JP6740230B2 - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents
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Description
本開示は、固体撮像装置および電子機器に関し、特に、太陽電池モードの対数センサの性能を向上させるようにした固体撮像装置および電子機器に関する。
フォトダイオードを、太陽電池と同様に、開回路で動作させ、出力電圧を計測する対数センサが知られている（非特許文献１参照）。これはPNジャンクションの順方向に電流を流したときに生じる電位差、即ち電圧が電流の対数と比例する関係を用いている。この順方向の電流を光電変換によって発生した光電流に置き換えて、PNジャンクションの順方向の電圧をモニタすればそれは光電流を対数圧縮した信号となる。
また、この太陽電池モードの対数センサを用いた固体撮像装置も公知である。太陽電池モードの対数センサと一般的な蓄積型CMOSイメージセンサとの空間分割による組み合わせを提案したものや、両者の時分割による組み合わせを提案したものがある。こうした組み合わせが提案されるのは太陽電池モードの対数センサは、暗時および低照度特性が低下するためである。
太陽電池モードの対数センサの構造を一般的な蓄積型CMOSイメージセンサの構造に対応させるとフォトダイオード(PD)に直接コンタクトを具備した構造に相当する。この場合にはPDを完全空乏化することが出来ないのでkTCノイズを除去出来ない、残像が発生する、PD表面をPinning出来ないので界面準位起因の白点・暗電流が悪化する、等が要因となり暗時および低照度特性が低下する。これらは、対数センサのPNジャンクション容量を十分に充電できず、出力が対数領域に入る前の照度範囲にて現れる。
例えば、太陽電池モードの対数センサと一般的な蓄積型CMOSイメージセンサを組み合わせた場合でも、太陽電池モードの対数センサの暗時・低照度特性が向上するわけではない。対数センサ単独の場合に課題が残ることはもちろん、組み合わせる場合でも、線形信号と対数出力の遷移期間を確保する必要が有るため、対数センサの低照度特性が求められる。十分な遷移期間が設けられない場合、信号切り替え時にノイズが目立ち画質低下の懸念がある。
また、太陽電池モードの対数センサは光電流量をモニタして信号を出力するセンサであるため、信号を保持する素子を持たずグローバルシャッタ機能が実現されていない。
Yang Ni, YiMing Zhu, Bogdan Arion,A 768x576 Logarithmic Image Sensor with Photodiode in Solar Cell mode,International Image Sensor Workshop(IISW),講演R35,2011/6/9
以上のように、太陽電池モードの対数センサの性能は、一般的な蓄積型CMOSイメージセンサに比して、まだまだ改善の余地があり、向上させる必要がある。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池モードの対数センサの性能を向上させることができるものである。
本開示の一側面の固体撮像装置は、第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線とを有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路とを備え、シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得する。
本技術の一側面においては、第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線とを有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素が、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように駆動される。そして、シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間が有されており、前記駆動回路により、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルが、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得される。
本技術の一側面の固体撮像装置は、第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタとを有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、前記単位画素を駆動する駆動回路とを備え、前記単位画素は、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有し、前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である。
本技術においては、第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタとを有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素には、前記２段のアンプトランジスタの間にメモリが設けられる。そして、前記単位画素が、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有し、前記スイッチトランジスタが、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通され、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である。
本技術によれば、太陽電池モードの対数センサの性能を向上させることができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態 （太陽電池モードの対数センサ）
２．第２の実施の形態 （太陽電池モードの対数センサのグローバルシャッタ機能）
３．第３の実施の形態 （イメージセンサの使用例）
４．第４の実施の形態 （電子機器の例）
１．第１の実施の形態 （太陽電池モードの対数センサ）
２．第２の実施の形態 （太陽電池モードの対数センサのグローバルシャッタ機能）
