置を提供する。
さらに、本技術に係る固体撮像装置において、前記第1のトランジスタのゲートに接続される第1のスイッチと、前記第2のトランジスタのゲートに接続される第2のスイッチと、を備え、前記第1のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第1のスイッチが切り替えられて制御されるとともに、前記第2のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第2のスイッチが切り替えられて制御される、固体撮像装置を提供する。
さらに、本技術に係る固体撮像装置において、前記第1のトランジスタのゲートが、前記第1のスイッチを介して第3の電位の地点及び第4の電位の地点に接続され、前記第2のトランジスタのゲートが、前記第2のスイッチを介して第5の電位の地点及び第6の電位の地点に接続され、前記第3の電位が、前記第4の電位よりも高く、前記第5の電位が、前記第6の電位よりも高い、固体撮像装置を提供する。さらに、本技術では、前記第1の電位及び前記第3の電位が、電源電位であり、前記第2の電位及び前記第6の電位が、接地電位であってもよい。なお、前記第4の電位が、負電位であってもよく、または、前記第4の電位が、接地電位であってもよい。
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記第1の電位の地点と前記第1のトランジスタのそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第3のトランジスタをさらに有していてもよい。
また、本技術に係る固体撮像装置において、前記コンパレータが、前記D/A変換部から供給されるランプ信号のランプ電圧値と前記第1の画素で生成された画素信号の電圧値とを比較して、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より小さいときは、前記第2のスイッチが前記第5の電位の地点に接続することで前記垂直信号線に電流を供給し、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、前記第2のスイッチが前記第6の電位の地点に接続してもよい。
さらに、本技術では、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、
前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止してもよい。また、本技術に係る固体撮像装置において、前記A/D変換部が、遅延素子をさらに有し、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、前記遅延素子が、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力を前記コンパレータに入力し、前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止してもよい。
また、本技術では、固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、単位画素を有する画素アレイ部と、
前記単位画素に接続された垂直信号線と、
第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
D/A変換部と、
前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
前記垂直信号線の電位が、前記第1のトランジスタによって前記第1の電位に接続され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、電子機器を提供する。
本技術によれば、固体撮像装置及び電子装置は、消費電力の低減を図ることができる。なお、本技術の効果は、必ずしも上記の効果に限定されるものではなく、本技術に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの画素領域と定電流源回路とD/A変換部とカラム処理部の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの積層構造の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの単位画素を構成する画素の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。 本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサにおいて、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLを比較し、消費電力を低減する概念を示した説明図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。 本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。 第1の実施形態の固体撮像装置と第2の実施形態の固体撮像装置のレイアウトの違いを示した説明図である。 本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサにおいて、ランプ電圧値と画素信号の電圧を比較し、消費電力を低減する概念を示した説明図である。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。 本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。 本技術を適用した第5の実施形態の遅延素子の一実施の形態である遅延素子の構成要素を示したブロック図である。 本技術を適用した第5の実施形態のコンパレータの一実施の形態であるコンパレータの構成要素を示したブロック図である。 本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。 本技術を適用した第1乃至第5の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。 本技術を適用した電子装置の一例の機能ブロック図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)
2.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)
3.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)
4.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)
5.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)
6.電子機器に関する第6の実施形態
7.本技術を適用した固体撮像装置の使用例
<1.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)>
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置は、単位画素を有する画素アレイ部と、単位画素に接続された垂直信号線と、第1の電位の地点と垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、第2の電位の地点と垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、D/A変換部と、垂直信号線とD/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、垂直信号線には、第1のトランジスタにより第1の電位が供給され、第1の電位が、第2の電位よりも高い、固体撮像装置である。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置によれば、消費電力の低減を図ることができる。
[第1の実施形態の固体撮像装置の全体構成]
図1に、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置10を示す。図1は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図1中の上方向を意味し、「右」とは、図1中の右方向を意味するものとする。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図1に示す固体撮像装置10は、被写体を撮像し、撮像画像のデジタルデータを得る撮像装置である。なお、本明細書においては、CMOSイメージセンサを例に説明する。
図1に示すように、固体撮像装置10は、画素アレイ部11、画素駆動線12、垂直信号線13、垂直駆動部14、定電流源回路15、D/A変換部16、カラム処理部17、水平駆動部18、システム制御部19、信号処理部20及びメモリ部21を備えている。
画素アレイ部11は、行方向及び列方向に配列された複数の単位画素を有している。複数の単位画素のそれぞれは、光電変換素子を有し、光電変換素子が、画素に入射された光の光量に応じて信号電荷に変換する。また、画素アレイ部11には、複数の単位画素が配列された行毎に、画素駆動線12が形成され、列毎に、垂直信号線13が形成される。
垂直駆動部14は、シフトレジスタ及びアドレスデコーダなどによって構成される。垂直駆動部14は、画素アレイ部11が有する各画素を行単位で駆動する。垂直駆動部14が有する出力端には、画素駆動線12の一端が接続される。垂直駆動部14は、読み出し走査系及び掃き出し走査系の2つの走査系を有し、ある行の画素の読み出し動作と、他の行の画素のリセット動作とを同時に行わせるインターリーブ駆動を行う。
読み出し走査系は、各単位画素からの画素信号を行毎(行単位)で順に読み出すようになっている。まず、垂直駆動部14は、各行を順に選択する。そして、選択された行は、画素駆動線12と接続する出力端から、選択信号、転送信号等を出力する。これにより、読み出し走査系により選択された行の単位画素は、リセットレベル信号の読み出し、及び光電変換素子に蓄積された信号電荷を画素信号としての読み出しからなる読み出し動作を行う。読み出されたリセットレベル信号や画素信号は、垂直信号線13を介してカラム処理部17に供給される。
掃き出し走査系は、選択された行の単位画素の読み出し動作が行われている間に、次に選択される行の単位画素の光電変換素子に蓄積された不要な電荷を掃き出す(リセットする)ために、その行の画素駆動線12と接続する出力端からリセット信号を出力する。この掃き出し走査系による走査により、選択された行の画素の読み出し動作が行われている間に、次の選択される行の画素のリセット動作が行われる。
定電流源回路15は、列毎に対応した負荷MOS部を有している。垂直信号線13には、負荷MOS部の負荷素子としての負荷MOSトランジスタが接続される。負荷MOS部は、画素アレイ部11の各単位画素の増幅トランジスタとソースフォロア回路を構成する。
D/A変換部16は、カラム処理部17に所定のランプ信号を供給する。
