KR20230074617A - 고체 촬상 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
고체 촬상 장치에서 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 편차를 억제함과 함께, 정밀도가 높은 판독을 행한다. 제1의 광전변환부는, 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적한다. 제2의 광전변환부는, 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적한다. 전하전압 변환부는, 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적한다. 제1 및 제2의 전하 전송부는, 각각 제1 및 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 전하전압 변환부에 전송한다. 전하 리셋부는, 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋한다. 제1의 전하 배출부는, 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출한다.
Description
본 기술은, 고체 촬상 장치에 관한 것이다. 상세하게는 포화 레벨을 초과하는 고조도에서의 신호의 편차를 억제하는 고체 촬상 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
광전변환부에 입사광량에 응하여 축적한 전하를, MOS(Metal Oxide Semiconductor)트랜지스터를 이용하여 판독하는 일반적인 MOS형 이미지 센서에서는, 그 포화 레벨은 광전변환부에 축적 가능한 전하량에 의해 제한된다. 즉, 광전변환부의 포화 레벨을 초과하는 범위의 광량에 관해서는 올바르게 검출할 수가 없었다. 그래서, 종래에는, 광전변환부에서 축적한 전하를, 전송 게이트로부터 전하전압 변환부, 전하 리셋부, 드레인 전원으로 오버플로우시켜서, 그때의 전하전압 변환부의 전압을 신호 전압으로서 검출한다는 동작(이하, 대수(對數)판독이라고 칭한다.)이 이용되어 왔다. 여기서 검출된 전압은, 입사광량의 대수에 대응하는 신호가 되고, 이에 의해, 포화 레벨을 초과하는 광량에 대해서도 검출하는 것이 가능해진다.
이와 같은 대수판독을 통상의 축적에 의한 판독(이하, 선형(扇形)판독이라고 칭한다.)과 함께 행하는 경우, 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 차(差)가 화소마다 흐트러진다는 문제가 있다. 이것은, 광전변환부의 포화 레벨이나, 오버플로우를 발생하기 시작하는 레벨을 정하는 전송 게이트 및 전하 리셋부의 트랜지스터의 임계치가, 화소마다 흐트러지기 때문에 생긴다. 그래서, 종래는, 대수판독의 신호를 취득하기 전에, 광전변환부와 전하전압 변환부에 드레인 전원으로부터 포화 레벨까지 전하를 주입하고, 그 후, 전하 리셋부를 하이 레벨과 로우 레벨의 중간 레벨에서 리셋한다. 이에 의해, 전하 리셋부의 편차를 억제하고, 화소마다의 전하전압 변환부의 편차를 억제한다. 그리고, 이 상태에서 전송 게이트를 열어서 광전변환부의 신호(포화 레벨)를 전하전압 변환부에 전송하여, 수광을 시작함에 의해, 화소마다의 광전변환부와 전송 게이트의 편차를 억제한다. 노이즈를 판독할 때는, 재차, 광전변환부와 전하전압 변환부를 전하로 채운 상태에서 전송 게이트를 엶과 함께 전하 리셋부를 중간 레벨에 하여, 전하전압 변환부에 축적된 전하를 판독한다. 이들의 동작을 행함에 의해, 화소마다의 편차를 억제하고, 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 편차를 억제한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
상술한 종래 기술에서는, 선형판독 및 대수판독을 하나의 화소에서 행할 때, 화소마다의 편차를 억제하고, 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 편차를 억제하고 있다. 여기서, 고조도(高照度)의 광량을 대수판독에 의해 판독하는 경우에는, 광전변환부로부터 드레인 전원까지 전하를 오버플로우시킬 필요가 있기 때문에, 광전변환부는 작은 쪽이 유리하다. 한편, 광전변환부를 작게 한 경우, 저조도의 광량을 선형판독에 의해 판독하기 위해서는 감도가 부족하여 버린다. 또한, 상술한 종래 기술에서는, 편차를 억제하기 위한 동작에서, 노이즈를 판독할 때에도 광전변환부에서는 수광을 하고 있고, 고조도의 경우는 전송 게이트로부터 오버플로우하여, 중간 레벨에 의한 리셋 직후의 전하전압 변환부에 혼입될 우려가 있다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 생겨난 것으로, 고체 촬상 장치에서 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 편차를 억제함과 함께, 정밀도가 높은 판독을 행하는 것을 목적으로 한다.
본 기술은, 상술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 제1의 측면은, 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부와, 상기 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부와, 상기 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적하는 전하전압 변환부와, 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제1의 전하 전송부와, 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제2의 전하 전송부와, 상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와, 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제1의 전하 배출부를 구비하는 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법이다. 이에 의해, 제1의 광전변환부에의 불필요한 전하의 혼입을 회피한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여, 상기 제2의 광전변환부 및 전하전압 변환부에 상기 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 구동부를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해, 제2의 광전변환부에 의한 대수판독시에, 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시켜서, 제1의 광전변환부에의 불필요한 전하의 혼입을 회피한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제2의 전하 배출부를 또한 구비하고, 상기 구동부는, 상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여 상기 제2의 광전변환부 및 상기 전하전압 변환부에 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 전하 배출부에 의해 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부에 중간 전위를 인가하여 상기 전하전압 변환부에 전하를 축적시키고, 또한, 상기 전하 리셋부를 비도통 상태로 하고 나서 상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송시킨 후에 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 제2의 광전변환부에서의 대수판독시의 중간 전위에 의한 리셋 동작시에, 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시켜서, 전하전압 변환부에의 불필요한 전하의 혼입을 회피한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 전하전압 변환부에 축적되어 있는 전하를 증폭하여 당해 전하에 응한 레벨의 화소 신호를 출력하는 신호 증폭부를 또한 구비하여도 좋다. 또한, 상기 전하전압 변환부의 전하 용량을 전환하여 상기 신호 증폭부에서의 증폭도를 전환하는 변환효율 전환부를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해, 저조도의 신호에 대해, 전하전압 변환부의 전하 용량을 전환하여, 충분한 분해능을 얻는다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제2의 측면은, 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부와, 상기 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부와, 상기 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적하는 전하전압 변환부와, 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제1의 전하 전송부와, 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제2의 전하 전송부와, 상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와, 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제1의 전하 배출부와, 상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여, 상기 제2의 광전변환부 및 전하전압 변환부에 상기 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 구동부를 구비하는 전자 기기이다. 이에 의해, 제2의 광전변환부에 의한 대수판독시에, 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시켜서, 제1의 광전변환부에의 불필요한 전하의 혼입을 회피한다는 작용을 가져온다.
