JP2005033838A - Solid-state image pickup device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that a fixed pattern noise caused by the dispersions of the pixel characteristics can be eliminated but a vertical stripe-like fixed pattern noise caused by the dispersion of the circuit characteristics remains. <P>SOLUTION: In an amplifiing solid-state image pickup device which outputs the signal of a pixel 11 in voltage, the input sides of a load capacitor 16 and a dummy capacitor 17 are connected to the output terminal of a sampling switch 15, the output sides of these capacitors 16, 17 are appropriately connected to a reference potential line 18 via reference switches 19 and 20, and the output side of the load capacitor 16 is connected to the input terminal of a vertical output circuit 21. A signal voltage Vsigl in a light state and a signal voltage Vsigd in a dark state are read via the same signal path, thereby eliminating not only the fixed pattern noise caused by the characteristics dispersion of the pixel 11 but also the vertical stripe-like fixed pattern noise caused by the characteristics dispersion of the circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に画素そのものが増幅機能を持つ増幅型固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to an amplification type solid-state imaging device in which a pixel itself has an amplifying function.

増幅型固体撮像装置としては、CMD(Charge Modulation Device)、BASIS(Base Stored Image Sensor)、BCMD(Bulk Charge Modulation Device) などが知られている。この増幅型固体撮像装置では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造等の能動素子を用いて画素を構成していることから、能動素子の特性(しきい値電圧Vth等)のバラツキがそのまま画像信号に乗ってきてしまう。この特性のバラツキは、画素それぞれに固定の値を持つため、画面上に固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise)として現れる。   Known amplification type solid-state imaging devices include CMD (Charge Modulation Device), BASIS (Base Stored Image Sensor), and BCMD (Bulk Charge Modulation Device). In this amplification type solid-state imaging device, since the pixel itself is configured by using an active element such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function, the characteristics of the active element (threshold voltage Vth, etc.) The variation comes on the image signal as it is. This variation in characteristics appears as fixed pattern noise (FPN) on the screen because each pixel has a fixed value.

この画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズを除去すべくなされた増幅型固体撮像装置の従来例を図7に示す(例えば、特許文献1参照)。同図において、画素101が行列状に多数配列されており、各画素101の制御入力端が行単位で垂直選択線102の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線103の各々に接続されている。垂直選択線102の各一端は、垂直走査回路104の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路104は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφV(…,φVm,φVm+1,…)を順に出力する。   FIG. 7 shows a conventional example of an amplifying solid-state imaging device that is designed to remove fixed pattern noise caused by pixel characteristic variations (see, for example, Patent Document 1). In the figure, a large number of pixels 101 are arranged in a matrix, the control input terminals of each pixel 101 are connected to each of the vertical selection lines 102 in units of rows, and the output terminals of each of the vertical signal lines 103 in units of columns. It is connected to the. Each end of the vertical selection line 102 is connected to the output end of each row of the vertical scanning circuit 104. The vertical scanning circuit 104 is configured by a shift register or the like, and sequentially outputs vertical scanning pulses φV (..., ΦVm, φVm + 1,...).

垂直信号線103の各々には、NchMOSトランジスタからなる2つのサンプリングスイッチ105s,105nの各ドレインが接続されている。サンプリングスイッチ105sのゲートには、画素101から出力される画素リセット前の明時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφOPSが印加される。また、サンプリングスイッチ105nのゲートには、画素101から出力される画素リセット後の暗時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφOPNが印加される。   Each vertical signal line 103 is connected to the drains of two sampling switches 105s and 105n made of NchMOS transistors. An operation pulse φOPS for sampling the signal voltage in the bright state before pixel reset output from the pixel 101 is applied to the gate of the sampling switch 105s. In addition, an operation pulse φOPN for sampling the dark signal voltage after pixel reset output from the pixel 101 is applied to the gate of the sampling switch 105n.

サンプリングスイッチ105s,105nの各ソースは、2つのキャパシタ106s,106nの各一端にそれぞれ接続されている。これらキャパシタ106s,106nは、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とをそれぞれホールドするために設けられたものであり、各他端が共に接地されている。サンプリングスイッチ105s,105nの各ソースはさらに、NchMOSトランジスタからなる2つの水平選択スイッチ107s,107nの各ドレインにそれぞれ接続されている。   Each source of the sampling switches 105s and 105n is connected to one end of each of the two capacitors 106s and 106n. These capacitors 106s and 106n are provided to hold the signal voltage during light and the signal voltage during dark, and the other ends are both grounded. The sources of the sampling switches 105s and 105n are further connected to the drains of two horizontal selection switches 107s and 107n made of NchMOS transistors, respectively.

