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技術 固体撮像装置

出願人 株式会社東芝東芝デバイス&ストレージ株式会社
発明者 柏木実
出願日 2018年9月14日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-172727
公開日 2020年3月26日 (10ヶ月経過) 公開番号 2020-047994
状態 未査定
技術分野 カラーテレビジョン画像信号発生装置 ファクシミリ用ヘッド 光信号から電気信号への変換
主要キーワード 信号出力周期 蓄積周期 電荷電圧変換回路 電荷転送回路 露光周期 カラーフィルタ毎 バリアゲート 蓄積ゲート
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

画素の色に応じて露光周期が異なる場合においても、各色の画素信号を同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる、固体撮像装置を提供する。

解決手段

固体撮像装置1は、受光素子11、読出ゲートA1、前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョンFDアンプトランジスタTr2、リセットトランジスタTr1、及び、アドレストランジスタTr3を有する。前段蓄積部は、前記受光素子11から読み出した前記信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前記前段蓄積部から移送した前記信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンFDは、前記後段蓄積部から転送した前記信号電荷を信号電圧に変換する。

概要

背景

従来、カラーリニアイメージセンサ等の固体撮像装置がある。固体撮像装置では、主走査方向に、複数の画素が線状になるように配置される。また、固体撮像装置では、主走査方向と直交する副走査方向に、赤色、緑色、青色等の各色の画素が、並列配置される。

固体撮像装置は、主走査方向に設けられた読取ラインを、副走査方向へ順次シフトし、各色の画素によって読取りを行い、各色の画素信号を出力する。固体撮像装置では、各色の読取周期開始時刻のずれに応じ、各色の画素信号の周期もずれる。

固体撮像装置から出力された各色の画素信号は、別途設けられた補正装置によって周期のずれが補正され、撮像画像に合成される。固体撮像装置を有する撮像装置は、補正装置によって大型化し、製造コスト及び消費電力が増大する。

概要

画素の色に応じて露光周期が異なる場合においても、各色の画素信号を同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる、固体撮像装置を提供する。 固体撮像装置1は、受光素子11、読出ゲートA1、前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョンFDアンプトランジスタTr2、リセットトランジスタTr1、及び、アドレストランジスタTr3を有する。前段蓄積部は、前記受光素子11から読み出した前記信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前記前段蓄積部から移送した前記信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンFDは、前記後段蓄積部から転送した前記信号電荷を信号電圧に変換する。

目的

特開2007−74421号公報






実施形態は、画素の色に応じて露光周期が異なる場合においても、各色の画素信号を同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる、固体撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

カラーフィルタを有し、入射光光電変換する受光素子と、前記受光素子から信号電荷を読み出す読出ゲートと、前記受光素子から読み出した前記信号電荷を蓄積する前段蓄積部と、前記前段蓄積部から移送した前記信号電荷を蓄積する後段蓄積部と、前記後段蓄積部から転送した前記信号電荷を信号電圧に変換するフローティングディフュージョンと、前記信号電圧に応じた画素信号を生成するアンプトランジスタと、前記アンプトランジスタのゲート電圧基準電圧リセットするリセットトランジスタと、前記画素信号を出力するアドレストランジスタと、を有する固体撮像装置

請求項2

前記受光素子は、複数設けられ、前記前段蓄積部及び前記後段蓄積部は、複数の前記受光素子の各々に設けられる、請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項3

制御回路を有し、前記制御回路は、同色の前記カラーフィルタ毎に、前記前段蓄積部における前記信号電荷の蓄積周期を制御する、請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項4

制御回路を有し、前記制御回路は、同色の前記カラーフィルタを有する画素毎に定められた蓄積周期において、前記前段蓄積部が前記信号電荷を蓄積するように制御する、請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項5

制御回路を有し、前記受光素子は、副走査方向に色の異なる前記カラーフィルタを有し、前記制御回路は、前記カラーフィルタの色に応じて定められた蓄積周期において、前記前段蓄積部が前記信号電荷を蓄積するように制御する、請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項6

