JP5403369B2 - 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(ダミー行を設けた構成例)
2.第2の実施の形態(ダミー行を設けない構成例)
3.第3の実施の形態(セレクタを設けた構成例)
4.第4の実施の形態(単位画素のその他の構造例)
5.第5の実施の形態(本発明の固体撮像素子を用いたCMOSイメージセンサを備えた電子機器の構成例)
[固体撮像素子の構成例]
図3は、本発明が適用される固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの構成例を示すブロック図である。
次に、図4,図5を参照して、図3の画素アレイ部111に配設される単位画素の構成例について説明する。尚、図4は、画素アレイ部111に配設される単位画素120の回路構成を説明する図であり、図5は、単位画素120の断面構成を説明する図である。
次に、図6のフローチャート、および図7のタイミングチャートを参照して、図3のCMOSイメージセンサ100の駆動処理について説明する。尚、図7においては、上から3段目までにおいては、それぞれ画素アレイ部111の第(n−1)行乃至第(n+1)行の画素に対するリセットパルスRST、転送パルスROG、排出パルスOFG、および選択パルスSELの発生タイミングを示している。また、4段目においては、ダミー行の画素に対するリセットパルスRST、転送パルスROG、排出パルスOFG、および選択パルスSELの発生タイミングを示している。さらに、最下段には、サンプルホールドタイミングパルスSHS,SHNの発生タイミングが示されている。
[その他の固体撮像素子の構成例]
以上においては、画像に寄与する画素と同一の構成のダミー行を設けて、ノイズの影響を受け易いタイミングにダミー行の読出処理を強制的に実行することで、ノイズの影響を受け易いタイミングにおける読み出しを回避する例について説明してきた。しかしながら、読み出されるのは、画像に起因しない画素からなる行の読み出しがなされればよいことになるので、例えば、ノイズの影響を受け易いタイミングにおいては、一旦受光信号を読み出した行を再び読み出すようにしてもよい。
次に、図9のフローチャート、および図10のタイミングチャートを参照して、図8のCMOSイメージセンサ100の駆動処理について説明する。尚、図10においては、上から3段目までにおいては、それぞれ画素アレイ部111の第(n−1)行乃至第(n+1)行の画素に対するリセットパルスRST、転送パルスROG、および選択パルスSELの発生タイミングを示している。さらに、最下段には、サンプルホールドタイミングパルスSHS,SHNの発生タイミングが示されている。尚、図9のフローチャートにおけるステップS51乃至S63,S69,S70の処理については、図6のフローチャートにおけるステップS11乃至S23、S29,S30の処理と同様であるので、その説明は省略する。
[その他の固体撮像素子の構成例]
以上においては、ノイズの影響を受け易いタイミングに画像に寄与しない、既に受光信号を読み出している画素からなる行と同一の行の読出処理を強制的に実行することで、ノイズの影響を受け易いタイミングにおける読み出しを回避する例について説明してきた。しかしながら、このようにすると、不要な行の受光信号が読み出されるタイミングが発生することにより、画像信号が不連続に供給され、後段の信号処理などでその不要な行を取り去るなどの追加的な処理を行う必要がある。そこで、ラインメモリおよびセレクタを設けるなどして、画像信号が連続的に供給されるようにしてもよい。
次に、図12,図13を参照して、図11の画素アレイ部111に配設される単位画素の構成例について説明する。尚、図12は、画素アレイ部111に配設される単位画素120の回路構成を説明する図であり、図13は、図11の画素アレイ部111に配設される単位画素120の断面構成を説明する図である。尚、図4,図5における構成と同一の機能を備える構成については、同一の名称、および同一の符号を付しており、その説明は適宜省略するものとする。
次に、図14のフローチャート、および図15のタイミングチャートを参照して、図11のCMOSイメージセンサ100の駆動処理について説明する。尚、図15においては、上から3段目までにおいては、それぞれ画素アレイ部111の第(n−1)行乃至第(n+1)行の画素に対するリセットパルスRST、第2の転送パルスTRG、第1の転送パルスROG、排出パルスOFG、および選択パルスSELの発生タイミングを示している。また、最下段には、サンプルホールドタイミングパルスSHN,SHSの発生タイミングが示されている。また、図14のサンプルホールドタイミングパルスSHN,SHSは、図10のサンプルホールドタイミングパルスSHS,SHNと表示位置が上下逆にされている点に注意されたい。また、図14のフローチャートにおけるステップS81,S82,S99,S100の処理は、図9のフローチャートにおけるステップS51,52,S69,S70の処理と同様であるので、その説明は省略するものとする。
次に、図16のフローチャートを参照して、図11のCMOSイメージセンサ100のラインメモリ101およびセレクタ102による出力処理について説明する。尚、信号処理部118は、カラム処理部113より順次読み出されてくる受光信号を信号処理して、画素信号を生成し、生成した画素信号からなる画像情報を、順次行単位でラインメモリ101、およびセレクタ102に出力するものとする。この際、1行単位の画像情報には、各行の番号を指定するアドレス情報が含まれており、ダミー行の場合、ダミー行であることを示すアドレス情報が含まれている。
[単位画素のその他の構造]
本発明は、以上のように説明してきた単位画素の構成のみならず、様々な単位画素の構成においても適用することが可能である。以降においては、適用が可能な単位画素の構造について説明する。
本発明は、上述した実施の形態で説明した単位画素以外の構造にも採用することができる。以下、本発明が適用可能なその他の単位画素の構造について説明する。なお、以下の図において、図18と対応する部分には同一符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図20は、単位画素120のその他の第2構成例である単位画素120Cの構造を示す図である。
図21は、単位画素120のその他の第3構成例である単位画素120Dの構造を示す図である。
図22は、単位画素120のその他の第4構成例である単位画素120Eの構造を示す図である。
図23は、単位画素120のその他の第5構成例である単位画素120Fの構造を示す図である。
[本発明の固体撮像素子を適用したCMOSイメージセンサを備えた電子機器の構成例]
図24は、本発明の固体撮像素子を適用したCMOSイメージセンサを備えた電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
Claims (15)
