JP5181840B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
図16は、固体撮像装置の行方向に配設される信号線を2本図示したものであり、上の信号配線100は、転送信号線、選択信号線、リセット信号線のいずれかであり、下の信号配線101は、上の信号配線100に隣接して配設された隣接信号線である。このように、信号配線100,101同士が隣接して配設されている場合においては、信号配線100,101間に、図16に示すように、駆動回路102から離れた部分での抵抗Rが増大するとともに、信号配線100,101間の容量Cが増大する。そうすると、上の信号配線100に所望のパルス信号φSigが駆動回路102より入力されたとき、その信号配線100に隣接している信号配線101にも、そのパルス信号φSigの微分成分(微分パルス)が発生してしまう。微分パルスがON側にふれると、本来、駆動されていない信号配線101に混信が起こる。これがクロストークである。クロストークの影響を受ける信号配線101が、特に、転送信号線である場合には、フォトダイオードからの信号電荷の漏れが起こってしまう。
まず、入射された光を光電変換して、信号電荷を蓄積させる光電変換部と、光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンに読み出す為の転送信号が入力される転送信号線を含む、複数の信号線とを有する。
そして、それらの転送信号線を含む複数の信号線に、それぞれ所望の信号を入力する駆動回路を有する。さらに、転送信号線の、駆動回路が接続される側とは反対側に接続され、転送信号線に隣接する他の信号線に所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、転送信号線を一定電圧に固定させるための制御信号が入力される終端回路とを有する。
以上において特に第1の構成では、前記駆動回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に対して、前記所望の信号を遅延させて入力する遅延回路が接続される。そして前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に入力される前記所望の信号が遅延されずに前記制御信号として入力される。
また第2の構成では、前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線において、その1つ前のタイミングで駆動される当該他の信号線に入力される前記所望の信号が、前記制御信号として遅延させて入力される。
まず、光電変換部に光入射し、光電変換して信号電荷を蓄積させる。次に、信号電荷を転送するために設けられた転送信号線を含む複数の信号線に、駆動回路から所望の信号を入力する。そして、前記転送信号線に隣接する他の信号線に所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号を当該転送信号線において前記駆動回路と反対側に接続した終端回路に入力する。
以上において特に第1の方法では、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に対しては、前記所望の信号を遅延させて入力し、前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に入力される前記所望の信号を遅延させずに前記制御信号として入力する。
また第2の方法では、 前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線において、その1つ前のタイミングで駆動される当該他の信号線に入力される前記所望の信号を遅延させて前記制御信号として入力する。
図1に本発明の第1の実施形態における固体撮像装置、いわゆるCMOSイメージセンサの概略構成を示す。本実施形態例に係る固体撮像装置1は、複数の画素2が、規則性をもって2次元配列された撮像部(いわゆる画素部)3と、撮像部3の周辺に配置された周辺回路とを有する。周辺回路は、垂直駆動部4、水平転送部5、終端回路7、及び出力部6を有して構成され、また、垂直駆動部4及び終端回路7に入力される所望の信号を発生させるための信号発生回路を有する。
なお、図示しないが、選択トランジスタTr4を省略した3つのトランジスタとフォトダイオードPDで画素を構成することも可能である。
この終端回路7は、制御トランジスタTr5のゲートに、制御信号φTERMを入力することにより、転送信号線14に低電圧VLを供給することができる回路である。
すなわち、終端回路7の電位は、センサの仕様に応じて任意の電位とすることができるものである。
また、終端回路7の構成例は、図2に示す例に限られるものではない。
また、同じく、信号発生回路16において発生されるパルス信号の一部は、終端回路7を構成する制御トランジスタTr5のゲートに入力される。そのパルス信号を、制御信号φTERMとする。
画素2における一般的な動作を説明する。
最初に、転送トランジスタTr1のゲートとリセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にして、フォトダイオードPDの電荷を全て空にする。次いで、転送トランジスタTr1のゲートと、リセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にして、電荷蓄積を行う。次に、フォトダイオードPDの電荷を読み出す直前に、リセットトランジスタTr2のゲートをオン状態にして、フローティングディフュージョン(FD)領域の電位をリセットする。その後、リセットトランジスタTr2のゲートをオフ状態にし、転送トランジスタTr1のゲートをオン状態にして、フォトダイオードPDからの電荷をフローティングディフュージョン(FD)領域へ転送する。増幅トランジスタTr3では、ゲートに電荷が印加されたことを受けて信号電荷を電気的に増幅する。一方、選択トランジスタTr4は、読み出し対象画素のみオン状態とし、該当する画素内の増幅トランジスタTr3からの電荷−電圧変換された画像信号が垂直信号線8に読み出されることとなる。