水平選択スイッチ107s,107nの各ソースは水平信号線108に接続され、各ゲートは水平走査回路109の各列の出力端に接続されている。水平走査回路109は、シフトレジスタなどによって構成され、各列ごとに水平選択スイッチ107sおよび水平選択スイッチ107nを順にオンさせるための水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)を出力する。水平信号線108は、水平出力回路110の入力端に接続されている。水平出力回路110の出力端はCDS(相関二重サンプリング)回路111の入力端に接続されている。   Each source of the horizontal selection switches 107 s and 107 n is connected to the horizontal signal line 108, and each gate is connected to an output terminal of each column of the horizontal scanning circuit 109. The horizontal scanning circuit 109 is configured by a shift register or the like, and outputs horizontal scanning pulses φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) For sequentially turning on the horizontal selection switch 107s and the horizontal selection switch 107n for each column. The horizontal signal line 108 is connected to the input terminal of the horizontal output circuit 110. The output terminal of the horizontal output circuit 110 is connected to the input terminal of a CDS (correlated double sampling) circuit 111.

次に、上記構成の従来装置における固定パターンノイズの除去のための回路動作について説明する。   Next, a circuit operation for removing fixed pattern noise in the conventional apparatus having the above configuration will be described.

水平ブランキング期間において、垂直走査回路104による垂直走査によってある行が選択されると、その選択された行の画素101の画素リセット前の明時の信号電圧と画素リセット後の暗時の信号電圧とが順にサンプリングスイッチ105s,105nによってサンプリングされ、かつキャパシタ106s,106nにホールドされる。   When a certain row is selected by vertical scanning by the vertical scanning circuit 104 in the horizontal blanking period, the signal voltage in the bright state before the pixel reset and the signal voltage in the dark state after the pixel reset of the pixel 101 in the selected row. Are sequentially sampled by the sampling switches 105s and 105n and held in the capacitors 106s and 106n.

次に、水平有効期間において、水平走査回路109による水平走査によってある列が選択され、その選択された列の水平選択スイッチ107s,107nが順にオンすることにより、キャパシタ106s,106nにホールドされた明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが順次水平信号線108に読み出される。   Next, in a horizontal effective period, a certain column is selected by horizontal scanning by the horizontal scanning circuit 109, and the horizontal selection switches 107s and 107n of the selected column are sequentially turned on, so that the light held in the capacitors 106s and 106n. The signal voltage at the time and the signal voltage at the dark time are sequentially read out to the horizontal signal line 108.

そして、CDS回路111において、明時の信号電圧と暗時の信号電圧との相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられることによってノイズ成分が相殺される。その結果、画素101のしきい値電圧Vthなどの特性バラツキに起因する固定パターンノイズの除去された信号が得られることになる。   Then, in the CDS circuit 111, correlated double sampling of the signal voltage at the time of light and the signal voltage at the time of dark is performed, and the difference is taken to cancel the noise component. As a result, a signal from which fixed pattern noise due to characteristic variations such as the threshold voltage Vth of the pixel 101 is removed can be obtained.

特開平9−284658号公報(特願平8−88492;出願日:平成8年4月10日)JP 9-284658 A (Japanese Patent Application No. 8-88492; filing date: April 10, 1996)

しかしながら、上述した従来の増幅型固体撮像装置では、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが、時間軸上において相前後して水平信号線108によって伝送され、水平出力回路110を経てCDS回路111に供給されなければならない。   However, in the above-described conventional amplification type solid-state imaging device, the signal voltage at the time of light and the signal voltage at the time of dark are transmitted by the horizontal signal line 108 in succession on the time axis, and the CDS passes through the horizontal output circuit 110. Must be supplied to circuit 111.

本発明による固体撮像装置は、画素信号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の各出力端に列単位で接続された垂直信号線と、前記垂直信号線に接続された垂直出力回路とを備え、前記画素からの明時の前記画素信号と暗時の前記画素信号とは、前記垂直出力回路において差分を取られ水平信号線に出力される構成となっている。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels that output pixel signals, a vertical signal line connected to each output end of the plurality of pixels in units of columns, and a vertical output circuit connected to the vertical signal lines, The pixel signal at the time of light and the pixel signal at the time of darkness from the pixel are differenced in the vertical output circuit and output to the horizontal signal line.

