JP7384212B2 - 撮像素子、及び、撮像装置 - Google Patents
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Description
第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記処理部で処理された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ1の構成例を示す図である。カメラ1は、撮影光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮影光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
また、撮像素子3には、図2に模式的に示すように、配線125及び配線126が設けられる。配線125は、第1基板111を貫通する配線である。配線126は、第1基板111の配線121と第2基板112の配線122とを結ぶ配線である。配線125及び配線126は、それぞれ、電極、バンプ等を用いて形成される。電極200は、配線125と配線122とを介して、第2基板112に配置された複数の供給部30に接続される。また、電極200は、配線121と配線126と配線122とを介して、複数の供給部30に接続される。供給部30には、配線125と配線122を介して電源電圧VDDが供給されると共に、配線121と配線126を介して電源電圧VDDが供給される。電極200は、複数の画素10及び供給部30に共通の電極であり、図2に示すように第1基板111の一方の面に配置される。
以下では、図面を参照して、本実施の形態に係る撮像素子3の構成について更に説明する。
(1)撮像素子3は、光電変換により電荷を生成する光電変換部11と、光電変換部11で生成された電荷に基づく信号が出力される信号線22とが設けられる第1基板111と、信号線22に電圧供給する供給部30と、信号線22に出力された信号を処理する処理部50とが設けられ、第1基板111に積層される第2基板112と、を備える。本実施の形態では、第1基板111に光電変換部11を有する画素10が配置され、第2基板112に供給部30が配置される。このため、チップ面積を増大させることなくクリップ動作を行うことができ、画素の信号の品質が低下することを防ぐことができる。これにより、画素の信号を用いて生成される画像の画質低下を抑制することができる。第1基板111内に供給部30を設ける場合と比較して、光電変換部11の受光面積を大きくすることが可能となり、画素の開口率の低下を抑制することができる。
(2)本実施の形態では、複数の処理部50を有する読み出し部60は、第2基板112に配置される。このため、チップ面積を増大させることなく、画素の信号を処理するための複数の回路を配置することができる。また、画素の開口率の低下を抑制することができる。
上述した実施の形態では、供給部30が信号出力部31及びスイッチ部32を有する例について説明したが、供給部30の構成はこれに限らない。供給部30を、スイッチ部32を有しない構成としてもよい。信号出力部31は、スイッチ部32を介さずに信号線22に電気的に接続され、ダーク信号の読み出しを行う場合と光電変換信号の読み出しを行う場合とで、共に信号線22に電圧を供給可能となる。本変形例では、スイッチ部32を削減することができ、チップ面積を低減させることができる。
信号出力部31を画素10毎に設けるようにしてもよい。例えば、画素ブロック20が4つの画素10から構成される場合に、4つの信号出力部31と4つのスイッチ部32とを画素ブロック20毎に配置してもよい。なお、信号出力部31及びスイッチ部32のうち、信号出力部31のみを画素10毎に配置し、スイッチ部32を配置しなくてもよい。
上述した実施の形態では、画素ブロック20毎に信号線22及び供給部30を設ける例について説明した。しかし、画素10毎に信号線22を配置し、信号線22毎に供給部30を配置してもよい。この場合、画素10毎に画素制御部35が配置され、供給部30毎に供給制御部36が配置されるようにしてもよい。各供給制御部36は、信号線22毎に異なるタイミングで電圧を供給可能となるように、信号線22毎に設けられた供給部30を制御してもよい。
図8は、変形例4に係る撮像素子の構成例を示すブロック図である。図8に示すように、画素10及び供給部30に別々の電極から電源電圧が供給されるようにしてもよい。図8に示す例では、画素10には、電極201から電源線121を介して電源電圧VDD1が供給され、供給部30には、電極202から電源線122を介して電源電圧VDD2が供給される。電極201から各画素10までの経路の抵抗値と電極202から各供給部30までの経路の抵抗値とが同じになるように、電源線121及び電源線122を形成するようにしてもよい。なお、電源電圧VDD1と電源電圧VDD2とは異なる値であってもよく、例えば電源電圧VDD2は電圧VDD1よりも低い電圧であってよい。この場合、画素10に供給される電源電圧VDD1よりも低い電源電圧VDD2によって供給部30を動作させることが可能となる。撮像素子3の消費電力を低減させることができる。
図9は、変形例5に係る撮像素子の構成例を示すブロック図である。図9に示すように、第1基板111において、電極200と各画素10とを接続する電源線121を設けないようにしてもよい。この場合、各画素10には、電極200から電源線122と配線126とを介して、電源電圧VDDが供給される。本変形例では、第1基板111に配置する配線を少なくすることができる。
画素10及び供給部30は、NMOSトランジスタを用いて構成されてもよいし、PMOSトランジスタを用いて構成されてもよい。画素10及び供給部30を、NMOSトランジスタ及びPMOSトランジスタの両方を用いて構成してもよい。増幅部15及び信号出力部31がNMOSトランジスタにより構成される場合において、光電変換信号の読み出しを行うときには、上述したように、ダーク信号の読み出しを行うときよりも低い電圧の信号CLIPが信号出力部31に供給されるようにしてもよい。増幅部15及び信号出力部31がPMOSトランジスタにより構成される場合には、光電変換信号の読み出しを行うときに、ダーク信号の読み出しを行うときよりも高い電圧の信号CLIPが信号出力部31に供給されるようにしてもよい。供給部30は、信号線22の電圧が電源電圧(又は接地電圧)から信号CLIPに基づく電圧までの値となるように、信号線22に電圧を供給する。信号線22の電圧は、供給部30によって、信号CLIPに基づく電圧を上限値又は下限値とする範囲内の値となるように制限される。
上述した実施の形態では、撮像素子3が第1基板111と第2基板112とを積層して構成される例について説明した。しかし、第1基板111と第2基板112とは積層されていなくてもよい。
上述した実施の形態では、撮像素子3は、裏面照射型の構成とする例について説明した。しかし、撮像素子3を、光が入射する入射面側に配線層101を設ける表面照射型の構成としてもよい。
上述した実施の形態および変形例では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜(有機光電膜)を用いるようにしてもよい。