３．第３の実施の形態 （イメージセンサの使用例）
４．第４の実施の形態 （電子機器の例）
＜１．第１の実施の形態＞
＜固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。
＜固体撮像装置の概略構成例＞
図１は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。
図１に示されるように、固体撮像装置（素子チップ）１は、半導体基板１１（例えばシリコン基板）に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。
画素２は、光電変換素子（例えばフォトダイオード）と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、セレクトトランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。各画素２（単位画素）の等価回路は一般的なものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
周辺回路部は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、および制御回路８から構成される。
制御回路８は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、およびマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６に入力する。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。具体的には、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
なお、グローバルシャッタ機能モードの場合、垂直駆動回路４は、すべての画素駆動配線を選択し、すべての画素２を駆動する。そして、垂直駆動回路４は、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号を、行単位でカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、A/D（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。
＜太陽電池モードの対数センサの画素の構成例＞
図２および図３は、太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す図である。なお、本明細書で説明する対数センサは、PNジャンクションの順方向電流を活用した温度による特性変化が略ない対数圧縮センサである。図２は、等価回路図であり、図３は、断面図である。
図２および図３は、太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す図である。なお、本明細書で説明する対数センサは、PNジャンクションの順方向電流を活用した温度による特性変化が略ない対数圧縮センサである。図２は、等価回路図であり、図３は、断面図である。
太陽電池モードの対数センサの場合、図１の画素２は、フォトダイオード（PNジャンクション）５１、リセットトランジスタ５２、アンプトランジスタ５３、バイアストランジスタ５４、アンプトランジスタ５５、セレクトトランジスタ５６を含むように構成されている。
フォトダイオード５１は、N型(第１の導電型）の半導体領域と、多数キャリア濃度が、N型の濃度よりも高いP型(第２の導電型)の半導体領域からなる。フォトダイオード５１のN型の半導体領域は、中間電位Vmidおよびリセットトランジスタ５２のドレインと接続されている。フォトダイオード５１のP型の半導体領域は、リセットトランジスタ５２のソースとアンプトランジスタ５５のゲートと接続されている。
アンプトランジスタ５３のドレインは、電源電圧Vddと接続されており、アンプトランジスタ５３のソースは、バイアストランジスタ５４のドレインとアンプトランジスタ５５のゲートと接続されている。バイアストランジスタ５４のソースは、アースされている。
アンプトランジスタ５５のドレインは、電源電圧Vddと接続されており、アンプトランジスタ５５のソースは、セレクトトランジスタ５６のドレインと接続されている。セレクトトランジスタ５６のソースは、垂直信号線（VSL）９と接続されている。
リセットトランジスタ５２は、RST信号のオンオフに応じて、フォトダイオード５１のリセットを制御する。アンプトランジスタ５３およびアンプトランジスタ５５は、フォトダイオード５１からの信号を増幅させて、それぞれ、アンプトランジスタ５５およびセレクトトランジスタ５６に出力する。バイアストランジスタ５４は、基準となる電流を設定する。セレクトトランジスタ５６は、SEL信号のオンオフに応じて、アンプトランジスタ５５からの信号を、垂直信号線９に出力する。
なお、以下、本明細書においては、トランジスタをオンすることは、導通する、導通状態（High）となることを意味し、トランジスタをオフすることは、非導通状態（Low）となることを意味するものとする。
＜一般的な駆動方法＞
図４は、一般的な太陽電池モードの対数センサの駆動例を表すタイミングチャートである。図４の例において、SH Line(m line)駆動期間は、水平mライン目のシャッタ駆動期間を表し、RD Line(n line)駆動期間は、mよりも後の水平nライン目のリード（読み出し）駆動を表している。SH Line駆動期間が終わって、RD Line駆動期間が始まるまでの間は、露光時間(exposure time)を表している。
図４は、一般的な太陽電池モードの対数センサの駆動例を表すタイミングチャートである。図４の例において、SH Line(m line)駆動期間は、水平mライン目のシャッタ駆動期間を表し、RD Line(n line)駆動期間は、mよりも後の水平nライン目のリード（読み出し）駆動を表している。SH Line駆動期間が終わって、RD Line駆動期間が始まるまでの間は、露光時間(exposure time)を表している。
XHSは、どの行（水平ライン）を読むのか、画素の外側で選択するための信号であり、常にオンとなっている。SELは、セレクトトランジスタ５６に入力され、セレクトトランジスタ５６のオンオフを制御する制御信号であり、RSTは、リセットトランジスタ５２に入力され、リセットトランジスタ５２のオンオフを制御する制御信号である。VSLは、フォトダイオード（PNジャンクション）５１に溜まる電荷を表している。なお、これらの時間や信号は、以降のタイミングチャートについても同様である。
