CN104272718B - 固体摄像装置 - Google Patents

固体摄像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104272718B
CN104272718B CN201380019299.9A CN201380019299A CN104272718B CN 104272718 B CN104272718 B CN 104272718B CN 201380019299 A CN201380019299 A CN 201380019299A CN 104272718 B CN104272718 B CN 104272718B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission line
signal
noise
pixel
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380019299.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104272718A (zh
Inventor
须川成利
赤羽奈奈
足立理
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Olympus Corp
Original Assignee
Tohoku University NUC
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Olympus Corp filed Critical Tohoku University NUC
Publication of CN104272718A publication Critical patent/CN104272718A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104272718B publication Critical patent/CN104272718B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/767—Horizontal readout lines, multiplexers or registers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

Abstract

即使在读出期间中像素输出发生变动，也输出抗噪性高的信号。提供一种固体摄像装置，该固体摄像装置具有：呈二维排列的多个单位像素(9)，它们包含对入射光进行光电转换的PD(11)；FD(13)，其按照多个像素组的每个像素组设置，所述像素组包含一个以上该单位像素(9)；两个输出端子(8a、8b)，它们能够单独输出噪声信号以及信号噪声和信号；多条第1、第2传输线(6a、6b)，它们将输出端子(8a、8b)共同地连接起来，能够分别保持噪声信号电压以及信号噪声和信号电压；第1开关(10a)，其配置在输出端子(8a)和第1传输线(6a)之间；第2开关(10b)，其配置在输出端子(8b)和第2传输线(6b)之间；第3、第4开关(19a、19b)，它们设置在各传输线(6a、6b)上；以及第3、第4传输线(7a、7b)，它们经由第3、第4开关(19a、19b)将各传输线(6a、6b)分别并联连接起来。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及固体摄像装置。
背景技术
以往，公知有以CMOS(complementary metal-oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器为代表的放大型固体摄像装置，其在像素内将光电转换元件蓄积的信号电荷转换为信号电压之后输出到信号线(例如，参照专利文献1。)。该固体摄像装置在所有的垂直信号线上具备两个电容元件，在该固体摄像装置中，从像素内的电荷电压转换元件输出对像素内的电荷电压转换元件进行复位时所产生的电压(以下，称作噪声电压。)和将通过光电转换而产生的信号电荷加在该噪声电压上而得到的电压(以下，称作信号噪声和电压。)，并分别保持在所述两个电容元件中。
而且，该固体摄像装置构成为将来自垂直移位寄存器所选择的行的全部的像素的噪声电压以及信号噪声和电压保持在电容元件中后，从水平移位寄存器所选择的列所具备的两个电容元件中输出噪声电压以及信号噪声和电压，通过CDS电路计算这些电压的差值，由此进行噪声去除。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-4399号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，以往的固体摄像装置如果为了小型化而去除列所具备的电容元件，则为了通过CDS电路进行噪声去除，需要在进行一行的噪声信号的读出后进行信号噪声和信号的读出，在读出期间中像素输出发生变动的情况下，不能去除噪声。尤其随着像素数增加该情况愈发明显。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使在读出期间中像素输出发生变动也能够输出抗噪性高的信号的固体摄像装置。
用于解决问题的手段
为达成上述目的，本发明提供以下手段。
