JP5203562B2 - Cmosイメージセンサー及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
10 画素配列部
20 行駆動部
30 駆動信号提供セクション
40 ブースティングセクション
50 スイッチングセクション
70 相関二重サンプラー
80 アナログ−ディジタルコンバーター
110 光電変換素子
120 電荷検出素子
130 電荷伝送素子
140 リセット素子
150 増幅素子
160 選択素子
Claims (53)
- 単位画素の行を含む画素配列部であって、各単位画素は電源電圧を受信し、光電変換素子から電荷検出素子へ電荷を伝送する電荷伝送素子を含む画素配列部;および
前記電荷伝送素子に電荷伝送信号を提供する行駆動部;
を含み、
前記電荷伝送素子はCMOSイメージセンサーの電荷伝送素子であり、
前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記電源電圧より大きい電圧を有するブースティングされた電圧信号の区間とを有し、
前記電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサー。 - 前記行駆動部は、
電荷伝送実行信号を提供する駆動信号提供セクション;
前記ブースティングされた電圧信号を少なくとも一部の間提供するブースティングセクション;および
前記電荷伝送実行信号と前記ブースティングされた電圧信号とを受信して電荷伝送信号を提供するスイッチングセクション;
を含むことを特徴とする請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。 - 前記ブースティングセクションは、電源電圧で充電されるブースティングキャパシタを含むこと
を特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。 - 前記スイッチングセクションは、前記ブースティングされた電圧信号が生成される間前記ブースティングキャパシタと電荷を分配するブートストラップキャパシタとをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、リセット信号と行選択信号とを前記単位画素の行にさらに提供し、前記リセット信号及び行選択信号は前記電荷伝送期間を限定することを特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記単位画素の雑音及び信号レベルの間の差異を示すアナログ差異信号を出力する相関二重サンプラーをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記差異レベル信号をディジタル信号に変換するアナログディジタルコンバーターをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングされた電圧信号は、前記光電変換素子に印加された電圧ポテンシャルよりさらに高い電圧ポテンシャルを前記電荷伝送素子に提供することを特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングされた電圧信号は、階段形の電圧信号を含むことを特徴とする請求項2に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングキャパシタは、約10pF〜20pFの範囲のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項3に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングキャパシタのキャパシタンスは、前記電荷伝送素子のローディングキャパシタのキャパシタンスより約2倍〜10倍大きいことを特徴とする請求項3に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記スイッチングセクションは、
前記電荷伝送素子に伝達される前記電荷伝送実行信号を選択する第1のスイッチ;および
前記電荷伝送素子に伝達される前記ブースティングされた電圧信号を選択する第2のスイッチ;
を含むことを特徴とする請求項4に記載のCMOSイメージセンサー。 - 前記ブートストラップキャパシタは、第2のスイッチのゲートとソースとの間に連結されて、前記ゲートとソースとの間に所定電圧差を維持させることを特徴とする請求項12に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブートストラップキャパシタは、約0.001pF〜0.1pFの範囲のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項13に記載のCMOSイメージセンサー。
- 外部電源電圧を受信する単位画素の行列画素配列を含み、各単位画素は光電変換素子と、電荷検出素子及び電荷伝送素子と、を含むCMOSイメージセンサーの駆動方法であって、
前記光電変換素子に電荷を蓄積し、前記蓄積された電荷を電荷伝送信号に応答して電荷伝送期間の間前記電荷伝送素子を通じて前記電荷検出素子に伝送し、
前記電荷伝送信号は、前記電荷伝送期間の間に、前記外部電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記外部電源電圧より高いブースティングされた電圧信号の区間とを有することを含み、
前記外部電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記CMOSイメージセンサーは、電荷伝送実行信号を提供する駆動信号提供セクションと、前記ブースティングされた電圧信号を提供するブースティングセクションと、スイッチングセクションと、を含み、
前記スイッチングセクションの動作を通じて、前記電荷伝送実行信号又は前記ブースティングされた電圧信号を前記電荷伝送素子に提供することを特徴とする請求項15に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記ブースティングセクションは、ブースティングキャパシタと、前記ブースティングキャパシタに電源電圧を印加することを制御するスイッチと、を含み、
前記ブースティングセクションでブースティング制御信号と前ブースティング信号とを受信し、前記ブースティング制御信号と前ブースティング信号と関連して電荷伝送期間を限定することを含むことを特徴とする請求項16に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記前ブースティング信号によって制御されるスイッチのタイミング駆動によって前記ブースティングキャパシタに電荷をディベロップし、前記ブースティングされた電圧信号の少なくとも一部が前記ブースティングキャパシタにディベロップされた電荷と関連して限定されることを特徴とする請求項17に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。
