JP6555890B2 - 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
さらに本発明の他の実施形態における撮像装置は、第1、第2の光電変換部と、導通状態になることにより、第1、第2の光電変換部のそれぞれから電荷を転送する第1、第2の転送トランジスタと、第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域と、前記第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、前記第1、第2の転送トランジスタのゲートにそれぞれ電気的に接続された第1、第2の駆動配線と、前記フローティングディフュージョン領域および前記増幅トランジスタのゲートを電気的に接続するとともに、平面視において前記フローティングディフュージョン領域の端部を越えて前記第1の駆動配線に対向しながら延在する導電部材と、第3、第4の光電変換部と、導通状態になることにより、第3、第4の光電変換部のそれぞれから電荷を前記フローティングディフュージョン領域に転送する第3、第4の転送トランジスタと、前記第3、第4の転送トランジスタのゲートにそれぞれ電気的に接続された第3、第4の駆動配線と、前記第1、第2の光電変換部に共通して設けられた第1のマイクロレンズと、前記第3、第4の光電変換部に共通して設けられた第2のマイクロレンズを備え、平面視において、前記第3、第4の光電変換部、前記第3、第4の転送トランジスタ、前記第3、第4の駆動配線は、前記フローティングディフュージョン領域を中心として、前記第1、第2の光電変換部、前記第1、第2の転送トランジスタ、前記第1、第2の駆動配線と対称に形成され、前記導電部材は前記第1の駆動配線と前記第3の駆動配線との中間に形成される。
本発明の第1実施形態に係る撮像装置について図1から図9を参照しながら説明する。図1は第1実施形態に係る撮像装置の回路図である。撮像装置は、画素2、垂直走査回路11、電流源208、列増幅回路14、出力アンプ15、水平走査回路16を備える。複数の画素2は行方向および列方向に沿って二次元マトリクス状に配列されている。なお、本明細書において、行方向とは図面における水平方向を示し、列方向とは図面において垂直方向を示すものとする。図1においては、説明の簡略化のために3行3列の画素が示されているが、画素の数は限定されるものではない。なお、一部の画素はOB(オプティカル・ブラック)画素として遮光されても良い。
V(A)=Vref+(ΔVa+Δn)×(−C0/Cf) 式(1)
V(A+B)=Vref+(ΔV(a+b)+Δn)×(−C0/Cf) 式(2)
V(A+B)−(Vref+Δn×(−C0/Cf))
=ΔV(a+b)×(−C0/Cf) 式(3)
V(A)−(Vref+Δn×(−C0/Cf))
=ΔVa×(−C0/Cf) 式(4)
(ΔV(a+b)×(−C0/Cf))−(ΔVa×(−C0/Cf))
=(ΔV(a+b)−ΔVa)×(−C0/Cf) 式(5)
図10は本発明の第2実施形態に係る撮像装置の画素の平面図である。図10に示されていない構成は第1実施形態に係る構成と同様であるため、その説明を省略する。本実施形態においても、導電部材109Aは第1の駆動配線211Aに対向しながら平行に延在するとともに、FD領域107A、108Aの活性領域の端部を超えて延在している。また、増幅トランジスタ26が形成される第3の活性領域は光電変換部21A、22Aが延在する方向(第1方向)に平行に形成されている。また、第3の活性領域は、第2の転送トランジスタのゲート24A(G)よりも、第1の転送トランジスタのゲート23A(G)に近い位置に形成されている。すなわち、増幅トランジスタ26のゲートと第1の転送トランジスタのゲート23A(G)とは近接しており、第1の駆動配線211Aと導電部材109Aとの寄生容量が増加する。導電部材109AとFD部210との間の寄生容量をさらに増加させることができ、電荷の転送効率がさらに向上する。
本発明の第3実施形態に係る撮像装置を図11、図12を用いて説明する。図11は、本実施形態に係る撮像装置の画素の平面図である。また、図12は、図11のY1−Y2線に沿った断面図である。図11、図12に示されていない構成は第1実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。本実施形態において、第3の活性領域に、N型半導体領域(第3のフローティングディフュージョン領域)、および容量加算トランジスタ28がさらに形成されている。容量加算トランジスタ28は、ゲート容量をFD容量に加算するためのトランジスタであり、容量加算トランジスタ28のゲートに電圧を供給することによって、FD容量を制御することができる。
本発明の第4実施形態に係る撮像装置を図13、図14を用いて説明する。本実施形態に係る撮像装置の回路図は図2に示された回路図と同様であるため、画素の構成を主に説明する。図13は、本実施形態に係る撮像装置の画素の平面図である。また、図14は、図13のY1−Y2線に沿った断面図である。本実施形態においては、第1方向に隣接する第1の画素2Aと第2の画素2Bとが、ミラー(鏡映)対称となるように形成されている。すなわち、第3、第4の光電変換部21B、22B、ゲート23B(G)、24B(G)はFD部210を中心として、第1、第2の光電変換部21A、22A、ゲート23A(G)、24A(G)と対象に形成されている。さらに、第3、第4の駆動配線211B、212BはFD部210を中心として、第1、第2の駆動配線211A、212Aと対称に形成されている。導電部材109Aは駆動配線211A、211Bの中間位置に形成されるとともに、駆動配線211A、211Bに対向しながら平行に延在している。
本発明の第5実施形態に係る撮像装置を図15を用いて説明する。以下、第1実施形態と異なる構成を主に説明し、第1実施形態と同様の構成についての説明を省略する。
本発明の第6実施形態に係る撮像装置を図16を用いて説明する。以下、第1実施形態と異なる構成を主に説明し、第1実施形態と同様の構成についての説明を省略する。