本发明的一个方式提供一种固体摄像装置，其具有：呈二维排列的多个单位像素，它们包含对入射光进行光电转换的光电转换元件；电荷转换元件和两个输出端子，它们按照多个像素组的每个像素组设置，其中，所述像素组包含一个以上的该单位像素，所述电荷转换元件将在该像素组内的各所述单位像素的所述光电转换元件中进行了光电转换后的信号电荷转换为电压或电流，所述两个输出端子能够单独输出在对该电荷转换元件进行复位时所产生的噪声信号以及将通过光电转换所产生的信号加在该噪声信号上而得到的信号噪声和信号；多条第1传输线，多个所述像素组的一个所述输出端子共同地连接至该第1传输线，多条所述第1传输线能够保持基于从该输出端子输出的所述噪声信号的电压；多条第2传输线，多个所述像素组的另一个所述输出端子共同地连接至该第2传输线，多条所述第2传输线能够保持基于从该输出端子输出的所述信号噪声和信号的电压；第1开关，其配置在一个所述输出端子和所述第1传输线之间；第2开关，其配置在另一个所述输出端子和所述第2传输线之间；第3开关，其设置在各所述第1传输线上；第4开关，其设置在各所述第2传输线上；第3传输线，多条所述第1传输线分别经由所述第3开关并联连接至该第3传输线；以及第4传输线，多条所述第2传输线分别经由所述第4开关并联连接至该第4传输线。
根据本方式，如果入射光入射到属于各像素组的单位像素内的光电转换元件，则通过光电转换产生信号电荷，并将该信号电荷保持在光电转换元件中。通过将第1开关切换到开状态，对设置在单位像素的电荷转换元件进行复位所产生的噪声信号被从各像素组的输出端子输出到各第1传输线，并以与噪声信号对应的大小的电压形式保持在各第1传输线。
在该状态下，将第1开关切换到关状态，如果从相同的单位像素的光电转换元件输出信号电荷，则信号电荷被电荷转换元件转换为电流或电压，通过将第2开关切换到开状态，信号噪声和信号被从像素组的输出端子输出到第2传输线，并以与信号噪声和信号对应的大小的电压形式保持在第2传输线。
而且，通过将设置在与相同的像素组连接的第1传输线和第2传输线上的第3开关和第4开关切换到开状态，能够同时将第1传输线保持的噪声信号输出到第3传输线，将第2传输线保持的信号噪声和信号输出到第4传输线。即，在第3传输线和第4传输线的后级，通过从信号噪声和信号中减去噪声信号，能够高精度地取得与入射光强度对应的信号。
在该情况下，根据本方式，由于从单位像素单独输出的噪声信号以及信号噪声和信号由第1、第2传输线分别保持，因此能够在刚刚输出各单位像素的噪声信号后立刻输出相同单位像素的信号噪声和信号，即使在读出期间中像素输出发生变动也能够高精度地去除噪声，构建由抗噪性高的信号组成的图像。
在上述方式中，可以是所述第1传输线和第2传输线平行地隔开间隔在第1方向上呈直线状延伸，各所述像素组包含在与所述第1方向交叉的方向上相邻排列的两个单位像素。
这样，在与第1传输线和第2传输线交叉的方向上相邻的两个单位像素能够作为同一像素组共有第1传输线和第2传输线。其结果为，能够提供一种固体摄像装置，即使与针对1列的单位像素列配置了一根传输线的以往的固体摄像元件对比，该固体摄像装置也没有增大单位像素以外的部分的面积，且能够输出抗噪性高的信号。
并且，在上述方式中，固体摄像装置可以具备将所述第1传输线复位为第1复位状态的第1复位单元和将所述第2传输线复位为第2复位状态的第2复位单元。
这样，能够在将第1复位单元切换到开状态而使第1传输线复位为第1复位状态后，通过将第1复位单元切换到关状态而将第1传输线设定在悬浮电位状态。并且，能够在将第2复位单元切换到开状态使第2传输线复位为第2复位状态后，通过将第2复位单元切换到关状态而将第2传输线设定在悬浮电位状态。由此，即使在读出传向第1传输线和第2传输线的噪声信号或信号噪声和信号时不提供恒定电流的、所谓的电容负荷型的读出方式中，也能够高精度地读出信号。
并且，在上述方式中，可以是该固体摄像装置具有像素选择单元，该像素选择单元选择从所述像素组的所述输出端子向所述第1传输线或所述第2传输线输出信号的所述单位像素，在使所述第1复位单元成为开状态而使所述第1传输线处于第1复位状态之后，将所述第1复位单元切换到关状态，使所述第1传输线处于悬浮电位状态，通过将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的噪声信号以规定的时间读出到悬浮电位状态的所述第1传输线来进行保存，在使所述第2复位单元成为开状态而使所述第2传输线处于第2复位状态之后，将所述第2复位单元切换到关状态，使所述第2传输线处于悬浮电位状态，通过将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的信号噪声和信号以规定的时间读出到悬浮电位状态的所述第2传输线来进行保存，将保存在所述第1传输线的噪声信号经由所述第3开关读出到所述第3传输线，将保存在所述第2传输线的信号噪声和信号经由所述第4开关读出到所述第4传输线。
这样，通过所谓的电容负荷型的读出方式，能够将高精度地读出到第1传输线的噪声信号以及高精度地读出到第2传输线的信号噪声和信号以较小的时间差分别读出到第3传输线或第4传输线，即使在读出期间中像素输出发生变动，也能够高精度地去除噪声，构建由抗噪性高的信号组成的图像。
