JP2006352295A - Solid state imaging device, its driving method and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置に関し、特に電子シャッタ動作を行う固体撮像装置、当該固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を撮像デバイスとして用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method for the solid-state imaging device, and an imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device that performs an electronic shutter operation, a driving method for the solid-state imaging device, and an imaging device that uses the solid-state imaging device as an imaging device. .
図12に、例えばCMOS型固体撮像装置の基本構成を示す。図12に示すように、光電変換素子を含む画素101が行列状に2次元配置されて画素アレイ部(撮像領域)102を構成している。この画素アレイ部102には、行列状の画素配置に対して列毎に垂直信号線103が、行毎に複数本の駆動制御線104がそれぞれ配線されている。この画素アレイ部102の周辺回路として、垂直走査回路105、カラム回路(列並列信号処理回路)106、水平走査回路107および出力回路108が設けられている。
FIG. 12 shows a basic configuration of, for example, a CMOS type solid-state imaging device. As illustrated in FIG. 12, pixels 101 including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix to form a pixel array unit (imaging region) 102. The pixel array section 102 is provided with a vertical signal line 103 for each column and a plurality of
垂直走査回路105は、画素アレイ部102の各画素101をシャッタ行と読み出し行それぞれについて行単位で垂直方向(上下方向)に走査しつつ、シャッタ行に対してはその行の画素の信号掃き捨てを行うためのシャッタパルスを供給するとともに、読み出し行に対してはその行の画素の信号読み出しを行うための読み出しパルスを供給する。
The
カラム回路106は、垂直走査回路105による垂直走査によって選択された読み出し行の各画素101から垂直信号線103を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、一時的に保持する。水平走査回路107は、カラム回路106を水平走査し、当該カラム回路106に一時的に保持されている1行(1ライン)分の画素の信号を順次出力する。出力回路108は、カラム回路106からの信号を処理して出力する。なお、垂直信号線103の撮像領域外には、電流源109としてMOSトランジスタが接続されている。
The
図13に、画素アレイ部102の走査タイミングを示す。図13において、縦軸は画素アレイ部102の行アドレスVaddrを、横軸は時間をそれぞれ示している。また、Vsyncは垂直同期信号、Hsyncは水平同期信号である。 FIG. 13 shows the scanning timing of the pixel array unit 102. In FIG. 13, the vertical axis indicates the row address Vaddr of the pixel array unit 102, and the horizontal axis indicates time. Vsync is a vertical synchronization signal, and Hsync is a horizontal synchronization signal.
先ず、垂直同期パルスVsyncの発生タイミングで、垂直走査回路105が読み出し行の走査を開始する。なお、シャッタ行の走査は、読み出し行の走査よりも前のタイミングから開始されている。シャッタ行から読み出し行までの走査期間が、画素101の光電変換素子の露光時間(信号の蓄積時間)となる。
First, at the generation timing of the vertical synchronization pulse Vsync, the
ここで、読み出し行が画素アレイ部102を最終行まで走査してから再度1行目から走査を開始するまでの期間を垂直ブランキング期間(VBLK)と呼ぶ。また、シャッタ行が画素アレイ部102を最終行まで走査してから再度1行目から走査を開始するまでの期間をシャッタブランキング期間(SBLK)と呼ぶ。 Here, a period from when the readout row scans the pixel array portion 102 to the last row until the scanning is started again from the first row is referred to as a vertical blanking period (VBLK). Further, a period from when the shutter row scans the pixel array unit 102 to the last row to when scanning starts again from the first row is called a shutter blanking period (SBLK).
上述した電子シャッタ動作を行う固体撮像装置では、垂直映像期間内にシャッタパルスの出力が停止することに起因して撮像画像上に横帯が発生し、当該横帯がシャッタスピードに応じて上下に移動するいわゆるシャッタ段差が発生することが知られている。 In the solid-state imaging device that performs the electronic shutter operation described above, a horizontal band is generated on the captured image due to the stop of the output of the shutter pulse within the vertical video period, and the horizontal band is moved up and down according to the shutter speed. It is known that a so-called moving shutter step occurs.
このシャッタ段差が発生しないようにするために、従来は、垂直走査系およびシャッタ走査系の双方にダミーステージを追加するとともに、撮像領域(画素アレイ部)にダミー画素を追加し、垂直走査系による垂直走査終了後少なくとも垂直映像期間中は、シャッタ走査系ではダミーステージからシャッタパルスを出力し続けるようにしていた(例えば、特許文献1参照)。 In order to prevent this shutter step from occurring, conventionally, a dummy stage is added to both the vertical scanning system and the shutter scanning system, and a dummy pixel is added to the imaging region (pixel array unit), and the vertical scanning system is used. In the shutter scanning system, the shutter pulse is continuously output from the dummy stage at least during the vertical video period after the end of the vertical scanning (see, for example, Patent Document 1).
一方、本願発明者は、垂直映像期間内にシャッタパルスの出力が停止することとは別の要因・状況においてもシャッタ段差が発生することを見いだした。その要因とは、垂直ブランキング期間にシャッタ行として走査された行では信号の掃き捨て量が微妙に異なるために、その行が次の読み出し行として走査された際に、掃き捨て量が異なる分だけ信号量が異なってしまうことである。この要因によっても、やはりシャッタ段差(横帯)が発生する(図13参照)。このシャッタ段差については、発生要因が異なることから、特許文献1に係る従来技術では解決できない。
On the other hand, the inventor of the present application has found that a shutter step occurs even in a factor / situation other than the stop of the output of the shutter pulse within the vertical video period. The reason for this is that the amount of sweeping of the signal differs slightly in the row scanned as the shutter row during the vertical blanking period, so that when the row is scanned as the next readout row, the amount of sweeping differs. Only the signal amount is different. This factor also causes a shutter step (horizontal band) (see FIG. 13). The shutter level difference cannot be solved by the prior art according to
ここで、信号の掃き捨て量が異なる原因について考察する。図13において、垂直ブランキング期間には読み出し行が存在しないために、読み出し行が存在するときとでは垂直信号線103の電位が異なり、垂直信号線103が接続されているシャッタ行の画素が影響を受けることになる。垂直信号線103は、物理的な画素構造の中で、メタル配線、コンタクトホール、半導体中の拡散層と電気的に接触しており、また大きな構造物となっている。 Here, the reason why the signal sweep-out amount is different will be considered. In FIG. 13, since there is no readout row in the vertical blanking period, the potential of the vertical signal line 103 is different from that when the readout row exists, and the pixels in the shutter row to which the vertical signal line 103 is connected are affected. Will receive. In the physical pixel structure, the vertical signal line 103 is in electrical contact with a metal wiring, a contact hole, and a diffusion layer in the semiconductor, and is a large structure.
