KR20160094298A - 촬상 소자 - Google Patents
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Abstract
종래의 촬상 소자에서는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치되는 광전 변환 소자쌍으로부터 동시에 전하 정보를 판독할 수 없었다.
일 실시 형태에 따르면, 촬상 소자는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치된 제1 광전 변환 소자(PD0L) 및 제2 광전 변환 소자(PD0R)와, 제1 광전 변환 소자(PD0L)에 대응하여 배치되는 제1 전송 트랜지스터(TX0L)와, 제2 광전 변환 소자(PD0R)에 대응하여 배치되는 제2 전송 트랜지스터(TX0R)와, 제1 전송 트랜지스터(TX0R) 및 제2 전송 트랜지스터(TX0R)에 대해 공통의 판독 타이밍 신호를 공급하는 판독 타이밍 신호 배선(TG1)과, 제1 광전 변환 소자(PD0R)의 신호를 외부에 출력하는 제1 출력 배선(OUT_A0)과, 제2 광전 변환 소자(PD0L)의 신호를 외부에 출력하는 제2 출력 배선(OUT_B0)을 갖는다.
일 실시 형태에 따르면, 촬상 소자는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치된 제1 광전 변환 소자(PD0L) 및 제2 광전 변환 소자(PD0R)와, 제1 광전 변환 소자(PD0L)에 대응하여 배치되는 제1 전송 트랜지스터(TX0L)와, 제2 광전 변환 소자(PD0R)에 대응하여 배치되는 제2 전송 트랜지스터(TX0R)와, 제1 전송 트랜지스터(TX0R) 및 제2 전송 트랜지스터(TX0R)에 대해 공통의 판독 타이밍 신호를 공급하는 판독 타이밍 신호 배선(TG1)과, 제1 광전 변환 소자(PD0R)의 신호를 외부에 출력하는 제1 출력 배선(OUT_A0)과, 제2 광전 변환 소자(PD0L)의 신호를 외부에 출력하는 제2 출력 배선(OUT_B0)을 갖는다.
Description
본 발명은 촬상 소자에 관한 것으로, 예를 들어 위상차 오토 포커스 기능을 갖는 촬상 소자에 관한 것이다.
카메라 등의 촬상 장치에서는, CCD 혹은 CMOS 센서를 촬상 소자로서 이용하고, 촬상 소자에 의해 얻어진 화상을 촬영 데이터로서 출력한다. 이 촬상 장치에서는, 촬영하는 상의 선명도를 자동적으로 높이는 오토 포커스 기능을 탑재하고 있는 경우가 많다. 이 오토 포커스 기능을 실현하기 위한 방식의 하나로서 위상차 방식이 있다.
위상차 방식에서는, 이차원적으로 배치한 마이크로렌즈마다, 1쌍 혹은 2쌍의 수광부를 설치하고, 마이크로렌즈에 의해 수광부를 촬상 광학계의 퓨필에 투영함으로써 퓨필을 분할한다. 그리고, 위상차 방식에서는, 촬상 광학계의 퓨필의 다른 부분을 통과한 2광속을 사용하여 물체상을 각각 형성하고, 2개의 물체상간의 위치적 위상차를 촬상 소자의 출력에 기초하여 검출하고, 이것을 촬상 광학계의 디포커스량으로 환산한다. 이러한, 위상차 방식의 오토 포커스 기능을 갖는 촬상 장치의 예가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 촬상 장치에서는, 오토 포커스를 행하는 제2 동작에 있어서, 제1 광전 변환부의 신호와 제2 광전 변환부의 신호를 다른 타이밍에 판독하므로, 오토 포커스의 정밀도를 충분히 높일 수 없는 문제가 있다. 그 밖의 과제와 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.
일 실시 형태에 따르면, 촬상 소자는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치된 제1 광전 변환 소자 및 제2 광전 변환 소자와, 제1 광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제1 전송 트랜지스터와, 제2 광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제2 전송 트랜지스터와, 제1 전송 트랜지스터 및 제2 전송 트랜지스터에 대해 공통의 판독 타이밍 신호를 공급하는 판독 타이밍 신호 배선과, 제1 광전 변환 소자의 신호를 외부에 출력하는 제1 출력 배선과, 제2 광전 변환 소자의 신호를 외부에 출력하는 제2 출력 배선을 갖는다.
일 실시 형태에 따르면, 높은 정밀도로 포커스를 제어하는 오토 포커스 기능을 실현 가능한 촬상 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자를 포함하는 카메라 시스템의 블록도.
도 2는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 플로어 레이아웃의 개략도.
도 3은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 4는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 5는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 포토 다이오드 부분의 단면도.
도 6은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자에 있어서의 위상차 오토 포커스의 원리를 설명하는 도면.
도 7은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자에 있어서 포커스 어긋남이 발생하고 있는 경우의 광전 변환 소자의 출력을 설명하는 그래프.
도 8은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 9는 비교예에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 10은 비교예에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 11은 비교예에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 12는 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면.
도 13은 화소 정보의 판독 타이밍의 차이에 의한 포토 다이오드 출력의 차를 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자로 비교한 도면.
도 14는 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 플로어 레이아웃의 개략도.
도 15는 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 16은 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 17은 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 18은 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 2에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면.
도 19는 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 20은 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 21은 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 22는 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 23은 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 24는 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 2는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 플로어 레이아웃의 개략도.
도 3은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 4는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 5는 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 포토 다이오드 부분의 단면도.
도 6은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자에 있어서의 위상차 오토 포커스의 원리를 설명하는 도면.
도 7은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자에 있어서 포커스 어긋남이 발생하고 있는 경우의 광전 변환 소자의 출력을 설명하는 그래프.
도 8은 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 9는 비교예에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 10은 비교예에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 11은 비교예에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 12는 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면.
도 13은 화소 정보의 판독 타이밍의 차이에 의한 포토 다이오드 출력의 차를 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자로 비교한 도면.
도 14는 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 플로어 레이아웃의 개략도.
도 15는 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 16은 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 17은 실시 형태 2에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 18은 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 2에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면.
도 19는 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 20은 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 21은 실시 형태 3에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 22는 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도.
도 23은 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도.
도 24는 실시 형태 4에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
실시 형태 1
설명의 명확화를 위해, 이하의 기재 및 도면은, 적절히, 생략 및 간략화가 이루어져 있다. 또한, 다양한 처리를 행하는 기능 블록으로서 도면에 기재되는 각 요소는, 하드웨어적으로는, CPU, 메모리, 그 밖의 회로로 구성할 수 있고, 소프트웨어적으로는, 메모리에 로드된 프로그램 등에 의해 실현된다. 따라서, 이들 기능 블록이 하드웨어만, 소프트웨어만, 또는, 그들의 조합에 의해 다양한 형태로 실현할 수 있는 것은 당업자에게는 이해되는 바이며, 어느 하나에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 요소에는 동일한 부호가 부여되어 있고, 필요에 따라 중복 설명은 생략되어 있다.
또한, 상술한 프로그램은, 다양한 타입의 비일시적인 컴퓨터 가독 매체(non-transitory computer readable medium)를 사용하여 저장되고, 컴퓨터에 공급할 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 가독 매체는, 다양한 타입의 실체가 있는 기록 매체(tangible storage medium)를 포함한다. 비일시적인 컴퓨터 가독 매체의 예는, 자기 기록 매체(예를 들어 플렉시블 디스크, 자기 테이프, 하드디스크 드라이브), 광자기 기록 매체(예를 들어 광자기 디스크), CD-ROM(Read Only Memory), CD-R, CD-R/W, 반도체 메모리[예를 들어, 마스크 ROM, PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable PROM), 플래시 ROM, RAM(Random Access Memory)]를 포함한다. 또한, 프로그램은, 다양한 타입의 일시적인 컴퓨터 가독 매체(transitory computer readable medium)에 의해 컴퓨터에 공급되어도 된다. 일시적인 컴퓨터 가독 매체의 예는, 전기 신호, 광 신호 및 전자파를 포함한다. 일시적인 컴퓨터 가독 매체는, 전선 및 광 파이버 등의 유선 통신로, 또는 무선 통신로를 통해, 프로그램을 컴퓨터에 공급할 수 있다.
<카메라 시스템의 설명>
도 1에 실시 형태 1에 따른 카메라 시스템(1)의 블록도를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 카메라 시스템(1)은, 줌 렌즈(11), 조리개 기구(12), 고정 렌즈(13), 포커스 렌즈(14), 센서(15), 줌 렌즈 액추에이터(16), 포커스 렌즈 액추에이터(17), 신호 처리 회로(18), 시스템 제어 MCU(19), 모니터, 기억 장치를 갖는다. 여기서, 모니터 및 기억 장치는, 카메라 시스템(1)으로 촬영한 화상을 확인 및 기억하는 것이며, 이들을 카메라 시스템(1)과는 분리한 별도의 시스템 상에 설치해도 된다.