并且，在上述方式中，可以是该固体摄像装置具有：像素选择单元，其选择从所述像素组的所述输出端子向所述第1传输线或所述第2传输线输出信号的所述单位像素；第1恒定电流电路元件，其对向所述第1传输线的恒定电流的供给进行开关操作；以及第2恒定电流电路元件，其对向所述第2传输线的恒定电流的供给进行开关操作，在使所述第1恒定电流电路元件成为开状态而一边向所述第1传输线供给恒定电流一边将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的噪声信号以规定的时间读出到所述第1传输线之后，通过使所述第1恒定电流电路元件成为关状态，将该噪声信号保存在第1传输线，在使所述第2恒定电流电路元件成为开状态而一边向所述第2传输线供给恒定电流一边将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的信号噪声和信号以规定的时间读出到所述第2传输线之后，通过使所述第2恒定电流电路元件成为关状态，将该信号噪声和信号保存在第2传输线，将保存在所述第1传输线的噪声信号经由所述第3开关读出到所述第3传输线，将保存在所述第2传输线的信号噪声和信号经由所述第4开关读出到所述第4传输线。
这样，通过所谓的恒定电流负荷型的读出方式，能够将高精度地读出到第1传输线的噪声信号以及高精度地读出到第2传输线的信号噪声和信号以较小的时间差分别读出到第3传输线或第4传输线，即使在读出期间中像素输出发生变动，也能够高精度地去除噪声，构建由抗噪性高的信号组成的图像。
发明效果
根据本发明，实现以下效果：即使在读出期间中像素输出发生变动也能够输出抗噪性高的信号。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的结构的电路图。
图2是示出包含图1的固体摄像装置所具备的像素的列电路的结构的电路图。
图3是示出图1的固体摄像装置的动作的时序图。
图4是示出本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置的结构的电路图。
图5是示出包含图4的固体摄像装置所具备的像素的列电路的结构的电路图。
图6是示出图4的固体摄像装置的动作的时序图。
图7是示出图4的固体摄像装置的变形例的电路图。
图8是示出包含图7的固体摄像装置所具备的像素的列电路的结构的电路图。
图9是示出图7的固体摄像装置的动作的时序图。
图10是示出作为图1的固体摄像装置的变形例的电容负荷型的固体摄像装置的结构的电路图。
图11是示出包含图10的固体摄像装置所具备的像素的列电路的结构的电路图。
图12是示出图10的固体摄像装置的动作的时序图。
具体实施方式
【第1实施方式】
以下，参照附图对本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置1进行说明。
如图1所示，本发明所涉及的固体摄像装置1具有：具有多个像素P的像素阵列2；垂直移位寄存器3；水平移位寄存器4以及控制这些移位寄存器3、4的控制电路5。
像素阵列2具有：多个像素P，它们呈矩阵状即在行方向和列方向上以规定的数量排列；多对垂直信号线(第1传输线、第2传输线)6a、6b，它们与属于同一列的多个像素P共同地连接；以及一对水平信号线(第3传输线、第4传输线)7a、7b，它们与多对垂直信号线6a、6b共同地连接。在本实施方式中，一个像素P构成一个像素组。
如图2所示，各像素P具有：单位像素9；浮置扩散元件(FD、电荷转换元件)13，其将从该单位像素9输出的信号电荷转换为电压；放大晶体管14，其将蓄积在FD 13中的信号电荷作为电压读出；FD复位晶体管15，其连接在该放大晶体管14和传输晶体管12之间，对FD13的电压进行复位；以及两个选择晶体管(第1开关、第2开关)10a、10b，它们分别配置在所述放大晶体管14的两个输出线(输出端子)8a、8b和一对垂直信号线6a、6b之间。
各单位像素9具有：光电二极管(PD、光电转换元件)11，其对接收到的光信号进行光电转换并蓄积信号电荷；以及传输晶体管12，其对蓄积在该PD 11中的信号电荷进行传输。
放大晶体管14的源极被分支为两个输出线8a、8b。放大晶体管14对与栅极连接的FD 13的信号电压进行放大，并将该信号输出到输出线。具体而言，通过从垂直移位寄存器3向FD复位晶体管15的栅极输入FD复位脉冲φR，放大晶体管14的栅极成为激活状态，成为能够读出的状态。同时，传输到FD 13的信号电荷被排出到FD复位晶体管15的漏极侧。由此，FD13的电压被复位。
通过向栅极输入传输脉冲φT，传输晶体管12从源极侧的PD 11向漏极侧的FD13传输PD 11所蓄积的信号电荷。输入给传输晶体管12的φT信号按照每列输入。通过该传输动作，将PD 11所蓄积的信号电荷复位为0。FD 13产生与从PD 11经由传输晶体管12传输来的信号电荷对应的信号电压。
通过向栅极输入噪声读出脉冲φNS，一个选择晶体管10a从源极侧的放大晶体管14向漏极侧的一条垂直信号线6a输出由FD 13产生的信号电压。并且，通过向栅极输入信号读出脉冲φSS，另一个选择晶体管10b从漏极侧的放大晶体管14向源极侧的另一条垂直信号线6b输出由FD 13产生的信号电压。
在各垂直信号线6a、6b上设置有对这些电位进行复位的复位单元。复位单元由信号线复位晶体管16a、16b构成，通过向各自的栅极输入复位脉冲φVCLs、φVCLN，该信号线复位晶体管16a、16b将各垂直信号线6a、6b复位为VREF。
并且，在各垂直信号线6a、6b上设置有：恒定电流源连接开关18a、18b，它们配置在该各垂直信号线6a、6b和恒定电流源17之间，对各垂直信号线6a、6b和恒定电流源17的导通以及切断进行切换；以及垂直信号线选择开关(第3开关、第4开关)19a、19b，它们对各垂直信号线6a、6b和水平信号线7a、7b的导通以及切断进行切换。