前記制御回路は、各色の前記カラーフィルタを有する画素の前記画素信号を同期して出力するように制御する、請求項5に記載の固体撮像装置。

請求項7

前記制御回路は、前記副走査方向と直交する主走査方向の位置に応じ、各色の前記カラーフィルタを有する画素が同期し、前記後段蓄積部から前記フローティングディフュージョンに前記信号電荷を転送するように制御する、請求項5に記載の固体撮像装置。

請求項8

中間蓄積部を有し、前記中間蓄積部は、前記前段蓄積部と前記後段蓄積部の間に設けられ、前記信号電荷を蓄積する、請求項1に記載の固体撮像装置。

請求項9

制御回路を有し、前記制御回路は、前記前段蓄積部、前記中間蓄積部及び前記後段蓄積部が前記信号電荷を蓄積する蓄積周期を前記カラーフィルタの色に応じて制御する、請求項8に記載の固体撮像装置。

請求項10

第1色画素及び第2色画素を有し、前記第1色画素は、第1露光周期によって光電変換した第1受光素子から読み出された第1信号電荷を蓄積する第1前段蓄積部と、前記前段蓄積部から前記第1信号電荷を移送され、信号出力周期開始前に、前記第1信号電荷を蓄積する第1後段蓄積部と、前記信号出力周期に、前記第1後段蓄積部から転送された前記第1信号電荷に応じた第1画素信号を出力する第1電荷電圧変換回路と、を有し、前記第2色画素は、前記第1露光周期とは異なる第2露光周期によって光電変換した第2受光素子から読み出された第2信号電荷を蓄積する第2前段蓄積部と、前記信号出力周期の開始前に、前記第2前段蓄積部から移送された前記第2信号電荷を蓄積する第2後段蓄積部と、前記信号出力周期に、前記第2後段蓄積部から転送された前記第2信号電荷に応じた第2画素信号を出力する第2電荷電圧変換回路と、を有する、固体撮像装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来、カラーリニアイメージセンサ等の固体撮像装置がある。固体撮像装置では、主走査方向に、複数の画素が線状になるように配置される。また、固体撮像装置では、主走査方向と直交する副走査方向に、赤色、緑色、青色等の各色の画素が、並列配置される。

0003

固体撮像装置は、主走査方向に設けられた読取ラインを、副走査方向へ順次シフトし、各色の画素によって読取りを行い、各色の画素信号を出力する。固体撮像装置では、各色の読取周期開始時刻のずれに応じ、各色の画素信号の周期もずれる。

0004

固体撮像装置から出力された各色の画素信号は、別途設けられた補正装置によって周期のずれが補正され、撮像画像に合成される。固体撮像装置を有する撮像装置は、補正装置によって大型化し、製造コスト及び消費電力が増大する。

先行技術

0005

特開2007−74421号公報

発明が解決しようとする課題

0006

実施形態は、画素の色に応じて露光周期が異なる場合においても、各色の画素信号を同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる、固体撮像装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

実施形態の固体撮像装置は、受光素子読出ゲート前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョンアンプトランジスタリセットトランジスタ、及び、アドレストランジスタを有する。受光素子は、カラーフィルタを有し、入射光光電変換する。読出ゲートは、前記受光素子から信号電荷を読み出す。前段蓄積部は、前記受光素子から読み出した前記信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前記前段蓄積部から移送した前記信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンは、前記後段蓄積部から転送した前記信号電荷を信号電圧に変換する。アンプトランジスタは、前記信号電圧に応じた画素信号を生成する。リセットトランジスタは、前記アンプトランジスタのゲート電圧基準電圧リセットする。アドレストランジスタは、前記画素信号を出力する。

図面の簡単な説明

0008

実施形態に関わる、固体撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
実施形態に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態に関わる、固体撮像装置の読出信号バリア信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。
実施形態の変形例1に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例2に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例2に関わる、固体撮像装置の読出信号、蓄積信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。
実施形態の変形例3に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例3に関わる、固体撮像装置の読出信号、蓄積信号、バリア信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。

実施例

0009

(実施形態)
以下、図面を参照して実施形態を説明する。

0010

図1は、固体撮像装置1の概略構成の一例を示すブロック図である。図2は、固体撮像装置1の画素10の一例を示す回路図である。

0011

図1に示すように、固体撮像装置1は、複数の画素10、出力回路20、出力端子30及び制御回路40を有する。複数の画素10は、出力回路20を介して出力端子30に画素信号Vを出力する。複数の画素10は、制御回路40によって制御される。