上記構成の固体撮像装置において、画素で得られる明時の画素信号と暗時の画素信号とが垂直信号線を介して垂直信号回路に供給される。そして、これらの画素信号の差分が垂直信号回路において取られて水平信号線に出力される。   In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the bright pixel signal and the dark pixel signal obtained by the pixels are supplied to the vertical signal circuit via the vertical signal line. Then, the difference between these pixel signals is taken by the vertical signal circuit and output to the horizontal signal line.

本発明によれば、垂直出力回路にて明時の画素信号と暗時の画素信号との差分がとられ、その差分の信号が水平信号線に出力されることで、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズが抑制された差分の画素信号が水平信号線を通して読み出されるため、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが、時間軸上において相前後して水平信号線を通して読み出されない。   According to the present invention, the difference between the pixel signal at the time of light and the pixel signal at the time of darkness is taken by the vertical output circuit, and the difference signal is output to the horizontal signal line, resulting in variations in pixel characteristics. Since the difference pixel signal in which the fixed pattern noise is suppressed is read out through the horizontal signal line, the signal voltage at the time of light and the signal voltage at the time of dark are not read through the horizontal signal line on the time axis. .

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。図1において、画素11が行列状に多数配列されており、各画素11の制御入力端が行単位で垂直選択線12の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線13の各々に接続されている。画素11からは、信号が電圧として垂直信号線13に出力される。垂直選択線12の各一端は、垂直走査回路14の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路14は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφV(…,φVm,φVm+1,…)を順に出力する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a large number of pixels 11 are arranged in a matrix, the control input terminals of each pixel 11 are connected to each of the vertical selection lines 12 in units of rows, and the output terminals of each of the vertical signal lines 13 in units of columns. It is connected to the. A signal is output from the pixel 11 to the vertical signal line 13 as a voltage. Each end of the vertical selection line 12 is connected to the output end of each row of the vertical scanning circuit 14. The vertical scanning circuit 14 is constituted by a shift register or the like, and sequentially outputs vertical scanning pulses φV (..., ΦVm, φVm + 1,...).

垂直信号線13の各々には、NchMOSトランジスタからなるサンプリングスイッチ(第1のスイッチ手段)15のドレインが接続されている。このサンプリングスイッチ15のゲートには、画素11から画素リセット前の明時の信号電圧と、画素11をリセットするなどして得られる暗時の信号電圧(以下、画素リセット後の暗時の信号電圧と称する)とをそれぞれ読み出すためのサンプリングパルスφVg-SHが印加される。サンプリングスイッチ15のソースには、負荷キャパシタ(第1の蓄積手段)16およびダミーキャパシタ(第2の蓄積手段)17の各一端が接続されている。   Each vertical signal line 13 is connected to the drain of a sampling switch (first switch means) 15 made of an Nch MOS transistor. The gate of the sampling switch 15 includes a signal voltage at the time of pixel 11 before the pixel reset and a signal voltage at the time of dark obtained by resetting the pixel 11 (hereinafter referred to as a signal voltage at the time of dark after the pixel reset). The sampling pulse φVg-SH for reading each of the above is applied. Each end of a load capacitor (first storage means) 16 and a dummy capacitor (second storage means) 17 is connected to the source of the sampling switch 15.

負荷キャパシタ16の他端とリファレンス電位V-Refを与える基準電位線18との間には、MOSトランジスタからなるリファレンススイッチ(第2のスイッチ手段)19が接続されている。同様に、ダミーキャパシタ17と基準電位線18との間には、MOSトランジスタからなるダミーリファレンススイッチ(第2のスイッチ手段)20が接続されている。このリファレンススイッチ19のゲートにはリファレンスパルスφVg-Ref が、ダミーリファレンススイッチ20のゲートにはダミーリファレンスパルスφVg-dumy Refがそれぞれ印加される。   A reference switch (second switch means) 19 made of a MOS transistor is connected between the other end of the load capacitor 16 and a reference potential line 18 for supplying a reference potential V-Ref. Similarly, a dummy reference switch (second switch means) 20 made of a MOS transistor is connected between the dummy capacitor 17 and the reference potential line 18. A reference pulse φVg-Ref is applied to the gate of the reference switch 19, and a dummy reference pulse φVg-dumy Ref is applied to the gate of the dummy reference switch 20.