一般的な太陽電池モードの対数センサは、フォトダイオード５１に電荷が溜まるまでは、線形の信号（光の強度に対して比例するような信号）を出力し、フォトダイオード５１に溜まってから、発生する電圧に対して電流が指数的に流れるため、電圧と電流には対数の関係となり、対数の出力が始まる。
図４に示されるように、フォトダイオード５１のリセット後、露光時間において電荷がたまった後、Signal (S)が読み出され、その後、RSTをオンにした導通状態で、P相信号（N）が読み出される。なお、以下、P相信号をノイズレベルとも称する。すなわち、対数センサは、十分な入射光照度がある場合(Bright)、フォトダイオード５１に起因する容量が充電されると、平衡状態で光電流を対数圧縮した信号を出力する。この場合、RSTをオンにした導通状態で取得したノイズレベルとの差分であるS-Nが出力信号(output)として出力される。ここで、出力信号において、Sは、信号レベルであり、Nは、ノイズレベル（差分を求めるためのリセットレベル）である。
ただし、入射光が少ない低照度条件において容量の充電が不十分な場合(Dark)、対数センサは、完全な対数出力ではない蓄積された信号を出力してしまう。
すなわち、このような場合、RSTがオフした場合、容量結合した場合や、余分に注入した場合など電位が変動しており、変動している部分を加味しないと、線形領域のkTCノイズが除去しきれない。
そこで、本技術においては、対数信号用のノイズレベル(N）に加え、低照度信号用のノイズレベル(N’)を取得し、入射光が少ない低照度条件においては、RSTがオフした後のkTCノイズを含めたS-N’で差分が取られる。
＜第１の駆動方法＞
図５は、本技術を適用した対数センサの第１の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図５は、本技術を適用した対数センサの第１の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図５の例においては、Signal (S)を読み出したあと、RSTをオンにした導通状態で、ノイズレベル（N）が読み出され、RSTをオフにした非導通状態で、ノイズレベル（N’）が読み出される。したがって、十分な入射光照度がある場合(Bright)、RSTをオンにした導通状態で取得したノイズレベルとの差分であるS-Nが選択されて出力され、入射光が少ない低照度条件において容量の充電が不十分な場合(Dark)、RSTをオフにした導通状態で取得したノイズレベルとの差分であるS-N’が選択されて出力される。
この例の場合、SH Line駆動期間に読出しの必要がないため、フレームメモリが不要であるが、蓄積モード信号がDDS(double delta sampling)となる。
＜第２の駆動方法＞
図６は、本技術を適用した対数センサの第２の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図６は、本技術を適用した対数センサの第２の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図６の例においては、SH Line駆動期間に、RSTをオフにした非導通状態で、ノイズレベル（N’）が読み出され、Signal (S)を読み出したあと、RSTをオンにした導通状態で、ノイズレベル（N）が読み出される。
この例の場合、フレームメモリが必要となるが、蓄積モード信号でCDS (correlated double sampling: 相関2重サンプリング)が可能であるので、kTCノイズを除去することができる。
＜第３の駆動方法＞
図７は、本技術を適用した対数センサの第３の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図７は、本技術を適用した対数センサの第３の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
図７の例においては、SH Line駆動期間に、RSTをオンにした導通状態で、ノイズレベル(N1)が読み出され、RD Line駆動期間にも、RSTをオンにした導通状態で、ノイズレベル(N3)が読み出される。また、SH Line駆動期間には、RSTをオフにした導通状態で、ノイズレベル(N2)が読み出される。
それぞれに対して、CDSが行われ、Reset信号=N1-N2と、Signal信号=S-N3が出力される。そして、外部の信号処理回路、例えば、カラム信号処理回路５において、線形出力の場合、Signal信号＋Reset信号が出力され、対数出力の場合、Signal信号のみが出力される。
この例の場合、CDSが行われる信号同士のサンプリング時間が近いので、1/fノイズが抑制される。一方で、フレームノイズが必要であり、kTCノイズはN1-N3間で発生してしまう。
以上のように、太陽電池モードの対数センサにおいて、RSTが導通および非導通、それぞれの状態で、ノイズレベルであるP相信号を取得することにより、対数センサの性能を向上させることができる。すなわち、対数出力状態だけでなく、低照度条件下の蓄積モード信号のkTCノイズを除去可能になり、低照度特性を改善することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
ところで、上記説明においては、太陽電池モードの対数センサについて説明してきたが、太陽電池モードの対数センサは光電流量をモニタして信号を出力するセンサであるため、信号を保持する素子を持たずグローバルシャッタ機能が実現されていない。
ところで、上記説明においては、太陽電池モードの対数センサについて説明してきたが、太陽電池モードの対数センサは光電流量をモニタして信号を出力するセンサであるため、信号を保持する素子を持たずグローバルシャッタ機能が実現されていない。
すなわち、太陽電池モードの対数センサは、光電流量をモニタしており、信号を保持する素子を持たないためグローバルシャッタ機能を実現できていない。ローリングシャッタ動作では動被写体歪やフラッシュバンドが発生する懸念が有る。