줌 렌즈(11), 조리개 기구(12), 고정 렌즈(13) 및 포커스 렌즈(14)는, 카메라 시스템(1)의 렌즈군을 구성한다. 줌 렌즈(11)는, 줌 액추에이터(16)에 의해 위치의 변경이 행해진다. 포커스 렌즈(14)는, 포커스 액추에이터(17)에 의해 위치의 변경이 행해진다. 그리고, 카메라 시스템(1)에서는, 각종 액추에이터에 의해 렌즈를 이동시킴으로써 줌 배율, 포커스를 변경하고, 또한 조리개 기구(12)를 동작시킴으로써 입사광량을 변경한다.
줌 액추에이터(16)는, 시스템 제어 MCU(19)가 출력하는 줌 제어 신호(SZC)에 기초하여 줌 렌즈(11)를 이동시킨다. 포커스 액추에이터(17)는, 시스템 제어 MCU(19)가 출력하는 포커스 제어 신호(SFC)에 기초하여 포커스 렌즈(14)를 이동시킨다. 조리개 기구(12)는, 시스템 제어 MCU(19)가 출력하는 조리개 제어 신호(SDC)에 의해 조리개 값(f-number)을 조절한다.
센서(15)는, 예를 들어 포토 다이오드 등의 수광 소자를 갖고, 당해 수광 소자로부터 얻어진 수광 화소 정보를 디지털값으로 변환하여 화상 정보(Do)를 출력한다. 또한, 센서(15)는, 센서(15)가 출력하는 화상 정보(Do)를 해석하여 화상 정보(Do)의 특징을 나타내는 화상 특징 정보(DCI)를 출력한다. 이 화상 특징 정보(DCI)에는, 후술하는 오토 포커스 처리에 있어서 취득되는 2개의 화상이 포함된다. 또한, 센서(15)는, 모듈 제어 MCU(18)로부터 공급되는 센서 제어 신호(SSC)에 기초하여 화상 정보(Do)의 화소마다의 게인 제어, 화상 정보(Do)의 노광 제어, 및 화상 정보(Do)의 HDR(High Dynamic Range) 제어를 행한다. 센서(15)의 상세에 대해서는 후술한다.
신호 처리 회로(18)는, 센서(15)로부터 수신한 화상 정보(Do)에 화상 보정 등의 화상 처리를 실시하여 화상 데이터(Dimg)를 출력한다. 신호 처리 회로(18)는, 수신한 화상 정보(Do)를 해석하여 색 공간 정보(DCD)를 출력한다. 색 공간 정보(DCD)에는, 예를 들어 화상 정보(Do)의 휘도 정보 및 색 정보가 포함된다.
시스템 제어 MCU(19)는, 센서(15)로부터 출력되는 화상 특징 정보(DCI)에 기초하여 렌즈군의 포커스를 제어한다. 보다 구체적으로는, 시스템 제어 MCU(19)는, 포커스 제어 신호(SFC)를 포커스 액추에이터(17)에 출력함으로써 렌즈군의 포커스를 제어한다. 시스템 제어 MCU(19)는, 조리개 제어 신호(SDC)를 조리개 기구(12)에 출력하여 조리개 기구(12)의 조리개 값을 조절한다. 또한, 시스템 제어 MCU(19)는, 외부로부터 부여되는 줌 지시에 따라 줌 제어 신호(SZC)를 생성하고, 줌 제어 신호(SZC)를 줌 액추에이터(16)에 출력함으로써 렌즈군의 줌 배율을 제어한다.
보다 구체적으로는, 줌 액추에이터(16)에 의해 줌 렌즈(11)를 이동함으로써 포커스가 어긋난다. 따라서, 시스템 제어 MCU(19)는, 센서(15)로부터 얻은 화상 특징 정보(DCI)에 포함되는 2개의 화상에 기초하여 2개의 물체상간의 위치적 위상차를 산출하고, 이 위치적 위상차에 기초하여 렌즈군의 디포커스량을 산출한다. 시스템 제어 MCU(19)는, 이 디포커스량에 따라 자동적으로 포커스를 맞춘다. 이 처리가 오토 포커스 제어이다.
또한, 시스템 제어 MCU(19)는, 신호 처리 회로(18)가 출력하는 색 공간 정보(DCD)에 포함되는 휘도 정보에 기초하여 센서(15)의 노출 설정을 지시하는 노출 제어값을 산출하여, 신호 처리 회로(18)로부터 출력되는 색 공간 정보(DCD)에 포함되는 휘도 정보가 노출 제어값에 근접하도록 센서(15)의 노광 설정 및 게인 설정을 제어한다. 이때, 시스템 제어 MCU(19)는, 노출을 변경할 때에 조리개 기구(12)의 제어값을 산출해도 된다.
또한, 시스템 제어 MCU(19)는, 유저로부터의 지시에 기초하여 화상 데이터(Dimg)의 휘도 혹은 색을 조정하는 색 공간 제어 신호(SIC)를 출력한다. 또한, 시스템 제어 MCU(19)는, 신호 처리 회로(18)로부터 취득한 색 공간 정보(DCD)와 유저로부터 부여된 정보의 차분에 기초하여 색 공간 제어 신호(SIC)를 생성한다.
실시 형태 1에 따른 카메라 시스템(1)에서는, 오토 포커스 처리에 있어서 센서(15)가 화상 정보(Do)를 취득할 때의 센서(15)의 제어 방법에 특징의 하나를 갖는다. 따라서, 이하에서는, 센서(15)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
<촬상 소자의 동작에 관한 설명>
도 2에 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 플로어 레이아웃의 일부의 개략도를 나타낸다. 도 2에서는, 센서(15)의 플로어 레이아웃 중 로우(row) 컨트롤러(20), 칼럼 컨트롤러(21), 화소 어레이(22)의 플로어 레이아웃만을 나타냈다.
로우 컨트롤러(20)는, 격자 형상으로 배치된 화소 유닛(23)의 활성 상태를 행마다 제어한다. 칼럼 컨트롤러(21)는, 격자 형상으로 배치된 화소 유닛(23)으로부터 판독되는 화소 신호를 열마다 판독한다. 칼럼 컨트롤러(21)에는, 화소 신호를 판독하기 위한 스위치 회로 및 출력 버퍼가 포함된다. 화소 어레이(22)에는, 화소 유닛(23)이 격자 형상으로 배치된다. 도 2에 나타내는 예에서는, 각 화소 유닛(23)은, 열 방향으로 1개 이상의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 포토 다이오드군을 포함한다. 보다 구체적으로는, 각 화소 유닛(23)은, 2개의 포토 다이오드[예를 들어, 포토 다이오드(PD0, PD1), 또는, 포토 다이오드(PD2, PD3)]에 의해 구성된다. 또한, 포토 다이오드에는, 각각 컬러 필터가 설치되어 있다. 도 2에 나타내는 예에서는, 베이어 방식의 컬러 필터의 배열을 채용한다. 베이어 방식에서는, 휘도 신호에 기여하는 비율이 큰 녹색(G)의 컬러 필터가 체크 모양으로 배치되고, 나머지 부분에 적색(R) 및 청색(B)의 컬러 필터가 체크 모양으로 배치된다. 그리고, 화소 어레이(22)는, 상기한 화소 유닛을 단위로 하여 동작하므로, 이하에서 각 화소 유닛의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
<화소 유닛의 회로에 관한 설명>
도 3에 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 회로도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 예에서는, 포토 다이오드(PD0, PD1)를 갖는 화소 유닛(23)과, 포토 다이오드(PD2, PD3)를 갖는 화소 유닛(23)을 나타냈다. 또한, 2개의 화소 유닛(23)은, 출력 배선이 다를 뿐이므로, 여기에서는 포토 다이오드(PD0, PD1)를 갖는 화소 유닛(23)만을 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 화소 유닛(23)은, 제1 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0L)]와, 제2 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0R)]에 의해, 녹색의 컬러 필터에 대응하는 1개의 수광 소자를 구성한다. 상세하게는, 후술하지만, 포토 다이오드(PD0L)와 포토 다이오드(PD0R)는, 공통으로 배치되는 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광을 수광한다. 또한, 포토 다이오드(PD0L)와 포토 다이오드(PD0R)는, 인접하는 위치에 배치된다.
또한, 화소 유닛(23)에서는, 제3 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1L)]와, 제4 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1R)]에 의해, 적색의 컬러 필터에 대응하는 1개의 수광 소자를 구성한다. 포토 다이오드(PD1L)와 포토 다이오드(PD1R)는, 공통으로 배치되는 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광을 수광한다. 또한, 포토 다이오드(PD1L)와 포토 다이오드(PD1R)는, 인접하는 위치에 배치된다.
