JP5791982B2 - 固体撮像装置、撮像装置、および信号読み出し方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態による固体撮像装置を適用した撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を示している。本発明の一態様に係る撮像装置は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。図1に示すデジタルカメラ10は、レンズ部1、レンズ制御装置2、固体撮像装置3、駆動回路4、メモリ5、信号処理回路6、記録装置7、制御装置8、および表示装置9を備える。
まず、リセットパルスΦRST1が“L”(Low)レベルから“H”(High)レベルに変化することで、第1リセットトランジスタ220がオンとなる。同時に、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、第1画素の光電変換素子201がリセットされる。
続いて、リセットパルスΦRST2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第2リセットトランジスタ221がオンとなる。これによって、アナログメモリ231がリセットされる。同時に、転送パルスΦTX2-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第2転送トランジスタ271がオンとなる。これによって、クランプ容量260の他端の電位が電源電圧VDDにリセットされると共に、第2転送トランジスタ271がクランプ容量260の他端の電位のサンプルホールドを開始する。
まず、転送パルスΦTX1-1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオンとなる。これによって、光電変換素子201に蓄積されている信号電荷が、第1転送トランジスタ211を介して電荷保持部230に転送され、電荷保持部230に蓄積される。これによって、第1画素の露光(信号電荷の蓄積)が終了する。期間T1における第1画素の露光開始から期間T3における第1画素の露光終了までの期間が露光期間(信号蓄積期間)である。続いて、転送パルスΦTX1-1が“H”レベルから“L”レベルに変化することで、第1転送トランジスタ211がオフとなる。
上述した期間T2,T3の動作は第1画素の動作である。期間T4では、第2画素、第3画素、第4画素の各画素について、期間T2,T3の動作と同様の動作が行われる。各画素の露光期間の長さを同一とすることがより望ましい。
Vmem=VDD+ΔVmem
=VDD+α1×α2×ΔVfd ・・・(1)
期間T5では、アナログメモリ231,232,233,234に蓄積されている信号電荷に基づく信号が行毎に順次読み出される。まず、第1画素からの信号の読み出しが行われる。選択パルスΦSET1が“L”レベルから“H”レベルに変化することで、選択トランジスタ291がオンとなる。これによって、(1)式に示した電位Vmemに基づく信号が選択トランジスタ291を介して垂直信号線120へ出力される。
続いて、第2画素、第3画素、第4画素の各画素について、期間T5における第1画素の動作と同様の動作が行われる。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態における固体撮像装置の構成は、画素セル内の接続部250の位置が異なること以外は、第1の実施形態で説明した構成と同様である。以下では、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
「複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に含まれる光電変換手段と、
前記光電変換手段で発生し、前記接続部を経由した信号を前記画素から出力する、前記第2の基板に含まれる出力手段と、
を有し、
前記第1の基板において、前記複数の画素が配列された領域は、前記画素を複数含む画素セルを複数含み、当該画素セルに対応して前記接続部が設けられており、
いずれかの前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第1の接続領域は、他の前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第2の接続領域の位置に応じた位置にあることを特徴とする固体撮像装置。」
であってもよい。
「複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に含まれる光電変換手段と、
前記光電変換手段で発生し、前記接続部を経由した信号を前記画素から出力する、前記第2の基板に含まれる出力手段と、
を有し、
前記第1の基板において、前記複数の画素が配列された領域は、前記画素を複数含む画素セルを複数含み、当該画素セルに対応して前記接続部が設けられており、
いずれかの前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第1の接続領域は、他の前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第2の接続領域の位置に応じた位置にあることを特徴とする撮像装置。」
であってもよい。
「複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されており、前記第1の基板において、前記複数の画素が配列された領域は、前記画素を複数含む画素セルを複数含み、当該画素セルに対応して前記接続部が設けられており、いずれかの前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第1の接続領域は、他の前記画素セルに対応する前記接続部と接続する第2の接続領域の位置に応じた位置にある固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す処理をコンピュータに実行させるためのプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクトであって、
前記第1の基板に含まれる光電変換素子で信号を発生するモジュールと、
前記光電変換素子で発生し、前記接続部を経由した信号を、前記第2の基板に含まれる出力回路を介して前記画素から出力するモジュールと、
を含むプログラムコードが記録されたコンピュータプログラムプロダクト。」
であってもよい。
Claims (20)
- 複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている固体撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に含まれる光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生し、前記接続部を経由した信号を前記画素から出力する、前記第2の基板に含まれる出力回路と、
を有し、
前記複数の画素が行列状に配列された画素部は、水平方向と垂直方向とのいずれか一方向に連続して配置された前記画素を複数含む画素セルを複数含み、
前記接続部は、前記画素セル毎に1つ設けられ、
前記画素セルを構成する前記画素の配置方向と直交する方向に隣接して配置された複数の前記画素セルで矩形形状の画素ユニットが構成され、