カラム処理部17は、複数の画素に対応する列毎に対応したA/D(Analog To Digital)変換部を有している。A/D変換部は、コンパレータとカウンターとラッチ回路とを有している。カラム処理部17は、画素アレイ部11の各画素で生成された画素信号を、複数の単位画素が配列された行毎にA/D変換する。
水平駆動部18は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成される。水平駆動部18は、カラム処理部17のA/D変換部を順番に選択する。水平駆動部18による選択走査により、カラム処理部17の各A/D変換部で保持されている画素信号のデジタルデータが、順番に画素データとして信号処理部20に出力される。
システム制御部19は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成される。システム制御部19は、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部14、D/A変換部16、カラム処理部17、及び水平駆動部18を制御する。
信号処理部20は、少なくとも加算処理機能を有する。信号処理部20は、カラム処理部17から出力される画素データごとに、加算処理等の種々の信号処理を行う。このとき、信号処理部20は、必要に応じて、信号処理の途中結果などをメモリ部21に格納し、必要なタイミングで参照する。そして、信号処理部20は、信号処理後の画像データをメモリ部21や、固体撮像装置10の外部に出力する。なお、加算処理は、主としてノイズ除去の目的で実行される。
メモリ部21は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)などにより構成される。
[画素アレイ部からカラム処理部までの回路構成]
図2に、画素アレイ部11と定電流源回路15とD/A変換部16とカラム処理部17の構成例を示す。図2は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの画素アレイ部11と定電流源回路15とD/A変換部16とカラム処理部17の構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図2中の上方向を意味し、「右」とは、図2中の右方向を意味するものとする。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図2には、固体撮像装置10の一部として、画素アレイ部11と、垂直駆動部14と、定電流源回路15と、D/A変換部16と、カラム処理部17とが示されている。固体撮像装置10は、画素アレイ部11と、垂直駆動部14と、D/A変換部16と、複数のカラム回路40とを含んで構成されている。ここで、複数のカラム回路40は、定電流源回路15とカラム処理部17とから構成される。
画素アレイ部11は、複数の画素41を有している。画素アレイ部11には、n行m列(n,mは1以上の整数)の複数の画素41が行列状に2次元配置される。画素41は、複数の画素41が配列された行毎に画素駆動線12が形成され、複数の画素41に対応した列毎に垂直信号線13が形成される。したがって、画素駆動線12の本数はn本であり、垂直信号線13の本数はm本である。なお、垂直信号線13は、画素41に接続されている。
複数のカラム回路40のそれぞれは、複数の画素41の列毎に対応して形成される。複数のカラム回路40のそれぞれは、垂直信号線13毎に設けられた負荷MOS部30と、垂直信号線13毎に設けられた安定化回路SCと、垂直信号線13毎に設けられたA/D変換回路38と、垂直信号線13毎に設けられた第1のスイッチ36とを、備えて構成されている。
A/D変換回路38は、コンパレータ33と、カウンター37aと、ラッチ回路37bとを有している。コンパレータ33は、垂直信号線13とD/A変換部16とに接続されている。
安定化回路SCは、第1のトランジスタ34、第3のトランジスタ35、及び第1の電位39を備えて構成されている。第1のトランジスタ34は、第1の電位39の地点と垂直信号線13のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続されている。第1のトランジスタ34と第3のトランジスタ35のそれぞれは、n型MOSトランジスタで構成される。第1のトランジスタ34と第3のトランジスタ35は、直列に接続されている。直列に接続された第1のトランジスタ34と第3のトランジスタ35は、第3のトランジスタ35が第1の電位39の地点と接続され、第1のトランジスタ34が垂直信号線13と接続されるように、第1の電位39の地点と負荷MOS部30との間に接続される。なお、第1の電位39は、電源電位である。
第1のスイッチ36は、第1のトランジスタ34のゲートに接続されている。第1のスイッチ36は、第3の電位36aの“電源電位”であるVDDと、第4の電位36bの“接地電位”のGNDとを切り替える。第1のトランジスタ34は、コンパレータ33の出力信号によって第1のスイッチ36が切り替えられて制御される。
例えば、通常動作時(コンパレータ33の出力が“H”)の場合は、第1のスイッチ36が、第4の電位36bの“接地電位”を選択し(電位信号SD)、第1のトランジスタ34のゲートに“GND(L)”を入力する。この場合、安定化回路SCは、オフとなる。
一方、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わると、第1のスイッチ36が、第4の電位36bの“接地電位”から第3の電位36aの“電源電位”に切り替えて(電位信号SD)、第1のトランジスタ34のゲートには、“VDD(H)”が入力される。このとき、安定化回路SCは、オンとなる。
第3のトランジスタ35は、第1の電位39の地点と第1のトランジスタ34のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続されている。第3のトランジスタ35には、所定の電位の信号(後述するバイアス信号Bias2)が入力されている。第3のトランジスタ35は、バイアス信号Bias2により、所定の電位(VSL0+Vth_AMP)を、垂直信号線13に印加して、垂直信号線13の電位を制御する。
負荷MOS部30は、第2のトランジスタ31と、第2のスイッチ32と、を備えて構成されている。第2のトランジスタ31は、n型MOSトランジスタで構成されている。第2のトランジスタ31は、第2の電位31aの地点と垂直信号線13のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続されている。例えば、第2のトランジスタ31のソースは、垂直信号線13に接続される。
第2のスイッチ32は、第2のトランジスタ31のゲートに接続されている。第2のスイッチ32は、第5の電位32aの“バイアス信号Bias1”と、第6の電位32bの“接地電位”であるGNDとを切り替える。第2のトランジスタ31は、コンパレータ33の出力信号によって第2のスイッチ32が切り替えられて制御される。
第1のトランジスタ34のゲートは、第1のスイッチ36を介して第3の電位36aの地点及び第4の電位36bの地点に接続される。第2のトランジスタ31のゲートは、第2のスイッチ32を介して、第5の電位32aの地点及び第6の電位32bの地点に接続される。第3の電位36aは、第4の電位36bよりも高く、第5の電位32aは、第6の電位32bよりも高くなっている。
また、上述したように、第1の電位39及び第3の電位36aは、電源電位であり、第2の電位31a及び第6の電位32bは、接地電位である。
カウンター37aは、カウント開始から、コンパレータ33での比較結果の値が反転するまでの期間をカウントする。
ラッチ回路37bは、コンパレータ33における比較結果の値が変化した時点でカウンター37aにおけるカウント値を保持する。
[第1の実施形態の固体撮像装置の積層構造]
図3に、固体撮像装置10の積層構造の構成例を示す。図3は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの積層構造の構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図3中の上方向を意味し、「右」とは、図3中の右方向を意味するものとする。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図3に示すように、固体撮像装置10が2つの半導体基板から構成される積層構造を有する場合、画素アレイ部11は、光の入射側の半導体基板SB(例えば、第1の基板)に形成される。安定化回路SCは、画素アレイ部11に配列された画素41が有するトランジスタと特性を合わせるため、半導体基板SBに形成される。
画素アレイ部11と安定化回路SCとを除いた周辺回路は、半導体基板SBの表面側に積層される別の半導体基板(例えば、第2の基板)に形成される。
[第1の実施形態の固体撮像装置の画素の回路構成例]
図4に、画素領域11の単位画素を構成する画素41の構成例を示す。図4は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの単位画素を構成する画素41の構成例を示すブロック図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図4中の上方向を意味し、「右」とは、図4中の右方向を意味するものとする。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図4に示すように、画素41は、フォトダイオード42、読み出しトランジスタ43、リセットトランジスタ44、増幅トランジスタ45、及び選択トランジスタ46を有する。
フォトダイオード42は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード42のアノード電極は、画素領域のグランド(画素グランド)に接続され、カソード電極は読み出しトランジスタ43を介してフローティングディフュージョンFDに接続される。
読み出しトランジスタ43は、フォトダイオード42からの光電荷の読み出しを制御する。読み出しトランジスタ43は、ドレイン電極がフローティングディフュージョンFDに接続され、ソース電極がフォトダイオード42のカソード電極に接続される。また、読み出しトランジスタ162のゲート電極には、垂直駆動部14から制御信号TRGが供給される。制御信号TRG(即ち、読み出しトランジスタ43のゲート電位)がオフ状態のとき、フォトダイオード42からの光電荷の読み出しが行われない(即ち、フォトダイオード42において光電荷が蓄積される)。これに対し、制御信号TRG(即ち、読み出しトランジスタ43のゲート電位)がオン状態のとき、フォトダイオード42に蓄積された光電荷が読み出され、フローティングディフュージョンFDに供給される。
リセットトランジスタ44は、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットする。リセットトランジスタ44は、ドレイン電極が電源電位に接続され、ソース電極がフローティングディフュージョンFDに接続される。また、リセットトランジスタ44のゲート電極には、垂直駆動部14から制御信号RSTが供給される。制御信号RST(即ち、リセットトランジスタ44のゲート電位)がオフ状態のとき、フローティングディフュージョンFDは、電源電位と切り離されている。これに対し、制御信号RST(即ち、リセットトランジスタ44のゲート電位)がオン状態のとき、フローティングディフュージョンFDの電荷が電源電位に捨てられ、フローティングディフュージョンFDがリセットされる。