그리고, 화소 유닛(23)에서는, 포토 다이오드(PD0L)에 대해 제1 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX0L)]가 배치되고, 포토 다이오드(PD0R)에 대해 제2 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX0R)]가 배치된다. 전송 트랜지스터(TX0L) 및 전송 트랜지스터(TX0R)의 게이트에는, 공통되는 제1 판독 타이밍 신호를 공급하는 제1 판독 타이밍 신호 배선(TG1)이 접속된다. 또한, 화소 유닛(23)에서는, 포토 다이오드(PD1L)에 대해 제3 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1L)]가 배치되고, 포토 다이오드(PD1R)에 대해 제2 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1R)]가 배치된다. 전송 트랜지스터(TX1L) 및 전송 트랜지스터(TX1R)의 게이트에는, 공통되는 제2 판독 타이밍 신호를 공급하는 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속된다. 이 제2 판독 타이밍 신호는, 제1 판독 타이밍 신호와는 다른 타이밍에 인에이블 상태로 된다.
전송 트랜지스터(TX0L, TX1L)의 드레인은 플로팅 디퓨전(FD)으로 되어 있다. 그리고, 전송 트랜지스터(TX0L) 및 전송 트랜지스터(TX1L)의 드레인은, 제1 증폭 트랜지스터[예를 들어, 증폭 트랜지스터(AMIA0)]의 게이트에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TX0L) 및 전송 트랜지스터(TX1L)의 드레인에는, 제1 리셋 트랜지스터[예를 들어, 리셋 트랜지스터(RSTA0)]의 소스에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RSTA0)의 드레인에는, 전원 배선(VDD_PX)을 통해 전원 전압이 공급되어 있다. 증폭 트랜지스터(AMIA0)는, 전송 트랜지스터(TX0L, TX1L)를 통해 출력되는 전하에 의해 발생하는 제1 전압을 증폭하여 제1 출력 배선(OUT_A0)에 출력한다. 보다 구체적으로는, 증폭 트랜지스터(AMIA0)는, 드레인이 전원 배선(VDD_PX)에 접속되고, 소스가 제1 선택 트랜지스터[예를 들어, 선택 트랜지스터(TSELA0)]를 통해 제1 출력 배선(OUT_A0)에 접속된다. 그리고, 제1 출력 배선(OUT_A0)은, 전송 트랜지스터(TX0L, TX1L)를 통해 판독된 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호를 출력한다. 또한, 선택 트랜지스터(TSELA0)의 게이트에는, 선택 신호를 공급하는 선택 신호 배선(SEL)이 접속된다.
전송 트랜지스터(TX0R, TX1R)의 드레인은 플로팅 디퓨전(FD)으로 되어 있다. 그리고, 전송 트랜지스터(TX0R) 및 전송 트랜지스터(TX1R)의 드레인은, 제2 증폭 트랜지스터[예를 들어, 증폭 트랜지스터(AMIB0)]의 게이트에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TX0R) 및 전송 트랜지스터(TX1R)의 드레인에는, 제2 리셋 트랜지스터[예를 들어, 리셋 트랜지스터(RSTB0)]의 소스에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RSTB0)의 드레인에는, 전원 배선(VDD_PX)을 통해 전원 전압이 공급되어 있다. 증폭 트랜지스터(AMIB0)는, 전송 트랜지스터(TX0R, TX1R)를 통해 출력되는 전하에 의해 발생하는 제2 전압을 증폭하여 제2 출력 배선(OUT_B0)에 출력한다. 보다 구체적으로는, 증폭 트랜지스터(AMIB0)는, 드레인이 전원 배선(VDD_PX)에 접속되고, 소스가 제2 선택 트랜지스터[예를 들어, 선택 트랜지스터(TSELB0)]를 통해 제2 출력 배선(OUT_B0)에 접속된다. 그리고, 제2 출력 배선(OUT_B0)은, 전송 트랜지스터(TX0R, TX1R)를 통해 판독된 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호를 출력한다. 또한, 선택 트랜지스터(TSELB0)의 게이트에는, 선택 신호를 공급하는 선택 신호 배선(SEL)이 접속된다.
<화소 유닛의 레이아웃에 관한 설명>
계속해서, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)의 레이아웃에 대해 설명한다. 따라서, 도 4에 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)의 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 또한, 도 4에 나타낸 레이아웃도는, 1개의 화소 유닛만을 나타내는 것이다. 또한, 도 4에서는, 전원 배선(VDD_PX)에 대해서는 도시를 생략하였다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 화소 유닛(23)은, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)과, 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)이 배치된다. 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)은, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 제1 좌광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0L)]와 제1 우광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0R)]가 배치된다. 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)은, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제2 좌광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1L)]와 제2 우광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1R)]가 배치된다.
또한, 전송 트랜지스터(TX0L)는, 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)에 면하는 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)의 변에 형성되고, 게이트에 제1 판독 타이밍 신호 배선(TG1)이 접속되고, 포토 다이오드(PD0L)에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX0R)는, 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)에 면하는 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)의 변에 형성되고, 게이트에 제1 판독 타이밍 신호 배선(TG1)이 접속되고, 포토 다이오드(PD0R)에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX1L)는, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)에 면하는 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)의 변에 형성되고, 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속되고, 포토 다이오드(PD1L)에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX1R)는, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)에 면하는 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)의 변에 형성되고, 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속되고, 포토 다이오드(PD1R)에 대응하여 배치된다.
또한, 화소 유닛(23)에서는, 전송 트랜지스터(TX0L)의 드레인으로 되는 확산 영역과, 전송 트랜지스터(TX1L)의 드레인으로 되는 확산 영역이 하나의 영역에 형성되고, 이 영역이 제1 플로팅 디퓨전 영역으로 된다. 즉, 제1 플로팅 디퓨전 영역은, 전송 트랜지스터(TX0L)와 전송 트랜지스터(TX1L)를 접속하는 영역에 형성된다. 또한, 화소 유닛(23)에서는, 전송 트랜지스터(TX0R)의 드레인으로 되는 확산 영역과, 전송 트랜지스터(TX1R)의 드레인으로 되는 확산 영역이 하나의 영역에 형성되고, 이 영역이 제2 플로팅 디퓨전 영역으로 된다. 즉, 제2 플로팅 디퓨전 영역은, 전송 트랜지스터(TX0R)와 전송 트랜지스터(TX1R)를 접속하는 영역에 형성된다.
또한, 화소 유닛(23)에서는, 제1 플로팅 디퓨전 영역에 인접하도록 제1 리셋 트랜지스터[예를 들어, 리셋 트랜지스터(RSTA0)]가 형성되고, 제2 플로팅 디퓨전 영역에 인접하도록 제2 리셋 트랜지스터[예를 들어, 리셋 트랜지스터(RSTB0)]가 형성된다. 리셋 트랜지스터(RSTA0) 및 리셋 트랜지스터(RSTB0)의 소스로 되는 확산 영역은, 하나의 영역에 형성된다.
또한, 화소 유닛(23)에서는, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)과 제2 광전 변환 소자 영역(APD1) 사이의 영역에, 증폭 트랜지스터 및 선택 트랜지스터가 형성된다. 보다 구체적으로는, 화소 유닛(23)에서는, 도 4에 있어서 제1 플로팅 디퓨전 영역의 좌측 영역에 증폭 트랜지스터(AMIA0) 및 선택 트랜지스터(TSELA0)가 형성된다. 그리고, 증폭 트랜지스터(AMIA0)의 게이트는, 제1층 배선에 의해 형성되는 배선을 사용하여, 제1 플로팅 디퓨전 영역과 접속된다. 증폭 트랜지스터(AMIA0)의 소스와 선택 트랜지스터(TSELA0)의 드레인은 하나의 영역에 형성된다. 선택 트랜지스터(TSELA0)의 소스를 구성하는 확산 영역에는, 제1 출력 배선(OUT_A0)이 접속된다. 또한, 화소 유닛(23)에서는, 도 4에 있어서 제2 플로팅 디퓨전 영역의 우측 영역에 증폭 트랜지스터(AMIB0) 및 선택 트랜지스터(TSELB0)가 형성된다. 그리고, 증폭 트랜지스터(AMIB0)의 게이트는, 제1층 배선에 의해 형성되는 배선을 사용하여, 제2 플로팅 디퓨전 영역과 접속된다. 증폭 트랜지스터(AMIB0)의 소스와 선택 트랜지스터(TSELB0)의 드레인은 하나의 영역에 형성된다. 선택 트랜지스터(TSELB0)의 소스를 구성하는 확산 영역에는, 제2 출력 배선(OUT_B0)이 접속된다.