まず、駆動方法例1として、撮像部3内において転送信号線14同士が隣接する場合の固体撮像装置1の駆動方法を、図4A,Bを用いて説明する。図4Aにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、駆動方法例2として、撮像部3内において転送信号線14同士が隣接する場合の固体撮像装置の他の駆動方法を、図5A,Bを用いて説明する。図5Aにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
また、終端回路7は、nチャネルのMOSトランジスタからなる第1の制御トランジスタTr5−1及び第2の制御トランジスタTr5−2と、第2の制御トランジスタTr5−2直前に設けられた反転回路17により構成される。この終端回路7において、第1及び第2の制御トランジスタTr5−1、Tr5−2のソースには、低電圧VLが接続されている。そして、第1の制御トランジスタTr5−1のゲートには、アドレス最下位ビットが入力され、ドレインは、偶数行の転送信号線14(2n+2),14(2n+4)に接続される。また、第2の制御トランジスタTr5−2のゲートには、アドレス最下位ビットが反転回路17を介して入力され、ドレインは、奇数行の転送信号線14(2n+1),14(2n+3)に接続される。そして、このように構成された終端回路7には、信号発生回路16から出力されるアドレス信号の最下位ビットのみが入力される構成とされている。
なお、奇数行の転送信号線14(2n+3)に行転送信号φTRF2n+3を入力する場合も同様の動作により、隣接する偶数行の転送信号線14(2n+4)との間のクロストークを低減することができる。
なお、偶数行の転送信号線14(2n+4)に行転送信号φTRF2n+4を入力する場合も同様の動作により、隣接する奇数行の転送信号線14(2n+3)との間のクロストークを低減することができる。
次に、駆動方法例3として、撮像部3内においてリセット信号線13と転送信号線14が隣接して設けられる固体撮像装置1の駆動方法を、図6A,Bを用いて説明する。図6A,Bにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
ここで、行転送信号φTRF及び、制御信号φTERMは、実際には、信号発生回路16から出力されるアドレス信号等のパルス信号を、図示しないデコーダや論理回路に入力することにより生成されるものである。
そして、これにより、転送信号線14において、行リセット信号φRSTのパルスの立ち上がりの影響、すなわち、微分パルスの発生を低減することができる。すなわち、転送信号線の電位固定を強くすることにより、クロストークによる転送信号線14内の信号変動を抑制することができる。
次に、駆動方法例4として、撮像部3内においてリセット信号線13と転送信号線14が隣接して設けられる固体撮像装置1の駆動方法を、図7を用いて説明する。図7において、図1に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、駆動方法例5として、撮像部3内において選択信号線15と転送信号線14が隣接して設けられる固体撮像装置1の駆動方法を、図8A,Bを用いて説明する。図8A,Bにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
そして、これにより、転送信号線14iにおいて、行選択信号φSELiのパルスの立ち上がりの影響、すなわち、微分パルスの発生を低減することができる。すなわち、転送信号線の電位固定を強くすることにより、クロストークによる転送信号線内の信号変動を受けにくくすることができる。
本実施形態の固体撮像装置によれば、上述の駆動方法例1〜5を用いることにより、転送信号線の終端に、所望の期間一定電位を供給できる終端回路7を構成することにより、転送信号線への誤信号入力を抑制することができる。これにより、画素出力の変動を抑制した固体撮像装置を得ることができる。また、このような構成においては、信号遷移に影響を与えることがないため、信号遷移速度が低減されるおそれがない。
特に、本実施形態例で示したCMOS型の固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)は、行毎に、信号電荷を読み出していく順次アクセスであり、また、読み出しスピードは、それほど速くない。このため、通常のLSI、メモリ等に比べて、終端回路7の制御は難しくない。
図9に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す。
本実施形態例の固体撮像装置50は、複数の画素、本例では、4つの画素に、転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有した例であり、以下、画素トランジスタを共有する画素群を共有画素という。すなわち、共有画素においては、光電変換素子であるフォトダイオードが4つ構成されている。図9において、図1と同一部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
図10に示すように、共有画素52を構成する4つのフォトダイオードPD1〜PD4は、2次元アレイ状に構成されている。そして、4つのフォトダイオードPD1〜PD4の中央部には、フォトダイオードPD1〜PD4に共通に接続されるフローティングディフュージョン領域FDが構成される。そして、各フォトトランジスタPD1〜PD4と、フローティングディフュージョン領域FDとの境界部には、それぞれの転送トランジスタTr11〜Tr14の転送ゲート55a,55b,55c,55dが構成される。
図10において、その他の信号線等の図示は省略する。