負荷キャパシタ16の他端にはさらに、垂直出力回路21の入力端が接続されている。垂直出力回路21の出力端は水平信号線22に接続されている。この垂直出力回路21は、例えば図2に示すように、電源Vddとグランドとの間に直列に接続されたドライブMOSトランジスタQ1および負荷MOSトランジスタQ2からなるソースフォロワ回路23と、ドライブMOSトランジスタQ1のソースと水平信号線22との間に接続されたMOSトランジスタからなる水平選択スイッチ24とから構成されている。ソースフォロワ回路23において、負荷MOSトランジスタQ2のゲートには、所定のバイアス電圧Vg-loadが印加されている。   The other end of the load capacitor 16 is further connected to the input end of the vertical output circuit 21. The output terminal of the vertical output circuit 21 is connected to the horizontal signal line 22. For example, as shown in FIG. 2, the vertical output circuit 21 includes a source follower circuit 23 including a drive MOS transistor Q1 and a load MOS transistor Q2 connected in series between a power supply Vdd and a ground, and a drive MOS transistor Q1. A horizontal selection switch 24 composed of a MOS transistor is connected between the source and the horizontal signal line 22. In the source follower circuit 23, a predetermined bias voltage Vg-load is applied to the gate of the load MOS transistor Q2.

この水平選択スイッチ24のゲートは、水平走査回路25の各列の出力端に接続されている。水平走査回路25は、シフトレジスタなどによって構成され、水平選択スイッチ24を順にオンさせるための水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)を出力する。水平信号線22は水平出力回路26の入力端に接続されている。水平出力回路26の出力端はCDS(相関二重サンプリング)回路27の入力端に接続されている。   The gate of the horizontal selection switch 24 is connected to the output terminal of each column of the horizontal scanning circuit 25. The horizontal scanning circuit 25 is composed of a shift register or the like, and outputs horizontal scanning pulses φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) For sequentially turning on the horizontal selection switch 24. The horizontal signal line 22 is connected to the input terminal of the horizontal output circuit 26. The output terminal of the horizontal output circuit 26 is connected to the input terminal of a CDS (correlated double sampling) circuit 27.

次に、上記構成の本発明の一実施形態に係る増幅型固体撮像装置において、画素11の特性バラツキに起因する固定パターンノイズと共に、回路バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズを除去するための駆動方法について、図3のタイミングチャートを用いて説明する。   Next, in the amplification type solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention having the above-described configuration, in order to remove the fixed pattern noise caused by the circuit variation as well as the fixed pattern noise caused by the characteristic variation of the pixel 11. The driving method will be described with reference to the timing chart of FIG.

先ず、信号電圧をサンプルホールドするまでの動作(t1〜t6)について、図4の動作説明図を参照しつつ説明する。   First, the operation (t1 to t6) until the signal voltage is sampled and held will be described with reference to the operation explanatory diagram of FIG.

水平ブランキング期間において、先ず、時点t1でサンプリングパルスφVg-SHが“H”レベルになり、サンプリングスイッチ15がオン状態となることで、画素リセット前の明時の信号電圧Vsiglがサンプリングされる。このとき、リファレンスパルスφVg-Ref が“H”レベルにあり、リファレンススイッチ19がオン状態にあるため、負荷キャパシタ16の出力側電位はリファレンス電位V-Refにある。   In the horizontal blanking period, first, the sampling pulse φVg-SH becomes “H” level at the time point t1 and the sampling switch 15 is turned on, whereby the signal voltage Vsigl in the bright state before pixel reset is sampled. At this time, since the reference pulse φVg-Ref is at the “H” level and the reference switch 19 is in the ON state, the output-side potential of the load capacitor 16 is at the reference potential V-Ref.

次に、時点t2において、サンプリングパルスφVg-SHが“L”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ15がオフ状態となることにより、明時の信号電圧Vsiglが負荷キャパシタ16にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ(SH Tr)15のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Vαが負荷キャパシタ16に乗ってくる。   Next, at time t2, the sampling pulse φVg-SH changes to the “L” level, and the sampling switch 15 is turned off, so that the signal voltage Vsigl at the time of light is held in the load capacitor 16. At this time, a noise component Vα accompanying switching when the sampling switch (SH Tr) 15 is cut off rides on the load capacitor 16.

次に、時点t3において、リファレンスパルスφVg-Ref が“L”レベルに遷移し、これに応答してリファレンススイッチ19がオフ状態となる。このとき、サンプリングスイッチ15がオフ状態にあることによって負荷キャパシタ16の入力側がフローティング状態にあるため、負荷キャパシタ16にリファレンススイッチ(Ref Tr)19のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Vβは乗ってこない。   Next, at time point t3, the reference pulse φVg-Ref transitions to the “L” level, and in response thereto, the reference switch 19 is turned off. At this time, since the input side of the load capacitor 16 is in a floating state due to the sampling switch 15 being in the OFF state, the noise component Vβ accompanying switching at the time of the cutoff of the reference switch (Ref Tr) 19 is riding on the load capacitor 16. Not come.

