JPWO2013157407A1 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、入射光を光電変換する光電変換素子を含み2次元配列された複数の単位画素と、1以上の該単位画素を含む複数の画素グループ毎に設けられ、該画素グループ内の各前記単位画素の前記光電変換素子において光電変換された信号電荷を電圧または電流に変換する電荷変換素子、および、該電荷変換素子をリセットする際に発生するノイズ信号と該ノイズ信号に光電変換により発生した信号を加えた信号ノイズ和信号とを個別に出力可能な2つの出力端子と、複数の前記画素グループの一方の前記出力端子が共通に接続され、該出力端子から出力される前記ノイズ信号に基づく電圧を保持可能な複数の第1の転送線と、複数の前記画素グループの他方の前記出力端子が共通に接続され、該出力端子から出力される前記信号ノイズ和信号に基づく電圧を保持可能な複数の第2の転送線と、一方の前記出力端子と前記第1の転送線との間に配置された第1のスイッチと、他方の前記出力端子と前記第2の転送線との間に配置された第2のスイッチと、各前記第1の転送線に設けられた第3のスイッチと、各前記第2の転送線に設けられた第4のスイッチと、複数の前記第1の転送線が、それぞれ前記第3のスイッチを介して並列に接続された第3の転送線と、複数の前記第2の転送線が、それぞれ前記第4のスイッチを介して並列に接続された第4の転送線とを備える固体撮像装置を提供する。
このようにすることで、第1のリセット手段をオン状態に切り替えて第1の転送線を第1のリセット状態にリセットした後に、第1のリセット手段をオフ状態に切り替えることで第1の転送線を浮遊電位状態に設定することができる。また、第2のリセット手段をオン状態に切り替えて第2の転送線を第2のリセット状態にリセットした後に、第2のリセット手段をオフ状態に切り替えることで第2の転送線を浮遊電位状態に設定することができる。これにより、第1の転送線および第2の転送線へのノイズ信号あるいは信号ノイズ和信号の読み出しの際に定電流を供給しない、いわゆる容量負荷型の読み出し方式においても、精度よく信号を読み出すことができる。
以下に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置1について図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置1は、複数の画素Pを備える画素アレイ2、垂直シフトレジスタ3、水平シフトレジスタ4およびこれらのシフトレジスタ3,4を制御する制御回路5を備えている。
また、各垂直信号線6a,6bには、該各垂直信号線6a,6bと定電流源17との間に配置され、各垂直信号線6a,6bと定電流源17との導通および切断を切り替える定電流源接続スイッチ18a,18bと、各垂直信号線6a,6bと水平信号線7a,7bとの導通および切断を切り替える垂直信号線選択スイッチ(第3のスイッチ、第4のスイッチ)19a,19bとが設けられている。
図1および図2において、符号CVS,CVNは、各垂直信号線6a,6bの寄生容量を表している。
本実施形態に係る固体撮像装置1は、画素Pが受光した光信号に係る電圧と、FD12のリセットの際に生じたノイズに係る電圧(以下、「ノイズ電圧(ノイズ信号)」という。)とを読み出す。ここで、画素Pが受光した光信号に係る電圧には、上記したFD12のリセットの際に生じたノイズ電圧が含まれている。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置1においては、ノイズ電圧と、該ノイズ電圧に画素Pが受光した光信号に係る電圧を加えた電圧(以下、「信号ノイズ和電圧(信号ノイズ和信号)」という。)とを個別に読み出すようになっている。
まず、全ての一方の垂直信号線6aの定電流源接続スイッチ18aを遮断した状態で、当該垂直信号線6aのリセット手段を構成している信号線リセットトランジスタ16aにリセットパルスφVCLNが印加され、当該垂直信号線6aが電位VREFにリセットされる。また、これと同時に、垂直シフトレジスタ3から出力対象となる行に属する各画素PにFDリセットパルスφRが印加されることで、FD12の電位がリセットされ、選択された画素Pの増幅トランジスタ14がアクティブ状態となる。
すなわち、同一行内の全ての画素Pからのノイズ電圧および信号ノイズ和電圧が複数対の垂直信号線6a,6bに保持された状態で、水平シフトレジスタ4から垂直信号線選択パルスφHCLKを垂直信号線選択スイッチ19aに印加する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置30について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る固体撮像装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る固体撮像装置30は、第1の実施形態に係る固体撮像装置1が、全ての画素Pに、増幅トランジスタ14と、FDリセットトランジスタ15と、2つの選択トランジスタ10a,10bとを備えていたのに対し、図4に示すように、2×2=4画素Pで、これら増幅トランジスタ14、FDリセットトランジスタ15および2つの選択トランジスタ10a,10bを共有している点で相違している。
本実施形態において、各画素グループ31の4つの単位画素9からのノイズ電圧および信号ノイズ和電圧の読出し動作は、1つの単位画素9のノイズ電圧を一方の垂直信号線6aに出力して該垂直信号線6aの寄生容量に一旦保持させる動作、信号ノイズ和電圧を他方の垂直信号線6bに出力して該垂直信号線6bの寄生容量に一旦保持させる動作、および、一対の垂直信号線6a,6bにそれぞれ保持されたノイズ電圧と信号ノイズ和電圧とを一対の水平信号線7a,7bに読み出す動作の概ね3つの動作を、単位画素9を切り替えながら4回繰り返すことにより行われるものである。