본 기술에 의하면, 고체 촬상 장치에서 선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 편차를 억제함과 함께, 정밀도가 높은 판독을 행할 수가 있다는 우수한 효과를 이룰 수 있다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 기술의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 한 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 동작을 설명하기 위한 회로 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 대응하는 고조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 6은 도 4에 대응하는 저조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 7은 본 기술의 실시의 형태의 화소 어레이부(100)의 각 화소에서의 전하 배출부(180)의 동작례를 도시하는 도면.
도 8은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 변형례에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 11은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 동작 상태에서의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 12는 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면.
도 13은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 동작을 설명하기 위한 회로 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 대응하는 고조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 6은 도 4에 대응하는 저조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 7은 본 기술의 실시의 형태의 화소 어레이부(100)의 각 화소에서의 전하 배출부(180)의 동작례를 도시하는 도면.
도 8은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 9는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 변형례에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 10은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 11은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 동작 상태에서의 포텐셜례를 도시하는 도면.
도 12는 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면.
도 13은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 의해 행한다.
1. 제1의 실시의 형태(광전변환부에 전하 배출부를 마련한 예)
2. 제2의 실시의 형태(화소 사이에 전하전압 제어부를 마련한 예)
<1. 제1의 실시의 형태>
[고체 촬상 장치의 구성]
도 1은, 본 기술의 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(10)의 한 구성례를 도시하는 도면이다. 이 고체 촬상 장치(10)는, 예를 들면 MOS형 이미지 센서에 의해 구성되고, 입사광을 광전변환하여, 화상 신호를 생성함에 의해 화상을 촬상하는 것이다. 이 고체 촬상 장치(10)는, 화소 어레이부(100), 수직 구동부(220), 칼럼 처리부(230), 수평 구동부(240), 시스템 제어부(250), 신호 처리부(280), 및, 데이터 격납부(290)를 구비한다.
화소 어레이부(100)는, 피사체로부터 입사한 광량에 응한 전하를 생성하여 축적하는 광전변환부를 갖는 화소를, 횡방향(행방향) 및 종방향(열방향)으로 2차원으로 배치한 것이다. 이 화소 어레이부(100)에서는, 행방향으로 배열된 화소로 이루어지는 화소행마다 화소 구동선(229)이 행방향에 따라 배선되고, 열방향으로 배열된 화소로 이루어지는 화소열마다 수직 신호선(VSL)(239)이 열방향에 따라 배선된다.
수직 구동부(220)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등으로 이루어지고, 복수의 화소 구동선(229)을 통하여 각 화소에 신호 등을 공급함에 의해, 화소 어레이부(100)의 각 화소를 구동하는 것이다. 이 수직 구동부(220)는, 선택 제어부(221), 리셋 제어부(222), 전송 제어부(223), 리셋 드레인 제어부(224), 및 전하 배출 제어부(225)를 구비한다. 선택 제어부(221)는, 후술하는 화소 선택부에 인가되는 선택 신호(SEL)를 제어하는 것이다. 리셋 제어부(222)는, 후술하는 전하 리셋부에 인가되는 리셋 신호(RST)를 제어하는 것이다. 전송 제어부(223)는, 후술하는 전하 전송부에 인가되는 전송 신호(TRG)를 제어하는 것이다. 리셋 드레인 제어부(224)는, 후술하는 전하 리셋부의 리셋 드레인의 전위를 제어하는 것이다. 전하 배출 제어부(225)는, 후술하는 전하 배출부에 인가되는 배출 신호(OFG)를 제어하는 것이다. 또한, 수직 구동부(220)는, 특허청구의 범위에 기재된 구동부의 한 예이다.
칼럼 처리부(230)는, 화소 어레이부(100)의 화소열마다 수직 신호선(239)을 통하여 각 화소로부터 신호를 판독하여, 노이즈 제거 처리, 상관 이중 샘플링 처리, AD(Analog to Digital) 변환 처리 등을 행하여 화소 신호를 생성하는 것이다.
수평 구동부(240)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등으로 이루어지고, 칼럼 처리부(230)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택하는 것이다. 이 수평 구동부(240)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(230)에서 단위 회로마다 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 신호 처리부(280)에 출력된다.
시스템 제어부(250)는, 각종의 구동 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등으로 이루어지고, 타이밍 제너레이터에서 생성된 구동 신호에 의거하여, 수직 구동부(220), 칼럼 처리부(230), 및, 수평 구동부(240)의 구동 제어를 행하는 것이다.
신호 처리부(280)는, 칼럼 처리부(230)로부터 공급된 화소 신호에 대해 연산 처리 등의 신호 처리를 행하여, 각 화소 신호로 이루어지는 화상 신호를 출력하는 것이다.
데이터 격납부(290)는, 신호 처리부(280)에 의해 처리된 화상 신호를 격납하는 것이다.
[회로 구성]
도 2는, 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 동작을 설명하기 위한 회로 구성례를 도시하는 도면이다. 여기서는, 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성을 설명하기 전에, 전제가 되는 기본 구성에 관해 설명한다. 우선, 화소 어레이부(100)의 각 화소는, 광전변환부(110), 전하 전송부(120), 전하전압 변환부(130), 전하 리셋부(140), 신호 증폭부(150), 화소 선택부(160), 정전류원(170), 및, 전하 배출부(180)를 구비하는 것을 상정한다.
