JP5219724B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
第一の実施形態の駆動パルスを図3に、各構成部におけるポテンシャル状態を示す図を図4に示す。本実施形態においては、一信号電荷生成期間中に生じた信号電荷を増幅部へ転送する際に、まず、第2転送部のみに導通パルスを供給して電荷保持部に保持された信号電荷を増幅部へ転送する。そして、前記リセット部に導通パルスを供給して該増幅部に転送された信号電荷をリセットする。その後、第1及び第2転送部に導通パルスを供給することにより光電変換部に保持された信号電荷を増幅部へ転送する。これらの動作を行なわせるために各素子に駆動パルスを供給するのは、垂直走査部102である。したがって垂直走査部を各駆動パルスを供給する制御部とよぶことができる。もしくは垂直走査部102を制御するタイミングジェネレータなどを含めて制御部としてもよい。
Q2+Q3―QFDMAX+Q1<QFDMAX ・・・(条件式1)
という式で表される。
QFDMAX>Q1 ・・・(条件式2)
も必要な条件となる。
第二の実施形態の駆動パルスを図5に示す。本実施形態では、T14〜T18に示すように、電荷保持部からFD領域への第2転送トランジスタによる転送回数を増やしたことが新たな点である。第2転送トランジスタのみに複数回の導通パルスを供給している。
第三の実施形態の駆動パルス、及びタイミングを図6に示す。本実施形態では、画素から出力された信号を処理するゲイン可変の増幅回路を有する読み出し回路を有する。601に示すように、第2のステップ(光電変換部と電荷保持部の電荷を読み出すステップ)時の増幅回路のゲインを、第1のステップ時のゲインのG(G>1)倍に切り換えることが特徴である。つまり第2のステップ時に読み出される信号に対するゲインを第1のステップ時に読み出される信号に対するゲインよりも高くしている。
((VRN1)2+(VRN2/G)2)0.5
となり、ゲインをかけなかった場合のノイズ
((VRN1)2+(VRN2)2)0.5
にくらべ、低ノイズでの読み出しが可能となる。
Q1<QFDMAX/G
の条件を満たすように設計されることが望ましい。
本実施形態は、電荷保持部で保持された信号電荷のみをFD領域へ転送した際に得られる信号を、画像形成用の信号として用いる場合と用いない場合とを切り換えることを特徴としている。電荷保持部で保持された信号電荷による信号出力が、あるしきい値以下の場合は、その信号を画像形成用の信号として用いないようにすることで、ランダムノイズの加算を防ぐことが可能となる。なお、ここでのしきい値と比較を行なう信号は、電荷保持部で保持された信号電荷のみをFD領域へ転送した際に得られる信号、主に光電変換部で保持された信号電荷をFD領域へ転送した際に得られる信号のいずれでもよい。更には、別途設けられたAEセンサにより入射光量に関する情報を取得し、この入射光量情報から、信号の加算、非加算を切り換えてもよい。いずれの方法で行なうにせよ、各画素、もしくは複数の画素を含む領域における入射光量により加算、非加算を切り換えればよい。
第五の実施形態の駆動パルスを図10に示す。本実施形態では、電荷保持部からFD領域への転送に、一部中間レベルパルスを用いて分割転送することが新たな点である。この中間レベルパルスとは導通パルスと非導通パルスとの間の波高値を有するパルスである。この中間レベルパルスは、制御部102を中間レベルパルスを供給可能な構成とすることにより実現できる。
Q1<QFDMAX2
となるように設計されることが望ましい。もちろん、Q1をQFDMAX2に比べ十分低く設定することで、光電変換部からの信号にのみ高いゲインをかけて、暗部のノイズを低減することも可能である。
本実施形態において第五の実施形態と異なるのは、各画素行に対して一回のみ中間レベルパルスを供給していたものを複数回供給することとした点である。
本実施形態は、第五、第六の実施形態で供給した中間レベルパルスを温度に応じて変化させる例である。図12に本実施形態の固体撮像装置を含む撮像システムのブロック図を示す。
本実施形態は、上述の実施形態で述べた中間レベルパルスを光電変換部の後段に設けられた読み出し回路のゲインに応じて変化させる例である。ここで光電変換部の後段に設けられる読み出し回路としては、画素に設けられた増幅部、列回路に設けられた列増幅回路、列回路からの並列信号を直列信号に変換した後に外部へ出力するための出力増幅部などがある。
3 電荷保持部
8 第1転送部
9 第2転送部
10 リセット部
12 増幅部
102、1204 制御部
Claims (17)
- 各々が、光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換部から前記電荷保持部へ信号電荷を転送する第1転送部と、前記電荷保持部で保持された信号電荷を転送する第2転送部と、を有する複数の画素が行列状に配された画素領域と、
前記第2転送部により転送された信号電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部に転送された信号電荷をリセットするリセット部と、
前記第1、第2転送部及びリセット部に駆動パルスを供給する制御部と、を有する固体撮像装置であって、
前記電荷保持部は、前記光電変換部と前記増幅部との間の電荷経路に配され、
前記制御部は、一信号電荷生成期間中に生じた信号電荷を前記増幅部へ転送する際に、
全行において、前記電荷保持部で蓄積された信号電荷を前記増幅部へ転送し、
前記増幅部に転送された信号電荷をリセットし、
その後、行ごとに、前記光電変換部で蓄積された信号電荷を前記電荷保持部を介して前記増幅部へ転送し、
前記一信号電荷生成期間のうち、前記電荷保持部で蓄積された信号電荷を前記増幅部へ転送するまでの期間における、前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路の信号電荷に対するポテンシャル障壁の高さは、
