JP6789925B2 - 固体撮像素子、撮像装置、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
<固体撮像素子の構成例>
図1は、本技術を適用した半導体装置である固体撮像素子を構成する各画素に接続される複数の垂直信号線のうちのいずれかの構成を示すものである。
次に、図3のタイミングチャートを参照して、図1の固体撮像素子の動作について説明する。
以上においては、垂直転送線VLINE(j)単位で動作する例について説明してきたが、例えば、隣接する垂直転送線VLINE(j)間を、スイッチを介して接続し、リセット信号を読み出すとき、および光信号を読み出すときに、その直前でスイッチをオンにして接続するようにしても良い。
次に、図5のタイミングチャートを参照して、図4の固体撮像素子の動作について説明する。尚、図5のタイミングチャートにおける時刻t101乃至t107、時刻t111乃至t112、および時刻t121乃至t127は、図3における時刻t11乃至t17、時刻t21乃至t22、および時刻t31乃至t37に対応するものである。また、図5のタイミングチャートにおいて、図3のタイミングチャートと異なる項目は、図5の上段および下段において、新たに、スイッチVSC_CONの動作を制御する制御信号を示す項目が下から2段目に設けられた点である。
以上においては、各画素P(i,j)の構成において、リセット信号RST(i)により開閉されるトランジスタTR11がオンにされるとき、設定されるリセットレベルとなる電圧と、増幅トランジスタTR13のドレインに供給される電圧とが、いずれも共通の電源VDDより供給される例について説明してきた。しかしながら、トランジスタTR11,TR13に供給される電源は、それぞれ独立したものであっても良いものである。このような場合、基準電圧生成回路11のトランジスタTR21,TR22においても、同様の構造とする。これにより基準電圧生成回路11により設定される基準電圧をリセット電圧と略同一の適切な電圧に設定することが可能となる。
以上においては、画素P(i,j)のリセット信号および光信号を、垂直転送線VLINE(j)を介して、コンパレータCompに出力する例について説明してきたが、直接、AD(analog/Digital)変換器に出力するようにしてもよい。
固体撮像素子を構成する本体回路構成は、例えば、図8で示されるように、一枚のチップ(基板)101により構成されるものとしても良いが、それ以上の枚数のチップにより構成されるようにしても良い。すなわち、例えば、図9の左部で示されるように、2枚のチップ101−1,101−2より構成し、その間を配線111で電気的に接続するようにしても良い。
以上においては、複数の垂直転送線VLINE(j)を独立して、または、基準電圧生成回路11のトランジスタTR21,TR23のゲートを共通化してリセット信号RST_Vrefおよび選択信号SEL_Vrefと接続すると共に、隣接する垂直転送線VLINE(j)間をスイッチVSC_CONで接続する例について説明してきた。しかしながら、複数の垂直転送線VLINE(j)については、基準電圧生成回路11のトランジスタTR21,TR23のゲートを共通化するのみで接続するようにしてもよい。
以上においては、垂直転送線VLINE(j)毎にAD変換器31を設ける、いわゆるカラムADC方式について説明してきたが、例えば、固体撮像素子の有効領域を複数の領域に分割し、それぞれの領域に属する複数の画素P(i,j)からなる画素ユニットを設け、画素ユニット単位で出力される画素信号をAD変換するAD変換器を設けた方式にしてもよい。
上述した固体撮像素子においては、FD蓄積型のグローバルシャッタ動作を行う際、増幅トランジスタTR13のばらつきを抑えるため、図13の矢印で示されるように、FDに所定の電圧であるリセット電圧を書き込むようにする手法がある。
上述した固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
<固体撮像素子の使用例>
・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
(1) 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲート電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
固体撮像素子。
(2) 前記ソースフォロワ回路は、前記スイッチをオンにするとき、前記基準電圧を生成する
(1)に記載の固体撮像素子。
(3) 前記ソースフォロワ回路は、水平方向に分割されたカラム毎に設定され、垂直方向に各画素の信号を転送する垂直転送線毎に設けられ、前記基準電圧を、前記垂直転送線に対して印加する
(1)に記載の固体撮像素子。
(4) 隣接する複数の前記垂直転送線間を、前記スイッチとなるトランジスタのゲートを共通化して接続する
(3)に記載の固体撮像素子。
(5) 隣接する前記垂直転送線間を、スイッチを介して接続し、前記画素の信号が読み出される直前のタイミングでオンにされる
(3)に記載の固体撮像素子。
(6) 前記リセット電圧を供給する電源と、前記スイッチを介して前記基準電圧として供給する電源とは、同一の電源である
(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(7) 前記リセット電圧を供給する電源と、前記スイッチを介して前記基準電圧として供給する電源とは、個別の電源である
(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(8) 前記垂直転送線を介して出力される前記画素の信号は、オートゼロ回路に出力される
(1)乃至(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(9) 前記垂直転送線を介して出力される前記画素の信号は、AD(analog/Digital)変換器に出力される
(1)乃至(8)に記載の固体撮像素子。
(10) 本体回路構成は1枚のチップにより構成される
(1)乃至(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11) 本体回路構成は複数のチップにより構成される
(1)乃至(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12) 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路を含み、第2のチップに、前記ソースフォロワ回路およびAD(analog/Digital)変換器を含む