- 受光することにより受光信号として電荷を発生する受光素子と、前記受光素子の受光信号としての電荷を排出する排出手段と、転送されてくる前記受光素子の受光信号としての電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光信号としての電荷を前記排出手段により排出する経路とは異なる、他の経路にて電荷蓄積部に転送する転送手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を開放してリセットするリセット手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の出力を選択する選択手段とを単位とする画素をアレイ状に有するCMOSイメージセンサと、
前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生して、動作を制御する制御手段とを含み、
前記転送手段により、現在より前のフレームの受光素子に蓄積された受光信号としての電荷が一括して電荷蓄積部に一括転送された後、前記電荷蓄積部に前記受光信号としての電荷が保持され、その後、前記排出手段の動作により、行単位で一括して受光素子により蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、かつ、前記転送手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される状態で、
前記排出手段による、前記受光素子の受光信号としての電荷の排出が停止され、前記受光素子による前記受光信号としての電荷の蓄積が開始され、
前記選択手段による読み出しが終了したフレームの次のフレームである現在のフレームの先頭で、前記リセット手段により、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷が一括して排出されてリセットされた後、前記転送手段により、行単位で一括して、前記受光素子に蓄積されている受光信号としての電荷が電荷蓄積部に一括転送されて蓄積され、
再び前記排出手段により、行単位で一括して受光素子に蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、前記選択手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される一連の動作が繰り返される場合、
順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御手段は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、画像に寄与しない所定行数分の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
固体撮像素子。 - 前記CMOSイメージセンサは、前記画像に寄与しない画素からなるダミー行を含み、
順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御手段は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、画像に寄与しない所定数分のダミー行の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御手段は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により既に読み出されている行の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記CMOSイメージセンサは、画素構造として、受光素子と、浮遊拡散領域からなる電荷蓄積部との間に、電荷保持領域からなる、前記電荷蓄積部とは異なる他の電荷蓄積部を含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記増幅手段により前記受光信号が増幅されて、前記選択手段により出力される少なくとも1行分の画像信号を順次記憶する行単位画像情報記憶手段と、
前記増幅手段により前記受光信号が増幅されて、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号であるか否かを判定し、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号ではないとき、前記行単位画像情報記憶手段により記憶されている、直前の1行分の画像信号を選択して出力し、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号であるとき、前記行単位画像情報記憶手段により記憶されている、前記選択手段により出力される1行分の画像信号を選択して出力すると共に、以降の行については、前記選択手段により出力される1行分の画像信号を選択して出力する選択手段とを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記CMOSイメージセンサは、前記電荷蓄積部、前記転送手段、前記リセット手段、前記増幅手段、および選択手段のうちのいずれか、または複数を複数の画素が共有する構造である
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 本体基板上にDSP(Digital Signal Processor)を含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 受光することにより受光信号として電荷を発生する受光素子と、前記受光素子の受光信号としての電荷を排出する排出手段と、転送されてくる前記受光素子の受光信号としての電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光信号としての電荷を前記排出手段により排出する経路とは異なる、他の経路にて電荷蓄積部に転送する転送手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を開放してリセットするリセット手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の出力を選択する選択手段とを単位とする画素をアレイ状に有するCMOSイメージセンサと、
前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生して、動作を制御する制御手段とを含む固体撮像素子を駆動する駆動方法であって、
前記制御手段における、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生して、動作を制御する制御ステップを含み、
前記転送手段により、現在より前のフレームの受光素子に蓄積された受光信号としての電荷が一括して電荷蓄積部に一括転送された後、前記電荷蓄積部に前記受光信号としての電荷が保持され、その後、前記排出手段の動作により、行単位で一括して受光素子により蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、かつ、前記転送手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される状態で、