광전변환부(110)는, PN 접합의 포토 다이오드(PD : Photo Diode)이고, 입사광량에 응한 전하를 생성하여 축적하는 것이다.
전하 전송부(120)는, 전송 신호(TRG)에 따라, 광전변환부(110)에 축적된 전하를 전하전압 변환부(130)에 전송하는 것이다. 전하 전송부(120)에 인가되는 전송 신호(TRG)가 H레벨이 되면, 전하 전송부(120)는 도통 상태가 되고, 광전변환부(110)에 축적되어 있는 전하가, 전하전압 변환부(130)에 전송된다. 단, 전하 전송부(120)는, 예를 들면, 디플레이션 트랜지스터 등으로 구성되어 있고, 비도통 상태라도 일부의 전하를 전송하는 오버플로우 패스를 구성하고 있다. 이 때문에, 광전변환부(110)가 포화하면, 광전변환부(110)로부터 오버플로우한 전하가 오버플로우 패스를 통하여 전하전압 변환부(130)에 전송된다.
전하전압 변환부(130)는, 전하 전송부(120)의 드레인과 전하 리셋부(140)의 소스 사이에 형성되는 부유 확산(FD : Floating Diffusion) 용량이다. 이 전하전압 변환부(130)는, 전하 전송부(120)로부터 전송된 전하를 축적한다.
전하 리셋부(140)는, 리셋 신호(RST)에 따라, 전하전압 변환부(130)에 축적되는 전하를 리셋하는 것이다. 전하 리셋부(140)에 인가되는 리셋 신호(RST)가 H레벨이 되면, 전하 리셋부(140)는 도통 상태가 되고, 전하전압 변환부(130)에 축적된 전하를 리셋한다. 또한, 전하 리셋부(140)는, 디플레이션 트랜지스터 등으로 구성되어 있고, 비도통 상태라도 일부의 전하를 전송하는 오버플로우 패스를 구성하고 있다. 이 때문에, 전하전압 변환부(130)가 포화하면, 오버플로우 패스가, 전하전압 변환부(130)로부터 오버플로우한 전하를 전하 리셋부(140)의 드레인(리셋 드레인)에 전송한다.
신호 증폭부(150)는, 전하전압 변환부(130)에 축적되어 있는 전하를 증폭하여, 그 전하에 응한 레벨의 화소 신호를 출력하는 것이다. 이 신호 증폭부(150)는, 게이트 전극이 전하전압 변환부(130)에 접속되고, 드레인이 전원 전압(Vdd)에 접속되어 있고, 광전변환부(110)에서 광전변환에 의해 얻어지는 전하를 판독하는 판독회로, 즉, 이른바 소스 팔로워 회로의 입력부가 된다. 즉, 이 신호 증폭부(150)는, 소스가 화소 선택부(160)를 통하여 수직 신호선(239)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(239)의 일단에 접속된 정전류원(170)과 소스 팔로워 회로를 구성한다.
화소 선택부(160)는, 화소 어레이부(100)에서의 어느 하나의 화소를 선택하는 것이다. 이 화소 선택부(160)는, 신호 증폭부(150)의 소스와 수직 신호선(239) 사이에 접속되고, 그 게이트 전극에는 선택 신호(SEL)가 공급된다. 선택 신호(SEL)가 H레벨이 되면, 화소 선택부(160)는 도통 상태가 되어, 이른바 화소가 선택 상태가 된다. 화소가 선택 상태가 되면, 신호 증폭부(150)로부터 출력되는 신호가 수직 신호선(239)을 통하여 칼럼 처리부(230)에 판독된다.
전하 배출부(180)는, 오버플로우 게이트 신호(OFG)에 따라, 광전변환부(110)에 축적된 전하를 배출하는 것이다. 상술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 편차를 억제하기 위한 동작에서, 노이즈를 판독할 때에도 광전변환부에서는 수광을 하고 있고, 고조도의 경우는 전송 게이트로부터 오버플로우하여, 중간 레벨에 의한 리셋 직후의 전하전압 변환부에 혼입될 우려가 있다. 그때문에, 이 실시의 형태에서는, 전하 배출부(180)를 마련하여, 대수판독시의 리셋 동작 중에 열어 둠에 의해, 수광에 의한 광전변환부(110) 내의 전하를 선택적으로 배출한다.
[광 응답 특성]
도 3은, 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면이다. 입사광량이 비교적 저조도인 경우에는, 출력 신호는 입사광량에 선형의 리니어(선형) 신호가 된다. 이와 같은 저조도에서의 판독을, 상술한 바와 같이 선형판독이라고 칭한다.
한편, 입사광량이 비교적 고조도인 경우에는, 광전변환부(110)에서 축적한 전하가, 전하 전송부(120)로부터 전하전압 변환부(130), 전하 리셋부(140), 리셋 드레인으로 오버플로우한다. 그때문에, 이때 검출된 전압은, 입사광량의 대수에 대응하는 대수 신호가 된다. 이와 같은 고조도에서의 판독을, 상술한 바와 같이 대수판독이라고 칭한다.
선형판독부터 대수판독으로 전환되는 타이밍의 차(差)의 편차를 억제하기 위해, 노이즈를 판독할 때는, 광전변환부(110)와 전하전압 변환부(130)를 전하로 채운(滿たした) 상태에서 전하 리셋부(140)를 중간 레벨로 한로 후에, 전하 전송부(120)를 연다(開く). 이에 의해 전하전압 변환부(130)에 축적된 전하를 노이즈로서 판독하는데, 그때에도 광전변환부(110)에서는 수광을 하고 있고, 고조도의 경우는 전하 전송부(120)로부터 오버플로우하여, 중간 레벨에 의한 리셋 직후의 전하전압 변환부(130)에 혼입될 우려가 있다. 그래서, 이 실시의 형태에서는, 전하 배출부(180)를 마련하여, 대수판독시의 리셋 동작 중에 열어 둠에 의해, 수광에 의한 광전변환부(110) 내의 전하를 선택적으로 배출한다.