次に、図11に、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の、要部の配置レイアウトを示す。本実施形態例の固体撮像装置の全体の回路構成は、図9と同様であるので、重複説明は省略する。
また、図11において、図10に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
図11において、その他の信号線等の図示は省略する。
図12に、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の、要部の配置レイアウトを示す。
本実施形態例の固体撮像装置は、2次元アレイ状に配列されたフォトダイオードPD1〜PD4において、行方向に隣り合うフォトダイオードPD1及びPD2間でフローティングディフュージョン領域FD1を共有し、また、行方向に隣り合うフォトダイオードPD3及びPD4間でフローティングディフュージョン領域FD2を共有する。また、列方向に隣り合うフォトダイオードPD1及びPD3間で転送トランジスタの転送ゲート57を共有し、また、列方向に隣り合うフォトダイオードPD2及びPD4間で転送トランジスタの転送ゲート58を共有する。そして、転送ゲート57には、転送信号線14aが接続され、転送ゲート58には、転送信号線14bが接続される。
図13に、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の概略回路構成を示す。
本実施形態例の固体撮像装置は、上下2つの画素でトランジスタを共有する例である。単位セル30は、実線で囲まれた部分であり、この単位セル30は、2つの画素31、32から構成されている。画素31,32は、それぞれ、フォトダイオード33,34と、複数の画素トランジスタとから構成される。複数の画素トランジスタは、フォトダイオード33及び34のそれぞれに接続される2つの転送トランジスタTr35,Tr36と、2つの画素31,32に共通のリセットトランジスタTr37、増幅トランジスタTr38とから構成される。転送トランジスタTr35,Tr36のソースは、それぞれ、フォトダイオード33,34に接続されており、そのドレインがリセットトランジスタTr37のソースに接続される。転送トランジスタTr35,Tr36とリセットトランジスタTr37間の電荷−電圧変換手段となるフローティングディフュージョン領域FD(転送トランジスタのドレイン領域、リセットトランジスタのソース領域に相当する)が増幅トランジスタTr38のゲートに接続される。増幅トランジスタTr38、及びリセットトランジスタTr37のドレインは、電源電圧を供給する全面選択信号線39に接続される。
そして、増幅トランジスタTr38のソースは、垂直信号線48に接続される。
次に、図14に、本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置の概略回路構成を示す。
本実施形態例の固体撮像装置は、上下2つの画素でトランジスタを共有する例である。単位セル77は、実線で囲まれた部分であり、この単位セル77は、2つの画素78,79から構成されている。画素78,79は、それぞれ、フォトダイオード69,70と、複数の画素トランジスタとから構成される。複数の画素トランジスタは、フォトダイオード69及び70のそれぞれに接続される転送トランジスタTr74,Tr73と、リセットトランジスタTr72,Tr71と、増幅トランジスタTr75,Tr76とから構成される。
以下に、本発明の固体撮像装置を用いた電子機器について説明する。
図15は、上述の固体撮像装置を用いた電子機器90の概略構成である。本実施形態例の電子機器90は、光学系(光学レンズ)91と、固体撮像装置92と、信号処理回路93とを有して構成される。固体撮像装置92は、上述した構成を有する第1〜第5の実施形態に係る固体撮像装置が適用される。
Claims (16)
- 入射された光を光電変換して、信号電荷を蓄積させる光電変換部と、
光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン領域に読み出す為の転送信号が入力される転送信号線を含む、複数の信号線と、
前記転送信号線を含む複数の信号線に、それぞれ所望の信号を入力する駆動回路と、
前記転送信号線の、駆動回路が接続される側とは反対側に接続され、前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号が入力される終端回路とを備え、
前記駆動回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に対して、前記所望の信号を遅延させて入力する遅延回路が接続され、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に入力される前記所望の信号が遅延されずに前記制御信号として入力される
固体撮像装置。 - 前記転送信号線に隣接する前記他の信号線は、リセット信号線である
請求項1記載の固体撮像装置。 - 入射された光を光電変換して、信号電荷を蓄積させる光電変換部と、
光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン領域に読み出す為の転送信号が入力される転送信号線を含む、複数の信号線と、
前記転送信号線を含む複数の信号線に、それぞれ所望の信号を入力する駆動回路と、
前記転送信号線の、駆動回路が接続される側とは反対側に接続され、前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号が入力される終端回路とを備え、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線において、その1つ前のタイミングで駆動される当該他の信号線に入力される前記所望の信号が、前記制御信号として遅延させて入力される
固体撮像装置。 - 前記転送信号線に隣接する前記他の信号線は、選択信号線である
