JP6743011B2 - 撮像装置、駆動方法、電子機器 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年12月11日に出願された米国特許出願第62/090741号の利益を主張するものであり、該出願の内容の全てが参照により本明細書に組み込まれる。
1.固体撮像素子の構成
2.線形画素の構成
3.対数画素の構成
4.第1の実施の形態における対数画素の構成
5.第2の実施の形態における対数画素の構成
6.第3の実施の形態における対数画素の構成
7.第4の実施の形態における対数画素の構成
8.ブルーミング対策について
9.電子機器の構成
10.撮像装置の使用例
図1は、本発明が適用される固体撮像素子としてのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの構成例を示すブロック図である。
次に、図1の画素アレイ部41に行列状に配置されている単位画素の具体的な構造について説明する。
次に、図1の画素アレイ部41に行列状に配置されている単位画素のうちの対数画素の構造について説明する。
第1の実施の形態における対数画素について説明する。図9は、第1の実施の形態における対数画素の構成例を示し、図10は、回路構成を示している。以下の説明において、図5、図6に示した対数画素200と同様の機能を有する部分には、同様の符号を付し、その説明は省略する。
次に、第2の実施の形態における対数画素について説明する。第2の実施の形態における対数画素400も、第1の実施の形態における対数画素300と同じく、フォトダイオードを充電する機能を有する。
次に、第3の実施の形態における対数画素について説明する。第3の実施の形態における対数画素500も、第1の実施の形態における対数画素300と同じく、フォトダイオードを充電する機能を有する。
次に、第4の実施の形態における対数画素について説明する。第4の実施の形態における対数画素600も、第1の実施の形態における対数画素300と同じく、フォトダイオードを充電する機能を有する。
上記したように、本技術を適用した対数画素(以下、対数画素300を例に挙げて説明を続ける)は、対数領域になるまでの時間を短縮することができる。このような対数画素300と、蓄積型CMOSの画素、例えば、図2に示した線形画素100を、隣接して配置した(空間分割配置した)場合、ブルーミングにより一方の画素が他方の特性に悪影響を与える可能性がある。
上記した対数画素や線形画素で構成される撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。
図23は、上述の対数画素や線形画素で構成される撮像素子や撮像素子を含む電子機器を使用する使用例を示す図である。
・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
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備え、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域は光電流を対数圧縮したのと等価な電圧信号を出力する、対数特性を有する
撮像装置。
(2)
前記ウェルタップ部に供給される第1の電位は、前記リセット部に供給される第2の電位よりも小さいようにすることによって前記リセット部によるリセット動作時に前記フォトダイオードで生成される容量を充電する
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記フォトダイオードの第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部をさらに備え、
電荷を供給するための信号線が前記充電部に接続された構成である
前記(1)に記載の撮像装置。
(4)
前記リセット部によるリセット動作後に所定の電位を印加することで前記フォトダイオードで生成される容量の充電を行う
前記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記充電部および前記ウェルタップ部は、中間電位を供給するための信号線がそれぞれ接続された構成である
前記(3)に記載の撮像装置。
(6)
前記ウェルタップ部は、前記リセット部によるリセット動作後の所定の時間、前記第1の半導体領域に対する前記中間電位をオフにすることで前記フォトダイオードで生成される容量の充電を行う
前記(5)に記載の撮像装置。
(7)
前記ウェルタップ部は、前記リセット部がリセット動作を行うときに、第1の電位を供給し、リセット動作を行っていないときに、第2の電位を供給するための信号線が接続された構成である
前記(1)に記載の撮像装置。
(8)
前記フォトダイオードからの出力は、2段増幅される
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記フォトダイオードからの出力は、1段増幅される
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記フォトダイオードは、線形特性を有するフォトダイオードと隣接して配置される場合、前記線形特性を有するフォトダイオードが扱うキャリアとは異なるキャリアを扱う構成とされる
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
線形特性を有し、第1の半導体領域と前記第1の半導体領域の反導電体型である第2の半導体領域を有する第1のフォトダイオードと、
対数特性を有し、第3の半導体領域と前記第3の半導体領域の反導電体型である第4の半導体領域を有する第2のフォトダイオードと
を有し、
前記第1のフォトダイオードと前記第2のフォトダイオードは空間分割で配置され、
前記第1の半導体領域と前記第3の半導体領域は異なる反導電体型で構成される
撮像装置。
(12)
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記リセット部によるリセット動作時に、前記リセット部に供給される電位よりも小さい電位を印加することにより、前記フォトダイオードで生成される容量の充電を行う
ステップを含む駆動方法。
(13)
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記リセット部によるリセット動作後に、前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部に所定の電位を印加することで前記フォトダイオードで生成される容量の充電を行う
ステップを含む駆動方法。
(14)