<화소 유닛의 단면 구조에 관한 설명>
계속해서, 화소 유닛(23)의 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)의 단면 구조에 대해 설명한다. 도 5에 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)에 포함되는 포토 다이오드 부분의 단면도를 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 화소 유닛(23)에서는, N서브층(31)의 상층에 P웰층(32)이 형성되고, 당해 P웰층(32)의 표면에 포토 다이오드(PD0L, PD0R)가 형성된다. 그리고, N서브층(31) 및 P웰층(32)을 포함하는 기판층의 상층에는, 배선(33∼35)이 형성되는 배선층이 형성된다. 화소 유닛(23)에 있어서의 마이크로렌즈는, 배선층의 상층에 형성된다. 마이크로렌즈가 형성되는 마이크로렌즈층에서는, 컬러 필터(36)의 상층에 마이크로렌즈(37)가 형성된다. 그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 화소 유닛(23)에서는, 포토 다이오드쌍을 덮도록 마이크로렌즈(37)가 형성된다.
<카메라 시스템의 포커스에 관한 설명>
여기서, 카메라 시스템(1)에 있어서의 포커스에 대해 설명한다. 따라서, 도 6에 실시 형태 1에 따른 촬상 소자에 있어서의 위상차 오토 포커스의 원리를 설명하는 도면을 나타낸다. 도 6에서는, 센서 표면에 형성되는 평가면[예를 들어, 상면(image plane)]과 포커스 렌즈로부터 입사된 광의 상의 초점이 맞춰지는 초점면의 위치 관계를 나타냈다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 포커스가 일치하고 있는 경우, 포커스 렌즈로부터 입사된 광의 상의 초점이 맞춰지는 초점면은 상면과 일치한다(도 6의 상부 도면). 한편, 포커스가 어긋나 있는 경우, 포커스 렌즈로부터 입사된 광의 상의 초점이 맞춰지는 초점면은 상면과는 다른 위치에 형성된다(도 6의 하부 도면). 이 초점면과 상면의 어긋남량이 디포커스량으로 된다.
여기서, 포커스 어긋남이 발생하고 있는 경우에 상면에서 형성되는 상에 대해 설명한다. 따라서, 도 7에, 포커스 어긋남이 발생하고 있는 경우의 광전 변환 소자의 출력을 설명하는 그래프를 나타낸다. 도 7에서는, 횡축에 광전 변환 소자의 렌즈 중심축으로부터의 거리를 나타내는 상 높이를 나타내고, 종축에 광전 변환 소자의 출력의 크기를 나타냈다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 포커스가 어긋나 있는 경우, 좌광전 변환 소자로부터 출력되는 신호와, 우광전 변환 소자로부터 출력되는 신호가 상 높이 방향으로 어긋난다. 이 상 어긋남량은 디포커스량에 비례하는 크기이다. 따라서, 실시 형태 1에 따른 카메라 시스템(1)에서는, 상 어긋남량에 기초하여 디포커스량을 산출하여 포커스 렌즈(14)의 위치를 결정한다.
실시 형태 1에 따른 카메라 시스템(1)의 오토 포커스 처리에서는, 센서(15)의 화소 어레이(22)에 배치되는 전체 화소 유닛으로부터 출력되는 출력 신호가 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자에서 일치하도록 포커스 렌즈(14)의 위치를 제어한다. 또한, 실시 형태 1에 따른 카메라 시스템(1)에서는, 포커스 렌즈(14)의 위치의 제어를, 시스템 제어 MCU(19)가 센서(15)로부터 출력되는 해상도 정보에 기초하여 행한다.
<오토 포커스 제어에 관한 설명>
계속해서, 실시 형태 1에 따른 센서(15)의 오토 포커스 처리 시의 동작에 대해 설명한다. 따라서, 도 8에 실시 형태 1에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트를 나타낸다. 또한, 도 8의 설명에 있어서는, 각 배선을 통해 전달되는 신호에 각 배선에 부여한 부호를 사용하여 설명을 행한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 센서(15)에서는, 타이밍 t1에 있어서 선택 신호(SEL)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 전환한다. 이에 의해, 선택 트랜지스터(TSELA0, TSELB0, TSELA1, TSELB1)가 도통된 상태로 된다. 이어서, 타이밍 t2에 있어서, 리셋 신호(RST)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 올린다. 이에 의해, 각 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 그리고, 리셋 신호를 다시 로우 레벨로 전환한 후에, 타이밍 t3에서 제1 판독 타이밍 신호(TG1)를 올린다. 이에 의해, 제1 출력 배선(OUT_A0)에 포토 다이오드(PD0L)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력되고, 제2 출력 배선(OUT_B0)에 포토 다이오드(PD0R)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력된다. 또한, 제1 출력 배선(OUT_A1)에 포토 다이오드(PD2L)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력되고, 제2 출력 배선(OUT_B1)에 포토 다이오드(PD2R)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력된다.
이어서, 타이밍 t4에 있어서, 리셋 신호(RST)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 올린다. 이에 의해, 각 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 그리고, 리셋 신호를 다시 로우 레벨로 전환한 후에, 타이밍 t5에서 제2 판독 타이밍 신호(TG2)를 올린다. 이에 의해, 제1 출력 배선(OUT_A0)에 포토 다이오드(PD1L)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력되고, 제2 출력 배선(OUT_B0)에 포토 다이오드(PD1R)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력된다. 또한, 제1 출력 배선(OUT_A1)에 포토 다이오드(PD3L)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력되고, 제2 출력 배선(OUT_B1)에 포토 다이오드(PD3R)로부터 출력되는 전하에 기초한 출력 신호가 출력된다. 그리고, 타이밍 t6에 있어서, 선택 신호(SEL)를 하이 레벨로부터 로우 레벨로 전환한다.
상술한 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 센서(15)에서는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치되는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터의 출력이 1개의 판독 타이밍 신호를 활성화함으로써 행해진다. 즉, 실시 형태 1에 따른 센서(15)에서는, 1개의 마이크로렌즈에 대응하여 배치되는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터의 출력이 하나의 타이밍에 행해진다. 이에 의해, 실시 형태 1에 따른 센서(15)에서는, 오토 포커스 제어의 정밀도를 높일 수 있다. 이하에서는, 오토 포커스 제어의 정밀도가 높음을 비교예를 사용하여 설명한다.
<비교예를 사용한 오토 포커스 제어의 차이에 관한 설명>
비교예에 따른 화소 유닛에 대해 우선 설명을 행한다. 도 9에 비교예에 따른 화소 유닛의 회로도를 나타낸다. 도 9에서는, 도 3에서 나타낸 회로도와 마찬가지로 2개의 화소 유닛을 나타냈다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)과 마찬가지로 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 2개의 광전 변환 소자를 포함하는 광전 변환 소자쌍이 배치되고, 이 광전 변환 소자쌍이 2세트 배치된다. 그리고, 1개의 화소 유닛에 형성되는 4개의 포토 다이오드로부터의 전하는 1개의 증폭 트랜지스터를 통해 출력 배선에 출력된다. 또한, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 1개의 화소 유닛에 대해 4개의 판독 타이밍 신호[예를 들어, 판독 타이밍 신호 배선(TG11∼TG14)]가 설정된다. 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 판독 타이밍 신호 배선(TG11∼TG14)에 의해, 4개의 포토 다이오드에 축적된 전하를 순차적으로 판독한다.
계속해서, 비교예에 따른 화소 유닛의 레이아웃에 대해 설명한다. 따라서, 도 10에 비교예에 따른 촬상 소자의 화소 유닛의 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 화소 유닛은, 리셋 트랜지스터가 리셋 트랜지스터(RSTA0)만으로 되어 있다. 또한, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 화소 유닛 내의 포토 다이오드로부터 출력되는 전하에 의해 발생하는 전압을 증폭 트랜지스터(AMIA0)를 통해 출력 배선(OUT_A0)으로부터 취출한다. 그로 인해, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 도 4에서 나타낸 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)에 있어서의 증폭 트랜지스터(AMIB0) 및 선택 트랜지스터(TSELB0)가 배치되어 있지 않다.
계속해서, 비교예에 따른 화소 유닛의 동작에 대해 설명한다. 따라서, 도 11에 비교예에 따른 촬상 소자의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트를 나타낸다. 또한, 도 8의 설명에 있어서는, 각 배선을 통해 전달되는 신호에 각 배선에 부여한 부호를 사용하여 설명을 행한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 비교예에 따른 화소 유닛은, 타이밍 t10에 있어서, 선택 신호(SEL)를 하이 레벨로 함으로써, 판독 대상의 행에 속하는 선택 트랜지스터를 도통한 상태로 전환한다. 이어서, 타이밍 t11에서 리셋 신호(RST)를 하이 레벨로 전환함으로써 플로팅 디퓨전을 리셋한다. 이어서, 리셋 신호(RST)를 로우 레벨로 전환한 후에, 타이밍 t12에서 판독 타이밍 신호(TG11)를 하이 레벨로 함으로써, 출력 배선(OUT_A0)에는 포토 다이오드(PD0L)로부터 출력되는 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호가 출력되고, 또한 출력 배선(OUT_A1)에는 포토 다이오드(PD2L)로부터 출력되는 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호가 출력된다.