垂直移位寄存器3从像素阵列2中选择一行，通过向属于所选行的像素P输入脉冲φR、φT、φNS、φSS，从各像素P向垂直信号线6a、6b输出信号。
水平移位寄存器4通过向垂直信号线选择开关19a、19b输入垂直信号线选择脉冲φHCLK，从输入了垂直信号线选择脉冲φHCLK的垂直信号线6a、6b向水平信号线7a、7b输出信号。
控制电路5根据预先设定的脉冲序列，将使上述的各脉冲输出的控制信号输出到垂直移位寄存器3和水平移位寄存器4，由此，对从像素阵列2读出信号的读出动作进行控制。
在图1和图2中，标号CVS、CVN表示各垂直信号线6a、6b的寄生电容。
接着，参照图3的时序图对这样构成的固体摄像装置1的驱动方法进行说明。
本实施方式所涉及的固体摄像装置1读出像素P接收的光信号所涉及的电压和对FD 12进行复位时产生噪声所涉及的电压(以下，称作“噪声电压(噪声信号)”。)。这里，像素P接收的光信号所涉及的电压中包含上述的对FD 12进行复位时产生的噪声电压。即，在本实施方式所涉及的固体摄像装置1中，单独读出噪声电压和在该噪声电压上加上像素P接收的光信号所涉及的电压而得到的电压(以下，称作“信号噪声和电压(信号噪声和信号)”。)。
噪声电压以及信号噪声和电压的读出动作能够大致分为以下三个动作：将噪声电压输出到一条垂直信号线6a上并暂时保持在该垂直信号线6a的寄生电容中的动作；将信号噪声和电压输出到另一条垂直信号线6b上并暂时保持在该垂直信号线6b的寄生电容中的动作；以及将分别保持在一对垂直信号线6a、6b上的噪声电压以及信号噪声和电压读出到一对水平信号线7a、7b上的动作。
首先，如下进行将噪声电压输出到一条垂直信号线6a上并暂时保持的动作。
首先，在切断了所有的一条垂直信号线6a的恒定电流源连接开关18a的状态下，向构成该垂直信号线6a的复位单元的信号线复位晶体管16a施加复位脉冲φVCLN，该垂直信号线6a复位为电位VREF。并且，与此同时，通过从垂直移位寄存器3向属于作为输出对象的行的各像素P施加FD复位脉冲φR，FD 12的电位被复位，所选择的像素P的放大晶体管14成为激活状态。
在该状态下，通过向设置在垂直信号线6a上的恒定电流连接开关18a的栅极输入脉冲φCOLN，恒定电流源连接开关18a成为开状态，恒定电流流入垂直信号线6a。而且，与此同时，通过向与该垂直信号线6a连接的一条输出线8a的选择晶体管10a的栅极输入噪声读出脉冲φNS，该选择晶体管10a导通，复位后的FD 12的噪声电压被输出到垂直信号线6a。而且，将脉冲φCOLN的输入保持了规定的时间后停止，将恒定电流源连接开关18a切换到关状态，由此，垂直信号线6a成为悬浮电位状态，噪声电压由该垂直信号电压线6a的寄生电容暂时保持。
接着，向所有的构成另一条垂直信号线6b的复位单元的信号线复位晶体管16b施加复位脉冲φVCLs，该垂直信号线6b复位为电位VREF。并且，与此同时，通过从垂直移位寄存器3向属于作为输出对象的行的各像素P的传输晶体管12的栅极施加传输脉冲φT，从PD11向FD 12传输PD 11所蓄积的信号电荷，FD 12的电位被设定为信号噪声和电压。
在该状态下，放大晶体管14为导通状态，因此通过向设置在另一条垂直信号线6b上的恒定电流源连接开关18b的栅极输入脉冲φCOLS，恒定电流源连接开关18b成为开状态，恒定电流流入垂直信号线6b。而且，与此同时，通过向与垂直信号线6b连接的另一条输出线8b的选择晶体管10b的栅极输入噪声读出脉冲φSS，该选择晶体管10b导通，向垂直信号线6b输出设定在FD 12中的信号噪声和电压。而且，将脉冲φCOLs的输入保持了规定的时间后停止，将恒定电流源连接开关18b切换到关状态，由此，垂直信号线6b成为悬浮电位状态，所输出的信号噪声和电压由该垂直信号电压线6b的寄生电容暂时保持。
接着，如下进行从保持着噪声电压的垂直信号线6a与保持着信号噪声和电压的垂直信号线6b读出噪声电压以及信号噪声和电压的动作。
即，在由多对垂直信号线6a、6b保持着来自同一行内的所有像素P的噪声电压以及信号噪声和电压的状态下，从水平移位寄存器4向垂直信号线选择开关19a施加垂直信号线选择脉冲φHCLK。
由此，将一条垂直信号线6a所保持的噪声电压读出到一条水平信号线7a，将另一条垂直信号线6b所保持的信号噪声和电压读出到另一条水平信号线7b。在各水平信号线7a、7b上设有信号放大单元20a、20b，所读出的噪声电压以及信号噪声和电压被信号放大单元20a、20b放大后，输入到配置在后级的未图示的差分放大器，通过在那里进行差分运算来运算信号电压。
即，关于所有的多对垂直信号线6a、6b，通过依次将噪声电压以及信号噪声和电压读出到水平信号线7a、7b，能够得到一行的像素信号。因此，通过依次切换由垂直移位寄存器3所选择的行并进行同一处理，能够输出所有像素P的像素信号，取得一张图像。
在该情况下，根据本实施方式所涉及的固体摄像装置1，由于从同一像素P单独输出的噪声电压以及信号噪声和电压分别由一对垂直信号线6a、6b保持，因此能够在刚刚保持了噪声电压后，在短时间内立刻保持信号噪声和电压。其结果为，具有以下优点：即使在读出期间中像素P的输出发生变动，也能够输出抗噪性高的信号。
【第2实施方式】
接着，参照附图对本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置30进行说明。在本实施方式的说明中，对与上述第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的结构的共同的部分标注相同标号，并省略该部分的说明。