0012

複数の画素10は、画素アレイ上に、主走査方向Xに、線状になるように配置される。また、複数の画素10は、主走査方向Xと直交する副走査方向Yに、例えば赤色画素である第1色画素R1〜Rn、例えば緑色画素である第2色画素G1〜Gn、及び、例えば青色画素である第3色画素B1〜Bnが並列に配置される。

0013

以下、第1色画素R1〜Rnの全部又は一部を示すとき第1色画素Rといい、第2色画素G1〜Gnの全部又は一部を示すとき第2色画素Gといい、第3色画素B1〜Bnの全部又は一部を示すとき第3色画素Bという。

0014

また、第1色画素R1〜Rn、第2色画素G1〜Gn、及び、第3色画素B1〜Bnの全部又は一部を示すとき、画素10という。

0015

画素10の各々は、受光素子11、電荷転送回路12、電荷電圧変換回路13を有する。

0016

図2に示すように、受光素子11は、例えば、光電変換可能なフォトダイオードを有する。フォトダイオードは、アノード接地電圧と接続され、カソードが電荷転送回路12と接続される。フォトダイオードには、所定色成分を透過させるカラーフィルタが設けられる。受光素子11は、露光すると、入射光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。

0017

電荷転送回路12は、受光素子11から電荷電圧変換回路13に信号電荷を読み出して転送する。電荷転送回路12は、読出ゲートA1、蓄積ゲートA2、バリアゲートA3、蓄積ダイオードD、転送ゲートA4を有する。読出ゲートA1、蓄積ゲートA2、バリアゲートA3、及び、転送ゲートA4は、順に、直列になるように接続される。

0018

読出ゲートA1は、制御回路40から入力された読出信号RDに応じ、受光素子11に蓄積された信号電荷を蓄積ゲートA2に読み出す。

0019

蓄積ゲートA2は、制御回路40から蓄積信号STが入力され、蓄積信号STに応じた蓄積電荷量を有し、読出ゲートA1から読み出された信号電荷を蓄積する。

0020

バリアゲートA3は、制御回路40から入力されたバリア信号BGに応じ、蓄積ゲートA2に蓄積された信号電荷を蓄積ダイオードDに移送する。

0021

蓄積ダイオードDは、カソードがバリアゲートA3の出力端及び転送ゲートA4の入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードDは、バリアゲートA3から移送された信号電荷を蓄積する。

0022

転送ゲートA4は、制御回路40から入力された転送信号SHに応じ、蓄積ダイオードDに蓄積された信号電荷を電荷電圧変換回路13に転送する。

0023

電荷電圧変換回路13は、電荷転送回路12から転送された信号電荷を信号電圧に変換し、出力回路20に画素信号Vを出力する。電荷電圧変換回路13は、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタTr1、アンプトランジスタTr2、アドレストランジスタTr3、及び、定電流源Scを有する。リセットトランジスタTr1、アンプトランジスタTr2、及び、アドレストランジスタTr3の各々は、例えば、n型のトランジスタによって構成されるが、p型のトランジスタによって構成されてもよい。

0024

フローティングディフュージョンFDは、コンデンサCを有する。コンデンサCは、一端が転送ゲートA4、及び、アンプトランジスタTr2のゲートと接続され、他端が接地電圧と接続される。コンデンサCは、転送ゲートA4から転送された信号電荷を信号電圧に変換する。

0025

リセットトランジスタTr1は、一端が基準電圧と接続され、他端がフローティングディフュージョンFDと接続される。リセットトランジスタTr1は、制御回路40から入力されたリセット信号RSに応じ、フローティングディフュージョンFDを基準電圧に接続し、信号電荷を排出する。

0026

アンプトランジスタTr2は、一端が電源電圧と接続され、他端がアドレストランジスタTr3及び出力回路20と接続される。アンプトランジスタTr2は、定電流源Scと接続されると、ソースフォロア動作を行い、出力回路20に、ゲートに入力されたフローティングディフュージョンFDの信号電圧に応じた画素信号Vを出力する。

