JP5593867B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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を提供することを課題とする。
向に配列する前記スイッチ選択回路に接続し、前記垂直走査回路と前記水平走査回路が前記垂直制御線と前記水平制御線へ読出しパルスを送信して前記スイッチ選択回路を選択することで前記モニター用スイッチのゲートを開くことを特徴とする固体撮像装置である。
図1は、本発明の一実施形態による固体撮像装置1の回路のブロック図である。この固体撮像装置1は、単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成された固体撮像装置として構成される。
本実施形態において、固体撮像装置1は、図1に示すように、撮像部100に、複数の撮像画素単位10が行および列に(すなわち縦横にマトリクス状に)配列される。また、垂直走査回路200が、クロック信号CLKに同期して駆動するタイミングジェネレータ500で制御されて、垂直制御線11に、配列された所定の行の撮像画素単位10を選択する行選択信号を順次に送信することで行を選択し、その行の撮像画素単位10の信号を
一斉に垂直信号線12に読み出す垂直走査を行う。また、垂直信号線12に読み出した信号の電圧を列増幅回路301が増幅し、それをAD変換回路302がデジタル信号に変換して、各列毎のデジタル信号を水平走査回路400のバッファメモリに記憶する。水平走査回路400が、タイミングジェネレータ500で制御されて、バッファメモリが記憶したデジタル信号を順に取り出す水平走査を行う。図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の撮像画素単位10が配置される。
図2に、第1実施形態の固体撮像装置1の撮像部100の1つの撮像画素単位10(一部周辺部を含む)の基本的な回路図を示す。撮像画素単位10は、光を電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えたフォトダイオード13と浮き拡散容量14を有する。これにより、FDA(Floating Diffusion Amp)構成を成す。そして、フォトダイオード13に蓄積された電荷を画素信号ノードSENSに取り出して浮き拡散容量14に蓄積する読出し用トランジスタTr1と、浮き拡散容量14(画素信号ノードSENS)に蓄積した電荷を電源ノードVDDに掃き出して電源ノードVDDの電位にリセットするリセットトランジスタTr2と、そして、浮き拡散容量14の電位変化を検知するソースフォロア構成の増幅用トランジスタTr3との3つのMOSトランジスタを有する。
スタTr1のゲート電極には、読出パルスを伝送する読出しクロック線Transを接続する。読出し用トランジスタTr1のゲート電極には読出しクロック線Transを通じて読出パルスが入力され、リセットトランジスタTr2のゲート電極にはリセットクロック線Resetを通じてリセットパルスが入力される。
撮像画素単位10のフォトダイオード13を露光することでフォトダイオード13に受光量信号電荷を生成させ、次に、垂直走査回路200が所定の行の垂直制御線11(読出しクロック線Transとリセットクロック線Reset)に、以下の手順で行選択信号を送信することで、その行の撮像画素単位10のフォトダイオード13の電荷を以下の手順で浮き拡散容量14(画素信号ノードSENS)に転送する。
この問題を解決するために、本実施形態では、図3に示すスイッチ選択信号発生回路600とモニター用スイッチ群S−S1(0)〜S−S1(u)、S−VDD(0)〜S−VDD(u)等からなるモニター回路を固体撮像装置1に組み込む。撮像画素単位10毎にスイッチ選択回路SELを設置し、固体撮像装置1にスイッチ選択回路SEL(0)からSEL(u)を設置する。そして、図4のように、スイッチ選択信号発生回路600の垂直走査回路620の垂直制御線621を行方向に配列する撮像画素単位10の位置のスイッチ選択回路SELに接続し、水平走査回路630の水平制御線631を列方向に配列するスイッチ選択回路SELに接続する。また、モニター用スイッチのゲートの開閉は、図3のように、スイッチ選択回路SELの2つの出力端子の信号によって、各モニター用スイッチS−S1、S−S2、S−VDD、S−VSSのゲートを開閉する。
の電位をモニター用パッドPADに伝達する。
イミングは、タイミングジェネレータ500が垂直走査回路200と水平走査回路400を駆動して画像信号を出力端子Dout0〜Dout15から出力するタイミングに同期して順番に測定することができる。これは、タイミングジェネレータ500が、垂直走査回路620と水平走査回路630を駆動して、スイッチ選択回路SELを選択してモニター用スイッチが各モニター用パッドPADへ回路の電位を出力するタイミングを制御しているからである。
10・・・撮像画素単位
11・・・垂直制御線
12・・・垂直信号線
13・・・フォトダイオード
14・・・浮き拡散容量
100・・・撮像部
200・・・垂直走査回路
301・・・列増幅回路
302・・・AD変換回路
400・・・水平走査回路
500・・・タイミングジェネレータ
600・・・スイッチ選択信号発生回路
620・・・垂直走査回路
621・・・垂直制御線
630・・・水平走査回路
631・・・水平制御線
641・・・ANDゲート
642・・・NANDゲート
CLK・・・クロック信号
Dout、Dout0、Dout15・・・出力端子
Reset・・・リセットクロック線
SEL、SEL(0)、SEL(u)・・・スイッチ選択回路
SENS・・・画素信号ノード
S−S1、S−S1(0)、S−S1(u)、S−S2、S−S3、S−S4、S−VSS、S−VDD、S−VDD(0)、S−VDD(u)・・・モニター用スイッチ
S1−PAD、S2−PAD、S3−PAD、S4−PAD、GND−PAD、VDD−PAD・・・モニター用パッド
Trans・・・読出しクロック線
Tr1・・・読出し用トランジスタ
Tr2・・・リセットトランジスタ
Tr3・・・増幅用トランジスタ
VDD・・・電源ノード
VSS・・・接地ノード
Claims (2)
- 撮像画素単位が縦横にマトリックス状に配列された撮像部を有し画像信号を出力する固体撮像装置において、
前記撮像部に、前記撮像画素単位毎に、回路の電源ノード又は接地ノードの電位を読み出しモニター用パッドに伝達するモニター用スイッチと前記モニター用スイッチのゲートを開閉するスイッチ選択回路を有し、
タイミングジェネレータで駆動される垂直走査回路と水平走査回路を含むスイッチ選択信号発生回路を有し、
前記垂直走査回路の垂直制御線を前記撮像部の行方向に配列する前記スイッチ選択回路に接続し、
前記水平走査回路の水平制御線を前記撮像部の列方向に配列する前記スイッチ選択回路に接続し、
前記垂直走査回路と前記水平走査回路が前記垂直制御線と前記水平制御線へ読出しパルスを送信して前記スイッチ選択回路を選択することで前記モニター用スイッチのゲートを開くことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1記載の固体撮像装置において、前記撮像画素単位毎の前記モニター用スイッチのゲートを開いて前記撮像画素単位の回路の電源ノード又は接地ノードの電位をモニター用パッドに伝達するタイミングを、前記画像信号を出力するタイミングに同期させたことを特徴とする固体撮像装置。
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