JP7043284B2 - 撮像装置および撮像システム、および移動体 - Google Patents
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Description
光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を前記増幅部に転送する転送トランジスタと、
前記光電変換部をオーバーフロードレインに接続するオーバーフロートランジスタと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積期間中に、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は電位VofHと、前記電位VofHよりも高い電位VofHHとに設定され、
前記転送トランジスタによって前記光電変換部から電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記電位VofHよりも低い電位VofLに設定される、
ことを特徴とする。
図1Aから図2Bは、第1実施形態1による撮像装置の概略を示す概略図である。図1Aはその回路図、図1Bは図1Aの平面図、図2Aは画素を駆動する際のタイミング図、図2Bは図1BのY1-Y1’に沿ったポテンシャル図である。以下では、説明を単純化するために、第1導電型をN型、第2導電型をP型として説明するが、第1導電型をP型、第2導電型をN型としても良い。
ている。
本発明の第2実施形態は、第1実施形態と比較して、OFDトランジスタ104のゲート電極の形状が異なる。以下、主に第1実施形態との相違点について説明する。図3Aと図3Bはそれぞれ、本実施形態に係る撮像装置の平面模式図および断面模式図である。
Of Silicon)分離、第二導電型の拡散層分離等により形成される。604は、第二導電型のウェル領域である。
本発明の第3実施形態は、第1実施形態と比較してOFDトランジスタ104に設定するゲート電位が異なる。以下、主に第1,第2実施形態との相違点について説明する。図4は、本実施形態における画素を駆動する際のタイミング図である。
本発明の第4実施形態は、1つの画素が2つの光電変換部を有する撮像装置である。図5A,図5B、図6はそれぞれ、本実施形態4に係る撮像装置の回路図、平面模式図、タイミング図である。
、VofLは、VofHよりも低い電位である。
本発明の第5実施形態は、第4実施形態と比較してOFDトランジスタ104の構成が異なる。図7は、本実施形態に係る撮像装置の概略を平面模式図である。
本発明の第6実施形態は、第4,5実施形態と比較してOFDトランジスタ104の構成が異なり、それに伴い画素の駆動タイミングが異なる。図8Aと図8Bはそれぞれ、本実施形態に係る撮像装置の平面模式図、およびタイミング図である。
本発明の第7実施形態は、グローバル電子シャッター動作を行う撮像装置である。図9A、図9B、図10はそれぞれ、本実施形態に係る撮像装置の、回路図、平面図、およびタイミング図である。
02へ電荷を転送する。
本発明の第8実施形態は、第7実施形態と比較して、2つの画素に対して1つのOFD104が設けられる点が異なる。図11は本実施形態に係る撮像装置の回路図であり、図12Aと図12Bは本実施形態を実現可能な構成の平面図である。図11から図12Bは、いずれも2画素分の構成を示している。
有されている。OFDトランジスタ104が共有であるため、全く同一の電位が、各画素のOFDトランジスタ104に供給され、第一の転送期間におけるポテンシャル分布がOFDトランジスタ104を中心としてミラー対称に形成される。したがって、各画素におけるGS1401の転送効率ばらつきが抑制され、ざらつきの少ない画像を取得することができる。
本発明の第9実施形態は、グローバル電子シャッター用のメモリ部を2つ備える撮像装置である。図13から図15はそれぞれ、本実施形態に係る撮像装置の、回路図、平面図、およびタイミング図である。
4とGS1401はそれぞれ、第二の転送期間中の少なくとも一部の期間において、所定の電位VofL、およびVgsLLが印加され、第一の転送期間と同様、転送効率を向上させることが可能となる。
本発明の第10実施形態は、1つの画素内に第9実施形態の構成を二重に備える撮像装置である。図16と図17はそれぞれ、本実施形態に係る撮像装置の回路図および平面模式図である。
本発明の第11実施形態による撮像システムについて、図18を用いて説明する。図18は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
本発明の第12実施形態による撮像システム及び移動体について、図19A及び図19Bを用いて説明する。図19A及び図19Bは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像装置は、画素が設けられた第1半導体チップと、読み出し回路(増幅器)が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける読み出し回路(増
幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリックス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は貫通電極(TSV)、銅(Cu)等の金属の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続などを採用することができる。
103 転送トランジスタ
104 オーバーフロードレイントランジスタ
Claims (14)
- 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を前記増幅部に転送する転送トランジスタと、
前記光電変換部をオーバーフロードレインに接続するオーバーフロートランジスタと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積期間中に、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は電位VofHと、前記電位VofHよりも高い電位VofHHとに設定され、
前記転送トランジスタによって前記光電変換部から電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記電位VofHよりも低い電位VofLに設定される、
撮像装置。 - 前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記蓄積期間中に前記電位VofHから前記電位VofHHに遷移し、
前記転送トランジスタのゲート電位の電位VtxLから当該電位VtxLよりも高い電位VtxHへの遷移に対応して、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位が前記電位VofHHから前記電位VofLに遷移する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記転送トランジスタのゲート電位の前記電位VtxHから前記電位VtxLへの遷移に対応して、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位が前記電位VofLから前記電位VofHに遷移する、