0027

アドレストランジスタTr3は、アンプトランジスタTr2の他端と定電流源Scの間に設けられる。アドレストランジスタTr3は、ゲートが制御回路40と接続され、制御回路40から入力されたアドレス信号ADに応じ、定電流源ScとアンプトランジスタTr2を接続状態又は遮断状態のいずれかにする。

0028

定電流源Scは、アンプトランジスタTr2と接地電圧の間に設けられる。

0029

図1戻り、出力回路20は、第1色画素Rと接続された出力回路21、第2色画素Gと接続された出力回路22、及び、第3色画素Bと接続された出力回路23を有する。出力回路20は、複数の画素10から入力された画素信号Vに増幅等の所定信号処理を行い、出力端子30に出力する。

0030

出力端子30は、出力回路21と接続して画素信号Vrを出力する出力端子31、出力回路22と接続して画素信号Vgを出力する出力端子32、及び、出力回路23と接続して画素信号Vbを出力する出力端子33を有する。以下、画素信号Vr、Vg、Vbの全部又は一部を示すとき、画素信号Vという。

0031

制御回路40は、例えば、シフトレジスタによって構成される。

0032

また、制御回路40は、読出信号RDを出力し、画素10の色に応じ、受光素子11に蓄積された信号電荷の読出指示を行う。より具体的に、制御回路40は、副走査方向Yへの読取ラインの移動に応じて各色の画素10が電荷蓄積できるように、各色の画素10の露光周期に従って読出信号RDを出力する。露光周期は、画素10の色に応じて定められる。読出信号RDがOFF状態になると、読出ゲートA1が遮断状態になり、受光素子11に信号電荷が蓄積される。読出信号RDがON状態になると、読出ゲートA1が接続状態になり、受光素子11から蓄積ゲートA2に信号電荷が読み出される。

0033

また、制御回路40は、蓄積ゲートA2に所定電圧の蓄積信号STを出力する。

0034

また、制御回路40は、バリア信号BGを出力し、信号出力周期開始前に、各色の画素10の蓄積ゲートA2の信号電荷の移送指示を行う。例えば、制御回路40は、信号出力周期の開始前に、同時に、全部の画素10にバリア信号BGを出力してもよい。バリア信号BGがON状態になると、蓄積ゲートA2から蓄積ダイオードDに信号電荷が読み出される。バリア信号BGがOFF状態になると、蓄積ダイオードDは、蓄積ゲートA2から遮断される。

0035

また、制御回路40は、信号出力周期に、画素10の主走査方向Xの位置に応じた転送信号SHを順次出力し、信号電荷の転送指示を行う。転送信号SHがON状態になると、蓄積ダイオードDからフローティングディフュージョンFDに信号電荷が転送される。転送信号SHがOFF状態になると、フローティングディフュージョンFDは、蓄積ダイオードDから遮断される。

0036

また、制御回路40は、アドレス信号ADを出力し、画素信号Vの出力指示も行う。アドレス信号ADがON状態になると、アンプトランジスタTr2と定電流源Scが接続され、フローティングディフュージョンFDの信号電圧に応じた画素信号Vが出力回路20に出力される。画素10の各々の画素信号Vを出力した後、制御回路40は、アドレス信号ADをOFF状態にし、アンプトランジスタTr2から定電流源Scを遮断する。

0037

また、制御回路40は、画素10の各々の画素信号Vを出力した後、リセット信号RSを出力し、信号電荷のリセット指示を行う。リセット信号RSがON状態になると、基準電圧とフローティングディフュージョンFDが接続状態にされ、フローティングディフュージョンFDがリセットされる。

0038

すなわち、蓄積ゲートA2は、前段蓄積部を構成する。蓄積ダイオードDは、後段蓄積部を構成する。

0039

また、固体撮像装置1は、受光素子11、読出ゲートA1、前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョンFD、アンプトランジスタTr2、リセットトランジスタTr1、及び、アドレストランジスタTr3を有する。受光素子11は、カラーフィルタを有し、入射光を光電変換する。読出ゲートA1は、受光素子11から信号電荷を読み出す。前段蓄積部は、受光素子11から読み出した信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前段蓄積部から移送した信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンFDは、後段蓄積部から転送した信号電荷を信号電圧に変換する。リセットトランジスタTr1は、アンプトランジスタTr2のゲート電圧を基準電圧にリセットする。アンプトランジスタTr2は、信号電圧に応じた画素信号Vを生成する。アドレストランジスタTr3は、画素信号Vを出力する。