そこで、本技術においては、対数センサ内に、メモリとなる容量を追加し、電流信号をメモリで電圧信号として保持するようにする。この保持した信号を順次読み出すことにより、対数センサの性能を向上させることができる。すなわち、グローバルシャッタ機能を実現することができる。これにより、ローリングシャッタ動作では動被写体歪やフラッシュバンドが発生する懸念がなくなるので、画像品質が向上する。
＜グローバルシャッタ機能の画素の構成例＞
図８は、本技術を適用した太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す等価回路図である。
図８は、本技術を適用した太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す等価回路図である。
図８の画素２は、フォトダイオード（PNジャンクション）５１、リセットトランジスタ５２、アンプトランジスタ５３、バイアストランジスタ５４、アンプトランジスタ５５、セレクトトランジスタ５６を含むように構成されている点は、図２の画素２と共通している。
また、図８の画素２は、２段のアンプトランジスタ、すなわち、アンプトランジスタ５３とアンプトランジスタ５５の間に、スイッチトランジスタ１１１およびメモリ１１２が追加された点が、図２の画素２と異なっている。
すなわち、スイッチトランジスタ１１１は、露光が行われる露光期間にオンすることで、メモリ１１２に、アンプトランジスタ５３からの電圧信号を蓄積させる。スイッチトランジスタ１１１は、蓄積された信号が読み出される信号読み出し期間に、オフでいることで、セレクトトランジスタ５６がオンのとき、メモリ１１２に蓄積された電圧信号が読み出され、読み出された信号が、アンプトランジスタ５５およびセレクトトランジスタ５６を介して、垂直信号線９に出力される。
メモリ１１２は、スイッチトランジスタ１１１によりフローティングとなるアンプトランジスタ５５のインプットノードがメモリとして活用されるものであり、信号を保持する。すなわち、フォトダイオード５１で発生するキャリアとスイッチトランジスタ１１１の極性を反転させることで、インプットノード（寄生容量）がメモリとして保持が可能となる。
図９は、図８の画素２の場合の駆動シーケンスの例を示すタイミングチャートである。図９の例においては、グローバル駆動として、露光が行われる露光期間と、ローリング駆動として、メモリ１１２における信号保持およびメモリ１１２からの読出しが行われる信号読み出し期間とが示されている。
ここで、Rstは、リセットトランジスタ５２に入力されるRst信号のオンオフを示している。SWは、スイッチトランジスタ１１１に入力されるSW信号のオンオフを示している。SELは、セレクトトランジスタ５６に入力されるSEL信号でのオンオフを示している。なお、これらの期間や信号は、特に言及がない限り、以降のタイミングチャートについても同様である。
露光期間においては、同時露光が行われ、SW信号のオンによりリセットトランジスタ５２がオンになり、Rst信号のオフによりリセットトランジスタ５２がオンからオフになった後、フォトダイオード５１からの電流信号は、メモリ１１２に電圧信号として書き込まれる。書き込み後、SW信号のオフによりスイッチトランジスタ１１１がオフした後、信号読み出し期間においては、１Ｈ（水平信号線）毎に、SEL信号のオンによりセレクトトランジスタ５６がオンになり、メモリ１１２に書き込まれた信号が読み出され、垂直信号線９に出力される。
この場合、信号読み出し期間に、次フレームの露光を行うパイプライン駆動が可能となる。一方、露光を行っているため、リセットができないので、P相の読み出しはできない。
図１０は、P相の読み出しを行う場合の駆動シーケンスの例を示すタイミングチャートである。
図１０の例において、露光期間については、図９の例と同様である。信号読み出し期間においては、１Ｈ（水平信号線）毎に、SEL信号のオンによりセレクタトランジスタが１１１がオンになることで、メモリ１１２に書き込まれた信号が読み出され、垂直信号線９に出力される。その後、一度、保持容量を含めてリセットを行い、P相の読出しを行う。すなわち、Rst信号のオンによりリセットトランジスタ５２がオンとなり、SW信号のオンによりスイッチトランジスタ１１１がオンとなり、SEL信号のオンによりセレクトトランジスタ５６がオンであるときに、P相のFPN(Fixed Pattern Noise)が読み出される。
この場合、FPNを除去することができるが、図９の例のパイプライン駆動は困難である。
＜グローバルシャッタ機能の画素の他の構成例＞
図１１は、本技術を適用した太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す等価回路図である。
図１１は、本技術を適用した太陽電池モードの対数センサの場合の画素の構成例を示す等価回路図である。
図１１の画素２は、フォトダイオード（PNジャンクション）５１、リセットトランジスタ５２、アンプトランジスタ５３、バイアストランジスタ５４、アンプトランジスタ５５、セレクトトランジスタ５６、スイッチトランジスタ１１１、およびメモリ１１２を含むように構成されている点は、図８の画素２と共通している。
また、図１１の画素２は、２段のアンプトランジスタ、すなわち、アンプトランジスタ５３とアンプトランジスタ５５の間に、さらに、スイッチトランジスタ１５１およびメモリ１５２が追加された点が、図８の画素２と異なっている。
すなわち、スイッチトランジスタ１５１は、露光期間において、スイッチトランジスタ１１１と同時にオンすることで、メモリ１５２に、アンプトランジスタ５３からのP相の電流信号を、電圧信号として蓄積させる。スイッチトランジスタ１５１は、露光期間において、スイッチトランジスタ１１１がオンのときに、オフすることで、メモリ１１２に、アンプトランジスタ５３からのD相の電流信号を、電圧信号として蓄積させる。
また、スイッチトランジスタ１５１は、信号読み出し期間において、セレクトトランジスタ５６がオンのとき、オフ状態でいることで、メモリ１５２に蓄積されたP相のFPNが読み出され、読み出されたFPNが、アンプトランジスタ５５およびセレクトトランジスタ５６を介して、垂直信号線９に出力される。さらに、スイッチトランジスタ１５１は、信号読み出し期間において、セレクトトランジスタ５６がオンのとき、オンすることで、メモリ１５２に蓄積されたD相のデータが読み出され、読み出されたデータが、アンプトランジスタ５５およびセレクトトランジスタ５６を介して、垂直信号線９に出力される。
