JPWO2014156028A1 - 固体撮像装置及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態に係る固体撮像装置のブロック構成図である。同図より、固体撮像装置100は、単位セル(単位画素)101が行列状に多数配置されてなる撮像領域102と、ドライバ回路103と、垂直走査回路104と、垂直信号線VLと、定電流源回路105と、カラム読出し回路106と、水平走査回路107と、タイミングジェネレータ(TG)108と、電源制御回路109と、低電圧発生回路110と、バイアス回路111と、PAD112とを備える。
以下、図面を参照しながら、第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成及び動作について、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
以下、図面を参照しながら、第3の実施形態に係る固体撮像装置の構成及び動作について、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。
以下、図面を参照しながら、第4の実施形態に係る固体撮像装置の構成及び動作について、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1〜第4の実施形態に係る固体撮像装置は、スマートフォン、携帯電話等のモバイル機器、更には、ビデオカメラやデジタルスチルカメラのカメラモジュール等の撮像装置において、その撮像デバイス(画像入力装置、イメージセンサ)として用いて好適なものである。
101 単位セル
102 撮像領域
103 ドライバ回路
104 垂直走査回路
105 定電流源回路
106 カラム読出し回路
107 水平走査回路
108 タイミングジェネレータ(TG)
109 電源制御回路
110 低電圧発生回路
111 バイアス回路
112 PAD
120、2111 受光部
121 転送トランジスタ
122 リセットトランジスタ
123、2114 増幅トランジスタ
124、2115 フローティングディフュージョン(FD)部
125、131、132、133、134、138、138a、141、141a Pchトランジスタ
126、135 Nchトランジスタ
127 定電流源トランジスタ
130 定電流源
136、137、139、140、238、239 容量
150 ドレイン−ゲート間容量(Cgd)
210、300、803 基準信号生成回路
211、301 基準電圧回路
212 参照電圧発生回路
213、303 ランプ信号発生回路
214、305 バッファ回路
220 カラムAD回路部
221 電圧比較部
222 カウンタ部(CNT)
230 電圧変換回路
231 差動バッファ
232、233、234 抵抗
235、236 電圧バッファ
237 MOSスイッチ
302 可変ゲイン回路
304 減衰器
306、309 デコード回路
307 接地容量
308 接地切替回路
801 平滑容量
802、2031 比較器
804 カウンタ
1061 レンズ
1062 撮像デバイス(イメージセンサ)
1063 カメラ信号処理回路
1064 システムコントローラ
2044 容量素子
Claims (20)
- 少なくとも一つの受光部と、前記受光部によって光電変換された信号電荷を転送する転送トランジスタと、前記信号電荷の電荷量に応じた増幅信号を出力する増幅トランジスタと、を有する複数の単位セルが行列状に配置された撮像領域と、
前記増幅トランジスタのソース電極に接続され、当該増幅トランジスタの出力信号を受ける複数の垂直信号線と、
前記増幅トランジスタのドレイン電極に接続され、電源電圧を前記増幅トランジスタに供給するための画素電源配線と、
前記複数の垂直信号線のそれぞれに対応して接続された複数の定電流源トランジスタと、
前記電源電圧の変動に基づいて前記定電流源トランジスタに流す電流量を制御するバイアス回路とを備える
固体撮像装置。 - 少なくとも一つの受光部と、前記受光部によって光電変換された信号電荷を転送する転送トランジスタと、前記信号電荷の電荷量に応じた増幅信号を出力する増幅トランジスタと、を有する複数の単位セルが行列状に配置された撮像領域と、
前記増幅トランジスタのソース電極に接続され、当該増幅トランジスタの出力信号を受ける複数の垂直信号線と、
前記増幅トランジスタのドレイン電極に接続され、電源電圧を前記増幅トランジスタに供給するための画素電源配線と、
前記電源電圧の変動に基づいて時間的に変化する参照電圧を発生する基準信号生成回路と、
前記複数の垂直信号線の電位と前記参照電圧とを比較して前記出力信号であるアナログ電圧をデジタル変換するAD変換部とを備える
固体撮像装置。 - 前記バイアス回路は、
前記電源電圧を電流に変換するための変換ゲインが正である電圧−電流変換回路を備える
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記バイアス回路は、
前記電源電圧と接続された第1の容量と、
前記電源電圧以外の電圧が印加された第1のノードと接続された第2の容量とを備え、
前記定電流源トランジスタの電流量は、前記第1の容量の容量値と前記第2の容量の容量値との比率に基づいて決定される
請求項1または3に記載の固体撮像装置。 - 前記第1のノードは、接地電位に設定されている
請求項4に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の容量は、
前記電源電圧と接続された第2のノードと、
高インピーダンス状態と低インピーダンス状態とが選択的に設定される第3のノードとを有する
請求項4または5に記載の固体撮像装置。 - 前記バイアス回路は、
前記第1の容量を複数有し、