増幅トランジスタ45は、フローティングディフュージョンFDの電位変化を増幅し、電気信号(アナログ信号)として出力する。増幅トランジスタ45は、ゲート電極がフローティングディフュージョンFDに接続され、ドレイン電極が電源電位に接続され、ソース電極がセレクトトランジスタ46のドレイン電極に接続されている。例えば、増幅トランジスタ45は、リセットトランジスタ44によってリセットされたフローティングディフュージョンFDの電位をリセット信号(リセットレベル)として選択トランジスタ46に出力する。また、増幅トランジスタ45は、読み出しトランジスタ43によって光電荷が転送されたフローティングディフュージョンFDの電位を光蓄積信号(信号レベル)として選択トランジスタ46に出力する。
また、増幅トランジスタ45は、複数の画素41に対応する列毎に対応した負荷MOS部30とソースフォロア回路を構成する。
選択トランジスタ46は、増幅トランジスタ45から供給される電気信号の垂直信号線13への出力を制御する。選択トランジスタ46は、ドレイン電極が増幅トランジスタ45のソース電極に接続され、ソース電極が垂直信号線13に接続されている。また、選択トランジスタ46のゲート電極には、垂直駆動部14から制御信号SELが供給される。制御信号SEL(即ち、選択トランジスタ46のゲート電位)がオフ状態のとき、増幅トランジスタ45と垂直信号線13は電気的に切り離されている。
したがって、オフ状態のとき、画素41から画素信号が出力されない。これに対し、制御信号SEL(即ち、選択トランジスタ46のゲート電位)がオン状態のとき、画素41が選択状態となる。つまり、増幅トランジスタ45と垂直信号線13が電気的に接続され、増幅トランジスタ45から出力される信号が、画素41の画素信号として垂直信号線13に供給される。即ち、画素41から画素信号が読み出される。
なお、単位画素の構成は任意であり、図4に限定されるものではない。例えば、読み出しトランジスタ43が省略されていてもよい。また、1単位画素当たりの画素数は任意であり、図4のように1画素であってもよいし、複数画素であってもよい。
[第1の実施形態の固体撮像装置の動作]
図5乃至図7を用いて、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置10の動作について説明する。なお、同一の部材には同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図5に、固体撮像装置10の構成要素を示したブロック図を示す。図5は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。
図5に示すように、固体撮像装置10は、画素アレイ部11、垂直信号線13、安定化回路SC、第1のスイッチ36、A/D変換回路38、及び負荷MOS部30を備えている。安定化回路SCは、第1のトランジスタ34と、第3のトランジスタ35とを備えて構成されている。A/D変換回路38は、コンパレータ33、カウンター37a、及びラッチ回路37bを備えて構成されている。負荷MOS部30は、第2のトランジスタ31と、第2のスイッチ32とを備えて構成されている。
読み出し走査系において、まず、画素アレイ部11が有する各画素41は、生成した画素信号を垂直信号線13に出力する。負荷MOS部30は、各画素41の増幅トランジスタ45とソースフォロア回路を構成するため、垂直信号線13に電流を供給する。
そして、固体撮像装置10は、コンパレータ33が、D/A変換部16から供給されるランプ信号のランプ電圧値と第1の画素で生成された画素信号の電圧値とを比較する。
コンパレータ33は、ランプ信号のランプ電圧値と画素41で生成された画素信号の電圧値とを比較して、画素信号の電圧値がランプ電圧値より小さいときは、第2のスイッチ32が第5の電位32aの地点に接続することで垂直信号線13に電流を供給する。具体的には、最初、画素41から読み出した画素信号の電圧値は、ランプ電圧値よりも低いため、コンパレータ33は、“H”を出力する。第2のスイッチ32は、コンパレータ33の出力が“H”であるため、第5の電位32aである“バイアス信号Bias1”を選択し、画素41から垂直信号線13に電流を供給する。
これに対し、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、第2のスイッチ32が第6の電位32bに接続する。具体的には、画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいときは、コンパレータ33は、“L”を出力する。これにより、第2のスイッチ32は、第5の電位32aの“バイアス信号Bias1”から、第6の電位32bの“GND”に切り替えて、第2のトランジスタ31をオフにする。これにより、負荷MOS部30は、OFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。
図6に、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLを比較し、消費電力を低減する概念を示す。図6は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサにおいて、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLを比較し、消費電力を低減する概念を示した説明図である。
図6に示すように、コンパレータ33は、複数の画素41が配列された行毎に対応して、行毎に画素41を読み出す1H期間中において、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLとを、P相読み出し期間とD相読み出し期間で比較する。
一例として、コンパレータ33は、D相読み出し期間において、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSL1とを比較し、時間Z1は、画素信号の電圧VSL1がランプ電圧値RMPよりも大きいときを示している。画素信号の電圧VSL1がランプ電圧値RMPよりも大きいため、期間Qの間は、コンパレータ33が、第2のトランジスタ31をオフにする。これにより、負荷MOS部30は、OFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。
この場合、画素信号の電圧VSL1の信号量が小さいほど、早期に負荷MOS部30がOFF状態になるため、期間Qの間が長くなり、固体撮像装置10は、大幅に消費電流を低減することができる。
また、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSL2とを比較し、時間Z2は、画素信号の電圧VSL2がランプ電圧値RMPよりも大きいときを示している。時間Z2では、画素信号の電圧VSL2がランプ電圧値RMPよりも大きいため、期間Rの間は、コンパレータ33が、第2のトランジスタ31をオフにする。これにより、負荷MOS部30は、OFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。
この場合、画素信号の電圧VSL2の信号量が大きくても、期間R(Hブランク期間)が長ければ、固体撮像装置10は、消費電流を低減することができる。
このように、画素信号の電圧VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいときは、複数の画素41に対応した列毎に、負荷MOS部30がOFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。これにより、第1の実施形態の固体撮像装置10は、消費電力を低減させることができる。
図5に戻り、安定化回路SCの動作ついて、説明する。
まず、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLとを比較し、画素信号の電圧VSLがランプ電圧値RMPよりも小さいときは、コンパレータ33は、“H”を出力する。第1のスイッチ36は、コンパレータ33が“H”を出力しているとき、第4の電位36bを選択し、“負電位(負バイアス電圧VRLS)”を選択する。この場合、電位信号SDは、負電位(負バイアス電圧VRLS)となる。そして、第1のトランジスタ34は、垂直信号線13に負バイアス電圧VRLSを印加する。なお、第1の実施形態では、一例として、第4の電位36bは、“負電位(負バイアス電圧VRLS)”とする。なお、第2の実施形態では、第4の電位36cが、接地電位の“GND”について説明する。
これに対し、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPより大きいときは、コンパレータ33の出力が“H”から“L”に切り替わる。そして、第1のスイッチ36は、第4の電位36bの“負電位(負バイアス電圧VRLS)”から、第3の電位36aの“VDD”に切り替える。
これにより、第1のスイッチ36が、第4の電位36bから第3の電位36aに切り替えると、電位信号SDが“負電位(負バイアス電圧VRLS)”から“VDD”となり、第1のトランジスタ34が“オン”となる。この場合、安定化回路SCが“オン”となり、第3のトランジスタ35にはバイアス電圧(バイアス信号Bias2)が印加されているため、安定化回路SCは、垂直信号線13に、バイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)を印加する。
なお、第1の実施形態では、P相の読み出し時の画素信号の電圧を、VSL0とし(図6参照)、第3のトランジスタ35のスレッシュホールド電圧を、Vth_AMPとする。
このように、コンパレータ33の出力が“H”から“L”に切り替わったときは、安定化回路SCは、垂直信号線13に高速にP相の電位(VSL0+Vth_AMP)を蓄積することができるので、固体撮像装置10の安定化を図ることができる。
図7に、固体撮像装置10の消費電力を低減する期間について示す。図7は、本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図7中の上方向を意味し、「左」とは、図7中の左方向を意味するものとする。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
固体撮像装置10は、複数の画素41が配列された行毎にA/D変換するようになっており、画素41の画素信号の信号成分を1H期間内に読み出すようになっている。ここでは、画素41が行方向と列方向に配列されている場合において、1行ごとに画素信号の信号成分を読み出す期間を、1H期間とする。
コンパレータ33は、D/A変換部16のランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLとを画素41毎に比較する。図7では、時間Z3から時間Z4の間と、時間Z5から時間Z6の間、ランプ電圧値RMPよりも画素信号の電圧VSLの方が大きく、コンパレータ33の出力が反転していることを示している。