在第1实施方式所涉及的固体摄像装置1中所有像素P具有放大晶体管14、FD复位晶体管15以及两个选择晶体管10a、10b，与此相对，本实施方式所涉及的固体摄像装置30在这点上不同，如图4所示，在2×2＝4个像素P中共有这些放大晶体管14、FD复位晶体管15以及两个选择晶体管10a、10b。
即，如图5所示，在本实施方式所涉及的固体摄像装置30中，在由2×2的正方形排列的四个单位像素9所组成的像素组31中，各单位像素9具有PD 11和传输晶体管12，所有的传输晶体管12的漏极侧与共同的FD 13连接，并且，各像素组31共有：单一的FD复位晶体管15，其对该FD 13进行复位；放大晶体管14，其将蓄积在FD 13中的信号电荷作为电压读出；以及两个选择晶体管10a、10b，它们分别设于在该放大晶体管14的源极侧被分支的两条输出线8a、8b上。
参照图6对这样构成的本实施方式所涉及的固体摄像装置30的动作进行说明。
在本实施方式中，从各像素组31的四个单位像素9读出噪声电压以及信号噪声和电压的读出动作是通过一边切换单位像素9一边将以下大致三个动作反复四次而进行的，该三个动作为：将一个单位像素9的噪声电压输出到一条垂直信号线6a上并暂时保持在该垂直信号线6a的寄生电容中的动作；将信号噪声和电压输出到另一条垂直信号线6b上并暂时保持在该垂直信号线6b的寄生电容中的动作；以及将分别保持在一对垂直信号线6a、6b上的噪声电压以及信号噪声和电压读出到一对水平信号线7a、7b的动作。
即，在本实施方式中，垂直移位寄存器(像素选择单元)3向四个单位像素9的传输晶体管12输出四个传输脉冲φT1～φT4。通过来自垂直移位寄存器3的各传输脉冲φT1～φT4的不同时刻的输出，在不同时刻将来自各单位像素9的信号噪声和电压输出到另一条垂直信号线6b并保持。
而且，对于所选择的行内的所有像素组31，将一条垂直信号线6a所保持的噪声电压与另一条垂直信号线6b所保持的来自一个单位像素9的信号噪声和电压读出到两个水平信号线7a、7b之后，切换单位像素9，反复进行四次相同动作，由此，能够得到来自所有单位像素9的信号电压。
这样，根据本实施方式所涉及的固体摄像装置30，由于四个单位像素9的每个共有FD 12、放大晶体管14以及两个选择晶体管10a、10b，因此具有以下优点：能够减少像素阵列2内的PD 11以外的元件，实现小型化或者高分辨率化。
并且，在本实施方式中，由于在与沿一个方向延伸的垂直信号线6a、6b交叉的行方向上相邻的两个单位像素9作为同一像素组31共有这些垂直信号线6a、6b，因此，具有以下优点：即使与在一列的单位像素9的列上配置一条垂直信号线的以往的固体摄像装置相比，也能够不增大单位像素9以外的部分的面积，能够输出抗噪性高的信号。
此外，在本实施方式中，虽然例示说明了像素组31由四个单位像素9组成的情况，但是不限于此，可以包含一个以上的任意数量的单位像素9。例如，如图7～图9所示，可以设为像素组32包含八个单位像素9。
并且，在本实施方式中，例示说明了在将噪声电压以及信号噪声和电压读出到一对垂直信号线6a、6b时将垂直信号线6a、6b与恒定电流源17连接而一边使恒定电流流入一边以规定的时间读出的所谓的恒定电流负荷方式的读出方法，但是，也可以取而代之，采用不与恒定电流源17连接而读出的电容负荷方式的读出方法。
图10～图12分别示出采用了电容负荷方式的读出方法的情况下的框图和时序图。并且，即使电容负荷方式的情况也能够适用于由多个像素P组成的像素组31。
通过该电容负荷方式也能够实现与恒定电流负荷方式相同的效果。并且，能够具有以下优点：不需要恒定电流源17、恒定电流源连接晶体管18a、18b以及它们的控制信号，进而，能够简单地构成和控制。
并且，在恒定电流负荷方式的情况下，可以没有将垂直信号线6a、6b复位为复位电压VREF的信号线复位晶体管16a、16b。
并且，在本实施方式中，例示了应用于像素呈矩阵状排列的像素阵列2的情况，但是，也可以取而代之，应用于像素呈蜂窝状排列的像素阵列。
并且，在本实施方式中，电荷转换元件13将电荷转换为电压而输出，但是，也可以取而代之，采用转换为电流而输出的元件。
并且，在本实施方式中，利用垂直信号线6a、6b的寄生电容将噪声电压以及信号噪声和电压保持在垂直信号线6a、6b上。由此，不需要特殊的电容元件，能够实现固体摄像装置1、30的小型化。
但是，本发明不限于此，可以将电容元件(省略图示)与各垂直信号线6a、6b连接。由此，也能够实现以下效果：通过降低噪声电压与信号噪声和电压的时间差，即使在读出期间中像素输出发生变动也能够输出抗噪性高的信号。
标号说明
1、30 固体摄像装置
3 垂直移位寄存器(像素选择单元)
6a 垂直信号线(第1传输线)
6b 垂直信号线(第2传输线)
7a 水平信号线(第3传输线)
7b 水平信号线(第4传输线)
8a、8b 输出端子
9 单位像素
10a 选择晶体管(第1开关)
10b 选择晶体管(第2开关)
11 光电转换元件、PD
13 电荷转换元件、FD
16a 信号线复位晶体管(第1复位单元)
16b 信号线复位晶体管(第2复位单元)
18a 恒定电流源连接晶体管(第1的恒定电流电路元件)
18b 恒定电流源连接晶体管(第2的恒定电流电路元件)
19a 垂直信号线选择开关(第3开关)
19b 垂直信号线选择开关(第4开关)
31、32 像素组。