シャッタ行の画素の信号掃き捨てを行う直前の垂直信号線103の電位変化、もしくは掃き捨てを行う際の垂直信号線103の電位が異なると、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素において画素内のポテンシャル分布が静電的容量結合やその他の微妙な影響を受け、信号電荷の掃き捨て量に数電子〜数十電子レベルのわずかな影響を与える。この掃き捨て量のわずかな違いが、非常に暗いシーンを大きなゲインで撮像する際に、横帯状となって撮像画像上に写り、シャッタ段差となる。 If the potential change of the vertical signal line 103 immediately before the signal of the pixel in the shutter row is swept away or the potential of the vertical signal line 103 at the time of sweeping is different, the pixel in the pixel of the shutter row being swept away The potential distribution is influenced by electrostatic capacitive coupling and other subtle effects, and the signal charge sweep-out amount has a slight effect of several to several tens of electrons. This slight difference in the amount of sweep-out causes a horizontal band to appear on the captured image when a very dark scene is imaged with a large gain, resulting in a shutter step.
以下に、信号の掃き捨て量が微妙に異なることに起因してシャッタ段差が発生するメカニズムについて、より具体的に説明する。 Hereinafter, a mechanism in which a shutter step occurs due to a slightly different amount of signal sweeping will be described in more detail.
図14は、画素101の構成の一例を示す回路図である。図14に示すように、本例に係る画素101は、光電変換素子であるフォトダイオード201、転送トランジスタ202、リセットトランジスタ203、電圧変換部であるフローティングディフュージョン部(FD部)204および増幅トランジスタ205によって構成されている。増幅トランジスタ205は、電流源109のMOSトランジスタとソースフォロアを形成している。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the pixel 101. As shown in FIG. 14, the pixel 101 according to this example includes a
この画素101に対して、駆動制御線104(図12参照)として、転送制御線206、リセット制御線207およびドレイン制御線208が行毎に配線されている。そして、転送制御線206を介して転送パルスTrfが、リセット制御線207を介してリセットパルスRstが、ドレイン制御線208を介してドレイン電圧Drainがシャッタ行と読み出し行の各画素に対して与えられる。ドレイン制御線208は、全画素共通に配線されている。また、電流源109を構成するMOSトランジスタにロードパルスLoadが与えられる。
For this pixel 101, a
図15に、従来例に係る画素駆動パルス、即ち水平同期パルスHsync、ロードパルスLoad、ドレイン電圧Drain、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfのタイミング関係を示す。ここでは、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfに関して、読み出し行のリセットパルスR_Rstおよび転送パルスR_Trf、シャッタ行のリセットパルスS_Rstおよび転送パルスS_Trfとして示している。 FIG. 15 shows a timing relationship among pixel drive pulses according to a conventional example, that is, a horizontal synchronization pulse Hsync, a load pulse Load, a drain voltage Drain, a reset pulse Rst, and a transfer pulse Trf. Here, the reset pulse Rst and the transfer pulse Trf are shown as a reset pulse R_Rst and a transfer pulse R_Trf for the readout row, a reset pulse S_Rst and a transfer pulse S_Trf for the shutter row, respectively.
上記構成の画素101において、先ず、全画素共通のドレイン電圧Drainが立ち上がり(アクティブ状態となる)、同時にロードパルスLoadが立ち上がることで、増幅トランジスタ205とソースフォロアを組む電流源109のMOSトランジスタがオン状態となる。その後、読み出し行のリセットパルスR_Rstがアクティブになることで、リセットトランジスタ203がオン状態となってFD部204をリセットする。このリセット時のFD部204の電位は、増幅トランジスタ206によってリセットレベルとして垂直信号線103に出力される。
In the pixel 101 having the above-described configuration, first, the drain voltage Drain common to all the pixels rises (becomes active), and at the same time, the load pulse Load rises, thereby turning on the MOS transistor of the current source 109 that forms the
次に、読み出し行の転送パルスR_Trfがアクティブになることで、転送トランジスタ202がオン状態となってフォトダイオード201で光電変換された信号電荷をFD部204へ転送する。この信号転送時のFD部204の電位は、増幅トランジスタ206によって信号レベルとして垂直信号線103に出力される。
Next, when the transfer pulse R_Trf in the reading row becomes active, the
カラム回路106は、画素101から垂直信号線103を通して順に供給されるリセットレベルと信号レベルの差を取り、光電変換分の信号として出力する。画素101の信号出力としてはこれで終了となるため、ロードパルスLoadが立ち下がる(非アクティブ状態となる)。
The
その後、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstがアクティブになる。これにより、両方の行のFD部204がリセットされる。このとき、シャッタ行では転送パルスS_Trfもアクティブになるため、フォトダイオード201の信号の掃き捨てが行われる。
Thereafter, the reset pulse R_Rst for the readout row and the reset pulse S_Rst for the shutter row become active. As a result, the
シャッタ行の転送パルスS_Trfが非アクティブとなってから、ドレイン電圧Drainが立ち下がることで、読み出し行とシャッタ行のFD部204の電位が低レベルとなるため、増幅トランジスタ205がオフし、読み出し行とシャッタ行の各画素101を垂直信号線103から電気的に切り離す。
Since the drain voltage Drain falls after the transfer pulse S_Trf of the shutter row becomes inactive, the potential of the
最後に、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstが非アクティブとなる。その後、カラム回路106に一時的に保持されている信号を水平走査回路107によって走査する水平映像期間に入る。そして、垂直方向に行を順に走査しつつ、この動作が繰り返される。
Finally, the readout row reset pulse R_Rst and the shutter row reset pulse S_Rst become inactive. Thereafter, a horizontal video period in which a signal temporarily held in the
ここで、垂直ブランキング期間には読み出し行が存在しないことから、転送パルスR_TrfとリセットパルスR_Rstが非アクティブ状態にあり、垂直信号線103に信号が出力されなくなる。つまり、シャッタ動作直前の垂直信号線103の電位が、垂直ブランキング期間の場合と、垂直ブランキング期間ではない場合とで異なる。これにより、シャッタ動作中の垂直信号線103の電位にも影響が残り、これが原因となって上記シャッタ段差が発生する。 Here, since there is no readout row in the vertical blanking period, the transfer pulse R_Trf and the reset pulse R_Rst are in an inactive state, and no signal is output to the vertical signal line 103. That is, the potential of the vertical signal line 103 immediately before the shutter operation is different between the case of the vertical blanking period and the case of not being the vertical blanking period. As a result, the potential of the vertical signal line 103 during the shutter operation remains affected, which causes the shutter step.
そこで、本発明は、電子シャッタ行の画素の信号電荷の掃き捨てを行う直前の垂直信号線の電位変化、もしくは掃き捨てを行う際の垂直信号線の電位が異なることで、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素に及ぼされる影響を改善し、シャッタ段差の現象を防止可能な固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および当該固体撮像装置を用いた撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention performs sweeping by changing the potential of the vertical signal line immediately before sweeping out the signal charges of the pixels in the electronic shutter row, or by changing the potential of the vertical signal line when sweeping. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of improving the influence exerted on pixels in a shutter row and preventing a shutter step phenomenon, a driving method of the solid-state imaging device, and an imaging device using the solid-state imaging device.
