KR102444980B1 - 촬상 소자 및 전자 카메라 - Google Patents

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Abstract

제 1 전압을 공급하는 제 1 전압원과 상기 제 1 전압이 공급되는 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소는, 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하가 전송되어 축적되는 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 상기 축적부에 전송하는 전송부와, 제 2 전압을 공급하는 제 2 전압원과, 상기 제 1 전압원에 의한 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압원에 의한 상기 제 2 전압 중 어느 것에 의한 전송 신호를 상기 전송부에 공급하는 공급부를 갖는다.

Description

촬상 소자 및 전자 카메라{IMAGE-CAPTURING ELEMENT AND ELECTRONIC CAMERA}
본 발명은 촬상 소자 및 전자 카메라에 관한 것이다.
종래, 프레임마다 노광 시간을 제어할 수 있는 촬상 소자가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1). 종래의 촬상 소자에 있어서 화소마다 노광 시간을 제어하려면, 각 화소에, 부전압을 공급하는 전원과 정전압을 공급하는 전원을 배치해야만 하여, 개구율이 저감된다는 문제가 있었다.
일본국 공개특허공보 2006-180111호
제 1 양태에 의하면, 제 1 전압을 공급하는 제 1 전압원과 상기 제 1 전압이 공급되는 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소는, 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하가 전송되어 축적되는 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 상기 축적부에 전송하는 전송부와, 제 2 전압을 공급하는 제 2 전압원과, 상기 제 1 전압원에 의한 제 1 전압 및 상기 제 2 전압원에 의한 제 2 전압 중 어느 것에 의한 전송 신호를 상기 전송부에 공급하는 공급부를 갖는다.
도 1 은, 촬상 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도
도 2 는, 촬상 소자의 단면도
도 3 은, 화소의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도
도 4 는, 아날로그 회로부 및 화소 구동부의 회로도
도 5 는, 촬상 소자를 사용한 촬상 순서를 나타내는 타이밍 차트
도 6 은, 촬상 소자의 단면도
도 7 은, 촬상 소자의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도
(제 1 실시형태)
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 촬상 소자를 사용한 촬상 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 촬상 장치 (1) 는, 촬상 광학계 (2), 촬상 소자 (3), 제어부 (4), 렌즈 구동부 (5) 및 표시부 (6) 를 구비한다.
촬상 광학계 (2) 는, 촬상 소자 (3) 의 촬상면에 피사체 이미지를 결상시킨다. 촬상 광학계 (2) 는, 렌즈 (2a), 포커싱 렌즈 (2b) 및 렌즈 (2c) 로 이루어진다. 포커싱 렌즈 (2b) 는, 촬상 광학계 (2) 의 초점 조절을 행하기 위한 렌즈이다. 포커싱 렌즈 (2b) 는, 광축 O 방향으로 구동 가능하도록 구성되어 있다.
렌즈 구동부 (5) 는, 도시 생략된 액추에이터를 갖는다. 렌즈 구동부 (5) 는, 이 액추에이터에 의해서, 포커싱 렌즈 (2b) 를 광축 O 방향으로 원하는 양만큼 구동시킨다. 촬상 소자 (3) 는, 피사체 이미지를 촬상하여 화상을 출력한다. 제어부 (4) 는, 촬상 소자 (3) 등의 각 부를 제어한다. 제어부 (4) 는, 촬상 소자 (3) 에 의해서 출력된 화상 신호에 대해서 화상 처리 등을 실시하여, 도시 생략된 기록 매체에 기록하거나 표시부 (6) 에 화상을 표시하거나 한다. 표시부 (6) 는, 예를 들어 액정 패널 등의 표시 부재를 갖는 표시 장치이다.
도 2 는, 촬상 소자 (3) 의 단면도이다. 또한 도 2 에서는, 촬상 소자 (3) 의 전체 중, 일부의 단면만을 나타내고 있다. 촬상 소자 (3) 는, 이른바 이면 조사형의 촬상 소자이다. 촬상 소자 (3) 는, 지면 상방향으로부터의 입사광을 광전 변환한다. 촬상 소자 (3) 는, 제 1 반도체 기판 (7) 과, 제 2 반도체 기판 (8) 을 구비한다.
제 1 반도체 기판 (7) 은 PD 층 (71) 과, 배선층 (72) 을 구비한다. PD 층 (71) 은, 배선층 (72) 의 이면측에 배치된다. PD 층 (71) 에는, 매립 포토 다이오드인 복수의 포토 다이오드 (31) 가 이차원상으로 배치된다. 따라서, PD 층 (71) 의 배선층 (72) 측의 표면 (즉, 입사광의 입사측과는 반대측의 면) 은, PD 층 (71) 과는 역의 도전형이 된다. 예를 들어, PD 층 (71) 이 N 형의 반도체층이면, 배선층 (72) 측의 표면은, 농도가 높고 두께가 얇은 P 형의 반도체층이 배치된다. 제 1 반도체 기판 (7) 에는, 기판 전압으로서 접지 전압 GND 이 인가된다. 제 2 반도체 기판 (8) 에는, 포토 다이오드 (31) 로부터 신호를 판독하기 위한 각종 회로가 배치된다. 구체적으로는, 후술하는 A/D 변환부 (302), 샘플링부 (303), 화소값 유지부 (304) 및 연산부 (305) 와, 화소 구동부 (307) 의 일부 (후술하는 전압 Vneg 를 취급하는 전송 신호 공급부 (307a) 와 제 2 리셋 신호 공급부 (307c)) 가 제 2 반도체 기판 (8) 에 배치된다.
촬상 소자 (3) 는, 각각의 화소 (30) 에 제 1 전압인 전압 Vneg 를 공급하는, 제 1 전압원인 전원부 (94) 를 구비한다. 전압 Vneg 는, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압은 접지 전압이다. 따라서, 전압 Vneg 는, 접지 전압보다 낮은 부전압이다. 전원부 (94) 는, 각각의 화소 (30) 에 대해서 개별적으로 형성되는 것은 아니고, 복수의 화소 (30) 에 대해서 공통적으로 1 개 형성된다.
각 화소 (30) 에 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압 Vneg 를 공급하는 전원부를 화소 (30) 마다 개별적으로 배치했을 경우, 촬상 소자에는 번잡한 회로를 필요로 한다. 이 때문에, 촬상 소자의 수율이 악화될 우려가 있었다. 본 실시형태에 관련된 촬상 소자 (3) 는, 후술하는 바와 같이 간단한 구성으로 화소 (30) 의 외부로부터 각 화소 (30) 에 전압 Vneg 를 공급하는 것이 가능해져, 이와 같은 우려가 해소된다.
또한, 자세한 것은 후술하지만, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압 Vneg 가 요구되는 것은, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 오프시에 포토 다이오드 (31) 로부터 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전하가 전송되지 않도록 하기 위해서이다.