Claims (5)

1.一种固体摄像装置，其具有：
呈二维排列的多个单位像素(9)，各所述单位像素包含对入射光进行光电转换的光电转换元件(11)；
电荷转换元件(13)和两个输出端子(8a、8b)，所述电荷转换元件和所述两个输出端子按照多个像素组(31、32)的每个像素组设置，其中，所述像素组包含一个以上的该单位像素，所述电荷转换元件将在该像素组内的各所述单位像素的所述光电转换元件中进行了光电转换后的信号电荷转换为电压或电流，所述两个输出端子能够单独输出在对该电荷转换元件进行复位时所产生的噪声信号以及将通过光电转换所产生的信号加在该噪声信号上而得到的信号噪声和信号；
多条第1传输线(6a)，多个所述像素组的一个所述输出端子共同地连接至该第1传输线，多条所述第1传输线能够保持基于从该输出端子输出的所述噪声信号的电压；
多条第2传输线(6b)，多个所述像素组的另一个所述输出端子共同地连接至该第2传输线，多条所述第2传输线能够保持基于从该输出端子输出的所述信号噪声和信号的电压；
第1开关(10a)，其配置在一个所述输出端子和所述第1传输线之间；
第2开关(10b)，其配置在另一个所述输出端子和所述第2传输线之间；
第3开关(19a)，其设置在各所述第1传输线上；
第4开关(19b)，其设置在各所述第2传输线上；
第3传输线，多条所述第1传输线分别经由所述第3开关并联连接至该第3传输线；以及
第4传输线，多条所述第2传输线分别经由所述第4开关并联连接至该第4传输线。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述第1传输线和第2传输线平行地隔开间隔在第1方向上呈直线状延伸，
各所述像素组包含在与所述第1方向交叉的方向上相邻排列的两个单位像素。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
该固体摄像装置具有：
第1复位单元，其将所述第1传输线复位为第1复位状态；以及
第2复位单元，其将所述第2传输线复位为第2复位状态。
4.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其中，
该固体摄像装置具有像素选择单元(3)，该像素选择单元选择从所述像素组的所述输出端子向所述第1传输线或所述第2传输线输出信号的所述单位像素，
在使所述第1复位单元(16a)成为开状态而使所述第1传输线处于第1复位状态之后，将所述第1复位单元切换到关状态，使所述第1传输线处于悬浮电位状态，
通过将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的噪声信号以规定的时间读出到悬浮电位状态的所述第1传输线来进行保存，
在使所述第2复位单元(16b)成为开状态而使所述第2传输线处于第2复位状态之后，将所述第2复位单元切换到关状态，使所述第2传输线处于悬浮电位状态，
通过将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的信号噪声和信号以规定的时间读出到悬浮电位状态的所述第2传输线来进行保存，
将保存在所述第1传输线的噪声信号经由所述第3开关读出到所述第3传输线，
将保存在所述第2传输线的信号噪声和信号经由所述第4开关读出到所述第4传输线。
5.根据权利要求1至3中的任何一项所述的固体摄像装置，其中，
该固体摄像装置具有：
像素选择单元，其选择从所述像素组的所述输出端子向所述第1传输线或所述第2传输线输出信号的所述单位像素；
第1恒定电流电路元件(18a)，其对向所述第1传输线的恒定电流的供给进行开关操作；以及
第2恒定电流电路元件(18b)，其对向所述第2传输线的恒定电流的供给进行开关操作，
在使所述第1恒定电流电路元件成为开状态而一边向所述第1传输线供给恒定电流一边将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的噪声信号以规定的时间读出到所述第1传输线之后，通过使所述第1恒定电流电路元件成为关状态，将该噪声信号保存在第1传输线，
在使所述第2恒定电流电路元件成为开状态而一边向所述第2传输线供给恒定电流一边将从所述像素选择单元所选择的所述单位像素输出的信号噪声和信号以规定的时间读出到所述第2传输线之后，通过使所述第2恒定电流电路元件成为关状态，将该信号噪声和信号保存在第2传输线，
将保存在所述第1传输线的噪声信号经由所述第3开关读出到所述第3传输线，
将保存在所述第2传输线的信号噪声和信号经由所述第4开关读出到所述第4传输线。
CN201380019299.9A 2012-04-19 2013-04-04 固体摄像装置 Active CN104272718B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-095784 2012-04-19
JP2012095784 2012-04-19
PCT/JP2013/060383 WO2013157407A1 (ja) 2012-04-19 2013-04-04 固体撮像装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104272718A CN104272718A (zh) 2015-01-07
CN104272718B true CN104272718B (zh) 2017-08-25