上記目的を達成するために、本発明は、光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、当該行列状の画素配置に対して画素列ごとに信号線が配線されてなる画素アレイ部と、前記画素アレイ部に対して前記画素の信号電荷をリセットするシャッタ行と前記画素の信号電荷を読み出す読み出し行とを順に走査しつつ、シャッタ行の画素動作期間と読み出し行の画素動作期間を異なるタイミングで行う走査回路とを具備する固体撮像装置において、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における前記信号線の電位を、読み出し行の画素動作期間における前記信号線の電位と同程度に設定する構成を採っている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix and signal lines are wired for each pixel column with respect to the matrix-like pixel arrangement. And sequentially scanning a shutter row that resets the signal charges of the pixels and a readout row that reads the signal charges of the pixels with respect to the pixel array unit, and a pixel operation period of the shutter rows and a pixel operation period of the readout rows In a solid-state imaging device including a scanning circuit that operates at different timings, the potential of the signal line in the pixel operation period of the shutter row in the vertical blanking period is approximately the same as the potential of the signal line in the pixel operation period of the readout row. The configuration to be set is adopted.
上記構成の固体撮像装置または当該固体撮像装置を撮像デバイスとして用いた撮像装置において、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における信号線電位を、読み出し行の画素動作期間における信号線電位と同程度にすることで、信号線電位が垂直ブランキング期間と垂直映像期間で変わらないために、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素に及ぼされる影響を改善できる。 In the solid-state imaging device having the above configuration or an imaging device using the solid-state imaging device as an imaging device, the signal line potential in the pixel operation period of the shutter row in the vertical blanking period is the same as the signal line potential in the pixel operation period of the readout row. By setting the level to about the same level, the signal line potential does not change between the vertical blanking period and the vertical video period, so that it is possible to improve the influence on the pixels of the shutter row that is being swept away.
本発明によれば、電子シャッタ行の画素の信号電荷の掃き捨てを行う直前の信号線の電位変化、もしくは掃き捨てを行う際の垂直信号線の電位が異なることで、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素に及ぼされる影響を改善できるために、シャッタ段差の現象を防ぐことができる。 According to the present invention, sweeping is performed by changing the potential of the signal line immediately before the signal charge of the pixel in the electronic shutter row is swept away or by changing the potential of the vertical signal line when sweeping away. Since the influence on the pixels in the shutter row can be improved, the phenomenon of the shutter step can be prevented.
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.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置、例えばMOS型固体撮像装置の構成を示すシステム構成図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of a solid-state imaging device, for example, a MOS type solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係るMOS型固体撮像装置10は、光電変換素子20を含む画素20が行列状(マトリクス状)に2次元配置されてなる画素アレイ部(撮像領域)11に加えて、その周辺回路として垂直走査回路12、電流源13、カラム回路(列並列信号処理回路)14、水平走査回路15、出力回路16および制御回路17を有する構成となっている。
As shown in FIG. 1, the MOS type solid-state imaging device 10 according to this embodiment includes a pixel array unit (imaging region) 11 in which pixels 20 including photoelectric conversion elements 20 are two-dimensionally arranged in a matrix (matrix). In addition, the peripheral circuit includes a
ここでは、図面の簡略化のために、画素アレイ部11における画素20の配列を4行6列としている。この行列状の画素配列に対して、列毎に垂直信号線111が配線され、行毎に駆動制御線、例えば転送制御線112、リセット制御線113およびドレイン制御線114が配線されている。ドレイン制御線114は、全画素共通に配線されている。
Here, in order to simplify the drawing, the arrangement of the pixels 20 in the pixel array unit 11 is set to 4 rows and 6 columns. With respect to this matrix pixel arrangement,
(画素回路)
図2は、画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本例に係る画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21に加えて、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23および増幅トランジスタ24の3つのトランジスタを有する画素回路となっている。ここでは、これらトランジスタ22〜24として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。
(Pixel circuit)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the pixel 20. As shown in FIG. 2, the pixel 20 according to this example is a pixel circuit having three transistors, for example, a
転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソードと電圧変換部であるFD部(フローティングディフュージョン部)25との間に接続され、フォトダイオード21で光電変換され、ここに蓄積された信号電荷(ここでは、電子)を、ゲートに転送パルスTrfが与えられることによってFD部25に転送する。
The
リセットトランジスタ23は、ドレイン制御線114にドレインが、FD部25にソースがそれぞれ接続され、フォトダイオード21からFD部25への信号電荷の転送に先立って、ゲートにリセットパルスRstが与えられることによってFD部25の電位をリセットする。ドレイン制御線114には、アクティブで電源レベル、非アクティブでGNDレベルとなるドレイン電圧Drainが与えられる。
The
増幅トランジスタ24は、FD部25にゲートが、ドレイン制御線114にドレインが、垂直信号線111にソースがそれぞれ接続されたソースフォロア構成となっており、ドレイン電圧Drainがアクティブになることによって動作状態となって画素20の選択をなし、リセットトランジスタ23によってリセットした後のFD部25の電位をリセットレベルとして垂直信号線111に出力し、転送トランジスタ12によってフォトダイオード21から信号電荷を転送した後のFD部25の電位を信号レベルとして垂直信号線111に出力する。
The
図1に説明を戻す。垂直走査回路12は、シフトレジスタあるいはアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部11の各画素20をシャッタ行と読み出し行それぞれについて行単位で垂直方向(上下方向)に走査しつつ、シャッタ行に対してはその行の画素の信号掃き捨てを行うためのシャッタパルスを供給するとともに、読み出し行に対してはその行の画素の信号読み出しを行うための読み出しパルスを供給する。
Returning to FIG. The
ここでは、図示を省略するが、垂直走査回路12は、画素20を行単位で順に選択して当該選択行の各画素20の信号を読み出す読み出し動作を行うための読み出し走査系と、当該読み出し走査系による読み出し走査よりもシャッタ速度に対応した時間分だけ前に同じ行の画素20のフォトダイオード21にそれまでに蓄積された電荷を捨てる(リセットする)電子シャッタ動作を行うための電子シャッタ走査系を有する構成となっている。
Although not shown here, the
そして、電子シャッタ走査系によるシャッタ走査によってフォトダイオード21の不要な電荷がリセットされたタイミングから、読み出し走査系による読み出し走査によって画素20の信号が読み出されるタイミングまでの期間が、画素20における信号電荷の蓄積時間(露光時間)となる。すなわち、電子シャッタ動作とは、フォトダイオード21に蓄積された信号電荷をリセットし、新たに信号電荷の蓄積を開始する動作である。
The period from the timing when the unnecessary charge of the
電流源13は、特に図2から明らかなように、垂直信号線111とグランドとの間に接続された負荷MOSトランジスタ131によって構成されている。負荷MOSトランジスタ131のゲートには、ロード線132を介してロードパルスLoadが選択的に与えられる。この負荷MOSトランジスタ131は、垂直信号線111を介して選択行の画素の増幅トランジスタ24と電気的に接続されることで、当該増幅トランジスタ24とソースフォロア回路を形成する。
As is clear from FIG. 2 in particular, the
カラム回路14は、画素アレイ部11の例えば画素列ごとに、即ち画素列に対して1対1の対応関係をもって配置された回路群からなり、垂直走査回路12による垂直走査によって選択された読み出し行の各画素20から垂直信号線111を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、一時的に保持する。
The column circuit 14 is composed of a circuit group arranged for each pixel column of the pixel array unit 11, that is, with a one-to-one correspondence with the pixel column, and is selected by the vertical scanning by the
より具体的には、カラム回路14は、1行分の各画素20から出力される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対して画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)や信号増幅等の信号処理を行う。このカラム回路14に、A/D(アナログ/デジタル)変換機能を持たせた構成を採ることも可能である。 More specifically, the column circuit 14 receives a signal output from each pixel 20 for one row for each pixel column, and removes a fixed pattern noise peculiar to the pixel from the signal. Performs signal processing such as Double Sampling (correlated double sampling) and signal amplification. It is also possible to adopt a configuration in which the column circuit 14 has an A / D (analog / digital) conversion function.