전압 Vneg 를 공급하는 전원부 (94) 는, 본 실시형태에 있어서는 제 1 반도체 기판 (7) 에 형성된다. 또한, 전원부 (94) 를 제 1 반도체 기판 (7) 이외의 장소에 형성해도 된다. 예를 들어, 전원부 (94) 를 제 2 반도체 기판 (8) 에 형성하고, 제 1 반도체 기판 (7) 에 범프를 통하여 전압 Vneg 를 공급하고, 각 화소 (30) 와 전기적으로 접속해도 된다.
PD 층 (71) 에 있어서의 입사광의 입사측에는, 복수의 포토 다이오드 (31) 의 각각에 대응하는 복수의 컬러 필터 (73) 가 형성된다. 컬러 필터 (73) 에는, 예를 들어 적 (R), 녹 (G), 청 (B) 에 각각 대응하는 파장 영역을 투과하는 복수의 종류가 존재한다. 컬러 필터 (73) 는, 예를 들어 적 (R), 녹 (G), 청 (B) 에 대응하는 3 종류가 베이어 배열을 이루도록 배열된다.
컬러 필터 (73) 에 있어서의 입사광의 입사측에는, 복수의 컬러 필터 (73) 의 각각에 대응하는 복수의 마이크로 렌즈 (74) 가 형성된다. 마이크로 렌즈 (74) 는, 대응하는 포토 다이오드 (31) 를 향하여 입사광을 집광한다. 마이크로 렌즈 (74) 를 통과한 입사광은, 컬러 필터 (73) 에 의해서 일부의 파장 영역만이 필터되고, 포토 다이오드 (31) 에 입사된다. 포토 다이오드 (31) 는, 입사광을 광전 변환하여 전하를 생성한다.
배선층 (72) 의 표면에는 복수의 범프 (75) 가 배치된다. 제 2 반도체 기판 (8) 의, 배선층 (72) 에 대향하는 면에는, 복수의 범프 (75) 에 대응하는 복수의 범프 (76) 가 배치된다. 복수의 범프 (75) 와 복수의 범프 (76) 는 서로 접합되어 있다. 복수의 범프 (75) 와 복수의 범프 (76) 를 통하여, 제 1 반도체 기판 (7) 과 제 2 반도체 기판 (8) 이 전기적으로 접속된다.
자세한 것은 후술하지만, 촬상 소자 (3) 는 복수의 화소 (30) 를 갖고 있다. 1 개의 화소 (30) 는, 제 1 반도체 기판 (7) 에 형성된 제 1 화소 (30x) 와 제 2 반도체 기판 (8) 에 형성된 제 2 화소 (30y) 를 포함한다. 1 개의 제 1 화소 (30x) 에는, 1 개의 마이크로 렌즈 (74), 1 개의 컬러 필터 (73), 1 개의 포토 다이오드 (31) 등이 포함된다. 제 1 화소 (30x) 에는 이밖에, 제 2 전압인 전압 V1 을 공급하는 제 2 전압원인 개별 전원부 (341) 등의 제 1 반도체 기판 (7) 에 형성된 여러 가지 회로 (후술) 가 포함된다. 제 2 화소 (30y) 에는, 제 2 반도체 기판 (8) 에 형성된 여러 가지 회로 (후술) 가 포함된다.
도 3 은, 화소 (30) 의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 화소 (30) 는, 아날로그 회로부 (301), A/D 변환부 (302), 샘플링부 (303), 화소값 유지부 (304), 화소 구동부 (307), 개별 화소 제어부 (306) 및 연산부 (305) 를 구비한다.
아날로그 회로부 (301) 는, 입사광을 광전 변환한 결과를 아날로그 신호로서 A/D 변환부 (302) 에 출력한다. A/D 변환부 (302) 는, 아날로그 회로부 (301) 가 출력한 아날로그 신호를 샘플링하여, 소정의 게인배 (倍) 된 디지털 신호를 출력한다. A/D 변환부 (302) 는, 화소 리셋 신호와 화소 신호를 반복하여 샘플링하고, 화소 리셋 신호의 샘플링 결과와 화소 신호의 샘플링 결과를 디지털 신호로서 각각 개별적으로 출력한다.
샘플링부 (303) 는, 화소 리셋 신호의 샘플링 결과와 화소 신호의 샘플링 결과의 적분값을 연산하여 유지한다. 샘플링부 (303) 는, 화소 리셋 신호용의 제 1 가산기 (308) 및 제 1 메모리 (309) 와, 화소 신호용의 제 2 가산기 (310) 및 제 2 메모리 (311) 를 구비한다.
샘플링부 (303) 는, A/D 변환부 (302) 에 의해서 출력된 화소 리셋 신호의 샘플링 결과와, 제 1 메모리 (309) 에 유지되어 있는 과거의 샘플링 결과의 적분값을, 제 1 가산기 (308) 에 의해서 가산한다. 샘플링부 (303) 는, 이 가산 결과를 제 1 메모리 (309) 에 기억시킨다. 샘플링부 (303) 는, A/D 변환부 (302) 에 의해서 화소 리셋 신호의 샘플링 결과가 출력될 때마다, 제 1 메모리 (309) 에 기억되어 있는 값을 갱신한다.
샘플링부 (303) 는, A/D 변환부 (302) 에 의해서 출력된 화소 신호의 샘플링 결과와, 제 2 메모리 (311) 에 유지되어 있는 과거의 샘플링 결과의 적분값을, 제 2 가산기 (310) 에 의해서 가산한다. 샘플링부 (303) 는, 이 가산 결과를 제 2 메모리 (311) 에 기억시킨다. 샘플링부 (303) 는, A/D 변환부 (302) 에 의해서 화소 신호의 샘플링 결과가 출력될 때마다, 제 2 메모리 (311) 에 기억되어 있는 값을 갱신한다.
이상과 같이, A/D 변환부 (302) 및 샘플링부 (303) 는, 화소 리셋 신호와 화소 신호를 반복적으로 샘플링하고, 샘플링 결과를 적분하는 처리를 실행한다. 이 처리는 이른바 상관 다중 샘플링 처리이다.
개별 화소 제어부 (306) 에 의해서 미리 정해진 횟수의 샘플링이 완료되면, 샘플링부 (303) 는, 제 1 메모리 (309) 에 기억되어 있는 값과, 제 2 메모리 (311) 에 기억되어 있는 값에 기초하는 디지털값을, 화소값 유지부 (304) 에 출력한다. 화소값 유지부 (304) 는, 이 디지털값을 화소 (30) 에 의한 광전 변환 결과로서 기억시킨다. 화소값 유지부 (304) 는, 신호선 (340) 에 접속되어 있다. 화소값 유지부 (304) 에 기억되어 있는 디지털값은, 신호선 (340) 을 통하여 외부로부터 판독 출력 가능하다.