0040

また、受光素子11は、複数設けられ、前段蓄積部及び後段蓄積部は、複数の受光素子11の各々に設けられる。

0041

また、制御回路40は、同色カラーフィルタ毎に、前段蓄積部における信号電荷の蓄積周期を制御する。より具体的には、制御回路40は、同色のカラーフィルタを有する画素毎に定められた蓄積周期において、前段蓄積部が信号電荷を蓄積するように制御する。さらに具体的には、受光素子11は、副走査方向Yに色の異なるカラーフィルタを有し、制御回路40は、カラーフィルタの色に応じて定められた蓄積周期において、前段蓄積部が信号電荷を蓄積するように制御する。

0042

また、制御回路40は、各色のカラーフィルタを有する画素10の画素信号Vを同期して出力するように制御する。より具体的には、制御回路40は、副走査方向Yと直交する主走査方向Xの位置に応じ、各色のカラーフィルタを有する画素10が同期し、後段蓄積部からフローティングディフュージョンFDに信号電荷を転送するように制御する。

0043

(動作)
次に、実施形態に係る固体撮像装置1の動作について説明をする。

0044

図3は、実施形態に関わる、固体撮像装置1の読出信号RD、バリア信号BG、転送信号SH及び画素信号Vの波形図の一例である。

0045

図3の例では、第2色画素Gの露光周期Pr2は、第1色画素Rの露光周期Pr1から1/2周期遅れるように定められる。また、第3色画素Bの露光周期は、第2色画素Gの露光周期Pr2から1/2周期遅れるように定められる。すなわち、第3色画素Bの露光周期は、1周期遅れて第1色画素Rの露光周期Pr1と同期する。第3色画素Bの動作は、第1色画素Rと同じであるため、図示及び説明を省略する。以下、露光周期Pr1、Pr2及び第3色画素Bの露光周期の全部又は一部を示すとき、露光周期Prという。

0046

時刻T1において、制御回路40がOFF状態の読出信号RDrを出力すると、受光素子11と電荷転送回路12が遮断状態になり、第1色画素Rの受光素子11は、露光による信号電荷の蓄積を開始する。時刻T1から時刻T3aが露光周期Pr1である。

0047

読取ラインが副走査方向Yへ所定速度で移動し、時刻T2になると、読取ラインに、第2色画素Gが配置される。制御回路40がOFF状態の読出信号RDgを出力すると、第2色画素Gの受光素子11は、露光による信号電荷の蓄積を開始する。時刻T2から時刻T4aが露光周期Pr2である。

0048

読取ラインの移動は、画素アレイを副走査方向Yへ移動させる画素アレイ移動機構によって実現してもよいし、被写体を副走査方向Yへ移動させる被写体移動機構によって実現してもよい。

0049

時刻T3において、制御回路40がON状態の読出信号RDrを出力すると、時刻T3aでOFF状態の読出信号RDrを出力するまで、第1色画素Rの読出ゲートA1は、受光素子11から蓄積ゲートA2に信号電荷を読み出す。第1色画素Rの蓄積ゲートA2は、時刻T3aから時刻Tsまでの蓄積周期Pc1、信号電荷を蓄積する。

0050

時刻T4において、制御回路40がON状態の読出信号RDgを出力すると、時刻T4aでOFF状態の読出信号RDgを出力するまで、第2色画素Gの読出ゲートA1は、受光素子11から蓄積ゲートA2に信号電荷を読み出す。第2色画素Gの蓄積ゲートA2は、時刻T4aから時刻Tsまでの蓄積周期Pc2、信号電荷を蓄積する。

0051

時刻Tsになると、信号出力周期Psが開始する。時刻Tsにおいて、制御回路40がON状態のバリア信号BGを出力すると、全部の画素10のバリアゲートA3は、蓄積ゲートA2から蓄積ダイオードDに信号電荷を移送する。

0052

続いて、制御回路40が、ON状態の転送信号SH1〜SHnを出力すると、順次、主走査方向Xに配列された画素10の各々の転送ゲートA4は、蓄積ダイオードDからフローティングディフュージョンFDに信号電荷を転送する。