그 후, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 리셋 신호(RST)와 판독 타이밍 신호(TG12∼TG14)를 전환하여, 포토 다이오드(PD0R), 포토 다이오드(PD1L), 포토 다이오드(PD1R)로부터의 출력을 출력 배선(OUT_A0)을 통해 판독한다. 또한, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 리셋 신호(RST)와 판독 타이밍 신호(TG12∼TG14)를 전환하여, 포토 다이오드(PD2R), 포토 다이오드(PD3L), 포토 다이오드(PD3R)로부터의 출력을 출력 배선(OUT_A1)을 통해 판독한다.
이와 같이, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 2개의 포토 다이오드가 축적한 전하가 다른 타이밍에 판독된다. 따라서, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛과 비교예에 따른 화소 유닛에 있어서의 화소의 판독 타이밍의 설명을 한다. 도 12에, 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면을 나타낸다. 또한, 도 12에서는, 적색의 컬러 필터에 대응하는 포토 다이오드와 녹색의 컬러 필터에 대응하는 포토 다이오드가 배열되는 행으로부터 출력 신호를 얻는 예이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛에서는, 1회의 판독 동작으로, 판독 대상의 행에 속하는 포토 다이오드로부터 출력 신호를 얻을 수 있다. 한편, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 판독 대상의 행에 속하는 모든 포토 다이오드로부터 출력 신호를 얻기 위해서는, 2회의 판독 동작이 필요해진다.
여기서, 포토 다이오드에는, 수광에 의해 축적한 전하가 시간과 함께 감소하는 특징이 있다. 그로 인해, 판독 타이밍의 차이에 의해, 당초는 동일한 전하량인 포토 다이오드로부터 판독할 수 있는 출력에 차가 발생한다. 따라서, 도 13에 화소 정보의 판독 타이밍의 차이에 의한 포토 다이오드 출력의 차를 실시 형태 1에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자로 비교한 도면을 나타낸다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)에서는, 하나의 타이밍에 포토 다이오드에 축적한 전하를 판독한다. 그로 인해, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛에서는, 축적한 당초의 전하량이 동일하면, 동일한 전하량에 기초한 출력을 얻을 수 있다. 한편, 비교예에 따른 화소 유닛(23)에서는, 다른 타이밍에 포토 다이오드에 축적한 전하를 판독한다. 그로 인해, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 축적한 당초의 전하량이 동일하여도, 좌광전 변환 소자로부터 판독되는 전하와 우광전 변환 소자로부터 판독되는 전하에 차 ΔE가 발생한다. 이에 의해, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 축적한 당초의 전하량이 동일하여도, 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터 동일한 전하량에 기초하는 출력을 얻을 수 없다.
상기 설명으로부터, 비교예에 따른 화소 유닛을 포함하는 센서를 사용하여 오토 포커스 처리를 행한 경우, 포커스 일치점에서 취득한 화상에 있어서도 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터 얻어지는 출력에 차가 발생한다. 그로 인해, 비교예에 따른 화소 유닛을 포함하는 센서를 사용한 경우, 포커스가 일치하고 있다고 판정되는 포커스 렌즈의 위치가 본래의 포커스 일치점으로부터 어긋나는 문제가 있다.
그러나, 실시 형태 1에 따른 센서(15)에서는, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터 하나의 타이밍에 출력 신호를 얻으므로, 포커스 일치점에서 얻어지는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터 취득되는 출력 신호에 차가 발생하지 않는다. 이에 의해, 실시 형태 1에 따른 센서(15)를 사용한 카메라 시스템(1)은, 포커스 렌즈의 위치를 포커스 일치점에 정확하게 설정할 수 있다. 즉, 실시 형태 1에 따른 센서(15)를 사용한 카메라 시스템(1)은, 정밀도가 높은 오토 포커스 처리가 가능해진다.
또한, 실시 형태 1에 따른 센서(15)에서는, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자로부터 하나의 타이밍에 출력 신호를 얻으므로, 오토 포커스 처리에 있어서의 화상 취득에 걸리는 시간을 비교예에 따른 화소 유닛을 구비하는 센서보다도 고속화할 수 있다.
실시 형태 2
실시 형태 2에서는, 실시 형태 1에 따른 센서(15)의 다른 형태로 되는 센서(15a)에 대해 설명한다. 따라서, 도 14에 실시 형태 2에 따른 센서(15a)의 플로어 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 또한, 도 14에서는, 센서(15a)의 플로어 레이아웃 중 로우 컨트롤러(40), 칼럼 컨트롤러(41), 화소 어레이(42)의 플로어 레이아웃만을 나타냈다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 센서(15a)는, 로우 컨트롤러(40), 칼럼 컨트롤러(41), 화소 어레이(42)를 갖는다. 로우 컨트롤러(40)는, 실질적으로 로우 컨트롤러(20)와 동일한 것이지만, 판독 타이밍 신호로서 제1 판독 타이밍 신호 내지 제4 판독 타이밍 신호를 출력하는 점에서 로우 컨트롤러(20)와는 다르다. 칼럼 컨트롤러(41)는, 실질적으로 칼럼 컨트롤러(21)와 동일한 것이지만, 동일한 열에 배치되는 화소 유닛으로부터 취득하는 출력 신호의 수가 1개인 점에서 칼럼 컨트롤러(21)와 다르다.
화소 어레이(42)에는, 화소 유닛(43)이 격자 형상으로 배치된다. 도 14에 나타내는 예에 있어서도, 각 화소 유닛(43)은, 열 방향으로 1개 이상의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 포토 다이오드군을 포함한다. 보다 구체적으로는, 각 화소 유닛(43)은, 2개의 포토 다이오드에 의해 구성된다. 또한, 도 14에 나타낸 포토 다이오드는, 각각 1개의 마이크로렌즈의 하부에 2개의 포토 다이오드(예를 들어, 좌광전 변환 소자와 우광전 변환 소자)를 포함한다. 화소 유닛(43)에서는, 열 방향(도면 횡방향)으로 인접하는 화소 유닛간에서 증폭 트랜지스터 및 출력 배선을 공유한다. 보다 구체적으로는, 좌측 화소 유닛의 우광전 변환 소자가 접속되는 증폭 트랜지스터를, 우측 화소 유닛의 좌광전 변환 소자의 출력에도 사용한다. 따라서, 이하에서 각 화소 유닛의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
도 15에 실시 형태 2에 따른 센서(15a)의 화소 유닛의 회로도를 나타낸다. 도 15에서는, 2.5개분의 화소 유닛(43)을 나타냈다. 도 15에 나타내는 화소 유닛의 설명에서는, 홀수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 있어서 도면 상측에 배치되는 포토 다이오드를 제1 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0L)], 제2 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD0R)]로 하고, 도면 하측에 배치되는 포토 다이오드를 제3 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1L)], 제4 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD1R)]로 한다. 또한, 포토 다이오드(PD0L)에는 제1 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX0L)]가 배치되고, 포토 다이오드(PD0R)에는 제2 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX0R)]가 형성되고, 포토 다이오드(PD1L)에는 제3 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1L)]가 형성되고, 포토 다이오드(PD1R)에는 제4 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1R)]가 배치된다.
한편, 짝수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 있어서 도면 상측에 배치되는 포토 다이오드를 제5 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD2L)], 제6 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD2R)]로 하고, 도면 하측에 배치되는 포토 다이오드를 제7 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD3L)], 제8 광전 변환 소자[예를 들어, 포토 다이오드(PD3R)]로 한다. 또한, 포토 다이오드(PD2L)에는 제5 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX2L)]가 배치되고, 포토 다이오드(PD2R)에는 제6 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX2R)]가 형성되고, 포토 다이오드(PD3L)에는 제7 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX3L)]가 배치되고, 포토 다이오드(PD3R)에는 제8 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX3R)]가 배치된다.