水平走査回路15は、シフトレジスタあるいはアドレスデコーダ等によって構成され、カラム回路14の各回路を順に走査し、当該カラム回路14に一時的に保持されている1行(1ライン)分の画素の信号を順次出力する。出力回路16は、カラム回路15から出力される信号に対して所定の処理、例えばバッファリングだけ、あるいはバッファリングの前に黒レベル調整、列ごとのばらつきの補正、信号増幅等の処理を行う。
The
制御回路17は、本固体撮像装置10の動作モードなどを指令するデータを図示せぬ上位装置から受け取り、また本固体撮像装置10の情報を含むデータを上位装置に出力するとともに、垂直同期信号Vsync、水平同期信号HsyncおよびマスタークロックMCKに基づいて、垂直駆動回路12、電流源13、カラム回路14および水平走査回路15などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、これら各回路に対して与える。
The
図3に、第1実施形態に係る固体撮像装置10における画素駆動パルス、即ち水平同期パルスHsync、ロードパルスLoad、ドレイン電圧Drain、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfのタイミング関係を示す。ここでは、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfに関して、読み出し行のリセットパルスR_Rstおよび転送パルスR_Trf、シャッタ行のリセットパルスS_Rstおよび転送パルスS_Trfとして示している。 FIG. 3 shows a timing relationship among pixel drive pulses in the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment, that is, the horizontal synchronization pulse Hsync, the load pulse Load, the drain voltage Drain, the reset pulse Rst, and the transfer pulse Trf. Here, the reset pulse Rst and the transfer pulse Trf are shown as a reset pulse R_Rst and a transfer pulse R_Trf for the readout row, a reset pulse S_Rst and a transfer pulse S_Trf for the shutter row, respectively.
次に、第1実施形態に係る固体撮像装置10の動作について、図3のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図3のタイミングチャートにおいて、二点鎖線は従来の動作タイミングを示している。 Next, the operation of the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment will be described using the timing chart of FIG. In the timing chart of FIG. 3, the two-dot chain line indicates the conventional operation timing.
先ず、全画素共通のドレイン電圧Drainがアクティブ(電源レベル)となり、同時にロードパルスLoadがアクティブとなることで、増幅トランジスタ24とソースフォロア回路を形成する負荷MOSトランジスタ131がオン状態となる。その後、読み出し行のリセットパルスR_Rstがアクティブになることで、リセットトランジスタ22がオン状態となってFD部25をリセットする。このリセット時のFD部25の電位は、増幅トランジスタ24によってリセットレベルとして垂直信号線111に出力される。
First, the drain voltage Drain common to all the pixels becomes active (power supply level), and at the same time, the load pulse Load becomes active, so that the
次に、読み出し行の転送パルスR_Trfがアクティブになることで、転送トランジスタ22がオン状態となってフォトダイオード21で光電変換された信号電荷をFD部25へ転送する。この信号転送時のFD部25の電位は、増幅トランジスタ24によって信号レベルとして垂直信号線111に出力される。これにより、画素20における信号出力の動作としては終了であるが、電流源13の負荷MOSトランジスタ131はオン状態を維持する。その後、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstがアクティブになることで、両方の行のFD部25がリセットされる。
Next, when the transfer pulse R_Trf in the readout row becomes active, the
ここで、従来の画素読み出し・電子シャッタの動作タイミングでは、図15のタイミングチャートから明らかなように、FD部25のリセットを行うタイミングと同じタイミングで、シャッタ行のフォトダイオード21について信号電荷の掃き捨てを行っていた。
Here, in the operation timing of the conventional pixel readout / electronic shutter, as apparent from the timing chart of FIG. 15, the signal charges are swept for the
これに対して、本実施形態に係る動作タイミングでは、FD部25のリセットタイミング、即ちリセットパルスS_Rstをアクティブにし、リセットトランジスタ23をオンにしたタイミングから所定期間tだけ遅らせたタイミングでシャッタ行の転送パルスS_Trfをアクティブにし、転送トランジスタ22をオンにすることで、シャッタ行のフォトダイオード21について信号電荷の掃き捨てを行うようにする。
On the other hand, at the operation timing according to this embodiment, the reset timing of the
この電子シャッタ画素動作期間に負荷MOSトランジスタ131がオン状態にあることにより、垂直信号線111の電位はFD部25の電位に追随するために、垂直ブランキング期間で読み出し行がなくとも、電子シャッタ行のリセットパルスS_Rstがアクティブになり、電子シャッタ行のリセットレベルが垂直信号線111に現れる。
Since the
つまり、垂直ブランキング期間で読み出し行がない場合もリセットレベルが垂直信号線111に現れ、しかも垂直信号線111の電位が安定してからフォトダイオード21について信号電荷の掃き捨てが行われる。したがって、電子シャッタ動作直前の垂直信号線111の電位が垂直ブランキング期間と違っても、その影響を受けずフォトダイオード21について信号電荷の掃き捨てが行われることとなる。
That is, even when there is no readout row in the vertical blanking period, the reset level appears on the
シャッタ行の転送パルスS_Trfが非アクティブとなってから、ドレイン電圧Drainが立ち下がることで、読み出し行とシャッタ行のFD部25の電位が低レベルとなるため、増幅トランジスタ24がオフし、読み出し行とシャッタ行の各画素20を垂直信号線111から電気的に切り離す。また、ドレイン電圧Drainが立ち下がるタイミングで、ロードパルスLoadが非アクティブとなる。
Since the drain voltage Drain falls after the transfer pulse S_Trf of the shutter row becomes inactive, the potential of the
最後に、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstが非アクティブとなる。その後、カラム回路14に一時的に保持されている信号を水平走査回路15によって走査する水平映像期間に入る。そして、垂直方向に行を順に走査しつつ、この動作が繰り返される。
Finally, the readout row reset pulse R_Rst and the shutter row reset pulse S_Rst become inactive. Thereafter, a horizontal video period in which the signal temporarily held in the column circuit 14 is scanned by the
上述したように、垂直信号線111に電流源13が接続されてなるMOS型固体撮像装置10において、電流源13を読み出し行の画素動作期間およびシャッタ行の画素動作期間に亘って動作させるとともに、シャッタ行のリセットパルスS_Rstをアクティブにしてリセットトランジスタ23をオン状態にし、その後所定期間tだけ遅らせてから転送パルスS_Trfをアクティブにして転送トランジスタ22をオン状態にすることで、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位と同程度にすることができる。
As described above, in the MOS solid-state imaging device 10 in which the
これにより、シャッタ行の画素20の信号電荷の掃き捨てを行う直前の垂直信号線111の電位変化、もしくは掃き捨てを行う際の垂直信号線111の電位が異なることで、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素20に及ぼされる影響、即ち画素20内のポテンシャル分布の静電的容量結合やその他の微妙な影響を改善できるために、シャッタ段差の現象を防ぐことができる。
As a result, the potential change of the
なお、上記実施形態では、画素20として、増幅トランジスタ24が画素の選択トランジスタを兼ねた3トランジスタ構成のものを用いるとしたが、3トランジスタ構成のものに限られるものではなく、例えば、増幅トランジスタ24とは別に選択トランジスタを有する4トランジスタ構成のものなど、少なくとも転送トランジスタ22およびリセットトランジスタ23を有する構成のものであれば良い。
In the above embodiment, the pixel 20 has a three-transistor configuration in which the