次に、時点t4でダミーリファレンスパルスφVg-dumy Refが“H”レベルとなり、ダミーリファレンススイッチ20がオン状態となった後、時点t5において、サンプリングパルスφVg-SHが再び“H”レベルになり、サンプリングスイッチ15がオン状態となることで、画素リセット後の暗時の信号電圧Vsigdがサンプリングされる。   Next, after the dummy reference pulse φVg-dumy Ref becomes “H” level at time t4 and the dummy reference switch 20 is turned on, the sampling pulse φVg-SH becomes “H” level again at time t5. When the sampling switch 15 is turned on, the dark signal voltage Vsigd after pixel reset is sampled.

次に、時点t6において、サンプリングパルスφVg-SHが“L”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ15がオフ状態となることにより、暗時の信号電圧Vsigdがダミーキャパシタ17にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ15の出力側にダミーキャパシタ17が接続されていることから、明時の信号電圧Vsiglをホールドした場合と同様に、ダミーキャパシタ17にサンプリングスイッチ15のスイッチングに伴うノイズ成分Vαが乗る。   Next, at time t6, the sampling pulse φVg-SH changes to the “L” level, and the sampling switch 15 is turned off, whereby the dark signal voltage Vsigd is held in the dummy capacitor 17. At this time, since the dummy capacitor 17 is connected to the output side of the sampling switch 15, the noise component Vα associated with the switching of the sampling switch 15 is generated in the dummy capacitor 17 in the same manner as when the signal voltage Vsigl at the time of light is held. get on.

このように、サンプリングスイッチ15の出力端に負荷キャパシタ16およびダミーキャパシタ17の各入力側を接続し、これらキャパシタ16,17の各出力側をリファレンススイッチ19,20によって適宜基準電位線18に接続するとともに、負荷キャパシタ16の出力側を垂直出力回路21の入力端に接続し、上述した手順で駆動することにより、負荷キャパシタ16の出力側には、(Vsigd−Vsigl+V-Ref)という相関二重サンプリングされた信号電圧が導出される。   In this way, the input sides of the load capacitor 16 and the dummy capacitor 17 are connected to the output terminal of the sampling switch 15, and the output sides of these capacitors 16 and 17 are connected to the reference potential line 18 as appropriate by the reference switches 19 and 20. At the same time, the output side of the load capacitor 16 is connected to the input terminal of the vertical output circuit 21 and is driven according to the procedure described above, so that the output side of the load capacitor 16 has a correlated double sampling of (Vsigd−Vsigl + V−Ref). The obtained signal voltage is derived.

すなわち、相関二重サンプリング動作を受け持つ回路(負荷キャパシタ16およびリファレンススイッチ19)と対称な形でダミーの回路(ダミーキャパシタ17およびダミーリファレンススイッチ20)を設け、相関二重サンプリングを行うとともに、明時の信号電圧Vsiglと暗時の信号電圧Vsigdとを同一の信号経路を経由して読み出すことにより、画素11の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる回路の特性バラツキ、即ちサンプリングスイッチ15のスイッチングに伴うノイズ成分が除去された信号電圧が得られる。   That is, a dummy circuit (dummy capacitor 17 and dummy reference switch 20) is provided symmetrically with a circuit responsible for correlated double sampling operation (load capacitor 16 and reference switch 19), and correlated double sampling is performed. By reading out the signal voltage Vsigl and the dark signal voltage Vsigd via the same signal path, not only the fixed pattern noise caused by the characteristic variation of the pixel 11 but also a cause of the vertical streak-like fixed pattern noise. Thus, a signal voltage from which noise components accompanying switching of the sampling switch 15 are removed is obtained.

続いて、水平信号線22に信号電圧を出力する動作(t7〜t8)について説明する。   Next, an operation (t7 to t8) for outputting a signal voltage to the horizontal signal line 22 will be described.

水平有効期間において、水平走査回路25から順次水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)が出力され、時点t7である列の垂直出力回路21における水平選択スイッチ24(図2を参照)がオン状態となることにより、その列の信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)が垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。   In the horizontal effective period, horizontal scanning pulses φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) Are sequentially output from the horizontal scanning circuit 25, and the horizontal selection switch 24 (see FIG. 2) in the column vertical output circuit 21 at time t7. By being turned on, the signal voltage (Vsigd−Vsigl + V−Ref) of the column is read out to the horizontal signal line 22 via the vertical output circuit 21.