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記転送信号線に隣接する前記他の信号線は、複数の光電変換部で共有されている
請求項1〜4の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記転送信号線は、複数の光電変換部で共有されている
請求項1〜5の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記フローティングディフュージョンは、前記光電変換部の複数で共有されている
請求項1〜6の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部の複数で共有された増幅トランジスタを有する
請求項1〜7の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部の複数で共有されたリセットトランジスタを有する
請求項1〜8の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部の複数で共有された選択トランジスタを有する
請求項1〜9の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 光電変換部に光入射し、光電変換して信号電荷を蓄積させる工程、
前記信号電荷を転送するために設けられた転送信号線を含む複数の信号線に、駆動回路から所望の信号を入力する工程、
前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号を当該転送信号線において前記駆動回路と反対側に接続した終端回路に入力する工程を含み、
前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に対しては、前記所望の信号を遅延させて入力し、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に入力される前記所望の信号を遅延させずに前記制御信号として入力する
固体撮像装置の駆動方法。 - 光電変換部に光入射し、光電変換して信号電荷を蓄積させる工程、
前記信号電荷を転送するために設けられた転送信号線を含む複数の信号線に、駆動回路から所望の信号を入力する工程、
前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号を当該転送信号線において前記駆動回路と反対側に接続した終端回路に入力する工程を含み、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線において、その1つ前のタイミングで駆動される当該他の信号線に入力される前記所望の信号を遅延させて前記制御信号として入力する
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記終端回路への前記制御信号の入力により、前記駆動回路から前記転送信号線に印加されている固定の電位と同電位を、当該終端回路から当該転送信号線に入力し、当該転送信号線を一定電圧に固定する
請求項11または12記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記終端回路への前記制御信号の入力により、前記駆動回路から前記転送信号線に印加されている固定の電位と同期した電位を、当該終端回路から当該転送信号線に入力し、当該転送信号線を一定電圧に固定する
請求項11〜13の何れか一項に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 光学系と、固体撮像装置と、信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、
入射された光を光電変換して、信号電荷を蓄積させる光電変換部と、
光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン領域に読み出す為の転送信号が入力される転送信号線を含む、複数の信号線と、
前記転送信号線を含む複数の信号線に、それぞれ所望の信号を入力する駆動回路と、
前記転送信号線の、駆動回路が接続される側とは反対側に接続され、前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号が入力される終端回路とを備え、
前記駆動回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に対して、前記所望の信号を遅延させて入力する遅延回路が接続され、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線に入力される前記所望の信号が遅延されずに前記制御信号として入力される
電子機器。 - 光学系と、固体撮像装置と、信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、
入射された光を光電変換して、信号電荷を蓄積させる光電変換部と、
光電変換部に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン領域に読み出す為の転送信号が入力される転送信号線を含む、複数の信号線と、
前記転送信号線を含む複数の信号線に、それぞれ所望の信号を入力する駆動回路と、
前記転送信号線の、駆動回路が接続される側とは反対側に接続され、前記転送信号線に隣接する他の信号線に前記所望の信号が入力されるタイミングよりも前から、前記転送信号線を一定電圧に固定するための制御信号が入力される終端回路とを備え、
前記終端回路には、前記転送信号線に隣接する前記他の信号線において、その1つ前のタイミングで駆動される当該他の信号線に入力される前記所望の信号が、前記制御信号として遅延させて入力される
電子機器。
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