JPWO2012107995A1 - 固体撮像素子及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a)フォトダイオード、該フォトダイオードで生成された光電荷を電荷信号から電圧信号に変換するための検出ノード、前記フォトダイオードから前記検出ノードへの光電荷の転送を制御する転送ゲート、及び、前記検出ノードによる電圧信号を後記画素出力線に送出するバッファ回路、を含む画素が複数個配置された画素領域と、
b)前記画素領域とは分離された領域であって、各画素に一対一に対応し且つその内部に複数の記憶セルがそれぞれ設けられた、画素数と同数である記憶ユニットが配置された記憶領域と、
c)前記画素領域内の1個の画素と前記記憶領域内の1個の記憶ユニットとをそれぞれ独立に接続する画素数及び記憶ユニット数と同数である画素出力線と、
を備え、前記バッファ回路は前記画素出力線を駆動する少なくとも1個の電流駆動部を含み、該電流駆動部は当該画素の内部に配置された負荷となる電流源を含むことを特徴としている。
a)フォトダイオード、該フォトダイオードで生成された光電荷を電荷信号から電圧信号に変換するための検出ノード、前記フォトダイオードから前記検出ノードへの光電荷の転送を制御する転送ゲート、及び、前記検出ノードによる電圧信号を画素出力線に送出するバッファ回路、を含む画素が複数個配置された画素領域と、
b)前記画素領域とは分離された領域であって、各画素に一対一に対応し且つその内部に複数の記憶セルがそれぞれ設けられた記憶ユニットが配置された記憶領域と、
c)前記画素領域内のN個(Nは2以上の整数)の画素とそのN個の画素に対応付けられた前記記憶領域内のN個の記憶ユニットとをN個の画素及び記憶ユニット毎にそれぞれ独立に接続する画素数/N本の画素出力線と、を備え、
前記バッファ回路は、前記画素出力線を駆動する少なくとも1個の電流駆動部と、同一の画素出力線に接続されたN個の画素のうちの1個を選択的に該画素出力線に接続するための少なくとも1個の画素選択スイッチとを含み、前記電流駆動部は当該画素の内部に配置された負荷となる電流源を含み、同一の前記画素出力線に接続されるN個の画素の画素選択スイッチにはそれぞれ独立にN本の画素選択信号線が配線されてなることを特徴としている。
この構成によれば、上述のように1組のN個の画素の中の或る1個の画素から画素出力線に信号が送出されているとき、他のN−1個の画素の電流駆動部を切替スイッチによりオフすることができる。オフされた電流駆動部では負荷電流が流れなくなるので消費電流が減少し、素子全体で消費電力を削減するのに有効である。
前記N本の画素選択信号線を通した制御信号によって前記N個の画素選択スイッチを順番に選択して前記N個の画素を順次、共通の画素出力線に接続させる第1駆動モードと、
前記N本の画素選択信号線の一部のみを用いて前記N個の画素選択スイッチの一部のみを選択し、前記N個の画素の一部を共通の画素出力線に接続させる第2駆動モードと、
が選択可能であることを特徴としている。
以下、本発明の第1実施例である固体撮像素子及びその駆動方法について、添付図面を参照して説明する。
次に、本発明に係る第2実施例による固体撮像素子の構成及び動作を説明する。
上記第1実施例の固体撮像素子では、画素毎に独立した画素出力線で画素と記憶ユニットとを接続していたため、全画素一斉に信号転送が可能であるものの、半導体基板1上で画素出力線の占める領域の割合が多く、フォトダイオード11の面積を広く確保するのが難しい。これに対し、この第2実施例の固体撮像素子では、撮影速度を若干犠牲にしながら画素出力線の占める領域を減らし、それによってフォトダイオードの面積、つまりは開口率を上げるようにしたものである。
このモードでは、全ての画素10に対する駆動パルス信号(φR、φT、φNS、φSS)は全画素一斉に同一のタイミングで動作し、グローバルシャッタ動作をする。一方、出力制御用トランジスタ25をオン・オフする駆動パルス信号φX2は画素出力線40を共にする4個の画素10にそれぞれ対応してφX2{0}〜φX2{3}の4つあり、それぞれ異なるタイミングで4個の画素10による画素信号を1本の画素出力線40へ順番に接続する。これは上述した通りである。
2、2a、2b…画素領域
3、3a、3b…記憶領域
4a、4b…垂直走査回路領域
5a、5b…水平走査回路領域
6…中継用ソースフォロア増幅器領域
10…画素
11…フォトダイオード
12…転送用トランジスタ
13…リセット用トランジスタ
14…フローティングディフュージョン(FD)
15…第1段バッファ用トランジスタ
16…第1電流遮断用トランジスタ
17…第1段バイアス用トランジスタ
18…第1コンデンサ
19…第1サンプリング用トランジスタ
20…第2サンプリング用トランジスタ
21…第2コンデンサ
22…ソースフォロア増幅用トランジスタ
23…第2電流遮断用トランジスタ
24…負荷電流源用トランジスタ
25…出力制御用トランジスタ
30…記憶ユニット
31…書き込み用トランジスタ
32…記憶ユニット内信号線
33…読み出しバッファ用トランジスタ
34…バイアス用トランジスタ
36…サンプリング用トランジスタ
37…コンデンサ
40…画素出力線
41…垂直出力線
