JPWO2012105259A1 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明における実施の形態1を、図面を参照しながら説明する。同じ番号のついたものは同一の箇所を表す。以下で、トランジスタはn型MOSを想定しているが、p型MOSの場合も同様に動作できることはいうまでもない。さらに以下で、トランジスタのソース・ドレインと記述する場合、ソースもしくはドレインのいずれか一方を表す(実際の素子では、ソースとドレインとが全く同じであり、区別できないため)。ただし、これらのうちの一方に与える電圧がもう一方よりも高い場合、ドレインと記す。
以下、本発明における実施の形態2を、図面を参照しながら説明する。同じ番号のついたものは同一の箇所を表す。以下で、トランジスタはn型MOSを想定しているが、p型MOSの場合も同様に動作できることは言うまでもない。さらに以下で、トランジスタのソース・ドレインと記述する場合、ソースもしくはドレインのいずれか一方を表す(実際の素子では、ソースとドレインがまったく同じであり、区別できないため)。ただし、これらのうちの一方に与える電圧がもう一方よりも高い場合、ドレインと記す。
本発明の実施の形態3における固体撮像装置の駆動方法について図面を参照しながら説明する。
本発明における実施の形態4について、図面を参照しながら説明する。
本発明における実施の形態5について、図面を参照しながら説明する。
本発明における実施の形態6について、図面を参照しながら説明する。図13は、図5Aに示された固体撮像装置において、ローリングリセットをする場合の駆動方法である。図13は、図5Bにおいて示された4画素分の駆動方法についてのみ示している。これらの上下にある画素の駆動工程は、図13に記載された工程の前後に配置されることにより、固体撮像装置全体の画素から信号を読み出せることは、当業者ならば容易に理解できる。
本発明における実施の形態7について、図面を参照しながら説明する。今までに説明した本発明における固体撮像装置では、それぞれの画素に干渉がないと仮定していたが、実際には画素間に寄生容量が存在し、互いに影響を受ける。図15はこのことを説明する図であり、実施の形態7における固体撮像装置のより詳細な構成を示す回路図である。図15に記載された回路構成は、図1Bに記載された回路構成と殆ど同じであるが、画素101aと画素101bとの間の寄生容量1520a(この容量値をCi1とする)と、画素101bと画素101cとの間の寄生容量1520b(この容量値をCi2とする)が存在している。
102 光電変換部
103 蓄積容量
104 接続トランジスタ
105 接続トランジスタ制御線
106、106a、106b 画素共有回路
107 リセットトランジスタ
108 検出容量
109 増幅トランジスタ
110 選択トランジスタ
111 リセット制御線
112 行選択線
113 列信号線
114 リセット信号線
115 増幅回路
116 電源線
120 列共有回路
121 撮像領域
122 列処理回路
417、418、617、618 スイッチ
419 直流遮断容量
511 接続トランジスタ制御線
619 電圧記憶容量
Claims (20)
- 2次元状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素のうち隣接する一定数の画素に共有され、前記一定数の画素毎に1つ配置され、行列状に配列された複数の画素共有回路と、
前記複数の画素共有回路の列毎に1つ配置され、同じ列に属する前記画素共有回路に共有される列共有回路と、
前記画素共有回路の列毎に配置された列信号線と、
前記画素共有回路の列毎に配置されたリセット信号線と
を備え、
前記複数の画素のそれぞれの電気信号は、前記画素共有回路に検出され前記列信号線を介して前記列共有回路に読み出され、
前記画素共有回路に検出された電気信号は、前記列信号線と前記列共有回路と前記リセット信号線を含む帰還経路によってリセットされる
固体撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれは、
入射光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部からの電気信号を蓄積する蓄積容量と、
対応する画素共有回路と前記蓄積容量とを接続する接続トランジスタとを含み、
前記複数の画素共有回路のそれぞれは、
対応する画素から前記接続トランジスタを介して前記蓄積容量の電気信号を検出する検出容量と、
前記検出容量の電気信号を増幅し、対応する列信号線に出力する増幅トランジスタと、
前記検出容量と前記リセット信号線とを接続するリセットトランジスタとを含み、
前記列共有回路は、前記列信号線に接続された増幅回路を含み、
前記増幅回路の出力端子は前記リセット信号線に接続されている
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記蓄積容量と、前記検出容量の容量値の合計が、隣接する互いの前記画素内の前記蓄積容量のカップリング容量値よりも10倍以上に設定されている
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記列共有回路は、さらに、
前記増幅回路の入力端子と出力端子との間を短絡あるいは開放するスイッチと、
前記増幅回路の前記入力端子と前記列信号線との間、あるいは前記出力端子と前記リセット信号線との間に挿入されたコンデンサとを含み、
前記増幅回路は、前記入力端子以外の入力端子を有しない
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路は、正入力端子と、前記列信号線に接続された負入力端子とを有し、
前記列共有回路は、
前記正入力端子と前記負入力端子との間に挿入された正入力スイッチと、
前記リセット信号線とリセット電圧源とを接続する電圧源スイッチとを備え、
前記正入力スイッチは、前記正入力端子と前記負入力端子とを接続もしくは切断し、
前記電圧源スイッチは、リセット電圧源と前記リセット信号線とを接続もしくは切断する
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部は有機材料を含み、
前記増幅トランジスタと前記リセットトランジスタと前記接続トランジスタは、光が入射される前記光電変換部の面と反対の面側に配置されている