[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態に係るMOS型固体撮像装置の構成を示すシステム構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a system configuration diagram showing the configuration of the MOS type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るMOS型固体撮像装置30は、画素アレイ部11の各画素として、増幅トランジスタ24とは別に選択トランジスタを有する4トランジスタ構成の画素20′を用いるとともに、電圧源回路31、切替スイッチ32およびスイッチ回路33を新たに構成要素として有する構成となっている。それ以外の構成は、第1実施形態に係る固体撮像装置10と基本的に同じであり、その説明については重複するので省略する。
The MOS type solid-state imaging device 30 according to the present embodiment uses, as each pixel of the pixel array unit 11, a pixel 20 ′ having a four-transistor configuration having a selection transistor in addition to the
画素20′は、図5に示すように、転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23および増幅トランジスタ24に加えて、選択トランジスタ26を有する4トランジスタ構成となっている。ドレイン電圧Drainは電源レベルに固定となっている。
As shown in FIG. 5, the pixel 20 ′ has a four-transistor configuration having a
選択トランジスタ26は、増幅トランジスタ24のソースと垂直信号線111の間に接続され、選択制御線115を介して選択パルスSelectがゲートに与えられることにより、オン状態となって画素20′を選択する。なお、選択トランジスタ26をドレイン制御線114と増幅トランジスタ24のドレインの間に接続した構成を採ることも可能である。
The
電圧源回路31は、任意の電圧を出力可能であり、その出力電圧が外部からの設定によって調整可能な構成となっている。電圧源回路31の出力電圧としては、画素20′のリセットレベル(信号ゼロに相当)付近の電圧に設定される。
The
切替スイッチ32は、電圧源回路31の出力電圧を一方の入力、GNDレベルを他方の入力としており、制御回路17から与えられる切替パルスV1がアクティブとなったときに、電圧源回路31の出力電圧を選択し、制御線34を介してスイッチ回路33の各回路に供給する。
The
スイッチ回路33の各回路は、電源と垂直信号線111の間に接続されたMOSトランジスタ331によって構成されており、電圧源回路31の出力電圧が切替スイッチ32を介してMOSトランジスタ331のゲートに印加され、そのゲート電圧の高レベルがコントロールされることで、画素20′のリセットレベル付近の電位を垂直信号線111に供給する。
Each circuit of the
図6に、第2実施形態に係る固体撮像装置30における画素駆動パルス、即ち水平同期パルスHsync、ロードパルスLoad、ドレイン電圧Drain、選択パルスSelect、リセットパルスRst、転送パルスTrfおよび切替パルスV1のタイミング関係を示す。 FIG. 6 shows timings of pixel drive pulses in the solid-state imaging device 30 according to the second embodiment, that is, horizontal synchronization pulse Hsync, load pulse Load, drain voltage Drain, selection pulse Select, reset pulse Rst, transfer pulse Trf, and switching pulse V1. Show the relationship.
ここでは、選択パルスSelect、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfに関して、読み出し行の選択パルスR_Select、リセットパルスR_Rstおよび転送パルスR_Trf、シャッタ行の選択パルスS_Select、リセットパルスS_Rstおよび転送パルスS_Trfとして示している。 Here, the selection pulse Select, the reset pulse Rst, and the transfer pulse Trf are shown as a read row selection pulse R_Select, a reset pulse R_Rst and a transfer pulse R_Trf, a shutter row selection pulse S_Select, a reset pulse S_Rst, and a transfer pulse S_Trf.
続いて、第2実施形態に係る固体撮像装置30の動作について、図6のタイミングチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the solid-state imaging device 30 according to the second embodiment will be described using the timing chart of FIG.
画素アレイ部11の読み出し行において、ロードパルスLoadに同期して選択パルスR_Selectがアクティブになることで読み出し行の各画素20′が選択され、この選択状態において、従来技術と同様に、リセットパルスR_Rstおよび転送パルスR_Trfが順にアクティブになることで、画素20′のリセットレベル(信号ゼロに相当)と信号レベルが順に垂直信号線111に出力される。その後、異なるタイミングのシャッタ行の画素動作が始まる前に、選択パルスR_Selectが非アクティブになることにで、読み出し行の各画素20′は垂直信号線111に対して非接続状態となる。
In the readout row of the pixel array unit 11, the selection pulse R_Select is activated in synchronization with the load pulse Load to select each pixel 20 ′ in the readout row. In this selection state, the reset pulse R_Rst is the same as in the prior art. As the transfer pulse R_Trf becomes active in sequence, the reset level (corresponding to signal zero) and the signal level of the pixel 20 ′ are sequentially output to the
次に、シャッタ行の画素動作が始まる前に、即ち転送パルスR_Trf、リセットパルスS_Rstおよび転送パルスS_Trfがアクティブとなる前に、切替パルスV1がアクティブとなることで、切替スイッチ32は電圧源回路31の出力電圧を選択し、当該出力電圧をスイッチ回路33に供給する。
Next, before the pixel operation of the shutter row starts, that is, before the transfer pulse R_Trf, the reset pulse S_Rst, and the transfer pulse S_Trf become active, the changeover pulse V1 becomes active, whereby the
これにより、垂直信号線111には、画素20′のリセットレベル付近の電圧が、シャッタ行の画素動作期間、即ちフォトダイオード21の信号掃き捨てを行う期間に必ず供給される。ここでは、電圧源回路31の出力電圧によってMOSトランジスタ331のゲート電圧の高レベルをコントロールし、垂直信号線111にほぼリセットレベルである電位を供給している。
As a result, a voltage near the reset level of the pixel 20 ′ is always supplied to the
このMOSトランジスタ331のゲート電圧の高レベルについては、選択行のリセットレベル出力時における増幅トランジスタ24のゲート電圧とほぼ同じに設定すれば良い。これにより、垂直信号線111の電位は、垂直ブランキング期間の電子シャッタ行動作期間でも違う電位にならないために、シャッタ段差は生じない。電子シャッタ行の画素動作期間が終了した後に、切替パルスV1が非アクティブとなることで、電圧源回路31から垂直信号線111への電圧供給が停止する。
The high level of the gate voltage of the
ここで、垂直信号線111に供給する電位については、リセットレベルと完全に同じ電位にすることが理想であるが、差を500mV以下にすることで明白な効果が得られることが本願発明者によって確認されており、差を100mV以下にすることで実際上何ら問題なくなる。
Here, the potential supplied to the
本例のように、電圧源回路31が出力電圧の調整機能を持つ場合には、シャッタ段差が確認しやすい条件に設定して、これが消えるように垂直信号線111に供給する電圧をコントロールする作業をおこなうようにすれば良い。
When the
以上の動作説明から明らかなように、電圧源回路31、切替スイッチ32およびスイッチ回路33は、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位と同程度に設定する電位設定手段として機能する。
As is apparent from the above description of the operation, the
上述したように、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作が始まる前に、電圧源回路31の出力電圧、即ち画素20′のリセットレベル付近の電圧を垂直信号線111の各々に供給することで、シャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位と同程度にできる。
As described above, before the pixel operation of the shutter row starts in the vertical blanking period, the output voltage of the