前記排出手段による、前記受光素子の受光信号としての電荷の排出が停止され、前記受光素子による前記受光信号としての電荷の蓄積が開始され、
前記選択手段による読み出しが終了したフレームの次のフレームである現在のフレームの先頭で、前記リセット手段により、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷が一括して排出されてリセットされた後、前記転送手段により、行単位で一括して、前記受光素子に蓄積されている受光信号としての電荷が電荷蓄積部に一括転送されて蓄積され、
再び前記排出手段により、行単位で一括して受光素子に蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、前記選択手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される一連の動作が繰り返される場合、
順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御ステップの処理は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、画像に寄与しない所定行数分の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
固体撮像素子の駆動方法。 - 前記CMOSイメージセンサは、前記画像に寄与しない画素からなるダミー行を含み、
順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御ステップの処理は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、画像に寄与しない所定数分のダミー行の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御ステップの処理は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により既に読み出されている行の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 前記CMOSイメージセンサは、画素構造として、受光素子と、浮遊拡散領域からなる電荷蓄積部との間に、電荷保持領域からなる、前記電荷蓄積部とは異なる他の電荷蓄積部を含む
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 前記増幅手段により前記受光信号が増幅されて、前記選択手段により出力される少なくとも1行分の画像信号を順次記憶する行単位画像情報記憶手段と、
前記増幅手段により前記受光信号が増幅されて、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号であるか否かを判定し、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号ではないとき、前記行単位画像情報記憶手段により記憶されている、直前の1行分の画像信号を選択して出力し、前記選択手段により出力される1行分の画像信号が、前記画像に寄与しない行の画素の画像信号であるとき、前記行単位画像情報記憶手段により記憶されている、前記選択手段により出力される1行分の画像信号を選択して出力すると共に、以降の行については、前記選択手段により出力される1行分の画像信号を選択して出力する選択手段とを含む
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 前記CMOSイメージセンサは、前記電荷蓄積部、前記転送手段、前記リセット手段、前記増幅手段、および選択手段のうちのいずれか、または複数を複数の画素が共有する構造である
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 本体基板上にDSP(Digital Signal Processor)を含む
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。 - 受光することにより受光信号として電荷を発生する受光素子と、前記受光素子の受光信号としての電荷を排出する排出手段と、転送されてくる前記受光素子の受光信号としての電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光信号としての電荷を前記排出手段により排出する経路とは異なる、他の経路にて電荷蓄積部に転送する転送手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を開放してリセットするリセット手段と、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の出力を選択する選択手段とを単位とする画素をアレイ状に有するCMOSイメージセンサと、
前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生して、動作を制御する制御手段とを含み、
前記転送手段により、現在より前のフレームの受光素子に蓄積された受光信号としての電荷が一括して電荷蓄積部に一括転送された後、前記電荷蓄積部に前記受光信号としての電荷が保持され、その後、前記排出手段の動作により、行単位で一括して受光素子により蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、かつ、前記転送手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される状態で、
前記排出手段による、前記受光素子の受光信号としての電荷の排出が停止され、前記受光素子による前記受光信号としての電荷の蓄積が開始され、
前記選択手段による読み出しが終了したフレームの次のフレームである現在のフレームの先頭で、前記リセット手段により、前記電荷蓄積部に蓄積されている電荷が一括して排出されてリセットされた後、前記転送手段により、行単位で一括して、前記受光素子に蓄積されている受光信号としての電荷が電荷蓄積部に一括転送されて蓄積され、
再び前記排出手段により、行単位で一括して受光素子に蓄積されている電荷が排出され続ける状態で、前記選択手段により、順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積されている受光信号が、前記増幅手段により増幅されて、読み出される一連の動作が繰り返される場合、
順次、行単位で、前記電荷蓄積部に蓄積された受光信号が前記増幅手段により増幅されて、前記選択手段により読み出されているとき、前記制御手段は、前記排出手段により受光素子に蓄積された電荷の排出が停止されるタイミングで、前記画素のうち、画像に寄与しない所定行数分の画素について、前記選択手段を動作させるための選択パルスを発生するように制御する
電子機器。
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