[판독 타이밍]
도 4는, 본 기술의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면이다. 도 5는, 도 4에 대응하는 고조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면이다. 도 6은, 도 4에 대응하는 저조도시의 포텐셜례를 도시하는 도면이다. 또한, 여기서는, 전하 배출부(180)를 마련하지 않은 경우의 동작례를 나타내고 있다.
시각(ta)에서, 리셋 드레인 제어부(224)는, 전하 리셋부(140)의 드레인인 리셋 드레인의 전압(VRD)을, 리셋 전위(Vrst)로부터, 광전변환부(110)에서 전하가 포화할 때의 전압(Vmid)으로, 변경한다. 이 결과, 상태(Sa)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110), 전하 전송부(120), 전하전압 변환부(130), 전하 리셋부(140), 및, 리셋 드레인이 전하로 채워지는 상태가 된다.
시각(tb)에서, 리셋 드레인 제어부(224)는, 리셋 드레인 전압(VRD)을 리셋 전압(Vrst)으로 되돌린다. 이때, 전하 전송부(120) 및 전하 리셋부(140)는, 비도통 상태 그대로이다. 이 결과, 상태(Sb)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110), 및, 전하전압 변환부(130)는, 각각의 포화 레벨이 된다.
시각(tc)에서, 리셋 제어부(222)는, 리셋 신호(RST)에 중간 전위를 인가한다. 이에 응하여, 전하 리셋부(140)는, 중간 전위가 되는 상태에서 온의 상태가 된다. 이 결과, 상태(Sc)에서 도시되는 바와 같이, 전하전압 변환부(130)에 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의해 축적되는 전하가 남겨진다.
시각(td)에서, 리셋 제어부(222)는, 리셋 신호(RST)를 L레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 리셋부(140)는 비도통 상태가 된다. 이 결과, 상태(Sd)에서 도시되는 바와 같이, 전하전압 변환부(130)에는, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의해 축적되는 전하가 축적된 상태가 된다.
시각(te)에서, 전송 제어부(223)는 전송 신호(TRG)를 H레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 전송부(120)는, 도통 상태가 된다.
시각(tf)에서, 전송 제어부(223)는 전송 신호(TRG)를 L레벨로 한다. 이 결과, 상태(Sf)에서 도시되는 바와 같이, 전하전압 변환부(130)에는, 광전변환부(110)의 포화 레벨의 전하와, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의해 축적되는 전하가 가산된 상태의 전하가, 축적된다. 즉, 광전변환부(110)의 포화 전하량에 대응하는 전하가 전하전압 변환부(130)에 축적된 상태가 된다.
그리고, 시각(tf 내지 tg)에서 노광 상태가 되어, 광전변환부(110)에서 노광 시간에 응한 전하가 축적된다. 또한, 노광 시간은, 시각(tf 내지 tg) 사이의 길이를 자유롭게 설정할 수 있다.
노광 시간이 경과하면, 고조도시에서는, 도 5의 상태(Sg)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110) 및 전하전압 변환부(130)는, 각각 포화 레벨이 된다. 전하 전송부(120) 및 전하 리셋부(140)는, 비도통 상태라도 전하를 전송하는 오버플로우 패스가 형성되어 있고, 전하전압 변환부(130)에는 입사광량에 비례한 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 전하전압 변환부(130)에서의 전압은, 입사광량의 대수에 응한 값으로 되는 것이 알려져 있다. 시각(tg)에서, 선택 제어부(221)는, 선택 신호(SEL)를 H레벨로 한다. 이 결과, 화소 선택부(160)는 도통 상태가 되어, 이른바 화소가 선택 상태가 된다. 시각(t)(S2)에서, 칼럼 처리부(230)는, 이때의 전하전압 변환부(130)의 전위를 고조도에서의 신호(S2)로서 판독한다.
한편, 저조도시에서는, 시각(tg)에서, 도 6의 상태(Sg)에서 도시되는 바와 같이, 노광 시간에 응한 전하가 광전변환부(110)에 축적되어 있지만, 저조도시에서 광전변환부(110)에 축적된 전하가 포화하는 일은 없다. 그래서, 시각(t)(S2)에서, 칼럼 처리부(230)는, 이때의 전하전압 변환부(130)의 전위를 고조도에서의 신호(S2)로서 판독한다. 즉, 고조도인 경우, 상태(Sf)에서, 전하전압 변환부(130)에 축적된 전하가 그대로 신호(S2)로서 판독된다.
시각(th)에서, 리셋 제어부(222)가 리셋 신호(RST)를 H레벨로 하면, 전하 리셋부(140)는 도통 상태가 된다. 이 결과, 상태(Sh)에서 도시되는 바와 같이, 전하전압 변환부(130)에 축적되어 있던 전하가, 전하 리셋부(140)를 경유하여 리셋 드레인에 배출된다.
시각(ti)에서, 리셋 제어부(222)가 리셋 신호(RST)를 L레벨로 하면, 전하 리셋부(140)는 비도통 상태가 된다.
시각(t)(N1)에서, 칼럼 처리부(230)는, 전하전압 변환부(130)의 전위를 저조도에서의 노이즈 신호(N1)로서 판독한다.
시각(tj)에서, 전송 제어부(223)가 전송 신호(TRG)를 H레벨로 하면, 전하 전송부(120)는 도통 상태가 된다. 이 결과, 상태(Sj)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110)에 축적되어 있는 전하가 전하전압 변환부(130)에 전송된다.
시각(tk)에서, 전송 제어부(223)는, 전송 신호(TRG)의 발생을 정지한다. 이에 의해, 전하 전송부(120)는 오프의 상태가 되고, 광전변환부(110)에 축적된 전하가 전송되지 않는 상태가 된다. 이 결과, 상태(Sk)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110)로부터 판독된 전하가 전하전압 변환부(130)에 축적된 상태가 된다.