0053

制御回路40が、ON状態のアドレス信号ADを出力すると、順次、主走査方向Xに配列された画素10の各々のアンプトランジスタTr2は、フローティングディフュージョンFDの信号電圧に応じた画素信号Vを出力する。

0054

より具体的には、第1色画素Rは、露光周期Pr1に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Vrを出力回路21に出力する。第2色画素Gは、露光周期Pr2に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Vgを出力回路22に出力する。図示は省略するが、第3色画素Bも、露光周期に蓄積された電荷に応じた画素信号Vbを出力回路23に出力する。

0055

出力回路20は、画素信号Vを増幅し、出力端子30に出力する。

0056

第1色画素Rは、第1前段蓄積部、第1後段蓄積部、及び、第1電荷電圧変換回路13を有する。第1前段蓄積部は、第1露光周期Pr1によって光電変換した第1受光素子11から読み出された第1信号電荷を蓄積する。第1後段蓄積部は、前段蓄積部から第1信号電荷を移送され、信号出力周期Psの開始前に、第1信号電荷を蓄積する。第1電荷電圧変換回路13は、信号出力周期Psに、第1後段蓄積部から転送された第1信号電荷に応じた第1画素信号Vrを出力する。

0057

第2色画素Gは、第2前段蓄積部、第2後段蓄積部、及び、第2電荷電圧変換回路13を有する。第2前段蓄積部は、第1露光周期Pr1とは異なる第2露光周期Pr2によって光電変換した第2受光素子11から読み出された第2信号電荷を蓄積する。第2後段蓄積部は、信号出力周期Psの開始前に、第2前段蓄積部から移送された第2信号電荷を蓄積する。第2電荷電圧変換回路13は、信号出力周期Psに、第2後段蓄積部から転送された第2信号電荷に応じた第2画素信号Vgを出力する。

0058

これにより、固体撮像装置1は、各色の画素10において、色に応じた露光周期Prによって入射光を光電変換した信号電荷を前段蓄積部に読み出して蓄積し、信号出力周期Psの開始前に、前段蓄積部から後段蓄積部に移送し、信号出力周期Psに、各色の画素10を同期させて後段蓄積部から電荷電圧変換回路13に転送し、画素信号Vを出力する。

0059

実施形態によれば、固体撮像装置1は、画素10の色に応じて露光周期Prが異なる場合においても、各色の画素信号Vを同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる。

0060

(実施形態の変形例1)
実施形態の変形例1では、前段蓄積部が蓄積ゲートA2によって構成されるが、前段蓄積部は、蓄積ダイオードDaによって構成されてもよい。

0061

図4は、実施形態の変形例1に関わる、固体撮像装置1aの画素10の一例を示す回路図である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0062

固体撮像装置1aは、前段蓄積部である蓄積ダイオードDaを有する。

0063

蓄積ダイオードDaは、カソードが読出ゲートA1の出力端及びバリアゲートA3の入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードDaは、読出ゲートA1から読み出された信号電荷を蓄積する。

0064

バリア信号BGによってON状態になると、バリアゲートA3は、蓄積ダイオードDaから蓄積ダイオードDに信号電荷を移送する。

0065

これにより、固体撮像装置1aでは、前段蓄積部を蓄積ダイオードDaによって構成し、暗電流をより小さくすることができる。

0066

(実施形態の変形例2)
実施形態及び変形例1では、バリアゲートA3を有するが、バリアゲートA3を有しなくてもよい。

0067

図5は、実施形態の変形例2に関わる、固体撮像装置1bの画素10の一例を示す回路図である。図6は、固体撮像装置1bの読出信号RD、蓄積信号ST、転送信号SH及び画素信号Vの波形図の一例である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0068

固体撮像装置1bは、前段蓄積部である蓄積ダイオードDb、及び、後段蓄積部である蓄積ゲートA2bを有する。

0069

蓄積ダイオードDbは、カソードが読出ゲートA1の出力端及び蓄積ゲートA2bの入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードDbは、読出ゲートA1から読み出された信号電荷を蓄積する。