前記光電変換部とオーバーフロードレイン領域との間のポテンシャル障壁の高さに比べて低く且つ、前記第1転送部にハイレベルパルスが供給された時の前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路のポテンシャル障壁の高さに比べて高いことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路が埋め込みチャネル構造であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記光電変換部及び前記電荷保持部での信号電荷の蓄積を行なっている期間中の、前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路の信号電荷に対するポテンシャル障壁が、前記光電変換部とその他の領域との間のポテンシャル障壁に比べて低いことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記制御部は、
前記第1及び第2転送部に導通パルスを供給する前に、前記第2転送部に複数回の導通パルスを供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記制御部は、
更に、前記第2転送部に対して前記導通パルスと非導通パルスとの間の波高値を有する中間レベルパルスを供給可能であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記制御部は、
前記中間レベルパルスの波高値を複数の値から選択可能であることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。 - 更に、前記増幅部から出力された信号を処理する読み出し回路を有し、
前記制御部は、
前記中間レベルパルスで転送される信号電荷数が、前記読み出し回路の読み出し可能な最大値を下回るように、前記中間レベルパルスの波高値を設定することを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。 - 更に、前記増幅部から出力された信号を処理するゲイン可変の増幅回路を有し、
該増幅回路のゲインは、前記第1及び第2転送部に導通パルスを供給することにより前記光電変換部に保持された信号電荷を前記増幅部へ転送することにより得られる信号に対するゲインよりも、前記第2転送部に導通パルスを供給して前記電荷保持部に保持された信号電荷を前記増幅部へ転送することにより得られる信号に対するゲインを高く設定されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 更に温度検出部を有し、
前記制御部は、
前記中間レベルパルスの波高値を前記温度検出部からの温度情報に応じて変化させることを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素への入射光量により、前記第2転送部に導通パルスを供給して前記電荷保持部に保持された信号電荷を前記増幅部へ転送することにより得られる信号を画像形成用に用いる場合と用いない場合とを切り換え可能なことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制御部は、前記一信号電荷生成期間中に生じた信号電荷を前記増幅部へ転送する際に、前記第1転送部に非導通パルスを供給した状態で、前記第2転送部に導通パルスを供給して前記電荷保持部に保持された信号電荷を前記増幅部へ転送し、前記リセット部に導通パルスを供給して該増幅部に転送された信号電荷をリセットし、その後、前記第1及び第2転送部に導通パルスを供給することにより前記光電変換部に保持された信号電荷を前記増幅部へ転送することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅部及び前記リセット部は複数の画素で共有されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素から読み出された信号に対して処理を行なう列回路を有し、前記列回路はAD変換部を含むことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記電荷保持部で信号電荷を蓄積している期間において、絶縁膜を介した対向電極に電位を与えて前記電荷保持部の表面に信号電荷と逆極性の電荷を蓄積させることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の固体撮像装置を有する撮像システムであって、メカシャッタを有することを特徴とする撮像システム。
- 各々が、光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換部から前記電荷保持部へ信号電荷を転送する第1転送部と、前記電荷保持部で保持された信号電荷を転送する第2転送部と、を有する複数の画素が行列状に配された画素領域と、
前記第2転送部により転送された信号電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部に転送された信号電荷をリセットするリセット部と、
を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記電荷保持部は、前記光電変換部と前記増幅部との間の電荷経路に配され、
一信号電荷生成期間中に生じた信号電荷を前記増幅部へ転送する際に、
全行において、前記電荷保持部で蓄積された信号電荷を前記増幅部へ転送し、
前記増幅部に転送された信号電荷をリセットし、
その後、行ごとに、前記光電変換部で蓄積された信号電荷を前記電荷保持部を介して前記増幅部へ転送し、
前記一信号電荷生成期間のうち、前記電荷保持部で蓄積された信号電荷を前記増幅部へ転送するまでの期間における、前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路の信号電荷に対するポテンシャル障壁の高さは、
前記光電変換部とオーバーフロードレイン領域との間のポテンシャル障壁の高さに比べて低く且つ、前記第1転送部にハイレベルパルスが供給された時の前記光電変換部と前記電荷保持部との間の電荷経路のポテンシャル障壁の高さに比べて高いことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1及び第2転送部に導通パルスを供給する前に、前記第2転送部に複数回の導通パルスを供給することを特徴とする請求項15に記載の固体撮像装置の駆動方法。
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