그래서, 시각(t)(S1)에서, 칼럼 처리부(230)는, 이때의 전하전압 변환부(130)의 전위를 저조도에서의 신호(S1)로서 판독한다.
시각(tl)에서, 리셋 드레인 제어부(224)는, 리셋 드레인 전압(VRD)을, 리셋 전위(Vrst)로부터, 광전변환부(110)에서 전하가 포화할 때의 전압(Vmid)으로, 재차 변경한다. 이 결과, 상태(Sl)에서 도시되는 바와 같이, 상태(Sa)에서의 때와 마찬가지로, 광전변환부(110), 전하전압 변환부(130), 및, 리셋 드레인이 모두 Vmid가 되어, 전하로 채워지는 상태가 된다.
또한, 시각(tm)에서, 리셋 드레인 제어부(224)는, 리셋 드레인 전압(VRD)을 리셋 전압(Vrst)으로 되돌린다. 이때, 전하 전송부(120) 및 전하 리셋부(140)는, 비도통 상태 그대로이다. 그 결과, 상태(Sm)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110) 및 전하전압 변환부(130)는, 각각의 포화 레벨이 된다.
시각(tn)에서, 리셋 제어부(222)는, 리셋 신호(RST)에 중간 전위를 인가한다. 또한, 전송 제어부(223)는, 전송 신호(TRG)를 H레벨로 한다. 이 결과, 상태(Sn)에서 도시되는 바와 같이, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의해 축적되는 전하가 전하전압 변환부(130)에 남겨진다.
시각(to)에서, 전송 제어부(223)는 전송 신호(TRG)를 L레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 전송부(120)는 비도통 상태가 된다.
시각(tp)에서, 리셋 제어부(222)는 리셋 신호(RST)를 L레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 리셋부(140)는 비도통 상태가 된다.
시각(t)(N2)에서, 칼럼 처리부(230)는, 전하전압 변환부(130)의 전위를 고조도시의 노이즈 신호(N2)로서 판독한다. 이에 의해, 화소 신호의 S2에서 노이즈 신호(N2)가 감산됨에 의해, 각 화소에 관해, 전하 리셋부(140)의 임계치(Vth)의 편차에 의해 생기는 영향을 억제할 수 있다.
즉, 칼럼 처리부(230)는, 저조도시의 화상 신호를 (S1-N1)로서 출력하고, 고조도시의 화상 신호를 (S2-N2)로서 출력한다.
도 7은, 본 기술의 실시의 형태의 화소 어레이부(100)의 각 화소에서의 전하 배출부(180)의 동작례를 도시하는 도면이다. 여기까지의 설명에서는 전하 배출부(180)를 마련하지 않은 경우의 동작례를 나타냈지만, 여기서는 전하 배출부(180)를 마련한 경우의 동작례에 관해 설명한다. 이 예에서는, 대수판독시의 리셋 동작 중에 전하 배출부(180)를 열어 둠에 의해, 수광에 의한 광전변환부(110) 내의 전하를 선택적으로 배출한다.
상태(Sq)는, 상술한 상태(Sl)에 상당하는 상태이고, 광전변환부(110), 전하전압 변환부(130), 및, 리셋 드레인이 모두 Vmid가 되고, 전하로 채워지는 상태이다.
그 후, 리셋 드레인 제어부(224)는, 리셋 드레인 전압(VRD)을 리셋 전압(Vrst)으로 되돌린다. 이때, 전하 전송부(120) 및 전하 리셋부(140)는, 비도통 상태 그대로이다. 그 결과, 광전변환부(110) 및 전하전압 변환부(130)는, 각각의 포화 레벨이 된다. 그리고, 전하 배출 제어부(225)는 오버플로우 게이트 신호(OFG)를 H레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 배출부(180)는 도통 상태가 된다. 이에 의해, 상태(Sr)에서 도시되는 바와 같이, 광전변환부(110)에 축적된 전하가 전하 배출부(180)를 통하여 배출된다.
그리고, 리셋 제어부(222)는, 리셋 신호(RST)에 중간 전위를 인가한다. 또한, 전송 제어부(223)는, 전송 신호(TRG)를 일단 H레벨로 한 후에 L레벨로 한다. 이 결과, 상태(Ss)에서 도시되는 바와 같이, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의해 축적되는 전하가 전하전압 변환부(130)에 남겨진다.
그 후, 리셋 제어부(222)는 리셋 신호(RST)를 L레벨로 한다. 이에 응하여, 전하 리셋부(140)는 비도통 상태가 된다. 이 상태에서, 칼럼 처리부(230)에 의해 고조도시의 노이즈 신호(N2)가 대수판독에 의해 판독된다.
이와 같이, 대수판독시의 리셋 동작 중에 전하 배출부(180)를 열어서, 수광에 의한 광전변환부(110) 내의 전하를 배출함에 의해, 전하 전송부(120)로부터 전하가 오버플로우하여 전하전압 변환부(130)에 혼입되는 것을 회피할 수 있다.
[화소의 구성]
도 8은, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 고조도의 광량을 대수판독에 의해 판독하는 경우에는, 광전변환부로부터 드레인 전원까지 전하를 오버플로우시킬 필요가 있기 때문에, 광전변환부는 작은 쪽이 유리하다. 한편, 광전변환부를 작게 한 경우, 저조도의 광량을 선형판독에 의해 판독하기 위해서는 감도가 부족하여 버린다. 그래서, 이 실시의 형태에서는, 하나의 화소 내에, 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부(111)와, 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부(112)를 구비한다. 즉, 하나의 화소 영역에서, 사이즈가 다른 대소의 광전변환부(111 및 112)를 배치한다. 또한, 광전변환부(111 및 112)는, 특허청구의 범위에 기재된 제1 및 제2의 광전변환부의 한 예이다.