図7に示すように、1H期間において、A/D変換を開始して時間Z3までは、ランプ電圧値RMPの方が画素信号の電圧値VSLよりも大きいため、コンパレータ33は、“H”を出力する。時間Z3では、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わる。
時間Z3において、負荷MOS部30の第2のスイッチ32は、第2のトランジスタ31のゲートへの入力を“バイアス信号Bias1”から“GND”に切り替え、第2のトランジスタ31を“オフ”にする。したがって、負荷MOS部30は、列毎に対応した垂直信号線13に流れる電流の供給を停止させ、ソースフォロア回路をスタンバイ状態にさせる。
これにより、時間Z3から時間Z4までの期間Sの間、固体撮像装置10は、負荷MOS部30における消費電力を低減させることができる。
また、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わることにより、安定化回路SCの第1のトランジスタ34のゲートには、“VDD”が印加される。
したがって、期間Sに対応する期間Uの間、安定化回路SCは、垂直信号線13の電位をバイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)に安定させることができる。
また、時間Z4は、ランプ電圧値RMPが画素信号の電圧値VSLよりも大きくなる時間である。時間Z4の後、時間Z5までの期間では、ランプ電圧値RMPが画素信号の電圧値VSLよりも大きいため、コンパレータ33は、A/D変換を行う。そして、時間Z5において、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わる。
時間Z5から時間Z6の間は、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が“L”になる。これにより、負荷MOS部30の第2のスイッチ32は、第2のトランジスタ31への入力を第5の電位32aの“バイアス信号Bias1”から第6の電位32bの“GND”に切り替えて、第2のトランジスタ31を“オフ”にする。したがって、負荷MOS部30は、列毎に対応した垂直信号線13に流れる電流の供給を停止させ、ソースフォロア回路をスタンバイ状態にさせる。
図7では、期間Sと期間Tの間、固体撮像装置10は、負荷MOS部30における消費電力を低減させることができる。
また、コンパレータ33の出力が、“H”の時は、安定化回路SCの第1のトランジスタ34のゲートには、第4の電位36bの“負バイアス電圧VRLS”が印加されていたが、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わると、第1のトランジスタ34のゲートには、第3の電位36aの“VDD”が印加される。
したがって、期間Sに対応する期間Uの間と、期間Tに対応する期間Vの間、安定化回路SCは、垂直信号線13の電位を、バイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)に安定させることができる。
なお、時間Z6の後、次の行の画素信号を読み出すまでは、コンパレータ33は、待機となる。このように、安定化回路SCは、期間Sに対応する期間Uと、期間Tに対応する期間Vの間、画素アレイ部11の画素41からコンパレータ33までの電流源を安定化させることができる。
以上説明したように、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置は、画素アレイ部11と、垂直信号線13と、第1のトランジスタ34と、第2のトランジスタ31と、D/A変換部16と、コンパレータ33とを備え、消費電力の低減化を図ることができる。
なお、安定化回路SCは、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置10に使用されているが、必須の構成要素ではない。安定化回路SCは、垂直信号線13の電位を安定化させるために用いられるため、任意の構成要素となっている。即ち、安定化回路SCがなくても、消費電力の低減化を図ることができる。
<2.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)>
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態の固体撮像装置において、第4の電位が、接地電位である、固体撮像装置である。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置によれば、第1の実施形態の固体撮像装置と同様に、消費電力の低減を図ることができる。
図8を用いて、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置10aの動作について説明する。
図8に、固体撮像装置10aの構成要素を示したブロック図を示す。図8は、本技術を適用した第2の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。なお、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図8に示すように、固体撮像装置10aは、画素アレイ部11、負荷MOS部30、A/D変換回路38、スイッチ36a、及び安定化回路SCを備えている。
第2の実施形態の固体撮像装置10aが、第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点は、第4の電位36cが、接地電位“GND”となっている点である。この場合、第1のスイッチ36aは、第4の電位36bの“負バイアス電圧VRLS”の代わりに第4の電位36cの接地電位“GND”に切り替える。
例えば、通常時、コンパレータ33が“H”を出力しており、第1のスイッチ36aは、その間、第4の電位36cの接地電位を選択する。そのため、第1のトランジスタ34のゲートには、第4の電位36cの“GND”が入力され、安定化回路SCは、“オフ”となる。そして、コンパレータ33が“H”から“L”に切り替わると、第1のスイッチ36aは、第4の電位36cの接地電位の“GND”から第3の電位36aの“VDD”に切り替える。
これにより、第1のトランジスタ34のゲートには“VDD”が入力されるので、安定化回路SCは、垂直信号線13に、バイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)を印加することができる。
ここで、第1の実施形態では、固体撮像装置10は、通常時において、第1のトランジスタ34のゲートに、“負バイアス電圧VRLS”を印加していたが、第2の実施形態では、固体撮像装置10aは、第1のトランジスタ34のゲートに、“GND”を入力し、安定化回路SCを“オフ”にする。
第2の実施形態では、第1のスイッチ36aが、“オン”と“”オフ“を切り替えており、“負バイアス電圧VRLS”の代わりに“GND”を選択することにより、“負バイアス電圧VRLS”の配線(これを、VRLS配線ともいう。)を、半導体基板(例えば、第2の基板)に引き回す必要をなくしている。
図9に、第1の実施形態の固体撮像装置10と第2の実施形態の固体撮像装置10aとのレイアウトの違いを示す。図9は、第1の実施形態の固体撮像装置10と第2の実施形態の固体撮像装置10とにおいて、負バイアス電圧VRLSによるVRLS配線のレイアウトの違いを示した説明図である。
図9Aに、第1の実施形態として、固体撮像装置10を構成する半導体基板SB1(例えば、第1の基板)と半導体基板SB2a(例えば、第2の基板)とを示し、図9Bに、第2の実施形態として、固体撮像装置10aを構成する半導体基板SB1(例えば、第1の基板)と半導体基板SB2b(例えば、第2の基板)を示す。
VRLS配線は、第1の実施形態の固体撮像装置10でも、第2の実施形態の固体撮像装置10aでも、半導体基板SB1(第1の基板)には配線されている。
しかしながら、第1の実施形態の固体撮像装置10が有するVRLS配線は、半導体基板SB2a(例えば、第2の基板)のLM(負荷MOS部30)まで、配線を引き回す必要がある。
これに対し、第2の実施形態の固体撮像装置10aが有するVRLS配線は、半導体基板SB2b(例えば、第2の基板)のLM(負荷MOS部30)まで、配線を引き回す必要がない。
これにより、第2の実施形態に係る固体撮像装置10aは、第1の実施形態の固体撮像装置10よりも配線の自由度が向上し、VRLS配線の負荷を低減することができる。
図10に、固体撮像装置10aの消費電力を低減する期間について示す。図10は、本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。なお、図7と同一の部材については同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
図10に示すように、第2の実施形態における固体撮像装置10aのタイミングチャートは、第1の固体撮像装置10における固体撮像装置10のタイミングチャートと同様となっている。
第2の実施形態の固体撮像装置10aが、第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点は、第4の電位36cが、接地電位“GND”となっている点である。このため、第2の実施形態の固体撮像装置10aは、論理的な回路構成が変更されておらず、第2の実施形態の固体撮像装置10aのタイミングチャートは、第1の実施形態において説明した固体撮像装置10におけるタイミングチャートと、同一のタイミングチャートとなる。
<3.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)>
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態の固体撮像装置において、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、安定化回路が、電流の供給を停止した次の行に対応する画素信号がA/D変換が開始するまでに、垂直信号線に所定の電位を与える、固体撮像装置である。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置によれば、安定化回路が、次の行に対応する画素信号がA/D変換が開始されるまでに垂直信号線に所定の電位を与えることができるので、負荷MOS部を安定させることができる。
第3の実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態で説明した安定化回路SCを有している。なお、第3の実施形態の固体撮像装置について、第1の実施形態の固体撮像装置10を用いて説明する。
図7を用いて、第3の実施形態の固体撮像装置の動作について説明する。
固体撮像装置10は、複数の画素41が配列された行毎に対応して、画素信号をA/D変換している。画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPより大きいときは、コンパレータ33の出力が“H”から“L”に切り替わる。そして、第1のトランジスタ34のゲートには、第3の電位36aの“VDD”が印加される。
これにより、安定化回路SCは、垂直信号線13にバイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)を供給し、垂直信号線13の電位を安定させることができる。