연산부 (305) 는, 외부로부터 지시받은 노광 시간이나, 화소값 유지부 (304) 에 유지되어 있는 전회의 광전 변환 결과에 기초하여, 상관 다중 샘플링 처리에 있어서의 반복 횟수, 노광 시간, 게인 등을 연산한다. 개별 화소 제어부 (306) 는, 연산부 (305) 에 의해서 연산된 반복 횟수 및 게인을 A/D 변환부 (302) 에 출력한다. 개별 화소 제어부 (306) 는, 연산부 (305) 에 의해서 연산된 노광 시간 및 게인을 화소 구동부 (307) 에 출력한다. 화소 구동부 (307) 은, 아날로그 회로부 (301) 의 각 부를 구동시키는 여러 가지 구동 신호 (후술) 를 아날로그 회로부 (301) 에 출력한다.
도 4 는, 아날로그 회로부 (301), 개별 화소 제어부 (306) 및 화소 구동부 (307) 의 회로도이다. 또한, 도 4 에서는, 편의상, 개별 화소 제어부 (306) 및 화소 구동부 (307) 의 일부만을 도시하고 있다. 개별 화소 제어부 (306) 의 일부에는 306a, 306b 와 같이 부호를 붙이고, 화소 구동부 (307) 의 일부에는 307a, 307b 와 같이 부호를 붙인다.
아날로그 회로부 (301) 는, 포토 다이오드 (31), 전송 트랜지스터 (Tx), 플로팅 디퓨전 (FD), 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1), 제 2 리셋 트랜지스터 (RST2), 증폭 트랜지스터 (AMI), 선택 트랜지스터 (SEL), 용량 확장 트랜지스터 (FDS) 및 용량 (C1) 을 갖는다.
포토 다이오드 (31) 는, 입사광을 광전 변환하여, 입사광의 광량에 따른 양의 전하를 생성하는 광전 변환부이다. 전송 트랜지스터 (Tx) 는, 후술하는 전송 신호 공급부 (307a) 로부터 공급된 전송 신호에 기초하여, 포토 다이오드 (31) 가 생성한 전하를 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송하는 전송부이다. 플로팅 디퓨전 (FD) 은, 전송 트랜지스터 (Tx) 에 의해서 전송된 전하를 축적하는 축적부이다. 증폭 트랜지스터 (AMI) 는, 플로팅 디퓨전 (FD) 에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 신호를 출력한다. 선택 트랜지스터 (SEL) 가 온되어 있을 때, 증폭 트랜지스터 (AMI) 에 의해서 출력된 신호는, A/D 변환부 (302) 에 입력된다.
아날로그 회로부 (301) 는, 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1) 및 제 2 리셋 트랜지스터 (RST2) 의 2 개의 리셋 트랜지스터를 갖고 있다. 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1) 는, 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋하면, 후술하는 제 1 리셋 신호 공급부 (307b) 로부터 제 1 리셋 신호의 공급을 받는다. 후술하는 제 1 리셋 신호 공급부 (307b) 는, 전압 VDD 의 신호를 제 1 리셋 신호로서 공급된다. 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1) 는, 이 제 1 리셋 신호에 기초하여, 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋한다. 제 2 리셋 트랜지스터 (RST2) 는, 포토 다이오드 (31) 를 리셋할 때, 후술하는 제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 로부터 제 2 리셋 신호의 공급을 받는다. 후술하는 제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 는, 전압 VDD 의 신호를 제 2 리셋 신호로서 공급한다. 제 2 리셋 트랜지스터 (RST2) 는, 이 제 2 리셋 신호에 기초하여, 포토 다이오드 (31) 를 리셋한다.
용량 확장 트랜지스터 (FDS) 는, 후술하는 용량 확장 신호 공급부 (307d) 로부터 공급된 용량 확장 신호에 기초하여, 플로팅 디퓨전 (FD) 과 용량 (C1) 의 접속을 전환하다. 예를 들어, 포토 다이오드 (31) 에 대한 입사광량이 커서, 플로팅 디퓨전 (FD) 이 포화되어 버린 경우에는, 용량 확장 트랜지스터 (FDS) 를 온함으로써, 플로팅 디퓨전 (FD) 과 용량 (C1) 을 접속한다. 이로써, 플로팅 디퓨전 (FD) 의 용량이, 용량 (C1) 분만큼 실질적으로 증가되어, 보다 큰 광량에 대응할 수 있다.
제 1 리셋 신호 공급부 (307b) 는, pMOS 트랜지스터 (Tr7) 및 nMOS 트랜지스터 (Tr8) 로 이루어지는 CMOS 회로이다. 제 1 리셋 신호 공급부 (307b) 는, 제 1 리셋 제어부 (306b) 의 출력 신호에 기초하여, 전압 VDD (소정의 전원 전압. 이하 동) 와 접지 전압 GND 중 어느 것의 전압을 제 1 리셋 신호로서 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1) 의 게이트에 공급한다. 전술한 바와 같이, 제 1 리셋 제어부 (306b) 는 개별 화소 제어부 (306) 의 일부이고, 제 1 리셋 신호 공급부 (307b) 는 화소 구동부 (307) 의 일부이다. 또한, 오버드라이브를 행할 때에는, 제 1 리셋 제어부 (306b) 가 제 1 리셋 트랜지스터 (RST1) 의 게이트에, 전압 VDD 대신에 전압 VDD 보다 높은 전압 VRST1H 를 공급하도록 하면 된다.
용량 확장 신호 공급부 (307d) 는, pMOS 트랜지스터 (Tr11) 및 nMOS 트랜지스터 (Tr12) 로 이루어지는 CMOS 회로이다. 용량 확장 신호 공급부 (307d) 는, 용량 확장 제어부 (306d) 의 출력 신호에 기초하여, 전압 VDD 와 접지 전압 GND 중 어느 것의 전압을 용량 확장 신호로서 용량 확장 트랜지스터 (FDS) 의 게이트에 공급한다. 전술한 바와 같이, 용량 확장 제어부 (306d) 는 개별 화소 제어부 (306) 의 일부이고, 용량 확장 신호 공급부 (307d) 는 화소 구동부 (307) 의 일부이다.
전송 신호 공급부 (307a) 는, 버퍼 (340), 저항 (R1) 및 저항 (R2) 을 갖는다. 버퍼 (340) 에는, 전송 제어부 (306a) 에 의해서, 전송 제어 신호가 공급된다. 전송 제어부 (306a) 는, 소정의 하이 레벨의 전압 (예를 들어, 전압 VDD) 과 로 레벨의 전압 (예를 들어, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압인 접지 전압) 중 어느 것을 전송 제어 신호로서 버퍼 (340) 에 출력한다. 버퍼 (340) 는, 전송 제어 신호가 하이 레벨의 전압인 경우에는 화소 (30) 내의 개별 전원부 (341) 로부터 공급된 전압 V1 을 출력하고, 로 레벨의 전압인 경우에는 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압인 접지 전압을 출력한다. 전압 V1 은, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 높은 전압이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압은 접지 전압이다. 따라서, 전압 V1 은 접지 전압보다 높은 정전압이다.