本発明の第7実施形態に係る撮像システムを説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、複写機、ファクシミリ、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図17に、第7実施形態に係る撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
上記実施形態は、本発明を適用しうる幾つかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではなく、第1乃至第6実施形態の構成を組み合わせることも可能である。また、上述の実施形態においては、画素を構成するトランジスタはNチャネルMOSであるが、PチャネルMOSを用いて画素を構成しても良い。さらに、光電変換部は負の電荷を励起するものに限らず、正孔を生じさせるものであっても良い。転送トランジスタをPチャネルMOSにより構成する場合には、転送トランジスタのゲートに供給される駆動パルスのハイレベル、ローレベルが上述の実施形態とは逆になる。この場合、正孔を生じさせる光電変換部を用いることにより、電荷の転送効率を改善することができる。さらに、増幅トランジスタを共有する光電変換部の個数は上述の実施形態における個数に限定されず、任意の個数の光電変換部において増幅トランジスタを共有させても良い。また、光電変換部を基板の裏面に形成しても良く、有機光電変換膜のように複数の光電変換部を積層して形成しても良い。
22A、22B 第2の光電変換部
23A、23B 第1の転送トランジスタ
24A、24B 第2の転送トランジスタ
211A 第1の駆動配線
212A 第2の駆動配線
211B 第3の駆動配線
212B 第4の駆動配線
107A、108A フローティングディフュージョン(FD)領域
109A 導電部材
210 フローティングディフュージョン(FD)部
26 増幅トランジスタ
25 リセットトランジスタ
27 選択トランジスタ
28 容量加算トランジスタ
Claims (21)
- 第1、第2の光電変換部と、
前記第1、第2の光電変換部に共通して設けられたマイクロレンズと、
導通状態になることにより、第1、第2の光電変換部のそれぞれから電荷を転送する第1、第2の転送トランジスタと、
第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域と、
前記第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記第1、第2の転送トランジスタのゲートに電気的に接続された第1、第2の駆動配線と、
前記フローティングディフュージョン領域および前記増幅トランジスタのゲートを電気的に接続するために、前記第1の駆動配線に対向しながら延在する導電部材と、
を有し、
平面視において、前記第2の転送トランジスタのゲートと前記増幅トランジスタのゲートの間の距離は、前記第1の転送トランジスタのゲートと前記増幅トランジスタのゲートの間の距離よりも近く、
前記導電部材は、平面視において、前記第1の光電変換部に対応した前記フローティングディフュージョン領域の少なくとも2つ以上の端部を越えて延在する撮像装置。 - 前記導電部材は前記第2の駆動配線よりも前記第1の駆動配線に近い位置に形成された請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の駆動配線から前記フローティングディフュージョン領域の端部までの距離は、前記第2の駆動配線から前記フローティングディフュージョン領域の端部までの距離よりも短い請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記フローティングディフュージョン領域は、前記第1、第2の光電変換部のそれぞれに対応して異なる領域に形成された第1、第2のフローティングディフュージョン領域を含み、
前記導電部材は前記第1、第2のフローティングディフュージョン領域を電気的に接続する請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記増幅トランジスタのゲートは、前記第2の駆動配線よりも前記第1の駆動配線に近い位置に形成された請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 第3のフローティングディフュージョン領域、および前記第3のフローティングディフュージョン領域の容量を制御する容量加算トランジスタをさらに備え、前記導電部材は前記第3のフローティングディフュージョン領域に電気的に接続され、平面視において前記導電部材は前記容量加算トランジスタまで延在している請求項4または5に記載の撮像装置。
- 第3、第4の光電変換部と、
導通状態になることにより、第3、第4の光電変換部のそれぞれから電荷を前記フローティングディフュージョン領域に転送する第3、第4の転送トランジスタと、
前記第3、第4の転送トランジスタのゲートに電気的に接続された第3、第4の駆動配線とをさらに備え、
平面視において、前記第3、第4の光電変換部、前記第3、第4の転送トランジスタ、前記第3、第4の駆動配線は、前記フローティングディフュージョン領域を中心として、前記第1、第2の光電変換部、前記第1、第2の転送トランジスタ、前記第1、第2の駆動配線と対称に形成され、
前記導電部材は前記第1の駆動配線と前記第3の駆動配線との中間に形成された請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 平面視において、前記第1のフローティングディフュージョン領域、前記第1の転送トランジスタ、前記第1の光電変換部、前記第2の光電変換部、前記第2の転送トランジスタ、前記第2のフローティングディフュージョン領域が順に並んで形成された請求項4に記載の撮像装置。