Family

ID=49383371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380019299.9A Active CN104272718B (zh) 2012-04-19 2013-04-04 固体摄像装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9264637B2 (zh)
EP (1) EP2840780A4 (zh)
JP (1) JP5764783B2 (zh)
KR (1) KR101595687B1 (zh)
CN (1) CN104272718B (zh)
WO (1) WO2013157407A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6274904B2 (ja) 2014-02-25 2018-02-07 キヤノン株式会社 固体撮像装置及び撮像システム
JP6334203B2 (ja) * 2014-02-28 2018-05-30 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
JP6171997B2 (ja) 2014-03-14 2017-08-02 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法、並びに電子機器
JP6261430B2 (ja) * 2014-04-01 2018-01-17 キヤノン株式会社 撮像装置及び画像処理システム
JP6580069B2 (ja) * 2014-12-26 2019-09-25 キヤノン株式会社 撮像装置の駆動方法、撮像装置、撮像システム
JP6571939B2 (ja) * 2015-01-26 2019-09-04 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体
CN108141556A (zh) * 2015-10-02 2018-06-08 奥林巴斯株式会社 摄像元件、内窥镜以及内窥镜系统
CN107534749B (zh) * 2015-11-30 2020-03-03 奥林巴斯株式会社 摄像元件、内窥镜以及内窥镜系统
KR102382835B1 (ko) 2015-12-03 2022-04-06 삼성전자주식회사 다양한 동작 모드를 지원하는 이미지 센서 및 그 동작 방법
CN114584723B (zh) * 2016-03-29 2024-03-12 株式会社尼康 拍摄元件及拍摄装置
EP3439287B1 (en) * 2016-03-30 2022-01-26 Nikon Corporation Image pickup element and image pickup device
WO2017212075A2 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 Analog Devices Global Cmos image sensors with reduced power consumption
JP6769349B2 (ja) * 2017-03-03 2020-10-14 株式会社リコー 固体撮像素子及び撮像装置
KR102406996B1 (ko) 2017-04-07 2022-06-08 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10687005B2 (en) 2017-12-13 2020-06-16 Analog Devices Global Unlimited Company Analog-to-digital converters for phase-detection autofocus image sensors
JP7013973B2 (ja) * 2018-03-19 2022-02-01 株式会社リコー 固体撮像素子及び撮像装置
US11658202B2 (en) * 2020-05-15 2023-05-23 Omnivision Technologies, Inc. Dual row select pixel for fast pixel binning