버퍼 (340) 의 출력 단자는, 저항 (R2) 을 통하여 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에 접속된다. 저항 (R2) 과 전송 트랜지스터 (Tx) 사이에는, 저항 (R1) 을 통하여 전원부 (94) 가 전압 Vneg 를 공급한다. 요컨대, 전송 트랜지스터 (Tx) 로부터 보면, 게이트 전극으로부터 앞의 배선은 2 개로 분기되어 있고, 일방에는 저항 (R1) 을 통하여 전원부 (94) 가, 타방에는 저항 (R2) 을 통하여 버퍼 (340) 가 접속되어 있다.
버퍼 (340) 가 전압 V1 을 출력하고 있을 때, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에는 다음 식 (1) 에 의해서 정해지는 전압 Vg1 이 인가된다. 또한, 다음 식 (1) 에 있어서, r1 은 저항 (R1) 의 저항값이고, r2 는 저항 (R2) 의 저항값이다.
Vg1 ＝ (Vneg × r2 ＋ V1 × r1)/(r1 ＋ r2) … (1)
예를 들어 Vneg 가 -2 V, V1 이 8 V, r1 이 r2 와 동등하다고 하면, 전압 Vg1 은 3 V 가 된다. 요컨대 버퍼 (340) 가 전압 V1 을 출력하고 있을 때, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에는 3 V 의 정전압이 인가되어, 전송 트랜지스터 (Tx) 는 온 상태가 된다. 바꾸어 말하면, 전송 제어 신호가 하이 레벨의 전압인 경우, 전송 트랜지스터 (Tx) 는 포토 다이오드 (31) 에 의해서 생성된 전하를 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송한다.
한편, 버퍼 (340) 가 접지 전압을 출력하고 있을 때, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에는 다음 식 (2) 에 의해서 정해지는 전압 Vg2 가 인가된다.
Vg2 ＝ (Vneg × r2)/(r1 ＋ r2) … (2)
예를 들어, Vneg 가 -2 V, r1 이 r2 와 동등하다고 하면, 전압 Vg2 는 -1 V가 된다. 요컨대 버퍼 (340) 가 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압인 접지 전압을 출력하고 있을 때, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에는 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 -1 V 의 부전압이 인가되어, 전송 트랜지스터 (Tx) 는 오프 상태가 된다. 바꾸어 말하면, 전송 제어 신호가 로 레벨의 전압인 경우, 전송 트랜지스터 (Tx) 는 포토 다이오드 (31) 에 의해서 생성된 전하를 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송하지 않는다.
이상과 같이 구성된 전송 신호 공급부 (307a) 는, 전송 제어부 (306a) 의 출력 신호에 기초하여, 정전압과 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압 (본 실시형태에서는 부전압) 중 어느 것의 전압을 전송 신호로서 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에 공급한다. 전술한 바와 같이, 전송 제어부 (306a) 는 개별 화소 제어부 (306) 의 일부이고, 전송 신호 공급부 (307a) 는 화소 구동부 (307) 의 일부이다. 또한, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압을 인가하는 것은, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 오프시에 포토 다이오드 (31) 로부터 플로팅 디퓨전 (FD) 으로 전하가 전송되지 않도록 하기 위해서이다.
제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 는, 버퍼 (350), 저항 (R3) 및 저항 (R4) 을 갖는다. 제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 는, 제 2 리셋 제어부 (306c) 의 출력 신호에 기초하여, 정전압과 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압 (본 실시형태에서는 부전압) 중 어느 것의 전압을 제 2 리셋 신호로서 제 2 리셋 트랜지스터 (RST2) 의 게이트에 공급한다. 제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 의 구성은, 전송 신호 공급부 (307a) 와 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 전술한 바와 같이, 제 2 리셋 제어부 (306c) 는 개별 화소 제어부 (306) 의 일부이고, 제 2 리셋 신호 공급부 (307c) 는 화소 구동부 (307) 의 일부이다.
다음으로, 도 3 및 도 4 에 나타낸 각 부의 반도체 기판에 대한 레이아웃에 대해서 설명한다. 제 1 반도체 기판 (7) 에는, 도 3 및 도 4 에 나타낸 각 부 중, 아날로그 회로부 (301) 와, 전송 구동부 (307a) 와, 개별 전원부 (341) (도 4) 가 배치된다. 제 2 반도체 기판 (8) 에는, 도 3 및 도 4 에 나타낸 각 부 중, 그 이외의 각 부가 배치된다.
이와 같이 한 이유는, 포토 다이오드 (31) 를 가능한 한 크게 하기 위해서이다. 본 실시형태에서는, 화소 (30) 가 갖는 각 부를, 제 2 반도체 기판 (8) 에 가능한 한 배치하도록 하였기 때문에, 포토 다이오드 (31) 의 면적을 크게 할 수 있어, 입사광의 이용 효율을 높이는 것이나 포화 전자수의 향상을 기대할 수 있다.
도 5 는, 촬상 소자 (3) 를 사용한 촬상 시퀀스를 나타내는 타이밍 차트이다. 촬상 소자 (3) 는, 다중 노광과 상관 다중 샘플링을 선택적으로 실행할 수 있다. 먼저, 도 5(a) 를 이용하여, 다중 노광 제어에 대해서 설명한다.
도 5(a) 는, 화소 (30) 마다의 다중 노광을 행하는 경우의 타이밍 차트이다. 도 5(a) 의 가로축은 시간이고, 우측 방향을 향하여 시간이 진행되고 있다. 도 5(a) 의「Dark」라고 쓰여진 사각형은, A/D 변환부 (302) 가 화소 리셋 신호의 샘플링을 행하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(a) 의「Sig」라고 쓰여진 사각형은, A/D 변환부 (302) 가 화소 신호의 샘플링을 행하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(a) 의「Out」라고 쓰여진 사각형은, 화소값 유지부 (304) 가 기억하는 디지털값 (광전 변환 결과) 을, 신호선 (340) 을 통하여 주변 회로에 출력하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(a) 에서는, 입사광량의 많고 적음에 따라서, 화소 (30) 를 화소 (30a) ∼ 화소 (30d) 의 4 가지로 분류하여 다중 노광을 행하고 있다.
노광 기간 T1 의 개시 시각 t0 에, 포토 다이오드 (31) 및 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋하는 동작은, 모든 화소 (30) 에 대해서 동일하다. 그 후, 입사광량이 매우 적은 화소 30a 에서는, 시각 t3 에 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋하여, 화소 리셋 신호의 샘플링을 행한다. 시각 t3 은, 노광 기간 T1 의 종료 시각 t4 에서, 플로팅 디퓨전 (FD) 의 리셋과 화소 리셋 신호의 샘플링에 필요한 시간을 뺀 시각이다. 노광 기간 T1 의 종료 시각 t4 에서, 시각 t0 ∼ t4 에 걸쳐 생성된, 포토 다이오드 (31) 에 축적되어 있는 전하를 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송하고, 화소 신호의 샘플링을 행한다. 그 후, 시각 t5 에서, 화소값 유지부 (304) 에 광전 변환 결과를 기억시킨다.
