JP5959186B2 - 固体撮像装置、撮像装置、および信号読み出し方法 - Google Patents
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Description
ことを特徴とする。
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による撮像装置の構成を示している。本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。
Vmem=VDD+ΔVmem
=VDD+α1×α2×ΔVfd ・・・(1)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態の構成は第1の実施形態の構成と同様であるので、構成の説明を省略する。以下、図8を参照し、画素1の動作を説明する。図8は、垂直走査回路3から行毎に画素1に供給される制御信号を示すと共に、全行の画素1に一括して(同時に)供給される電流制御パルスΦBiasと、水平読み出し回路5から水平信号線10に信号を読み出すための読み出しパルスとを示している。ΦTX-1等の表記は図6の表記と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態の構成は、画素1の構成を除いて、第1の実施形態の構成と同様である。図10は本実施形態の画素1の回路構成を示している。図4の構成と異なるのは、サンプルトランジスタ108と第2増幅トランジスタ111との間にスイッチトランジスタ120が設けられていることである。他の構成については図4と同じであるので、説明を省略する。
「画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換手段と、
前記光電変換手段で発生した信号を増幅して増幅信号を出力する増幅手段と、
前記第2の基板に配置され、前記増幅手段から出力された前記増幅信号を蓄積する信号蓄積手段と、
前記信号蓄積手段に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力する出力手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。」
であってもよい。
「画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換手段と、
前記光電変換手段で発生した信号を増幅して増幅信号を出力する増幅手段と、
前記第2の基板に配置され、前記増幅手段から出力された前記増幅信号を蓄積する信号蓄積手段と、
前記信号蓄積手段に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力する出力手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。」
であってもよい。
「画素を構成する回路素子が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す処理をコンピュータに実行させるためのプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクトであって、
前記第1の基板に配置された光電変換素子で発生した信号を増幅回路により増幅して増幅信号を出力するモジュールと、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号を、前記第2の基板に配置された信号蓄積回路に蓄積するモジュールと、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力するモジュールと、
を含むプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクト。」
であってもよい。
Claims (18)
- 画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を増幅して増幅信号を出力する増幅回路と、
前記第2の基板に配置され、前記増幅回路から出力された前記増幅信号を蓄積する信号蓄積回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力する出力回路と、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路と、
前記光電変換素子をリセットする第1のリセット回路と、
前記増幅回路の入力部をリセットする第2のリセット回路と、
前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅回路の入力部に転送する転送回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を増幅して第2の増幅信号を出力する第2の増幅回路と、
前記第2の増幅回路の入力部をリセットする第3のリセット回路と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号をクランプするクランプ部と、
前記クランプ部でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積するサンプルホールド部と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、前記増幅回路に接続される回路の動作に由来して前記増幅回路の入力部で発生するノイズまたは前記増幅回路の動作特性に由来するノイズを除去する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記光電変換素子は、全画素で一括して露光を開始することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットしてから所定期間が経過した後、
全画素の前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅回路が増幅して前記増幅信号を出力し、
前記信号蓄積回路が前記増幅回路から出力された前記増幅信号を蓄積し、
前記出力回路が前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路の負荷となる負荷回路をさらに有し、
前記負荷回路は、前記光電変換素子で発生した信号を前記信号蓄積回路に蓄積するときのみ活性化することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットした後、
前記第2のリセット回路が全画素の前記増幅回路の入力部を一括してリセットし、
前記増幅回路の入力部がリセットされた後の前記増幅回路から出力された前記増幅信号を前記クランプ部がクランプし、
前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットしてから所定期間が経過した後、全画素の前記光電変換素子で発生した信号を一括して前記転送回路が前記増幅回路の入力部に転送し、
前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後、
前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後の前記第2の増幅信号と、前記第3のリセット回路が前記第2の増幅回路の入力部をリセットした後の前記第2の増幅信号と、を前記出力回路が前記画素から時分割で出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記出力回路が出力した2種類の信号の差分処理を行う差分処理回路をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットした後、
前記第2のリセット回路が全画素の前記増幅回路の入力部を一括してリセットし、
前記増幅回路の入力部がリセットされた後の前記増幅回路から出力された前記増幅信号を前記クランプ部がクランプし、
前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットしてから所定期間が経過した後、全画素の前記光電変換素子で発生した信号を一括して前記転送回路が前記増幅回路の入力部に転送し、
前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後、
前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後の前記第2の増幅信号と、前記第3のリセット回路が前記第2の増幅回路の入力部をリセットしている時の前記第2の増幅信号と、を前記出力回路が前記画素から時分割で出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記信号蓄積回路と前記第2の増幅回路の入力部とを接続し、オンとオフを切り替え可能なスイッチ回路をさらに有し、
前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットした後、
前記第2のリセット回路が全画素の前記増幅回路の入力部を一括してリセットし、
前記増幅回路の入力部がリセットされた後の前記増幅回路から出力された前記増幅信号を前記クランプ部がクランプし、
前記第1のリセット回路が全画素の前記光電変換素子を一括してリセットしてから所定期間が経過した後、全画素の前記光電変換素子で発生した信号を一括して前記転送回路が前記増幅回路の入力部に転送し、
前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後、