メモリ１５２は、メモリ１１２と同様に、スイッチトランジスタ１５１によりフローティングとなるアンプトランジスタ５５のインプットノードがメモリとして活用されるものであり、信号を保持する。すなわち、フォトダイオード５１で発生するキャリアとスイッチトランジスタ１５１の極性を反転させることで、インプットノードがメモリとして保持が可能となる。
図１２は、図１１の画素２の場合の駆動シーケンスの例を示すタイミングチャートである。なお、図１２の例において、SW1は、スイッチトランジスタ１１１に入力されるSW信号のオンオフを示し、SW2は、スイッチトランジスタ１５１に入力されるSW信号のオンオフを示している。
露光期間においては、同時露光が行われ、SW1信号およびSW2信号のオンによりスイッチトランジスタ１１１およびスイッチトランジスタ１５１がオンであり、Rst信号のオンによりリセットトランジスタ５２がオンのとき、フォトダイオード５１からのP相の電流信号は、メモリ１５２に電圧信号として書き込まれる。SW2信号のオフによりスイッチトランジスタ１５１がオフになり、Rst信号のオフによりリセットトランジスタ５２がオフになったときに、フォトダイオード５１からのD相の電流信号は、メモリ１１２に電圧信号として書き込まれる。
信号読み出し期間においては、１Ｈ（水平信号線）毎に、SEL信号のオンによりセレクトトランジスタ５６がオンになることで、メモリ１５２に書き込まれたP相のFPNが読み出され、垂直信号線９に出力される。SEL信号のオンによりセレクトトランジスタ５６がオンであるときに、SW2信号のオンによりスイッチトランジスタ１５１がオンになると、メモリ１１２に書き込まれたD相のデータが、読み出され、垂直信号線９に出力される。
この場合、露光期間中に、両方の信号の格納が行われ、信号読み出し期間にスイッチを切り替えながら、P相およびD相それぞれの信号が順次読み出される。したがって、パイプライン駆動を行いながら、P相とD相の両方の読み出しを行うことができる。
以上のように、本技術においては、太陽電池モードの対数センサの２段のアンプトランジスタの間に、メモリを追加し、電流信号を電圧信号として保持するようにしたので、電流をモニタする対数センサにおいて、グローバルシャッタ機能を実現することができる。これにより、ノイズを抑えることができる。
なお、上記説明においては、メモリ１１２およびメモリ１５２は、寄生容量を使う例を説明したが、メモリを別途追加するようにしてもよい。寄生容量の場合、容量が小さいので、書き込み時間が短い。これに対して、追加する場合、容量が大きいので書き込み時間がかかるが、ノイズが相対的に小さくみえるようになる。
また、第１の実施の形態に記載の本技術は、第２の実施の形態の太陽電池モードの対数センサにも適用することができる。換言するに、第２の実施の形態に記載の技術は、第１の実施の形態に記載の太陽電池モードの対数センサにも適用することができる。これにより、低照度特性の改善された対数センサにおいてもグローバルシャッタ機能を実現できる。または、グローバルシャッタ機能においても、低照度特性を改善することができる。
また、以上においては、本技術を、CMOS固体撮像装置に適用した構成について説明してきたが、CCD（Charge Coupled Device）固体撮像装置といった固体撮像装置に適用するようにしてもよい。
以上により、本技術によれば、太陽電池モードの対数センサの性能を向上させることができる。すなわち、本技術によれば、ノイズを抑制することで、太陽電池モードの対数センサにおいて、低照度特性を改善することができる。また、すなわち、本技術によれば、容量の追加により、グローバルシャッタ機能を実現することができる。グローバルシャッタ機能により、ノイズを抑えることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
図１３は、上述の固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。
図１３は、上述の固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。
上述した固体撮像装置（イメージセンサ）は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜４．第４の実施の形態＞
＜電子機器の構成例＞
＜電子機器の構成例＞
さらに、本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
ここで、図１４を参照して、本技術の電子機器の構成例について説明する。
図１４に示される電子機器５００は、固体撮像装置（素子チップ）５０１、光学レンズ５０２、シャッタ装置５０３、駆動回路５０４、および信号処理回路５０５を備えている。固体撮像装置５０１としては、上述した本技術の固体撮像装置１が設けられる。これにより、太陽電池モードの対数センサの性能を向上させることができる。すなわち、例えば、固体撮像装置５０１として、上述した本技術の第１の実施の形態の電子機器５００の固体撮像装置５０１が太陽電池モードの対数センサの場合に、低照度特性の改善を行うことができる。一方、固体撮像装置５０１として、上述した本技術の第２の実施の形態の固体撮像装置１が設けられる。これにより、電子機器５００の固体撮像装置５０１が太陽電池モードの対数センサの場合に、グローバルシャッタ機能を実現することができる。
光学レンズ５０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置５０１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置５０１内に一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置５０３は、固体撮像装置５０１に対する光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路５０４は、固体撮像装置５０１の信号転送動作およびシャッタ装置５０３のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路５０４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置５０１は信号転送を行う。信号処理回路５０５は、固体撮像装置５０１から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置。
（２） 十分な入射光照度がある場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの導通状態のリセットレベルが選択される