또한, 도 15에 나타내는 바와 같이 센서(15a)에서는, 홀수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 포함되는 전송 트랜지스터(TX0L, TX0R)의 게이트에 제1 판독 타이밍 신호 배선(TG1)이 접속된다. 홀수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 포함되는 전송 트랜지스터(TX1L, TX1R)의 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속된다. 짝수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 포함되는 전송 트랜지스터(TX2L, TX2R)의 게이트에 제3 판독 타이밍 신호 배선(TG3)이 접속된다. 짝수열에 배치되는 화소 유닛(43)에 포함되는 전송 트랜지스터(TX3L, TX3R)의 게이트에 제4 판독 타이밍 신호 배선(TG4)이 접속된다. 또한, 각 판독 타이밍 신호 배선을 통해 전달되는 판독 타이밍 신호는, 서로 다른 타이밍에 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨)로 된다.
그리고, 도 15에 나타내는 바와 같이, 센서(15a)에서는, 2열째 이후에 배치되는 화소 유닛(43)의 좌광전 변환 소자에 대응하는 포토 다이오드[예를 들어, 포토 다이오드(PD2L)]의 출력은, 당해 화소 유닛의 좌측에 배치되는 화소 유닛의 제2 증폭 트랜지스터[예를 들어, 증폭 트랜지스터(AMI1)]와, 인접하는 화소 유닛의 제2 출력 배선[예를 들어, 출력 배선(OUT1)]을 통해 출력된다. 즉, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)는, 좌측에 위치하는 화소 유닛의 제2 증폭 트랜지스터 및 제2 출력 배선을 자(自)화소 유닛의 제1 증폭 트랜지스터 및 제1 출력 배선으로서 이용한다.
계속해서, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)의 레이아웃에 대해 설명한다. 따라서, 도 16에 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)의 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 화소 유닛(43)에서는, 인접하는 화소간에 걸치도록 플로팅 디퓨전 영역에 상당하는 전송 트랜지스터의 드레인이 형성된다. 즉, 좌측 화소 유닛의 우광전 변환 소자에 대응하는 전송 트랜지스터의 드레인과, 우측 화소 유닛의 좌광전 변환 소자에 대응하는 전송 트랜지스터의 드레인이 하나의 영역에 형성된다. 또한, 화소 유닛(43)에서는, 선택 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터가 플로팅 디퓨전 영역이 형성되는 화소 영역의 사이 이외의 부분에 형성된다.
보다 구체적으로는, 홀수열에 배치되는 화소 유닛(43)은, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0), 제2 광전 변환 소자 영역(APD1), 제1 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX0L)], 제2 전송 트랜지스터(예를 들어, TX0R), 제3 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1L)], 제4 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX1R)], 제1 플로팅 디퓨전 영역, 제2 플로팅 디퓨전 영역을 갖는다. 여기서, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)은, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제1 좌광전 변환 소자와 제1 우광전 변환 소자가 형성된다. 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)은, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제2 좌광전 변환 소자와 제2 우광전 변환 소자가 형성된다. 전송 트랜지스터(TX0L)는, 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)에 면하는 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)의 변에 형성되고, 게이트에 제1 타이밍 배선 신호(TG1)가 접속되고, 제1 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX0R)는, 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)에 면하는 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)의 변에 형성되고, 게이트에 제1 판독 타이밍 신호 배선(TG1)이 접속되고, 제1 우광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX1L)는, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)에 면하는 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)의 변에 형성되고, 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속되고, 제2 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX1R)는, 제1 광전 변환 소자 영역(APD0)에 면하는 제2 광전 변환 소자 영역(APD1)의 변에 형성되고, 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선(TG2)이 접속되고, 제2 우광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 제1 플로팅 디퓨전 영역은, 전송 트랜지스터(TX0L)와 전송 트랜지스터(TX1L)를 접속하는 영역에 형성된다. 제2 플로팅 디퓨전 영역은, 전송 트랜지스터(TX0R)와 전송 트랜지스터(TX1R)를 접속하는 영역에 형성된다.
또한, 짝수열에 배치되는 화소 유닛(43)은, 제3 광전 변환 소자 영역(APD0), 제4 광전 변환 소자 영역(APD1), 제5 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX2L)], 제6 전송 트랜지스터(예를 들어, TX2R), 제7 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX3L)], 제8 전송 트랜지스터[예를 들어, 전송 트랜지스터(TX3R)]를 갖는다. 여기서, 제3 광전 변환 소자 영역(APD2)은, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제3 좌광전 변환 소자와 제3 우광전 변환 소자가 형성된다. 제4 광전 변환 소자 영역(APD3)은, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제4 좌광전 변환 소자와 제4 우광전 변환 소자가 형성된다. 전송 트랜지스터(TX2L)는, 제4 광전 변환 소자 영역(APD3)에 면하는 제3 광전 변환 소자 영역(APD2)의 변에 형성되고, 게이트에 제3 타이밍 배선 신호(TG3)가 접속되고, 제3 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX2R)는, 제4 광전 변환 소자 영역(APD3)에 면하는 제3 광전 변환 소자 영역(APD2)의 변에 형성되고, 게이트에 제3 판독 타이밍 신호 배선(TG3)이 접속되고, 제3 우광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX3L)는, 제3 광전 변환 소자 영역(APD2)에 면하는 제4 광전 변환 소자 영역(APD3)의 변에 형성되고, 게이트에 제4 판독 타이밍 신호 배선(TG4)이 접속되고, 제4 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 전송 트랜지스터(TX3R)는, 제3 광전 변환 소자 영역(APD2)에 면하는 제4 광전 변환 소자 영역(APD3)의 변에 형성되고, 게이트에 제4 판독 타이밍 신호 배선(TG4)이 접속되고, 제4 우광전 변환 소자에 대응하여 배치된다. 그리고, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(43)에서는, 제2 플로팅 디퓨전 영역이 전송 트랜지스터(TX0R, TX1R, TX2L, TX3L)의 드레인에 상당하는 하나의 영역으로서 형성된다.
계속해서, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)의 동작에 대해 설명한다. 따라서, 도 17에 실시 형태 2에 따른 센서(15a)의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트를 나타낸다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)에 있어서도, 선택 신호(SEL)가 하이 레벨의 기간에 판독 대상의 포토 다이오드로부터의 출력이 행해진다(타이밍 t20∼t29). 또한, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)에 있어서도, 판독하는 포토 다이오드를 전환할 때마다 리셋 신호(RST)를 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨)로 한다(타이밍 t21, t23, t25, t27). 그리고, 리셋 신호(RST)를 디스에이블 상태(예를 들어, 로우 레벨)로 한 후에, 판독 대상의 포토 다이오드에 대응하는 판독 타이밍 신호를 인에이블 상태로 함(타이밍 t22, t24, t26, t28)으로써 각 포토 다이오드로부터 출력 신호를 출력한다. 또한, 판독 타이밍 신호(TG1∼TG4)를 변경함으로써 판독하는 포토 다이오드의 순서를 변경할 수 있다.
여기서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)에 있어서도, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 다이오드쌍으로부터의 출력은, 1개의 타이밍에 동시에 행해진다. 따라서, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛과 비교예에 따른 화소 유닛(예를 들어, 도 9에 나타낸 화소 유닛)에 있어서의 화소의 판독 타이밍의 설명을 한다. 도 18에, 화소 정보의 판독 타이밍에 관해 실시 형태 2에 따른 촬상 소자와 비교예에 따른 촬상 소자의 차이를 설명하는 도면을 나타낸다. 또한, 도 18에서는, 적색의 컬러 필터에 대응하는 포토 다이오드와 녹색의 컬러 필터에 대응하는 포토 다이오드가 배열되는 행으로부터 출력 신호를 얻는 예이다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)에서는, 1회의 판독 동작으로, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 포토 다이오드쌍으로부터 출력 신호를 얻을 수 있다. 또한, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)에서는, 2회의 판독 동작으로 동일한 행에 속하는 전체 포토 다이오드로부터의 출력 신호를 얻는다. 한편, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 1회째의 판독 동작으로 판독 대상의 행에 속하는 포토 다이오드 중 좌광전 변환 소자에 대응하는 포토 다이오드로부터 출력 신호를 얻고, 2회째의 판독 동작으로 판독 대상의 행에 속하는 포토 다이오드 중 우광전 변환 소자에 대응하는 포토 다이오드로부터 출력 신호를 얻는다. 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)과, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 판독 대상의 행에 속하는 전체 광전 변환 소자로부터 출력 신호를 얻기 위해서는 2회의 판독 동작이 필요한 점에서 동일하다. 그러나, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)과, 비교예에 따른 화소 유닛에서는, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 포토 다이오드쌍으로부터 동시에 출력 신호를 얻는지, 다른 타이밍에 출력 신호를 얻는지의 점에서 다르다.