次に、時点t8において、リファレンスパルスφVg-Ref が“H”レベルとなり、リファレンススイッチ19がオン状態となることにより、リファレンス電位V-Refが垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφVg-dumy Refは“L”レベルに遷移する。ただし、ダミーリファレンスパルスφVg-dumy Refが、図3に破線で示すように、そのまま“H”レベルを維持するようにしても構わない。   Next, at time t8, the reference pulse φVg-Ref becomes “H” level and the reference switch 19 is turned on, so that the reference potential V-Ref is read out to the horizontal signal line 22 via the vertical output circuit 21. . At this time, the dummy reference pulse φVg-dumy Ref transitions to the “L” level. However, the dummy reference pulse φVg-dumy Ref may be maintained at the “H” level as it is, as indicated by a broken line in FIG.

このようにして水平信号線22に順次読み出された信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)とリファレンス電位V-Refには、垂直出力回路21を通過する際に、ソースフォロワ回路23(図2を参照)のオフセットバラツキや水平選択スイッチ24のスイッチングに伴うノイズ成分が乗り、これらに列間でバラツキがあると、縦筋状の固定パターンノイズとなる。   In this way, the signal voltage (Vsigd−Vsigl + V−Ref) and the reference potential V−Ref sequentially read out to the horizontal signal line 22 are supplied to the source follower circuit 23 (see FIG. 2) when passing through the vertical output circuit 21. If there is a noise component accompanying the offset variation of (see) and the switching of the horizontal selection switch 24, and there is variation between the columns, it becomes fixed pattern noise in the form of vertical stripes.

ところが、水平信号線22に順次読み出された信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)とリファレンス電位V-Refとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線22によって伝送され、水平出力回路26を経た後、CDS回路27において相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。これにより、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる垂直出力回路21における列間の回路の特性バラツキを除くことができる。   However, the signal voltage (Vsigd−Vsigl + V−Ref) sequentially read out to the horizontal signal line 22 and the reference potential V−Ref are transmitted by the horizontal signal line 22 in succession in units of columns on the time axis. After passing through the output circuit 26, the CDS circuit 27 performs correlated double sampling, and the difference is taken. As a result, it is possible to eliminate variations in circuit characteristics between columns in the vertical output circuit 21 that contribute to the vertical streak fixed pattern noise.

以上により、画素11の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ15のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路23(図2を参照)のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ24のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。   As described above, not only the fixed pattern noise caused by the characteristic variation of the pixel 11, but also the noise component accompanying the switching of the sampling switch 15, the offset variation of the source follower circuit 23 (see FIG. 2), and the switching of the horizontal selection switch 24. Thus, a signal from which vertical streak-like fixed pattern noise caused by circuit characteristic variations such as noise components is removed can be obtained.

また、従来の増幅型固体撮像装置では、画素リセット前の明時の信号電圧Vsiglと画素リセット後の暗時の信号電圧Vsigdとが、時間軸上において列単位で相前後して伝送されるようになっていることから、明時の信号電圧Vsiglと暗時の信号電圧Vsigdの間に時間マージンを確保する必要があり、その結果水平走査回路や後段のCDS回路におけるクロックの位相マージンを十分に確保できなかった。   Further, in the conventional amplification type solid-state imaging device, the signal voltage Vsigl at the bright time before the pixel reset and the signal voltage Vsigd at the dark time after the pixel reset are transmitted before and after the column unit on the time axis. Therefore, it is necessary to secure a time margin between the signal voltage Vsigl at the time of light and the signal voltage Vsigd at the time of darkness, and as a result, a sufficient phase margin of the clock in the horizontal scanning circuit and the subsequent CDS circuit is obtained. Could not secure.

これに対し、本発明に係る増幅型固体撮像装置では、時間軸上において列単位で信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)に後続するのはリファレンス電位V-Refであることから、信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)を読み出したら、引き続きリファレンス電位V-Refを読み出すことができる、即ち信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)とリファレンス電位V-Refの間に時間マージンを持たせる必要がないため、従来装置に比べて水平走査回路25や後段のCDS回路27におけるクロックの位相マージンを十分に確保できるという利点もある。   On the other hand, in the amplification type solid-state imaging device according to the present invention, since the signal potential (Vsigd−Vsigl + V−Ref) follows the reference voltage V−Ref in units of columns on the time axis, the signal voltage (Vsigd When reading -Vsigl + V-Ref), the reference potential V-Ref can be continuously read, that is, it is not necessary to have a time margin between the signal voltage (Vsigd-Vsigl + V-Ref) and the reference potential V-Ref. There is also an advantage that a sufficient phase margin of the clock in the horizontal scanning circuit 25 and the subsequent CDS circuit 27 can be ensured as compared with the conventional device.