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 低照度条件の場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの非導通状態のリセットレベルが選択される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（７） シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
（１０） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置。
（１１） 前記単位画素は、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有する
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２） 前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３） 前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間において、前記リセットトランジスタと前記セレクトトランジスタが導通状態のときに導通する
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１４） 前記単位画素は、前記メモリと、前記メモリに対応するスイッチトランジスタをそれぞれ複数有する
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１５） 露光を行う露光期間において、前記第２の半導体領域に接続されている、第１のメモリに対応する第１のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記第１のスイッチトランジスタの出力側に接続されている、第２のメモリに対応する第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態のときに導通し、
前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に、前記第１のスイッチトランジスタは、非導通状態であり、前記第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが非導通状態であり、前記セレクトトランジスタが導通状態のときの一部期間に導通する
前記（１４）に記載の固体撮像装置。
（１６） 前記メモリは、寄生容量である
前記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７） 前記メモリは、追加された容量である
前記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
（１） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置。
（２） 十分な入射光照度がある場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの導通状態のリセットレベルが選択される
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 低照度条件の場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの非導通状態のリセットレベルが選択される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（７） シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８） 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
（１０） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置。
（１１） 前記単位画素は、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有する
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２） 前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３） 前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間において、前記リセットトランジスタと前記セレクトトランジスタが導通状態のときに導通する
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１４） 前記単位画素は、前記メモリと、前記メモリに対応するスイッチトランジスタをそれぞれ複数有する
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１５） 露光を行う露光期間において、前記第２の半導体領域に接続されている、第１のメモリに対応する第１のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記第１のスイッチトランジスタの出力側に接続されている、第２のメモリに対応する第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態のときに導通し、
前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に、前記第１のスイッチトランジスタは、非導通状態であり、前記第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが非導通状態であり、前記セレクトトランジスタが導通状態のときの一部期間に導通する
前記（１４）に記載の固体撮像装置。
（１６） 前記メモリは、寄生容量である
前記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７） 前記メモリは、追加された容量である
前記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８） 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