광전변환부(111 및 112)에 대응하여, 각각 전하 전송부(121 및 122)가 마련된다. 전하 전송부(121)에는 전송 신호(TGL)가, 전하 전송부(122)에는 전송 신호(TGS)가, 각각 전송 제어부(223)에 의해 공급된다. 한편, 전하전압 변환부(130), 전하 리셋부(140), 신호 증폭부(150) 및 화소 선택부(160)는, 상술한 회로 구성과 마찬가지이고, 하나의 화소에서 공유된다. 또한, 광전변환부(111 및 112)는, 특허청구의 범위에 기재된 제1 및 제2의 전하 전송부의 한 예이다.
또한, 이 예에서는, 전하 배출부(181)는, 광전변환부(111)에만 접속되고, 광전변환부(112)에는 접속되지 않는다. 전하 배출부(181)는, 전하 배출 제어부(225)로부터 공급된 오버플로우 게이트 신호(OFGL)에 따라, 광전변환부(111)에 축적된 전하를 배출한다. 또한, 전하 배출부(181)는, 특허청구의 범위에 기재된 제1의 전하 배출부의 한 예이다.
이 제1의 실시의 형태의 구성례에 있어서, 대면적의 광전변환부(111)는, 통상의 선형판독을 행함에 의해, 비교적 저조도의 신호를 취득한다. 한편, 소면적의 광전변환부(112)는, 대수판독을 이용함에 의해 비교적 고조도의 신호를 대수에 의해 취득한다. 그리고, 각 화소 영역에서 각각의 조도에 적합한 판독에 의해 취득한 신호를, 신호 처리부(280)에 의해 합성함에 의해, 고다이내믹 레인지의 화상을 촬상하는 것이 가능해진다.
이와 같은, 사이즈가 다른 대소의 광전변환부(111 및 112)를 배치한 경우, 대수판독을 행하는 소면적의 광전변환부(112)의 신호가, 대면적의 광전변환부(111)에 혼입되어 버리면, 그곳부터 예기치 못한 개소에 오버플로우하여 버릴 우려가 있다. 그 점, 이 실시의 형태에서는, 대면적의 광전변환부(111)에 전하 배출부(181)를 접속함에 의해, 광전변환부(112)에서 대수판독을 행할 때에는, 전하 배출부(181)를 열어 광전변환부(111)로부터 전하를 배출한다. 이에 의해, 대수판독시의 광전변환부(111)에의 전하의 혼입을 회피한다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서는, 하나의 화소 내에 사이즈가 다른 광전변환부(111 및 112)를 배치하여, 대면적의 광전변환부(111)에만 전하 배출부(181)를 접속한다. 그리고, 광전변환부(112)에서 대수판독을 행할 때에는, 전하 배출부(181)를 열어서 광전변환부(111)로부터 전하를 배출함에 의해, 대수판독시의 광전변환부(111)에의 전하의 혼입을 회피하여, 오동작을 방지할 수 있다.
[변형례]
도 9는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 변형례에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면이다. 이 변형례에서는, 대면적의 광전변환부(111)에 전하 배출부(181)를 접속함과 함께, 화소 내에 배치된 소면적의 광전변환부(112)에도 전하 배출부(182)를 접속한다. 또한, 전하 배출부(182)는, 특허청구의 범위에 기재된 제2의 전하 배출부의 한 예이다.
상술한 바와 같이, 편차를 억제하기 위한 동작에 있어서, 노이즈를 판독할 때에도 수광을 하고 있고, 소면적의 광전변환부(112)가 대수판독을 행할 때는 고조도이기 때문에, 오버플로우한 전하가 중간 리셋 후의 전하전압 변환부(130)에 혼입될 우려가 있다. 그래서, 소면적의 광전변환부(112)에 접속된 전하 배출부(182)를, 대수판독시의 리셋 동작 중에 열어 둠에 의해, 수광에 의한 광전변환부(112) 내의 전하를 선택적으로 배출한다. 이에 의해, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의한 리셋시의 신호의 혼입을 억제한다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 변형례에서는, 소면적의 광전변환부(112)에 전하 배출부(182)를 접속하고, 대수판독시의 리셋 동작 중에 열어 둠에 의해, 수광에 의한 광전변환부(112) 내의 전하를 선택적으로 배출한다. 이에 의해, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의한 리셋시의 신호의 혼입을 억제할 수 있다.
<2. 제2의 실시의 형태>
상술한 제1의 실시의 형태에서는, 저조도시에는 대면적의 광전변환부(111)에 의해 통상의 판독을 행하고, 고조도시에는 소면적의 광전변환부(112)에 의해 대수판독을 행하고 있다. 이때, 조도가 너무 낮은 경우에는 대면적의 광전변환부(111)에 의해서도 충분한 분해능을 얻을 수가 없어서, 정확한 판독이 곤란한 일이 생길 수 있다. 그래서, 이 제2의 실시의 형태에서는, 광전변환부(111 및 112)의 사이에 변환효율 전환부를 마련하여, 조도가 너무 낮은 경우에 변환 효율을 향상시켜서, 정밀도가 높은 판독을 행한다.
[화소의 구성]
도 10은, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 구성례를 도시하는 도면이다. 또한, 고체 촬상 장치(10)의 전체 구성에 관해서는, 상술한 제1의 실시의 형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
이 제2의 실시의 형태에서는, 상술한 제1의 실시의 형태의 변형례와 마찬가지로, 사이즈가 다른 대소의 광전변환부(111 및 112)에 대해, 각각 전하 배출부(181 및 182)가 접속된다. 그리고, 광전변환부(111 및 112)의 각각에 접속되는 전하 전송부(121 및 122)의 사이에, 변환효율 전환부(190)를 마련한다. 이 변환효율 전환부(190)는, 전하전압 변환부(130)에 축적되는 전하로부터 전압으로의 변환 효율을 전환하는 것이다. 이 변환효율 전환부(190)는, 수직 구동부(220)로부터 공급되는 변환 효율 전환 신호(FDG)에 의해 제어되고, 트랜지스터로서 온 오프 동작을 행한다. 이에 의해, 전하전압 변환부(130)의 전하 용량을 전환하여, 신호 증폭부(150)에서의 게인(증폭도)을 전환할 수 있다.