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
日本国特願2019-180781号(2019年9月30日出願)
Claims (21)
- 光電変換により電荷を生成する複数の光電変換部と、複数の前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号がそれぞれ出力される複数の信号線とが設けられる第1基板と、
複数の前記信号線の電圧が所定電圧以下にならないよう前記信号線に電圧をそれぞれ供給し、列方向に設けられる供給部と、前記信号線に出力された信号を処理する処理部とが設けられ、前記第1基板に積層される第2基板と、
を備える撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記供給部は、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号が前記信号線に出力されるときと、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号のノイズを除去するための信号が出力されるときとで異なる電圧を前記信号線に供給する撮像素子。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像素子において、
前記供給部は、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号が前記信号線に出力されるとき、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号のノイズを除去するための信号が出力されるときよりも低い電圧を前記信号線に供給する撮像素子。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記光電変換部は、第1領域と前記第1領域と異なる第2領域それぞれにおいて、行方向、および列に複数配置される撮像素子。 - 請求項4に記載の撮像素子において、
前記信号線は、前記第1領域に配置される複数の前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号が出力される第1信号線と、前記第2領域に配置される複数の前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号が出力される第2信号線とを有し、
前記処理部は、前記第1信号線に出力された信号を処理する第1処理部と、前記第2信号線に出力された信号を処理する第2処理部とを有する撮像素子。 - 請求項5に記載の撮像素子において、
前記第1信号線は、前記第1領域において、列方向に配置される複数の前記光電変換部と電気的に接続可能であり、
前記第2信号線は、前記第2領域において、列方向に配置される複数の前記光電変換部と電気的に接続可能であり、
前記供給部は、前記第1信号線に電圧を供給する第1供給部と、前記第2信号線に電圧を供給する第2供給部とを有する撮像素子。 - 請求項6に記載の撮像素子において、
複数の前記第1信号線が、前記第1領域において、行方向に設けられ、
複数の前記第2信号線が、前記第2領域において、行方向に設けられ、
複数の前記第1供給部が、複数の前記第1信号線のうち対応する前記第1信号線にそれぞれ電圧を供給し、
複数の前記第2供給部が、複数の前記第2信号線のうち対応する前記第2信号線にそれぞれ電圧を供給する撮像素子。 - 請求項4または請求項5に記載の撮像素子において、
前記信号線は、前記第1領域と前記第2領域とにそれぞれ配置され、
前記供給部は、前記第1領域に設けられる前記信号線に電圧を供給する第1供給部と、前記第2領域に設けられる前記信号線に電圧を供給する第2供給部とを有する撮像素子。 - 請求項6から8までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1供給部を制御する第1制御部と、
前記第2供給部を制御する第2制御部と、を備える撮像素子。 - 請求項9に記載の撮像素子において、
前記第1制御部と前記第2制御部とはそれぞれ、前記第1領域に設けられる前記信号線と前記第2領域に設けられる前記信号線とに異なるタイミングで電圧を供給可能なよう前記第1供給部と前記第2供給部とを制御する撮像素子。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記信号線は、前記光電変換部毎に設けられ、
前記供給部は、前記信号線毎に設けられる撮像素子。 - 請求項11に記載の撮像素子において、
前記供給部毎に前記供給部を制御する制御部を備える撮像素子。 - 請求項12に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記信号線毎に異なるタイミングで電圧を供給可能なよう前記供給部を制御する撮像素子。 - 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1基板に設けられ、電源電圧が供給される電極を備え、
前記信号線と前記供給部とは、前記電極に接続される撮像素子。 - 請求項14に記載の撮像素子において、
前記第1基板を貫通する第1配線を備え、
前記供給部は、前記第1配線を介して前記電極に接続される撮像素子。 - 請求項15に記載の撮像素子において、
前記信号線は、前記第1配線を介して前記電極に接続される撮像素子。 - 請求項14から請求項16までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
複数の前記光電変換部と前記供給部との間に設けられる第2配線を備え、
前記供給部は、前記第2配線を介して前記電極に接続される撮像素子。 - 請求項17に記載の撮像素子において、
前記信号線は、前記第2配線を介して前記電極に接続される撮像素子。 - 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1基板に設けられ、第1電源電圧が供給される第1電極と、
前記第1基板に設けられ、第2電源電圧が供給される第2電極と、
前記第1基板を貫通する第1配線と、を備え、
前記第1電極は、前記信号線に接続され、
前記第2電極は、前記第1配線を介して前記供給部に接続される撮像素子。 - 請求項1から請求項19までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記処理部は、前記信号線に出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換部を有する撮像素子。 - 請求項1から請求項20までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記処理部で処理された信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
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