図5は、本発明の他の実施形態を示す概略構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示してある。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the present invention, in which the same reference numerals are given to the same parts as in FIG.

先の実施形態では、各列のリファレンススイッチ19に対してリファレンスパルスφVg-Ref を共通に与える構成としていたのに対し、本実施形態では、各列のリファレンススイッチ19に対して各列ごとに異なるリファレンスパルスφVg-Ref (…,φVg-Ref(n),φVg-Ref(n+1),…)を与える構成となっている。このリファレンスパルスφVg-Ref (…,φVg-Ref(n),φVg-Ref(n+1),…)は、例えば水平走査回路25から出力される。   In the previous embodiment, the reference pulse φVg-Ref is commonly applied to the reference switch 19 of each column. In the present embodiment, the reference switch 19 of each column is different for each column. A reference pulse φVg-Ref (..., ΦVg-Ref (n), φVg-Ref (n + 1),...) Is provided. This reference pulse φVg-Ref (..., ΦVg-Ref (n), φVg-Ref (n + 1),...) Is output from the horizontal scanning circuit 25, for example.

この他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートを図6に示す。このタイミングチャートにおいて、時点t1〜時点t6までの動作、即ち信号電圧をサンプルホールドするまでの動作については、先の実施形態の場合と全く同じであり、その説明については重複するので省略し、水平信号線22に信号電圧を出力する場合の動作について以下に説明する。   FIG. 6 shows a timing chart for explaining the operation of the other embodiment. In this timing chart, the operation from the time point t1 to the time point t6, that is, the operation until the signal voltage is sampled and held is exactly the same as in the previous embodiment. The operation when a signal voltage is output to the signal line 22 will be described below.

水平有効期間において、水平走査回路25から順次水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)が出力され、時点t7でn列の垂直出力回路21における水平選択スイッチ24(図2を参照)がオン状態となることにより、n列の信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)が垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。   In the horizontal effective period, horizontal scanning pulses φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) Are sequentially output from the horizontal scanning circuit 25, and the horizontal selection switch 24 (see FIG. 2) in the n columns of vertical output circuits 21 at time t7. By being turned on, the signal voltage (Vsigd−Vsigl + V−Ref) in the n columns is read out to the horizontal signal line 22 via the vertical output circuit 21.

次に、時点t8において、n列のリファレンスパルスφVg-Ref(n)が“H”レベルとなり、n列のリファレンススイッチ19がオン状態となることにより、リファレンス電位V-Refがn列の垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφVg-dumy Refは“H”レベルでも“L”レベルでも構わないが、本例では無駄のないようにそのまま“H”レベルを維持するものとする。   Next, at time point t8, the n-column reference pulse φVg-Ref (n) becomes “H” level and the n-column reference switch 19 is turned on, so that the reference potential V-Ref is output in the n-column vertical output. Read out to the horizontal signal line 22 via the circuit 21. At this time, the dummy reference pulse φVg-dumy Ref may be at the “H” level or the “L” level, but in this example, the “H” level is maintained as it is so as not to be wasted.

次に、時点t9において、n列の水平走査パルスφHnが消滅し、n+1列の水平走査パルスφHn+1が発生すると、n+1列の水平選択スイッチ24がオン状態となり、n+1列の信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)が垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。続いて、n+1列のリファレンスパルスφVg-Ref(n+1)が“H”レベルとなり、n+1列のリファレンススイッチ19がオン状態となることにより、リファレンス電位V-Refがn+1列の垂直出力回路21を介して水平信号線22に読み出される。   Next, at time t9, when the n-th column horizontal scanning pulse φHn disappears and the n + 1-th column horizontal scanning pulse φHn + 1 is generated, the n + 1-th column horizontal selection switch 24 is turned on, and the n + 1-column signal voltage (Vsigd−Vsigl + V -Ref) is read to the horizontal signal line 22 via the vertical output circuit 21. Subsequently, the reference pulse φVg-Ref (n + 1) of the (n + 1) th column becomes the “H” level and the reference switch 19 of the (n + 1) th column is turned on, so that the reference potential V-Ref is the vertical output circuit 21 of the (n + 1) th column. To the horizontal signal line 22.

