JP6052622B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
以下、本開示の第1の実施形態の固体撮像装置及びその駆動方法について、図面を参照しながら説明する。
以下に、固体撮像装置90の駆動方法、特に、黒潰れ抑制動作を説明する。
前記の通り、クリップ参照電圧Vddc は、ある程度以上に高くする必要がある。しかしながら、クリップ参照電圧Vddc が垂直信号線Vlineの電位Vpixoutに対して高くなるほど、クリップ用画素21<U,D>のリーク電流に起因する画素のFPNが発生する。
また、以上では、クリップ用画素21<U,D>を用いて画素のFPNの発生を抑制する方法について述べた。これに対し、図9には、例示的固体撮像装置90における画素のFPNバラツキを根本的に除去する動作を説明するための駆動タイミングの一例を示す。尚、前述した図8の駆動タイミングとの差違を主に説明する。
以下、第2の実施形態の固体撮像装置とその駆動方法について、図面を参照して説明する。尚、第1の実施形態との相違点を主に説明する。
次に、図13には、変形例として、垂直信号線Vlineの電位Vpixoutが下がり過ぎないようにクリップする機能を追加した黒潰れ抑制動作を説明する駆動タイミングを例示する。尚、第1の実施形態における図10の駆動タイミングとの差違を主に説明する。
以下、第3の実施形態の固体撮像装置とその駆動方法について、図面を参照して説明する。尚、第2の実施形態との相違点を主に説明する。
21 単位画素
21<U> クリップ用画素
21<D> クリップ用画素
21<N> 読み出し画素
21<K> 他の画素
22 マルチプレクサ回路(MPX)
23 垂直走査回路
24U 定電流源
24D 定電流源
25 列アナログ−デジタル変換回路(ADC)
26 デジタル−アナログ変換回路(DAC)
27 比較器
28 カウンタ
29 デジタルメモリ(DM)
30 水平走査回路
31 デジタル出力回路
32 タイミング発生回路(TG)
33 バイアス回路
40 光照射画素部
41 遮光画素部
42 有効画素部
43a 光照射ダミー画素部
43b 遮光ダミー画素部
44 オプティカルブラック(OB)画素部
51 マイクロレンズ
52 カラーフィルタ
53 第2のメタル配線
54 第1のメタル配線
55 基板
56 フォトダイオード
57 遮光配線
58 絶縁層
81 リファレンス電圧生成回路
82 オペアンプ(OPAMP)
83 バッファ回路(BUFF)
90 固体撮像装置
Claims (13)
- 複数の単位画素が行列状に配置された画素アレイ部を備え、
それぞれの前記単位画素は、
光電変換を行なう光電変換素子と、
前記光電変換素子からフローティングディフュージョン部に信号電荷を転送する転送トランジスタと、
前記信号電荷を増幅し、アナログ信号として信号出力線に出力する増幅トランジスタと、
リセットラインの電位を前記フローティングディフュージョン部に供給して前記フローティングディフュージョン部をリセットするリセットトランジスタとを含み、
前記画素アレイ部は、
前記光電変換素子に光が入射する光照射画素部に含まれ、前記信号電荷が映像信号として使用される有効画素部と、
前記光電変換素子が遮光されている遮光画素部に含まれ、前記信号電荷が基準信号として使用されるオプティカルブラック画素部と、
前記有効画素部及び前記オプティカルブラック画素部以外の部分に配置されたダミー画素部とを含み、
前記有効画素部に含まれる複数の有効画素と、前記ダミー画素部に含まれる複数のダミー画素とが同一の前記信号出力線に接続され、
前記同一の出力線に接続されたそれぞれの前記有効画素において、前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に第1の電位が供給され、
前記同一の出力線に接続された前記ダミー画素のうちの複数のクリップ用画素において、それぞれ前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に、前記第1の電位とは異なる第2の電位が供給され、
前記画素アレイ部に対して列並列に配置され、それぞれの前記単位画素において得られる前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路を備え、
前記アナログ−デジタル変換回路は、前記アナログ信号が出力される前記信号出力線の値と参照線の値とを比較する比較器、及び、前記比較器による比較が完了するまでの時間を計測して当該比較結果を保持するカウンタを有し、
前記比較器は、前記比較を行なう前に、前記信号出力線及び前記参照線の所定値によって前記比較器の動作点を初期化する初期化手段を有し、
前記初期化後に前記参照線の値を変化させる制御手段を更に備え、
前記比較器の前記初期化の後、前記参照線の値が変化する前に、前記複数のクリップ用画素における前記フローティングディフュージョン部に第3の電位を供給する手段を有し、
前記第3の電位は、前記第2の電位よりも低いことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1の固体撮像装置において、
前記複数のクリップ用画素は、前記遮光画素部に位置することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1又は2の固体撮像装置において、
前記ダミー画素部は、前記有効画素部を挟んで配置された第1のダミー画素部及び第2のダミー画素部を含み、
前記同一の信号出力線に接続された前記複数のクリップ用画素は、前記第1のダミー画素部及び前記第2のダミー画素部の両方に配置されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つの固体撮像装置において、
前記信号出力線に定電流を供給する定電流回路が、前記画素アレイ部を挟んで両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つの固体撮像装置において、
前記リセットラインは、前記画素アレイ部に対して行単位の電位設定が可能であり、
前記有効画素及び前記複数のクリップ用画素に対し、それぞれ異なる電位を印加できることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つの固体撮像装置において、
前記複数のクリップ用画素における前記リセットトランジスタから、前記フローティングディフュージョン部に対し、前記第2の電位又は前記第2の電位よりも低い第3の電位を印加する手段を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項6の固体撮像装置において、