前記画素ユニットにおいて前記画素セル毎に設けられた複数の前記接続部は、前記画素ユニットの中心点を基準にして互いに点対称な位置に配置され、かつ前記画素セルを構成する前記画素の配置方向並びにそれと直交する方向に分散して配置されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記画素セルは、前記複数の画素が配列された面内の垂直方向または水平方向に隣接するn個(nは2以上の整数)の前記画素を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- n個(nは2以上の整数)の前記画素セルを含むユニット内において、いずれかの前記画素セルに対応する前記接続部と接続する接続領域どうしの間隔が等間隔であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記ユニット内において、所定方向に隣接する前記接続領域どうしの間隔が等間隔であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記ユニットは、所定方向に連続して配置されたn個の前記画素セルを含むことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記ユニットは、2個の前記画素セルを含むことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記ユニットは、4個の前記画素セルを含むことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素は行列状に配置されており、
前記画素セルは、前記複数の画素が配列された面内の垂直方向または水平方向に連続する前記画素を複数含み、
前記ユニットは、矩形の形状を有することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、前記光電変換素子で発生し、前記接続部を経由した信号を蓄積する、前記第2の基板に含まれる信号蓄積回路をさらに有し、
前記出力回路は、前記信号蓄積回路に蓄積された信号を前記画素から出力することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 全ての前記画素が前記複数の画素の配列における単一行または複数行の単位で複数のグループに分類されており、
前記複数のグループを一括して選択し、選択したグループの前記画素の前記光電変換素子で発生した信号を前記信号蓄積回路に順次蓄積した後、前記複数のグループのいずれかのグループを順次選択し、選択したグループの前記画素に対応する前記信号蓄積回路に蓄積した信号を、前記出力回路を介して前記画素から順次出力する制御を行う制御回路をさらに有することを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、前記光電変換素子で発生した信号を増幅して増幅信号を出力する増幅回路をさらに有し、
前記信号蓄積回路は、前記増幅回路から出力された前記増幅信号を蓄積することを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路から出力された前記増幅信号中のノイズを低減するノイズ低減回路をさらに有し、
前記信号蓄積回路は、前記ノイズ低減回路によって前記ノイズが低減された前記増幅信号を蓄積することを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 - 前記増幅回路は、前記光電変換素子で発生した信号をゲートに受け、前記ゲートに受けた信号を増幅してソースおよびドレインの一方から前記増幅信号を出力する増幅トランジスタを含むことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。
- 前記ノイズ低減回路は、
前記増幅トランジスタから出力された前記増幅信号をクランプするクランプ容量と、
前記クランプ容量でクランプされた前記増幅信号に応じた信号をソースおよびドレインの一方に受け、当該ソースおよびドレインの一方に受けた信号をサンプルホールドして前記信号蓄積回路に蓄積するトランジスタと、
を有することを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換素子で発生した信号を前記増幅回路の入力部に転送する転送回路をさらに有し、
前記接続部は、前記転送回路から前記トランジスタまでの電気的に接続された経路において、前記転送回路と前記増幅トランジスタの間、前記増幅トランジスタと前記クランプ容量の間、または前記クランプ容量と前記トランジスタの間に配置されることを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記接続部は、バンプであることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記接続部は、前記第1の基板の表面に形成された第1の電極と、前記第2の基板の表面に形成され、前記第1の電極と貼り合わされた第2の電極とを有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の基板は、前記光電変換素子に入射する光が照射される前記第1の基板の表面とは反対側の表面と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されている撮像装置であって、
前記画素は、
前記第1の基板に含まれる光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生し、前記接続部を経由した信号を前記画素から出力する、前記第2の基板に含まれる出力回路と、
を有し、
前記複数の画素が行列状に配列された画素部は、水平方向と垂直方向とのいずれか一方向に連続して配置された前記画素を複数含む画素セルを複数含み、
前記接続部は、前記画素セル毎に1つ設けられ、
前記画素セルを構成する前記画素の配置方向と直交する方向に隣接して配置された複数の前記画素セルで矩形形状の画素ユニットが構成され、
前記画素ユニットにおいて前記画素セル毎に設けられた複数の前記接続部は、前記画素ユニットの中心点を基準にして互いに点対称な位置に配置され、かつ前記画素セルを構成する前記画素の配置方向並びにそれと直交する方向に分散して配置されている
ことを特徴とする撮像装置。 - 複数の画素を備え、当該画素を構成する回路要素が配置された第1の基板と第2の基板とが接続部によって電気的に接続されており、前記複数の画素が行列状に配列された画素部は、水平方向と垂直方向とのいずれか一方向に連続して配置された前記画素を複数含む画素セルを複数含み、前記接続部は、前記画素セル毎に1つ設けられ、前記画素セルを構成する前記画素の配置方向と直交する方向に隣接して配置された複数の前記画素セルで矩形形状の画素ユニットが構成され、前記画素ユニットにおいて前記画素セル毎に設けられた複数の前記接続部は、前記画素ユニットの中心点を基準にして互いに点対称な位置に配置され、かつ前記画素セルを構成する前記画素の配置方向並びにそれと直交する方向に分散して配置されている固体撮像装置の前記画素から信号を読み出す信号読み出し方法であって、
前記第1の基板に含まれる光電変換素子で信号を発生するステップと、
前記光電変換素子で発生し、前記接続部を経由した信号を、前記第2の基板に含まれる出力回路を介して前記画素から出力するステップと、
を有することを特徴とする信号読み出し方法。
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