例えば、図7の時間Z5では、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPより大きいときを示している。このとき、安定化回路SCは、垂直信号線13にバイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)に与えている。
このように、画素信号の電圧VSLは、時間Z5の後、垂直信号線13の電位がバイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP)になる。なお、所定の電位は、一例として、画素信号の電圧VSLにおいて、P相の読み出し期間の動作開始時点の電位とすることができる。
このように、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPより大きいときは、安定化回路SCが、電流の供給を停止した次の行に対応する画素信号がA/D変換が開始するまでに、垂直信号線13に所定の電位(例えば、バイアス信号Bias2(VSL0+Vth_AMP))を与えるようになっている。
これにより、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置では、安定化回路SCが、次の行に対応する画素信号がA/D変換が開始されるまでに垂直信号線に所定の電位を与えることができるので、負荷MOS部30を安定させることができる。
<4.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)>
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態の固体撮像装置において、安定化回路が、トランジスタスイッチで構成され、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、トランジスタスイッチが、垂直信号線に所定の電位を与える、固体撮像装置である。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置によれば、第1の実施形態の固体撮像装置と同様に、消費電力の低減を図ることができる。
図11を用いて、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置10bの動作について説明する。
図11に、固体撮像装置10bの構成要素を示したブロック図を示す。図11は、本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。なお、図5と同一の構成には同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
第4の実施形態の固体撮像装置10bが、第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点は、安定化回路SCの代わりに、安定化回路SC1が設けられている点である。
安定化回路SC1は、n型MOSトランジスタ50で構成されている。n型MOSトランジスタ50は、通常時は、“負バイアス電圧VRLS”を垂直信号線13に印加し、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPより大きいときは、垂直信号線13に、バイアス信号Bias2(VSL0)を与えるようになっている。
図12に、第4の実施形態の固体撮像装置10bが、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLを比較し、消費電力を低減する概念を示す。図12は、本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサにおいて、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLを比較し、消費電力を低減する概念を示した説明図である。
第4の実施形態の固体撮像装置10bは、第1の実施形態の固体撮像装置10と、同様の処理を行う。
図12に示すように、コンパレータ33は、行毎に対応して、A/D変換する期間(1H期間)中において、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLとをP相読み出し期間とD相読み出し期間で比較する。
一例として、コンパレータ33は、D相読み出し期間において、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSL3とを比較し、時間Z10は、画素信号の電圧VSL3がランプ電圧値RMPよりも大きいときを示している。画素信号の電圧VSL3がランプ電圧値RMPよりも大きいため、期間Q1の間は、コンパレータ33が、第2のトランジスタ31をオフにする。これにより、負荷MOS部30は、OFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。
この場合、画素信号の電圧VSL3の信号量が小さいほど、早期に負荷MOS部30がOFF状態になるため、期間Q1の間が長くなり、固体撮像装置10は、大幅に消費電流を低減することができる。
また、ランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSL4とを比較し、時間Z11は、画素信号の電圧VSL4がランプ電圧値RMPよりも大きいときを示している。時間Z11では、画素信号の電圧VSL4がランプ電圧値RMPよりも大きいため、期間R1の間は、コンパレータ33が、第2のトランジスタ31をオフにする。これにより、負荷MOS部30は、OFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。
この場合、画素信号の電圧VSL4の信号量が大きくても、期間R1(Hブランク期間)が長ければ、消費電流を低減することができる。
このように、画素信号の電圧VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいときは、複数の画素41に対応した列毎に、負荷MOS部30がOFF状態になり、ソースフォロア回路がスタンバイ状態になる。これにより、第4の実施形態の固体撮像装置10bは、消費電力を低減させることができる。
図13に、固体撮像装置10bの消費電力を低減する期間について示す。図13は、本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの動作を示したタイミングチャートである。
固体撮像装置10bは、複数の画素が配列された行毎にA/D変換するようになっており、1行においてA/D変換を行う期間を、1H期間とする。なお、基本的な動作は、図7に示す第1の実施形態の固体撮像装置10の動作と同様である。
コンパレータ33は、D/A変換部16のランプ電圧値RMPと画素信号の電圧VSLとを画素毎に比較する。図13では、時間Z3から時間Z4の間と、時間Z5から時間Z6の間、ランプ電圧値RMPよりも画素信号の電圧VSLの方が大きく、コンパレータ33の出力が反転していることを示している。
図13に示すように、1H期間において、A/D変換を開始して時間Z3までは、ランプ電圧値RMPの方が画素信号の電圧値VSLよりも大きいため、コンパレータ33は、“H”を出力する。時間Z3では、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わる。
時間Z3において、負荷MOS部30の第2のスイッチ32は、第2のトランジスタ31のゲートへの入力を“バイアス信号Bias1”から“GND”に切り替え、第2のトランジスタ31を“オフ”にする。したがって、負荷MOS部30は、列毎に対応した垂直信号線13に流れる電流の供給を停止させ、ソースフォロア回路をスタンバイ状態にさせる。
これにより、時間Z3から時間Z4までの期間Sの間、固体撮像装置10bは、負荷MOS部30における消費電力を低減させることができる。
また、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わることにより、安定化回路SC1のn型MOSトランジスタ50のゲートには、“VDD”が印加される。
したがって、期間Sに対応する期間Uの間、安定化回路SC1は、垂直信号線13の電位を、バイアス信号Bias2(VSL0)に安定させることができる。
また、時間Z4は、ランプ電圧値RMPが画素信号の電圧値VSLよりも大きくなる時間である。時間Z4の後、時間Z5までの期間では、ランプ電圧値RMPが画素信号の電圧値VSLよりも大きいため、コンパレータ33は、A/D変換を行う。そして、時間Z5において、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わる。
時間Z5から時間Z6の間は、画素信号の電圧値VSLがランプ電圧値RMPよりも大きいため、コンパレータ33の出力が“L”になる。これにより、負荷MOS部30の第2のスイッチ32は、第2のトランジスタ31への入力を第5の電位32aの“バイアス信号Bias1”から第6の電位32bの“GND”に切り替えて、第2のトランジスタ31を“オフ”にする。したがって、負荷MOS部30は、列毎に対応した垂直信号線13に流れる電流の供給を停止させ、ソースフォロア回路をスタンバイ状態にさせる。
図13では、期間Sと期間Tの間、固体撮像装置10は、負荷MOS部30における消費電力を低減させることができる。
また、安定化回路SC1のn型MOSトランジスタ50のゲートには、“負バイアス電圧VRLS”が印加されていたが、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わることにより、n型MOSトランジスタ50のゲートには、第3の電位36aの“VDD”が印加される。
したがって、安定化回路SC1は、垂直信号線13の電位を、バイアス信号Bias2(VSL0)に安定させることができる。
なお、時間Z6の後、次の行の画素信号を読み出すまでは、A/D変換回路38は、待機となる。このように、安定化回路SC1は、期間Sに対応する期間Uと、期間Tに対応する期間Vの間、画素アレイ部11の画素41からコンパレータ33までの電流源を安定化させることができる。
以上説明したように、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置10bは、安定化回路SC1がn型MOSトランジスタ50で構成され、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、n型MOSトランジスタ50が、垂直信号線13に、所定の電位(例えば、バイアス信号Bias2(VSL0))を与えることができる。
これにより、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置10bによれば、第1の実施形態の固体撮像装置と同様に、消費電力の低減を図りながら、固体撮像装置10bの安定化を図ることができる。
<5.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)>