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記電位VtxHは前記電位VofHよりも高い、
請求項2または3に記載の撮像装置。 - 前記電位VtxHは前記電位VofHよりも高く、
前記電位VofHは前記電位VtxLよりも高く、
前記電位VtxLは前記電位VofLよりも高い、
請求項2または3に記載の撮像装置。 - 前記オーバーフロートランジスタのゲート電極は、平面視において、前記光電変換部と前記オーバーフロードレインとの間に設けられている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記オーバーフロートランジスタのゲート電極の少なくとも一部が、前記光電変換部の第一の辺と、前記第一の辺に接続する第二の辺の少なくとも一部とにわたって配置される、
請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記光電変換部は、第一の光電変換部と第二の光電変換部とを含み、
前記転送トランジスタは、前記第一の光電変換部に蓄積された電荷を前記増幅部に転送するトランジスタTXAと、前記第二の光電変換部に蓄積された電荷を前記増幅部に転送するトランジスタTXBと、を含み、
前記オーバーフロートランジスタのゲート電極は、前記第一の光電変換部と前記第二の光電変換部のいずれか一方または両方に接続され、
前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記オーバーフロートランジスタのゲート電極が接続された光電変換部の電荷を前記増幅部に転送する転送期間の少なくとも一部の期間において、前記電位VofLに設定される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する電荷保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
前記電荷保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
前記光電変換部をオーバーフロードレインに接続するオーバーフロートランジスタと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積期間中に、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は電位VofHと、前記電位VofHよりも高い電位VofHHとに設定され、
前記第一の転送トランジスタによって前記光電変換部から電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記電位VofHよりも低い電位VofLに設定される、
撮像装置。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する電荷保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
前記電荷保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
前記光電変換部をオーバーフロードレインに接続するオーバーフロートランジスタと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積期間中に、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は電位VofHに設定され、
前記第一の転送トランジスタによって前記光電変換部から電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は、前記
電位VofHよりも低い電位VofLに設定され、
前記第一の転送トランジスタのゲート電位は、VgsH、VgsL、VgsLL(VgsH>VgsL>VgsLL)の少なくとも3つの電位をとり、
前記蓄積期間中に、前記第一の転送トランジスタのゲート電位は電位VgsLに設定され、
前記光電変換部から前記電荷保持部に電荷を転送する転送期間中に、前記第一の転送トランジスタのゲート電位は電位VgsHに設定され、
前記電荷保持部から前記増幅部に電荷を転送する転送期間の少なくとも一部の期間において、前記第一の転送トランジスタのゲート電位は電位VgsLLに設定される、
撮像装置。 - 2つの画素が1つのオーバーフロートランジスタを共有する、
請求項9または10に記載の撮像装置。 - 光電変換によって生じた電荷を蓄積する光電変換部と、
電荷を保持する電荷保持部と、
電荷に基づく信号を出力する増幅部と、
前記光電変換部に蓄積された電荷を前記電荷保持部に転送する第一の転送トランジスタと、
前記電荷保持部に保持された電荷を前記増幅部に転送する第二の転送トランジスタと、
前記光電変換部をオーバーフロードレインに接続するオーバーフロートランジスタと、
をそれぞれ有する複数の画素を備える撮像装置であって、
前記光電変換部に電荷を蓄積する蓄積期間中に、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は電位VofHに設定され、
前記電荷保持部は、第一の電荷保持部と第二の電荷保持部とを含み、
前記第一の転送トランジスタは、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第一の電荷保持部に転送するトランジスタGSAと、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第二の電荷保持部に転送するトランジスタGSBとを含み、
前記トランジスタGSAによって前記光電変換部から前記第一の電荷保持部に電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間と、前記トランジスタGSBによって前記光電変換部から前記第二の電荷保持部に電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間とにおいて、前記オーバーフロートランジスタのゲート電位は前記電位VofHよりも低い電位VofLに設定され、
前記トランジスタGSAによって前記光電変換部から前記第一の電荷保持部に電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記トランジスタGSBの電位は、前記蓄積期間における電位よりも高い電位に設定され、
前記トランジスタGSBによって前記光電変換部から前記第二の電荷保持部に電荷を転送する転送期間中の少なくとも一部の期間において、前記トランジスタGSAの電位は、前記蓄積期間における電位よりも高い電位に設定される、
撮像装置。 - 請求項1~12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る信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。 - 移動体であって、
請求項1~12のいずれか1項に記載の撮像装置と、
移動装置と、
前記撮像装置から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする移動体。
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