0070

蓄積ゲートA2bは、蓄積ダイオードDbと転送ゲートA4の間に設けられる。蓄積ゲートA2bは、制御回路40から入力された蓄積信号STに応じ、蓄積ダイオードDbから信号電荷を移送して蓄積する。

0071

制御回路40は、蓄積信号STを出力し、画素10の各々の蓄積ダイオードDbの信号電荷の移送指示を行う。より具体的に、制御回路40が蓄積信号STをON状態にすると、蓄積信号STに応じて形成されたポテンシャルに応じ、信号電荷は、蓄積ダイオードDbから蓄積ゲートA2bに移送して蓄積される。

0072

図6に示すように、時刻T1において、第1色画素Rの露光周期Pr1が開始する。時刻T2において、第2色画素Gの露光周期Pr2が開始する。

0073

時刻T3において、第1色画素Rは、受光素子11から蓄積ダイオードDbに信号電荷を読み出す。時刻T3aから第1色画素Rの蓄積周期Pc1が開始する。時刻T4において、第2色画素Gは、受光素子11から蓄積ダイオードDbに信号電荷を読み出す。時刻T4aから第2色画素Gの蓄積周期Pc2が開始する。

0074

時刻Tsにおいて、信号出力周期Psが開始し、蓄積ゲートA2bは、蓄積ダイオードDbから移送された信号電荷を蓄積する。続いて、制御回路40が転送信号SH及びアドレス信号ADを出力すると、電荷電圧変換回路13は、順次、蓄積ゲートA2bから転送された信号電荷に応じて画素信号Vを出力する。

0075

変形例によれば、固体撮像装置1bは、より簡易な構造とすることができる。

0076

(実施形態の変形例3)
実施形態及び他の変形例では、第3色画素Bの画素信号Vbは、1周期遅れて第1色画素Rの画素信号Vrと同期するが、1周期遅れずに、画素信号Vrと画素信号Vbを同期させてもよい。

0077

図7は、実施形態の変形例3に関わる、固体撮像装置1cの画素10の一例を示す回路図である。図8は、固体撮像装置1cの読出信号RD、蓄積信号ST1、ST2、バリア信号BG、転送信号SH及び画素信号Vの波形図の一例である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0078

固体撮像装置1cは、前段蓄積部である第1蓄積ゲートA2c、中間蓄積部である第2蓄積ゲートA2d、及び、後段蓄積部である蓄積ダイオードDを有する。

0079

第1蓄積ゲートA2c及び第2蓄積ゲートA2dは、読出ゲートA1とバリアゲートA3の間に直列になるように設けられる。

0080

第1蓄積ゲートA2cは、蓄積信号ST1が入力され、蓄積信号ST1に応じ、受光素子11から読み出された信号電荷を蓄積する。

0081

第2蓄積ゲートA2dは、蓄積信号ST2が入力され、蓄積信号ST2に応じ、第1蓄積ゲートA2cから移送された信号電荷を蓄積する。

0082

制御回路40は、蓄積信号ST1、ST2及びバリア信号BGを出力し、信号出力周期Psの開始前に、画素10の色に応じた露光周期Prによって入射光を光電変換した信号電荷を読み出し、蓄積ダイオードDに蓄積させる。

0083

図8に示すように、時刻T11rから時刻T12rにおいて、制御回路40が出力したON状態の読出信号RDrに応じ、読出ゲートA1は、露光周期Pr1において受光素子11に蓄積された電荷を読み出す。

0084

時刻T13rにおいて、制御回路40がON状態の蓄積信号ST1を出力すると、第1色画素Rの蓄積ゲートA2cは、読出ゲートA1によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0085

時刻T14rにおいて、制御回路40がON状態の蓄積信号ST2を出力すると、第1色画素Rの蓄積ゲートA2dは、蓄積ゲートA2cに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0086

時刻T15rにおいて、制御回路40がON状態のバリア信号BGを出力すると、バリアゲートA3は、蓄積ゲートA2dに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積ダイオードDに蓄積する。時刻T12rから時刻Tsまでの蓄積周期Pc1において、信号電荷は、蓄積される。

0087

時刻T11gから時刻T12gにおいて、制御回路40が出力したON状態の読出信号RDgに応じ、読出ゲートA1は、露光周期Pr2において受光素子11に蓄積された電荷を読み出す。