- 平面視において、前記第1の駆動配線に垂直に延在するとともに、前記第1の駆動配線と前記第1の転送トランジスタのゲートとを電気的に接続する接続配線をさらに備え、前記導電部材は前記接続配線に対向して形成されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1の駆動配線に駆動パルスを供給することにより、第1の転送トランジスタを導通状態にする読み出しモード、および、前記第1、第2の駆動配線に並行して駆動パルスを供給することにより、第1、第2の転送トランジスタをともに導通状態にする読み出しモードを実行可能な駆動部をさらに備えた請求項1〜9のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する信号処理部とを有する撮像システム。 - 第1の光電変換部と、
第1の方向において前記第1の光電変換部に隣接して設けられた第2の光電変換部と、
前記第1の方向に垂直な第2の方向において前記第1の光電変換部に隣接して設けられた第3の光電変換部と、
前記第1の方向において前記第3の光電変換部に隣接して設けられるとともに、前記第2の方向において前記第2の光電変換部に隣接して設けられた第4の光電変換部と、
前記第1、第2の光電変換部に共通して設けられた第1のマイクロレンズと、
前記第3、第4の光電変換部に共通して設けられた第2のマイクロレンズと、
導通状態になることにより、第1、第2、第3、第4の光電変換部のそれぞれから電荷をフローティングディフュージョン領域に転送する第1、第2、第3、第4の転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョン領域における電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記第1、第2、第3、第4の転送トランジスタのゲートにそれぞれ電気的に接続されるとともに、前記第1の方向に延在した第1、第2、第3、第4の駆動配線と、
前記フローティングディフュージョン領域および前記増幅トランジスタのゲートを互いに電気的に接続するために、平面視において前記フローティングディフュージョン領域の端部を越えて前記第1の駆動配線に対向しながら延在する導電部材とを備え、
前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の対と、前記第3の光電変換部および前記第4の光電変換部の対とが平面視において線対称に配置され、
前記第1の駆動配線および前記第2の駆動配線の対と、前記第3の駆動配線および前記第4の駆動配線の対とが平面視において線対称に配置された撮像装置。 - 第1、第2の光電変換部と、
導通状態になることにより、第1、第2の光電変換部のそれぞれから電荷を転送する第1、第2の転送トランジスタと、
第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域と、
前記第1、第2の転送トランジスタから転送された電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記第1、第2の転送トランジスタのゲートにそれぞれ電気的に接続された第1、第2の駆動配線と、
前記フローティングディフュージョン領域および前記増幅トランジスタのゲートを電気的に接続するとともに、平面視において前記フローティングディフュージョン領域の端部を越えて前記第1の駆動配線に対向しながら延在する導電部材と、
第3、第4の光電変換部と、
導通状態になることにより、第3、第4の光電変換部のそれぞれから電荷を前記フローティングディフュージョン領域に転送する第3、第4の転送トランジスタと、
前記第3、第4の転送トランジスタのゲートにそれぞれ電気的に接続された第3、第4の駆動配線と、
前記第1、第2の光電変換部に共通して設けられた第1のマイクロレンズと、
前記第3、第4の光電変換部に共通して設けられた第2のマイクロレンズを備え、
平面視において、前記第3、第4の光電変換部、前記第3、第4の転送トランジスタ、前記第3、第4の駆動配線は、前記フローティングディフュージョン領域を中心として、前記第1、第2の光電変換部、前記第1、第2の転送トランジスタ、前記第1、第2の駆動配線と対称に形成され、
前記導電部材は前記第1の駆動配線と前記第3の駆動配線との中間に形成された撮像装置。 - 前記導電部材は前記第2の駆動配線よりも前記第1の駆動配線に近い位置に形成された請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記第1の駆動配線から前記フローティングディフュージョン領域の端部までの距離は、前記第2の駆動配線から前記フローティングディフュージョン領域の端部までの距離よりも短い請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記増幅トランジスタのゲートは、前記第2の駆動配線よりも前記第1の駆動配線に近い位置に形成された請求項12または13に記載の撮像装置。
- 平面視において、前記第1の駆動配線に垂直に延在するとともに、前記第1の駆動配線と前記第1の転送トランジスタのゲートとを電気的に接続する接続配線をさらに備え、前記導電部材は前記接続配線に対向して形成されている請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記第1の駆動配線に駆動パルスを供給することにより、第1の転送トランジスタを導通状態にする読み出しモード、および、前記第1、第2の駆動配線に並行して駆動パルスを供給することにより、第1、第2の転送トランジスタをともに導通状態にする読み出しモードを実行可能な駆動部をさらに備えた請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の対と、前記第3の光電変換部および前記第4の光電変換部の対とが平面視において線対称に配置された請求項13に記載の撮像装置。
- 前記第1の駆動配線および前記第2の駆動配線の対と、前記第3の駆動配線および前記第4の駆動配線の対とが平面視において線対称に配置された請求項13に記載の撮像装置。
- 前記導電部材は、平面視において、前記第1の光電変換部と前記第2の光電変換部との間、および、前記第3の光電変換部と前記第4の光電変換部との間には設けられていない請求項12または13に記載の撮像装置。
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