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置は、第1の実施形態の固体撮像装置において、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、コンパレータが、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止する、固体撮像装置である。
例えば、A/D変換部が、遅延素子をさらに有し、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、遅延素子が、画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力をコンパレータに入力し、コンパレータが、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止する。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置によれば、第1の実施形態の固体撮像装置と同様に、消費電力の低減を図ることができる。
図14を用いて、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置10cの動作について説明する。
図14に、固体撮像装置10cの構成要素を示したブロック図を示す。図14は、本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置の一実施の形態であるCMOSイメージセンサの構成要素を示したブロック図である。また、同一の部材については、同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
第5の実施形態の固体撮像装置10cが第1の実施形態の固体撮像装置10と異なる点は、A/D変換回路38aが、遅延素子53を更に備えている点である。即ち、A/D変換回路38aは、コンパレータ33と、カウンター37aと、ラッチ回路37bと、インバータ52と、遅延素子53とを備えて構成されている。なお、コンパレータ33と、インバータ52と、遅延素子53は、コンパレータ33を所定のタイミングで停止させるタイミング制御コンパレータ51を構成してもよい。
A/D変換回路38aは、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、コンパレータ33が、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止する。さらに、遅延素子53は、コンパレータ33の画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力をコンパレータ33に入力し、コンパレータ33が、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止する。
インバータ52は、コンパレータ33の出力を反転させるための反転素子である。
遅延素子53は、画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力をコンパレータ33の所定の端子(後述する、図16のTMABK端子)に入力する。
コンパレータ33は、遅延素子53によって画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいことを示す出力が遅れて入力されるので、カウンター37aのカウンター値をラッチ回路37bにより取得した後に、コンパレータ33を止めることができる。
図15に、遅延素子53の構成要素を示したブロック図を示す。図15は、本技術を適用した第5の実施形態の遅延素子の一実施の形態である遅延素子の構成要素を示したブロック図である。
図15Aに、遅延素子53aを示す。図15Bに、遅延素子53bを示す。図15Aに示すように、遅延素子53aは、複数個(n個)のインバータIVnから構成される。なお、インバータIVnの個数は、コンパレータ33の出力を遅らせたいタイミングに合わせて設定される。
また、図15Bに示すように、遅延素子53bは、複数個(n個)のフリップフロップFFnから構成されている。フリップフロップFF1〜FFnは、クロックCLKのタイミングに同期して、フリップフロップFFの数だけのコンパレータ33の出力を遅延させることができる。なお、遅延素子33は、遅延素子53a及び遅延素子53bのいずれも適用することができ、この実施形態に限定されるものではない。
図16に、コンパレータ33の構成要素を示したブロック図を示す。図16は、本技術を適用した第5の実施形態のコンパレータの一実施の形態であるコンパレータの構成要素を示したブロック図である。なお、コンパレータ33は、公知のコンパレータを使用することができる。
図16に示すように、コンパレータ33は、初段で低速信号比較動作を行い、動作帯域を狭くする機能を有する第1アンプ210、及び第1アンプ210の出力をゲインアップする機能を有する第2アンプ220が縦続接続されている。
コンパレータ33は、行動作開始時に各カラム毎に動作点を決めるためのAZスイッチに印加する第1アンプ210のための第1のAZ(初期化)信号PSELを、水平方向(コンパレータ33の配列方向、列方向)の間欠動作基本単位分だけ並列に独立して制御することで、非動作コンパレータのAZスイッチのみ非動作行開始時にオフに固定にするように構成されている。
第1アンプ210は、pチャネルMOS(PMOS)トランジスタPT211〜PT215、nチャネルMOS(NMOS)トランジスタMT211〜NT215、およびAZレベルのサンプリング容量である第1のキャパシタC211,キャパシタC212を有する。
PMOSトランジスタPT211のソースおよびPMOSトランジスタPT212のソースが電源電位VDDに接続されている。
PMOSトランジスタPT211のドレインがNMOSトランジスタNT211のドレインに接続され、その接続点によりノードND211が形成されている。また、PMOSトランジスタPT211のドレインとゲートが接続され、その接続点がPMOSトランジスタ212のゲートに接続されている。
PMOSトランジスタPT212のドレインがNMOSトランジスタNT212のドレインに接続され、その接続点により第1アンプ210の出力ノードND212が形成されている。
NMOSトランジスタNT211とNMOSトランジスタNT212のエミッタ同士が接続され、その接続点がNMOSトランジスタNT214のドレインに接続され、NMOSトランジスタNT214のソースがNMOSトランジスタNT213のドレインに接続されている。NMOSトランジスタNT213のソースは接地電位GNDに接続されている。
NMOSトランジスタNT211のゲートがキャパシタC211の第1電極に接続され、その接続点によりノードND213が形成されている。そして、キャパシタC211の第2電極がランプ信号RAMPの入力端子TRAMPに接続されている。
NMOSトランジスタNT212のゲートがキャパシタC212の第1電極に接続され、その接続点によりノードND214が形成されている。そして、キャパシタC212の第2電極がアナログ信号VSLの入力端子TVSLに接続されている。
また、NMOSトランジスタNT213のゲートがバイアス信号BIASの入力端子TBIASに接続されている。
また、NMOSトランジスタNT214のゲートが制御信号MASKの入力端子TMASKに接続されている。
PMOSトランジスタPT213のドレインがノードND211に接続され、ソースがノードND213に接続されている。PMOSトランジスタPT214のドレインがノードND212に接続され、ソースがノードND214に接続されている。
そして、PMOSトランジスタPT213およびPT214のゲートがローレベルでアクティブの第1のAZ信号PSELの入力端子TPSELに共通に接続されている。
また、PMOSトランジスタPT215のソースが電源電位VDDに接続され、ドレインが出力ノードND212に接続され、ゲートが制御信号MASKの入力端子TMABKに接続されている。
このような構成を有する第1アンプ210において、PMOSトランジスタPT211,PT212によりカレントミラー回路が構成され、NMOSトランジスタNT211,NT212によりNMOSトランジスタNT213を電流源とする差動の比較部が構成されている。
また、PMOSトランジスタPT213,PT214がAZスイッチとして機能し、キャパシタC211,C212がAZレベルのサンプリング容量として機能する。そして、第1アンプ210の出力信号1stcompは出力ノードND212から第2アンプ220に出力される。
また、NMOSトランジスタNT214は、制御信号MABKがローレベルの場合にはオフして第1アンプ210を非動作状態とし、ハイレベルの場合にはオンして第1アンプ210を動作状態とする機能を有する。
PMOSトランジスタ215は、制御信号MABKがローレベルの場合にはオンして第1アンプ210を非動作状態時の出力ノードND212に接続される出力ラインを電源電位VDDに固定し、次段の第2アンプ220のゲート入力トランジスタを確実にカットオフさせる機能を有する。PMOSトランジスタPT215は、制御信号MASKがハイレベルの場合にはオフして第1アンプ210の出力1stcompを第2アンプ220に伝達させる機能を有する。
第2アンプ220は、PMOSトランジスタPT221、NMOSトランジスタNT221,NT222、およびAZレベルのサンプリング容量C221を有する。
PMOSトランジスタPT211のソースが電源電位VDDに接続され、ゲートが第1アンプ210の出力ノードND212に接続されている。
PMOSトランジスタPT211のドレインがNMOSトランジスタNT211のドレインに接続され、その接続点により出力ノードND221が形成されている。
NMOSトランジスタNT221のソースが接地電位GNDに接続され、ゲートがキャパシタC221の第1電極に接続され、その接続点によりノードND222が形成されている。キャパシタC221の第2電極は接地電位GNDに接続されている。
NMOSトランジスタNT222のドレインがノードND221に接続され、ソースがノードND222に接続されている。
そして、NMOSトランジスタPT222のゲートがハイレベルでアクティブの第2のAZ信号NSELの入力端子TNSELに共通に接続されている。
この第2のAZ信号NSELは、第1アンプ210に供給される第1のAZ信号PSELと相補的なレベルをとる。
このような構成を有する第2アンプ220において、PMOSトランジスタPT221により入力および電流源回路が構成されている。
また、NMOSトランジスタPT222がAZスイッチとして機能し、キャパシタC221がAZレベルのサンプリング容量として機能する。
そして、第2アンプ220の出力ノードND221は、コンパレータ33の出力端子TOUTに接続されている。
図17を用いて、第5の実施形態の固体撮像装置10cの動作について説明する。図17は、本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置10cの一実施の形態であるCMOSイメージセンサのタイミングチャートを示した説明図である。なお、図17では、図7と異なるところを説明し、図7と重複するところは、適宜、省略する。
図17の時間Z3と時間Z5では、コンパレータ33の出力が、“H”から“L”に切り替わる。ここで、固体撮像装置10cは、遅延素子53を有しており、コンパレータ33は、Y時間分だけ遅れて、TMABK端子に“H”から“L”に切り替わったことが入力される。