- 前記駆動信号提供セクションは、前記画素配列部で少なくとも一つの画素行と関連したリセット信号と行選択信号とをさらに提供し、
前記リセット信号及び行選択信号と関連した電荷伝送期間を限定することをさらに含むことを特徴とする請求項16に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 電源電圧を受信し、多数の単位画素行を含む画素配列部であって、各単位画素は光電変換素子と、電荷伝送素子及び電荷検出素子と、を含み、各単位画素行は各単位画素で電荷伝送信号を前記電荷伝送素子に伝達する電荷伝送信号ラインと連結された画素配列部;および
単位画素行と連結され、前記電荷伝送信号を前記電荷伝送信号ラインに出力するスイッチングセクション;
を含み、
前記電荷伝送素子はCMOSイメージセンサーの電荷伝送素子であり、
前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記電源電圧より大きい電圧を有するブースティングされた電圧信号の区間とを有し、
前記電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサー。 - 前記スイッチングセクションにブースティングされた電圧信号を提供するブースティングセクションをさらに含むことを特徴とする請求項20に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングセクションは、電源電圧、前ブースティング信号及びブースティング制御信号のタイミングアプリケーションによって電荷をディベロップするブースティングキャパシタを含み、
前記ブースティングされた電圧信号の少なくとも一部は、前記ディベロップされた電荷によって限定されることを特徴とする請求項21に記載のCMOSイメージセンサー。 - 電荷伝送実行信号を前記スイッチングセクションに提供する駆動信号提供セクションをさらに含み、前記電荷伝送実行信号に応答して前記ブースティングされた電圧信号が前記電荷伝送信号ラインに選択的にスイッチングされることを特徴とする請求項22に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、リセット信号と行選択信号とを前記単位画素行にさらに提供し、
前記リセット信号と行選択信号に応答して前記ブースティングされた電圧信号が前記電荷伝送信号ラインに選択的にスイッチングされることを特徴とする請求項23に記載のCMOSイメージセンサー。 - 前記スイッチングセクションは、前記リセット信号と行選択信号とを受信し、前記電荷伝送信号ラインにブースティングされた電圧信号がスイッチングされることを制御する制御ブロック出力信号を生成する制御ブロックをさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、第1及び第2のマスタタイミング信号を受信して、それぞれ前記リセット信号と行選択信号とをさらに生成することを特徴とする請求項25に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、シャッターイネーブル信号を前記単位画素行及び前記スイッチングセクションに提供し、ブースティングされた電圧信号が前記シャッターイネーブル信号にさらに応答して前記電荷伝送信号ラインに選択的にスイッチングされることを特徴とする請求項24に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記スイッチングセクションは、少なくとも一部の前記ブースティングされた電圧信号を限定するブースティングキャパシタと電荷を分配するブートストラップキャパシタとをさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のCMOSイメージセンサー。
- 外部電源電圧を受信する単位画素の行列画素配列を含み、各単位画素は光電変換素子と、電荷検出素子及び電荷伝送素子と、を含むCMOSイメージセンサーの駆動方法であって、
電荷伝送信号ラインを通じて前記電荷伝送素子に印加された電荷伝送信号に応じて、前記電荷伝送素子を通じて光電変換素子から前記電荷検出素子へ電荷を伝達することを含み、前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記電源電圧より大きい電圧を有するブースティングされた電圧信号の区間とを有し、
前記電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記CMOSイメージセンサーは、電荷伝送実行信号を提供する駆動信号提供セクションと、前記ブースティングされた電圧信号を提供するブースティングセクションと、スイッチングセクションと、を含み、
前記スイッチングセクションの動作を通じて、前記電荷伝送実行信号又は前記ブースティングされた電圧信号を前記電荷伝送信号ラインに提供することを特徴とする請求項29に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記ブースティングセクションは、ブースティングキャパシタと、前記ブースティングキャパシタに電源電圧を印加することを制御するスイッチと、を含み、
前記ブースティングセクションでブースティング制御信号と前ブースティング信号とを受信し、前記ブースティング制御信号と前記前ブースティング信号と関連して前記ブースティングされた電圧信号を前記電荷伝送信号ラインにスイッチングすることを含むことを特徴とする請求項30に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 前記前ブースティング信号によって制御されるスイッチのタイミング駆動によって前記ブースティングキャパシタに電荷をディベロップし、前記ブースティングされた電圧信号の少なくとも一部が前記ブースティングキャパシタにディベロップされた電荷と関連して限定されることをさらに含むことを特徴とする請求項31に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。
- 前記駆動信号提供セクションは、前記画素配列部の少なくとも一つの画素行と関連したリセット信号と行選択信号とを提供し、
前記リセット信号及び行選択信号と関連して、前記ブースティングされた電圧信号を前記電荷伝送信号ラインにスイッチングすることをさらに含むことを特徴とする請求項30に記載のCMOSイメージセンサーの駆動方法。 - 電源電圧を受信し、画素行を含む画素配列部であって、電荷伝送信号に応答して光電変換素子から電荷検出素子へ電荷を伝達することを制御する電荷伝送素子を含む画素配列部;