입사광량이 약간 적은 화소 30b 에서는, 외부로부터 지정된 노광 기간 T1 을 기간 T2 와 기간 T3 의 2 개의 기간으로 등분하여, 상기 서술한 동작을 2 회 행한다. 구체적으로는, 시각 t1 과 시각 t3 에서, 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋하고, 화소 리셋 신호의 샘플링을 행한다. 시각 t1 은, 기간 T2 의 종료 시각 t2 로부터, 플로팅 디퓨전 (FD) 의 리셋과 화소 리셋 신호의 샘플링에 필요한 시간을 뺀 시각이다. 그 후, 시각 t2 에서, 포토 다이오드 (31) 에 축적되어 있는 전하를 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송하고, 화소 신호의 샘플링을 행한다. 시각 3 ∼ t5 의 동작은, 화소 30a 의 경우와 동일하다.
입사광량이 약간 많은 화소 30c 에서는, 외부로부터 지정된 노광 기간 T1 을 4 등분하여, 상기 서술한 동작을 4 회 행한다. 입사광량이 매우 많은 화소 30d 에서는, 외부로부터 지정된 노광 기간 T1 을 8 등분하여, 상기 서술한 동작을 8 회 행한다.
이상과 같이, 다중 노광 제어에 의하면, 입사광량이 많은 화소 (30) 와 입사광량이 적은 화소 (30) 에서 노광 시간을 개별적으로 변화시켜 촬상을 행할 수 있다. 통상적인 촬상에서는 플로팅 디퓨전 (FD) 이 포화되어 버릴 만큼 입사광량이 많은 경우여도, 노광 시간을 세세하게 구획하여 반복적으로 촬상을 행함으로써, 다이나믹 레인지를 확대시킬 수 있다.
다음으로, 도 5(b) 를 사용하여, 상관 다중 샘플링 제어에 대해서 설명한다. 도 5(b) 는, 화소 (30) 마다 상관 다중 샘플링 제어를 행하는 경우의 타이밍 차트이다. 도 5(b) 의 가로축은 시간이고, 우측 방향을 향하여 시간이 진행되고 있다. 도 5(b) 의「Dark」라고 쓰여진 사각형은, A/D 변환부 (302) 가 화소 리셋 신호의 샘플링을 행하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(b) 의「Sig」라고 쓰여진 사각형은, A/D 변환부 (302) 가 화소 신호의 샘플링을 행하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(b) 의「Out」라고 쓰여진 사각형은, A/D 변환부 (302) 가 샘플링부 (303) 를 향하여 샘플링 결과를 출력하는 타이밍을 나타낸다. 도 5(b) 에서는, 입사광량의 많고 적음에 따라서, 화소 (30) 를 화소 (30a) ∼ 화소 (30d) 의 4 가지로 분류하여 상관 다중 샘플링을 행하고 있다.
화소 30a 가 가장 노광 시간이 길고, 화소 30d 가 가장 노광 시간이 짧다. 상관 다중 샘플링 제어에서는, 노광 시간이 긴 화소 (30) 일수록, 빠른 타이밍으로 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋한다. 노광 시간이 긴 화소 (30) 일수록, 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋하고 나서 화소 신호를 샘플링하기까지 시차가 생기게 된다. 그 기간에, 화소 리셋 신호를 반복하여 샘플링한다.
예를 들어 도 5(b) 에서는, 화소 30a 가 가장 노광 시간이 길다. 화소 30a 의 노광 시간 T4 의 종료 시각 t6 에서부터, 기간 T5 만큼 전의 시각 t7 에 플로팅 디퓨전 (FD) 을 리셋한다. 그 결과, 시각 t6 까지, 화소 리셋 신호가 4 회 샘플링된다. 노광 시간 T4 가 종료된 후, 다음의 노광 시간 T6 이 종료될 때까지 동안에, 이번에는 화소 신호를 반복하여 샘플링한다.
노광 시간이 길다는 것은, 입사광량이 적다는 것이고, 화소 신호에 있어서의 증폭 트랜지스터 (AMI), 선택 트랜지스터 (SEL) 및 A/D 변환부 (302) 의 노이즈의 영향이 크다는 것이다. 요컨대 전술한 노이즈의 영향이 큰 화소 (30) 일수록, 화소 리셋 신호와 화소 신호를 보다 많은 횟수 샘플링하게 되어, 보다 고감도로 촬상을 행할 수 있게 된다.
촬상 소자 (3) 는, 화소 (30) 의 각각에 대해서, 이상의 동작을 병렬로 실행한다. 즉, 각각의 화소 (30) 는, 포토 다이오드 (31) 에 의한 광전 변환으로부터, 화소값 유지부 (304) 에 대한 디지털값의 기억까지의 동작을 병렬로 행한다. 화소값 유지부 (304) 로부터의 촬상 결과의 판독 출력은, 화소 (30) 마다 순차적으로 행해진다.
이상과 같이, 본 실시형태의 촬상 소자 (3) 는, 화소마다 노광 시간을 제어할 수 있다. 화소마다 노광 시간을 제어하기 위해서는, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 온 오프의 타이밍을 화소마다 제어할 수 있어야만 한다. 즉, 전송 트랜지스터 (Tx) 의 게이트에 공급하는 전압 (본 실시형태에서는 전압 V1 및 전압 Vneg 에 기초하는 전압 Vg1 및 전압 Vg2) 을 화소마다 제어할 수 있어야만 한다. 요컨대, 전압 Vneg 를 공급하는 제 1 전원부와, 전압 V1 을 공급하는 제 2 전원부를 화소마다 형성해야만 한다. 제 1 반도체 기판 (7) 이 취급하는 전압은, 전압 Vneg 나 전압 V1 과 상이하기 때문에, 제 1 전원부 및 제 2 전원부를 화소 (30) 내에 형성하려고 하면, 제 1 전원부 및 제 2 전원부는 다대한 면적을 차지하게 된다. 특히 제 1 전원부는, 기판 전압보다 낮은 전압 Vneg 를 취급하기 때문에, 기판에 대해서 순바이어스되지 않아, 트리플웰 구조가 필요하다. 따라서, 제 1 전원부는 특히 넓은 면적을 필요로 한다. 그 결과, 화소 (30) 에서 차지하는 포토 다이오드 (31) 의 면적이 대폭 작아져 버린다. 요컨대, 포토 다이오드 (31) 의 개구율이 대폭 저하되어 버려, 촬상 소자의 미세화가 곤란해진다. 본 실시형태에서는, 제 1 전원부인 전원부 (94) 를 전체 화소에서 공통의 전원으로서 화소의 외부에 형성함으로써, 제 1 반도체 기판 (7) 의 포토 다이오드 (31) 근방에 제 1 전원부 및 제 2 전원부를 개별적으로 형성하지 않고 (포토 다이오드 (31) 의 개구율을 저하시키지 않고), 화소마다 노광 시간을 제어할 수 있다. 또, 촬상 소자를 미세화할 수 있다.
상기 서술한 실시형태에 의하면, 다음의 작용 효과가 얻어진다.