これにより、シャッタ行の画素20′の信号電荷の掃き捨てを行う直前の垂直信号線111の電位変化、もしくは掃き捨てを行う際の垂直信号線111の電位が異なることで、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素20′に及ぼされる影響、即ち画素20′内のポテンシャル分布の静電的容量結合やその他の微妙な影響を改善できるために、シャッタ段差の現象を防ぐことができる。
As a result, the potential change of the
なお、上記実施形態では、画素20′として、増幅トランジスタ24とは別に選択トランジスタ26を有する4トランジスタ構成のものを用いるとしたが、4トランジスタ構成のものに限られるものではなく、例えば、第1実施形態の場合のように、増幅トランジスタ24が画素の選択トランジスタ26を兼ねた3トランジスタ構成のものなど、少なくとも転送トランジスタ22およびリセットトランジスタ23を有する構成のものであれば良い。
In the above embodiment, the pixel 20 ′ is a four-transistor configuration having the
[第3実施形態]
図7は、本発明の第3実施形態に係るMOS型固体撮像装置の構成を示すシステム構成図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示している。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a system configuration diagram showing the configuration of the MOS type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るMOS型固体撮像装置40は、電圧サンプリング回路41およびスイッチ回路42を新たに構成要素として有する構成となっている。画素アレイ部11の各画素としては、第2実施形態に係る固体撮像装置30と同様に、4トランジスタ構成の画素20′を用いている。ただし、3トランジスタ構成など、他の画素構成のものを用いても良いことは勿論である。それ以外の構成は、第1実施形態に係る固体撮像装置10と基本的に同じであり、その説明については重複するので省略する。
The MOS type solid-state imaging device 40 according to the present embodiment is configured to newly include a voltage sampling circuit 41 and a
電圧サンプリング回路41は、ある1列の垂直信号線111に一端が接続されたサンプリングスイッチ411と、このサンプリングスイッチ411の他端とグランド間に接続されたホールド容量412と、バッファ413とによって構成され、ある1列の垂直信号線111の電位、具体的には当該垂直信号線111に画素20′から出力されるリセットレベルをサンプルホールドする。
The voltage sampling circuit 41 includes a
スイッチ回路42は、電圧サンプリング回路41の出力ライン43と各列の垂直信号線111の間にそれぞれ接続された画素列分のスイッチ421によって構成され、電圧サンプリング回路41でサンプルホールドされたリセットレベルを、電子シャッタ行の画素動作が始まる前に垂直信号線111の各々に供給する。
The
図8に、第3実施形態に係る固体撮像装置40における画素駆動パルス、即ち水平同期パルスHsync、ロードパルスLoad、ドレイン電圧Drain、選択パルスSelect、リセットパルスRst、転送パルスTrf、サンプリングパルスVaおよびスイッチパルスVbのタイミング関係を示す。 FIG. 8 shows pixel drive pulses in the solid-state imaging device 40 according to the third embodiment, that is, horizontal synchronization pulse Hsync, load pulse Load, drain voltage Drain, selection pulse Select, reset pulse Rst, transfer pulse Trf, sampling pulse Va, and switch. The timing relationship of the pulse Vb is shown.
ここでは、選択パルスSelect、リセットパルスRstおよび転送パルスTrfに関して、読み出し行の選択パルスR_Select、リセットパルスR_Rstおよび転送パルスR_Trf、シャッタ行の選択パルスS_Select、リセットパルスS_Rstおよび転送パルスS_Trfとして示している。 Here, the selection pulse Select, the reset pulse Rst, and the transfer pulse Trf are shown as a read row selection pulse R_Select, a reset pulse R_Rst and a transfer pulse R_Trf, a shutter row selection pulse S_Select, a reset pulse S_Rst, and a transfer pulse S_Trf.
続いて、第3実施形態に係る固体撮像装置40の動作について、図8のタイミングチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the solid-state imaging device 40 according to the third embodiment will be described using the timing chart of FIG.
先ず、ロードパルスLoadがアクティブとなり、これに同期して選択パルスR_Selectがアクティブになることで、読み出し行の各画素20′が選択される。その後、読み出し行のリセットパルスR_Rstがアクティブになることで、リセットトランジスタ22がオン状態となってFD部25をリセットする。このリセット時のFD部25の電位は、増幅トランジスタ24によってリセットレベルとして垂直信号線111に出力される。
First, the load pulse Load is activated, and in synchronization with this, the selection pulse R_Select is activated, whereby each pixel 20 ′ in the readout row is selected. Thereafter, when the reset pulse R_Rst of the read row becomes active, the
次に、サンプリングパルスVaがアクティブになることで、電圧サンプリング回路41は、ある1列の垂直信号線111に画素20′から出力されるリセットレベルをサンプリングスイッチ411によってサンプリングし、ホールド容量412にホールドする。
Next, when the sampling pulse Va becomes active, the voltage sampling circuit 41 samples the reset level output from the pixel 20 ′ to a certain
次いで、読み出し行の転送パルスR_Trfがアクティブになることで、転送トランジスタ22がオン状態となってフォトダイオード21で光電変換された信号電荷をFD部25へ転送する。この信号転送時のFD部25の電位は、増幅トランジスタ24によって信号レベルとして垂直信号線111に出力される。
Next, when the transfer pulse R_Trf in the read row becomes active, the
その後、異なるタイミングのシャッタ行の画素動作が始まる前に、選択パルスR_Selectが非アクティブになることにで、読み出し行の各画素20′は垂直信号線111に対して非接続状態となる。
Thereafter, before the pixel operation of the shutter row at a different timing starts, the selection pulse R_Select is deactivated, so that each pixel 20 ′ in the readout row is disconnected from the
次に、電子シャッタ行の画素動作直前に、スイッチパルスVbがアクティブになることで、スイッチ回路42の各スイッチ421がオン状態となって、電圧サンプリング回路41でのサンプリング電位、即ちリセットレベルを垂直信号線111の各々に供給する。
Next, immediately before the pixel operation of the electronic shutter row, the switch pulse Vb becomes active, so that each switch 421 of the
その後、電子シャッタ行の画素動作期間に入る。すなわち、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstがアクティブになることで、両方の行のFD部25がリセットされる。このとき、シャッタ行では転送パルスS_Trfもアクティブになるため、フォトダイオード21の信号の掃き捨てが行われる。
Thereafter, the pixel operation period of the electronic shutter row starts. That is, when the reset pulse R_Rst for the readout row and the reset pulse S_Rst for the shutter row become active, the
そして、シャッタ行の転送パルスS_Trfが非アクティブとなってから、読み出し行のリセットパルスR_Rstとシャッタ行のリセットパルスS_Rstが非アクティブとなり、最後にスイッチパルスVbが非アクティブとなる。 After the transfer pulse S_Trf for the shutter row becomes inactive, the reset pulse R_Rst for the readout row and the reset pulse S_Rst for the shutter row become inactive, and finally the switch pulse Vb becomes inactive.