これにより、コンパレータ33は、遅延素子53によってコンパレータ33の出力からY時間経過後に、期間Wや期間Xの間、コンパレータ33を停止する。
以上説明したように、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置10cは、画素信号の電圧値がランプ電圧値より大きいときは、コンパレータ33が、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止する。これにより、第5の実施形態の固体撮像装置10cは、消費電力の低減を図ることができる。
さらに、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置10cは、A/D変換回路38aが遅延素子53を有し、遅延素子53が、コンパレータ33の出力を遅らせ、画素信号の電圧値がランプ電圧値よりも大きいことを示す出力をコンパレータ33に入力する。このため、コンパレータ33は、カウンター37aのカウンター値をラッチ回路37bでラッチした後に、画素信号の電圧値とランプ電圧値とを比較することを停止することができる。
これにより、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置10cは、カウンター値を確実に保持したうえで、消費電力の低減化を図ることができる。
<6.電子装置に関する第6の実施形態>
本技術に係る第6の実施形態の電子機器は、固体撮像装置が搭載され、固体撮像装置が、単位画素を有する画素アレイ部と、単位画素に接続された垂直信号線と、第1の電位の地点と垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、第2の電位の地点と垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、D/A変換部と、垂直信号線とD/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、垂直信号線には、第1のトランジスタにより第1の電位が供給され、第1の電位が、第2の電位よりも高い、電子機器である。また、本技術に係る第6の実施形態の電子機器は、本技術に係る第1乃至5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置が搭載された電子機器でもよい。
<6.本技術を適用した固体撮像装置の使用例>
図18は、イメージセンサとしての本技術に係る第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置の使用例を示す図である。
上述した第1乃至第5の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。即ち、図18に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置(例えば、上述した第6の実施形態の電子装置)に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
交通の分野においては、例えば、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に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
家電の分野においては、例えば、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、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第1乃至第5のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、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に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
セキュリティの分野においては、例えば、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に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
美容の分野においては、例えば、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に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
農業の分野においては、例えば、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に、第1乃至第5の実施形態のいずれか1つの固体撮像装置を使用することができる。
次に、本技術に係る第1乃至第5の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした固体撮像装置は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図19に、その一例として、電子機器102(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器102は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置101と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置101およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置101の画素部101aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置101への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置101の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置101から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、本技術に係る第1乃至第5の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
また、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
(1)単位画素を有する画素アレイ部と、
前記単位画素に接続された垂直信号線と、
第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
D/A変換部と、
前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
前記垂直信号線には、前記第1のトランジスタにより前記第1の電位が供給され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、固体撮像装置。
(2)前記第1のトランジスタのゲートに接続される第1のスイッチと、
前記第2のトランジスタのゲートに接続される第2のスイッチと、を備え、
前記第1のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第1のスイッチが切り替えられて制御されるとともに、
前記第2のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第2のスイッチが切り替えられて制御される、前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記第1のトランジスタのゲートが、前記第1のスイッチを介して第3の電位の地点及び第4の電位の地点に接続され、
前記第2のトランジスタのゲートが、前記第2のスイッチを介して第5の電位の地点及び第6の電位の地点に接続され、
前記第3の電位が、前記第4の電位よりも高く、
前記第5の電位が、前記第6の電位よりも高い、前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記第1の電位及び前記第3の電位が、電源電位であり、
前記第2の電位及び前記第6の電位が、接地電位である、前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5)前記第4の電位が、負電位である、前記(3)または(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記第4の電位が、接地電位である、前記(3)または(4)に記載の固体撮像装置。
(7)前記第1の電位の地点と前記第1のトランジスタのそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第3のトランジスタをさらに有する、前記(1)乃至(6)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(8)前記コンパレータが、前記D/A変換部から供給されるランプ信号のランプ電圧値と前記画素で生成された画素信号の電圧値とを比較して、
前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より小さいときは、前記第2のスイッチが前記第5の電位の地点に接続することで前記垂直信号線に電流を供給し、
前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、前記第2のスイッチが前記第6の電位の地点に接続する、前記(3)に記載の固体撮像装置。
(9)前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、
前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止する、前記(1)乃至(8)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(10)前記A/D変換部が、遅延素子をさらに有し、
前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、
前記遅延素子が、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力を前記コンパレータに入力し、
前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止する、前記(8)に記載の固体撮像装置。
(11)固体撮像装置が搭載され、
前記固体撮像装置が、単位画素を有する画素アレイ部と、
前記単位画素に接続された垂直信号線と、
第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
D/A変換部と、
前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
前記垂直信号線の電位が、前記第1のトランジスタによって前記第1の電位に接続され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、電子機器。
11 画素アレイ部
12 画素駆動線