(1) 촬상 소자 (3) 는, 부전압을 공급하는 전원부 (94) 와, 복수의 화소 (30) 를 구비한다. 복수의 화소 (30) 의 각각은, 입사광을 광전 변환하는 포토 다이오드 (31) 와, 포토 다이오드 (31) 에 의해서 광전 변환된 전하를 축적하는 플로팅 디퓨전 (FD) 과, 포토 다이오드 (31) 에 의해서 광전 변환된 전하를 전송 신호에 기초하여 플로팅 디퓨전 (FD) 에 전송하는 전송 트랜지스터 (Tx) 와, 정전압을 공급하는 개별 전원부 (341) 와, 전원부 (94) 에 의해서 공급된 부전압 및 개별 전원부 (341) 에 의해서 공급된 정전압에 기초하여, 접지 전압보다 낮은 제 1 전압 및 접지 전압보다 높은 제 2 전압 중 어느 것을 전송 신호로서 전송 트랜지스터 (Tx) 에 공급하는 전송 신호 공급부 (307a) 를 갖는다. 이와 같이 하였기 때문에, 각 화소 (30) 에 부전압을 공급하는 전원을 형성하지 않고, 화소마다의 병렬 판독 출력을 행할 수 있다.
(2) 제 1 반도체 기판 (7) 에는, 포토 다이오드 (31) 와, 전송 트랜지스터 (Tx) 와, 플로팅 디퓨전 (FD) 과, 전송 신호 공급부 (307a) 와, 개별 전원부 (341) 가 형성된다. 제 2 반도체 기판 (8) 에는, A/D 변환부 (302) 와 샘플링부 (303) 가 형성된다. 이와 같이, 부전원을 취급하는 회로를 제 2 반도체 기판 (8) 에 형성하고, 제 1 반도체 기판 (7) 에 존재하지 않도록 하였기 때문에, 제 1 반도체 기판 (7) 에는 부전원을 취급하기 위한 확산층 등을 형성할 필요가 없어, 포토 다이오드 (31) 의 개구율을 향상시킬 수 있다.
(3) 전송 신호 공급부 (307a) 에는, 접지 전압과 정전압으로 이루어지는 전송 제어 신호가 입력된다. 전송 신호 공급부 (307a) 는, 전송 제어 신호를 부전압과 정전압으로 이루어지는 전송 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이 하였기 때문에, 부전압을 취급하기 위한 특별한 회로 소자를 도입하지 않고, 부전압을 포함하는 전송 신호를 공급할 수 있다.
(4) 복수의 화소 (30) 의 각각은, 일단을 전원부 (94) 에, 타단을 전송 트랜지스터 (Tx) 에 접속한 저항 (R1) 과, 일단으로부터 전송 신호가 입력되고, 타단을 전송 트랜지스터 (Tx) 에 접속한 저항 (R2) 을 갖는다. 이와 같이 하였기 때문에, 전송 트랜지스터 (Tx) 에 공급되는 전압의 크기를 저항 (R1) 과 저항 (R2) 의 저항값의 조합에 의한 전위 분할 회로에 의해서 용이하게 컨트롤할 수 있다.
(제 2 실시형태)
제 2 실시형태에 관련된 촬상 소자 (3) 는, 제 1 실시형태에 관련된 촬상 소자 (3) 와는 상이하고, 제 2 반도체 기판 (8) 을 구비하지 않고, 1 장의 반도체 기판 (70) 만을 구비하고 있다. 이하, 제 2 실시형태에 관련된 촬상 소자 (3) 에 대해서, 제 1 실시형태에 관련된 촬상 소자 (3) 와의 차이를 중심으로 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 지점에 대해서는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 6 은, 촬상 소자 (3) 의 단면도이다. 또한 도 6 에서는, 촬상 소자 (3) 의 전체 중, 일부의 단면만을 나타내고 있다. 촬상 소자 (3) 는, 이른바 이면 조사형의 촬상 소자이다. 촬상 소자 (3) 는, 지면 상방향으로부터의 입사광을 광전 변환한다.
촬상 소자 (3) 는 복수의 화소 (30) 를 갖고 있다. 1 개의 화소 (30) 는, 도 6 에 도시한 마이크로 렌즈 (74) 및 컬러 필터 (73) 를 포함한다. 화소 (30) 에는 이밖에 도 4 에 도시한 아날로그 회로부 (301), A/D 변환부 (302), 샘플링부 (303), 화소값 유지부 (304), 연산부 (305), 개별 화소 제어부 (306) 및 화소 구동부 (307) 가 포함된다. 이들 영역은 영역 710 에 형성된다. 또한, 부호 720 은 배선층이다.
도 7 은, 촬상 소자 (3) 의 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 반도체 기판 (70) 에는, 이차원상으로 배열된 복수의 화소 (30) 가 형성된다. 또한 도 7 에서는, 반도체 기판 (70) 에 형성된 복수의 화소 (30) 중, 3 행 3 열의 합계 9 개의 화소 (30) 만을 도시하고 있다.
반도체 기판 (70) 은, 각각의 화소 (30) 에 제 1 전압인 전압 Vneg 를 공급하는, 제 1 전압원인 전원부 (94) 를 구비한다. 전압 Vneg 는 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 낮은 전압이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압은 접지 전압이다. 따라서, 전압 Vneg 는 접지 전압보다 낮은 부전압이다. 전원부 (94) 는, 각각의 화소 (30) 에 대해서 개별적으로 형성되는 것은 아니고, 복수의 화소 (30) 에 대해서 공통적으로 1 개 형성된다.
복수의 화소 (30) 의 각각은, 소정의 전압 V1 을 공급하는 개별 전원부 (341) 를 구비한다. 개별 전원부 (341) 는 화소 (30) 마다 형성된다. 개별 전원부 (341) 가 공급하는 전압 V1 은, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압보다 높은 전압이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 반도체 기판 (7) 의 기판 전압은 접지 전압이다. 따라서, 전압 V1 은 접지 전압보다 높은 정전압이다.
상기 서술한 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태에서 설명한 작용 효과에 더하여, 추가로 다음의 작용 효과가 얻어진다.
(5) 단일한 반도체 기판 (70) 에, 화소 (30) 를 구성하는 모든 부위를 형성하였다. 이와 같이 하였기 때문에, 촬상 소자 (3) 의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또, 복수의 반도체 기판을 중첩하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
다음과 같은 변형도 본 발명의 범위 내로서, 변형예의 하나, 혹은 복수를 상기 서술한 실시형태와 조합하는 것도 가능하다.
(변형예 1)
전원부 (94) 와 복수의 화소 (30) 사이에, 전원부 (94) 와 복수의 화소 (30) 의 전기적 접속을 온 오프하는 스위치를 형성해도 된다. 이 스위치를 오프하면, 복수의 화소 (30) 로부터 전원부 (94) 를 향하는 전류가 차단된다. 이 스위치를 형성함으로써, 촬상 동작을 행하지 않는 경우에는, 전원부 (94) 와 전송 신호 공급부 (307a) 사이에 전류가 흐르지 않아, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 모든 화소 (30) 에 대해서 동일한 타이밍으로 전원부 (94) 와의 전기적 접속을 온 오프하면, 스위치는 전원부 (94) 바로 앞에 1 개만 형성하면 된다. 또, 전원부 (94) 가 상기 서술한 스위치를 내장하도록 해도 된다.