도 11은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 동작 상태에서의 포텐셜례를 도시하는 도면이다.
동 도면에서의 a는, 소면적의 광전변환부(112)에 의한 대수판독할 때의 상태를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 고조도의 신호에 대해서는, 소면적의 광전변환부(112)에 의해 대수판독이 행하여진다. 그때에는, 변환효율 전환부(190)는 열어 둘 필요가 있다. 즉, 변환 효율 전환 신호(FDG)를 H레벨로 하여, 전하전압 변환부(130)의 용량을 상술한 제1의 실시의 형태와 같은 상태로 한다.
동 도면에서의 b는, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 고감도 판독할 때의 상태를 도시하고 있다. 저조도의 신호에 대해, 보다 고감도로 신호를 취득하기 위해, 변환효율 전환부(190)를 닫아 둠에 의해, 전하전압 변환부(130)의 용량을 작게 한다. 즉, 변환 효율 전환 신호(FDG)를 L레벨로 하여, 변환효율 전환부(190)를 닫은 상태로 한다. 이에 의해, 저조도의 신호에 대해 충분한 분해능을 얻을 수 있다.
동 도면에서의 c는, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 통상 감도 판독할 때의 상태를 도시하고 있다. 높은 분해능을 얻을 필요가 없을 정도의 조도의 신호에 대해서는, 변환효율 전환부(190)를 열어 둠에 의해, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 통상 감도 판독을 행한다. 즉, 변환 효율 전환 신호(FDG)를 H레벨로 하여, 전하전압 변환부(130)의 용량을 상술한 제1의 실시의 형태와 같은 상태로 한다.
도 12는, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 광 응답 특성의 예를 도시하는 도면이다. 여기서는, 고감도 판독의 대상이 되는 광량을 저조도, 대수판독의 대상이 되는 광량을 고조도로 하고, 양자의 사이의 이어지는 범위를 중조도로 하고 있다.
동 도면에서의 a는, 소면적의 광전변환부(112)에 의한 대수판독의 광 응답 특성을 도시하고 있다. 이때, 변환효율 전환부(190)는 연 상태이고, 고조도의 신호를 대수에 의해 취득한다. 고조도의 신호에 대해서는, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 읽다 포화하여 버려, 광량에 의하지 않고서 값이 일정하게 되어 버리지만, 이 대수판독에 의하면 광량에 응한 신호량을 취득할 수 있다.
동 도면에서의 b는, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 고감도 판독의 광 응답 특성을 도시하고 있다. 이때, 변환효율 전환부(190)는 닫은 상태이고, 저조도의 신호에 대해 충분한 분해능을 얻을 수 있다.
동 도면에서의 c는, 대면적의 광전변환부(111)에 의한 통상 감도 판독의 광 응답 특성을 도시하고 있다. 이때, 변환효율 전환부(190)는 연 상태이고, 고조도와 저조도의 사이의 이어지는 범위의 중조도의 신호를, 저조도의 경우보다도 분해능은 떨어뜨리면서 수광 가능한 광량 범위를 넓혀서 취득한다. 이 중조도의 영역에서의 응답은, 구동에 의해 변화한다.
신호 처리부(280)는, 광전변환부(112)의 대수판독에 의해 얻어진 신호 및 광전변환부(111)의 통상 감도 판독에 의해 얻어진 신호에 대해, 변환 효율의 비(比)를 걸음에 의해, 고감도 판독의 신호 레벨에 갖추어서 그림을 만들게 된다.
[판독 타이밍]
도 13은, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(100)의 각 화소의 판독 타이밍의 예를 도시하는 도면이다.
우선, 대면적의 광전변환부(111)에 관해 리셋이 행하여진 후에, 노광이 행하여진다(801). 이 노광에 의해, 저조도 및 중조도에서의 신호 및 노이즈의 판독이 행하여진다(802 내지 805). 즉, 변환효율 전환부(190)가 열린 상태에서 중조도의 노이즈가 통상 감도에 의해 판독된다(802). 그 후, 변환효율 전환부(190)가 닫혀진 상태에서 저조도의 노이즈 및 신호가 고감도에 의해 판독된다(803, 804). 그리고, 재차 변환효율 전환부(190)가 열린 상태에서 중조도의 신호가 통상 감도에 의해 판독된다(805).
이때, 광전변환부(111)에 접속되는 전하 배출부(181)는 오프 상태이고, 광전변환부(112)에 접속되는 전하 배출부(182)는 온 상태이다. 즉, 대면적의 광전변환부(111)에서 노광 및 판독이 행하여지는 한편으로, 소면적의 광전변환부(112)에서는 전하가 배출되기 때문에, 판독은 행하여지지 않는다.
그 후, 광전변환부(111)에 접속되는 전하 배출부(181)는 온 상태가 되고, 광전변환부(112)에 접속되는 전하 배출부(182)는 오프 상태가 된다. 이에 의해, 대면적의 광전변환부(111)에서는, 전하가 배출되기 때문에, 판독은 행하여지지 않게 된다. 그리고, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의한 리셋이 행하여진 후에, 소면적의 광전변환부(112)에서 노광이 행하여진다(806). 이 노광에 의해, 고조도에서의 신호 및 노이즈의 대수판독이 행하여진다(807, 808). 단, 전하 리셋부(140)의 중간 전위에 의한 리셋시의 신호의 혼입을 억제하기 위해, 노이즈의 대수판독(808)일 때에는, 광전변환부(112)에 접속되는 전하 배출부(182)는 온 상태가 된다. 또한, 이 대수판독에서는, 변환효율 전환부(190)는 열린 상태(온 상태)이다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태에 의하면, 광전변환부(111 및 112)의 사이에 변환효율 전환부(190)를 마련하여, 저조도의 신호에 대해 변환 효율을 향상시켜, 정밀도가 높은 판독을 행할 수가 있다.