0088

時刻T13gにおいて、第2色画素Gの蓄積ゲートA2cは、読出ゲートA1によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0089

時刻T14gにおいて、第2色画素Gの蓄積ゲートA2dは、蓄積ゲートA2cに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0090

時刻T15gにおいて、バリアゲートA3は、蓄積ゲートA2dに蓄積された信号電荷を移送して蓄積ダイオードDに蓄積する。時刻T12gから時刻Tsまでの蓄積周期Pc2において、信号電荷は、蓄積される。

0091

時刻T11bから時刻T12bにおいて、制御回路40が出力したON状態の読出信号RDbに応じ、読出ゲートA1は、露光周期Pr3において受光素子11に蓄積された電荷を読み出す。

0092

時刻T13bにおいて、第3色画素Bの蓄積ゲートA2cは、読出ゲートA1によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0093

時刻T14bにおいて、第3色画素Bの蓄積ゲートA2dは、蓄積ゲートA2cに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0094

時刻T15bにおいて、バリアゲートA3は、蓄積ゲートA2dに蓄積された信号電荷を移送して蓄積ダイオードDに蓄積する。時刻T12bから時刻Tsまでの蓄積周期Pc3において、信号電荷は、蓄積される。

0095

時刻Tsにおいて、信号出力周期Psが開始し、制御回路40が転送信号SH及びアドレス信号ADを出力すると、電荷電圧変換回路13は、順次、蓄積ダイオードDから転送された信号電荷に応じて画素信号Vを出力する。

0096

すなわち、中間蓄積部は、前段蓄積部と後段蓄積部の間に設けられ、信号電荷を蓄積する。制御回路40は、前段蓄積部、中間蓄積部及び後段蓄積部が信号電荷を蓄積する蓄積周期Pc1、Pc2、Pc3をカラーフィルタの色に応じて制御する。

0097

これにより、固体撮像装置1cは、各色の画素10において、色に応じた露光周期Prによって入射光を光電変換した信号電荷を前段蓄積部に読み出して蓄積し、信号出力周期Psの開始前に、中間蓄積部を介して前段蓄積部から後段蓄積部に移送し、信号出力周期Psに、各色の画素10を同期させて後段蓄積部から電荷電圧変換回路13に転送し、画素信号Vを出力する。

0098

変形例によれば、固体撮像装置1cは、画素10の色に応じて露光周期Prが異なる場合においても、1周期遅れることなく、各色の画素信号Vを同期して出力することができる。

0099

なお、実施形態及び変形例では、第1色画素Rが赤色画素であり、第2色画素Gが緑色画素であり、第3色画素Bが青色画素である例を説明したがこれに限定されない。第1色画素Rが赤色以外の画素であってもよいし、第2色画素Gが緑色以外の画素であってもよいし、第3色画素Bが青色以外の画素であってもよい。

0100

なお、実施形態及び変形例では、受光素子11がフォトダイオードである例を説明したが、これに限定されない。受光素子11は、光電変換可能な素子であればよい。

0101

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0102

1、1a、1b、1c・・・固体撮像装置、10・・・画素、11・・・受光素子、12・・・電荷転送回路、13・・・電荷電圧変換回路、20、21、22、23・・・出力回路、30、31、32、33・・・出力端子、40・・・制御回路、AD・・・アドレス信号、A1・・・読出ゲート、A2、A2b、A2c、A2d・・・蓄積ゲート、A3・・・バリアゲート、A4・・・転送ゲート、B・・・第3色画素、BG・・・バリア信号、C・・・コンデンサ、D、Da、Db・・・蓄積ダイオード、FD・・・フローティングディフュージョン、G・・・第2色画素、Pc1、Pc2、Pc3・・・蓄積周期、Pr、Pr1、Pr2、Pr3・・・露光周期、Ps・・・信号出力周期、R・・・第1色画素、RD、RDg、RDr・・・読出信号、RS・・・リセット信号、SH・・・転送信号、ST、ST1、ST2・・・蓄積信号、Sc・・・定電流源、Tr1・・・リセットトランジスタ、Tr2・・・アンプトランジスタ、Tr3・・・アドレストランジスタ、V、Vb、Vg、Vr・・・画素信号、X・・・主走査方向、Y・・・副走査方向

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