(변형예 2)
상기 서술한 각 실시형태에 있어서, 저항 (R1) 대신에 커패시터나 코일 등을 배치해도 된다. 버퍼 (340) 로부터 출력되는 신호는 일정한 주파수를 가진 신호로서, 커패시터나 코일 등의 임의의 임피던스를 조합하여 전위 분할 회로를 구성할 수 있다.
(변형예 3)
제 1 실시형태에 있어서, 저항 (R1) 을, 제 1 반도체 기판 (7) 과 제 2 반도체 기판을 접속하는 실리콘 관통 전극으로 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 저항 (R1) 의 저항값을 원하는 값으로 하는 것이 용이해진다.
상기에서는, 여러 가지 실시형태 및 변형예를 설명했지만, 본 발명은 이들 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 밖의 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
상기 서술한 실시형태 및 변형예는, 이하와 같은 촬상 소자 및 전자 카메라도 포함한다.
(1) 제 1 전압을 공급하는 제 1 전압원과 상기 제 1 전압이 공급되는 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소는, 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하가 전송되어 축적되는 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 상기 축적부에 전송하는 전송부와, 제 2 전압을 공급하는 제 2 전압원과, 상기 제 1 전압원에 의한 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압원에 의한 상기 제 2 전압 중 어느 것에 의한 전송 신호를 상기 전송부에 공급하는 공급부를 갖는다.
(2) (1) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 공급부는, 상기 제 1 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 제 1 저항과, 상기 제 2 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 제 2 저항을 갖는다.
(3) (2) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 촬상 소자는, 기판 전압이 인가되고, 상기 제 1 전압원은, 상기 기판 전압보다 낮은 전압을 공급하고, 상기 제 2 전압원은, 상기 기판 전압보다 높은 전압을 공급한다.
(4) (3) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 전송부는, 상기 광전 변환부와 상기 축적부 사이를 전기적으로 도통시켜 상기 광전 변환부에 의해서 생성된 전하를 상기 축적부에 전송하고, 상기 공급부는, 상기 광전 변환부와 상기 축적부 사이를 전기적으로 도통 또는 비도통으로 하기 위한 전송 신호를 상기 전송부에 공급한다.
(5) (3) 또는 (4) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 복수의 화소가 형성된 제 1 반도체 기판과, 상기 축적부에 축적된 전하의 양에 기초하는 디지털 신호를 출력하는 A/D 변환부가, 상기 복수의 화소마다 형성된 제 2 반도체 기판을 구비한다.
(6) (5) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 제 1 전압원은, 상기 제 2 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 저항은, 상기 제 1 반도체 기판과 상기 제 2 반도체 기판을 접속하는 전극을 적어도 포함한다.
(7) (3) ∼ (5) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 공급부는, 상기 제 1 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 용량을 갖는다.
(8) (3) ∼ (7) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 복수의 상기 공급부 중 일부의 상기 공급부는, 제 1 기간에 상기 광전 변환부가 생성한 전하를 상기 축적부에 전송시키고, 다른 일부의 상기 공급부는, 상기 제 1 기간과는 상이한 길이의 제 2 기간에 상기 광전 변환부가 생성한 전하를 상기 축적부에 전송시킨다.
(9) (3) ∼ (8) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 광전 변환부는 매립 포토 다이오드이고, 상기 전송부는, 상기 전송 신호가 상기 제 1 전압원에 의해서 공급된 전압에 기초하는 제 1 전압일 때에는 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 상기 축적부에 전송하고, 상기 전송 신호가 제 1 전압원에 의해서 공급된 전압에 기초하는 제 2 전압일 때에는 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 상기 축적부에 전송하지 않는다.
(10) (3) ∼ (9) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 공급부에는, 상기 기판 전압 이상의 제 3 전압과 상기 기판 전압 이상이고 상기 제 3 전압보다 높은 제 4 전압의 어느 것이 입력되고, 상기 공급부는, 상기 제 3 전압이 입력되었을 때에는 상기 제 1 전압인 상기 전송 신호를 출력하고, 상기 제 4 전압이 입력되었을 때에는 상기 제 2 전압인 상기 전송 신호를 공급한다.
(11) (1) ∼ (10) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 복수의 화소의 각각은, 상기 공급부와 상기 제 1 전압원 사이를 전기적으로 도통 또는 비도통으로 하는 전환부를 갖는다.
(12) (1) ∼ (11) 과 같은 촬상 소자를 갖는 전자 카메라.
또, 상기 서술한 실시형태 및 변형예는, 이하와 같은 촬상 소자도 포함한다.
(1) 부전압을 공급하는 부전압 전원부와, 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 축적하는 축적부와, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 전송 신호에 기초하여 상기 축적부에 전송하는 전송부와, 정전압을 공급하는 정전압 전원부와, 상기 부전압 전원부에 의해서 공급된 부전압 및 상기 정전압 전원부에 의해서 공급된 정전압에 기초하여, 접지 전압보다 낮은 제 1 전압 및 접지 전압보다 높은 제 2 전압 중 어느 것을 상기 전송 신호로서 상기 전송부에 공급하는 전송 신호 공급부를 각각 갖는 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자.
(2) (1) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 복수의 화소가 형성된 제 1 반도체 기판과, 상기 축적부에 축적된 전하의 양에 기초하는 디지털 신호를 출력하는 A/D 변환부가, 상기 복수의 화소마다 형성된 제 2 반도체 기판을 구비한다.
(3) (2) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 전송 신호 공급부는, 일단을 상기 부전압 전원부에, 타단을 상기 전송부에 접속한 제 1 저항과, 일단으로부터 상기 전송 신호가 입력되고, 타단을 상기 전송부에 접속한 제 2 저항을 갖는다.
(4) (3) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 부전압 전원부는, 상기 제 2 반도체 기판에 형성되고, 상기 제 1 저항은, 상기 제 1 반도체 기판과 상기 제 2 반도체 기판을 접속하는 전극을 적어도 포함한다.
(5) (1) 또는 (2) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 전송 신호 공급부는, 일단을 상기 부전압 전원부에, 타단을 상기 전송부에 접속한 용량을 갖는다.
(6) (1) ∼ (5) 와 같은 촬상 소자에 있어서, 복수의 상기 전송 신호 공급부 중 일부의 상기 전송 신호 공급부는, 제 1 기간에 상기 광전 변환부가 생성한 전하를 상기 축적부에 전송시키고, 다른 일부의 상기 전송 신호 공급부는, 상기 제 1 기간과는 상이한 길이의 제 2 기간에 상기 광전 변환부가 생성한 전하를 상기 축적부에 전송시킨다.