以降、順に同様の動作が1ライン分に亘って行われる。このようにして水平信号線22に順次読み出された信号電圧(Vsigd−Vsigl+V-Ref)とリファレンス電位V-Refとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線22によって伝送され、水平出力回路26を経てCDS回路27に供給される。そして、CDS回路27において、相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。   Thereafter, the same operation is sequentially performed over one line. The signal voltage (Vsigd−Vsigl + V−Ref) and the reference potential V−Ref sequentially read out to the horizontal signal line 22 in this way and the reference potential V−Ref are transmitted by the horizontal signal line 22 in succession in units of columns on the time axis. Then, it is supplied to the CDS circuit 27 through the horizontal output circuit 26. Then, in the CDS circuit 27, correlated double sampling is performed and the difference is taken.

以上により、先の実施形態の場合と同様に、画素11の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ15のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路23のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ24のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。   As described above, as in the case of the previous embodiment, not only the fixed pattern noise caused by the characteristic variation of the pixels 11, but also the noise component accompanying the switching of the sampling switch 15, the offset variation of the source follower circuit 23, and the horizontal selection. A signal from which vertical streaky fixed pattern noise caused by circuit characteristic variations such as noise components accompanying switching of the switch 24 is removed is obtained.

なお、上記各実施形態では、画素11から信号が電圧として出力される場合としたが、この例として、BCMDやCMDをドライブトランジスタとして用いてソースフォロワ回路を組んだ場合や、そのソースフォロワ回路の抵抗を容量に置き換えて容量負荷読み出し動作を行った場合などがある。   In each of the above embodiments, a signal is output from the pixel 11 as a voltage. As an example, a source follower circuit is formed by using BCMD or CMD as a drive transistor, or the source follower circuit There is a case where a capacitive load read operation is performed by replacing a resistor with a capacitor.

容量負荷読み出し動作の場合には、負荷キャパシタ16やダミーキャパシタ17をそれぞれ明時の読み出し時と暗時の読み出し時の負荷として利用する。ただし、容量負荷動作の場合、本発明の回路に明時や暗時の信号を読み出す直前に、垂直信号線13を一定電位にリセットする手段(トランジスタなど)の付加が必要になる。   In the case of the capacitive load reading operation, the load capacitor 16 and the dummy capacitor 17 are used as loads at the time of reading in the light and at the time of reading in the dark. However, in the case of capacitive load operation, it is necessary to add means (such as a transistor) for resetting the vertical signal line 13 to a constant potential immediately before reading out a signal at the time of light or darkness to the circuit of the present invention.

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing one embodiment of the present invention. 垂直出力回路の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of a vertical output circuit. 本発明の一実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。It is a timing chart for explanation of operation of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。It is a timing chart for explanation of operation of other embodiments of the present invention. 従来例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11…画素、13…垂直信号線、14…垂直走査回路、15…サンプリングスイッチ、16…負荷キャパシタ、17…ダミーキャパシタ、18…基準電位線、19…リファレンススイッチ、20…ダミーリファレンススイッチ、21…垂直出力回路、22…水平信号線、23…ソースフォロワ回路、24…水平選択スイッチ、25…水平走査回路、26…水平出力回路、27…CDS回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Pixel, 13 ... Vertical signal line, 14 ... Vertical scanning circuit, 15 ... Sampling switch, 16 ... Load capacitor, 17 ... Dummy capacitor, 18 ... Reference potential line, 19 ... Reference switch, 20 ... Dummy reference switch, 21 ... Vertical output circuit, 22 ... Horizontal signal line, 23 ... Source follower circuit, 24 ... Horizontal selection switch, 25 ... Horizontal scanning circuit, 26 ... Horizontal output circuit, 27 ... CDS circuit

Claims (1)

画素信号を出力する複数の画素と、
前記複数の画素の各出力端に列単位で接続された垂直信号線と、
前記垂直信号線に接続された垂直出力回路とを備え、
前記画素からの明時の前記画素信号と暗時の前記画素信号とは、前記垂直出力回路において差分を取られ水平信号線に出力される
ことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of pixels that output pixel signals;
Vertical signal lines connected in units of columns to the output ends of the plurality of pixels;
A vertical output circuit connected to the vertical signal line,
The solid-state imaging device, wherein the pixel signal in the bright time and the pixel signal in the dark time from the pixel are differenced in the vertical output circuit and output to a horizontal signal line.
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