상기 설명으로부터, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)을 사용한 센서(15a)에서는, 실시 형태 1에 따른 센서(15)와 마찬가지로, 1개의 마이크로렌즈의 하부에 형성되는 포토 다이오드쌍으로부터 동시에 출력 신호를 얻을 수 있다. 여기서, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)을 사용한 센서(15a)에서는, 인접하는 화소 유닛간에서 증폭 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 출력 배선을 공유하는 구성을 갖는다. 그로 인해, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)는, 실시 형태 1에 따른 센서(15)보다도 트랜지스터수를 삭감할 수 있다. 보다 구체적으로는, 1개의 포토 다이오드쌍에 대한 그 밖의 트랜지스터의 수를 검토하면, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)은 2.5트랜지스터인 것에 반해, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)에서는 1.5트랜지스터이다.
실시 형태 3
실시 형태 3에서는, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)의 다른 형태에 대해 설명한다. 따라서, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)의 회로도를 도 19에 나타낸다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)은, 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)으로부터 선택 트랜지스터(TSELA0, TSELB0, TSELA1, TSELB1)를 삭제하고, 증폭 트랜지스터의 소스를 출력 배선에 직접 접속한 것이다. 또한, 도 19에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)에서는, 리셋 트랜지스터(RSTA0, RSTB0, RSTA1, RSTB1)의 드레인에 드레인 리셋 배선(RST_DRAIN)이 접속된다. 이 드레인 리셋 배선(RST_DRAIN)에는, 화소 유닛(53)을 활성화시키는 기간에 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨)로 되는 드레인 리셋 신호가 전달된다.
계속해서, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)의 레이아웃에 대해 설명한다. 따라서, 도 20에 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)의 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 도 20에 나타내는 레이아웃도는, 도 4에 나타낸 실시 형태 1에 따른 화소 유닛(23)으로부터 선택 트랜지스터(TSELA0, TSELB0)를 삭제한 것이다. 또한, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)은, 증폭 트랜지스터(AMIA0)의 소스에 대응하는 확산 영역에 직접 출력 배선(OUT_A0)이 접속되고, 증폭 트랜지스터(AMIB0)의 소스에 대응하는 확산 영역에 직접 출력 배선(OUT_B0)이 접속된다. 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)에서는, 리셋 트랜지스터(RST)의 소스측의 확산 영역에 드레인 리셋 배선(RST_DRAIN)이 접속된다.
계속해서, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)의 동작에 대해 설명한다. 따라서, 도 21에 실시 형태 3에 따른 센서의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트를 나타낸다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 센서에서는, 자화소 유닛이 속하는 행이 활성화되는 행 선택 기간 이외의 기간은, 드레인 리셋 신호(RST_DRAIN)를 디스에이블 상태(예를 들어, 로우 레벨, 혹은, 접지 전압 레벨)로 하고, 리셋 신호(RST)를 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 한다. 이에 의해, 화소 유닛(53)의 증폭 트랜지스터의 게이트에 로우 레벨의 전압이 인가되므로, 증폭 트랜지스터가 차단 상태로 된다.
한편, 실시 형태 3에 따른 센서에서는, 자화소 유닛이 속하는 행이 활성화되는 행 선택 기간은, 드레인 리셋 신호(RST_DRAIN)를 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 하고, 리셋 신호(RST)를 리셋 타이밍(예를 들어, 타이밍 t33, t35)에 따라 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 한다. 이에 의해, 실시 형태 3에 따른 센서에서는, 리셋 신호(RST)에 따라 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 또한, 실시 형태 3에 따른 센서에서는, 제1 판독 타이밍 신호(TG1) 및 제2 판독 타이밍 신호(TG2)를 인에이블 상태로 한 것에 따라(타이밍 t34, t36), 출력 배선에 포토 다이오드로부터의 출력 신호가 출력된다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 3에 따른 센서는, 실시 형태 1에 따른 센서(15)와 마찬가지로, 포토 다이오드쌍을 구성하는 2개의 포토 다이오드의 출력 신호는 각각 동일한 타이밍에 출력된다.
상기 설명으로부터, 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)을 갖는 센서에서는, 선택 트랜지스터를 삭제하면서, 실시 형태 1에 따른 센서(15)와 마찬가지로, 포토 다이오드쌍을 구성하는 2개의 포토 다이오드의 출력 신호를 각각 동일한 타이밍에 출력할 수 있다. 실시 형태 3에 따른 화소 유닛(53)을 갖는 센서에서는, 선택 트랜지스터를 삭제함으로써, 실시 형태 1에 따른 센서(15)보다도 트랜지스터수를 삭감할 수 있다.
실시 형태 4
실시 형태 4에서는, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)의 다른 형태에 대해 설명한다. 따라서, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)의 회로도를 도 22에 나타낸다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)은, 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)으로부터 선택 트랜지스터(TSEL0, TSEL1, TSEL2)를 삭제하고, 증폭 트랜지스터의 소스를 출력 배선에 직접 접속한 것이다. 또한, 도 22에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)에서는, 리셋 트랜지스터(RST0, RST1, RST2)의 드레인에 드레인 리셋 배선(RST_DRAIN)이 접속된다. 이 드레인 리셋 배선(RST_DRAIN)에는, 화소 유닛(63)을 활성화시키는 기간에 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨)로 되는 드레인 리셋 신호가 전달된다.
계속해서, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)의 레이아웃에 대해 설명한다. 따라서, 도 23에 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)의 레이아웃의 개략도를 나타낸다. 도 23에 나타내는 레이아웃도는, 도 16에 나타낸 실시 형태 2에 따른 화소 유닛(43)으로부터 선택 트랜지스터(TSEL0, TSEL1, TSEL2)를 삭제한 것이다. 또한, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)은, 증폭 트랜지스터(AMI0, AMI1, AMI2)의 소스에 대응하는 확산 영역에 직접 출력 배선이 접속된다.
계속해서, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)의 동작에 대해 설명한다. 따라서, 도 24에 실시 형태 4에 따른 센서의 오토 포커스 제어 시의 동작을 나타내는 타이밍 차트를 나타낸다.
도 24에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 센서에서는, 자화소 유닛이 속하는 행이 활성화되는 행 선택 기간 이외의 기간은, 드레인 리셋 신호(RST_DRAIN)를 디스에이블 상태(예를 들어, 로우 레벨, 혹은, 접지 전압 레벨)로 하고, 리셋 신호(RST)를 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 한다. 이에 의해, 화소 유닛(63)의 증폭 트랜지스터의 게이트에 로우 레벨의 전압이 인가되므로, 증폭 트랜지스터가 차단 상태로 된다.
한편, 실시 형태 4에 따른 센서에서는, 자화소 유닛이 속하는 행이 활성화되는 행 선택 기간은, 드레인 리셋 신호(RST_DRAIN)를 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 하고, 리셋 신호(RST)를 리셋 타이밍(예를 들어, 타이밍 t42, t44, t46, t48)에 따라 인에이블 상태(예를 들어, 하이 레벨, 혹은, 전원 전압 레벨)로 한다. 이에 의해, 실시 형태 4에 따른 센서에서는, 리셋 신호(RST)에 따라 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 또한, 실시 형태 4에 따른 센서에서는, 제1 판독 타이밍 신호(TG1)∼제4 판독 타이밍 신호(TG4)를 인에이블 상태로 한 것에 따라(타이밍 t43, t45, t47, t49), 출력 배선에 포토 다이오드로부터의 출력 신호가 출력된다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 4에 따른 센서는, 실시 형태 2에 따른 센서(15)와 마찬가지로, 포토 다이오드쌍을 구성하는 2개의 포토 다이오드의 출력 신호는 각각 동일한 타이밍에 출력된다.
상기 설명으로부터, 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)을 갖는 센서에서는, 선택 트랜지스터를 삭제하면서, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)와 마찬가지로, 포토 다이오드쌍을 구성하는 2개의 포토 다이오드의 출력 신호를 각각 동일한 타이밍에 출력할 수 있다. 실시 형태 4에 따른 화소 유닛(63)을 갖는 센서에서는, 선택 트랜지스터를 삭제함으로써, 실시 형태 2에 따른 센서(15a)보다도 트랜지스터수를 삭감할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이미 설명한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.