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部に、中間電位を供給し、前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第1の半導体領域に、リセット動作後の所定の時間以外は前記中間電位を供給し、リセット動作後の前記所定の時間は、前記中間電位をオフにする
ステップを含む駆動方法。
(15)
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記フォトダイオードを構成する半導体領域に、前記リセット部がリセット動作を行うときに、第1の電位を供給し、リセット動作を行っていないときに、第2の電位を供給する
ステップを含む駆動方法。
(16)
光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備え、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域は光電流を対数圧縮したのと等価な電圧信号を出力する、対数特性を有する
を備える電子機器。
(17)
線形特性を有し、第1の半導体領域と前記第1の半導体領域の反導電体型である第2の半導体領域を有する第1のフォトダイオードと、
対数特性を有し、第3の半導体領域と前記第3の半導体領域の反導電体型である第4の半導体領域を有する第2のフォトダイオードと
を有し、
前記第1のフォトダイオードと前記第2のフォトダイオードは空間分割で配置され、
前記第1の半導体領域と前記第3の半導体領域は異なる反導電体型で構成される
撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
301 フォトダイオード
302 n+領域
400 対数画素
401 フォトダイオード
402 n+領域
403 p+領域
500 対数画素
501 フォトダイオード
502 n+領域
503 p+領域
600 対数画素
601 フォトダイオード
602 n+領域
Claims (10)
- 光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部と
を備え、
電荷を供給するための信号線が接続された構成であり、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域は光電流を対数圧縮したのと等価な電圧信号を出力する、対数特性を有する
撮像装置。 - 前記リセット部によるリセット動作後に所定の電位を印加することで前記フォトダイオードの前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域のジャンクションで構成される容量の充電を行う
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記充電部および前記ウェルタップ部は、中間電位を供給するための信号線がそれぞれ接続された構成である
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記ウェルタップ部は、前記リセット部によるリセット動作後の所定の時間、前記第1の半導体領域に対する前記中間電位をオフにすることで前記フォトダイオードの前記第1の半導体領域と第2の半導体領域のジャンクションで構成される容量の充電を行う
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記ウェルタップ部は、前記リセット部がリセット動作を行うときに、第1の電位を供給し、リセット動作を行っていないときに、第2の電位を供給するための信号線が接続された構成である
請求項1に記載の撮像装置。 - 線形特性を有し、第1の半導体領域と前記第1の半導体領域の反導電体型である第2の半導体領域を有する第1のフォトダイオードと、
対数特性を有し、第3の半導体領域と前記第3の半導体領域の反導電体型である第4の半導体領域を有する第2のフォトダイオードと
を有し、
前記第1のフォトダイオードと前記第2のフォトダイオードは空間分割で配置され、
前記第1の半導体領域と前記第3の半導体領域は異なる反導電体型で構成される
撮像装置。 - 光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記リセット部によるリセット動作後に、前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部に所定の電位を印加することで前記フォトダイオードの前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域のジャンクションで構成される容量の充電を行う
ステップを含む駆動方法。 - 光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と
を備える対数特性を有する撮像装置の駆動方法において、
前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部に、中間電位を供給し、前記フォトダイオードを構成する第2の半導体領域と離間した位置に形成された第1の半導体領域に、リセット動作後の所定の時間以外は前記中間電位を供給し、リセット動作後の前記所定の時間は、前記中間電位をオフにする
ステップを含む駆動方法。 - 光を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの第1の半導体領域の電位を固定するウェルタップ部と、
前記フォトダイオードをリセットするリセット部と、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域と離間した位置に形成された第2の半導体領域の充電部と
を備え、
電荷を供給するための信号線が接続された構成であり、
前記フォトダイオードの第2の半導体領域は光電流を対数圧縮したのと等価な電圧信号を出力する、対数特性を有する
撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。 - 線形特性を有し、第1の半導体領域と前記第1の半導体領域の反導電体型である第2の半導体領域を有する第1のフォトダイオードと、
対数特性を有し、第3の半導体領域と前記第3の半導体領域の反導電体型である第4の半導体領域を有する第2のフォトダイオードと
を有し、
前記第1のフォトダイオードと前記第2のフォトダイオードは空間分割で配置され、
前記第1の半導体領域と前記第3の半導体領域は異なる反導電体型で構成される
撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
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