さらに、少なくとも1つの前記第1の容量に備わる前記第3のノードに接続され、前記複数の第1の容量の容量値と前記第2の容量の容量値との比率を変える機能を有する第1の制御トランジスタを備える
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記バイアス回路は、
前記第2の容量を複数有し、
さらに、少なくとも1つの前記第2の容量の前記第1のノードと異なるもう一方の第4のノードに接続され、前記第1の容量の容量値と前記複数の第2の容量の容量値との比率を変える機能を有する第2の制御トランジスタを備える
請求項4〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記バイアス回路は、異なる前記単位セルが有する複数の前記増幅トランジスタが同時に活性化される場合に、前記第1の容量の容量値と前記第2の容量の容量値との比率を変える
請求項7または8に記載の固体撮像装置。 - 前記定電流源トランジスタと前記バイアス回路とは、前記撮像領域に対して物理的に異なる側に配置される
請求項1及び3〜9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記定電流源トランジスタと前記バイアス回路とは、前記撮像領域に対して物理的に同じ側に配置される
請求項1及び3〜9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、第3の容量と第4の容量とを有し、
前記参照電圧は、前記電源電圧と接地電位との差分電圧が前記第3の容量と前記第4の容量との比で分圧された比率で変動する電圧である
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、
ランプ信号発生回路と、
前記ランプ信号発生回路の出力端子に一端が接続された第5の容量と、当該第5の容量の他端と接地電位との間に接続された第6の容量とを有し、前記第5の容量と前記第6の容量との分圧によりランプ信号振幅を所定の倍率で縮小する減衰器とを備え、
前記基準信号生成回路は、前記第5の容量と前記第6の容量との分圧点の電圧に基づいた電圧を出力する
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、さらに、
前記第5の容量と前記第6の容量との分圧点の電圧を低インピーダンスに変換して出力するバッファ回路を備える
請求項13に記載の固体撮像装置。 - 前記第4の容量は、複数の容量の並列接続で構成され、
前記基準信号生成回路は、前記複数の容量が有する複数の接地ノードに対して、それぞれ電源電位または接地電位に切替設定し、前記接地ノードが電源電位に設定された前記容量の合成容量値と前記接地ノードが接地電位に設定された前記容量の合成容量値との比を、第1の制御信号に基づき所定の比率に制御する
請求項12に記載の固体撮像装置。 - 前記第6の容量は、複数の容量の並列接続で構成され、
前記基準信号生成回路は、前記複数の容量が有する複数の接地ノードに対して、それぞれ電源電位と接地電位に切替設定し、前記接地ノードが電源電位に設定された前記容量の合成容量値と前記接地ノードが接地電位に設定された前記容量の合成容量値との比を第1の制御信号に基づき所定の比率に制御する
請求項13または14に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、
ランプ信号発生回路と、
前記ランプ信号発生回路の出力端子に一端が接続された第5の容量と、当該第5の容量の他端と接地電位との間に接続された第6の容量とを有し、前記第5の容量と前記第6の容量との分圧によりランプ信号振幅を所定の倍率で縮小する減衰器と、
前記第5の容量と前記第6の容量との分圧点の電圧を低インピーダンスに変換して出力するバッファ回路とを備え、
前記第4の容量は、複数の容量の並列接続で構成され、
前記基準信号生成回路は、前記複数の容量が有する複数の接地ノードに対して、それぞれ電源電位と接地電位に切替設定し、前記接地ノードが電源電位に設定された前記容量の合成容量値と前記接地ノードが接地電位に設定された前記容量の合成容量値との比を第2の制御信号に基づき所定の比率に制御する
請求項12に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、さらに、
前記第5の容量の両端を短絡する第1のスイッチを備え、
前記基準信号生成回路は、第3の制御信号に基づいて前記第1のスイッチの開閉を制御する
請求項12〜17のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号生成回路は、
一端が、単位時間の電圧変化が一定である傾斜状の信号を出力するランプ信号発生回路の出力端子と接地ノードとを接続切替する複数の第2のスイッチにそれぞれ接続され、他端がバッファ回路の入力に共通接続された複数の第7の容量を備え、第4の制御信号に従って前記ランプ信号発生回路の出力端子に接続された前記第7の容量と前記接地ノードに接続された前記第7の容量との比率を可変して、減衰比を可変制御する減衰器を備え、
前記基準信号生成回路は、複数の前記接地ノードに対して、それぞれ電源電位と接地電位とに切替設定する機能を有し、前記比率を第1の制御信号に基づき所定の比率に制御する
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 請求項1〜19のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
被写体からの光を前記受光部の撮像面上に導く光学系とを備えた
撮像装置。
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