1 : 카메라 시스템
11 : 줌 렌즈
12 : 조리개 기구
13 : 고정 렌즈
14 : 포커스 렌즈
15 : 센서
16 : 줌 렌즈 액추에이터
17 : 포커스 렌즈 액추에이터
18 : 신호 처리 회로
19 : 시스템 제어 MCU
20 : 로우 컨트롤러
21 : 칼럼 컨트롤러
22, 42 : 화소 어레이
23, 43, 53, 63 : 화소 유닛
31 : N서브층
32 : P웰층
33 : 배선
34 : 배선
35 : 배선
36 : 컬러 필터
37 : 마이크로렌즈
40 : 로우 컨트롤러
41 : 칼럼 컨트롤러
11 : 줌 렌즈
12 : 조리개 기구
13 : 고정 렌즈
14 : 포커스 렌즈
15 : 센서
16 : 줌 렌즈 액추에이터
17 : 포커스 렌즈 액추에이터
18 : 신호 처리 회로
19 : 시스템 제어 MCU
20 : 로우 컨트롤러
21 : 칼럼 컨트롤러
22, 42 : 화소 어레이
23, 43, 53, 63 : 화소 유닛
31 : N서브층
32 : P웰층
33 : 배선
34 : 배선
35 : 배선
36 : 컬러 필터
37 : 마이크로렌즈
40 : 로우 컨트롤러
41 : 칼럼 컨트롤러
Claims (11)
- 제1 광전 변환 소자와,
상기 제1 광전 변환 소자에 인접하고, 상기 제1 광전 변환 소자와 공통으로 배치되는 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광을 수광하는 제2 광전 변환 소자와,
상기 제1 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하는 제1 전송 트랜지스터와,
상기 제2 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하는 제2 전송 트랜지스터와,
상기 제1 전송 트랜지스터와 상기 제2 전송 트랜지스터에 공통되는 제1 판독 타이밍 신호를 공급하는 제1 판독 타이밍 신호 배선과,
상기 제1 전송 트랜지스터를 통해 판독된 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호를 출력하는 제1 출력 배선과,
상기 제2 전송 트랜지스터를 통해 판독된 전하에 기초하여 생성되는 출력 신호를 출력하는 제2 출력 배선을 갖는 촬상 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전송 트랜지스터를 통해 출력되는 전하에 의해 발생하는 제1 전압을 증폭하여 상기 제1 출력 배선에 출력하는 제1 증폭 트랜지스터와,
상기 제2 전송 트랜지스터를 통해 출력되는 전하에 의해 발생하는 제2 전압을 증폭하여 상기 제2 출력 배선에 출력하는 제2 증폭 트랜지스터를 갖는 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
제3 광전 변환 소자와,
상기 제3 광전 변환 소자에 인접하고, 상기 제3 광전 변환 소자와 공통으로 배치되는 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광을 수광하는 제4 광전 변환 소자와,
상기 제3 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하고, 상기 제1 증폭 트랜지스터에 판독한 전하에 의해 발생하는 제3 전압을 출력하는 제3 전송 트랜지스터와,
상기 제4 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하고, 상기 제2 증폭 트랜지스터에 판독한 전하에 의해 발생하는 제4 전압을 출력하는 제4 전송 트랜지스터와,
상기 제3 전송 트랜지스터와 상기 제4 전송 트랜지스터에 공통되고, 또한 상기 제1 판독 타이밍 신호와는 다른 타이밍에 인에이블 상태로 되는 제2 판독 타이밍 신호를 공급하는 제2 판독 타이밍 신호 배선을 갖는 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
제5 광전 변환 소자와,
상기 제5 광전 변환 소자에 인접하고, 상기 제5 광전 변환 소자와 공통으로 배치되는 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광을 수광하는 제6 광전 변환 소자와,
상기 제5 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하고, 상기 제2 증폭 트랜지스터에 판독한 전하에 의해 발생하는 제5 전압을 출력하는 제5 전송 트랜지스터와,
상기 제6 광전 변환 소자로부터 전하를 판독하는 제6 전송 트랜지스터와,
상기 제5 전송 트랜지스터와 상기 제6 전송 트랜지스터에 공통되고, 또한 상기 제1 판독 타이밍 신호와는 다른 타이밍에 인에이블 상태로 되는 제3 판독 타이밍 신호를 공급하는 제3 판독 타이밍 신호 배선을 갖고,
상기 제5 전송 트랜지스터를 통해 출력되는 전하에 의해 발생하는 제5 전압을 상기 제2 증폭 트랜지스터에 의해 증폭하여 상기 제2 출력 배선에 출력하는 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1 증폭 트랜지스터와 상기 제1 출력 배선 사이에 배치되는 제1 선택 트랜지스터와,
상기 제2 증폭 트랜지스터와 상기 제2 출력 배선 사이에 배치되는 제2 선택 트랜지스터와,
상기 제1 선택 트랜지스터 및 상기 제2 선택 트랜지스터에 공통되는 선택 신호를 공급하는 선택 신호 배선을 갖는 촬상 소자. - 제2항에 있어서,
드레인이 상기 제1 증폭 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고, 소스에 리셋 전압이 인가되는 제1 리셋 트랜지스터와,
드레인이 상기 제2 증폭 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고, 소스에 상기 리셋 전압이 인가되는 제2 리셋 트랜지스터와,
상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 제2 리셋 트랜지스터에 공통되는 리셋 신호를 공급하는 리셋 신호 배선을 갖는 촬상 소자. - 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제1 좌광전 변환 소자와 제1 우광전 변환 소자가 형성되는 제1 광전 변환 소자 영역과,
하나의 마이크로렌즈의 하부에 제2 좌광전 변환 소자와 제2 우광전 변환 소자가 형성되는 제2 광전 변환 소자 영역과,
상기 제2 광전 변환 소자 영역에 면하는(facing) 상기 제1 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 게이트에 제1 판독 타이밍 신호 배선이 접속되고, 상기 제1 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제1 전송 트랜지스터와,
상기 제2 광전 변환 소자 영역에 면하는 상기 제1 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 게이트에 상기 제1 판독 타이밍 신호 배선이 접속되고, 상기 제1 우광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제2 전송 트랜지스터와,
상기 제1 광전 변환 소자 영역에 면하는 상기 제2 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 게이트에 제2 판독 타이밍 신호 배선이 접속되고, 상기 제2 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제3 전송 트랜지스터와,
상기 제1 광전 변환 소자 영역에 면하는 상기 제2 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 게이트에 상기 제2 판독 타이밍 신호 배선이 접속되고, 상기 제2 우광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제4 전송 트랜지스터와,
상기 제1 전송 트랜지스터와 상기 제3 전송 트랜지스터를 접속하는 영역에 형성되는 제1 플로팅 디퓨전 영역과,
상기 제2 전송 트랜지스터와 상기 제4 전송 트랜지스터를 접속하는 영역에 형성되는 제2 플로팅 디퓨전 영역과,
상기 제1 플로팅 디퓨전 영역에 접속되는 배선이 게이트에 접속되는 제1 증폭 트랜지스터와,
상기 제2 플로팅 디퓨전 영역에 접속되는 배선이 게이트에 접속되는 제2 증폭 트랜지스터와,
상기 제1 플로팅 디퓨전 영역에 대응하여 배치되는 제1 리셋 트랜지스터와,
상기 제2 플로팅 디퓨전 영역에 대응하여 배치되는 제2 리셋 트랜지스터를 갖는 촬상 소자. - 제7항에 있어서,
상기 제1 증폭 트랜지스터 및 상기 제2 증폭 트랜지스터는, 상기 제1 광전 변환 소자 영역과 상기 제2 광전 변환 소자 영역 사이에 형성되는 촬상 소자. - 제7항에 있어서,
상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 제2 리셋 트랜지스터는, 상기 제1 광전 변환 소자 영역과 상기 제2 광전 변환 소자 영역 사이에 형성되고, 소스가 하나의 영역에 형성되는 촬상 소자. - 제7항에 있어서,
상기 제1 광전 변환 소자 영역과 인접하는 위치에 형성되고, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제3 좌광전 변환 소자와 제3 우광전 변환 소자가 형성되는 제3 광전 변환 소자 영역과,
상기 제2 광전 변환 소자 영역과 인접하는 위치에 형성되고, 하나의 마이크로렌즈의 하부에 제4 좌광전 변환 소자와 제4 우광전 변환 소자가 형성되는 제4 광전 변환 소자 영역과,
상기 제4 광전 변환 소자 영역에 면하는 상기 제3 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 상기 제3 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제5 전송 트랜지스터와,
상기 제3 광전 변환 소자 영역에 면하는 상기 제4 광전 변환 소자 영역의 변에 형성되고, 상기 제4 좌광전 변환 소자에 대응하여 배치되는 제6 전송 트랜지스터를 갖고,
상기 제2 플로팅 디퓨전은, 상기 제2 전송 트랜지스터, 상기 제4 전송 트랜지스터, 상기 제5 전송 트랜지스터 및 상기 제6 전송 트랜지스터를 접속하는 영역에 형성되는 촬상 소자. - 제7항에 있어서,
상기 제1 증폭 트랜지스터의 드레인측의 확산 영역은, 제1 선택 트랜지스터를 통해 제1 출력 배선에 접속되고,
상기 제2 증폭 트랜지스터의 드레인측의 확산 영역은, 제1 선택 트랜지스터를 통해 제2 출력 배선에 접속되는 촬상 소자.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X601 | Decision of rejection after re-examination | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2023101000747; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20230405 Effective date: 20231120 |