13 垂直信号線
14 垂直駆動部
15 定電流源回路
16 D/A変換部
17 カラム処理部
30 負荷MOS部
31 n型MOSトランジスタスイッチ31
32 スイッチ
33 コンパレータ
34 n型MOSトランジスタ
35 n型MOSトランジスタ
36 スイッチ
37a カウンター
37b ラッチ
38 A/D変換回路
39 VDD
40 カラム回路
41 画素
50 n型MOSトランジスタ
51 タイミング制御コンパレータ
52 インバータ
53 遅延素子
SC1、SC2 安定化回路

Claims (11)

  1. 単位画素を有する画素アレイ部と、
    前記単位画素に接続された垂直信号線と、
    第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
    第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
    D/A変換部と、
    前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
    前記垂直信号線には、前記第1のトランジスタにより前記第1の電位が供給され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、固体撮像装置。
  2. 前記第1のトランジスタのゲートに接続される第1のスイッチと、
    前記第2のトランジスタのゲートに接続される第2のスイッチと、を備え、
    前記第1のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第1のスイッチが切り替えられて制御されるとともに、
    前記第2のトランジスタが、前記コンパレータの出力信号によって前記第2のスイッチが切り替えられて制御される、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第1のトランジスタのゲートが、前記第1のスイッチを介して第3の電位の地点及び第4の電位の地点に接続され、
    前記第2のトランジスタのゲートが、前記第2のスイッチを介して第5の電位の地点及び第6の電位の地点に接続され、
    前記第3の電位が、前記第4の電位よりも高く、
    前記第5の電位が、前記第6の電位よりも高い、請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1の電位及び前記第3の電位が、電源電位であり、
    前記第2の電位及び前記第6の電位が、接地電位である、請求項3に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第4の電位が、負電位である、請求項3に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第4の電位が、接地電位である、請求項3に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第1の電位の地点と前記第1のトランジスタのそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第3のトランジスタをさらに有する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  8. 前記コンパレータが、前記D/A変換部から供給されるランプ信号のランプ電圧値と前記単位画素で生成された画素信号の電圧値とを比較して、
    前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より小さいときは、前記第2のスイッチが前記第5の電位の地点に接続することで前記垂直信号線に電流を供給し、
    前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、前記第2のスイッチが前記第6の電位の地点に接続する、請求項3に記載の固体撮像装置。
  9. 前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、
    前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止する、請求項8に記載の固体撮像装置。
  10. 前記A/D変換部が、遅延素子をさらに有し、
    前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値より大きいときは、
    前記遅延素子が、前記画素信号の電圧値が前記ランプ電圧値よりも大きいことを示す出力を遅らせて、当該出力を前記コンパレータに入力し、
    前記コンパレータが、前記画素信号の電圧値と前記ランプ電圧値とを比較することを停止する、請求項8に記載の固体撮像装置。
  11. 固体撮像装置が搭載され、
    前記固体撮像装置が、単位画素を有する画素アレイ部と、
    前記単位画素に接続された垂直信号線と、
    第1の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第1のトランジスタと、
    第2の電位の地点と前記垂直信号線のそれぞれに、ソースまたはドレインが接続された第2のトランジスタと、
    D/A変換部と、
    前記垂直信号線と前記D/A変換部とに接続されたコンパレータと、を備え、
    前記垂直信号線の電位が、前記第1のトランジスタによって前記第1の電位に接続され、前記第1の電位が、前記第2の電位よりも高い、電子機器。


JP2018225043A 2018-11-30 2018-11-30 固体撮像装置及び電子機器 Pending JP2020088785A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018225043A JP2020088785A (ja) 2018-11-30 2018-11-30 固体撮像装置及び電子機器
PCT/JP2019/046309 WO2020111100A1 (ja) 2018-11-30 2019-11-27 固体撮像装置及び電子機器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018225043A JP2020088785A (ja) 2018-11-30 2018-11-30 固体撮像装置及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020088785A true JP2020088785A (ja) 2020-06-04

Family

ID=70853930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018225043A Pending JP2020088785A (ja) 2018-11-30 2018-11-30 固体撮像装置及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020088785A (ja)
WO (1) WO2020111100A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022209368A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子及び固体撮像装置
JP7474123B2 (ja) 2020-06-15 2024-04-24 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム及び移動体

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202320535A (zh) * 2021-10-08 2023-05-16 日商索尼半導體解決方案公司 攝像裝置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4661876B2 (ja) * 2008-01-18 2011-03-30 ソニー株式会社 固体撮像素子、およびカメラシステム
JP6691668B2 (ja) * 2014-11-14 2020-05-13 ソニー株式会社 信号処理装置、制御方法、撮像素子、並びに、電子機器
JP6760079B2 (ja) * 2014-12-15 2020-09-23 ソニー株式会社 固体撮像装置および制御方法、並びに電子機器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7474123B2 (ja) 2020-06-15 2024-04-24 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム及び移動体
WO2022209368A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子及び固体撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020111100A1 (ja) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11050955B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP6838675B2 (ja) 固体撮像装置および電子機器
KR102673399B1 (ko) 촬상 장치
TWI704811B (zh) 固體攝像裝置及其控制方法、以及電子機器
US20210092317A1 (en) Solid-state imaging device, control method thereof, and electronic apparatus
US10811447B2 (en) Solid-state imaging device, driving method, and electronic equipment
US10277856B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP6694605B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
US10171761B2 (en) Solid-state imaging device and electronic device
WO2020111100A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
WO2019026632A1 (ja) 固体撮像素子および撮像装置
JP2017175345A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
US10694132B2 (en) Solid-state imaging device, signal processing method, and electronic device
JP6740230B2 (ja) 固体撮像装置および電子機器
JP2020141146A (ja) 撮像装置
JPWO2017179442A1 (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器