その後、カラム回路14に一時的に保持されている信号を水平走査回路15によって走査する水平映像期間に入る。そして、垂直方向に行を順に走査しつつ、この動作が繰り返される。
Thereafter, a horizontal video period in which the signal temporarily held in the column circuit 14 is scanned by the
以上の動作説明から明らかなように、電圧サンプリング回路41およびスイッチ回路42は、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位と同程度に設定する電位設定手段として機能する。
As is apparent from the above description of the operation, the voltage sampling circuit 41 and the
上述したように、画素20′から垂直信号線111に出力されるリセットレベルをサンプリングしておき、垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作が始まる前に、そのサンプリング電位、即ちリセットレベルを垂直信号線111の各々に供給することで、シャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位と同程度にできる。
As described above, the reset level output from the pixel 20 'to the
これにより、垂直信号線111の電位は垂直ブランキング期間でも垂直映像期間と違う電位にならず、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素20′に及ぼされる影響、即ち画素20′内のポテンシャル分布の静電的容量結合やその他の微妙な影響を改善できるために、シャッタ段差の現象を防ぐことができる。
Thus, the potential of the
なお、本実施形態では、ある1列の垂直信号線111に対して電圧サンプリング回路41を設け、ある1列の垂直信号線111の電位をサンプリングしてそのサンプリング電位を垂直信号線111の全てに供給するとしたが、垂直信号線111ごとに電圧サンプリング回路41を設け、各垂直信号線111ごとに電位をサンプリングしてそのサンプリング電位を、サンプリングした垂直信号線111に供給する構成を採ることも可能である。これによれば、垂直列ごとに、シャッタ行の画素動作期間における垂直信号線111の電位を、読み出し行の画素動作期間における垂直信号線111の電位により近い形で設定できる。
In this embodiment, a voltage sampling circuit 41 is provided for a certain
[第4実施形態]
図9は、本発明の第4実施形態に係るMOS型固体撮像装置の構成を示すシステム構成図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a system configuration diagram showing the configuration of the MOS type solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same parts as those in FIG.
本実施形態に係るMOS型固体撮像装置50は、画素アレイ部11内に撮像に寄与する有効画素領域以外に、撮像に寄与しないダミー画素領域11Aを有するとともに、垂直走査回路12に当該ダミー画素領域11Aの各行を走査するダミー画素走査回路12Aを有する構成となっている。ダミー画素領域11Aには、読み出し行の垂直走査が終了した後に、次の走査が始まる前までの期間、撮像結果に影響を与えない行としてダミー画素が1行以上存在する。
The MOS type solid-state imaging device 50 according to the present embodiment includes a dummy pixel region 11A that does not contribute to imaging in addition to an effective pixel region that contributes to imaging in the pixel array unit 11, and the
画素アレイ部11の各画素としては、第1実施形態に係る固体撮像装置10と同様に、3トランジスタ構成の画素20を用いている。ただし、4トランジスタ構成など、他の画素構成のものを用いても良いことは勿論である。それ以外の構成は、第1実施形態に係る固体撮像装置10と基本的に同じであり、その説明については重複するので省略する。 As each pixel of the pixel array unit 11, a pixel 20 having a three-transistor configuration is used as in the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment. However, it is needless to say that other pixel configurations such as a 4-transistor configuration may be used. The rest of the configuration is basically the same as that of the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted because it is redundant.
図10は、本実施形態に係るMOS型固体撮像装置50の動作説明のためのタイミングチャートである。このタイミングチャートから明らかなように、本実施形態に係るMOS型固体撮像装置50では、垂直ブランキング期間にダミー画素領域11Aの各ダミー画素を行単位で選択する駆動が行われる。 FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the MOS type solid-state imaging device 50 according to the present embodiment. As is clear from this timing chart, in the MOS type solid-state imaging device 50 according to the present embodiment, driving for selecting each dummy pixel in the dummy pixel region 11A in units of rows is performed in the vertical blanking period.
すなわち、特許文献1に係る従来技術と異なり、選択行にもダミー画素行が設けられている。ダミー画素行の各ダミー画素からの信号出力は、通常の読み出し行の各画素20からの信号出力と同等である。そのため、垂直信号線11の電位は、垂直ブランキング期間と垂直映像期間で変わらない。
That is, unlike the prior art according to
上述したように、画素アレイ部11内にダミー画素領域11Aを1行以上設け、読み出し行が垂直走査終了した後、次の走査が始まるまでの期間、撮像結果に影響を及ぼさないダミー画素行を選択して読み出し動作を続けることで、垂直ブランキング期間と垂直映像期間で垂直信号線11の電位が変わらず、掃き捨てを行っているシャッタ行の画素20に及ぼされる影響、即ち画素20内のポテンシャル分布の静電的容量結合やその他の微妙な影響を改善できるために、シャッタ段差の現象を防ぐことができる。 As described above, one or more dummy pixel regions 11A are provided in the pixel array unit 11, and a dummy pixel row that does not affect the imaging result is provided until the next scanning starts after the readout row has been vertically scanned. By selecting and continuing the reading operation, the potential of the vertical signal line 11 does not change between the vertical blanking period and the vertical video period, and the influence exerted on the pixels 20 in the shutter row that is being swept away, that is, in the pixels 20 Since the electrostatic capacitive coupling of the potential distribution and other subtle effects can be improved, the shutter step phenomenon can be prevented.
[適用例]
以上説明した第1,第2,第3,第4実施形態に係る固体撮像装置10,30,40,50は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話等のモバイル機器向けカメラモジュール等の撮像装置において、その撮像デバイスとして用いて好適なものである。
[Application example]
The solid-state imaging devices 10, 30, 40, and 50 according to the first, second, third, and fourth embodiments described above are video cameras, digital still cameras, and camera modules for mobile devices such as mobile phones. The imaging apparatus is suitable for use as the imaging device.