42…垂直転送ゲート
43…出力線
44…出力バッファ
60…信号中継用ソースフォロア増幅器
Claims (8)
- a)フォトダイオード、該フォトダイオードで生成された光電荷を電荷信号から電圧信号に変換するための検出ノード、前記フォトダイオードから前記検出ノードへの光電荷の転送を制御する転送ゲート、及び、前記検出ノードによる電圧信号を後記画素出力線に送出するバッファ回路、を含む画素が複数個配置された画素領域と、
b)前記画素領域とは分離された領域であって、各画素に一対一に対応し且つその内部に複数の記憶セルがそれぞれ設けられた、画素数と同数である記憶ユニットが配置された記憶領域と、
c)前記画素領域内の1個の画素と前記記憶領域内の1個の記憶ユニットとをそれぞれ独立に接続する画素数及び記憶ユニット数と同数である画素出力線と、
を備え、前記バッファ回路は前記画素出力線を駆動する少なくとも1個の電流駆動部を含み、該電流駆動部は当該画素の内部に配置された負荷となる電流源を含むことを特徴とする固体撮像素子。 - a)フォトダイオード、該フォトダイオードで生成された光電荷を電荷信号から電圧信号に変換するための検出ノード、前記フォトダイオードから前記検出ノードへの光電荷の転送を制御する転送ゲート、及び、前記検出ノードによる電圧信号を画素出力線に送出するバッファ回路、を含む画素が複数個配置された画素領域と、
b)前記画素領域とは分離された領域であって、各画素に一対一に対応し且つその内部に複数の記憶セルがそれぞれ設けられた記憶ユニットが配置された記憶領域と、
c)前記画素領域内のN個(Nは2以上の整数)の画素とそのN個の画素に対応付けられた前記記憶領域内のN個の記憶ユニットとをN個の画素及び記憶ユニット毎にそれぞれ独立に接続する画素数/N本の画素出力線と、を備え、
前記バッファ回路は、前記画素出力線を駆動する少なくとも1個の電流駆動部と、同一の画素出力線に接続されたN個の画素のうちの1個を選択的に該画素出力線に接続するための少なくとも1個の画素選択スイッチとを含み、前記電流駆動部は当該画素の内部に配置された負荷となる電流源を含み、同一の前記画素出力線に接続されるN個の画素の画素選択スイッチにはそれぞれ独立にN本の画素選択信号線が配線されてなることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項2に記載の固体撮像素子であって、
前記バッファ回路は前記電流駆動部の動作をオン・オフする切替スイッチを含むことを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記画素出力線のそれぞれの途中に中継増幅器が挿入され、該中継増幅器を配置するために、前記記憶領域内であって複数の前記画素出力線の延伸方向に沿って複数の中継増幅器領域が用意されることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項2又は3に記載の固体撮像素子であって、
前記画素出力線のそれぞれの途中に中継増幅器が挿入され、該中継増幅器を配置するために、前記記憶領域内であって複数の前記画素出力線の延伸方向に沿って複数の中継増幅器領域が用意されることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項2、3又は5のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記N本の画素選択信号線を通した制御信号によって前記N個の画素選択スイッチを順番に選択して前記N個の画素を順次、共通の画素出力線に接続させる第1駆動モードと、
前記N本の画素選択信号線の一部のみを用いて前記N個の画素選択スイッチの一部のみを選択し、前記N個の画素の一部を共通の画素出力線に接続させる第2駆動モードと、
が選択可能であることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 請求項6に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
同一の画素出力線に接続される前記N個の画素は垂直方向に隣接する偶数個の画素であり、第2駆動モードにおいては、前記N個の画素のうち垂直方向に1個おきの全部でN/2個の画素のみを使用し、且つ、画素領域内において、水平方向に隣接する画素でも使用される画素が1個おきとなるようにして、画素領域全体で市松模様の一色の部分の画素が選択されるように駆動することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 請求項6又は7に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
第2駆動モードにおいて、選択された一部の画素に対して元々該画素に対応付けられていた記憶ユニットに加え、選択されなかった画素に対応する記憶ユニットをも割り当て、選択された一部の画素に対する記憶容量を拡大したことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
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