(7) (1) ∼ (6) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 광전 변환부는 매립 포토 다이오드이고, 상기 전송부는, 상기 전송 신호가 상기 제 1 전압일 때에는, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 상기 축적부에 전송하고, 상기 전송 신호가 상기 제 2 전압일 때에는, 상기 광전 변환부에 의해서 광전 변환된 전하를 상기 축적부에 전송하지 않는다.
(8) (1) ∼ (7) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 전송 신호 공급부에는, 접지 전압 이상인 제 3 전압과 접지 전압 이상이고, 상기 제 3 전압보다 높은 제 4 전압 중 어느 것이 구동 신호로서 입력되고, 상기 전송 신호 공급부는, 상기 구동 신호가 상기 제 3 전압일 때에는, 상기 제 1 전압인 상기 전송 신호를 출력하고, 상기 구동 신호가 상기 제 4 전압일 때에는, 상기 제 2 전압인 상기 전송 신호를 출력한다.
(9) (1) ∼ (8) 과 같은 촬상 소자에 있어서, 상기 복수의 화소의 각각은, 상기 전송 신호 공급부와 상기 부전압 전원부의 전기적 접속을 온 오프하는 전환부를 갖는다.
다음의 우선권 기초 출원의 개시 내용은 인용문으로서 여기에 편입된다. 일본국 특허출원 2015년 제195283호 (2015년 9월 30일 출원)
3 … 촬상 소자,
7 … 제 1 반도체 기판,
8 … 제 2 반도체 기판,
30 … 화소,
31 … 포토다이오드,
70 … 반도체 기판,
301 … 아날로그 회로부,
302 … A/D 변환부,
303 … 샘플링부,
306 … 개별 화소 제어부,
307 … 화소 구동부

Claims (23)

  1. 광을 광전 변환하여 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에서 생성된 전하를 축적하는 축적부와, 상기 광전 변환부에서 생성된 전하를 상기 축적부에 전송하는 전송부를 갖는 화소와,
    전하를 상기 축적부에 전송하도록 상기 전송부에 제 1 신호를 공급하고, 전하를 상기 축적부에 전송하지 않도록 상기 전송부에 제 2 신호를 공급하고, 상기 화소마다에 형성되는 공급부를 구비하는, 촬상 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급부는, 제 1 전압 및 제 2 전압에 기초하는 상기 제 1 신호를 상기 전송부에 공급하고, 상기 제 1 전압 및 소정 전압에 기초하는 제 2 신호를 상기 전송부에 공급하는, 촬상 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송부는, 상기 광전 변환부와 상기 축적부 사이를 전기적으로 도통시켜 상기 광전 변환부에 의해서 생성된 전하를 상기 축적부에 전송하고,
    상기 공급부는, 상기 광전 변환부와 상기 축적부 사이를 전기적으로 도통시키기 위해 상기 제 1 신호를 상기 전송부에 공급하고, 상기 광전 변환부와 상기 축적부 사이를 전기적으로 비도통으로 하기 위한 제 2 신호를 상기 전송부에 공급하는, 촬상 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 화소를 구비하고,
    일부의 상기 공급부와 다른 상기 공급부는, 전하를 상기 축적부에 전송시키는 신호를 상기 전송부에 공급하는 타이밍이 상이한, 촬상 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 상기 화소를 구비하고,
    일부의 상기 공급부는, 제 1 기간에 상기 광전 변환부에서 생성된 전하를 전송하도록 상기 전송부에 신호를 공급하고, 다른 상기 공급부는, 상기 제 1 기간과는 상이한 제 2 기간에 상기 광전 변환부에서 생성된 전하를 전송하도록 상기 전송부에 신호를 공급하는, 촬상 소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    제 1 전압을 공급하는 제 1 전압원과,
    제 2 전압을 공급하는 제 2 전압원을 구비하는, 촬상 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전압원은 복수의 상기 화소에 공유하여 형성되는, 촬상 소자.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 전압원은 상기 화소마다 형성되는, 촬상 소자.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전압원은, 상기 소정 전압보다 낮은 전압을 공급하고,
    상기 제 2 전압원은, 상기 소정 전압보다 높은 전압을 공급하는, 촬상 소자.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전압원과, 상기 제 2 전압원 또는 상기 소정 전압의 접속을 전환 가능한 전환부를 구비하는, 촬상 소자.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 소정 전압은 접지 전압인, 촬상 소자.
  12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 제 1 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 제 1 저항과, 상기 제 2 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 제 2 저항을 갖는, 촬상 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    복수의 상기 화소가 형성된 제 1 기판과,
    상기 축적부에 축적된 전하의 양에 기초하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부가 상기 화소마다 형성되는 상기 제 1 기판과 적층되는 제 2 기판을 구비하고,
    상기 제 1 저항은, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 접속하는 접속부를 포함하는, 촬상 소자.
  14. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 제 1 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 용량과, 상기 제 2 전압원과 상기 전송부 사이에 배치되는 제 2 저항을 갖는, 촬상 소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 화소가 형성된 제 1 기판과,
    상기 축적부에 축적된 전하의 양에 기초하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부가 상기 화소마다 형성되는 상기 제 1 기판과 적층되는 제 2 기판을 구비하는, 촬상 소자.
  16. 광을 광전 변환하여 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에서 생성된 전하를 리셋하기 위한 리셋부를 갖는 화소와,
    전하를 리셋하도록 상기 리셋부에 제 1 신호를 공급하고, 전하를 리셋하지 않도록 상기 리셋부에 제 2 신호를 공급하고, 상기 화소마다 형성되는 공급부를 구비하는, 촬상 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공급부는, 제 1 전압 및 제 2 전압에 기초하는 상기 제 1 신호를 상기 리셋부에 공급하고, 상기 제 1 전압 및 소정 전압에 기초하는 제 2 신호를 상기 리셋부에 공급하는, 촬상 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 리셋부는, 상기 광전 변환부와 소정의 전압원 사이를 전기적으로 도통시켜 상기 광전 변환부에 의해서 생성된 전하를 리셋하고,
    상기 공급부는, 상기 광전 변환부와 소정의 전압원 사이를 전기적으로 도통시키기 위해 상기 제 1 신호를 상기 리셋부에 공급하고, 상기 광전 변환부와 소정의 전압원 사이를 전기적으로 비도통으로 시키기 위해서 제 2 신호를 상기 리셋부에 공급하는, 촬상 소자.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    제 1 전압을 공급하는 제 1 전압원과,
    제 2 전압을 공급하는 제 2 전압원을 구비하고,
    상기 제 1 전압원은 복수의 상기 화소에 공유하여 형성되는, 촬상 소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 공급부는, 상기 제 1 전압원과 상기 리셋부 사이에 배치되는 제 1 저항과, 상기 제 2 전압원과 상기 리셋부 사이에 배치되는 제 2 저항을 갖는, 촬상 소자.
  21. 제 1 항 또는 제 16 항에 기재된 촬상 소자를 갖는 촬상 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
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