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記一定数の画素は、列共有回路の1つに接続された4個の画素からなる画素グループであり、
前記固体撮像装置は、前記画素共有回路の行毎に2本設けられた、前記接続トランジスタの接続および開放を制御するための接続制御信号線を有し、
各接続制御信号線は、前記画素グループ中の1つの画素内の前記接続トランジスタのゲートと、列方向に隣接する他の画素グループ中の1つの画素内の前記接続トランジスタのゲート入力とに接続されている
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、
前記画素共有回路の行を選択し、選択した行に属する画素共有回路を介して対応する画素のそれぞれから電気信号を出力させる行選択回路と、
前記画素共有回路の列に対応する列共有回路を選択し、選択した列共有回路から電気信号を出力させる列選択回路とを備える
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、全画素共有回路内の前記リセットトランジスタを一時的にオンにし、かつ、前記リセットトランジスタがオンの期間内に全画素内の前記接続トランジスタを一時的にオンにすることによって、全画素同時リセットする
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、前記全画素同時リセットにおける前記リセットトランジスタがオンの期間内に、全画素内の前記接続トランジスタをオンにした後徐々にオフにする
請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、全画素同時リセットの後、選択した行に属する画素共有回路に対して、前記検出容量のリセットレベル読み出し動作と、当該リセットレベル読み出し動作の後に当該画素共有回路に対応する1つの前記画素から前記検出容量に転送された電気信号の読み出し動作とを、前記一定数と同じ回数異なる画素に対して繰り返す
請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、前記リセットレベル読み出し動作において、前記リセットトランジスタをオンにした後徐々にオフにする
請求項11に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、選択した行に属する画素共有回路に対して、当該画素共有回路に対応する1つの前記画素から前記検出容量に転送された電気信号の読み出し動作と、当該電気信号の読み出し動作の後の前記検出容量のリセットレベル読み出し動作とを、前記一定数と同じ回数異なる画素に対して繰り返す
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、前記リセットレベル読み出し動作において、前記リセットトランジスタをオンにした後徐々にオフにする
請求項13に記載の固体撮像装置。 - 前記行選択回路は、前記電気信号の読み出し動作において1つの前記画素内の接続トランジスタをオンにし、
前記リセットレベル読み出し動作の後に当該接続トランジスタを徐々にオフにする
請求項13に記載の固体撮像装置。 - 請求項2に記載の固体撮像装置の駆動方法であって、
同じ行に属する画素共有回路内の前記検出容量のリセットレベルを読み出す工程と、
画素共有回路に対応する1つの前記画素から前記検出容量に転送された電気信号を読み出す工程とを有し、
前記リセットレベルを読み出す工程と前記電気信号を読み出す工程とを、前記一定数と同じ回数異なる画素に対して繰り返し、
前記リセットレベルを読み出す工程において、前記列信号線、前記増幅回路および前記リセット信号線を含む負帰還経路を形成するとともに前記リセットトランジスタをオンしたあと徐々にオフする
固体撮像装置の駆動方法。 - 前記固体撮像装置の駆動方法は、さらに、
前記リセットレベルを読み出す工程および前記電気信号を読み出す工程の前に、画素共有回路内の前記リセットトランジスタを一時的にオンにし、かつ、前記リセットトランジスタがオンの期間内に全画素内の前記接続トランジスタを一時的にオンにすることによって、全画素を同時にリセットする工程を有し、
前記リセットレベルの読み出し工程の後に前記電気信号の読み出し工程を行う
請求項16に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記固体撮像装置の駆動方法であって、
前記電気信号の読み出し工程の後に前記リセットレベルの読み出し工程を行う
請求項16に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記一定数の画素は、列共有回路の1つに接続された4個の画素からなる画素グループであり、
前記固体撮像装置は、前記画素共有回路の行毎に2本設けられた、前記接続トランジスタの接続および開放を制御するための接続制御信号線を有し、
各接続制御信号線は、1つの画素グループ中の1つの画素内の前記接続トランジスタのゲートと、列方向に隣接する他の画素グループ中の1つの画素内の前記接続トランジスタのゲート入力とに接続され、
前記電気信号を読み出す工程において、前記1つの画像グループ中の1つの画素から前記検出容量を介して電気信号を読み出し、さらに、前記他の画像グループ中の1つの画素から前記検出容量を介して電気信号を読み出し、
前記リセットレベルを読み出す工程において、前記1つの画像グループに対応する画素共有回路中の前記検出容量のリセットレベルを読み出し、さらに、前記他の画像グループに対応する画素共有回路中の前記検出容量のリセットレベルを読み出す
請求項16に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記固体撮像装置の駆動方法は、さらに、
前記1つの画像グループに対応する画素共有回路中の前記検出容量をリセットし、さらに、前記他の画像グループに対応する画素共有回路中の前記検出容量をリセットするリセット工程を有し、
前記リセット工程、前記電気信号を読み出す工程、前記リセットレベルを読み出す工程をこの順で、前記一定数と同じ回数異なる画素に対して繰り返す
請求項19に記載の固体撮像装置の駆動方法。
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