前記スイッチ回路がオフのとき前記第3のリセット回路が前記第2の増幅回路の入力部をリセットした後の前記第2の増幅信号と、前記転送回路が前記信号を転送することによって発生する前記増幅信号の変動に応じた信号を前記サンプルホールド部がサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積した後であって前記スイッチ回路がオンのときの前記第2の増幅信号と、を前記出力回路が前記画素から時分割で出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路の入力部の容量よりも前記信号蓄積回路の容量が大きいことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の基板は、前記光電変換素子に入射する光が照射される前記第1の基板の表面とは反対側の表面と接続されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続される固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をゲートに受け、前記ゲートに受けた信号を増幅してソースおよびドレインの一方から増幅信号を出力する増幅トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号を蓄積するメモリ回路と、
前記メモリ回路に蓄積された前記増幅信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をソースおよびドレインの他方から前記画素の外部の信号線に出力する出力トランジスタと、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路と、
前記光電変換素子をリセットする第1のリセット回路と、
前記増幅トランジスタの入力部をリセットする第2のリセット回路と、
前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅トランジスタの入力部に転送する転送回路と、
前記メモリ回路に蓄積された前記増幅信号を増幅して第2の増幅信号を出力する増幅回路と、
前記増幅トランジスタの入力部をリセットする第3のリセット回路と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号をクランプするクランプ容量と、
前記クランプ容量でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をサンプルホールドして前記メモリ回路に蓄積するトランジスタと、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、前記増幅トランジスタに接続される回路の動作に由来して前記増幅トランジスタの入力部で発生するノイズまたは前記増幅トランジスタの動作特性に由来するノイズを除去する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第1の基板と前記第2の基板とが接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部は、前記光電変換素子から前記メモリ回路までの電気的に接続された経路において、前記光電変換素子と前記増幅トランジスタの間、前記増幅トランジスタと前記クランプ容量の間、前記クランプ容量と前記トランジスタの間、または前記トランジスタと前記メモリ回路の間に配置されることを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部は、バンプであることを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部は、前記第1の基板の表面に形成された第1の電極と、前記第2の基板の表面に形成され、前記第1の電極と貼り合わされた第2の電極とを有することを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。
- 画素を構成する回路素子が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号を増幅して増幅信号を出力する増幅回路と、
前記第2の基板に配置され、前記増幅回路から出力された前記増幅信号を蓄積する信号蓄積回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力する出力回路と、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路と、
前記光電変換素子をリセットする第1のリセット回路と、
前記増幅回路の入力部をリセットする第2のリセット回路と、
前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅回路の入力部に転送する転送回路と、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を増幅して第2の増幅信号を出力する第2の増幅回路と、
前記第2の増幅回路の入力部をリセットする第3のリセット回路と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号をクランプするクランプ部と、
前記クランプ部でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積するサンプルホールド部と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、前記増幅回路に接続される回路の動作に由来して前記増幅回路の入力部で発生するノイズまたは前記増幅回路の動作特性に由来するノイズを除去する
ことを特徴とする撮像装置。 - 画素を構成する回路素子が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に配置された光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した信号をゲートに受け、前記ゲートに受けた信号を増幅してソースおよびドレインの一方から増幅信号を出力する増幅トランジスタと、
前記第2の基板に配置され、前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号を蓄積するメモリ回路と、
前記メモリ回路に蓄積された前記増幅信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をソースおよびドレインの他方から前記画素の外部の信号線に出力する出力トランジスタと、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路と、
前記光電変換素子をリセットする第1のリセット回路と、
前記増幅トランジスタの入力部をリセットする第2のリセット回路と、
前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅トランジスタの入力部に転送する転送回路と、
前記メモリ回路に蓄積された前記増幅信号を増幅して第2の増幅信号を出力する増幅回路と、
前記増幅トランジスタの入力部をリセットする第3のリセット回路と、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号をクランプするクランプ容量と、
前記クランプ容量でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をサンプルホールドして前記メモリ回路に蓄積するトランジスタと、
を有し、
前記ノイズ低減回路は、前記増幅トランジスタに接続される回路の動作に由来して前記増幅トランジスタの入力部で発生するノイズまたは前記増幅トランジスタの動作特性に由来するノイズを除去する
ことを特徴とする撮像装置。 - 画素を構成する回路素子が配置された第1の基板と第2の基板とが電気的に接続されている固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す信号読み出し方法であって、
前記第1の基板に配置された光電変換素子で発生した信号を増幅回路により増幅して増幅信号を出力するステップと、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号を、前記第2の基板に配置された信号蓄積回路に蓄積するステップと、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を前記画素から出力するステップと、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減ステップと、
前記光電変換素子をリセットするステップと、
前記増幅回路の入力部をリセットするステップと、
前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅回路の入力部に転送するステップと、
前記信号蓄積回路に蓄積された前記増幅信号を第2の増幅回路により増幅して第2の増幅信号を出力するステップと、
前記第2の増幅回路の入力部をリセットするステップと、
を有し、
前記ノイズ低減ステップは、
前記増幅回路から出力された前記増幅信号をクランプするステップと、
クランプされた前記増幅信号に応じた信号をサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積するステップと、
を有し、
前記ノイズ低減ステップは、前記増幅回路に接続される回路の動作に由来して前記増幅回路の入力部で発生するノイズまたは前記増幅回路の動作特性に由来するノイズを除去する
ことを特徴とする信号読み出し方法。
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