(11)に記載の固体撮像素子。
(13) 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路、および前記ソースフォロワ回路を含み、第2のチップに、AD(analog/Digital)変換器を含む
(11)に記載の固体撮像素子。
(14) 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路、前記ソースフォロワ回路、およびAD(analog/Digital)変換器のコンパレータを含み、第2のチップに、前記AD(analog/Digital)変換器のカウンタを含む
(11)に記載の固体撮像素子。
(15) 前記ソースフォロワ回路は、2次元方向に分割された領域毎の各画素の信号を転送する領域転送線毎に設けられ、前記基準電圧を、前記領域転送線に対して印加する
(1)に記載の固体撮像素子。
(16) 本体回路構成は、前記領域毎の前記画素回路を含む第1のチップと、前記領域毎のソースフォロワ回路を含む第2のチップとからなる
(15)に記載の固体撮像素子。
(17) 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲート電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
撮像装置。
(18) 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲート電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
電子機器。
Claims (18)
- 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲートの電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
固体撮像素子。 - 前記ソースフォロワ回路は、前記スイッチをオンにするとき、前記基準電圧を生成する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記ソースフォロワ回路は、水平方向に分割されたカラム毎に設定され、垂直方向に各画素の信号を転送する垂直転送線毎に設けられ、前記基準電圧を、前記垂直転送線に対して印加する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 隣接する複数の前記垂直転送線間を、前記スイッチとなるトランジスタのゲートを共通化して接続する
請求項3に記載の固体撮像素子。 - 隣接する前記垂直転送線間を、スイッチを介して接続し、前記画素の信号が読み出される直前のタイミングでオンにされる
請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記リセット電圧を供給する電源と、前記スイッチを介して前記基準電圧として供給する電源とは、同一の電源である
請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記リセット電圧を供給する電源と、前記スイッチを介して前記基準電圧として供給する電源とは、個別の電源である
請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記垂直転送線を介して出力される前記画素の信号は、オートゼロ回路に出力される
請求項3乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記垂直転送線を介して出力される前記画素の信号は、AD変換器に出力される
請求項3乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 本体回路構成は1枚のチップにより構成される
請求項1乃至9のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 本体回路構成は複数のチップにより構成される
請求項1乃至9のいずれかに記載の固体撮像素子。 - 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路を含み、第2のチップに、前記ソースフォロワ回路およびAD(analog/Digital)変換器を含む
請求項11に記載の固体撮像素子。 - 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路、および前記ソースフォロワ回路を含み、第2のチップに、AD(analog/Digital)変換器を含む
請求項11に記載の固体撮像素子。 - 前記本体回路構成が2枚のチップより構成される場合、第1のチップに、前記画素回路、前記ソースフォロワ回路、およびAD(analog/Digital)変換器のコンパレータを含み、第2のチップに、前記AD変換器のカウンタを含む
請求項11に記載の固体撮像素子。 - 前記ソースフォロワ回路は、2次元方向に分割された領域毎の各画素の信号を転送する領域転送線毎に設けられ、前記基準電圧を、前記領域転送線に対して印加する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 本体回路構成は、前記領域毎の前記画素回路を含む第1のチップと、前記領域毎のソースフォロワ回路を含む第2のチップとからなる
請求項15に記載の固体撮像素子。 - 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲートの電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
撮像装置。 - 基準電圧を生成するソースフォロワ回路を含み、
前記ソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタのゲートの電圧は、画素毎に画素回路を構成するフォトダイオードにより生成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に蓄積された電荷をリセットする際のリセット電圧と同一であり、
前記ゲートに電圧を印加する電源と、前記ゲートとの間の配線上にスイッチが配設されており、前記スイッチは、オフした際に、前記ゲートに印加する電圧を、前記リセット後の前記フローティングディフュージョンの電圧と同値とするものである
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