図11は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図11に示すように、本例に係る撮像装置は、レンズ61を含む光学系、撮像デバイス62、カメラ信号処理回路63等によって構成されている。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 11, the imaging apparatus according to the present example includes an optical system including a
レンズ61は、被写体からの像光を撮像デバイス62の撮像面に結像する。撮像デバイス62は、レンズ61によって撮像面に結像された像光を画素単位で電気信号に変換して得られる画像信号を出力する。この撮像デバイス62として、先述した第1,第2,第3,第4実施形態に係る固体撮像装置10,30,40,50が用いられる。カメラ信号処理部63は、撮像デバイス62から出力される画像信号に対して種々の信号処理を行う。
The
上述したように、ビデオカメラや電子スチルカメラ、さらには携帯電話等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置において、その撮像デバイス62として先述した第1,第2,第3,第4実施形態に係る固体撮像装置10,30,40,50を用いることで、これら固体撮像装置10,30,40,50では信号の掃き捨て量が微妙に異なることに起因して発生するシャッタ段差の現象を防ぐことができるために、撮像画像の画質をより向上できる利点がある。
As described above, in an imaging apparatus such as a video camera, an electronic still camera, and a camera module for mobile devices such as a mobile phone, the first, second, third, and fourth embodiments described above as the
10,30,40,50…MOS型固体撮像装置、11…画素アレイ部、11A…ダミー画素領域、12…垂直走査回路、12A…ダミー画素走査回路、13…電流源、14…カラム回路、15…水平走査回路、16…出力回路、17…制御回路、20,20′…画素、21…フォトダイオード、22…転送トランジスタ、23…リセットトランジスタ、24…増幅トランジスタ、25…FD部(フローティングディフュージョン部)、26…選択トランジスタ、31…電圧源回路、32…切替スイッチ、33…スイッチ回路、41…電圧サンプリング回路、42…スイッチ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30, 40, 50 ... MOS type solid-state imaging device, 11 ... Pixel array part, 11A ... Dummy pixel area, 12 ... Vertical scanning circuit, 12A ... Dummy pixel scanning circuit, 13 ... Current source, 14 ... Column circuit, 15 ... horizontal scanning circuit, 16 ... output circuit, 17 ... control circuit, 20, 20 '... pixel, 21 ... photodiode, 22 ... transfer transistor, 23 ... reset transistor, 24 ... amplification transistor, 25 ... FD section (floating diffusion section) , 26 ... selection transistor, 31 ... voltage source circuit, 32 ... changeover switch, 33 ... switch circuit, 41 ... voltage sampling circuit, 42 ... switch circuit
Claims (7)
前記画素アレイ部に対して前記画素の信号電荷をリセットするシャッタ行と前記画素の信号電荷を読み出す読み出し行とを順に走査しつつ、シャッタ行の画素動作期間と読み出し行の画素動作期間を異なるタイミングで行う走査回路と、
垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における前記信号線の電位を、読み出し行の画素動作期間における前記信号線の電位と同程度に設定する電位設定手段と
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and signal lines are wired for each pixel column with respect to the matrix-like pixel arrangement;
The pixel operation period of the shutter row is different from the pixel operation period of the readout row while sequentially scanning the shutter row that resets the signal charge of the pixel and the readout row that reads out the signal charge of the pixel with respect to the pixel array unit. A scanning circuit performed in
And a potential setting means for setting the potential of the signal line in the pixel operation period of the shutter row in the vertical blanking period to the same level as the potential of the signal line in the pixel operation period of the readout row. Imaging device.
前記電位設定手段は、前記信号線の各々に接続された電流源を、読み出し行の画素動作期間およびシャッタ行の画素動作期間に亘って動作させるとともに、シャッタ行の前記リセットトランジスタをオン状態にし、その後所定期間だけ遅らせてから前記転送トランジスタをオン状態にする
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel includes a transfer transistor that transfers charge from the photoelectric conversion element to a voltage conversion unit and a reset transistor that resets the voltage conversion unit,
The potential setting means operates the current source connected to each of the signal lines over the pixel operation period of the readout row and the pixel operation period of the shutter row, and turns on the reset transistor of the shutter row, The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer transistor is turned on after being delayed by a predetermined period.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The potential setting means includes a voltage source circuit that generates a voltage near a reset level output from the pixel after the reset transistor is turned on, and the voltage before the pixel operation of the shutter row starts in a vertical blanking period. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an output voltage of a source circuit is supplied to each of the signal lines.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The potential setting means has a sampling circuit that samples a reset level output from the pixel after the reset transistor is turned on, and before the pixel operation of the shutter row starts in the vertical blanking period, the sampling potential of the sampling circuit The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the signal line is supplied to each of the signal lines.
前記電位設定手段は、読み出し行が走査終了した後、次の走査が始まるまでの期間、前記ダミー画素領域のダミー画素行を選択して読み出し動作を続ける
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The pixel array unit has a dummy pixel region that does not affect the imaging result,
2. The solid state according to claim 1, wherein the potential setting unit selects a dummy pixel row in the dummy pixel region and continues the reading operation for a period until the next scanning starts after the scanning of the reading row is completed. Imaging device.
前記画素アレイ部に対して前記画素の信号電荷をリセットするシャッタ行と前記画素の信号電荷を読み出す読み出し行とを順に走査しつつ、シャッタ行の画素動作期間と読み出し行の画素動作期間を異なるタイミングで行う走査回路とを具備する固体撮像装置の駆動方法であって、
垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における前記信号線の電位を、読み出し行の画素動作期間における前記信号線の電位と同程度に設定する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and signal lines are wired for each pixel column with respect to the matrix-like pixel arrangement;
The pixel operation period of the shutter row is different from the pixel operation period of the readout row while sequentially scanning the shutter row that resets the signal charge of the pixel and the readout row that reads out the signal charge of the pixel with respect to the pixel array unit. A method of driving a solid-state imaging device comprising:
A driving method of a solid-state imaging device, wherein the potential of the signal line in the pixel operation period of the shutter row in the vertical blanking period is set to the same level as the potential of the signal line in the pixel operation period of the readout row.
被写体からの像光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学系とを備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、当該行列状の画素配置に対して画素列ごとに信号線が配線されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部に対して前記画素の信号電荷をリセットするシャッタ行と前記画素の信号電荷を読み出す読み出し行とを順に走査しつつ、シャッタ行の画素動作期間と読み出し行の画素動作期間を異なるタイミングで行う走査回路と、
垂直ブランキング期間でシャッタ行の画素動作期間における前記信号線の電位を、読み出し行の画素動作期間における前記信号線の電位と同程度に設定する電位設定手段と具備する
ことを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device;
An optical system for forming image light from a subject on the imaging surface of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device
A pixel array unit in which pixels including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix, and signal lines are wired for each pixel column with respect to the matrix-like pixel arrangement;
The pixel operation period of the shutter row is different from the pixel operation period of the readout row while sequentially scanning the shutter row that resets the signal charge of the pixel and the readout row that reads out the signal charge of the pixel with respect to the pixel array unit. A scanning circuit performed in
An image pickup apparatus comprising: a potential setting unit configured to set the potential of the signal line in the pixel operation period of the shutter row in the vertical blanking period to the same level as the potential of the signal line in the pixel operation period of the readout row. .
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