JP5529613B2 - 光電変換装置及び撮像システム - Google Patents
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Description
ΔV’ = ΔV × ( Cp / Ch ) ・・・ (1)
このときの定電流の変動量ΔIは次式となる。
ΔI = ΔV’ × gm ・・・ (2)
数式(2)において、gmは負荷トランジスタの相互コンダクタンスである。数式(1)、(2)によれば、画素配列の一部の画素に大きな信号が入射し、信号線SLの電位が大きく変動すると、負荷トランジスタ202によって信号線SLへ供給される定電流が変動する。定電流の変動分は、全列で共通に接続された基準電位線(例えば、グランド線)に流れる。基準電位線は一般的に少なからず抵抗を有するので、異なる電流源回路103の間で電位差が生じる。列毎の第2の基準電位(例えば、グランド電位)の変動は、信号線SLにより伝達された信号に応じた画像に影響を与えてしまう。特に、複数の負荷トランジスタ202のソースが共通の第1の基準電位に接続されている場合には、画像に「横スミア」を発生させる可能性がある。横スミアとは、画像における高輝度の被写体の左右に帯状の影ができる現象である。ここで、負荷トランジスタ202が供給する定電流の変動を抑制するためには、数式(1)に示されるように、ホールド容量の容量値を大きくすることも考えられる。この時、ホールド容量の容量値は少なくとも100fF以上とすることが好ましい。しかし、画素ピッチが縮小されることに伴い、ホールド容量を形成する面積も制限されるため、ホールド容量の容量値を大きくすることには限界がある。また、カップリング容量304が大きくなると、信号線SLの変動による、ホールド容量204の第1の電極2041の電位の変動が大きくなる。このように、画素配列における画素間のピッチが縮小することに伴い、カップリング容量304の影響が無視できなくなってきている。
Cp/Ch<1/500 ・・・ (3)
とすることができる。ここで、(Cp/Ch)が(1/500)以上になると、数式(2)における定電流の変動量ΔIが閾値より大きくなる。定電流の変動量ΔIが閾値より大きくなると、信号線により伝達された信号に応じた画像において「横スミア」の影響が目立つようになる。一方、数式(3)を満たす場合、定電流の変動量ΔIを閾値以下に抑えることができる。すなわち、信号線SLとホールド容量204の第1の電極2041との間のカップリング容量304に起因した負荷トランジスタ202が流す定電流の変動を抑制することができる。この結果、信号線SLにより伝達された信号に応じた画像において「横スミア」の影響が目立たないようにすることができる。なお、信号線SLは、AL配線としたが、例えば銅(Cu)などの他の材料で構成されていてもよい。また、同様にホールド容量204の第1の電極は、ポリシリコン電極としたが、他の材料の電極でもよい。少なくとも、数式(3)の関係をみたしていればよい。さらに、信号線SLとポリシリコン電極502との間の層間絶縁膜505を厚くすることにより、信号線SLとホールド容量204の第1の電極との間のカップリング容量304を低減しても良い。また、共通ゲート線203は、光電変換部51の受光面に垂直な方向から見た場合に、信号線SLに交差する方向において、ポリシリコン電極(第1の電極)502に重ならないように配されている。これにより、ホールド容量204の第1の電極2041(ポリシリコン電極502)と共通ゲート線203との間のカップリング容量を低減することができる。この結果、共通ゲート線203とホールド容量204の第1の電極との間のカップリング容量に起因した負荷トランジスタ202が供給する定電流の変動も抑制することができる。
Claims (10)
- 光電変換部と、フローティングディフュージョン部と、前記光電変換部で発生した電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する転送部と、前記フローティングディフュージョン部の電位に応じた信号を出力する出力部とをそれぞれ含む複数の画素が複数の列を構成するように配列された画素配列を有する光電変換装置であって、各列について、
前記出力部から信号が出力される信号線と、
ドレインが前記信号線に接続され、ソースが第1の基準電位に接続された負荷トランジスタと、
前記負荷トランジスタのゲートに接続された第1の電極と、第2の基準電位に接続された第2の電極とを含む容量素子と、を備え、
前記光電変換部が配された半導体基板の表面に垂直な方向から見た場合に、前記第1の電極は、互いに隣接する2つの前記信号線の間に、当該互いに隣接する2つの前記信号線とは重ならないように配置されている
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記容量素子へバイアス電圧を供給する供給部と、
オンすることにより前記第1の電極と前記供給部とを接続し、オフすることにより前記第1の電極と前記供給部との接続を遮断するスイッチと、
をさらに備え、
前記容量素子は、前記スイッチがオンしている期間に前記バイアス電圧が前記供給部により供給され、前記スイッチがオフしている期間に前記バイアス電圧を保持するとともに前記負荷トランジスタのゲートに供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 複数の前記容量素子の前記第2の電極には、共通の前記第2の基準電位が接続されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換装置。 - 前記容量素子の容量値をChとし、前記信号線と前記第1の電極との間のカップリング容量の容量値をCpとするとき、Cp/Ch<1/500である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 光電変換部と、フローティングディフュージョン部と、前記光電変換部で発生した電荷を前記フローティングディフュージョン部へ転送する転送部と、前記フローティングディフュージョン部の電圧に応じた信号を出力する出力部とをそれぞれ含む複数の画素が配列された画素配列と、
前記出力部から信号が出力される信号線と、
ドレインが前記信号線に接続され、ソースに第1の基準電位が与えられる負荷トランジスタと、
前記信号線の下に配置され、前記負荷トランジスタのゲートに接続された第1の電極と、前記第1の電極の下に配置され、第2の基準電位が与えられる第2の電極とを含む容量素子と、
前記信号線と前記第1の電極との間に配され、固定電位が与えられるシールドと、を備えたことを特徴とする光電変換装置。 - 前記容量素子へバイアス電圧を供給する供給部と、
オンすることにより前記第1の電極と前記供給部とを接続し、オフすることにより前記第1の電極と前記供給部との接続を遮断するスイッチと、
をさらに備え、
前記容量素子は、前記スイッチがオンしている期間に前記バイアス電圧が前記供給部により供給され、前記スイッチがオフしている期間に前記バイアス電圧を保持するとともに前記負荷トランジスタのゲートに供給する
ことを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 前記固定電位は、グランド電位である
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の光電変換装置。 - 前記画素配列には、前記容量素子が接続された前記負荷トランジスタが接続された前記信号線が複数設けられ、
複数の前記容量素子の前記第2の電極には、共通の前記第2の基準電位が接続されている
ことを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記容量素子の容量値をChとし、前記信号線と前記第1の電極との間のカップリング容量の容量値をCpとするとき、Cp/Ch<1/500である
ことを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
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