１ 固体撮像装置， ２ 画素， ４ 垂直駆動回路， ６ 水平駆動回路，８ 制御回路，９ 垂直信号線， ５１ フォトダイオード， ５２ リセットトランジスタ， ５３ アンプトランジスタ， ５４ バイアストランジスタ， ５５ アンプトランジスタ， ５６ セレクトトランジスタ， １１１ スイッチトランジスタ， １１２ メモリ， １５１ スイッチトランジスタ， １５２ メモリ， ５００ 電子機器、 ５０１ 固体撮像装置， ５０２ 光学レンズ， ５０３ シャッタ装置， ５０４ 駆動回路， ５０５ 信号処理回路
Claims (15)
- 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備え、
シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得する
固体撮像装置。 - 十分な入射光照度がある場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの導通状態のリセットレベルが選択される
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 低照度条件の場合、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルとして、前記リセットトランジスタの非導通状態のリセットレベルが選択される
請求項２に記載の固体撮像装置。 - 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記読み出し駆動期間において取得する
請求項４に記載の固体撮像装置。 - 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
請求項４に記載の固体撮像装置。 - 前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの非導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間において取得する
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続されたアンプトランジスタと、
前記アンプトランジスタと直接、または能動端子を介して接続する信号線と
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルを、前記リセットトランジスタの導通状態および非導通状態の２つの状態において取得するように、前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備え、
シャッタを駆動するシャッタ駆動期間、露光を行う露光時間、および信号を読み出す読み出し駆動期間を有しており、
前記駆動回路は、前記信号線に出力される信号レベルに対応するリセットレベルのうち、前記リセットトランジスタの導通状態における前記リセットレベルを、前記シャッタ駆動期間および前記読み出し駆動期間の２つの期間において取得する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。 - 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備え、
前記単位画素は、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有し、
前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である
固体撮像装置。 - 前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間において、前記リセットトランジスタと前記セレクトトランジスタが導通状態のときに導通する
請求項９に記載の固体撮像装置。 - 前記単位画素は、前記メモリと、前記メモリに対応するスイッチトランジスタをそれぞれ複数有する
請求項９に記載の固体撮像装置。 - 露光を行う露光期間において、前記第２の半導体領域に接続されている、第１のメモリに対応する第１のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記第１のスイッチトランジスタの出力側に接続されている、第２のメモリに対応する第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが導通状態のときに導通し、
前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に、前記第１のスイッチトランジスタは、非導通状態であり、前記第２のスイッチトランジスタは、前記リセットトランジスタが非導通状態であり、前記セレクトトランジスタが導通状態のときの一部期間に導通する
請求項１１に記載の固体撮像装置。 - 前記メモリは、寄生容量である
請求項９に記載の固体撮像装置。 - 前記メモリは、追加された容量である
請求項９に記載の固体撮像装置。 - 第１の導電型の第１の半導体領域と、多数キャリア濃度が、前記第１の半導体領域の多数キャリア濃度よりも高く、前記第１の導電型の反導電型である第２の導電型の第２の半導体領域からなるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードをリセットする動作を行うリセットトランジスタと、
前記第２の半導体領域に電気的に接続された２段のアンプトランジスタと、
前記２段のアンプトランジスタの間に設けられるメモリと、
後段のアンプトランジスタと信号線とに接続され、導通することで前記信号線にデータを出力するセレクトトランジスタと
を有する、規則的に２次元的に配列された複数の単位画素と、
前記単位画素を駆動する駆動回路と
を備え、
前記単位画素は、前記メモリの前段に、前記メモリに対応するスイッチトランジスタを有し、
前記スイッチトランジスタは、露光を行う露光期間において、前記リセットトランジスタが導通状態および非導通状態の両方のときに導通し、前記メモリに保持された信号を読み出す時間である信号読み出し期間に非導通状態である固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
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