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1261687A (zh) * 1998-12-15 2000-08-02 佳能株式会社 摄像装置
CN1662040A (zh) * 2004-02-25 2005-08-31 夏普株式会社 放大固态图像拾取装置
CN1734779A (zh) * 2004-08-11 2006-02-15 索尼株式会社 固态成像器件和成像装置
CN100370810C (zh) * 2001-05-18 2008-02-20 佳能株式会社 摄像装置
CN101834974A (zh) * 2009-03-09 2010-09-15 博立码杰通讯(深圳)有限公司 一种多光谱感光器件及其采样方法
CN101883221B (zh) * 2010-06-29 2011-10-05 天津大学 在cmos图像传感器中实现tdi的电路及方法
CN102387318A (zh) * 2010-08-30 2012-03-21 佳能株式会社 固态图像拾取装置和图像拾取系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3267386B2 (ja) 1993-05-28 2002-03-18 キヤノン株式会社 光電変換装置
JPH10304238A (ja) * 1997-04-22 1998-11-13 Toshiba Corp 固体撮像素子を備えたカメラの自動露光時間設定装置
JP3667094B2 (ja) 1998-06-17 2005-07-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP4083909B2 (ja) * 1998-06-02 2008-04-30 株式会社東芝 固体撮像装置
JP4154068B2 (ja) * 1999-04-12 2008-09-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びそれを用いた撮像システム及び画像読取システム
GB0027931D0 (en) * 2000-11-16 2001-01-03 Sgs Thomson Microelectronics Solid state imaging device
US6855937B2 (en) 2001-05-18 2005-02-15 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus
JP3833125B2 (ja) 2002-03-01 2006-10-11 キヤノン株式会社 撮像装置
JP4235729B2 (ja) * 2003-02-03 2009-03-11 国立大学法人静岡大学 距離画像センサ
JP4743839B2 (ja) * 2005-02-15 2011-08-10 キヤノン株式会社 撮像装置
DE102008018718B4 (de) * 2008-04-14 2010-02-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optischer Abstandsmesser und Verfahren zur optischen Abstandsmessung
JP5244520B2 (ja) * 2008-09-25 2013-07-24 パナソニック株式会社 固体撮像装置及び撮像装置
JP5431771B2 (ja) * 2009-04-07 2014-03-05 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
US8643750B2 (en) * 2010-12-22 2014-02-04 Omnivision Technologies, Inc. Reducing noise in image sensors by concurrently reading reset and image signal levels from active and reference pixels
EP2827582A4 (en) * 2012-03-13 2015-11-11 Olympus Corp SIGNAL PROCESSING DEVICE FOR SEMICONDUCTOR IMAGE CAPTURE DEVICE, AND SEMICONDUCTOR IMAGE CAPTURE DEVICE
US9165968B2 (en) * 2012-09-14 2015-10-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. 3D-stacked backside illuminated image sensor and method of making the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1261687A (zh) * 1998-12-15 2000-08-02 佳能株式会社 摄像装置
CN100370810C (zh) * 2001-05-18 2008-02-20 佳能株式会社 摄像装置
CN1662040A (zh) * 2004-02-25 2005-08-31 夏普株式会社 放大固态图像拾取装置
CN1734779A (zh) * 2004-08-11 2006-02-15 索尼株式会社 固态成像器件和成像装置
CN101834974A (zh) * 2009-03-09 2010-09-15 博立码杰通讯(深圳)有限公司 一种多光谱感光器件及其采样方法
CN101883221B (zh) * 2010-06-29 2011-10-05 天津大学 在cmos图像传感器中实现tdi的电路及方法
CN102387318A (zh) * 2010-08-30 2012-03-21 佳能株式会社 固态图像拾取装置和图像拾取系统

Also Published As

Publication number Publication date
US9264637B2 (en) 2016-02-16
WO2013157407A1 (ja) 2013-10-24
JP5764783B2 (ja) 2015-08-19
JPWO2013157407A1 (ja) 2015-12-21
CN104272718A (zh) 2015-01-07
EP2840780A4 (en) 2015-08-05
KR20140131582A (ko) 2014-11-13
EP2840780A1 (en) 2015-02-25
US20150029375A1 (en) 2015-01-29
KR101595687B1 (ko) 2016-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104272718B (zh) 固体摄像装置
US9214491B2 (en) Solid-state imaging apparatus for causing an FD capacitor value to be variable without increasing a number of elements
JP4818018B2 (ja) 光電変換装置及びそれを用いた撮像システム
JP4792934B2 (ja) 物理情報取得方法および物理情報取得装置
CN104272719B (zh) 固体摄像装置
CN102244741B (zh) 固态图像传感器和照相机
US9241117B2 (en) Image pickup apparatus
CN1732681B (zh) 固态成像器件
JP4881987B2 (ja) 固体撮像装置および撮像装置
CN102780858B (zh) 固态成像设备、其驱动方法及固态成像系统
US9030582B2 (en) Solid state image sensor and method for driving the same
CN102164252A (zh) 固态图像拾取设备及其驱动方法
US9077918B2 (en) Photoelectric conversion apparatus with first and second conductors that respectively supply corresponding voltages to digital circuits of a vertical scanning circuit and signal processing unit
CN103988494B (zh) 固体摄像装置
CN103988495B (zh) 固体摄像装置
JP4248256B2 (ja) 固体撮像装置
JP2013150116A (ja) 撮像装置及び撮像装置の駆動方法
US11044430B2 (en) Image sensor and electronic camera
WO2017085848A1 (ja) 固体撮像装置および撮像装置
KR102654993B1 (ko) 촬상 소자 및 전자 카메라

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: OLYMPUS OPTICAL CO.

Free format text: FORMER OWNER: OLYMPUS MEDICAL SYSTEMS CORP.

Effective date: 20150604

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20150604

Address after: Miyagi Prefecture in Japan

Applicant after: Tokoku University of National University Corp.

Applicant after: Olympus Corporation

Address before: Miyagi Prefecture in Japan

Applicant before: Tokoku University of National University Corp.

Applicant before: Olympus Medical Systems Corp.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant