JP5495701B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スミア等の偽信号による画質劣化を低減できるようにすることを目的とする。
まず、固体撮像装置の構成と駆動、及び固体撮像装置におけるスミアによる画質劣化のメカニズムについて説明する。
図1において、1は画素、2は各画素1からの信号を保持する中間保持手段、3は接続された中間保持手段の出力信号を選択して出力する選択手段、4は複数かつ同数の画素1及び中間保持手段2と1つの選択手段3とで構成される基本セルである。各基本セル4では、異なる分光感度を有する画素1が列方向に配列されており、基本セル4内の画素1は、それぞれ異なる色成分を読み出す。本例では、画素1の各々からR、G、Bの各成分が読み出され、それぞれをR画素1−R、G画素1−G、B画素1−Bとする。また、各基本セル4内では各色1画素ずつの構成とする。R画素1−R、G画素1−G、B画素1−Bのそれぞれに接続された中間保持手段を2−R、2−G、2−Bとする。
<画素1>
図2は、画素1の構成例を示す図である。図2において、21は光電変換素子(例えばフォトダイオード)、22はゲート信号φRESに応じて光電変換素子21を電圧VRESにリセットするリセットトランジスタである。23は光電変換素子21の信号を受けるソースフォロワ回路の入力トランジスタ、24はソースフォロワ回路の定電流回路である。定電流回路24は、例えばゲート電極が一定電圧に固定され、ドレイン電極がソースフォロワ回路の入力トランジスタ23のソース電極に接続され、ソース電極が電源に接続されたMOSトランジスタで実現できる。画素1にて光電変換して得られた出力信号は、ノードN21より出力される。
図3は、中間保持手段2の構成例を示す図である。図3において、31は中間保持容量、32はゲート信号φCMに応じて書き込みを行う第1の書き込みスイッチである。中間保持手段2は、ノードN31が対応する画素1のノードN21に接続され、ノードN32が選択手段3に接続される。中間保持手段2は、ゲート信号φCMがハイレベルとなることで第1の書き込みスイッチ32が導通状態となり、対応する画素1からの信号が中間保持容量31に書き込まれる。
図4は、1番目の基本セル群11−1が有する選択手段3−1、2番目の基本セル群11−2が有する選択手段3−2、3番目の基本セル群11−3が有する選択手段3−3の構成例を示す図である。図4において、41は選択トランジスタであり、42は増幅回路である。選択トランジスタ41は、本実施形態では選択手段3の各々がR、G、Bの3画素分の中間保持手段2(中間保持容量31)に保持された信号を出力するため、3つの選択トランジスタ41−R、41−G、41−Bから構成されている。増幅回路42は、例えばソースフォロワ回路や特許文献3、4等に記載されている増幅回路が挙げられる。各選択トランジスタ41のドレイン電極は、対応するノードN41を介してそれぞれ別の中間保持手段2(中間保持手段2のノードN32)に接続されており、ソース電極はすべてショートされ増幅回路42の入力端に接続されている。すなわち、基本セル4からの信号は増幅回路42を介してノードN47より出力される。各選択トランジスタ41のゲートには、それぞれ別の制御信号φSW1、φSW2、φSW3が供給され、この制御信号に従って任意の中間保持手段2の信号が選択されて増幅回路42を介し出力される。なお、図4において選択トランジスタ41の後段に増幅回路42を配置している、すなわち1列あたりに1個の増幅回路42を配置しているが、選択トランジスタ41の前段に増幅回路42を配置しても良い。また、各選択手段3−1、3−2、3−3は制御信号φSW1、φSW2、φSW3と図に示す接続関係を持つものとし、各制御信号φSWはノードN44、N45、N46を介して選択トランジスタ41に供給される。これにより、各基本セル群11において選択手段3が、それぞれが異なる色成分の中間保持手段2を選択することができる。
図5は、保持手段5の構成例を示す図である。図5において、51は保持容量、52はゲート信号φCTに応じて書き込みを行う第2の書き込みスイッチ、53は走査回路6からの走査信号7(φSR)に応じて共通出力線8へ保持容量51の信号を転送する転送スイッチである。保持手段5は、ノードN51が対応する選択手段3のノードN47に接続され、ノードN52が切替手段12に接続される。保持手段5は、ゲート信号φCTがハイレベルとなることで第2の書き込みスイッチ52が導通状態となり、対応する選択手段3からの信号が保持容量51に書き込まれる。
図6は、切替手段12の構成例を示す図である。図6において、切替手段12−1が基本セル群11−1に対応する切替手段12であり、切替手段12−2が基本セル群11−2に対応する切替手段12であり、切替手段12−3が基本セル群11−3に対応する切替手段12である。図6において、61は、各保持手段5からそれぞれの共通出力線8に接続する切替トランジスタであり、ノードN61を介して入力される信号を共通出力線8に対して出力する。また、各切替手段12−1、12−2、12−3は制御信号φCH1、φCH2、φCH3と図に示す接続関係を持つものとし、各制御信号φCHはノードN62、N63、N64を介して切替トランジスタ61に供給される。これにより、保持手段5を介して接続されている基本セル群11毎に、それぞれが異なる色成分の共通出力線8を選択することができる。
最初に、画素1において入射光を光電変換素子21で蓄積する蓄積時間がある(不図示)。蓄積時間中は、光電変換素子21で電気信号に変換された信号が、ソースフォロワ回路の入力トランジスタ23のソース電極より増幅されて出力されている。
ステップS12の動作後に行われる1回目の第2の垂直転送動作(P12−1)の期間に、制御信号φSW1をハイレベルとする。これにより、各基本セル群11において選択手段3が中間保持手段2を選択し、選択された中間保持手段2の中間保持容量31に保持されている信号が保持手段5の保持容量51に書き込まれる。ここで、制御信号φSW1をハイレベルにした場合には、基本セル群11−1の選択手段3−1はR成分の中間保持手段2−Rを選択する。また、基本セル群11−2の選択手段3−2はB成分の中間保持手段2−Bを選択し、基本セル群11−3の選択手段3−3はG成分の中間保持手段2−Gを選択する。
1回目の第2の垂直転送動作(P12−1)が終了した後、1回目の水平転送動作(P13−1)として、各走査回路6からの信号φSRによる走査に応じて、保持手段5に保持されている信号が順次読み出され、各共通出力線8へ出力される。
図12は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す模式図である。なお、図12においても、単純化するためR画素のみに着目して図示している。また、図12において、図1、図5、図10に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図10に示した構成とは、オプティカルブラック画素が3画素となっている点(OBR1、OBR2、OBR3)、及び有効画素領域とオプティカルブラック画素領域をそれぞれ3つの領域に分割している点が異なる。基本セル群11−1は、オプティカルブラック画素OBR1、R画素(有効画素)R1、R2を有し、基本セル群11−2は、オプティカルブラック画素OBR2、R画素(有効画素)R3、R4を有する。また、基本セル群11−3は、オプティカルブラック画素OBR3、R画素(有効画素)R5、R6を有する。また、各走査回路6−1、6−2、6−3からの走査信号7も、基本セル群11の組み合わせに従って該当する列の転送スイッチ53に供給される。なお、ここでは示さないが、同様にG画素及びB画素についてもオプティカルブラック画素と有効画素との組が各基本セル群11−1〜3としてまとめられる。
本実施形態においては、図13に示すように、3つのオプティカルブラック画素OBR1、OBR2、OBR3からの信号を第2の垂直転送82−1、82−2、82−3、及び水平転送84−1、84−2、84−3に分けてそれぞれ転送する。すなわち、1回目の第2の垂直転送82−1及び水平転送84−1によりオプティカルブラック画素OBR1、R画素R1、及びR画素R2からの信号が転送され信号VOUT−Rとして出力される。また、2回目の第2の垂直転送82−2及び水平転送84−2によりオプティカルブラック画素OBR2、R画素R3、及びR画素R4からの信号が転送され信号VOUT−Rとして出力される。同様に、3回目の第2の垂直転送82−3及び水平転送84−3によりオプティカルブラック画素OBR3、R画素R5、及びR画素R6からの信号が転送され信号VOUT−Rとして出力される。
Claims (8)
- 列方向に配列された異なる分光感度を有する複数の画素と、前記画素からの信号を保持する複数の第1の保持容量と、前記第1の保持容量に保持された信号を増幅する増幅回路とを含む複数の基本セルをそれぞれ有し、行方向に配列された複数の基本セル群と、
前記基本セルが接続され、前記基本セルから信号が転送される第2の保持容量とを備え、
前記基本セル群の各々は、遮光されたオプティカルブラック画素からなる基本セルと、遮光されていない有効画素からなる基本セルとを有し、
第1の垂直転送動作により、同時刻に蓄積されたすべての画素の信号を一括して前記第1の保持容量に転送し、
前記第1の垂直転送動作の後に、前記第1の保持容量に保持された信号を第2の垂直転送動作により順次前記第2の保持容量に転送し、
水平転送動作により、前記第2の垂直転送動作によって前記第2の保持容量に保持された信号を順次共通出力線に出力し、
少なくとも前記第2の垂直転送動作と前記水平転送動作とを前記基本セル群の数と同じ回数繰り返し行い、
前記第2の垂直転送動作の各々において前記オプティカルブラック画素からの信号を転送し、かつ、前記水平転送動作の各々において前記オプティカルブラック画素からの信号を転送し、
同一の基本セル群に含まれるオプティカルブラック画素及び有効画素は、前記水平転送動作の際に同一の走査回路により順次走査され、異なる基本セル群に含まれるオプティカルブラック画素及び有効画素は、前記水平転送動作の際に異なる走査回路により走査されることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記画素は、ソースフォロワ回路を含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記第2の垂直転送動作は、前記増幅回路による信号の転送を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。
- 前記第1の垂直転送動作は、前記ソースフォロワ回路による信号の転送を含むことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記第2の垂直転送動作は、前記第2の保持容量への信号の転送を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記増幅回路は、1列あたり1個が配置されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記水平転送動作では、前記オプティカルブラック画素から転送された信号を、前記有効画素から転送された信号より先に読み出すことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記基本セル群の中の前記オプティカルブラック画素からなる基本セルの総数と前記有効画素からなる基本セルの総数との和が、前記基本セル群の数と同じであることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の固体撮像装置。
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