前記第2の電位を供給する第1のバイアス回路及び前記第3の電位を供給する第2のバイアス回路を有し、前記第2の電位及び前記第3の電位は、同一の基準電位を用いて生成されることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項6の固体撮像装置において、
前記第2の電位と、前記第3の電位とは、電位切り替え制御を備えると共に動的に電位を切り替えることができるバイアス回路から生成されることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1〜8のいずれか1つの固体撮像装置において、
前記単位画素は、選択トランジスタを更に備え、
前記増幅トランジスタの一端は、前記選択トランジスタを介して前記信号出力線に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つの固体撮像装置において、
前記単位画素は、選択トランジスタを更に備え、
前記増幅トランジスタの一端は、前記選択トランジスタを介して前記信号出力線に接続され、
前記リセットラインは、前記画素アレイ部の各行に対して共通であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項9又は10の固体撮像装置において、
前記比較器の前記初期化の後、前記参照線の値が変化する前に、前記クリップ用画素における前記選択トランジスタが非導通状態にされることを特徴とする固体撮像装置。 - 複数の単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部に対して列並列に配置され、それぞれの前記単位画素において得られるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路と、
電位供給手段とを備える固体撮像装置の駆動方法において、
それぞれの前記単位画素は、
光電変換を行なう光電変換素子と、
前記光電変換素子からフローティングディフュージョン部に信号電荷を転送する転送トランジスタと、
前記信号電荷を増幅し、前記アナログ信号として信号出力線に出力する増幅トランジスタと、
リセットラインの電位を前記フローティングディフュージョン部に供給して前記フローティングディフュージョン部をリセットするリセットトランジスタとを含み、
前記複数の単位画素のうち、前記信号電荷が映像信号として使用される複数の有効画素と、前記有効画素以外の複数のクリップ用画素とが同一の前記信号出力線に接続され、
前記電位供給手段は、前記同一の出力線に接続されたそれぞれの前記有効画素において、前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に第1の電位を供給すると共に、前記同一の出力線に接続されたそれぞれの前記クリップ用画素において、前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に、前記第1の電位とは異なる第2の電位を供給し、
前記アナログ−デジタル変換回路は、
前記アナログ信号が出力される前記信号出力線の値と参照線の値とを比較する比較器と、
前記比較器による比較が完了するまでの時間を計測して当該比較結果を保持するカウンタとを有し、
前記比較器は、前記比較を行なう前に、前記信号出力線及び前記参照線の所定値によって前記比較器の動作点を初期化する初期化手段を有し、
前記固体撮像装置は、前記初期化後に前記参照線の値を変化させる制御手段を更に備え、
前記比較器を初期化する工程(a)と、
前記工程(a)の後に、前記複数のクリップ用画素における前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に、前記第2の電位よりも低い第3の電位を印加する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記参照線の値を変化させる工程(c)とを備えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 複数の単位画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
前記画素アレイ部に対して列並列に配置され、それぞれの前記単位画素において得られるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路と、
電位供給手段とを備える固体撮像装置の駆動方法において、
それぞれの前記単位画素は、
光電変換を行なう光電変換素子と、
前記光電変換素子からフローティングディフュージョン部に信号電荷を転送する転送トランジスタと、
前記信号電荷を増幅し、前記アナログ信号として信号出力線に出力する増幅トランジスタと、
リセットラインの電位を前記フローティングディフュージョン部に供給して前記フローティングディフュージョン部をリセットするリセットトランジスタとを含み、
前記単位画素は、選択トランジスタを更に備え、
前記増幅トランジスタの一端は、前記選択トランジスタを介して前記信号出力線に接続され、
前記複数の単位画素のうち、前記信号電荷が映像信号として使用される複数の有効画素と、前記有効画素以外の複数のクリップ用画素とが同一の前記信号出力線に接続され、
前記電位供給手段は、前記同一の出力線に接続されたそれぞれの前記有効画素において、前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に第1の電位を供給すると共に、前記同一の出力線に接続されたそれぞれの前記クリップ用画素において、前記リセットトランジスタから前記フローティングディフュージョン部に、前記第1の電位とは異なる第2の電位を供給し、
前記アナログ−デジタル変換回路は、
前記アナログ信号が出力される前記信号出力線の値と参照線の値とを比較する比較器と、
前記比較器による比較が完了するまでの時間を計測して当該比較結果を保持するカウンタとを有し、
前記比較器は、前記比較を行なう前に、前記信号出力線及び前記参照線の所定値によって前記比較器の動作点を初期化する初期化手段を有し、
前記固体撮像装置は、前記初期化後に前記参照線の値を変化させる制御手段を更に備え、
前記比較器を初期化する工程(a)と、
前記工程(a)の後に、前記複数のクリップ用画素における前記選択トランジスタを非導通状態とする工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記参照線の値を変化させる工程(c)とを備えることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
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