또한, 상술한 실시의 형태는 본 기술을 구현화하기 위한 한 예를 나타낸 것이고, 실시의 형태에서의 사항과, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시의 형태에서의 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 기술은 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시의 형태에 여러가지의 변형을 시행함에 의해 구현화할 수 있다.
또한, 상술한 실시의 형태에서 설명한 처리 순서는, 이들 일련의 순서를 갖는 방법으로서 파악하여도 좋고, 또한, 이들 일련의 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 파악하여도 좋다. 이 기록 매체로서, 예를 들면, CD(Compact Disc), MD(MiniDisc), DVD(Digital Versatile Disc), 메모리 카드, 블루레이 디스크(Blu-ray(등록상표) Disc) 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고, 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부와,
상기 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부와,
상기 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적하는 전하전압 변환부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제1의 전하 전송부와,
상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제2의 전하 전송부와,
상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제1의 전하 배출부를 구비하는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여, 상기 제2의 광전변환부 및 전하전압 변환부에 상기 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 구동부를 또한 구비하는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제2의 전하 배출부를 또한 구비하고,
상기 구동부는, 상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여 상기 제2의 광전변환부 및 상기 전하전압 변환부에 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 전하 배출부에 의해 상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부에 중간 전위를 인가하여 상기 전하전압 변환부에 전하를 축적시키고, 또한, 상기 전하 리셋부를 비도통 상태로 하고 나서 상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송시킨 후에 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 상기 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 전하전압 변환부에 축적되어 있는 전하를 증폭하여 당해 전하에 응한 레벨의 화소 신호를 출력하는 신호 증폭부를 또한 구비하는 상기 (3)에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 전하전압 변환부의 전하 용량을 전환하여 상기 신호 증폭부에서의 증폭도를 전환하는 변환효율 전환부를 또한 구비하는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부와,
상기 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부와,
상기 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적하는 전하전압 변환부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제1의 전하 전송부와,
상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제2의 전하 전송부와,
상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제1의 전하 배출부를 구비하는 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서,
상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여, 상기 제2의 광전변환부 및 전하전압 변환부에 상기 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(7) 제1의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제1의 광전변환부와,
상기 제1의 영역보다도 면적이 작은 제2의 영역에서 입사광을 전하로 광전변환하여 축적하는 제2의 광전변환부와,
상기 제1 및 제2의 광전변환부에 의해 광전변환된 전하를 전압으로 변환하기 위해 축적하는 전하전압 변환부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제1의 전하 전송부와,
상기 제2의 광전변환부에 축적된 전하를 상기 전하전압 변환부에 전송하는 제2의 전하 전송부와,
상기 전하전압 변환부에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와,
상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출하는 제1의 전하 배출부와,
상기 제1의 전하 배출부에 의해 상기 제1의 광전변환부에 축적된 전하를 배출시키면서 상기 전하 리셋부의 드레인의 전위를 제어하여, 상기 제2의 광전변환부 및 전하전압 변환부에 상기 전하를 포화 레벨까지 축적시킨 후에, 상기 제2의 광전변환부를 노광시키도록 구동하는 구동부를 구비하는 전자 기기.
10 : 고체 촬상 장치
100 : 화소 어레이부
110∼112 : 광전변환부
120∼122 : 전하 전송부
130 : 전하전압 변환부
140 : 전하 리셋부
150 : 신호 증폭부
160 : 화소 선택부
170 : 정전류원
180∼182 : 전하 배출부
190 : 변환효율 전환부
220 : 수직 구동부
221 : 선택 제어부
222 : 리셋 제어부
223 : 전송 제어부
224 : 리셋 드레인 제어부
225 : 전하 배출 제어부
229 : 화소 구동선
230 : 칼럼 처리부
239 : 수직 신호선
240 : 수평 구동부
250 : 시스템 제어부
280 : 신호 처리부
290 : 데이터 격납부
100 : 화소 어레이부
110∼112 : 광전변환부
120∼122 : 전하 전송부
130 : 전하전압 변환부
140 : 전하 리셋부
150 : 신호 증폭부
160 : 화소 선택부
170 : 정전류원
180∼182 : 전하 배출부
190 : 변환효율 전환부
220 : 수직 구동부
221 : 선택 제어부
222 : 리셋 제어부
223 : 전송 제어부
224 : 리셋 드레인 제어부
225 : 전하 배출 제어부
229 : 화소 구동선
230 : 칼럼 처리부
239 : 수직 신호선
240 : 수평 구동부
250 : 시스템 제어부
280 : 신호 처리부
290 : 데이터 격납부
Claims (8)
- 제1 광전 변환부와,
제2 광전 변환부와,
상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 접속된 제1 전하 전송부와,
상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 접속된 제2 전하 전송부와,
상기 제1 전하 전송부와, 상기 제2 전하 전송부에 전기적으로 접속된 부유 확산 용량과,
상기 부유 확산 용량에 축적된 전하를 리셋하는 전하 리셋부와,
상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 접속된 제1 전하 배출부와,
상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 접속된 제2 전하 배출부와,
상기 부유 확산 용량에 축적된 전하를 증폭하는 신호 증폭부와,
상기 제1 전하 전송부와 상기 제2 전하 전송부 사이에 전기적으로 접속된 변환 효율 전환부를 포함하고,
상기 제1 광전 변환부의 면적은 상기 제2 광전 변환부의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 촬상 장치를 포함하는 화소 어레이부의 화소 중 어느 하나를 선택하기 위한 화소 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 변환 효율 전환부는 상기 제1 전하 전송부와 상기 제2 전하 전송부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
화소를 갖는 화소 어레이부 및 구동부를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 화소 어레이부의 화소를 구동하고, 상기 변환 효율 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 부유 확산 용량은 상기 제1 전하 전송부와 상기 제2 전하 전송부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제3항에 있어서,
상기 부유 확산 용량은 상기 제1 전하 전송부와 상기 변환 효율 전환부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제2항에 있어서,
상기 신호 증폭부는 상기 부유 확산 영역과 상기 화소 선택부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제1항에 기재된 촬상 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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