ブースティング電荷をディベロップするブースティングキャパシタ;
画素行と関連したローディングキャパシタンス;および
ブースティングキャパシタとローディングキャパシタンスとの間の前記ブースティング電荷を分配し、前記電荷伝送信号を出力するスイッチングセクション;
を含み、
前記電荷伝送素子はCMOSイメージセンサーの電荷伝送素子であり、
前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記電源電圧より大きい電圧を有するブースティングされた電圧信号の区間とを有し、
前記電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサー。 - 前記ブースティングキャパシタは、ブースティング制御信号と前ブースティング信号に応答して前記電源電圧によって充電されることを特徴とする請求項34に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記スイッチングセクションは、少なくとも一部のローディングキャパシタンスを限定するブートストラップキャパシタを含むことを特徴とする請求項34に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングキャパシタは、約10pF〜20pFの範囲のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項34に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブースティングキャパシタのキャパシタンスは、前記ローディングキャパシタンスより約2倍〜10倍であることを特徴とする請求項34に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記ブートストラップキャパシタは、約0.001pF〜0.1pFの範囲のキャパシタンスを有することを特徴とする請求項36に記載のCMOSイメージセンサー。
- CMOSイメージセンサーにおいて、電源電圧を受信して光電変換素子にディベロップされた電荷を電荷伝送素子を通じて電荷検出素子に伝達する方法であって、
ブースティングキャパシタンスと、前記電荷伝送素子と関連したローディングキャパシタンスとの間で電荷を分配して、前記電源電圧より高いブースティングされた電圧信号を生成し、
前記電荷伝送素子に電荷伝送信号を印加すること
を含み、
前記電荷伝送素子はCMOSイメージセンサーの電荷伝送素子であり、
前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する電圧信号の区間と、前記電源電圧より高いブースティングされた電圧信号の区間とを有し、
前記電源電圧を有する電圧信号の区間は、前記ブースティングされた電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とする電荷伝達方法。 - 前記ブースティングされた電圧信号は、電荷伝送期間の間にのみ前記電荷伝送素子に印加されることを特徴とする請求項40に記載の電荷伝達方法。
- 前記電荷伝送実行信号を提供し、前記電荷伝送実行信号と関連して前記電荷伝送期間が限定されることをさらに含むことを特徴とする請求項41に記載の電荷伝達方法。
- ブースティング制御信号と前ブースティング信号とを付加的に提供し、前記ブースティング制御信号と前ブースティング信号と関連して前記電荷伝送期間が限定されることをさらに含むことを特徴とする請求項42に記載の電荷伝達方法。
- リセット信号と行選択信号とを付加的に提供し、前記リセット信号と行選択信号と関連して前記電荷伝送期間が限定されることをさらに含むことを特徴とする請求項42に記載の電荷伝達方法。
- 前記シャッターイネーブル信号を付加的に提供し、前記シャッターイネーブル信号と関連して前記電荷伝送期間が限定されることをさらに含むことを特徴とする請求項44に記載の電荷伝達方法。
- 前記ブースティングされた電圧信号を前記電荷伝送素子に印加することは、
画素配列部で多数の単位画素行から一つの単位画素行を選択し、
前記電荷伝送素子と連結された電荷伝送信号に前記ブースティングされた電圧信号をスイッチングすることを含むことを特徴とする請求項40に記載の電荷伝達方法。 - 前記ローディングキャパシタンスを限定することは、ブートストラップキャパシタを提供することを含むことを特徴とする請求項40に記載の電荷伝達方法。
- 多数の単位画素行を含む画素配列部であって、各単位画素は電源電圧を受信し、光電変換素子から電荷検出素子へ電荷を伝達する電荷伝送素子を含む画素配列部;
多数の電荷伝送実行信号を提供し、各電荷伝送実行信号は多数の単位画素行のうち少なくとも一つに対応する駆動信号提供セクション;
第1の電圧信号を提供する少なくとも一つのブースティングセクション;および
前記多数の電荷伝送実行信号のうち少なくとも一つを受信し、電荷伝送信号を選択された単位画素行と非選択単位画素に集合的に提供する少なくとも一つのスイッチングセクション;
を含み、
前記電荷伝送素子はCMOSイメージセンサーの電荷伝送素子であり、
前記電荷伝送信号は、電荷伝送期間の間に、前記電源電圧を有する第2の電圧信号の区間と、前記電源電圧より大きい電圧を有する前記第1の電圧信号の区間とを有し、
前記第2の電圧信号の区間は、前記第1の電圧信号の区間の前後に隣接することを特徴とするCMOSイメージセンサー。 - 前記第1の電圧信号は、ブースティングされた電圧信号であることを特徴とする請求項48に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記多数の単位画素行は、多数の単位画素行セットにグループ化され、
前記多数の単位画素セットのうち各セットは、対応するスイッチングセクションから電荷伝送信号を受信することを特徴とする請求項48に記載のCMOSイメージセンサー。 - 前記対応するスイッチングセクションのうち各スイッチングセクションは、対応するブースティングセクションから前記ブースティングされた電圧信号を受信することを特徴とする請求項50に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、リセット信号及び行選択信号を各単位画素行及び少なくとも一つのスイッチングセクションにさらに提供することを特徴とする請求項48に記載のCMOSイメージセンサー。
- 前記駆動信号提供セクションは、シャッターイネーブル信号を少なくとも一つの単位画素行と少なくとも一つのスイッチングセクションにさらに提供することを特徴とする請求項48に記載のCMOSイメージセンサー。
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