また、定電流負荷方式の場合には、垂直信号線6a,6bをリセット電圧VREFにリセットする信号線リセットトランジスタ16a,16bはなくてもよい。
また、本実施形態においては、電荷変換素子13が、電荷を電圧に変換して出力することとしたが、これに代えて、電流に変換して出力するものを採用してもよい。
3 垂直シフトレジスタ(画素選択手段)
6a 垂直信号線(第1の転送線)
6b 垂直信号線(第2の転送線)
7a 水平信号線(第3の転送線)
7b 水平信号線(第4の転送線)
8a,8b 出力端子
9 単位画素
10a 選択トランジスタ(第1のスイッチ)
10b 選択トランジスタ(第2のスイッチ)
11 光電変換素子、PD
13 電荷変換素子、FD
16a 信号線リセットトランジスタ(第1のリセット手段)
16b 信号線リセットトランジスタ(第2のリセット手段)
18a 定電流源接続トランジスタ(第1の定電流回路素子)
18b 定電流源接続トランジスタ(第2の定電流回路素子)
19a 垂直信号線選択スイッチ(第3のスイッチ)
19b 垂直信号線選択スイッチ(第4のスイッチ)
31,32 画素グループ
Claims (5)
- 入射光を光電変換する光電変換素子を含み2次元配列された複数の単位画素と、
1以上の該単位画素を含む複数の画素グループ毎に設けられ、該画素グループ内の各前記単位画素の前記光電変換素子において光電変換された信号電荷を電圧または電流に変換する電荷変換素子、および、該電荷変換素子をリセットする際に発生するノイズ信号と該ノイズ信号に光電変換により発生した信号を加えた信号ノイズ和信号とを個別に出力可能な2つの出力端子と、
複数の前記画素グループの一方の前記出力端子が共通に接続され、該出力端子から出力される前記ノイズ信号に基づく電圧を保持可能な複数の第1の転送線と、
複数の前記画素グループの他方の前記出力端子が共通に接続され、該出力端子から出力される前記信号ノイズ和信号に基づく電圧を保持可能な複数の第2の転送線と、
一方の前記出力端子と前記第1の転送線との間に配置された第1のスイッチと、
他方の前記出力端子と前記第2の転送線との間に配置された第2のスイッチと、
各前記第1の転送線に設けられた第3のスイッチと、
各前記第2の転送線に設けられた第4のスイッチと、
複数の前記第1の転送線が、それぞれ前記第3のスイッチを介して並列に接続された第3の転送線と、
複数の前記第2の転送線が、それぞれ前記第4のスイッチを介して並列に接続された第4の転送線とを備える固体撮像装置。 - 前記第1の転送線および第2の転送線が、平行間隔をあけて第1の方向に直線状に延び、
各前記画素グループが、前記第1の方向に交差する方向に隣接して配列された2つの単位画素を含む請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の転送線を第1のリセット状態にリセットする第1のリセット手段と、
前記第2の転送線を第2のリセット状態にリセットする第2のリセット手段とを備える請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記画素グループの前記出力端子から前記第1の転送線または前記第2の転送線に信号を出力させる前記単位画素を選択する画素選択手段を備え、
前記第1の転送線を、前記第1のリセット手段をオン状態にして第1のリセット状態とした後に、前記第1のリセット手段をオフ状態に切り替えて浮遊電位状態にし、
前記画素選択手段によって選択された前記単位画素から出力されたノイズ信号を、浮遊電位状態の前記第1の転送線に所定時間読み出すことにより保存し、
前記第2の転送線を、前記第2のリセット手段をオン状態にして第2のリセット状態とした後に、前記第2のリセット手段をオフ状態に切り替えて浮遊電位状態にし、
前記画素選択手段によって選択された前記単位画素から出力された信号ノイズ和信号を、浮遊電位状態の前記第2の転送線に所定時間読み出すことにより保存し、
前記第1の転送線に保存されたノイズ信号を前記第3のスイッチを介して前記第3の転送線に読み出し、
前記第2の転送線に保存された信号ノイズ和信号を前記第4のスイッチを介して前記第4の転送線に読み出す請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記画素グループの前記出力端子から前記第1の転送線または前記第2の転送線に信号を出力させる前記単位画素を選択する画素選択手段と、
前記第1の転送線への定電流の供給をオンオフする第1の定電流回路素子と、
前記第2の転送線への定電流の供給をオンオフする第2の定電流回路素子とを備え、
前記第1の定電流回路素子をオン状態にして前記第1の転送線に定電流を供給しながら、前記画素選択手段によって選択された前記単位画素から出力されたノイズ信号を、前記第1の転送線に所定時間読み出した後に、前記第1の定電流回路素子をオフ状態にすることにより、第1の転送線に保存し、
前記第2の定電流回路素子をオン状態にして前記第2の転送線に定電流を供給しながら、前記画素選択手段によって選択された前記単位画素から出力された信号ノイズ和信号を、前記第2の転送線に所定時間読み出した後に、前記第2の定電流回路素子をオフ状態にすることにより、第2の転送線に保存し、
前記第1の転送線に保存されたノイズ信号を前記第3のスイッチを介して前記第3の転送線に読み出し、
前記第2の転送線に保存された信号ノイズ和信号を前記第4のスイッチを介して前記第4の転送線に読み出す請求項1から請求項3のいずれかに記載の固体撮像装置。
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